67524

Моменты синхронного двигателя и его пуск при питании от инвертора частоты. Синхронизирующий момент

Лекция

Производство и промышленные технологии

Схема включения обмоток синхронного двигателя Вращающееся магнитное поле статора увлекает за собой ротор-индуктор который в установившемся режиме вращается синхронно с полем. Рассмотрим СД ротор которого имеет неявно выраженные полюса с постоянным магнитным потоком...

Русский

2014-09-11

595.5 KB

3 чел.

ЛЕКЦИЯ  6

 Моменты синхронного двигателя и его пуск

при питании от инвертора частоты

Синхронизирующий момент

Синхронный двигатель имеет статор с шихтованным магнитопроводом и с трехфазной обмоткой и ротор-индуктор с обмоткой возбуждения или с постоянными магнитами (см. рис. 6.1). Обмотка возбуждения питается постоянным напряжением, а к трехфазной обмотке подводится трехфазная система напряжений

uA = Um sinωt;

uB = Um sin(ωt – 2π/3);

uC = Um sin(ωt – 4π/3).

Рис. 6.1. Схема включения обмоток синхронного двигателя

Вращающееся магнитное поле статора увлекает за собой ротор-индуктор, который в установившемся режиме вращается синхронно с полем.

Электромагнитный момент синхронного двигателя состоит из активного и реактивного моментов. Рассмотрим СД, ротор которого имеет неявно выраженные полюса с постоянным магнитным потоком, и индуктивные сопротивления обмотки статора по продольной и поперечной осям одинаковы. Тогда возникает активный электромагнитный момент, определяемый формулой

Ma = caФ0 I sin θ,

где саконструктивный коэффициент; Ф0 – основной магнитный поток; Iдействующее значение тока фазы обмотки статора; θ – угол между продольной осью ротора-индуктора и осью магнитодвижущей силы (МДС) обмотки статора. Угол θ положителен, если МДС статора опережает ротор.

Рис. 6.2. Различные положения МДС статора относительно ротора

На рис. 6.2 показано несколько взаимных положений ротора и МДС статора. Известно, что одноименные магнитные полюса отталкиваются, а разноименные – притягиваются. При θ1 = 0 электромагнитный момент равен нулю, т.к. разноименные полюса уже притянулись. При θ2 = π/4  Ma > 0. При  θ3 = π/2  Ma  = Mm, т.е. момент максимален.  При  θ4 = –π/4   Ma  < 0  и направлен по часовой стрелке. При  θ5 = –π/2  Ma  = –Mm, а при θ6 = π   Ma = 0. Отметим, что последнее состояние равновесия является неустойчивым и при небольшом отклонении от него ротор повернется на угол π или на угол –π.

Теперь рассмотрим синхронный двигатель с невозбужденным ротором (без постоянных магнитов или с выключенной обмоткой возбуждения). Предположим, что полюса ротора явно выраженные, причем магнитное сопротивление по продольной оси ротора меньше, чем по поперечной, а для индуктивностей выполняется неравенство  Ld > Lq . Реактивный момент возникает согласно правилу: если магнитная система имеет подвижную часть, то она стремится занять положение, при котором магнитный поток максимален, а магнитное сопротивление минимально. Для воздушного зазора справедливы равенства:

Ф = ΛUм;  Λ = μ0 S/δ,

где Ф – магнитный поток; Λ – магнитная проводимость; Uм – магнитное напряжение; μ0 – магнитная постоянная;  S – площадь, которую пронизывает магнитный поток; δ – воздушный зазор. Ротор стремится занять положение, при котором зазор на пути потока минимален. Тогда возникает реактивный электромагнитный момент, определяемый формулой

Mр = cр I2 sin 2θ,

где срконструктивный коэффициент; Iдействующее значение тока фазы обмотки статора; θ – угол между продольной осью ротора-индуктора и осью магнитодвижущей силы обмотки статора.

Рис. 6.3. Различные положения МДС статора относительно реактивного ротора

На рис. 6.3 показано несколько взаимных положений реактивного ротора и МДС статора. При θ1 = 0 электромагнитный момент равен нулю, т.к. воздушный зазор уже минимален. При θ2 = π/4  Mр  = Mm, т.е. момент максимален. При  θ3 = π/2  Mр  = 0. Отметим, что последнее состояние равновесия является неустойчивым и при небольшом отклонении от него ротор повернется на угол π/2 или на угол –π/2.  При  θ4 = –π/4   Mр  = –Mm  и направлен по часовой стрелке.

Реактивный ротор нейтрален к полярности магнитного поля статора. Поэтому случай  θ5 = 3π/4  совпадает со случаем  θ4 = –π/4, т.е. зависимость реактивного момента от угла  θ имеет период π.

На рис. 6.4 показаны зависимости активного, реактивного и результирующего моментов от угла θ. Видно, что активный момент имеет максимум при θ = π/2, реактивный момент максимален при θ = π/4, а суммарный момент достигает максимума при промежуточном угле θ. При постоянном моменте нагрузки статическая устойчивость наблюдается от минимума момента М до максимума.

Рис. 6.4. Графики активного, реактивного и полного моментов

Пуск синхронного двигателя

Если включить обмотку статора СД в трехфазную сеть при неподвижном возбужденном роторе, то он будет вибрировать из-за знакопеременного момента. Чтобы ротор разогнался до скорости, близкой к синхронной, применяют пусковую короткозамкнутую обмотку, размещенную в полюсных наконечниках. В этом случае СД называется асинхронизированным синхронным двигателем. При включении такого двигателя в сеть вращающееся магнитное поле наводит в стержнях пусковой обмотки ЭДС, по ним протекают токи и возникает пусковой момент, как у асинхронного двигателя. Такие обмотки играют роль успокоительных при работе в синхронном режиме. При достижении ротором скорости, близкой к синхронной, включается обмотка возбуждения, и двигатель входит в синхронизм.

Другим способом пуска является питание обмотки статора от инвертора частоты с плавным ее увеличением от нуля до номинального значения. Рассмотрим укрупненную функциональную схему, приведенную на рис. 6.5. Трехфазная система напряжений постоянной частоты (например, 50 Гц) подается на управляемый выпрямитель УВ, выполненный по шестифазной схеме на тиристорах. На УВ поступает информационный сигнал U0, задающий значение выпрямленного  напряжения.  Выход  УВ  подключен  к  фильтру низкой частоты

Рис. 6.5. Функциональная схема с управляемым выпрямителем,

инвертором частоты и синхронным двигателем

ФНЧ, содержащему дроссель (реактор) L и батарею конденсаторов С. ФНЧ применяется для сглаживания выпрямленного напряжения и уменьшения его пульсации. Это напряжение поступает на инвертор частоты ИЧ, имеющий шесть силовых ключей с IGBT-транзисторами и обратными диодами, а также генератор трехфазных напряжений регулируемой частоты, схемы широтно-импульсной модуляции и драйвер, выдающий управляющие импульсы на силовые ключи.

Предположим, что частота питающего напряжения изменяется по линейному закону  f = kt.

Рис. 6.6. Напряжение одной из фаз при равноускоренном пуске синхронного двигателя

Напряжение фазы обмотки связано с частотой приближенным равенством

UE0 = 4,44 f w Ф0.

Если основной магнитный поток Ф0 постоянен, то амплитуда напряжения растет вместе с частотой по линейному закону, а период напряжения изменяется обратно пропорционально времени. На рис. 6.6 показан график напряжения

одной из фаз обмотки статора. Можно показать, что площади под полуволнами равны друг другу. По достижении номинальной частоты вращения амплитуда напряжения становится постоянной.

Вопросы для самопроверки

1. По каким законам возникает активный и реактивный моменты синхронного двигателя ?

2. Как объяснить устойчивое и неустойчивое состояния равновесия ротора синхронного двигателя ?

3. Что произойдет, если синхронный двигатель с неподвижным ротором включить на напряжение сети частотой 50 герц ?

4. Как работает пусковая обмотка в полюсных наконечниках ?

5. Объясните назначение элементов в схеме управления синхронным двигателем с инвертором частоты.

6. Объясните график напряжения питания при пуске синхронного двигателя с постоянным угловым ускорением.

7. Что означает аббревиатура IGBT ?

A

B

С

U0

Aи

Bи

Си

СД

L

С

ИЧ

ФНЧ

УВ

θ

–π/2

π/2

0

Mа

Mр

π

M

M

N5

S5

N2

N4

N1

N3

S4

S1

S2

S3

N

S

S

N

S6

S5

N6

N5

0

t

u

+

+

Uв

f

U0

N2

N4

N1

N3

S4

S1

S2

S3

 Uf

C

 B

 A

ААлтл

ААлтл

ААлтл

ААлтл

ААлтл


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

74329. Кабельные линии (КЛ) эл.передачи. типы кабелей, виды кабельной канализации 34 KB
  Кабельная линия КЛ линия для передачи электроэнергии состоящая из одного или нескольких параллельных кабелей выполненная каким-либо способом прокладки. При этом концы жил кабелей освобождают от изоляции и заделывают в соединительные зажимы. На концах кабелей применяют концевые муфты или концевые заделки.
74330. Токопроводы, шинопроводы и внутренние проводки 32 KB
  Токопроводы шинопроводы и внутренние проводки Токопроводом называют линию электропередачи токоведущие части которой выполнены из одного или нескольких жестко закрепленных алюминиевых или медных проводов или шин и относящихся к ним поддерживающих и опорных конструкций и изоляторов защитных оболочек коробов.
74331. Характеристика передачи ЭЭ переменным током 47.5 KB
  Поэтому повышение напряжения при токах в несколько тысяч ампер возможно только с помощью явления электромагнитной индукции и трансформаторов что создает возможность для последующей эффективной передачи электроэнергии переменным током. Потребление электроэнергии производится на относительно низком напряжения сотни тысячи вольт. Доставка ЭЭ от электростанции к электроприемникам в общем случае осуществляется сетями различного класса номинального напряжения т. представлена принципиальная упрощенная схема передачи и распределения ЭЭ...
74332. Характерные значения удельных (погонных) параметров схем замещения и электрических режимов воздушных и кабельных линий электропередачи и соотношения между ними 496 KB
  Волновые параметры реальной линии волновое сопротивление ZB и коэффициент распространения волны γо определяются через ее удельные погонные отнесенные к 1 км параметры: где β0 коэффициент затухания α0 коэффициент изменения фазы фазовый угол. Удобно определять параметры Побразной схемы замещения линии через удельные погонные сопротивления Zo=RojX0 Ом км и проводимости Yo=g0jb0 См км. При этом равномерную распределенность параметров линии по длине учитывают приближенно с помощью поправочных коэффициентов по формулам Z...
74333. Двухобмоточные силовые тр-ры. Виды, условные обозначения, принципиальные сх., сх. замещения. Моделирование трансформаторов и определение параметров сх. замещения 224 KB
  замещения. замещения. Установим связь схемы замещения трансформатора с его реальными схемнорежимными параметрами. Эта схема в которой магнитная связь между обмотками заменена электрической называется схемой замещения трансформатора.
74334. Понятие пропускной способности электропередачи, факторы её определяющие 32 KB
  Второе ограничение связано с риском нарушения синхронной работы генератора при повышении нагрузки на которых возникает условие для выхода из синхронизма. Это ограничение чаще практикуется по статической устойчивости. При некоторой меньшей длине активным ограничение будет являться ограничение по нагреванию. Заметим что ограничение по нагреванию не зависит от длины ЛЭП.
74335. Компактные, компенсированные электропередачи переменного тока 66 KB
  Компактные компенсированные электропередачи переменного тока. В основу конструкций перспективных компактных воздушных линий электропередач разработанных в нашей стране положена простая идея. Образцы таких распорок уже созданы и составлены проекты будущих компактных воздушных линий электропередач рис. В скобках показаны для сравнения расстояния между фазами для обычных воздушных линий электропередач Расчеты показали что при меньших по сравнению с обычными воздушными линиями электропередач размерами компактные воздушные линии электропередач...
74336. Моделирование (представление) эл нагрузок при расчете рабочих режимов эл.передач и эл.сетей 114.5 KB
  Активные элементы схем замещения электрических сетей и систем нагрузки и генераторы представляются в виде линейных или нелинейных источников. Способы задания нагрузок при расчетах режимов: а постоянный по модулю и фазе ток; б постоянная по модулю мощность; вгпостоянные проводимость или сопротивление; дстатические характеристики нагрузки по напряжению; еслучайный ток Нагрузка задается постоянным по модулю и фазе током рис.Такая форма представления нагрузки принимается при всех расчетах распределительных сетей низкого напряжения...
74337. Статические характеристики электрических нагрузок 75 KB
  Зависимости показывающие изменение активной и реактивной мощности и от частоты f и подведенного напряжения U при медленных изменениях менее 1 сек этих параметров называют статическими характеристиками нагрузки СХН. Полученные при этом СХН называются естественными. Примерный состав нагрузки соответствующий типовым СХН Асинхронные двигатели...