Дипломная работа: Технічне обслуговування й ремонт електричних машин

Мал. 6 Кутова характеристика синхронної машини

Питомий синхронізуючий момент, як і в генераторному режимі, максимальний при и = 0 і дорівнює нулю при и = 90° .

Для явно полюсного двигуна залежність Мс, Мэм = f (0) має такий же вид, як і для генератора, але розташовується в зоні негативних кутів и. [6, с. 432]

U-Образні характеристики синхронних двигунів мають той же вид, що й для генераторів. При перепорушенні синхронний двигун стосовно мережі є ємністю, недозбуджений двигун споживає з мережі реактивну потужність, будучи стосовно мережі індуктивністю. При недопорушенні реакція якоря в синхронному двигуні - подмагнічує при перепорушенні - що розмагнічує. Важливе значення для дослідження процесів перетворення енергії в синхронних двигунах мають робочі характеристики (мал. 7).

Мал. 7. Робочі характеристики синхронного двигуна

З ростом навантаження на валу двигуна збільшується момент і струм у якорі, спочатку за лінійним законом, а потім через зміну параметрів - за нелінійним законом. Якщо не змінюється If, cos ц може падати, рости або мати максимум. Це залежить від значення If і може бути простежене по U-Образних характеристиках: при збільшенні Р2 - переході з однієї U-Образної характеристики на іншу cos ц змінюється, тому що через внутрішнє спадання напруги крива cos ц = 1 зміщається в область більших навантажень. При зміні If можна одержати постійне значення cos ц при різних Р2 (мал. 8).

Крива 1 на мал. 8 відповідає роботі синхронного двигуна з постійним струмом порушення в зоні недопорушення на U-Образних характеристиках, крива 2 - роботі синхронного двигуна з перепорушенням; крива 3 можлива при регулюванні струму порушення.

Залежність КПД від навантаження така ж, як і для всіх електричних машин.

Мал. 8. Залежності cos синхронного двигуна від навантаження

Характерною відмінністю синхронних двигунів є сталість частоти обертання при зміні навантаження. Синхронні двигуни мають гранично тверді механічні характеристики. [6, с. 432]

Одним з основних недоліків синхронних двигунів є погані пускові властивості, які обмежують їхнє застосування. Пуск синхронних двигунів може бути частотним, за допомогою розгінного двигуна або синхронних двигунів можуть включатися на повну напругу мережі (асинхронний пуск). Найпоширенішим є асинхронний пуск. Внаслідок наявності короткозамкнених контурів на роторі (демпферної обмотки, масивних полюсних наконечників) ротор розганяє до частоти обертання, близької до синхронного. Обмотка збудження при асинхронному пуску виходить на активний опір. Після підходу ротора до частоти обертання, близької до синхронного ( s ? 0,05), обмотка збудження підключається до збудника й здійснюється груба синхронізація машини.

Застосовується також пуск із наглухо приєднаним збудником. У цьому випадку при частоті обертання, рівної (0,5 ч 0,7) n ном, в обмотці збудження синхронного двигуна починає протікати постійний струм і машина втягується в синхронізм. Пуск двигуна з наглухо приєднаним збудником супроводжується більшими кидками струмів і може здійснюватися, якщо навантаження не перевищує (0,4-0,5) М ном. Однак схема пуску з наглухо приєднаним збудником більше проста й знаходить все більше застосування.

При тяжких умовах пуску потужних синхронних двигунів застосовується реакторний або автотрансформаторний пуск по схемах, розглянутим для асинхронних двигунів.

При пуску синхронного двигуна за допомогою розгінного двигуна синхронний двигун доводить до майже синхронної частоти обертання. Як розгінний двигун може використовуватися асинхронний двигун, що має більшу, ніж синхронний, синхронну частоту обертання або двигун постійного струму, якщо є мережа постійного струму. Пуск за допомогою розгінного двигуна застосовується рідко, тому що розгінний двигун використовується тільки при пуску. [6, с. 432]

При частотному пуску обмотка статора синхронного двигуна підключається до перетворювача частоти, що змінює частоту від декількох герців до номінальної частоти. При частотному пуску синхронний двигун входить у синхронізм при малих частотах. Частотний пуск зручно використовувати, якщо перетворювач частоти можна застосовувати для пуску декількох двигунів.

Порівнюючи синхронні двигуни з асинхронними, слід зазначити основна перевага синхронних двигунів - можливість працювати з cos ? = 1, а при перепорушенні - і з випереджальної cos ?

Максимальний момент синхронного двигуна пропорційний U, а асинхронного – U2. Тому синхронні двигуни менш чутливі до зміни напруги мережі й мають більшу перевантажувальну здатність. Регулювання потоку порушення шляхом зміни струму порушення забезпечує регулювання реактивної потужності при спаданні напруги й зменшенні частоти мережі.

Недоліком синхронних двигунів є їх більше складна конструкція, необхідність у джерелі постійного струму й гірші в порівнянні з асинхронними пускові властивості.

При потужності двигунів від декількох кіловатів до 100 кВт проявляється ще один недолік синхронних двигунів - схильність до хитань. При певному співвідношенні параметрів синхронних двигунів ротор погойдується біля синхронної частоти обертання.

Синхронні двигуни за умови легких пусків доцільно застосовувати при потужності понад 200 кВт. Області застосування синхронних двигунів безупинно розширюються, і їхньої потужності зростають до 50 Мвт.

Синхронні двигуни потужністю до 1-2 кВт виконуються з явнополюсным ротором без обмотки збудження. За рахунок розходження провідності по поздовжній і поперечній осях машини в таких машинах виникає реактивний момент, а асинхронний пуск забезпечується демпферною обмоткою. [6, с. 433]

На мал. 9 показані дві найпоширеніші конструкції роторів синхронних реактивних двигунів. Чотирьохполюсна конструкція ротора (мал. 9, а) має сталевий шихтований явно полюсний муздрамтеатр 1 і демпферну обмотку 2. Двохполюсний шихтований ротор, залитий алюмінієм, даний на мал. 9, б. Сердечник ротора 3 заливається алюмінієм 4, що скріплює сердечник і утворить демпферну обмотку.

Мал. 9. Конструкції роторів синхронних реактивних двигунів

Реактивні двигуни мають низькі cos ? і КПД (? = 0,3?0,4), їхня маса більше, ніж у звичайних трифазних асинхронних двигунів.

Замість електромагнітного порушення можна застосовувати постійні магніти. Серії двигунів з постійними магнітами випускаються на потужності від десятків ватів до декількох кіловатів. Вони мають кращі енергетичні показники в порівнянні з реактивними.