Тема 3.5. Синхронный электродвигатель

Электрические схемы и устройство синхронных двигателей аналогичны схемам и устройству синхронных генераторов. Электромагнитные процессы, протекающие в генераторах и двигателях, также аналогичны. Однако двигатель отличается от генератора тем, что он всегда потребляет из сети активную составляющую тока и активную мощность (реактивную может потреблять и отдавать в зависимости от степени возбуждения) и развивает на валу момент для вращения механизма.

Обмотку статора синхронного двигателя нельзя подключать на напряжение сети при неподвижном роторе, так как поле обмотки статора практически мгновенно достигает синхронной частоты вращения, которая определяется формулой

где f₁ — частота тока сети; р — число пар полюсов ротора двигателя. Поле обмотки статора не сцепляется с полем ротора, и ротор остается неподвижным. Ток в обмотке статора будет равнозначен току короткого замыкания, под действием которого обмотка быстро перегреется. После пуска синхронный двигатель вращается с постоянной частотой независимо от значения тормозного момента (полезной мощности) на его валу, т. е. синхронный двигатель имеет абсолютно жесткую механическую характеристику (никакие другие двигатели постоянного и переменного тока этого не обеспечивают).

Перевозбужденный синхронный двигатель является источником реактивной мощности. Это значит, что использование синхронного двигателя дает возможность повысить коэффициент мощности в электросистеме. Такой двигатель называется синхронный компенсатор.

Потребляемая двигателем мощность Р₁ при пренебрежении потерями в статоре равна электромагнитной мощности при отрицательных ее значениях. Вращающий момент двигателя равен электромагнитному моменту, но также при отрицательных его значениях.

Рис.3.12. Рабочие характеристики синхронного двигателя.

На рис.3.12 представлены рабочие характеристики синхронного двигателя п, Мвр, I и cos φ = f (Р₂) при U, f и i_в = const. Скоростная характеристика двигателя п = f (Р₂) представляет собой горизонтальную прямую. Механическая характеристика Мвр = f (P₂) представляет собой наклонную прямую, так как значение момента пропорционально мощности на валу двигателя. Характеристика коэффициента мощности имеет нелинейный вид, так как значение коэффициента зависит от многих параметров. Значение коэффициента мощности при холостом ходе двигателя определяется степенью его возбуждения. Токовая характеристика I = f (Р₂) представляет собой возрастающую кривую, так как

где cos φ и η зависят от Р₂.

Регулирование частоты вращения синхронного двигателя возможно только изменением частоты в автономных системах генератор—двигатель или преобразователь — двигатель. При этом может быть осуществлено как плавное, так и ступенчатое регулирование частоты вращения вниз от номинальной.

Пуск в ход синхронного двигателя можно осуществлять подобно синхронному генератору. При этом ротор двигателя разгоняется до синхронной частоты, например двигателем постоянного тока. Затем производится точная или грубая синхронизация синхронного двигателя с сетью.

После чего двигатель постоянного тока (в таком случае его называют вспомогательным) отключается от питающей сети, а синхронный двигатель нагружается механизмом, с которым сочленен второй конец вала ротора. В качестве вспомогательного двигателя можно использовать и асинхронный двигатель. Частота вращения такого двигателя всегда меньше синхронной. В этом случае синхронный двигатель включается на сеть с замкнутой обмоткой на сопротивление, а затем включается возбуждение. Данный способ пуска синхронных двигателей является дорогим и сложным, так как для его осуществления требуется вспомогательный двигатель, питающая сеть, много приборов и аппаратов.

Относительно просто осуществляется так называемый асинхронный пуск синхронного двигателя, если он имеет на роторе пусковую короткозамкнутую обмотку, выполненную по типу обмотки ротора асинхронного двигателя. Магнитный поток обмотки статора такого синхронного двигателя после подключения ее к сети индуцирует в проводах короткозамкнутой обмотки ротора ЭДС и токи, которые создают момент, обеспечивающий трогание и разгон ротора двигателя до частоты вращения, близкой к синхронной. Основная обмотка ротора (обмотка возбуждения) при этом находится в замкнутом состоянии на активное сопротивление. Затем обмотка возбуждения размыкается и подключается на напряжение возбудителя. В результате ротор двигателя втягивается в синхронную работу с магнитным полем статора.

В системах Г—Д или П—Д разгон синхронного двигателя осуществляется одновременно с повышением частоты источника до номинального значения.

Раздел 4. Асинхронные электрические машины. Тема 4.1. Устройство, принцип работы, режимы работы

Асинхронный двигатель состоит из двух основных частей, разделенных воздушным зазором: неподвижного статора и вращающегося ротора. Каждая из этих частей имеет сердечник и обмотку. При этом обмотка статора включается в сеть и является как бы первичной, а обмотка ротора – вторичной, так как энергия в нее поступает из обмотки статора за счет магнитной связи между этими обмотками.

По своей конструкции асинхронные двигатели разделяются на два вида: двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором. Рассмотрим устройство трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (рис. 4.1.). Двигатели этого вида имеют наиболее широкое применение.

Неподвижная часть двигателя — статор — состоит из корпуса 11 и сердечника 10 с трехфазной обмоткой. Корпус двигателя отливают из алюминиевого сплава или из чугуна либо делают сварным. Рассматриваемый двигатель имеет закрытое обдуваемое исполнение. Поэтому поверхность его корпуса имеет ряд продольных ребер, назначение которых состоит в том, чтобы увеличить поверхность охлаждения двигателя.

В корпусе расположен сердечник статора 10, имеющий шихтованную конструкцию: отштампованные листы из тонколистовой электротехнической стали толщиной обычно 0,5 мм покрыты слоем изоляционного лака, собраны в пакет и скреплены специальными скобами или продольными сварными швами по наружной поверхности пакета. Такая конструкция сердечника способствует значительному уменьшению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. На внутренней поверхности сердечника статора имеются продольные пазы, в которых расположены пазовые части обмотки статора, (см. рис 4.1), соединенные в определенном порядке лобовыми частями, находящимися за пределами сердечника по его торцовым сторонам.

Рис. 4.1. Устройство трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором:

1 — вал; 2,6 — подшипники; 3, 7 — подшипниковые щиты; 4 — коробка выводов; 5 — вентилятор; 8 — кожух вентилятора; 9 — сердечник ротора с короткозамкнутой обмоткой; 10 — сердечник статора с обмоткой; 11 — корпус; 12 — лапы

В расточке статора расположена вращающаяся часть двигателя — ротор, состоящий из вала 1 и сердечника 9 с короткозамкнутой обмоткой. Такая обмотка, называемая «беличье колесо», представляет собой ряд металлических (алюминиевых или медных) стержней, расположенных в пазах сердечника ротора, замкнутых с двух сторон короткозамыкающими кольцами (рис.4.2, а)

Рис.4.2. Короткозамкнутый ротор:

а — обмотка «беличья клетка», б — ротор с обмоткой, выполненной методом литья под давлением; 1 — вал; 2 — короткозамыкающие кольца; 3 — вентиляционные лопатки

Сердечник ротора также имеет шихтованную конструкцию, но листы ротора не покрыты изоляционным лаком, а имеют на своей поверхности тонкую пленку окисла. Это является достаточной изоляцией, ограничивающей вихревые токи, так как величина их невелика из-за малой частоты перемагничивания сердечника ротора. Например, при частоте сети 50 Гц и номинальном скольжении 6% частота перемагничивания сердечника ротора составляет 3 Гц.

Короткозамкнутая обмотка ротора в большинстве двигателей выполняется заливкой собранного сердечника расплавленным алюминиевым сплавом. При этом одновременно cо стержнями обмотки отливаются короткозамыкающие кольца и вентиляционные лопатки (рис.4.2,б). Вал ротора вращается в подшипниках качения 2 и 6, расположенных в подшипниковых щитах 3 и 7.

Охлаждение двигателя осуществляется методом обдува наружной оребренной поверхности корпуса. Поток воздуха создается центробежным вентилятором 5, прикрытым кожухом 8. На торцовой поверхности этого кожуха имеются отверстия для забора воздуха. Двигатели мощностью 15 кВт и более помимо закрытого делают еще и защищенного исполнения с внутренней самовентиляцией. В подшипниковых щитах этих двигателей имеются отверстия (жалюзи), через которые воздух посредством вентилятора прогоняется через внутреннюю полость двигателя. При этом воздух «омывает» нагретые части (обмотки, сердечники) двигателя и охлаждение получается более эффективным, чем при наружном обдуве.

Концы обмоток фаз выводят на зажимы коробки выводов 4. Обычно асинхронные двигатели предназначены для включения в трехфазную сеть на два разных напряжения, отличающиеся в √3 раз. Например, двигатель рассчитан для включения в сеть на напряжения 380/660 В. Если в сети линейное напряжение 660 В, то обмотку статора следует соединить звездой, а если 380 В, то треугольником. В обоих случаях напряжение на обмотке каждой фазы будет 380 В.

Обмотку статора можно соединить звездой или треугольником. Это дает возможность применять одни и те же двигатели при питании от сети с двумя напряжениями (127-220; 220-380; 380-660) в. Например, если обмотка двигателя выполнена на 220 в. то, соединив провода звездой на можно включить двигатель на 380 в.

Выводы обмоток фаз располагают на панели таким образом, чтобы соединения обмоток фаз было удобно выполнять посредством перемычек, без перекрещивания последних. В некоторых двигателях небольшой мощности в коробке выводов имеется лишь три зажима. В этом случае двигатель может быть включен в сеть на одно напряжение (соединение обмотки статора такого двигателя звездой или треугольником выполнено внутри двигателя).

Монтаж двигателя в месте его установки осуществляется либо посредством лап 12, либо посредством фланца. В последнем случае на подшипниковом щите (обычно со стороны выступающего конца вала) делают фланец с отверстиями для крепления двигателя на рабочей машине. Для предохранения обслуживающего персонала от возможного поражения электрическим током двигатели снабжаются болтами заземления (не менее двух).

Принципиальная схема включения в трехфазную сеть асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором показана на рис.4.3, а.

Рис.4.3. Принципиальные схемы включения трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым (а) и фазным (б) ротором.

Другая разновидность трехфазных асинхронных двигателей – двигатели с фазным ротором – конструктивно отличается от рассмотренного двигателя главным образом устройством ротора. Асинхронные двигатели с фазным ротором имеют более сложную конструкцию и менее надежны, но они обладают лучшими регулировочными и пусковыми свойствами, чем двигатели с короткозамкнутым ротором. Принципиальная схема включения в трехфазную сеть асинхронного двигателя с фазным ротором показана на рис.4.3, б. Обмотка ротора этого двигателя соединена с пусковым реостатом ПР, создающим в цепи ротора добавочное сопротивление R_доб.

На корпусе асинхронного двигателя прикреплена табличка, на которой указаны тип двигателя, завод-изготовитель, год выпуска и номинальные данные (полезная мощность, напряжение, ток, коэффициент мощности, частота вращения и КПД).

Дата добавления: 2014-04-17; просмотров: 707; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!