Пуск СД

Принципиальных отличий в конструкции СД по сравнению с СГ нет. По сравнению с двигателями другого принципа действия (асинхронных и коллекторных СД имеют два существенных отличия: их механическая характеристика абсолютно жесткая, т.е. при изменениях нагрузочного момента на валу СД в пределах допустимого значения его частота вращения остается неизменно равной частоте синхронной n₁.

СД долгое время находили применение редко, вследствие затруднений, связанных с пуском их в ход. СД не имеет начального пускового момента.

Пуск СД может быть частотным, при помощи разгонного двигателя или СД могут включаться на полное напряжение сети (асинхронный пуск).

Разгонный пуск

Электромагнитный вращающий момент М_эм будет все время направлен в одну сторону только при синхронной скорости вращения ротора. Если же двигатель подключить к сети переменного тока, когда его ротор неподвижен, а в обмотке возбуждения имеется постоянный ток, то электромагнитный момент, получающийся от взаимодействия неподвижного поля полюсов и перемещающихся с синхронной скоростью по окружности статора токов, будет в течение периода дважды менять свое направление, т.е. М_средн за период равен нулю (ЕХ: над северным полюсом ротора будут иметь место токи то одного направления, то спустя полпериода, другого направления). Двигатель не придет во вращение, так как электромагнитный момент не сможет в течение полпериода разогнать ротор до синхронной скорости из-за его инерции.

Следовательно, для того, чтобы электромагнитный вращающий момент в синхронном двигателе был направлен все время в одну сторону, необходимо до подключения СД к сети разогнать его ротор с помощью внешнего момента (другим двигателем) до частоты вращения, близкой к синхронной. После этого, с помощью синхроноскопа подключают к сети. Т.е. как и СГ.

Пуск СД с помощью постороннего двигателя, называемого разгонным или пусковым, имеет ряд крупных недостатков. Мощность для разгонного двигателя составляет 5-15% от мощности СД, и притом только при небольших нагрузках. Т.е. установка громоздкая и неэкономичная. Применяется редко, в основном для СК.

Метод асинхронного пуска – СД пускается как АД. Для этого его ротор должен быть снабжен специальной пусковой короткозамкнутой обмоткой, по типу «беличья клетка», выполненной из латуни (чтобы повысить сопротивление стержней). Стержни пусковой обмотки закладываются в пазы полюсных наконечников и соединяются торцевыми пластинами, образующими короткозамкнутые кольца. Вместо пусковой клетки иногда используются массивные полюсные наконечники, которые на торцах тоже должны быть соединены пластинами.

При включении 3-фазной обмотки статора в сеть образуется вращающееся магнитное поле, которое взаимодействует с током I_п в пусковой обмотке, создает электромагнитные силы F, вращающий момент и разгоняет ротор. После разгона ротора до частоты вращения, близкой к синхронной (; s ≈ 0,05), постоянный ток обмотки возбуждения создает синхронизирующий момент, который втягивает ротор в синхронизм. Чем ниже нагрузка на валу двигателя, тем легче его вхождение в синхронизм.

Осуществляют пуск по следующей схеме: обмотку возбуждения сначала замыкают на гасящий резистор R_Доб в 8 - 12 раз больше R_ОВ. После разгона ротора до синхронной частоты вращения обмотку возбуждения отключают от гасящего резистора и подключают к источнику постоянного тока (возбудителю), и ротор втягивается в синхронизм.

1- обмотка возбуждения, 2- пусковая обмотка («беличья клетка»), 3- ротор, 4- обмотка якоря, 5- резистор, 6 – ГПТ (возбудитель), 7- кольца и щетки

Запустить двигатель с разомкнутой ОВ нельзя, т.к. во время разгона ротора при S>0 в ней вращающимся магнитным полем индуцируется ЭДС

,

где - частота изменения тока в обмотке возбуждения;

w_B - число витков обмотки возбуждения,

Ф_m - амплитуда магнитного вращающегося поля.

В начальный момент времени пуска при S=1 из-за большого числа витков ОВ Е_B может достигать больших значений и вызвать пробой изоляции.

Существует более простая схема пуска СД: ОВ постоянно подключена к возбудителю (поэтому ОВ можно считать замкнутой накоротко). С уменьшением скольжения до S=0,3…0,4 возбудитель возбуждается и в обмотку возбуждения подается постоянный ток, обеспечивающий при S = 0,05 втягивание в синхронизм. Эта схема работает не всегда, т.к. имеет худшие пусковые характеристики, чем первая. Причина ухудшения пусковых характеристик – одноосный эффект – влияние тока, индуцируемого в обмотке возбуждения при пуске, на характеристику пускового момента.

Одноосный эффект – явление одноосного включения.

При асинхронном пуске СД в ОВ индуцируется ЭДС с частотой и по обмотке проходит переменный ток, создающий пульсирующее магнитное поле (ОВ является однофазной обмоткой переменного тока). Пульсирующее магнитное поле можно разложить на 2 составляющие прямое и обратное вращающиеся магнитные поля ротора, которые характеризуется потоками Ф_пр и Ф_обр.

Частота вращения каждого из них относительно ротора:

· Прямое поле вращается синхронно с полем статора , следовательно, образуемый этим полем электромагнитный момент М_пр, изменяется в зависимости от скольжения, как в АД (кривая 2).

· Обратное поле ротора вращается относительно статора с частотой . При частотах вращения (S>0.5) обратное поле перемещается относительно статора в противоположную сторону относительно вращения ротора;

При - поле неподвижно относительно статора;

При (S<0.5) оно перемещается однонаправлено с ротором.

В обмотке статора обратным полем индуцируется ЭДС, при этом в ней проходит ток, который при взаимодействии с обратным полем ротора создает электромагнитный момент М_обр. Т.к. направление момента зависит от направления вращения поля , относительно статора, то М_обр - знакопеременная величина и изменяет направление при S=0,5 (кривая 3).

Таким образом, ток I, индуцируемый в ОВ при пуске двигателя создает электромагнитный момент, который при частоте вращения <0.5n₁ является ускоряющим, а при >0.5n₁ - тормозящим.

· На роторе размещена пусковая обмотка, которая уменьшает обратное магнитное поле и создаваемый им момент М_обр. Этот момент, складываясь с асинхронным моментом пусковой обмотки (кривая 1), создает в кривой результирующей пускового момента провал при n₂=0.5 (кривая 4). Этот провал больше, чем больше I_OB. Это ухудшает пусковые свойства СД.

Прямое включение допускается, если мощность сети достаточно велика и для нее допустимы большие пусковые токи, которые увеличиваются в 5÷6 раз от номинальных.

Следовательно, включение гасящего сопротивления в цепь обмотки возбуждения на период пуска уменьшает ток в этой обмотке и улучшает форму кривой пускового момента.

Если необходимо уменьшить пусковые токи, то пуск производится при пониженном напряжении, как в мощных АД с короткозамкнутым ротором.

Так же применяется пуск при переключении обмотки статора со Y на Δ, что дает уменьшение фазного напряжения при пуске в √3 раз, линейного тока ≈ в 3 раза. Чаще для понижения напряжения используется автотрансформатор или реактор (реактивная катушка).

Дата добавления: 2015-08-13