Typowe schematy uruchamiania synchronicznych silników elektrycznych

Silniki synchroniczne są szeroko stosowane w przemyśle do napędów elektrycznych pracujących ze stałą prędkością (sprężarki, pompy itp.). Ostatnio, w związku z pojawieniem się technologii przełączania półprzewodników, opracowano sterowane synchroniczne napędy elektryczne.

Zalety silników synchronicznych

Silnik synchroniczny jest nieco bardziej skomplikowany niż silnik asynchroniczny, ale ma szereg zalet, co sprawia, że ​​w niektórych przypadkach można go używać zamiast silnika asynchronicznego.

1. Główną zaletą synchronicznego silnika elektrycznego jest możliwość uzyskania optymalnego trybu dla energii biernej, co odbywa się poprzez automatyczną regulację prądu wzbudzenia silnika. Silnik synchroniczny może pracować bez pobierania lub oddawania energii biernej do sieci przy współczynniku mocy (cos fi) równym jedności. Jeśli przedsiębiorstwo potrzebuje generować moc bierną, to silnik synchroniczny pracujący z przewzbudzeniem może ją oddać do sieci.

2.Silniki synchroniczne są mniej wrażliwe na wahania napięcia sieciowego niż silniki asynchroniczne. Ich maksymalny moment obrotowy jest proporcjonalny do napięcia sieciowego, podczas gdy moment krytyczny silnika indukcyjnego jest proporcjonalny do kwadratu napięcia.

3. Silniki synchroniczne mają dużą przeciążalność. Dodatkowo przeciążalność silnika synchronicznego może być automatycznie zwiększana poprzez zwiększanie prądu wzbudzenia, np. w przypadku nagłego, krótkotrwałego wzrostu obciążenia wału silnika.

4. Prędkość obrotowa silnika synchronicznego pozostaje niezmieniona dla dowolnego obciążenia wału w ramach jego przeciążalności.

Metody rozruchu silnika synchronicznego

Możliwe są następujące metody rozruchu silnika synchronicznego: rozruch asynchroniczny przy pełnym napięciu sieciowym oraz rozruch przy niskim napięciu poprzez dławik lub autotransformator.

Rozruch silnika synchronicznego jest wykonywany jako rozruch asynchroniczny. Wewnętrzny moment rozruchowy maszyny synchronicznej jest mały, podczas gdy maszyny z niejawnym biegunem wynosi zero. Aby wytworzyć asynchroniczny moment obrotowy, wirnik jest wyposażony w klatkę rozruchową typu wiewiórka, której pręty są wkładane w szczeliny systemu biegunów. (Oczywiście w silniku z biegunami nie ma prętów między biegunami.) Ta sama komórka przyczynia się do zwiększenia stabilności dynamicznej silnika podczas skoków obciążenia.

Dzięki asynchronicznemu momentowi obrotowemu silnik uruchamia się i przyspiesza. Podczas przyspieszania w uzwojeniu wirnika nie występuje prąd wzbudzenia.Maszyna jest uruchamiana bez wzbudzenia, ponieważ obecność wzbudzonych biegunów skomplikowałaby proces przyspieszania, tworząc moment hamowania podobny do momentu hamowania silnika indukcyjnego podczas hamowania dynamicznego.

Kiedy tzw Prędkość podsynchroniczna, która różni się od synchronicznej o 3 - 5%, doprowadza prąd do cewki wzbudzenia i silnik po kilku oscylacjach wokół położenia równowagi jest przyciągany do synchronizmu. Silniki z odsłoniętymi biegunami, ze względu na moment bierny przy niskich momentach obrotowych wału, są czasami synchronizowane bez dostarczania prądu do cewki wzbudzenia.

W silnikach synchronicznych trudno jest zapewnić jednocześnie wymagane wartości momentu rozruchowego i momentu wejściowego, przez co rozumie się moment asynchroniczny, który powstaje, gdy prędkość osiąga 95% prędkości synchronicznej. Zgodnie z naturą zależności momentu statycznego od prędkości, tj. w zależności od rodzaju mechanizmu, dla którego silnik jest przeznaczony, parametry ogniwa rozruchowego muszą być zmieniane w zakładach produkujących maszyny elektryczne.

Czasami, aby ograniczyć prądy podczas uruchamiania silników o dużej mocy, napięcie na zaciskach stojana jest zmniejszane, w tym szeregowo uzwojenia autotransformatora lub rezystorów. Należy pamiętać, że podczas uruchamiania silnika synchronicznego obwód uzwojenia wzbudzenia zamyka się do dużej rezystancji, przekraczającej 5-10 razy rezystancję samego uzwojenia.

W przeciwnym razie, pod działaniem prądów indukowanych w uzwojeniu podczas rozruchu, pojawia się pulsujący strumień magnetyczny, którego składowa odwrotna, oddziałując z prądami stojana, wytwarza moment hamujący.Moment ten osiąga swoją maksymalną wartość przy prędkości nieco powyżej połowy nominalnej i pod jego wpływem silnik może zatrzymać przyspieszanie przy tej prędkości. Pozostawienie otwartego obwodu pola podczas rozruchu jest niebezpieczne, ponieważ może dojść do uszkodzenia izolacji uzwojenia przez indukowane w nim pole elektromagnetyczne.

Film edukacyjny - „Silniki synchroniczne” wyprodukowany przez Fabrykę Materiałów Edukacyjnych w 1966 roku. Możesz go obejrzeć tutaj: Taśma filmowa «Silnik synchroniczny»

Asynchroniczny rozruch synchronicznego silnika elektrycznego

Obwód wzbudzenia silnika synchronicznego z wzbudnikiem podłączonym na ślepo jest dość prosty i może być zastosowany, jeżeli prądy rozruchowe nie spowodują spadku napięcia w sieci większego niż dopuszczalny i statystyczny moment obrotowy Ms <0,4 Mnom.

Asynchroniczny rozruch silnika synchronicznego odbywa się poprzez podłączenie stojana do sieci. Silnik jest rozpędzany jako silnik indukcyjny do prędkości obrotowej zbliżonej do synchronicznej.

W procesie rozruchu asynchronicznego uzwojenie wzbudzenia jest zamykane na rezystancję rozładowania, aby uniknąć zniszczenia uzwojenia wzbudzenia podczas rozruchu, ponieważ przy niskiej prędkości obrotowej wirnika mogą wystąpić w nim znaczne przepięcia. Przy prędkości obrotowej zbliżonej do synchronicznej uruchamiany jest stycznik KM (obwód zasilania stycznika nie jest pokazany na schemacie), cewka wzbudzenia jest odłączana od rezystancji rozładowania i podłączana do twornika wzbudnicy. Początek się kończy.

Typowe jednostki obwodów wzbudzenia silnika synchronicznego wykorzystujące wzbudniki tyrystorowe do uruchamiania silników synchronicznych

Słabość większości napędów elektrycznych z silnikami synchronicznymi, która znacznie komplikuje eksploatację i zwiększa koszty, od wielu lat jest wzbudnicą maszyn elektrycznych. Obecnie są one szeroko stosowane do wzbudzania silników synchronicznych. wzbudniki tyrystorowe… Dostarczane są w komplecie.

Wzbudnice tyrystorowe synchronicznych silników elektrycznych są bardziej niezawodne i mają wyższą sprawność. w porównaniu z elektrycznymi wzbudnikami maszyn. Z ich pomocą można łatwo rozwiązać pytania dotyczące optymalnej regulacji prądu wzbudzenia w celu utrzymania stałości. cos fi, napięcie szyn zbiorczych, z których zasilany jest silnik synchroniczny, a także ograniczenie prądu wirnika i stojana silnika synchronicznego w trybach awaryjnych.

Wzbudniki tyrystorowe są wyposażone w większość produkowanych dużych synchronicznych silników elektrycznych. Zwykle pełnią następujące funkcje:

• rozruch silnika synchronicznego z rezystorem rozruchowym włączonym w obwód uzwojenia wzbudzenia,
• bezdotykowe wyłączenie rezystora rozruchowego po zakończeniu rozruchu silnika synchronicznego i jego zabezpieczenie przed przegrzaniem,
• automatyczne podanie wzbudzenia w odpowiednim momencie rozruchu synchronicznego silnika elektrycznego,
• automatyczna i ręczna regulacja prądu wzbudzenia
• konieczne wymuszone wzbudzenie w przypadku głębokich spadków napięcia na stojanie i ostrych skoków obciążenia na wale silnika synchronicznego,
• szybkie wygaszenie pola silnika synchronicznego w przypadku konieczności zmniejszenia prądu pola i wyłączenia silnika elektrycznego,
• zabezpieczenie wirnika silnika synchronicznego przed ciągłymi przetężeniami i zwarciami.

Jeśli synchroniczny silnik elektryczny jest uruchamiany przy obniżonym napięciu, to przy „lekkim” rozruchu jest on wzbudzany do momentu, gdy uzwojenie stojana włączy się przy pełnym napięciu, a przy „ciężkim” rozruchu wzbudzenie jest dostarczane do obwodu stojana z pełnym napięciem. Możliwe jest podłączenie uzwojenia pola silnika do twornika wzbudnicy szeregowo z rezystancją wyładowania.

Proces doprowadzania wzbudzenia do silnika synchronicznego jest zautomatyzowany na dwa sposoby: w funkcji prędkości oraz w funkcji prądu.

Układ wzbudzenia i urządzenie sterujące silnikami synchronicznymi muszą zapewniać:

• uruchamianie, synchronizacja i zatrzymywanie silnika (z automatycznym wzbudzeniem na końcu rozruchu);
• wymuszone wzbudzenie ze współczynnikiem nie mniejszym niż 1,4, gdy napięcie sieciowe spadnie do 0,8Un;
• możliwość kompensacji przez silnik mocy biernej pobieranej (oddawanej) przez sąsiednie odbiorniki elektryczne w ramach możliwości cieplnych silnika;
• zatrzymanie silnika w przypadku awarii w układzie wzbudzenia;
• stabilizacja prądu wzbudzenia z dokładnością do 5% wartości nastawionej przy zmianie napięcia sieciowego od 0,8 do 1,1;
• regulacja wzbudzenia poprzez odchylenie napięcia stojana ze strefą martwą 8%;
• gdy napięcie zasilania stojana silnika synchronicznego zmienia się od 8 do 20%, prąd zmienia się od ustawionej wartości do 1,4 In, zwiększając prąd wzbudzenia, aby zapewnić maksymalne przeciążenie silnika.

Na schemacie pokazanym na rysunku wzbudzenie jest dostarczane do silnika synchronicznego za pomocą przekaźnika elektromagnetycznego prądu stałego KT (Sleeving Time Relay).Cewka przekaźnika jest połączona z rezystancją wyładowczą Rdisc przez diodę VD. Gdy uzwojenie stojana jest podłączone do sieci, w uzwojeniu wzbudzenia silnika indukowana jest siła elektromotoryczna. Prąd stały przepływa przez cewkę przekaźnika KT, której amplituda i częstotliwość impulsów zależą od poślizgu.

Zasilanie wzbudzenia silnika synchronicznego w zależności od prędkości

Podczas rozruchu poślizg S = 1. Gdy silnik przyspiesza, maleje, a odstępy między skorygowanymi półfalami prądu rosną; strumień magnetyczny stopniowo maleje wzdłuż krzywej Ф (t).

Przy prędkości zbliżonej do synchronicznej strumień magnetyczny przekaźnika osiąga wartość strumienia zaniku przekaźnika Fot w chwili, gdy prąd nie przepływa przez przekaźnik KT. Przekaźnik traci moc i poprzez swój styk tworzy obwód zasilania stycznika KM (obwód zasilania stycznika KM nie jest pokazany na schemacie).

Rozważ sterowanie zasilacza w funkcji prądowej za pomocą przekaźnika prądowego. Prąd rozruchowy powoduje zadziałanie przekaźnika prądowego KA i rozwieranie styku w obwodzie stycznika KM2.

Wykres zmian prądu i strumienia magnetycznego w przekaźniku czasowym KT

Monitorowanie wzbudzenia silnika synchronicznego w funkcji prądu

Przy prędkości zbliżonej do synchronicznej przekaźnik KA znika i zamyka swój styk w obwodzie stycznika KM2. Stycznik KM2 załącza się, zamyka swój styk w obwodzie wzbudzenia maszyny i zwiera rezystor Rres.

Zobacz też: Dobór urządzeń do rozruchu silników synchronicznych