- •А. И. Мирошник, о. А. Лысенко электрический привод
- •Введение
- •1. Понятие «Электропривод»
- •1.1. Структурная схема электропривода
- •1.2. Функции электропривода и требования к нему
- •1.3. Классификация электроприводов
- •1.4. Основные направления развития электропривода
- •2. Механика электропривода
- •2.1. Активные и реактивные моменты сопротивления
- •2.2. Приведение к валу электродвигателя моментов и сил сопротивления, моментов инерции и инерционных масс
- •2.3. Механические характеристики исполнительных органов и электродвигателей
- •2.4. Уравнение движения электропривода
- •2.5. Установившееся движение и устойчивость установившегося движения электропривода
- •2.6. Неустановившееся движение электропривода при постоянном динамическом моменте
- •2.7. Неустановившееся движение электропривода при линейной зависимости моментов двигателя и исполнительного органа от скорости
- •2.8. Неустановившееся движение электропривода при произвольной зависимости динамического момента от скорости
- •3. Понятие о регулировании координат, режимах работы и системах управления электропривода
- •3.1. Регулирование скорости электроприводов
- •3.2. Регулирование тока и момента двигателей
- •3.3. Регулирование положения электроприводов
- •3.4. Режимы работы электроприводов
- •3.5. Общие принципы построения систем управления электроприводами
- •4. Режим работы и характеристики электропривода с двигателем постоянного тока независимого возбуждения (дпт нв)
- •4.1. Схема включения, режимы работы и статические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения (дпт нв)
- •4.2. Энергетические режимы работы дпт нв
- •5. Автоматическое управление дпт нв при пуске и торможении при питании его от сети
- •5.1. Автоматический пуск эд в функции эдс
- •5.2. Автоматический пуск эд в функции тока
- •5.3. Автоматический пуск эд в функции времени
- •5.4. Автоматический пуск и динамическое торможение эд
- •5.5. Электромеханические переходные процессы при учете индуктивности цепи якоря Lя
- •6. Регулирование угловой скорости дпт нв
- •6.1. Регулирование угловой скорости путем введения добавочных резисторов (сопротивлений) в цепь якоря
- •6.2. Регулирование угловой скорости уменьшением магнитного потока
- •6.3. Регулирование угловой скорости дпт нв путем изменения напряжения на якоре в системе г-д
- •6.4. Регулирование угловой скорости эд в системе «Управляемый тиристорный выпрямитель – дпт нв»
- •6.5. Переходные процессы при изменении магнитного потока дпт нв
- •6.6. Регулирование координат электропривода в системе источник тока – электродвигатель
- •7. Электроприводы постоянного тока с двигателями последовательного и смешанного возбуждения
- •7.1. Механические и электромеханические характеристики двигателей постоянного тока последовательного возбуждения
- •7.2. Тормозные режимы дпт пв
- •7.3. Электропривод с двигателем постоянного тока смешанного возбуждения дпт св
- •8. Электроприводы с асинхронным двигателем
- •8.1. Механические характеристики асинхронных двигателей
- •8.2. Электромеханические характеристики ад
- •8.3. Определение кпд ад и ад
- •8.4. Тормозные режимы ад
- •8.5. Типовые схемы управления электроприводов с асинхронными двигателями
- •К ак000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
- •8.6. Регулирование координат асинхронного двигателя с помощью резисторов
- •8.7. Регулирование скорости асинхронного двигателя изменением числа пар полюсов
- •8.8. Регулирование координат электропривода с асинхронным двигателем изменением напряжения
- •8.9. Регулирование координат электропривода в системе преобразователь частоты – двигатель
- •9. Синхронные двигатели
- •9.1. Механические и угловые характеристики синхронного двигателя (сд)
- •9.2. Схемы и способы пуска и торможения сд
- •9.3. Компенсация коэффициента мощности (cosφ)
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •4. Режим работы и характеристики электропривода с двигателем
9. Синхронные двигатели
9.1. Механические и угловые характеристики синхронного двигателя (сд)
Синхронные двигатели занимают в промышленных автоматизированных электроприводах значительное место и применяются главным образом для привода механизмов, скорость которых не требуется регулировать (компрессоры, вентиляторы, насосы, холодильные машины, преобразовательные агрегаты и т.д.) [1].
К достоинствам СД следует отнести простоту их конструкции по сравнению, например, с машинами постоянного тока, высокие энергетические показатели, определяющиеся в первую очередь компенсационными свойствами СД, относительно невысокую стоимость (СД большой мощности – выше 2000–3000 кВт дешевле асинхронных), возможность в будущем регулирования скорости и др.
Схема включения СД приведена на рисунке 9.1а.
По конструктивному исполнению статор СД такой же, как и у АД. Ротор выполняется с двумя обмотками: пусковой обмоткой ОП типа беличьей клетки (как у асинхронного короткозамкнутого двигателя) и обмоткой возбуждения ОВ постоянного тока. Первая из обмоток служит для асинхронного пуска СД, вторая – для его возбуждения в нормальном режиме работы.
а) б)
Рис. 9.1. Схема включения синхронного двигателя (а) и механические характеристики (б)
Двигатель пускается в ход как асинхронный. При скорости подается возбуждение, и двигатель втягивается в синхронизм: .
СД выполняются с пусковыми клетками двух типов (с различными активными сопротивлениями Rра пусковой обмотки ротора), что позволяет получить различные пусковые механические характеристики (характеристики 1 и 2, рис. 9.1б).
Выбор одной из двух указанных характеристик зависит от момента сопротивления производственного механизма. При пуске и вхождении двигателя в синхронизм необходимо выполнение условия [1,3]:
(9.1)
где и – пусковые моменты двигателя и механизма ИО; и – входные моменты двигателя и механизма.
Двигатели, у которых пусковая клетка выполняется с повышенным активным сопротивлением, применяются обычно с большим значением статического момента при пуске (характеристика 2). При вентиляторном характере статического момента более приемлемы двигатели с механической характеристикой 1.
Обратим внимание на то обстоятельство, что пусковые клетки СД рассчитываются на кратковременный режим их работы продолжительностью 20–30 с. Увеличение времени пуска выше допустимого может привести к перегреву клетки и ее повреждению.
Связь между скольжением и моментом СД при работе на пусковой клетке приблизительно выражается формулой как у обычного АД.
Рабочая механическая характеристика СД от холостого хода до выпадения из синхронизма является горизонтальной прямой, т.е. при изменении нагрузки на валу двигателя его скорость остается постоянной (рис. 9.1б).
Однако мгновенные значения скорости ротора СД в процессе работы могут несколько отличаться от синхронной скорости , например, вследствие отставания ротора от поля статора при увеличении нагрузки на валу.
Для решения вопроса об устойчивой работе двигателя в таких случаях необходимо знать зависимость развиваемого им момента от угла внутреннего сдвига фаз между векторами ЭДС статора и напряжения сети (). Эта зависимость называется угловой характеристикой СД. Приведем эту зависимость в виде формулы (9.2) для неявнополюсной машины [1]:
, (9.2)
В формуле (9.2): – фазная ЭДС статора; – фазное напряжение сети; – угол внутреннего сдвига фаз; – индуктивное сопротивление статора.
Зависимость момента синхронного двигателя от угла внутреннего сдвига фаз (угловая характеристика 1) приведена на рисунке 9.2.
Рис. 9.2. Угловые характеристики СД
Наибольшего значения момент двигателя достигает при угле . Эта величина характеризует собой перегрузочную способность СД.
Увеличение угла более значения может привести к неустойчивой работе двигателя и выпадению его из синхронизма. При меньших значениях его работа устойчива.
Номинальный угол сдвига фаз характеризует возможный длительный режим работы двигателя по условиям нагревания, следовательно, и его номинального момента Мн. Перегрузочная характеристика СД определяется как .
Для механизмов с переменной нагрузкой, особенно при вероятности возникновения ее пиков, применяются двигатели с высокой перегрузочной способностью. В некоторых случаях осуществляется автоматическое увеличение ЭДС двигателя за счет кратковременного его перевозбуждения, что приводит к повышению и соответственно до 4.
Следует также отметить, что СД менее чувствителен к снижению напряжения питающей сети, чем АД, так как момент СД пропорционален первой степени напряжения.
В явнополюсных СД реактивные сопротивления по продольной и поперечным осям не равны. Поэтому зависимость момента от угла внутреннего сдвига фаз имеет вид (для характеристики 2 рис. 9.2) [1]:
, (9.3)
где и – реактивные сопротивления по продольной и поперечной осям.
Второй член в приведенном выражении представляет собой значение реактивного момента. Из анализа формулы (9.3) следует, что явнополюсный СД может развивать некоторый момент и без возбуждения.
Следует отметить, что с погрешностью 10–20 % для крупных явнополюсных двигателей можно пренебречь составляющей реактивного момента и пользоваться выражением (9.2).