Типовые схемы и способы пуска синхронных двигателей

Синхронные электродвигатели используются для обеспечения работы эффективных электроприводов. Применяются в компрессорных агрегатах, насосах, установках, прокатных станах, вентиляторах. Они используются в металлургической, цементной, нефтяной, газовой и других отраслях промышленности, где необходимо применение мощных устройств. В этой статье мы решили рассказать читателям сайта Sam Electric, как запускать синхронные двигатели.

  • Преимущества и недостатки
  • Начальные методы
  • Запуск двигателя с повышающей передачей
  • Асинхронный старт
  • Начальная частота
  • Системы возбуждения

Преимущества и недостатки

Синхронные двигатели сложнее асинхронных двигателей, но имеют ряд преимуществ:

  • Работа синхронных двигателей меньше зависит от колебаний напряжения питания.
  • По сравнению с асинхронными двигателями они имеют более высокий КПД и лучшие механические свойства при меньших размерах.
  • Скорость вращения не зависит от нагрузки. Другими словами, изменение нагрузки в рабочем диапазоне не влияет на скорость вращения.
  • Выдерживает значительные перегрузки вала. В случае кратковременных пиков перегрузки их можно компенсировать увеличением тока возбуждения.
  • При оптимально выбранном токе возбуждения двигатели не потребляют и не подают реактивную энергию в сеть, т.е. cos ϕ равен единице. Двигатели, работающие с перегрузкой, могут вырабатывать реактивную энергию. В результате их можно использовать не только как двигатели, но и как компенсаторы. Когда необходимо выработать реактивную мощность, на обмотку возбуждения прикладывается перенапряжение.

При всех положительных характеристиках синхронных двигателей у них есть существенный недостаток — сложность запуска. У них нет пускового момента. Для ввода в эксплуатацию требуется специальное оборудование. Это долгое время ограничивало использование синхронных двигателей.

Способы пуска

Синхронные двигатели могут запускаться тремя способами — вспомогательным двигателем, асинхронно или частотным запуском. При выборе метода учитывается конструкция ротора.

Изготавливается на постоянных магнитах, с электромагнитным или комбинированным возбуждением. Помимо обмотки возбуждения, на роторе установлена ​​короткозамкнутая обмотка. Это также известно как демпфирующая обмотка.

Запуск с помощью разгонного двигателя

Этот тип срабатывания редко используется на практике, поскольку технически сложен в реализации. Требуется дополнительный двигатель, который механически связан с ротором синхронного двигателя.

С помощью ускоряющего двигателя ротор разгоняется до значений, близких к скорости возбуждения статора (до синхронной скорости). Затем на обмотку возбуждения ротора подается постоянное напряжение.

Управление осуществляется с помощью лампочки, которая подключена параллельно переключателю, подающему напряжение на обмотки статора. Автоматический выключатель должен быть выключен.

Сначала индикаторы будут мигать, но перестанут мигать, когда будет достигнута номинальная скорость. В этот момент на обмотки статора подается напряжение. Тогда синхронный двигатель может работать независимо.

Затем вспомогательный двигатель отключается от сети, а в некоторых случаях отключается механически. Это характеристики разбега.

Асинхронный запуск

В настоящее время наиболее распространен метод асинхронной загрузки. Такой способ запуска стал возможен после изменения конструкции ротора. Его преимущество в том, что нет необходимости использовать дополнительный ускоряющий двигатель, поскольку помимо обмотки возбуждения в роторе были установлены клеточные планки, которые позволяли запускать его в асинхронном режиме. При таком условии этот способ запуска и становится обычным явлением.

Сразу рекомендуем посмотреть фильм на эту тему:

Когда на обмотку статора подается напряжение, двигатель ускоряется асинхронно. После достижения частоты вращения, близкой к номинальной, включается обмотка возбуждения.

Электрическая машинапереходит в режим синхронизации. Но не все так просто. Во время запуска в обмотке возбуждения индуцируется напряжение, которое увеличивается с увеличением скорости вращения. Он создает магнитный поток, который влияет на токи статора.

Это вызывает тормозной момент, который может остановить ускорение ротора. Для уменьшения вредного воздействия обмотки возбуждения подключены к разрядному или компенсационному резистору. На практике эти резисторы представляют собой большие тяжелые коробки, в которых стальные спирали используются в качестве элемента сопротивления. Если этого не сделать, изоляция может быть повреждена из-за повышения напряжения. Это приведет к неисправности устройства.

После достижения подсинхронной скорости резисторы отключаются от обмотки возбуждения, и на нее подается постоянное напряжение от генератора (в системе генератор-двигатель) или от тиристорного возбудителя (такие устройства в зависимости от серии называются ВТЭ, ТВУ и т. Д.). В результате двигатель проходит через в синхронный режим.

Недостатком метода являются высокие пусковые токи, вызывающие значительное падение напряжения в сети. Это может привести к остановке других синхронных машин, работающих на этой линии, в результате срабатывания защиты от низкого напряжения. Чтобы уменьшить этот эффект, цепи обмотки статора подключены к компенсирующим устройствам, ограничивающим пусковые токи.

  1. Добавление резисторов или дросселей для ограничения пусковых токов. После разгона они шунтируются, и на обмотки статора подается сетевое напряжение.
  2. Применение автотрансформаторов. Они используются для снижения входного напряжения. Когда частота вращения достигает 95-97% от рабочей, происходит переключение. Автотрансформаторы отключаются, и на их обмотки подается напряжение сети переменного тока. В результате электродвигатель переходит в режим синхронизации. Этот метод технически сложнее и дороже. А автотрансформаторы часто выходят из строя. Поэтому на практике этот метод применяется редко.

Частотный пуск

Частотный пуск синхронных двигателей применяется для пуска мощных (от 1 до 10 МВт) устройств с рабочим напряжением 6, 10 кВ как в легком (вентиляторная нагрузка), так и в тяжелом (приводы шаровых мельниц) режимах пуска. Для этого производятся устройства плавного пуска.

Принцип действия аналогичен преобразователям частоты высокого и низкого напряжения. Они обеспечивают пусковой момент до 100% от номинального, а также позволяют запускать несколько двигателей с одного устройства. В приведенном ниже примере схемы мягкий пускатель включается, когда двигатель проворачивается, затем отключается от цепи, и двигатель подключается непосредственно к электросети.

Системы возбуждения

До недавнего времени для возбуждения использовался генератор независимого возбуждения. Он располагался на том же валу, что и синхронный двигатель. Эта схема все еще используется на некоторых заводах, но она устарела и больше не используется. Теперь для регулирования возбуждения используются тиристорные заушные возбудители.

  • Оптимальный пусковой режим для синхронного двигателя;
  • поддержание тока возбуждения в заданных пределах;
  • Автоматическое регулирование напряжения возбуждения в зависимости от нагрузки;
  • ограничение максимального и минимального тока возбуждения;
  • временное увеличение тока возбуждения при падении напряжения питания
  • гашение поля ротора при отключении от сети;
  • мониторинг состояния изоляции с сигнализацией неисправности;
  • обеспечивать контроль состояния обмотки возбуждения при неработающем электродвигателе;
  • они взаимодействуют с преобразователем частоты высокого напряжения, обеспечивая асинхронный и синхронный пуск.

Эти устройства отличаются высокой надежностью. Главный минус — высокая цена.

Подводя итоги, следует сказать, что наиболее часто применяемым методом пуска синхронных двигателей является асинхронный пуск. Пуск с дополнительным двигателем толку практически не нашел. В то же время, частотный запуск, который позволяет устранять проблемы запускав автоматическом режиме это довольно дорого.