Типы синхронных машин: Синхронный электродвигатель

Содержание

1.2. Типы синхронных машин и их устройство.

Как уже отмечалось, синхронная машина состоит из неподвижной части — статора — и вращающейся части — ротора. Статоры синхронных машин в принципе не отличаются от статоров асинхронных двигателей, т. е. состоят из корпуса, сердечника и обмотки .

Конструктивное исполнение статора синхронной машины может быть различным в зависимости от назначения и габаритов машины.

Так, в многополюсных машинах большой мощности при наружном диаметре сердечника статора более 900 мм пластины сердечника делают из отдельных сегментов, которые при сборе образуют цилиндр сердечника статора.

Корпуса статоров крупногабаритных машин делают разъемными, что необходимо для удобства транспортировки и монтажа этих машин.

Роторы синхронных машин могут иметь две принципиально различающиеся конструкции:

явнополюсную и неявнополюсную.

В энергетических установках по производству электроэнергии переменного тока в качестве первичных (приводных) двигателей синхронных генераторов применяют в основном три вида двигателей: паровые турбины, гидравлические турбины либо двигатели внутреннего сгорания (дизели).

Применение любого из перечисленных двигателей принципиально влияет на конструкцию синхронного генератора.

Если приводным двигателем является гидравлическая турбина, то синхронный генератор называют гидрогенератором.

Гидравлическая турбина обычно развивает небольшую частоту вращения (60—500 об/мин), поэтому для получения переменного тока промышленной частоты (50 Гц) в гидрогенераторе применяют ротор с большим числом полюсов.

Роторы гидрогенераторов имеют явнополюсную конструкцию, т. е. с явно выраженными полюсами, при которой каждый полюс выполняют в виде отдельного узла, состоящего из сердечника

1, полюсного наконечника2 и полюсной катушки3 (рис. 1.2,а).

Все полюсы ротора закреплены на ободе 4, являющемся также и ярмом магнитной системы машины, в котором замыкаются потоки полюсов.

Гидрогенераторы Обычно изготовляются с вертикальным расположением вала .

Рис. 1.2. Конструкция роторов синхронных машин:

а — ротор с явно выраженными полюсами; б — ротор с неявно выраженными полюсами

СМ. 1.4. 05.01.06. 10.02.07.

Паровая турбина работает при большой частоте вращения, поэтому приводимый ею во вращение генератор, называемый турбогенератором, является быстроходной синхронной машиной. Роторы этих генераторов выполняют либо двухполюсными (n= 3000 об/мин), либо четырех полюсными

(п = 1500об/мин).

В процессе работы турбогенератора на его ротор действуют значительные центробежные силы. Поэтому по условиям механической прочности в турбогенераторах применяют неявноюлюсныйротор, имеющий вид удлиненного стального цилиндра с профрезерованными на поверхности продольными пазами для обмотки, возбуждения ( рис. 1.2,б).

Сердечник неявнополюсного ротора изготовляют в виде цельной стальной поковки вместе с концами вала или же делают сборным.

Обмотка возбуждения неявнополюсного ротора занимает лишь 2/3 его поверхности (по периметру). Оставшаяся 1/3 поверхности образует полюсы.

Для защиты лобовых частей обмотки ротора от разрушения действием центробежных сил ротор с двух сторон прикрывают стальными бандажными кольцами (каппами), изготовляемыми обычно из немагнитной стали.

Турбогенераторы и дизель генераторы изготовляют с горизонтальным расположением вала.

Дизель генераторы рассчитывают на частоту вращения 600—1500 об/мин и выполняют с явнополюсным ротором .

Большую группу синхронных машин составляют синхронные двигатели, которые обычно изготовляются мощностью до нескольких тысяч киловатт и предназначены для привода мощных вентиляторов, мельниц, насосов и других устройств, не требующих регулирования частоты вращения, например двигатели СДН2.

Двигатели этой .серии изготовляются мощностью от 315 до 4000 кВтпри частотах вращения от 300 до 1000 об/мин и предназначены для включения в сеть частотой 50 Гц при напряжении 6 кВ.

СМ. 1.5. 19.07.09 21.08.10.

Синхронные машины

Если во вращающемся магнитном поле разместить на валу ротора магнит так, чтобы ось, соединяющая его полюса, была направлена вдоль вектора индукции магнитного поля, то вращающееся магнитное поле вовлекает во вращение магнит вместе с валом ротора, который вращается синхронно с магнитным полем. Однако для этого необходимо раскрутить ротор до скорости вращения поля (условие синхронизма). На ротор действует вращающий момент, и энергия тока превращается в механическую энергию электродвигателя, который получил название синхронного.

Синхронные машины используются в качестве источников электрической энергии (генераторов), электродвигателей и синхронных компенсаторов.
Синхронные генераторы гидроэлектростанций вращаются с помощью гидротурбин и носят название гидрогенераторов. Кроме электростанций синхронные генераторы находят применение в установках, требующих автономного источника питания.
Синхронные двигатели переменного тока используются с механизмами средней и большой мощности при редких пусках, требующих постоянной частоты вращения. К таким механизмам относятся компрессоры, вентиляторы, насосы и т.д.
Синхронный компенсатор предназначается для улучшения коэффициента мощности электротехнических установок (компенсации индуктивной реактивной мощности).

Схема замещения синхронного двигателя и векторная диаграмма

На рисунке Xc — синхронное индуктивное сопротивление; θ — угол нагрузки

В соответствии со схемой уравнение имеет вид:


Характеристика зависимости момента двигателя от угла нагрузки имеет вид синусоиды и выражает работу как двигательного, так и генераторного режима.
С целью получения запаса устойчивости за номинальный момент синхронного двигателя принимается 0,5Мн, которому соответствует угол θ=30°.

Конструкция

Конструктивно синхронная машина состоит из статора и ротора. Статор аналогичен статору асинхронной машины, а ротор представляет собой постоянный магнит, поле которого создается обмоткой возбуждения, по которой пропускается постоянный ток. Питание обмотки возбуждения осуществляется через скользящий контакт между контактными кольцами и неподвижными щетками. Особенностью синхронной машины является возможность работы как в режиме двигателя, так и в режиме генератора.
Частота ЭДС переменного тока в синхронной машине зависит от частоты вращения ротора и числа пар полюсов, f1 = рn/60. Действующее значение ЭДС, индуцируемой в проводниках

Е = 4,44fKобмо.

Взаимодействие вращающегося поля статора и поля постоянного магнита ротора вызывает появление вращающего момента, вследствие чего ротор вращается в том же направлении, что и поле статора (n1=n). Скольжение синхронной машины равно нулю.

 


Важным преимуществом синхронного двигателя является способность регулировать потребляемую из сети реактивную мощность путем изменения тока возбуждения. Рассмотрим зависимости тока статора двигателя от тока возбуждения.
При перевозбуждении Iдв имеет емкостной характер, а при недовозбуждении — индуктивный. Таким образом, синхронный двигатель может быть использован в качестве компенсирующего устройства для регулирования реактивной мощности.
Характеристики имеют границу устойчивости, вдоль которой уменьшение тока возбуждения приведет к опрокидыванию двигателя или «выпаданию из синхронизма». Граница устойчивости соответствует режиму Мдвген.

 

Недостатком синхронного двигателя является необходимость возбудителя для запуска, так как при равенстве синхронной частоты вращения поля статора и частоты вращения поля ротора пусковой момент отсутствует. Наиболее распространен асинхронный запуск. В этом случае на полюсах двигателя размещается короткозамкнутая обмотка. При пуске статор подключают к сети. Возникающее магнитное поле индуцирует в этой обмотке ЭДС и токи, в результате чего создается электромагнитный момент, как и у асинхронного двигателя. При этом обмотка возбуждения отключена от источника постоянного тока, но замкнута на активное сопротивление с целью уменьшения напряжения на ее зажимах при пуске. При достижении двигателем частоты вращения, близкой к синхронной, обмотка возбуждения переключается на источник постоянного тока. В этом случае говорят, что двигатель «втянулся в синхронизм».

Генераторный режим синхронной машины

Так как выражения электромагнитной мощности и момента у синхронной машины аналогичны и в двигательном и в генераторном режимах, то достаточно рассмотреть генераторный режим синхронной машины.
При работе синхронной машины в качестве генератора можно регулировать магнитный поток Ф0 и пропорциональную ему Е0, изменяя ток возбуждения.
Зависимость Е0=f(Iв) называется характеристикой холостого хода генератора.
Остаточная ЭДС у синхронного генератора равна 5-10 В.
Совпадение токов в проводниках по фазе с ЭДС будет только при активной нагрузке,
При включении статора на сопротивление нагрузки по обмотке пойдет ток, который создаст поле, вращающееся относительно статора и неподвижное относительно поля возбуждения основного потока ротора Ф0. Совпадение токов в проводниках по фазе с ЭДС будет только при активной нагрузке, при индуктивной ток отстает на 90°, при емкостной опережает на 90°. Рост напряжения при емкостной нагрузке связан с подмагничивающим действием реакции якоря (статора), а снижение при индуктивной нагрузке — размагничиванием.
Упрощенное уравнение электрического состояния одной фазы синхронного генератора без учета поля рассеяния якоря имеет вид:


где Е0 — ЭДС холостого хода.
Данному выражению соответствуют схема замещения (рис. а) и векторная диаграмма (рис. б). Из диаграммы следует, что Е0 соответствует магнитному потоку ротора Ф0, а напряжение U — результирующему магнитному потоку Ф. Отсюда следует, что в генераторном режиме Ф0 опережает Ф на угол θ.

Основной режим работы генератора нагрузочный. Пренебрегая потерями в сопротивлении обмотки якоря, получим из векторной диаграммы значение cosψ между напряжением и Е0:


С учетом этого выражения получим зависимость для определения электромагнитной мощности:


Момент равен отношению мощности к частоте вращения:


Выражение в скобках соответствует максимальному моменту Мmax, причем.
Зависимости электромагнитной мощности и момента синхронной машины при различных токах возбуждения показаны на рисунке.
В синхронном генераторе с активно-реактивной нагрузкой при определении электромагнитного момента необходимо учитывать фазовый сдвиг тока относительно магнитного потока или напряжения. Тогда выражение для момента


Синхронный генератор в качестве источника электрической энергии переменного тока включают в распределительную сеть параллельно. При параллельной работе генератора с системой большой мощности его частота и напряжение, а также угловая скорость должны оставаться неизменными при любых изменениях как нагрузки, так и тока возбуждения и момента первичного двигателя. Активную мощность, отдаваемую генератором в сеть, можно регулировать только изменением момента первичного двигателя, а реактивную — изменением тока возбуждения.

Вопрос 56. Синхронные машины. Типы синхронных машин и их устройство. Принцип действия синхронных машин. Способы возбуждения синхронных машин.

Синхронный и асинхронный двигатель отличия

Существуют различные виды электродвигателей, и очень часто возникает вопрос, в чем же отличия между синхронным и асинхронным двигателем. В асинхронном обмотки, расположенные в статоре, создают вращающееся магнитное поле, взаимодействующее с токами, образующимися в роторе, благодаря чему он приходит во вращающееся состояние. Поэтому, в настоящее время, наиболее популярным считается простой и надежный асинхронный электродвигатель, имеющий короткозамкнутый ротор.

Асинхронный двигатель

В его пазах расположены токопроводящие стержни из алюминия или меди, соединенные своими концами с кольцами из такого же материала, которые производят короткое замыкание этих стержней. Поэтому, ротор и называется короткозамкнутым. Вихревые токи, взаимодействующие с полем, вызывают вращение ротора со скоростью, меньшей, чем скорость вращения самого поля. Таким образом, весь двигатель получил название асинхронного. Это движение получило название относительного скольжения, поскольку скорости ротора и магнитного поля неравны и магнитное поле не пересекается с токопроводящими стержнями ротора. Поэтому, они не создают вращающийся момент.

Принципиальным отличием обоих видов двигателей является исполнение ротора. В синхронном он представляет собой постоянный магнит относительно небольшой мощности или такой же электромагнит. Вращающийся магнит, создающий магнитное поле статора, приводит в движение магнитный ротор. Скорость движения статора и ротора, в этом случае, одинаковая. Поэтому, данный двигатель получил название синхронного.

Особенности синхронного двигателя

Синхронный двигатель отличается возможностью значительного опережения током напряжения по фазе. Повышая коэффициент мощности по типу конденсаторных батарей.

Асинхронные электродвигатели отличаются простотой конструкции и надежностью в эксплуатации. Единственный недостаток этих агрегатов заключается в достаточной трудности регулировки частоты их вращения. Трехфазные асинхронные двигатели могут быть легко реверсированы, то есть вращение двигателя может измениться на противоположное направление. Для этого, достаточно изменить место расположения двух линейных проводов или фаз, которые замыкаются на обмотку статора. В отличие от синхронного, это простой и дешевый двигатель, применяющийся повсеместно.

Синхронный и асинхронный двигатель имеет еще и такое важное отличие, как постоянная частота вращения у первого при различных нагрузках. Поэтому их применяют в приводах машин, требующих постоянных скоростей, например, в компрессорах, насосах или вентиляторах, поскольку они очень легки в управлении.

Классификация электродвигателей

Угловая характеристика синхронного генератора что это

Угловые характеристики синхронного генератора

Электромагнитная мощность неявнополюсного синх­ронного генератора при его параллельной работе с сетью
где θ — угол, на который продольная ось ротора смещена отно­сительно продольной оси результирующего поля машины (рис. 21.4).

Электромагнитная мощность явнополюсного синхрон­ного генератора

где xd=xad+x1 и xq= xad+x1 — синхронные индуктивные сопро­тивления явнополюсной синхронной машины по продольной и попе­речной осям соответственно, Ом.

Разделив выражения (21.7) и (21.8) на синхронную частоту вращения ω1,получим выражения электромагнитных моментов:

неявнополюсной синхронной машины

явнополюсной синхронной машины

где М — элёктромагнитный момент, Н*м.

Анализ выражения (21.10) показывает, что электромагнитный момент явнополюсной машины имеет две составляющие: одна из них представляет собой основную составляющую электромагнит­ного момента

другая — реактивную составляющую момента

Основная составляющая электромагнитного момента Мосн явнополюсной синхронной машины зависит не только от напря­жения сети (Мосн ≡ U1), но и от ЭДС Е, наведенной магнитным потоком вращающегося ротора Ф в обмотке статора:

Это свидетельствует о том, что основная составляющая электро­магнитного момента Мосн зависит от магнитного потока ротора: Мосн ≡ Ф. Отсюда следует, что в машине с невозбужденным рото­ром (Ф = 0) основная составляющая момента Мосн = 0.

Реактивная составляющая электромагнитного момента Мр не зависит от магнитного потока полюсов ротора. Для возникно­вения этой составляющей достаточно двух условий: во-первых, чтобы ротор машины имел явно выраженные полюсы (xq ≠ xd) и, во-вторых, чтобы к обмотке статора было подведено напряже­ние сети (Мр =U1 2 ). Подробнее физическая сущность реактив­ного момента будет изложена в § 23.2.

При увеличении нагрузки синхронного генератора, т. е. с ростом тока I1 происходит увеличение угла θ, что ведет к измене­нию электромагнитной мощности генератора и его электромаг­нитного момента. Зависимости Рэм = f

(θ) и M = f

(θ), представлен­ные графически, называются, угловыми характеристиками син­хронной машины.

Рассмотрим угловые характеристики электромагнитной мощ­ности Рэм.я = f

(θ) и электромагнитного момента Mя = f

(θ) явно- полюсного синхронного генератора (рис. 21.5). Эти характери­стики построены при условии постоянства напряжения сети (Uc = const) и магнитного потока возбуждения, т.е. E= const. Из выражений (21.9) и (21.11) видим, что основная составляю­щая электромагнитного момента Мосн и соответствующая ей составляющая электромагнитной мощности изменяются пропор­ционально синусу угла θ (график 1), а реактивная составляю­щая момента Мр и соответствующая ей составляющая электро­магнитной мощности изменяется пропорционально синусу угла 2θ (график 2). Зависимость результирующего момента Мя = Мосн + Мр и электромагнитной мощности Рэм от угла θ определяется графиком 3, полученным сложением значений моментов Mосн и Мр и соответствующих им мощностей по ординатам.

Максимальное значение электромагнитного момента Мmax соответствует критическому значению угла θкр.

Рис. 21.5. Угловая характеристика синхрон­ного генератора

Как видно из результирующей угловой характеристики (гра­фик 3), при увеличении нагрузки синхронной машины до значе­ний, соответствующих углу θ≤θкр, синхронная машина работает устойчиво. Объясняется это тем, что при θ≤θкр рост нагрузки генератора (увеличение θ) сопровождается увеличением электро­магнитного момента. В этом случае любой установив­шейся нагрузке соответ­ствует равенство вращаю­щего момента первичного двигателя М1 сумме про­тиводействующих момен­тов, т.е. M1= Mя+ M. В результате частота вра­щения ротора остается не­изменной, равной синхрон­ной частоте вращения.

При нагрузке, соот­ветствующей углу θ≤θкр электромагнитный момент Мя уменьшается, что ведет к нарушению равенства вращающего и противодействующих моментов. При этом избыточная (неурав­новешенная) часть вращающего момента первичного двигателя ΔМ = M1 — (Мя + M) вызывает увеличение частоты вращения ротора, что ведет к нарушению условий синхронизации (машина выходит из синхронизма).

Электромагнитный момент, соответствующий критическому значению угла (θкр), является максимальным Мmах.

Для явнополюсных синхронных машин θкр = 60÷80 эл. град.

Угол θкр можно определить из формулы

cos θкр = √β 2 +0,5 – β (21.14)

У неявнополюсных синхронных машин Мр = 0, а поэтому угловая характеристика представляет собой синусоиду и угол θкр = 90°.

Отношение максимального электромагнитного момента Мmах к номинальному Мном называется перегрузочной способностью синхронной машины или коэффициентом статической перегружаемости:

Пренебрегая реактивной составляющей момента, можно за­писать

т. е. чем меньше угол θном, соответствующий номинальной нагруз­ке синхронной машины, тем больше ее перегрузочная способ­ность. Например, у турбогенератора θном= 25÷30°, что соответ­ствует λ = 2,35÷2,0.

Общие требования

5.2.2. Генераторы, синхронные компенсаторы и их вспомогательное оборудование, устанавливаемые на открытом воздухе, должны иметь специальное исполнение.

5.2.3. Конструкция генераторов и синхронных компенсаторов должна обеспечивать их нормальную эксплуатацию и течение 20-25 лет с возможностью замены изнашивающихся и повреждаемых деталей и узлов при помощи основных грузоподъемных механизмов и средств малой механизации без полной разборки машины.

Конструкциями гидрогенератора и системы его водоснабжения должна быть предусмотрена возможность полного удаления воды и отсутствия застойных зон при ремонте в любое время года.

5.2.4. Генераторы и синхронные компенсаторы должны быть оборудованы контрольно-измерительными приборами в соответствии с гл. 1.6, устройствами управления, сигнализации, защиты в соответствии с 3.2.34-3.2.50 и с 3.2.72-3.2.90, устройствами АГП защиты ротора от перенапряжений, АРВ в соответствии с 3.3.52-3.3.60, а также устройствами автоматики для обеспечения автоматического пуска, работы и останова агрегата. Кроме того, турбогенераторы мощностью 100 МВт и более и синхронные компенсаторы с водородным охлаждением должны быть оборудованы устройствами дистанционного контроля вибрации подшипников. Турбо- и гидрогенераторы мощностью 300 МВт и более должны быть оборудованы также осциллографами с записью предаварийного процесса.

5.2.5. Панели управления, релейной защиты, автоматики, возбуждения и непосредственного водяного охлаждения гидрогенератора должны, как правило, размещаться в непосредственной близости от него.

5.2.6. Электрические и механические параметры мощных турбо- и гидрогенераторов должны, как правило, приниматься оптимальными с точки зрения нагрузочной способности. При необходимости обеспечения устойчивости работы параметры генераторов могут приниматься отличными от оптимальных с точки зрения нагрузочной способности при обосновании технико-экономическими расчетами.

5.2.7. Напряжение генераторов должно приниматься на основе технико-экономических расчетов по согласованию с заводом-изготовителем и в соответствии с требованиями действующих ГОСТ.

5.2.8. Установка дополнительного оборудования для использования гидрогенераторов в качестве синхронных компенсаторов должна быть обоснована технико-экономическими расчетами.

Советуем изучить — Приложение n 1. группы по электробезопасности электротехнического (электротехнологического) персонала и условия их присвоения

5.2.9. Для монтажа, разборки и сборки генераторов, синхронных компенсаторов и их вспомогательного оборудования должны быть предусмотрены стационарные, передвижные или инвентарные подъемно-транспортные приспособления и механизмы.

Способы пуска и схемы подключения

Для запуска синхронного электродвигателя требуется дополнительное поле, независимое от воздействия сети. В то же время, на стартовом этапе запуск представляет собой асинхронный процесс, пока агрегат не достигнет синхронной скорости.


Рис. 8. Схема пуска синхронного двигателя

При подаче напряжения на якорь возникает ток в его обмотках и генерация ЭДС в железе ротора, который обеспечивает асинхронное движение до того момента, пока не начнется питание обмоток возбуждения.

Еще одним распространенным вариантом пуска является использование дополнительных генераторов, которые могут располагаться на валу или устанавливаться отдельно. Такой метод обеспечивает дополнительное стартовое усилие за счет стороннего крутящего момента.


Рис. 9. Генераторный способ пуска синхронного двигателя

Как видите на рисунке 9, начальное вращение мотора М осуществляется за счет генератора G, который призван вывести устройство на подсинхронную скорость. Затем генератор выводится из рабочей цепи путем размыкания контактов КМ или автоматически при установке рабочих характеристик. Дальнейшее поддержание синхронного режима происходит за счет подачи постоянного напряжения в обмотку возбуждения.

Помимо этого на практике используется схема пуска с полупроводниковыми преобразователями. На рисунке 10 приведен способ тиристорного преобразователя и с установкой вращающихся выпрямителей.


Рис. 10. Тиристорная схема пуска синхронного двигателя

В первом случае запуск синхронного электродвигателя характеризуется нулевым напряжением от преобразователя UD. За счет ЭДС скольжения через стабилитроны VD осуществляется открытие тиристоров VS. В цепь обмотки возбуждения вводится резистор R, предназначенный для предотвращения пробоя изоляции. По мере разгона электродвигателя ЭДС скольжения пропорционально снизится и произойдет запирание стабилитронов VD, цепочка заблокируется, и обмотка возбуждения получит питание постоянным напряжением через UD.

Формула изобретения

Синхронная реактивная машина, содержащая на статоре многофазную силовую обмотку, равномерно распределенную вдоль внутренней расточки статора и предназначенную для подключения к вентильному преобразователю, а также многофазную обмотку возбуждения с полным шагом, предназначенную для подключения к управляемым возбудителям, отличающаяся тем, что пакет сердечника статора выполнен в виде квадрата, при этом обмотка возбуждения размещена в дополнительных пазах, которые выполнены в углах пакета.

Синхронные машины | Ремонт электрических машин

Сторінка 3 із 15

2.3. Синхронные машины

Синхронные машины широко применяются в качестве генераторов электрической энергии, например на электрических станциях. Синхронные двигатели используются для привода компрессоров, насосов, преобразовательных агрегатов и т. д. Двигатели, которые работают без нагрузки на валу, применяют в качестве источника реактивной мощности и называют синхронными компенсаторами.

В автоматике используют синхронные микродвигатели мощностью от долей ватта до нескольких сотен ватт.
Характерной особенностью синхронных машин является то, что в установившемся режиме работы скорость ротора равна угловой скорости магнитного поля.
Синхронная машина имеет две обмотки. Одна из них (обмотка возбуждения) подключается к источнику постоянного тока и создает основное магнитное поле машины. Вторая является обмоткой якоря и состоит из одной, двух или трех фаз. Наиболее распространены трехфазные обмотки якоря. В обмотке якоря индуцируется основная электродвижущая сила (ЭДС) машины.
Обычно в синхронных машинах обмотка якоря расположена на статоре, а обмотка возбуждения — на роторе. Иногда в машинах небольшой мощности обмотка якоря находится на роторе, а обмотка возбуждения — на полюсах статора. На практике преобладает первая конструкция, поскольку в этом случае к скользящему контакту ротора подводится мощность возбуждения, которая составляет лишь 0,3 — 3 % номинальной мощности машины.

Сердечник статора синхронной машины состоит из отдельных пластин электротехнической стали толщиной 0,5 мм (рис. 2.7). На внутренней поверхности статора имеются пазы для укладки обмотки якоря. При внешнем диаметре менее 1 м сердечник собирается из цельных кольцевых пластин (рис. 2 7, а) и при большем диаметре каждое кольцо составляют из отдельных пластин, которые называют сегментами (рис. 2.7, б). Сердечник закрепляется в станине (корпусе) статора. В пазы статора, которые обычно имеют прямоугольное сечение, укладывают двухслойные петлевые обмотки, а в крупных машинах — одно-витковые стержневые волновые обмотки.

Рис. 2.7. Листы сердечника статора синхронной машины: а — штампованные листы статорной стали небольших машин, б — штампованные листы (сегменты) статорной стали крупных машин; 1 — электротехническая сталь; 2 — лак или бумага

По исполнению ротора синхронные машины разделяют на явнополюсные и неявнополюсные.
Явнополюсный ротор синхронной машины (рис. 2.8) имеет выступающие полюса, сердечник которых в машинах большой мощности набирают из пластин конструкционной стали толщиной 0,5 — 1 мм.
В машинах небольшой мощности полюса крепятся болтами к валу, а в тихоходных — к ободу ротора.
В крупных и относительно быстроходных машинах полюса крепят к ободу ротора с помощью Т-образных или ласточкиных хвостов.
Обмотки возбуждения располагают на полюсах. В полюсных наконечниках размещают пусковую (демпферную) обмотку, изготовленную из крупных прутков латуни. Стержни этой обмотки по торцам замыкают пластинами или кольцами, образуя короткозамкнутые клетки.
Явнополюсные роторы применяют в машинах большой мощности с относительно низкой частотой вращения, а значит с большим числом полюсов.

Неявнополюсные роторы используют в синхронных машинах большой мощности с высокой частотой вращения (3000, 1500об/мин), например в синхронных турбогенераторах, а также быстроходных синхронных двигателях, которые применяются, в частности, для привода турбокомпрессоров.

Рис. 2.8. Явнополюсный ротор синхронной машины:
1 — ротор с полюсами и катушками; 2 — полюс с пусковой (демпферной) обмоткой; 3 — обмотка возбуждения полюса

Большинство синхронных машин имеет электромагнитное возбуждение. Источником постоянного тока для обмотки возбуждения являются специальные системы возбуждения: электромашинная и вентильная. В системе возбуждения используется специальный генератор постоянного тока (возбудитель), мощность которого составляет 0,3 -3 % мощности синхронной машины. Возбудитель обычно соединяется с валом синхронной машины. Величина тока возбуждения регулируется в цепи возбуждения возбудителя.

Вентильные системы возбуждения имеют три разновидности: с самовозбуждением, с независимым возбуждением, с бесщеточным возбуждением.
В настоящее время широко применяются синхронные машины с постоянными магнитами: микродвигатели, генераторы и двигатели малой мощности, тахогенераторы. В этих машинах вместо обмотки возбуждения используют постоянные магниты, которые в большинстве случаев располагают на роторе. Конструкция статора остается неизменной.
В синхронных двигателях, кроме постоянных магнитов, на роторе размещают пусковую короткозамкнутую обмотку.
Синхронные машины, как и асинхронные, изготовляют сериями. Для автономных установок, где в качестве первичного двигателя применяют двигатели внутреннего сгорания, выпускают синхронные генераторы серий ЕСС, СГД, СГН мощностью 6,25 — 156кВ-А при напряжении 400 В и 500 — 4000кВ-А при напряжении 6,3 кВ.
Номинальные частоты вращения генераторов 500, 1000, 1500 об/мин.
В синхронных электроприводах используют синхронные двигатели серий СД и СДН мощностью 75 — 125 кВт при напряжении 380 В и 400 — 10 000 кВт при напряжении 6кВ.
Синхронные двигатели серий СДН, СДНЗ (315 — 4000 кВт, 6кВ) предназначены для привода насосов, мельниц, дымососов и других механизмов с небольшими маховыми массами, которые не требуют регулирования частоты вращения. Обычно двигатели работают в закрытых помещениях с регулируемыми климатическими условиями. Степень защиты двигателей серии СДН — IP00, серии СДНЗ — IP44.
Двигатели этих серий изготавливают со станиной на лапах, с двумя стояковыми подшипниками скольжения, с горизонтальным размещением вала и одним свободным цилиндрическим концом. Корпус статора сварной, из листовой стали. Между пакетами сердечника статора имеются радиальные каналы для циркуляции охлаждающего воздуха. Температура подшипников контролируется с помощью термометров сопротивления.
Двигатели серий СДН, СДНЗ допускают прямой асинхронный пуск при номинальном напряжении сети. Из холодного состояния с интервалами не менее 5 мин возможны два пуска, из горячего состояния допускается только один пуск. При этом средний статический момент сопротивления не должен быть больше 0,4 номинального момента. Общее число пусков не может превышать 500 в год.
Возбуждение, управление пуском и остановом двигателей осуществляется от тиристорных возбудителей типа ТЕ8-320. Синхронные двигатели серий СДК, СДКП, СДКМ (315 — 800 кВт, 6 — 10 кВ) предназначены для привода компрессоров. Двигатели серии СДКП применяют во взрывоопасных помещениях. Для привода аммиачных поршневых компрессоров предназначены двигатели серии СДКМ.
Исполнение двигателей — горизонтальное, консольное (ротор насаживается на консольный конец вала компрессора).
Изоляция обмоток статора и ротора по нагревостойкости соответствует классу В.

Возбуждение двигателей осуществляется от тиристорных возбудителей на напряжение 380 В, которое получают от согласующего трансформатора.
Пуск двигателей асинхронный, непосредственно от сети при полном напряжении с разгруженным компрессором.
Синхронные явнополюсные двигатели серии СДМЗ (1600 -4000 КВт, 6кВ) предназначены для привода шаровых и стержневых мельниц в продолжительном режиме работы в закрытых помещениях с регулируемыми климатическими условиями. Двигатели имеют степень защиты IP44, горизонтальный вал, два стояковых подшипника скольжения с комбинированной смазкой.
Вентиляция принудительная по замкнутому циклу через воздухоохладители, установленные на фундаментной плите.
Возбуждение двигателей осуществляется от тиристорных возбудителей типа ТЕ8-320/150 и ТЕ8-320-230. Возможны два пуска подряд из холодного состояния или один пуск из горячего состояния при среднем статическом моменте 0,8 номинального. Следующий цикл возможен только через 2 ч. В год допускается до 500 пусков.
Синхронные двигатели серии СДМП2 (400 — 800 кВт, 6кВ) используются для привода шаровых и стержневых мельниц, установленных в помещениях со взрывоопасной средой. Режим работы S1, климатическое исполнение и категория размещения УХЛ4, степень защиты IP43. Система вентиляции включает отдельный вентилятор. Возбуждение от тиристорного возбудителя типа ТВ300Р-УХЛ4. Подшипники скольжения имеют кольцевую смазку.
Синхронные явнополюсные двигатели серии ДСЗ (12 500 -22 000 кВт, 6 — 10 кВ) предназначены для привода преобразовательных агрегатов. Они имеют закрытое исполнение с самовентиляцией по замкнутому циклу через воздухоохладители, которые устанавливают в фундаментной яме; степень защиты IP43. Конструкция двигателей позволяет сдвигать статор на полную длину ротора для профилактических осмотров и ремонтов, включая замену элементов обмотки статора и ротора без разборки двигателей. Возбуждение двигателей тиристорное.
Синхронные явнополюсные вертикальные двигатели серии ВДС (4000 — 16000 кВт, 6 — 10 кВ) применяются для привода насосов на крупных оросительных системах и магистральных каналах при подаче воды до 40м3/с и напоре 25 — 65 м.
Синхронные неявнополюсные двигатели серий СТД и ТДС (630 -31500 кВт, 6-10 кВ) используются для электроприводов нефтяных насосов и газовых компрессоров на компрессорных станциях магистральных нефте- и газопроводов, газовых компрессоров химического производства, водяных насосов при добыче нефти и др.
Двигатели выполняют с замкнутыми и разомкнутыми циклами вентиляции, на фундаментных плитах с двумя стояковыми подшипниками и одним рабочим концом вала, с массивной бочкой ротора, в пазы которой заложена обмотка возбуждения. Изоляция обмотки возбуждения — класса нагревостойкости В. Вентиляторы расположены с обеих сторон бочки ротора.
Подшипники скольжения смазываются под давлением. Двигатели этой серии могут запускаться непосредственно от сети. В случае больших моментов инерции пуск производят при пониженном напряжении с помощью пускового тиристорного устройства. Для питания обмотки возбуждения синхронных двигателей серии СТД применяют тиристорные возбудители серии ВТЕ 320-6. Возбудители подсоединяют к сети через трансформатор.

1. Как устроен синхронный двигатель?
2. Виды возбуждения синхронных машин.
3. Какие бывают серии синхронных машин и их особенности.
4. Чем различаются явнополюсные и неявнополюсные синхронные машины?
5. Где располагается пусковая обмотка синхронного двигателя? Как она выполняется?
6. Какие типы тиристорных возбудителей применяются в синхронных машинах?
7. Чему равна скорость ротора синхронной машины в установившемся режиме работы?
8. Как выполняется обмотка возбуждения синхронного двигателя?
9. В каких синхронных машинах применяют постоянные магниты?
10. Для привода каких промышленных механизмов используют синхронные двигатели?

Синхронные машины: возбуждение, устройство, принцип работы

Автор Фома Бахтин На чтение 3 мин. Просмотров 7.2k. Опубликовано Обновлено

Синхронными машинами называют устройства частота вращения ротора, в которых она всегда равна или же кратна аналогичному показателю магнитного поля внутри воздушного зазора, которое создается за счет тока проходящего по якорной обмотке. В основе работы данного типа машин лежит принцип электромагнитной индукции.

Возбуждение синхронных машин

Возбуждение синхронных машин может производиться за счет электромагнитного воздействия или же постоянного магнита. В случае с электромагнитным возбуждением применяется специальный генератор постоянного тока, который и питает обмотку, в связи со своей основной функцией данное устройство получило название возбудитель. Стоит отметить, что система возбуждения также делится на два вида по способу воздействия — прямой и косвенный. Прямой метод возбуждения подразумевает, что вал синхронной машины напрямую соединен механическим способом с ротором возбудителя. Косвенный же метод предполагает, что для того чтобы заставить ротор вращаться используется другой двигатель, например асинхронная электромашина.

Наибольшее распространение сегодня получил именно прямой метод возбуждения. Однако в тех случаях, когда предполагается работа системы возбуждения с мощными синхронными электромашинами применяют генераторы независимого возбуждения, на обмотку которых ток подается с другого источника постоянного тока, называемого подвозбудителем. Несмотря на всю громоздкость, данная система позволяет добиться большей стабильности в работе, а также более тонкой настройки характеристик.

Устройство синхронной машины

У синхронной электрической машины существует две основных составляющих части: индуктор (ротор) и якорь (статор). Самой оптимальной и потому распространенной на сегодняшний день является схема, когда якорь располагают на статоре, в то время как индуктор располагается на роторе. Обязательным условием для функционирования механизма является наличие между этими двумя частями воздушной прослойки. Якорь в данном случае представляет собой неподвижную часть устройства (статор). Он может состоять как из одной, так и из нескольких обмоток, в зависимости от необходимой мощности магнитного поля, которое он должен создавать. Сердечник статора, как правило, набирается из отдельных тонких листов электротехнической стали.

Индуктор в синхронных электрических машинах представляет собой электромагнит, при этом концы его обмотки выводятся непосредственно на контактные кольца на валу. Во время работы индуктор возбуждается постоянным током, благодаря которому ротор и создает электромагнитное поле, взаимодействующее с магнитным полем якоря. Таким образом, благодаря постоянному току, возбуждающему индуктор, достигается постоянная частота вращения магнитного поля внутри синхронной машины.

Принцип действия синхронных машин

В основе принципа работы синхронной машины лежит взаимодействие двух типов магнитных полей. Одно из этих полей образуется якорем, другое же возникает вокруг возбуждаемого постоянным током электромагнита – индуктора. Непосредственно после выхода на рабочую мощность магнитное поле создаваемое статором и вращающееся внутри воздушной прослойки, сцепляется с магнитными полями на полюсах индуктора. Таким образом, для того чтобы синхронная машина достигла рабочей частоты вращения, требуется определенное время на ее разгон. После того как машина разгоняется до необходимой частоты, на индуктор подается питание от источника постоянного тока.

Классификация синхронных двигателей

        По экономическим причинам и с технической точки зрения минимальная мощность синхронной машины составляет 500 кВт. Синхронный двигатель со скоростью вращения до 1000 оборотов в минуту  изготавливается с явнополюсным шихтованным ротором и пусковой обмоткой. Крупные электродвигатели на 1500 оборотов в минуту выполняют с массивными полюсами без пусковой, или как ее еще называют, демпферной обмотки. Двигатели на 3000 оборотов в минуту, так называемые, турбодвигатели производят неявнополюсными с массивными роторами.

 

Питающее напряжение большинства синхронных машин составляет 6 000 В и 10 000 В. На напряжение 380 В изготавливают маломощные двигатели до 320 кВт, которые вытесняются более дешевыми асинхронными.

 

Многие типы синхронных электродвигателей предназначены для общепромышленного назначения. Однако существует ряд машин, которые имеют узконаправленное применение. Такие двигатели приводят в движение экскаваторные, компрессорные, резиносмесительные агрегаты и т.д.

 

По монтажному исполнению машины разделяют на вертикальные и горизонтальные. Вертикальное исполнение нашло широкое применение для привода насосов.

 

Существует разделение двигателей по степени защиты, системе вентиляции и системе охлаждения, а именно:

  1. открытые (брызгозащищенные)
  2. закрытые с разомкнутым циклом вентиляции
  3. закрытые с замкнутым циклом вентиляции с встроенными воздушными охладителями
  4. закрытые с замкнутым циклом вентиляции и встроенными водяными охладителями
  5. закрытые взрывозащищенные продуваемые под избыточным давлением.

Подавляющее большинство синхронных двигателей имеют самовентиляцию и только в крупных машинах применяют вентиляторы- наездники.

 

Различают полупроводниковую статическую и бесщеточную системы возбуждения синхронного двигателя. Статический возбудитель получает питание от постороннего источника, а бесщеточный изготавливают встроенным в синхронную машину.

 

Running sneakers | Air Jordan 1 Retro High OG «UNC Patent» Obsidian/Blue Chill-White For Sale – Fitforhealth

Интеллектуальные машины новый дизайн

Цифровые тиристорные системы возбуждения (ВТЕ) предназначены для питания обмотки возбуждения автоматически регулируемым выпрямленным током высоковольтных и низковольтных щеточных синхронных двигателей с током возбуждения до 400А.

Структура условного обознанчения

В названии каждой модели возбудителя из серии ВТЕ зашифрованы основные технические характеристики:

ВТЕ-AAA-VVV-M-CP-IPХХ

ВТЕ

Тиристорный возбудитель синхронных двигателей — название серии

AAA

Номинальный ток возбуждения, А

VVV

Номинальное напряжение возбуждения, В

M

Номер модели

C

Количество блоков управления: 1 или 2

P

Количество тиристорных преобразователей: 1 или 2

IPXX

IP22 или IP54 — климатическая защита шкафа

Синхронный генератор – обзор

9.3.1 Синхронные генераторы

Синхронные генераторы особенно используются в прямых приводах (т.е. без механического умножителя). Синхронные генераторы очень выгодны, когда они имеют большое количество полюсов, однако в этом случае частота становится несовместимой с частотой сети, поэтому требуется инвертор. Поэтому все машины с прямым приводом имеют переменную скорость. На рис. 9.20 показана базовая структура WECS на основе синхронного генератора с постоянными магнитами (PMSG).

Рисунок 9.20. Синхронный генератор (обмоточный ротор) и преобразователь частоты.

Синхронные генераторы с прямым приводом имеют обмотку индуктора (ротор) и требуют щеточных колец для обеспечения питания постоянным током. PMSG становятся все более и более популярными для приложений с регулируемой скоростью, и ожидается, что они будут приобретать все большее значение в будущем.

Аэродинамическая ось ротора ветряной турбины и генератор могут быть соединены напрямую (т. е. без редуктора). В данном случае генератор представляет собой многополюсный синхронный генератор, рассчитанный на низкую скорость.В качестве альтернативы они могут быть соединены через редуктор, который позволяет использовать генератор с большим числом полюсов. Для работы с переменной скоростью синхронный генератор подключается к сети через два силовых преобразователя для регулировки частоты, что полностью отделяет скорость генератора от частоты сети. Следовательно, частота генератора будет меняться в зависимости от скорости ветра, тогда как частота сети останется постоянной.

Система силового преобразователя состоит из двух преобразователей, со стороны сети и со стороны генератора, соединенных встречно-параллельно звеном постоянного тока.

Основным недостатком этого метода является размер двунаправленного преобразователя, который должен соответствовать мощности генератора переменного тока. Кроме того, необходимо удалить искажение, вызванное гармониками из-за двунаправленного преобразователя, используя систему фильтров. Еще одним недостатком является то, что многополюсная машина требует большого количества полюсов, что увеличивает размер машины по сравнению с генераторами с передаточной муфтой.

Управление активной и реактивной мощностью для PMSG изучалось в работах.[22–28]. В исх. [22] автор предложил способ управления ветроэнергетической системой, подключенной к ГЭУ, в условиях неисправности сети. Авторы предложили использовать конденсатор на стороне постоянного тока для кратковременного накопления энергии для компенсации колебаний момента и скорости, а также для обеспечения устойчивой работы ветроустановки при нарушениях электросети. Автор в Ref. [23] предложили стратегию управления током для ограничения сетевого тока инвертора и снижения выходной мощности машины во время сбоев в сети.

Стратегия управления инвертором для ветроэнергетической системы на основе ГЭУ при несимметричном трехфазном напряжении была изучена в работе. [24]. Ток короткого замыкания обратной последовательности разлагается и добавляется к току, рассчитанному контуром фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Этот метод управления обеспечивает трехфазный синусоидальный сбалансированный ток для стороны сети, однако контроль напряжения в звене постоянного тока не рассматривается. Модель, предложенная в [1]. В работах [25–27] пренебрегается обменом энергией с индукторами. Таким образом, для сильно несбалансированного случая или для системы с большим значением индуктивности этот метод не эффективен.В исх. В [28] автор предложил стратегию управления с двумя режимами настройки для раздельного управления током замыкания прямой и обратной последовательности. Первый режим обеспечивает сбалансированные токи на стороне сети, а второй режим уменьшает пульсации напряжения в звене постоянного тока в условиях несбалансированной сети.

С помощью преобразования Парка фактические напряжение и ток статора преобразуются в их аналоги d–q , как показано на рис. 9.21.

Рисунок 9.21. Парковая модель синхронной машины.

Величины статора выражены в системе отсчета Парка, связанной с ротором:

(9.12){vsd=Rsisd+dφsddt−ωgφsqvsq=Rsisq+dφsqdt−ωgφsd

Аналогично, потоки статора:

{9,1304 φsd=Ldisd+φfφsq=Lqisq

L d и L q – компоненты индуктивности на прямой и квадратурной оси. Предполагается, что машина имеет гладкие полюса, поэтому L d  =  L q , а φ f .

Подставляя уравнение (9.12) в уравнение (9.13) дает:

(9.14){vsd=Rsisd+Lddisddt−ωgLqisqvsq=Rsisq+Lqdisqdt+ωg(Ldisd+φsd)

Создаваемый электромагнитный момент равен:

(9.15)Tem=3P2((Ld−Lq ) ISDISQ + φfisq)

Конечные формы уравнений PMSG в D Q Reforment Rame:

(9.16) {disddt = -rsldisd + lqldωgisq + 1ldvsddisqdt = + ldlqωgisd-rslqisq-ωgφf + 1lqvsqtem =32P((Ld-Lq)isdisq+φfisq)Tem-Tm-fΩg=JdΩgdt

Синхронный двигатель: принцип работы, типы и области применения

В электрической машине есть два типа двигателей, которые работают на переменном токе (AC): i.e, асинхронный двигатель и синхронный двигатель.

Асинхронный двигатель широко известен как асинхронный двигатель. Кроме того, он делится на два типа: 1-фазный асинхронный двигатель и 3-фазный асинхронный двигатель. И синхронный двигатель также имеет два типа, то есть двигатели без возбуждения и двигатели с возбуждением постоянного тока (обсуждается ниже).

В этой части мы обсудим только синхронный двигатель.

Что такое синхронный двигатель?

Синхронный двигатель — это электродвигатель переменного тока, в котором скорость вращения ротора такая же, как и у вращающегося поля в машине.Синхронный двигатель работает с синхронной скоростью (т. е. Ns= ​​120f/P). Следует отметить, что синхронный двигатель является трехфазным двигателем, и его частота остается постоянной, благодаря чему он получает синхронизированную скорость (постоянную скорость).

Тем не менее, он не используется широко, так как имеет различные свойства, которые не удовлетворяют большого спроса.

Конструкция синхронного двигателя

Синхронный двигатель представляет собой электрическую машину, которая работает с синхронной скоростью (постоянной скоростью) и преобразует электрическую энергию в механическую.В основном это генератор переменного тока, работающий как двигатель. Существуют основные части синхронного двигателя (например, генератор переменного тока). Эти две части: —

(i) Статор

Статор представляет собой цилиндрический сердечник, имеющий ряд пазов, в которые вставлена ​​трехфазная обмотка якоря. Каждый зазор или поверхность сердечника изолированы, чтобы предотвратить протекание вихревых токов. Обмотка якоря в статоре также получает питание от трехфазной сети.

(ii) А Ротор

Ротор – вращающаяся часть синхронной машины, проще говоря, стержневого типа.Он возбуждается источником постоянного тока. Скорость вращения ротора равна скорости магнитного поля. В синхронном двигателе ротор можно разделить на две части: явнополюсный и неявнополюсный. (a) Ротор с явно выраженными полюсами

Здесь возбуждающая катушка соединена последовательно с двумя скользящими крыльями. Явные полюса возбуждаются постоянным током, чтобы сформировать чередующиеся полюса N и полюса S. В обмотки подается постоянный ток. Постоянный ток подается от внешнего возбудителя, установленного на валу ротора.Статор намотан таким образом, что полюсов будет столько же, сколько полюсов ротора.

Синхронная скорость двигателя будет зависеть от количества полюсов:

Синхронная скорость, Ns = 120f/P

Где,

  • f = частота питания в Гц
  • P= количество полюсов

Обратите внимание, что синхронный двигатель не запускается самостоятельно, поэтому для его запуска требуются внешние средства.

(b) Неявнополюсный ротор

Роторы с неявнополюсными роторами имеют цилиндрическую форму с параллельными пазами, на которых можно разместить обмотки ротора.Для изготовления этого типа ротора используется твердая сталь.

Эквивалентная электрическая схема

Принцип работы синхронной машины

Синхронный двигатель состоит из двух основных частей: статора и ротора. Неподвижная часть – это статор, а вращающаяся часть – это ротор.

Обе части «возбуждены вдвойне». Двойное возбуждение означает, что для создания одного механического выхода требуется два электрических входа. Проще говоря, есть два набора входных клемм для создания механического выхода.

Давайте теперь разберемся с принципом работы трехфазного синхронного двигателя, показанного на рисунке ниже:

  • На рисунке выше показан трехфазный синхронный двигатель с двумя полюсами ротора, а именно NR и SR. Также два полюса, а именно NS и SS, намотаны для статора. Теперь к обмотке ротора приложено постоянное напряжение, а к обмотке статора – 3-х фазное.
  • После подачи питания обмотка статора создаст вращающееся магнитное поле, которое будет вращаться вокруг части статора с синхронной скоростью i.д, Нс (= 120 в/п). Однако постоянный ток (или ток нулевой частоты), подаваемый в ротор, создает постоянное магнитное поле. Таким образом, в этот момент возникают две ситуации: полюса статорной обмотки, которая вращается (т. е. НС — СС), и пара полюсов ротора, которые находятся в неподвижном состоянии (т. е. НР — СР).
  • Допустим, статор дал с 3-х фазным питанием. Теперь вокруг статора будет вращаться магнитное поле. При этом ротор находится в стационарном состоянии.
  • На рисунке () Когда полюс статора находится в положениях A и B, ротор будет стремиться двигаться против часовой стрелки.Это связано с тем, что в этот момент статор и ротор испытывают один и тот же полюс (т. Е. NS и NR встречаются в одной точке), создавая силу отталкивания и, таким образом, заставляя ротор двигаться в направлении против часовой стрелки.
  • Через некоторое время полюса в позициях A и B поменяются местами. Теперь, в этот момент, ротор будет стремиться двигаться в том же направлении, что и поле статора (то есть по часовой стрелке). Это связано с тем, что статор и ротор будут иметь противоположные полюса, что приведет к возникновению силы притяжения и заставит ротор двигаться в направлении поля статора.
  • В результате из-за высокой инерции ротора ротор не может двигаться ни по часовой стрелке, ни против часовой стрелки из-за силы отталкивания и силы притяжения. Следовательно, синхронный двигатель не может запуститься сам по себе, поскольку в нем не создается момент самозапуска.

Как сделать синхронный двигатель самозапускающимся?

Мы знаем, что синхронный двигатель не может быть запущен сам по себе. Но можно сделать синхронный двигатель самозапускающимся, изменив его конструкцию.Теперь, чтобы обеспечить самозапуск синхронного двигателя, в роторной части предусмотрена обмотка с короткозамкнутым ротором (также известная как демпферная обмотка).

При пуске катушки возбуждения ротора не запитаны. когда на статор подается трехфазный переменный ток, вращающееся магнитное поле, создаваемое в статоре, индуцируется в демпферной обмотке (беличья клетка), заставляя ротор двигаться, как асинхронный двигатель. Это связано с тем, что скорость как поля ротора, так и поля статора будет разной.

Когда ротор достигает синхронной скорости, ротор возбуждается постоянным током. В этот момент противоположная полярность статора и ротора будет иметь магнитное притяжение между ними. Полюса ротора и статора будут заблокированы. Таким образом, делая скорость поля ротора равной скорости поля статора.

Теперь, когда скорость ротора синхронизирована благодаря магнитной блокировке, в операции не будет срезания магнитного потока. Таким образом, в демпферной обмотке не будет индуцированного тока.Следовательно, действие беличьей клетки в конце концов устранено.

Примечание: Важно, чтобы возбуждение ротора постоянным током производилось в нужный момент. Вот почему дуга спроектирована в начале, чтобы определить, когда должно произойти возбуждение. Возбуждение той же полярности может привести к сильному механическому удару.

Типы синхронных двигателей

В зависимости от того, как намагничивается ротор, синхронные двигатели можно разделить на два основных типа: Двигатели без возбуждения и Двигатели с возбуждением постоянного тока.

1. Двигатели без возбуждения

В двигателях без возбуждения ротор изготавливается из стали с высокой сохраняющей способностью, например из кобальтовой стали. При синхронной скорости ротор вращается за счет вращающегося магнитного поля почти постоянно. Возможно, его намагничивание нужно производить с помощью внешнего поля статора.

Электродвигатели без возбуждения бывают трех разных типов, а именно:

(a) Постоянный магнит
(b) Реактивное сопротивление и
(c) Гистерезисные конструкции

Полную информацию об их трех типах можно прочитать здесь.

2. Двигатель постоянного тока с возбуждением

В двигателе с возбуждением постоянным током питание подается на обмотку статора от внешнего источника постоянного тока. Поле создается в обмотке статора и, таким образом, происходит возбуждение ротора. Этот тип двигателя имеет большие размеры, которые могут составлять более одной лошадиной силы или одного киловатта.

Почему синхронный двигатель выходит из синхронизма?

Синхронный двигатель вышел из синхронизма из-за некоторых из следующих факторов:

  • Перегрузка двигателя
  • Низкое напряжение питания
  • Низкое напряжение возбуждения

Приложения
  1. Синхронные двигатели используются для улучшения регулирования напряжения в линиях электропередачи.
  2. В основном используется для низких скоростей (< 300 об/мин), имеет высокий КПД и может быть отрегулирован до единичного коэффициента мощности.
  3. Используется для мощных преобразователей электроники на очень низкие частоты, которые работают на сверхнизкой скорости. Некоторыми примерами являются приводные дробилки, шаровые мельницы с регулируемой скоростью и вращающиеся печи.

Преимущества
  • Имеет возможность управления коэффициентом мощности.
  • Независимо от нагрузки скорость синхронного двигателя остается постоянной.
  • В синхронном двигателе электромагнитная мощность линейно зависит от напряжения.
  • Синхронные двигатели могут использоваться для улучшения коэффициента мощности при номинальной нагрузке силовой установки.

Недостатки
  • Синхронные двигатели не запускаются самостоятельно, поэтому для возбуждения постоянным током требуется внешний источник.
  • Его крутящий момент равен нулю. Поэтому не может быть запущен, когда есть нагрузка.
  • Его нельзя использовать в приложениях, где требуется частый запуск.
  • Когда нагрузка превышает ее возможности, ротор и статор теряют синхронность, и двигатель резко останавливается.

Что такое синхронная машина? | Электрика4у

Синхронная машина:

Асинхронный двигатель представляет собой машину с одинарным возбуждением, тогда как трехфазная синхронная машина представляет собой машину переменного тока с двойным возбуждением (даны два входа), поскольку ее обмотка возбуждения возбуждается источником постоянного тока, а обмотка якоря возбуждается источником переменного тока.Цель возбуждения состоит в том, чтобы превратить статор и ротор в электромагнит. Синхронные машины можно разделить на два типа.

  • Синхронный генератор
  • Синхронный двигатель

Это электромеханическое устройство преобразования энергии, когда оно работает как генератор, вырабатывая энергию переменного тока. При работе в качестве двигателя он получает активную мощность от источника переменного тока. Синхронная машина также называется генератором переменного тока.

Скорость синхронного двигателя не зависит от нагрузки и напряжения.Это зависит от частоты и количества полюсов.

N с = 120*f / P

Где,

Ns=синхронная скорость

f = частота

P= количество полюсов

На большинстве электростанций используются синхронные генераторы.

Синхронная машина имеет статор и ротор. Обмотка якоря размещена в статоре, который питается от источника переменного тока, а обмотка возбуждения размещена в роторе, который питается от источника постоянного тока.Принцип действия синхронного генератора такой же, как и у электромагнитного индукционного типа. По конструкции роторы можно разделить на два типа

.
  1. Явнополюсный (выступающий)
  2. Неявнополюсный полюс (цилиндрического типа)

Генератор с явно выраженными полюсами, также называемый гидрогенератором. Он имеет небольшую длину сердечника и большой диаметр, в то время как генератор с цилиндрическим полюсом, также называемый турбогенератором, имеет большую длину сердечника и малый диаметр.

Предыдущая статьяРасценки на электроэнергию в Раджастане на единицу 2022 и калькулятор счетов за электроэнергиюСледующая статьяЧто такое регулирование напряжения?

Какие бывают роторы в синхронных машинах? — Первый законкомик

Какие бывают роторы синхронных машин?

Ротор синхронного двигателя

Доступны два типа роторов: Тип с явно выраженными полюсами. Цилиндрический тип ротора.

Для чего используются двигатели с фазным ротором?

Эти двигатели используются с высокими инерционными нагрузками.Асинхронный двигатель с фазным ротором используется в приложениях, требующих плавного пуска и регулируемой скорости. Некоторые из применений этого двигателя включают краны, мельницы, подъемники и конвейеры. Асинхронный двигатель с фазным ротором также используется в вентиляторах, воздуходувках и смесителях.

Что такое ротор в синхронном двигателе?

Синхронный двигатель работает. Статор и ротор являются двумя основными частями синхронного двигателя. Статор — неподвижная часть, а ротор — вращающаяся часть машины.Трехфазное питание переменного тока подается на статор двигателя. Статор и ротор возбуждаются отдельно.

Какие существуют два типа синхронных машин?

В зависимости от расположения обмотки якоря и обмотки возбуждения синхронные машины подразделяются на два типа: с вращающимся якорем и с вращающимся полем.

Какие существуют типы трехфазных синхронных двигателей?

Этот тип синхронного двигателя делится на три категории и доступен в трех исполнениях, каждый из которых имеет уникальные особенности:

  • Гистерезисные синхронные двигатели.
  • Реактивные синхронные двигатели.
  • Синхронные двигатели с постоянными магнитами.

Какие бывают типы роторов?

Тип и конструкция роторов

  • Ротор с короткозамкнутым ротором.
  • Ротор с обмоткой.
  • Ротор с явными полюсами.
  • Неявнонаправленный ротор.
  • Напряжение стержня ротора.
  • Крутящий момент в роторе.
  • Проскальзывание асинхронного двигателя.
  • Частота индуцированных напряжений и токов.

Что такое обмотка ротора для двигателей с фазным ротором?

3-фазные обмотки
1.Что такое обмотки ротора для двигателей с фазным ротором? Объяснение: Обмотки ротора для двигателей с фазным ротором представляют собой 3-фазные обмотки.

Как работают роторные двигатели?

В трехфазной асинхронной машине переменный ток, подаваемый на обмотки статора, возбуждает ее, создавая вращающийся магнитный поток. Цепь ротора закорочена, и в проводниках ротора течет ток. Действие вращающегося потока и тока создает силу, которая создает крутящий момент для запуска двигателя.

Как работают синхронные машины?

Синхронный двигатель — это двигатель, в котором ротор обычно вращается с той же скоростью, что и вращающееся поле в машине.Принцип работы синхронного двигателя можно понять, если рассмотреть обмотки статора, подключенные к трехфазной сети переменного тока.

Является ли синхронный двигатель трехфазным?

Работа синхронного двигателя обусловлена ​​взаимодействием магнитных полей статора и ротора. Его статорная обмотка, состоящая из трехфазной обмотки, питается трехфазным питанием, а ротор питается постоянным током.

В чем разница между асинхронной машиной и синхронной машиной?

Принципиальное отличие этих двух двигателей состоит в том, что скорость вращения ротора относительно скорости статора у синхронных двигателей одинакова, а скорость вращения ротора у асинхронных двигателей меньше его синхронной скорости.Когда поля статора и ротора замыкаются вместе, двигатель становится синхронным.

Для чего используется двигатель с фазным ротором?

Несмотря на то, что двигатель с фазным ротором дорог и менее эффективен, его регулируемые характеристики крутящего момента и скорости отлично подходят для привода больших шаровых мельниц, больших прессов, насосов с регулируемой скоростью, кранов, лебедок и других нагрузок с высокой инерцией. Они также отлично подходят для любого приложения, которое требует плавного запуска и возможности изменения скорости.

Какая обмотка синхронного двигателя?

Ротор синхронного двигателя также имеет короткозамкнутую обмотку, известную как амортизирующая обмотка, которая создает крутящий момент для запуска двигателя. Синхронные двигатели будут работать на синхронной скорости в соответствии с формулой:

Двигатели с ротором однофазные или трехфазные?

Это не всегда так: некоторые двигатели являются однофазными, но двигатели с фазным ротором, как правило, всегда трехфазные. Тем не менее, эти три фазы генерируют магнитное поле, которое смещается вместе с переменными токами.

Как двигатель с ротором снижает пусковой ток?

Когда двигатель достигает номинальной скорости, ротор создает «противоЭДС» в статоре, которая снижает ток статора обратно до номинального уровня.Пусковой ток — это то, что минимизируется в двигателях с фазным ротором за счет увеличения сопротивления в обмотках ротора (I=V/R, где R увеличивается), и поэтому они имеют такие плавные пусковые характеристики.

Классификация синхронных генераторов | Электротехника

Синхронные генераторы можно классифицировать как: 1. Гидроэлектрические генераторы 2. Турбогенераторы переменного тока 3. Синхронные генераторы с приводом от дизельного двигателя.

1. Гидрогенераторы:

Генераторы, используемые на гидроэлектростанциях, представляют собой трехфазные синхронные генераторы переменного тока, называемые генераторами переменного тока.Генератор переменного тока состоит в основном из двух частей, а именно якоря и магнитной системы возбуждения.

Якорь генератора переменного тока представляет собой железное кольцо, образованное пластинами из специального магнитного сплава железа или стали (кремнистой стали) с прорезями на внутренней периферии для размещения проводников якоря и известно как статор. Вся конструкция удерживается на раме, которая может быть изготовлена ​​из чугуна или сварных стальных листов.

Для минимизации потерь на вихревые токи из-за вращения полевой структуры между статором сердечник статора ламинирован.Пластины (обычно толщиной 0,5 мм и менее) штампуют целыми кольцами для малых машин или сегментами (для больших машин) и изолируют друг от друга бумагой или лаком.

В штамповках также имеются отверстия, образующие осевые и радиальные вентиляционные каналы для обеспечения эффективного охлаждения. Открытые пазы используются чаще, потому что катушки можно формировать и изолировать перед помещением в пазы, что обеспечивает наименьшие затраты и более удовлетворительный метод намотки.Такие пазы также облегчают удаление и замену неисправных катушек.

Структура возбуждения является самым большим и тяжелым компонентом генератора переменного тока (в больших машинах он может достигать 15 м в диаметре и веса 1000 тонн) и называется ротором. В роторе находится обмотка возбуждения постоянного тока, а ток возбуждения подается на ротор через два контактных кольца и щетки.

Обмотки возбуждения соединены последовательно, образуя обмотку возбуждения, на которую подается постоянный ток напряжением 110/220/300 В.Ранее возбуждение обычно обеспечивалось небольшими генераторами постоянного тока (шунтового или комбинированного типа), приводимыми в действие пилотными возбудителями от вала турбогенератора. В современных генераторах используются статические системы возбуждения.

Генераторы переменного тока, используемые на гидроэлектростанциях, имеют следующие характеристики:

Машины могут иметь горизонтальную или вертикальную конфигурацию. Генераторы переменного тока, используемые в сочетании с импульсными турбинами, обычно имеют горизонтальную конфигурацию, тогда как генераторы, используемые с турбинами Фрэнсиса и Каплана, имеют вертикальную конфигурацию.Низкие скорости (около 50—500 об/мин у вертикальных машин и 100—1000 об/мин у горизонтальных машин). Должна быть обеспечена защита от неуправляемых скоростей.

Станки большого диаметра и малой длины. Машины обычно явнополюсные, число полюсов, из которых они состоят, колеблется от 6 до 120. Эти машины должны быть способны обеспечивать большие зарядные токи линии, так как гидроэлектростанции обычно располагаются на значительном расстоянии от конца нагрузки.Поэтому требуется более высокое значение коэффициента короткого замыкания (около единицы). Машины обычно имеют воздушное охлаждение. Такие машины производятся мощностью от 0,5 МВт до более 1000 МВт.

2. Турбогенераторы:

На центральных электростанциях паровая турбина и генератор переменного тока соединены напрямую, чтобы избежать потерь при передаче. Турбогенераторы — это высокоскоростные машины (3000 или 1500 об/мин) для систем с частотой 50 Гц. Эти машины имеют горизонтальную конфигурацию и гладкую цилиндрическую (или неявнополюсную) структуру поля, намотанную обычно на 2 или 4 полюса.Для уменьшения окружной скорости (максимальная окружная скорость не должна превышать 175 м/с) диаметр ротора остается малым, а осевая длина увеличивается. Отношение диаметра к осевой длине колеблется от 1/3 до 1/2.

Из-за высокой окружной скорости вращающаяся часть турбогенератора подвергается высоким механическим нагрузкам. В результате ротор большого турбогенератора обычно изготавливается из цельной стальной поковки. Для роторов турбогенераторов используется хромоникелевая сталь или специальная хромоникельмолибденовая сталь.

Поковка имеет радиальные прорези, в которые помещена полевая медь, обычно в виде полос. Катушки удерживаются на месте стальными или бронзовыми клиньями, а концы катушек крепятся металлическими кольцами. Обычно две трети ротора имеют прорези для обмотки возбуждения, а одна треть остается без прорезей, образующих поверхности полюсов.

В роторе выфрезерованы прямоугольные пазы с коническими зубьями, чтобы можно было использовать прямоугольные проводники для обмоток возбуждения. Каждая щель снабжена вентиляционным отверстием внизу.Чтобы уменьшить опасную пульсацию зубьев, либо пазы статора, либо полюса скошены.

Структура неявнонаправленного возбуждения, используемая в турбогенераторах переменного тока, имеет следующие особенности:

(i) Они имеют меньший диаметр (максимум 1 м в 2-полюсной машине) и очень большую осевую длину.

(ii) Прочная конструкция и бесшумная работа.

(iii) Меньшие потери на парусность (сопротивление воздуху).

(iv) Лучшая динамическая балансировка.

(v) Высокая рабочая скорость (3000 или 1500 об/мин).

(vi) Почти синусоидальное распределение потока по периферии и, следовательно, дает лучшую форму волны ЭДС, чем та, которую можно получить при явно выраженной структуре поля полюсов.

(vii) Нет необходимости в демпфирующих обмотках (за исключением особых случаев для облегчения синхронизации), поскольку сплошные полюса возбуждения сами по себе действуют как эффективные демпферы.

Блоки мощностью 500 МВт обычно используют полые проводники статора. Коэффициент короткого замыкания составляет от 0,4 до 0,6.

Турбогенераторы

обычно рассчитаны на напряжение 11 кВ с 3-фазным соединением обмоток статора звездой.Стандартная частота генерации 50 Гц. Обычно турбогенераторы рассчитаны на отставание коэффициента мощности 0,8.

Главные возбудители представляют собой комбинированные генераторы постоянного тока номинальным напряжением 125 или 250 В, способные обеспечить требуемое возбуждение для главных генераторов при полной нагрузке и перегрузке около 20% при номинальном коэффициенте мощности. Для турбогенераторов предусмотрена перегрузочная способность не менее 10 % при нормальных условиях эксплуатации. Статические возбудители также сейчас широко используются.

Малые машины (мощностью до 50 МВт) с воздушным охлаждением.Однако водородное охлаждение неизменно используется как для статора, так и для ротора турбогенераторов среднего и большого размера. Существует несколько преимуществ использования водорода в качестве хладагента вместо воздуха в системе вентиляции с замкнутым контуром, таких как повышенная эффективность, увеличенная номинальная мощность, увеличенный срок службы, устранение пожароопасности, меньший уровень шума, меньшие размеры охладителей и т. д.

Машины строятся мощностью от 10 МВт до более 1500 МВт. Блоки мощностью 500 МВт были установлены в Синграули, Анпара, Чандарпур, Рамагундем, Тромбай, Фаракка и Корба.

3. Синхронные генераторы с дизельным двигателем:

Синхронные генераторы с дизельным двигателем имеют малую мощность от 100 кВА или менее до 1000 кВА. Скорость обычно составляет от 375 до 1500 об / мин, т. Е. Количество полюсов составляет от 16 до 4. Обычно для дизельных генераторов обычно используются генераторы с 4-6 полюсами.

Дизельные двигатели изготавливаются горизонтального типа, поэтому и дизельный двигатель, и синхронный генератор установлены горизонтально и соединены горизонтальным валом.В таких генераторах используется конструкция с явно выраженными полюсами. Крутящий момент дизельного двигателя неравномерен, что делает синхронный генератор чувствительным к изменениям крутящего момента.

ТИПЫ РОТОРА СИНХРОННЫХ МАШИН — КОНСТРУКТИВНЫЕ ИЗДЕЛИЯ

Магнитное поле ротора создается обмоткой возбуждения F на роторе, на который подается регулируемый постоянный ток. Кроме того, ротор имеет короткозамкнутую демпферную обмотку D на поверхности. Эта обмотка служит для гашения электрических и механических колебаний и для защиты обмотки возбуждения от встречных вращающихся полей в случае асимметрии или гармоник токов статора.(В роторах без явно реализованной демпферной обмотки вихревые токи в железе ротора могут иметь аналогичный эффект.) В зависимости от применения генератора используются два разных типа роторов, показанные на рисунке.

Рисунок: Поперечные сечения различных типов роторов.

КРУГЛЫЙ РОТОР

Круглые роторы используются с высокоскоростными турбинами, такими как паровые или газовые турбины. По этой причине генераторы с круглыми роторами также называют турбогенераторами.Они могут иметь номинальную мощность до 1800 МВА на единицу. Из-за больших центробежных сил ротор состоит из длинного узкого цельного стального цилиндра.

Обмотки возбуждения монтируются в пазы, вырезанные на станке примерно на 2/3 периметра. Из-за дискретного распределения обмоток на поверхности ротора плотность магнитного потока в воздушном зазоре всегда имеет ступенчатый вид. Благодаря правильному распределению обмоток эти ступени можно сделать приблизительно синусоидальными!

ЯВНОПОЛЮСНЫЙ РОТОР

Явнополюсные роторы применяются в тихоходных гидротурбинах номинальной мощностью до 800 МВА на агрегат.Чтобы получить соответствующую частоту электрической мощности, несмотря на низкую скорость вращения ротора, роторы с явными полюсами обычно имеют несколько пар полюсов. Для русловых электростанций число полюсов может достигать p = 200! Такие роторы имеют очень большие диаметры (несколько метров) и небольшую длину.

Обмотки возбуждения монтируются на отдельных полюсах. Правильно спроектировав геометрическую форму полюсов, плотность магнитного потока в воздушном зазоре на поверхности статора также можно сделать примерно синусоидальной!

СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

ДОМ доставит вас в стартовую страницу после прочтения этих разделов.На стартовой странице есть ссылки на другие темы.

 

http://powerlearn.ee.iastate.edu — Симулятор для синхронный генератор

 

Конструкция и типы синхронных машины

 

Типы синхронных машин, простая работа синхронной машины как генератора и двигателя, выражение для ЭДС индукции. Генератор и двигатель

 

Реакция якоря

 

Результирующий вектор МДС, арматура реактивное сопротивление реакции, синхронное сопротивление, простая схема замещения

 

Векторная диаграмма

 

Векторная диаграмма для цилиндрических роторная машина, синхронное сопротивление от разомкнутой цепи и короткого замыкания испытания, коэффициент короткого замыкания, нагрузочная характеристика генератора, реакция якоря ампер-витки и реактивное сопротивление рассеяния, метод Потье

 

Теория двух осей

 

Теория существенных двух реакций полюсная машина, векторная диаграмма и соотношение углов мощности, машина нежелания

ВЕРХ

Регулятор напряжения

 

Регулировка напряжения различными методы

ВЕРХ

Параллельная работа генераторов

 

Синхронная машина на бесконечности шина (генератор и двигатель) и синхронизация, синхронная машина работа на бесконечной шине на

1. Постоянное возбуждение с переменной нагрузкой

2. Постоянная нагрузка при переменном возбуждении (O-кривые и V-кривые) ТОП

 

Синхронные двигатели

 

Пуск синхронных двигателей, V-образные кривые, кривые крутящего момента и угла мощности

ВЕРХ

Охота

 

Охота в синхронных машинах, демпферная обмотка

ВЕРХ

 

 

  1. демпферная обмотка в синхронной швартовке часто используется

 

а) предотвратить охоту только

б) предотвратить охоту и обеспечить стартовый момент

в) поддерживать синхронность

г) обеспечивают только пусковой момент.

 

Ответ. б

 

  1. Который из следующих утверждений верно?

Катушки с коротким шагом в генераторы б/у

 

а) уменьшить размер машины

б) уменьшить гармоники или устранить гармоники из генерируемая ЭДС

в) обеспечить точную разность фаз 120 градусов между фазами

г) снизить потери в меди.

 

Ответ. б

 

  1. поток якоря генератора при нагрузка единичного коэффициента мощности будет

 

а) размагничивающий

б) прямоугольной формы

в) перекрестное намагничивание

 

Ответ. с

 

  1. реакция якоря генератора будет полностью намагничиваться когда

коэффициент мощности нагрузки

 

а) единство

б) нулевое отставание

в) нулевой ведущий

г) 0.8 отставание

 

Ответ. с

 

  1. Если два генераторы работают параллельно и напряжение одной машины внезапно увеличилось

 

а) обмотка машины сгорит

б) обе машины остановятся

в) синхронизирующий момент будет производиться для восстановления синхронизма

 

Ответ. с

 

  1. Если вход в первичный двигатель генератора ( в системе из трех генераторов переменного тока) поддерживается постоянным, а возбуждение равно изменилось, то

 

(1) изменена реактивная составляющая выхода

(2) изменена активная составляющая выхода

(3) коэффициент мощности нагрузки остается прежним

(4) (а) и (б) происходят одновременно.

 

Ответ.

 

  1. угол сцепления или угол нагрузки синхронного двигателя определяется как угол между

 

а) полюса ротора и статора той же полярности

б) полюса ротора и статора противоположной полярности

в) зубья ротора и статора

 

Ответ. б

 

 

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.