Auto-park24.ru

Журнал "Автопарк"
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое синхронная и асинхронная частота вращения двигателя

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Синхронная частота — вращение — двигатель

Синхронные частоты вращения двигателей 3000, 1500, 1000, 750 и 600 об / мин; двигателей 07 — 1-го габаритов — на номинальные напряжения 220 или 380 В; двигателей 2 — 9-го габаритов — на 380 или 660 В. [2]

Увеличение синхронной частоты вращения двигателей , приводящее к лучшему использованию материалов, также связано с увеличением номинального коэффициента мощности. [3]

Скольжение s, синхронная частота вращения па двигателя ( частота вращения магнитного поля) и частота вращения я вала двигателя связаны зависимостью. [4]

В, если кратность пускового тока равна 5 0, а синхронная частота вращения двигателя / ii1500 об / мин. [5]

Цифры под каждой схемой означают число полюсов обмотки статора, которое соответствует данной схеме и определяет синхронную частоту вращения двигателя . [6]

При проектировании двигателей электробуров стремятся добиться максимальной мощности при наименьших габаритных размерах, определяемых диаметром долота и технологией бурения. Синхронная частота вращения двигателя определяется исходя из максимально допустимой частоты вращения долота, которая по нормам не должна превышать 1000 об / мин. С другой стороны, конструктивно трудно изготовить погружной двигатель промышленной частоты с синхронной частотой вращения менее 500 об / мин. Следовательно, синхронная частота вращения двигателей электробуров может быть 500, 600, 750 или 1000 об / мин. Опыт бурения глубоких скважин электробурами свидетельствует о целесообразности снижения частоты вращения вала электробура в сочетании с увеличением его момента. Это достигается применением электробура с зубчатым редуктором. У двигателей редукторных электробуров синхронная частота вращения должна быть 1500 об / мин. [7]

Ягодоуборочная машина ЭЯМ-200 оснащена восемью электровибраторами, приводом которых служат асинхронные двигатели мощностью 120 Вт с номинальным напряжением 36 В частотой 200 Гц. Синхронная частота вращения двигателей 12000 об / мин. [9]

При проектировании двигателей электробуров стремятся добиться максимальной мощности при наименьших габаритных размерах, определяемых диаметром долота и технологией бурения. Синхронную частоту вращения двигателя можно определить, исходя из максимально допустимой частоты вращения долота, которая по нормам не должна превышать 1000 об / мин. С другой стороны, конструктивно трудно изготовить погружной двигатель промышленной частоты с синхронной частотой вращения менее 500 об / мин. Следовательно, синхронная частота вращения двигателей электробуров может быть 500, 600, 750 или 1000 об / мин. Опыт бурения глубоких скважин электробурами свидетельствует о целесообразности снижения частоты вращения вала электробура в сочетании с увеличением его момента. Это достигается применением электробура с зубчатым редуктором. У двигателей редукторных электробуров синхронная частота вращения должна быть 1500 об / мин. [10]

При проектировании двигателей электробуров стремятся добиться максимальной мощности при наименьших габаритных размерах, определяемых диаметром долота и технологией бурения. Синхронную частоту вращения двигателя можно определить исходя из максимально допустимой частоты вращения долота, которая по нормам не должна превышать 1000 об / мин. Конструктивно трудно изготовить погружной двигатель промышленной частоты с синхронной частотой вращения менее 500 об / мин. Следовательно, синхронная частота вращения двигателей электробуров может быть 500, 600, 750 или 1000 об / мин. Опыт бурения глубоких скважин электробурами свидетельствует о целесообразности снижения частоты вращения вала электробура в сочетании с увеличением его момента. Это достигается применением электробура с зубчатым редуктором — вставкой. У двигателей редукторных электробуров синхронная частота вращения раина 1500 об / мин. [11]

При проектировании двигателей электробуров стремятся добиться максимальной мощности при наименьших размерах, определяемых диаметром долота и технологией бурения. Синхронную частоту вращения двигателя можно определить, исходя из максимально допустимой частоты вращения долота, которая по нормам не должна превышать 1 000 об / мин. Конструктивно трудно изготовить погружной двигатель промышленной частоты с синхронной частотой вращения менее 500 об / мин. Следовательно, синхронная частота вращения двигателей электробуров может быть 500, 600, 750 или 1000 об / мин. Опыт бурения глубоких скважин электробурами свидетельствует о целесообразности снижения частоты вращения вала электробура в сочетании с увеличением его момента. Это достигается применением электробура с зубчатым редукторов-вставкой. У двигателей редукторных электробуров синхронная частота вращения равна 1500 об / мин. [12]

На рис. 7 — 23 приведена механическая характеристика ( кривая 3) кранового двигателя МТКН312 — 4 / 12 при последовательном включении его обмоток. Механическая характеристика имеет провал момента в зоне синхронной частоты вращения двигателя для быстроходной обмотки, поскольку эта обмотка является по отношению к тихоходной последовательно включенным переменным сопротивлением, имеющим максимальное значение при указанной частоте вращения. Наличие провала недопустимо для механизмов с отрицательным моментом на валу. Для устранения провала быстроходная обмотка шунтируется внешним активным сопротивлением. [14]

Формула 1 — зависимость частоты вращения ротора синхронной машины от частоты переменного тока.

Машины переменного тока.

Машины переменного тока предназначены для преобразования механической энергии в электрическую (генераторы) или для преобразования электрической энергии в механическую (двигатели).

Они подразделяются на:

У первых частота вращения магнитного поля отличается от частоты вращения ротора, а у вторых — нет.

Асинхронные и синхронные МПТ бывают:

— с короткозамкнутым ротором

— с фазным ротором

В зависимости от количества фаз они делятся на однофазные, двухфазные и трехфазные.

Устройство, принцип действия и характеристики трёхфазных асинхронных двигателей.

Рисунок 1 — Синхронная машина в разрезе

Рисунок 2 — Пример асинхронной электрической машины

Основными частями АД являются неподвижный статор и вращающийся ротор, разделённые воздушным зазором.

Статор состоит из алюминиевого или чугунного корпуса, внутри которого находится сердечник статора – полый цилиндр из изолированных друг от друга листов электротехнической стали. На внутренней поверхности этого цилиндра в пазах размещена трёхфазная обмотка из трёх одинаковых частей, называемых фазами. Фазы обмотки соединяются звездой или треугольником и подключаются к трёхфазной сети.

Ротор представляет собой цилиндрический сердечник из изолированных друг от друга листов электротехнической стали с пазами на наружной поверхности, в которых размещаются проводники обмотки ротора. Обмотка короткозамкнутого ротора выполняется в виде беличьего колеса – цилиндрической клетки из медных или алюминиевых стержней, которые без изоляции закладываются в пазы ротора. Торцовые концы стержней замыкают накоротко с обеих сторон ротора кольцами.

Принцип действия АД заключается в следующем: при питании обмотки статора от сети трёхфазный ток статора создаёт вращающееся магнитное поле, пронизывающее сердечник статора, ротор и воздушный зазор. Вращающееся магнитное поле пересекает проводники ротора и наводит в них ЭДС, под действием которых в проводниках ротора возникают токи. Взаимодействие токов ротора с вращающимся магнитным полем создаёт вращающий момент М, под действием которого ротор вращается.

Для АД выделяют следующие виды характеристик: механические и рабочие. Механической характеристикой называется зависимость частоты вращения ротора от нагрузки. Рабочими характеристиками называют зависимости частоты вращения n, момента на валу М2, тока статора I1, коэффициента полезного действия ƞ и коэффициента мощности cosφ от полезной мощности P2.

Режимы работы, механические и рабочие характеристики трёхфазных асинхронных двигателей.

Читать еще:  Ваз 21099 течет масло из двигателя что делать

Режимы работы двигателя: продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный. Механической характеристикой называется зависимость частоты вращения ротора n от момента на валу. От её характера зависит пригодность АД для привода различных механизмов. Рабочими характеристиками называют зависимости частоты вращения n, момента на валу М2, тока статора I1, коэффициента полезного действия ƞ и коэффициента мощности cosφ от полезной мощности P2. Эти характеристики служат для полного выявления свойств самого двигателя.

Машины переменного тока бывают двух видов. Это синхронные машины и асинхронные. У синхронных машин скорость вращения ротора строго зависит от частоты переменного тока. Можно сказать скорость вращения «синхронна» с частотой тока. Не трудно догадаться, что у асинхронных машин частота вращения в общем случае зависит от нагрузки на валу, а не от частоты питающего тока. Кроме деления на синхронные и асинхронные электрические машины еще делятся по назначению. Это могут быть генераторы. То есть такая машина, которая преобразует механическую энергию вращения в переменный электрический ток. Машина, которая преобразует электрическую энергию в механическую называется двигателем. Также существует еще один класс электрических машин. Они преобразуют электрическую энергию, тоже в электрическую, но другой частоты или напряжения. Синхронной машиной переменного тока называют такую машину, в которой: основное магнитное поле то есть поле статора создается постоянным током. В частном случае это может быть даже постоянный магнит. А вращение ротора происходит с частотой изменения тока.

Формула 1 — зависимость частоты вращения ротора синхронной машины от частоты переменного тока.

где n это частота, с которой вращается ротор, измеряется в оборотах в минуту. То есть, сколько полных оборотов совершит ротор за одну минуту.
f частота питающего переменного тока
p количество пар полюсов у магнитной системы машины

В настоящее время асинхронные машины используются в основном в режиме двигателя. Машины мощностью больше 0.5 кВт обычно выполняются трёхфазными, а при меньшей мощности – однофазными.

Впервые конструкция трёхфазного асинхронного двигателя была разработана, создана и опробована нашим русским инженером М. О. Доливо-Добровольским в 1889-91 годах. Демонстрация первых двигателей состоялась на Международной электротехнической выставке во Франкфурте на Майне в сентябре 1891 года. На выставке было представлено три трёхфазных двигателя разной мощности. Самый мощный из них имел мощность 1.5 кВт и использовался для приведения во вращение генератора постоянного тока. Конструкция асинхронного двигателя, предложенная Доливо-Добровольским, оказалась очень удачной и является основным видом конструкции этих двигателей до настоящего времени.

За прошедшие годы асинхронные двигатели нашли очень широкое применение в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. Их используют в электроприводе металлорежущих станков, подъёмно-транспортных машин, транспортёров, насосов, вентиляторов. Маломощные двигатели используются в устройствах автоматики.

Широкое применение асинхронных двигателей объясняется их достоинствами по сравнению с другими двигателями: высокая надёжность, возможность работы непосредственно от сети переменного тока, простота обслуживания. Неподвижная часть машины называется статор, подвижная – ротор. Сердечник статора набирается из листовой электротехнической стали и запрессовывается в станину. На рис. 2.1 показан сердечник статора в сборе. Станина (1) выполняется литой, из немагнитного материала. Чаще всего станину выполняют из чугуна или алюминия. На внутренней поверхности листов (2), из которых выполняется сердечник статора, имеются пазы, в которые закладывается трёхфазная обмотка (3). Обмотка статора выполняется в основном из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения, реже – из алюминия.

Обмотка статора состоит из трёх отдельных частей, называемых фазами. Начала фаз обозначаются буквами c1,c2,c3, концы – c4,c5,c6.

Начала и концы фаз выведены на клеммник, закреплённый на станине. Обмотка статора может быть соединена по схеме звезда или треугольник. Выбор схемы соединения обмотки статора зависит от линейного напряжения сети и паспортных данных двигателя. В паспорте трёхфазного двигателя задаются линейные напряжения сети и схема соединения обмотки статора. Например, 660/380, Y/∆. Данный двигатель можно включать в сеть с Uл=660В по схеме звезда или в сеть с Uл=380В – по схеме треугольник.

Основное назначение обмотки статора – создание в машине вращающего магнитного поля.

Сердечник ротора набирается из листов электротехнической стали, на внешней стороне которых имеются пазы, в которые закладывается обмотка ротора. Обмотка ротора бывает двух видов: короткозамкнутая и фазная. Соответственно этому асинхронные двигатели бывают с короткозамкнутым ротором и фазным ротором (с контактными кольцами).

Короткозамкнутая обмотка ротора состоит из стержней 3, которые закладываются в пазы сердечника ротора. С торцов эти стержни замыкаются торцевыми кольцами 4. Такая обмотка напоминает “беличье колесо” и называют её типа “беличьей клетки”. Двигатель с короткозамкнутым ротором не имеет подвижных контактов. За счёт этого такие двигатели обладают высокой надёжностью. Обмотка ротора выполняется из меди, алюминия, латуни и других материалов.

Контрольные вопросы:

1. Для чего предназначены машины переменного тока?

2. Напишите, из каких основных частей состоит асинхронный двигатель и что они из себя представляют?

3. Опишите принцип действия асинхронного двигателя.

4. В чём отличие асинхронной машины, от синхронной?

5. Напишите достоинства асинхронных двигателей.

Дата добавления: 2020-12-22 ; просмотров: 38 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Разница между синхронным и асинхронным двигателем

Электродвигатели бывают двух основных типов — синхронные и асинхронные. Что представляют собой те и другие?

  • Что представляет собой синхронный двигатель?
  • Что представляет собой асинхронный электродвигатель?
  • Сравнение
  • Таблица

Что представляет собой синхронный двигатель?

К синхронным принято относить электродвигатели, которые функционируют на переменном токе и имеют ротор с частотой вращения, совпадающей с частотой оборотов магнитного поля в конструкции агрегата.

Ключевые элементы синхронного электродвигателя:

  1. якорь;
  2. индуктор.

Первый элемент агрегата располагается на статоре. Индуктор размещается на роторе, который отделен от статора воздушной прослойкой. Структура якоря представлена обмоткой (одной или несколькими). Токи, которые подаются в соответствующий элемент двигателя, формируют магнитное поле, вращающееся с заданной частотой и взаимодействующее с полем индуктора. Индуктор включает 2 полюса — в виде постоянных магнитов.

Синхронный агрегат может функционировать в двух режимах:

  • как собственно электродвигатель;
  • как генератор.

Первый режим работы предполагает взаимодействие магнитного поля, формирующегося на якоре, и поля, которое образуется на полюсах индуктора. Синхронный двигатель в режиме генератора функционирует за счет электромагнитной индукции: в процессе вращения ротора магнитное поле, которое формируется на обмотке, по очереди взаимодействует с фазами обмотки на статоре, вследствие чего образуется электродвижущая сила.

Что представляет собой асинхронный электродвигатель?

К асинхронным принято относить электродвигатели, в которых частота вращения одного из ключевых элементов — ротора — не совпадает с частотой оборотов магнитного поля, формирующегося током, который возникает на обмотке статора. Асинхронные агрегаты иногда именуются индукционными. Это обусловлено тем, что в обмотке ротора осуществляется индуцирование тока при воздействии магнитного поля статора.

В конструкции асинхронного электродвигателя присутствуют статор и ротор, которые разделены воздушной прослойкой. Основные активные элементы агрегата:

  • обмотка;
  • магнитопровод.
Читать еще:  Ваз 2107 инжектор троит двигатель моргает чек причина

Важную роль в функционировании асинхронного двигателя играют дополнительные конструктивные элементы, которые обеспечивают прочность, охлаждение и устойчивость работы агрегата.

Сравнение

Главное отличие синхронного двигателя от асинхронного заключается в соотношении величины частот вращения ротора и магнитного поля. В агрегате первого типа оба показателя одинаковые. В асинхронной машине — разные.

Можно отметить, что электродвигатели второго типа в целом более распространены, чем первые. При этом асинхронные агрегаты чаще всего представлены в разновидности, в которой инсталлирован короткозамкнутый ротор. Данные устройства имеют ряд важнейших преимуществ перед электродвигателями иных категорий. А именно:

  1. простота конструкции, надежность;
  2. относительно невысокая себестоимость производства, эксплуатации;
  3. способность функционирования при задействовании имеющихся ресурсов сети без подключения преобразователей.

Вместе с тем асинхронные машины с короткозамкнутым ротором обладают и рядом недостатков. А именно:

  • наличие малого пускового момента;
  • наличие большого пускового тока;
  • пониженный коэффициент мощности;
  • низкая управляемость с точки зрения регулирования скорости;
  • зависимость максимальной скорости от частоты электрической сети;
  • электромагнитный момент в асинхронных двигателях рассматриваемого типа характеризуется сильной чувствительностью к снижению напряжения в сети.

В свою очередь, у синхронных агрегатов также есть неоспоримые достоинства. К таковым можно отнести:

  • относительно невысокую чувствительность к перепадам напряжения в сети;
  • стабильность вращения вне зависимости от нагрузки на ротор.

Есть у синхронных двигателей и недостатки:

  • относительная сложность конструкции;
  • сложность запуска ротора в ход.

Отмеченные особенности работы синхронных и асинхронных агрегатов делают оптимальным использование первых в случае, если требуемая мощность двигателя в системе (например, как части инфраструктуры фабричной линии) должна составлять порядка 100 кВт и более. В остальных случаях задействование асинхронных машин, как правило, становится более предпочтительным.

Рассмотрев, в чем разница между синхронным и асинхронным двигателем, отразим выводы в таблице.

Синхронные машины. Машины постоянного тока

Главная > Учебное пособие >Физика

б) меньшую чувствительность к колебаниям напряжения, так как его максимальный момент пропорционален напряжению в первой степени (а не квадрату напряжения);

в) строгое постоянство частоты вращения независимо от механической нагрузки на валу.

Недостатками синхронных двигателей являются:

а) сложность конструкции;

б) сравнительная сложность пуска в ход;

в) трудности с регулированием частоты вращения, которое возможно только путем изменения частоты питающего напряжения.

Указанные недостатки синхронных двигателей делают их менее выгодными, чем асинхронные двигатели, при ограниченных мощностях до 100 кВт. Однако при более высоких мощностях, когда особенно важно иметь высокий cosφ и уменьшенные габаритные размеры машины, синхронные двигатели предпочтительнее асинхронных.

1. 14 Пуск в ход синхронного двигателя

Метод асинхронного пуска . Синхронный двигатель не имеет начального пускового момента. Если его подключить к сети переменного тока, когда ротор неподвижен, а по обмотке возбуждения проходит постоянный ток, то за один период изменения тока электромагнитный момент будет дважды менять свое направление, т.е. средний момент за период будет равен нулю. При этих условиях двигатель не сможет прийти во вращение, так как ротор его, обладающий определенной инерцией, не может быть в течение одного полупериода разогнан до синхронной частоты вращения. Следовательно, для пуска в ход синхронного двигателя необходимо разогнать его ротор с помощью внешнего момента до частоты вращения, близкой к синхронной.

В настоящее время для этой цели применяют метод асинхронного пуска. При этом методе синхронный двигатель пускают в ход как асинхронный, для чего его снабжают специальной короткозамкнутой пусковой обмоткой, выполненной по типу беличьей клетки. Обычно эту клетку изготовляют из латуни с целью увеличения сопротивления стержней При включении трехфазной обмотки якоря в сеть образуется вращающееся магнишое поле, которое, взаимодействуя с током I п в пусковой обмотке (рис. 1. 48, а ), создает электромагнитные силы F и увлекает за собой ротор. После разгона ротора до частоты вращения, близкой к синхронной, постоянный ток, проходящий по обмотке возбуждения, создает синхронизирующий момент, который втягивает ротор в синхронизм.

Рис. 1. 48 – Устройство пусковой обмотки синхронного двигателя ( а ) и схемы его асинхронного пуска ( б, в ): 1 -обмотка возбуждения, 2 – пусковая обмотка, 3 – ротор, 4 – обмотка якоря, 5-гасящий резистор, 6 – якорь возбудителя, 7 – кольца и щетки

В настоящее время применяют две основные схемы пуска синхронного двигателя. При схеме, изображенной на рис. 1. 48, б , обмотку возбуждения вначале замыкают на гасящий резистор, сопротивление которого r доб в 8–12 раз превышает активное сопротивление r в обмотки возбуждения. После разгона ротора до частоты вращения, близкой к синхронной (при s = 0,05), обмотку возбуждения отключают от гасящего сопротивления и подключают к источнику постоянного тока (возбудителю), вследствие чего ротор втягивается в синхронизм. Осуществить пуск двигателя с разомкнутой обмоткой возбуждения нельзя, так как во время разгона ротора при s > 0 в ней индуктируется вращающимся магнитным полем э. д. с.

где Ф m –амплитуда магнитного потока вращающегося поля; ω в – число витков обмотки возбуждения; f 2 = f 1 s -частота изменения тока в обмотке возбуждения.

В начальный момент пуска при s ≈ 1 из-за большого числа витков ω в обмотки возбуждения э.д.с. Е в может достигать весьма большой величины и вызвать пробой изоляции.

При схеме, изображенной на рис. 1.48, в, обмотка возбуждения постоянно подключена к возбудителю, сопротивление которого по сравнению с сопротивлением r в весьма мало, поэтому эту обмотку в режиме асинхронного пуска можно считать замкнутой накоротко. С уменьшением скольжения до s = 0,3 4–0,4 возбудитель возбуждается и в обмотку возбуждения подается постоянный ток, обеспечивающий при s ≈ 0,05 втягивание ротора в синхронизм.

Различие пусковых схем обусловлено тем, что не во всех случаях может быть применена более простая схема с постоянно подключенной к возбудителю обмоткой возбуждения (рис. 1.48, в), так как она имеет худшие пусковые характеристики, чем более сложная схема, приведенная на рис. 1.48, б. Главной причиной ухудшения пусковых характеристик является возникновение одноосного эффекта – влияния тока, индуктируемого в обмотке возбуждения при пуске, на характеристику пускового момента.

Для анализа этого явления предположим вначале, что в двигателе отсутствует пусковая обмотка, а обмотка возбуждения замкнута накоротко. В результате при асинхронном пуске двигателя в обмотке возбуждения индуктируется э.д.с. с частотой f 2 = f 1 s и по обмотке проходит переменный ток, создающий пульсирующее магнитное поле (обмотка возбуждения в этом случае является однофазной обмоткой переменного тока). Пульсирующее магнитное поле можно разложить на две составляющие: прямое и обратное вращающиеся магнитные поля ротора, которые характеризуются потоками Ф пр и Ф обр . Частота вращения каждого из этих полей относительно ротора

Относительно статора прямое поле вращается с частотой

где n 2 = n 1 ( 1 — s ) – частота вращения ротора.

Следовательно, оно вращается синхронно с полем статора; образуемый этим полем с током статора электромагнитный момент М пр изменяется в зависимости от скольжения так же, как и в трехфазном асинхронном двигателе (рис. 1.49, кривая 2 ). Обратное поле ротора вращается относительно статора с частотой

Читать еще:  Генераторы переменного тока своими руками из асинхронного двигателя

При частотах вращения ротора n 2 n 1 , т.е. при s > 0,5, обратное поле, как видно из формулы (1.45), перемещается относительно статора в сторону, противоположную направлению вращения ротора; при n 2 = 0,5 n 1 это поле неподвижно относительно статора; при n 2 > 0,5 (т.е. при s f 1 (1–2 s ), для которой обмотка статора является коротко-замкнутой. При этом по обмотке статора протекает соответствующий ток. Взаимодействуя с обратным полем ротора, этот ток создает электромагнитный момент M обр . Так как направление момента зависит от направления вращения поля n р.обр относительно статора, то из формулы (1.45) следует, что он является знакопеременным и изменение его направления происходит при s = 0,5 (рис. 1.49, кривая 3 ) .

Таким образом, ток, индуктируемый в обмотке возбуждения при пуске двигателя, создает электромагнитный момент, который при частоте вращения, меньшей 0,5 n 1 , является ускоряющим, а при большей частоте вращения–тормозящим.

Рис. 1.49 – Зависимость электромагнитного момента от скольжения при асинхронном пуске синхронного двигателя

Особенно резко проявляется действие обратного поля при n ≈ 0,5 n 1 .

Наличие пусковой обмотки на роторе существенно уменьшает обратное магнитное поле и величину создаваемого им момента. Однако этот момент, складываясь с асинхронным моментом пусковой обмотки (кривая 1 ), создает в кривой результирующего пускового момента провал при частоте вращения, равной половине синхронной (кривая 4 ) . Этот провал будет тем больше, чем больше ток в обмотке возбуждения. Очевидно, что включение сопротивления в цепь обмотки возбуждения (см. рис. 1.48, б) на период пуска уменьшает ток в этой обмотке и улучшает форму кривой пускового момента.

Следует отметить, что если обмотку возбуждения при пуске не отключить от возбудителя, то по якорю возбудителя в период пуска проходит переменный ток; последнее может вызвать искрение щеток. Поэтому такую схему пуска применяют в случае небольшого нагрузочного момента – не более 50% от номинального – при сравнительно небольшой мощности двигателя.

1.15 Регулирование частоты вращения синхронных двигателей

Частота вращения синхронного двигателя n 2 равна частоте вращающегося магнитного поля n 1 = 60 f 1 / р , следовательно, ее можно регулировать путем изменения частоты питающего напряжения или числа полюсов 2 р. Регулировать частоту вращения путем изменения числа полюсов в синхронном двигателе нецелесообразно, так как, в отличие от асинхронного, здесь требуется изменять число полюсов как на статоре, так и на роторе, что приводит к значительному усложнению конструкции ротора. Поэтому практически используют лишь изменение частоты питающего напряжения.

К синхронному двигателю применимы все основные положения теории частотного регулирования асинхронного двигателя, в том числе необходимость одновременного изменения как частоты, так и питающего напряжения. Однако в чистом виде частотное регулирование частоты вращения синхронных двигателей применяется только при очень малых мощностях, когда нагрузочные моменты невелики, а инерция приводного механизма мала (см. гл. 2). При больших мощностях такие условия имеют место только в некоторых типах электроприводов, например в электроприводах вентиляторов.

Для синхронных двигателей, применяемых в электроприводах с большим моментом инерции приводного механизма, необходимо очень плавно изменять частоту питающего напряжения, чтобы двигатель не выпал из синхронизма. Особенно сложным является пуск в ход двигателя, когда начальная частота должна составлять доли герца, а затем постепенно повышаться до максимального значения. Для таких электроприводов наиболее пригодным является метод частотного регулирования с самосинхронизацией, при котором двигатель в принципе не может выпасть из синхронизма. Последнее достигается тем, что управление преобразователем частоты осуществляется от системы датчиков положения ротора, вследствие чего напряжение подается на каждую фазу двигателя при углах нагрузки θ, меньших 90°. При таком регулировании автоматически обеспечиваются условия устойчивой работы двигателя и его перегрузочная способность определяется только перегрузочной способностью преобразователя частоты.

Синхронные двигатели, регулируемые путем изменения частоты с самосинхронизацией, называют вентильными двигателями; иногда их называют бесколлекторными двигателями постоянного тока. Однако первое название является более правильным, так как такие двигатели могут получать питание от сети как постоянного, так и переменного тока.

Частотное регулирование без самосинхронизации. Электромагнитный момент синхронного двигателя может быть выражен в виде

При частотном регулировании обычно стремятся получить режим работы двигателя с cos φ = 1, когда в обмотке якоря имеют место минимальные потери энергии. Для этого ток якоря I а должен поддерживаться постоянным и минимальным:

Из (1.47) следует, что при неизменных нагрузочном моменте ( М н = М = const ) и потоке возбуждения (Ф в = const ), т.е. токе

возбуждения ( I в = const ), угол θ в процессе регулирования частоты не должен изменяться. Однако при изменении частоты f 1 изменяются э. д. с. Е 0 , угловая скорость ротора ω 1 и индуктивное сопротивление х сн (или сопротивления x d и x q при явнополюсном роторе), т.е.

Поэтому при частотах питающего напряжения f 1 отличных от номинальной частоты f 1ном , формула электромагнитного момента [см. (1.35)] принимает вид:

где с = mE 0 ном f 1 ном /(ω 1ном х сн ном ) – постоянная.

Из ( 1. 49) следует, что при неизменных значениях нагрузочного момента М н = М и тока якоря 1 а = [ а мин необходимо выдерживать условие

т.е. изменять напряжение U п , подаваемое к электродвигателю от преобразователя частоты, пропорционально изменению частоты f 1 . При соблюдении условия ( 1. 50) все стороны треугольника ОАВ (рис. 1. 50, а) будут изменяться пропорционально частоте, а угол θ останется неизменным. При изменении нагрузки необходимо в соответствии с ( 1. 46) изменять поток возбуждения Ф в , т.е. ток возбуждения I в .

Вентильный двигатель. При питании вентильного двигателя от сети постоянного тока в преобразователе частоты должны применяться тиристоры с узлами принудительной коммутации. В двигателях малой мощности допустимо применение транзисторов. На рис. 1. 51, а показана принципиальная схема питания вентильного двигателя от тиристорного преобразователя частоты.

Преобразователь частоты представляет собой автономный инвертор напряжения, который подключен к источнику постоянного тока и формирует трехфазное напряжение изменяющейся частоты; это напряжение подается на фазы А, В и С обмотки якоря двигателя. К каждой фазе может быть подведено положительное (тиристорами Т1 , Т2 и Т3) и отрицательное (тиристорами Т4, Т5 и Т6) напряжения.

Рис. 1. 50 – Векторные диаграммы синхронного двигателя, питаемого от преобразователя частоты при постоянном нагрузочном моменте: а – при постоянном угле θ и cosφ = l ; б – при изменении угла θ

Если вначале пропускать ток через фазы А и В (открыты тиристоры Т1 и Т5), затем через фазы В и С (открыты тиристоры Т2 и Т6), далее через фазы С и А (открыты тиристоры Т3 и Т4) и т.д. в указанной последовательности, то в машине создается вращающееся магнитное поле. При изменении частоты переключения тиристоров изменяется частота напряжения, подаваемого на фазы обмотки якоря, а следовательно, и частота вращения ротора. Для замыкания реактивной составляющей тока якоря в преобразователе имеются диоды Д1 — Д6, включенные параллельно тиристорам, но и в обратном направлении.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector