Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Возможность регулирования максимального момента синхронного двигателя с помощью изменения тока возбуждения является его ценным свойством, которое позволяет при необходимости повысить перегрузочную способность или сохранить ее при кратковременных — снижениях напряжения сети в условиях эксплуатации. [5]
Согласно ( IX-58) максимальный момент синхронного двигателя пропорционален первой степени напряжения на его зажимах. Поэтому по сравнению с асинхронным двигателем, момент которого пропорционален квадрату напряжения, он менее последнего чувствителен к колебаниям напряжения в сети. При ненасыщенной магнитной цепи он пропорционален току ротора. [6]
Показать при помощи упрошенной векторной диаграммы, что максимальный момент синхронного двигателя зависит от тока возбуждения. [7]
Показать при помощи упрощенной векторной диаграммы, что максимальный момент синхронного двигателя зависит от тока возбуждения. [8]
Как видно из выражения ( 3 — 73), максимальный момент синхронного двигателя пропорционален первой степени напряжения. Это выгодно отличает его от асинхронного, у которого наибольший момент пропорционален квадрату напряжения, вследствие чего последний более чувствителен к колебаниям напряжения сети. [10]
Тем не менее с целью повышения удельной синхронизирующей мощности представляется целесообразным повысить кратность максимального момента синхронных двигателей , поставляемых для буровых установок. [11]
Перечисленные преимущества синхронных двигателей, а также большая, чем у асинхронных двигателей устойчивость при понижениях напряжения сети вследствие того, что максимальный момент синхронного двигателя пропорционален первой степени напряжения ( кроме того, при понижениях напряжения он может быть увеличен форсированием тока возбуждения), способствуют широкому внедрению синхронных двигателей на предприятиях нефтяной промышленности. [12]
Перечисленные преимущества синхронных двигателей, а также большая, чем у асинхронных двигателей, устойчивость при понижениях напряжения сети вследствие того, что максимальный момент синхронного двигателя пропорционален первой степени напряжения ( кроме того, при понижениях напряжения он может быть увеличен форсированием тока возбуждения), способствуют широкому внедрению синхронных двигателей на предприятиях нефтяной и газовой промышленности. [13]
Максимальный момент синхронного двигателя принято называть моментом выхода из синхронизма. [14]
Как зависит максимальный момент синхронного двигателя от напряжения сети. [15]
ВРАЩАЮЩИЙ МОМЕНТ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Магнитное поле ротора Ф, вращаясь, пересекает проводники статорной обмотки и индуцирует в них ЭДС. Эта ЭДС, как и в генераторе, работающем параллельно с сетью, совпадает по фазе с напряжением сети (см. рис. 6.23,1,я) при отсутствии механической нагрузки на двигатель.
Величина ЭДС Е0, индуцируемой в статоре, зависит от величины магнитного потока ротора и может быть установлена произвольной посредством выбора соответствующей силы тока в обмотке возбуждения.
Создадим на валу двигателя тормозной момент. Тогда частота вращения ротора начнет уменьшаться. Между осью полюсов стато- ора и осью полюсов ротора образуется некоторый угол 9 (рис. 6.26.1),
и максимум ЭДС в каждой фазе статорной обмотки будет наступать позднее, т.е. вектор Е0 повернется относительно вектора напряжения йс на такой же угол в сторону запаздывания. Возникнет электромагнитный вращающий момент, действующий на ротор. Когда электромагнитный вращающий момент достигнет значения тормозного Мт, то возрастание утла 9 прекратится и ротор станет вращаться со скоростью поля (природа образования электромагнитного вращающего момента показана на рисунке 6.26.1). При наличии тормозного момента число проводников, на которые действуют электромагнитные силы по направлению вращения ротора и которые создают вращающий момент М^, преобладает над числом проводников (в пределе углов р), создающих противодействующий момент М„р.
Электромагнитный момент синхронного двигателя имеет то же выражение, что и электромагнитный момент синхронного генератора:
Однако следует напомнить, что в генераторе этот момент был противодействующим вращающему моменту, создаваемому первичным двигателем, а в синхронном двигателе он является вращаю- Щим (Л/,„).
Магнитные потоки ротора и статора, взаимодействуя друг с другом, создают результирующий магнитный поток подобно тому, как это было в синхронном генераторе (см. рис. 6.19.3, 6.19.4). Этот поток индуцирует в статоре результирующую ЭДС Е, которая и уравновешивает напряжение сети Uc.
Результирующий магнитный поток искажен, и ось, проходящая через середины полюсов на поверхности статора, смещена в сторону вращения поля относительно оси, проходящей через полюсы ротора, на угол 9.
Результирующее магнитное поле машины показано на рисунке
При его вращении полюсы на поверхности статора идут впереди полюсов ротора.
Полюсы статора являются ведущими и увлекают за собой полюсы ротора, преодолевая момент внешних сил. В этом случае происходит преобразование электрической энергии в механическую. Активная мощность двигателя будет больше нуля, и в обмотке статора возникает активный ток.
Это можно показать на векторной диаграмме. Следует только учесть, что благодаря смещению оси полюсов ротора относительно оси полюсов статора на угол 0 в сторону, противоположную вращению, максимум ЭДС Е0 в соответствующих проводниках будет запаздывать относительно напряжения сети на время, необходимое для поворота ротора на угол 0. Поэтому и вектор ЭДС Ё0 будет повернут относительно вектора напряжения 0С сети на угол 0, что и показано на рисунке 6.26.3.
Если мы пренебрегаем активным сопротивлением фазы статора, то ток статора определится на основе уравнения
Вектор тока I отстает от вектора ДU на угол 90°. Из рассмотренной векторной диаграммы можно заключить, что с ростом механической нагрузки на двигатель (с ростом угла 0 ток / в статоре двигателя и активная составляющая тока возрастут. Однако это имеет место только до тех пор, пока с ростом нагрузки происходит и возрастание вращающего момента. Но так как каждый двигатель имеет предельное значение вращающего момента, то, когда тормозной момент (момент нагрузки) превысит это значение, двигатель выпадет из синхронизма и остановится. Зависимость частоты вращения от момента нагрузки М (механическая характеристика) показана на рисунке 6.26.4.
При каждом колебании нагрузки синхронного двигателя возникает кратковременное проскальзывание ротора относительно полюсов статора и изменение угла 0. Однако в установившемся режиме ротор всегда вращается синхронно с полем статора.
Зависимость вращающего момента от угла рассогласования Л/=/0) называется угловой характеристикой синхронного двигателя. При постоянных значениях U, ?0, со9Хэлектромагнитный момент прямо пропорционален sin0.
Угловая характеристика синхронного двигателя показана на рисунке 6.26.5.
Часть характеристики в пределах q = 0. 90 0 называется устойчивой. Для устойчивой части характеристики справедлив общий принцип саморегулирования электрических машин: увеличение момента нагрузки автоматически увеличивает вращающий момент двигателя. Часть характеристики в пределах q = 90. 180° называется неустойчивой. В этой части характеристики увеличение момента нагрузки вызывает уменьшение вращающего момента и остановку двигателя.
При номинальной нагрузке Л/и двигателя q = 20. 30° обычно отношение MmJMH = 2. 3,2. Это отношение называется перегрузочной способностью двигателя.
Электромеханические свойства синхронных двигателей
Синхронные двигатели на промышленных предприятиях используют для привода лесопильных рам, компрессорных и вентиляторных установок и др., двигатели малой мощности применяют в системах автоматики, когда требуется строго постоянная частота вращения. Механическая характеристика синхронного двигателя абсолютно жесткая.
Вращающий момент синхронного двигателя зависит от угла 0 между осями полюсов ротора и полем статора и выражается формулой
где Мм — максимальное значение момента.
Зависимость М = f ( θ) называется угловой характеристикой синхронной машины (рис. 1). Работа двигателя устойчива на начальном участке угловой характеристики, он работает обычно при θ не более 30 — 35°. При увеличении устойчивость уменьшается, в предельной точке В характеристики ( θ = 90 о ) стабильная работа становится невозможной; момент, соответствующий пределу устойчивости называют максимальным (опрокидывающим) моментом.
Рис. 1. Угловая характеристика синхронного двигателя
Если синхронный двигатель нагрузить выше Мм, то ротор двигателя выпадет из синхронизма и произойдет его останов, что является для машины аварийным режимом. Номинальный момент двигателя в 2—3 раза меньше опрокидывающего. Вращающий момент двигателя пропорционален напряжению. Синхронные двигатели более чувствительны к колебаниям напряжения, чем асинхронные.
Пусковые свойства синхронного двигателя характеризуются не только кратностью пускового момента, но и величиной входного момента Мвх, развиваемого двигателем при скольжении 5 % от включения постоянного тока в обмотку возбуждения двигателя. Кратность пускового момента 0,8—1,25, а входной момент близок по величине к пусковому моменту синхронного двигателя.
Относительная сложность пуска синхронных двигателей и сравнительно высокая стоимость аппаратуры автоматического управления ограничивают их применение в промышленности.
Если синхронная машина работает вхолостую (угол θ = 0 ), то векторы напряжения сети U и ЭДС Е0 в обмотке якоря равны и противоположны по фазе. Увеличением тока в обмотке возбуждения полюсов можно создать перевозбуждение в машине. При этом ЭДС Е0 превышает напряжение сети U, в обмотке якоря возникает ток
где Е — результирующая ЭДС; хс — индуктивное сопротивление обмотки якоря (активным сопротивлением обмотки при качественной оценке режима работы машины обычно пренебрегают).
Ток якоря I я отстает от результирующей ЭДС Е на угол 90°, а по отношению к вектору напряжения сети он является опережающим на 90° (таким же, как при включении в сеть конденсаторов). Машину, работающую с перевозбуждением , можно использовать для компенсации реактивной мощности, такую машину называют синхронным компенсатором .
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Электромагнитный момент синхронного двигателя
где – число фаз обмотки статора; – э.д.с. обмотки статора; ; – напряжение (фазное), подведенное к обмотке статора; и – индуктивные сопротивления обмотки статора по продольной и поперечной осям. Ом; – угол между осью результирующего магнитного потока и осью полюсов ротора, град; – угловая синхронная скорость;
Анализ выражения (4.4) показывает, что электромагнитный момент синхронного двигателя с явнополюсным ротором представляет собой сумму двух моментов – основного момента
и реактивного момента
Основной момент МОСН„ зависит от величины магнитного потока возбуждения ( ) и от напряжения питания U1. Реактивный момент не зависит от ФB, поэтому он имеет место даже при отсутствии возбуждения синхронной машины.
Таким образом, результирующий электромагнитный момент синхронного двигателя
Появление реактивного момента обусловлено разностью магнитных сопротивлений явнополюсной синхронной машины по продольной и поперечной осям (см. рис. 4.4, а). Даже при отсутствии возбуждения в синхронной явнополюсной машине магнитное поле статора за счет притяжения явно выраженных полюсов ротора создает силы FМ, тангенциальные составляющие которых стремятся повернуть ротор в положение, при котором магнитный поток статора имеет на своем пути минимальное магнитное сопротивление (рис. 4.10). Магнитное поле статора вращается, а поэтому между осью полюса и осью потока статора появляется пространственный угол сдвига , который и обусловливает появление составляющей . Совокупность сил , действующих на каждый полюс ротора, создаст реактивный момент МP, направленный в сторону вращения поля статора.
Рис. 4.10. К понятию о реактивном моменте
Если ротор двигателя неявнополюсный , то реактивного момента не возникает, так как магнитное сопротивление ротора по продольной и поперечной осям одинаково (см. рис. 4.4. б).
Из выражений (4.5) и (4.6) следует, что как основной, так и реактивный моменты зависят от угла (рис. 4.11). Зависимость основного момента от угла представляет собой синусоиду с максимальным значением момента при = 90°. Зависимость реактивного момента также синусоидальна, но с двумя максимальными значениями момента в пределах изменения угла от 0 до 180°: положительным (при °) и отрицательным (при °). Зависимость электромагнитного момента , полученная путем сложения составляющих моментов, называется угловой характеристикой синхронного двигателя.
Рис. 4.11. Угловая характеристика синхронного двигателя
С увеличением нагрузочного момента растет угол сдвига между осью потока статора и осью полюсов ротора (угол ). В этом случае увеличивается электромагнитный момент М. При угле , равном некоторому критическому значению , электромагнитный момент становится максимальным MMAX. Дальнейший рост нагрузки (угла ) обусловливает уменьшение электромагнитного момента. При этом неуравновешенная часть нагрузочного момента вызывает снижение частоты вращения ротора, что ведет к «выпадению» двигателя из синхронизма и к его остановке.
Таким образом, работа синхронного двигателя будет устойчивой лишь при нагрузках, соответствующих значениям угла , не превышающим . Максимальный момент синхронного двигателя принято называть моментом выхода из синхронизма.
Отношение максимального электромагнитного момента к номинальному называется перегрузочной способностью синхронного двигателя. Обычно перегрузочная способность синхронных двигателей
Если ротор синхронного двигателя неявнополюсный, то момент двигателя М равен основному моменту МОСН, так как вследствие равенства и реактивный момент в этом случае равен нулю.
Угловая характеристика такого двигателя представляет собой синусоиду (рис. 4.11, кривая МОСН).
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: