Maszyny synchroniczne to urządzenia o prędkości wirnika, w której jest ona zawsze równa lub wielokrotność pola magnetycznego wewnątrz szczeliny powietrznej, które powstaje w wyniku przepływu prądu przez uzwojenie twornika. W sercu pracy tego typu maszyny opierają się na zasadzie indukcji elektromagnetycznej.
Wzbudzenie maszyn synchronicznych
Maszyny synchroniczne mogą być wzbudzane działaniem elektromagnetycznym lub magnesem trwałym. W przypadku wzbudzenia elektromagnetycznego stosuje się specjalny generator prąd stały, który zasila uzwojenie, w związku z jego główną funkcją to urządzenie zwany czynnikiem sprawczym. Warto zauważyć, że system wzbudzenia dzieli się również na dwa typy w zależności od metody ekspozycji - bezpośredniej i pośredniej. Metoda wzbudzenia bezpośredniego oznacza, że wał maszyny synchronicznej jest mechanicznie połączony bezpośrednio z wirnikiem wzbudnicy. Metoda pośrednia zakłada, że do wprawienia wirnika w ruch obrotowy wykorzystywany jest inny silnik, np. asynchroniczna maszyna elektryczna.
Jest to metoda bezpośredniego wzbudzenia, która uzyskała dziś największą dystrybucję. Jednak w przypadkach, gdy układ wzbudzenia ma współpracować z potężnymi synchronicznymi maszynami elektrycznymi, stosuje się niezależne generatory wzbudzenia, których uzwojenie jest zasilane prądem z innego źródła prądu stałego, zwanego podwzbudnikiem. Pomimo całej ciężkości, ten system pozwala osiągnąć większą stabilność w pracy, a także więcej strojenie cechy.
Urządzenie maszyny synchronicznej
Synchroniczna maszyna elektryczna ma dwa główne elementy: cewkę indukcyjną (wirnik) i zworę (stojan). Najbardziej optymalnym i dlatego powszechnym dzisiaj jest schemat, w którym zwora jest umieszczona na stojanie, podczas gdy cewka znajduje się na wirniku. Warunkiem funkcjonowania mechanizmu jest obecność szczeliny powietrznej między tymi dwiema częściami. Zwora w tym przypadku jest stałą częścią urządzenia (stojan). Może składać się z jednego lub kilku uzwojeń, w zależności od wymaganej mocy pola magnetycznego, które musi wytworzyć. Rdzeń stojana z reguły jest rekrutowany z oddzielnych cienkich arkuszy stali elektrotechnicznej.
.jpg)
Cewka indukcyjna w synchronicznych maszynach elektrycznych jest elektromagnesem, a końce jej uzwojenia są doprowadzone bezpośrednio do pierścieni ślizgowych na wale. Podczas pracy cewka indukcyjna jest wzbudzana prądem stałym, dzięki czemu wirnik wytwarza pole elektromagnetyczne, które oddziałuje z polem magnetycznym twornika. W ten sposób dzięki prądowi stałemu wzbudzającemu cewkę indukcyjną uzyskuje się stałą częstotliwość rotacji pola magnetycznego wewnątrz maszyny synchronicznej.
Zasada działania maszyn synchronicznych
Zasada działania maszyny synchronicznej opiera się na interakcji dwóch rodzajów pól magnetycznych. Jedno z tych pól tworzy zwora, drugie zaś powstaje wokół elektromagnesu wzbudzanego prądem stałym - cewki indukcyjnej. Natychmiast po osiągnięciu mocy roboczej pole magnetyczne wytworzone przez stojan i obracające się w szczelinie powietrznej łączy się z polami magnetycznymi na biegunach wzbudnika. Tak więc, aby maszyna synchroniczna osiągnęła swoją prędkość roboczą, przyspieszenie jej zajmuje pewien czas. Po tym, jak samochód przyspieszy do wymagana częstotliwość, cewka indukcyjna jest zasilana ze źródła prądu stałego.
Najpopularniejszym układem wzbudzenia generatora jest generator prądu stałego umieszczony na tej samej osi, co generator synchroniczny (rys. 8.8).
Generator prądu stałego zwykle pracuje w trybie samowzbudzenia z uzwojeniem wzbudzenia połączonym równolegle z uzwojeniem twornika. Napięcie z zacisków generatora prądu stałego przez pierścienie ślizgowe K 1 oraz K 2 stosuje się do uzwojenia wzbudzenia generatora.
Aby wzbudzić generatory dużej mocy, montowany jest trójfazowy wzbudnica prądu przemiennego i prostownik trójfazowy (ryc. 8.9).
W tym przypadku trójfazowe uzwojenie wzbudnicy znajduje się na wirującej części wzbudzanego generatora. Na tej samej części zamontowany jest prostownik trójfazowy. Wystarczy zasilić kotwicę głównego generatora. Twornik wzbudnicy może być zasilany z zewnętrznego źródła prądu stałego lub z dodatkowej wzbudnicy prądu stałego zamontowanej na tej samej osi.
Aby wzbudzić generator trójfazowy, można zastosować zasadę samowzbudzenia (ryc. 8.10). Warunki samowzbudzenia generatora są takie same jak dla generatorów prądu stałego.
Stały prąd wzbudzenia jest uzyskiwany z transformatora wzbudzenia, ponieważ w większości przypadków napięcie wzbudzenia jest mniejsze niż napięcie sieci i prostownika. Rezystor wzbudzający służy do sterowania prądem wzbudzenia. Aby utrzymać stałe napięcie generatora, można zastosować wzbudzenie w instalacje elektroniczne automatyczna regulacja prądu wzbudzenia.
Wniosek
Głównym celem napisania instrukcji było przedstawienie materiału teorii i praktyki obsługi urządzeń elektromechanicznych w prostym przystępnym języku bez utraty zawartości informacyjnej treści. Badania fundamenty fizyczne funkcjonowanie maszyn elektrycznych jest solidną podstawą do zrozumienia zasad budowy innych urządzeń elektromechanicznych stosowanych w przedsiębiorstwach o różnych profilach.
Szybki rozwój nowych technologii stawia przed produkcją szereg złożonych problemów naukowych i technologicznych. Energia odgrywa kluczową rolę w rozwiązywaniu tych problemów. W warunkach rewolucji naukowo-technicznej tempo rozwoju kompleksu maszynowego, a w szczególności elektrotechniki, w dużej mierze determinuje postęp techniczny w dziedzinie energetyki, przemysłu paliwowego, transportu i łączności, hutnictwa, maszyn budowa narzędzi i przyrządów, budownictwo, kompleks rolno-przemysłowy itp.
Ten samouczek przedstawia podstawy teorii, cechy konstrukcyjne i tryby działania głównych typów maszyn elektrycznych stosowanych w przemyśle. W tym samym czasie, nowoczesne tendencje rozwój tych maszyn, mający na celu poprawę ich niezawodności, wydajności energetycznej, poprawę wydajności.
Ogólnie rzecz biorąc, obecnie obserwuje się następujące trendy w rozwoju elektrotechniki domowej:
Doskonalenie konstrukcji układów magnetycznych, uzwojeń i układów chłodzenia w celu zmniejszenia masy, gabarytów maszyn, strat energii w nich; wzrost mocy jednostkowej maszyn, prędkości obrotowej i napięcie znamionowe, zwiększając niezawodność poprzez poprawę jakości izolacji uzwojeń, eliminując, jeśli to możliwe, styki szczotek i poprawiając przełączanie w maszynach kolektorowych; tworzenie nowych obwodów maszyn elektrycznych łączących układ elektromagnetyczny z elementami technologii półprzewodnikowej (diody, tyrystory, tranzystory) w celu zwiększenia niezawodności, poprawy wydajności oraz rozszerzenia zakresu regulacji parametrów wyjściowych (prąd, napięcie, prędkość itp.), tworzenie liniowych silników elektrycznych i silników o ruchu posuwisto-zwrotnym;
Opracowywanie kolejnych projektów technologicznych maszyn małej i średniej mocy oraz mikromaszyn przystosowanych do masy i produkcja seryjna; doskonalenie metod obliczania maszyn elektrycznych w oparciu o wykorzystanie komputerów, modelowanie fizyczne i matematyczne; powszechne stosowanie standaryzacji głównych parametrów maszyn, ich elementów konstrukcyjnych, wymiarów instalacji, metod chłodzenia i ochrony przed wpływami środowiska.
W rozwiązywaniu postawionych zadań wiodącą rolę odgrywają pracownicy branżowych instytutów badawczych i projektowych. Naukowcy i nauczyciele wyższych uczelni udzielają również znaczącej pomocy pracownikom branży elektrycznej.
Maszyny elektryczne stosowane w schematach automatyki i telemechaniki są bardzo zróżnicowane pod względem konstrukcji, zasady działania oraz funkcji, które pełnią w różnych, czasem bardzo różnych schematach automatycznego sterowania, regulacji i sterowania.
Praktycznie niemożliwe jest opisanie wszystkich używanych maszyn elektrycznych w jednej książce, ograniczonej objętościowo przez programy nauczania uniwersytetów. Dlatego autorzy tego podręcznika nie postawili sobie takiego zadania, ograniczając się jedynie do opisania urządzenia, zasady działania, podstaw teorii i głównych cech maszyn elektrycznych, które otrzymały najpowszechniejsze zastosowanie.
Jeśli chcesz dokładniej zapoznać się z maszynami elektrycznymi przedstawionymi w tym samouczku, zwięźle, czytelnik może zapoznać się z literaturą specjalistyczną.
Bibliografia
1.Aleksiejew,A. E. Projektowanie maszyn elektrycznych / A. E. Alekseev. - M., 1958.
2.ormiański,W.W. Mikromaszyny elektryczne / E. V. Ormienski,G. B. Falk. - M., 1984.
3.Bertinow,AI Maszyny elektryczne do automatyki lotniczej / A. I. Bertinov. - M., 1961.
4.Bruskin,D. E. Maszyny elektryczne i mikromaszyny /
DE Bruskin,A. E. Zarokhovich,WS Chwostow. - M., 1981.
5.Budka,TAK. Bezdotykowe maszyny elektryczne / D. A. Ale. - M., 1985.
6.Winogradów,N.V. Projektowanie maszyn elektrycznych / N. V. Vinogradov,F. A. Goryainov,PS Sergeev. - M., 1969.
7.Ważny,AI Samochody elektryczne / A. I. Ważne. - L.: Energia, 1969.
8.Vinokurov,V.A. Wagony elektryczne transportu kolejowego / V. A. Vinokurov,D. A. Popow. - M., 1986.
9. woldek, AI Samochody elektryczne / A. I. Voldek. - L .: Energia, 1966.
10.Goldberg,OD Projektowanie maszyn elektrycznych /
OD Goldberg,Ya S. Gurin,I. S. Sviridenko. - M., 1982.
11.Jermolin,N.P. Maszyny elektryczne małej mocy / N.P. Ermolin.- M., 1975.
12.Iwanow-Smoleński,AV Samochody elektryczne / A. W. Iwanow-Smoleński. - M., 1980.
13.Katzman,MM. Samochody elektryczne / M. M. Katsman. - M., 1983.
14.Katzman,MM. Automaty do maszyn elektrycznych / M. M. Katsman,F. M. Yuferov. - M., 1979.
15.Kopyłow,IP Samochody elektryczne / I. P. Kopyłow. - M., 1986.
16.Kopyłow,IP Elektromechaniczna konwersja energii / I. P. Kopyłow. - M., 1973.
17.Kostenko,POSEŁ. Samochody elektryczne. Część 1 / M. P. Kostenko,L.M.Piotrowski. - L., 1973.
18.Kostenko,POSEŁ. Samochody elektryczne. Część 1. - Wyd. 2. miejsce /
M. P. Kostenko,L. M. Piotrowskiego.-
L.: Energia, 1964.
19.Kostenko,POSEŁ. Samochody elektryczne. Część 2. - Wyd. 2. miejsce /
M. P. Kostenko,L. M. Piotrowskiego. - L.: Energia, 1965.
20. Pietrow,G.N. Samochody elektryczne / G. N. PETROV - M., Gosenergoizdat, 1956. - Część I.
21.Pietrow,G.N. Samochody elektryczne / G. N. Pietrow. - M., 1963. - Część II; 1968. - Część III.
22. Maszyny elektryczne specjalne / wyd. A. I. Bertinowa.- 1982.
23.Chruszczow,W.W. Maszyny elektryczne systemów automatyki / W. W. Chruszczow. - L., 1985.
Przedmowa. 3
Wstęp. cztery
Rozdział 1. Podstawowe fizyczne prawa funkcjonowania
maszyny elektryczne. 9
Rozdział 2. Ogólne pytania dotyczące maszyn prądu stałego. 13
2.1. Zasada działania maszyn prądu stałego. 13
2.2. Projektowanie maszyn prądu stałego. 17
2.3. Uzwojenia tworników maszyn prądu stałego. osiemnaście
2.4. Połączenia wyrównawcze uzwojeń twornika. 31
2.5. Metody tworzenia pola magnetycznego lub metody wzbudzania
Maszyny prądu stałego. 34
2.6. SEM uzwojenia twornika maszyn prądu stałego. 36
2.7. Moment mechaniczny na wale maszyny prądu stałego. 39
2.8. Pole magnetyczne pracującej maszyny prądu stałego
w trybie bezczynności. 41
2.9. Pole magnetyczne obciążonej maszyny prądu stałego.
reakcja kotwicy. 42
2.10. Przełączanie uzwojenia twornika maszyn prądu stałego. 45
Rozdział 3. Silniki prądu stałego. 49
3.1. Zasada działania silników prądu stałego. 49
3.2. Podstawowe równania silnika prądu stałego. 51
3.3. Straty i sprawność silników
prąd stały. 51
3.4. Charakterystyka silników prądu stałego. 54
3.5. Uruchamianie silników prądu stałego. 65
3.6. Kontrola prędkości silników prądu stałego. 71
Rozdział 4. Generatory prądu stałego. 80
4.1. Klasyfikacja prądnic prądu stałego według metody wzbudzenia. 80
4.2. Schemat energetyczny generatorów prądu stałego. 81
4.3. Główne cechy generatorów prądu stałego. 86
4.4. Charakterystyka generatora z niezależnym wzbudzeniem. 86
4.5. Punkt pracy obciążonego generatora. 94
4.6. Charakterystyka generatora przy wzbudzeniu równoległym. 95
4.7. Generatory ze wzbudzeniem szeregowym.. 100
4.8. Generatory prądu stałego o wzbudzeniu mieszanym. 101
4.9. Korzystanie z generatorów prądu stałego. 105
4.10. Praca równoległa generatorów. 106
Rozdział 5. Transformatory .. 109
5.1. Zasada działania transformatorów. 110
5.2. Projektowanie transformatorów jednofazowych. 112
5.3. Straty energii elektrycznej w transformatorze a sprawność transformatora. 114
5.4. Tryb jałowy transformatora. 118
5.5. Praca transformatora w trybie obciążenia. 121
5.6. Transformator zredukowany i jego obwód zastępczy. 124
5.7. Eksperymentalne wyznaczanie parametrów transformatora. 129
5.8. Zmiana napięcia wyjściowego transformatora
gdy zmienia się prąd obciążenia. Charakterystyka zewnętrzna
transformator. 132
5.9. Charakterystyki zewnętrzne transformatorów. 135
5.10. Transformatory trójfazowe. Zasada działania transformatorów trójfazowych 137
5.11. Schematy i grupy do łączenia uzwojeń trójfazowych
transformatory. 141
5.12. Transformatory specjalne. 145
5.13. Praca równoległa transformatorów. 150
Rozdział 6. Maszyny asynchroniczne .. 154
6.1. Pola magnetyczne silników asynchronicznych. obrotowy
pole magnetyczne. 154
6.2. Eliptyczne i pulsujące pola magnetyczne. 160
6.3. Zasada działania silnika asynchronicznego. 165
6.4. Budowa silnika asynchronicznego. 168
6.5. Uzwojenia maszyn asynchronicznych. 170
6.6. Siły elektromotoryczne uzwojeń stojana i wirnika. 177
6.7. Strumień magnetyczny maszyn asynchronicznych. 178
6.8. Schemat wektorowy silnika indukcyjnego. 181
6.9. Schemat połączeń zastąpienie silnika asynchronicznego. 184
6.10. Procesy energetyczne maszyny asynchronicznej. 186
6.11. Schemat energetyczny silnika indukcyjnego. 188
6.12. Ogólne równanie momentu obrotowego maszyny asynchronicznej. 189
6.13. Równanie charakterystyki mechanicznej asynchronicznej
silnik. 191
6.14. Formuła Klossa. 194
6.15. Równoważny równoważny obwód maszyny asynchronicznej
z obwodem magnesującym podłączonym do zacisków sieci. 196
6.16. Diagram kołowy maszyny asynchronicznej. Budowanie wykresu... 198
6.17. Analiza wykres kołowy.. 202
6.18. Uruchamianie trójfazowych silników asynchronicznych. 207
6.19. Rozruszniki z wirnikiem fazowym ..207
6.20. Rozruch silnika klatkowego .. 210
6.21. Silniki ze specjalnym uzwojeniem wirnika i ulepszonymi właściwościami rozruchowymi. 214
6.22. Sposoby sterowania prędkością trójfazowego silnika asynchronicznego 216
6.23. Charakterystyki pracy silników asynchronicznych. 222
6.24. Działanie silnika asynchronicznego w różne tryby. 226
6.25. Praca maszyny asynchronicznej z wirnikiem fazowym w trybie
trójfazowy regulator napięcia. 227
6.26. Silniki asynchroniczne jednofazowe. 228
6.27. Oznaczanie wniosków silnika asynchronicznego. 232
Rozdział 7. Generatory synchroniczne .. 234
7.1. Zasada działania maszyn synchronicznych. 234
7.2. Konstrukcja maszyny synchronicznej.. 237
7.3. Tryb jałowy generatora. 238
7.4. Reakcja twornika maszyny synchronicznej. 240
7.5. Wektorowe wykresy napięcia trójfazowego generatora synchronicznego 245
7.6. Zmiana napięcia na wyjściu generatora synchronicznego. 249
7.7. Główne cechy generatora synchronicznego. 253
7.8. Włączenie do sieci generatorów trójfazowych lub równoległych
praca generatora prąd przemienny. 257
7.9. Charakterystyki kątowe generatorów synchronicznych. 261
7.10. Moc synchronizacji i moment synchronizacji. 264
7.11. Wpływ prądu wzbudzenia na tryb pracy synchronicznego
generator. 264
7.12. Straty energii i sprawność
generator synchroniczny. 266
Rozdział 8. Silniki synchroniczne. 269
8.1. Zasada działania silników synchronicznych. 269
8.2. Wektorowy wykres napięcia silnika synchronicznego. 270
8.3. Moc i moment mechaniczny silnika synchronicznego. 271
8.4. V Charakterystyki kształtowe silników synchronicznych. 272
8.5. Charakterystyka silnika synchronicznego. 274
8.6. Metody rozruchu silników synchronicznych. 275
8.7. Kompensatory synchroniczne.. 277
8.8. Sposoby wzbudzania maszyn synchronicznych. 277
Wniosek. 280
Referencje.. 282
Edycja edukacyjna
Goryachev Władimir Jakowlewicz
Jazz Nikołaj Borysowicz
Nikołajew Elena Władimirowna
Elektromechanika
Redaktor W. W. Czuwaszowa
Redaktor techniczny N. A. Vyalkova
Korektor N. A. Sidelnikova
Układ komputera N. W. Iwanowa
Wprowadzony do produkcji 07.12.09. Format 60x841/16.
Konw. piekarnik l. 16.74. Uch.-wyd. l. 19.98.
Nakład 100. Nr kat. 643. „C” 164.
_______________________________________________________
Wydawnictwo PSU
440026, Penza, Czerwony, 40.
Napędy elektryczne z silnikami synchronicznymi można podzielić na trzy klasy z warunków tworzenia obciążenia: napędy elektryczne ze stałym lub wolnozmiennym obciążeniem, napędy elektryczne z obciążeniem pulsującym, napędy elektryczne z gwałtownie zmiennym obciążeniem. Główny specyfikacje synchroniczne napędy elektryczne w zależności od rodzaju występującego obciążenia podano w tabeli. 6.1.
Jak wynika z tabeli. 6.1, w napędach elektrycznych z pulsującym i ostro zmiennym obciążeniem konieczne jest automatyczne sterowanie wzbudzeniem silnika synchronicznego. Układy automatycznej regulacji wzbudzenia zapewniają stabilną pracę silnika synchronicznego podczas skoków obciążenia lub spadków napięcia sieci. W takich przypadkach automatyczne układy sterowania wzbudzeniem zwiększają prąd wzbudzenia, zwiększając w ten sposób maksymalny moment obrotowy silnika synchronicznego. Ponadto zmiana prądu wzbudzenia silnika synchronicznego pozwala na regulację mocy biernej obwodu stojana silnika.
Tabela 6.1
|
Rodzaje obciążenia |
Mechanizmy |
Zasięg pojemności |
Automatyczna kontrola prądu wzbudzenia |
|
Niezmienne |
Wentylatory Dmuchawy Sprężarki |
Yuch-YuOO kW |
Nie wymagane |
|
Tętniący |
Zespoły pompujące Sprężarki tłokowe |
Niezbędny |
|
|
Ostro zmienny |
Kruszarki Młyny Walcownie Nożyce Piły |
1004-10000 kW |
Niezbędny |
Możliwość sterowania mocą bierną w obwodzie stojana silnika synchronicznego poprzez zmianę jego prądu wzbudzenia ilustrują wykresy wektorowe pokazane na rys.1. 6.14.
Ryż. 6.14. Schematy wektorowe silnika synchronicznego przy różnych prądach uzwojenia pola: a - prąd wzbudzenia jest mniejszy niż nominalny; b - prąd wzbudzenia jest równy wartości nominalnej; c - prąd wzbudzenia jest większy niż nominalny
Schemat wektorowy rys. 6.14, a odpowiada prądowi uzwojenia wzbudzenia mniejszemu od nominalnego, natomiast wektor prądu stojana /, pozostaje w tyle za wektorem napięcia sieciowego LJX pod kątem por. Moc bierna jest czynno-indukcyjna. Wraz ze wzrostem prądu wzbudzenia (ryc. 6.14 , b) EMF E) , indukowana w uzwojeniach stojana, wzrasta i może osiągnąć taką wartość, przy której prąd stojana / będzie w fazie z napięciem (/, czyli kosztp = 1. Moc bierna wynosi zero. Jeżeli prąd uzwojenia wzbudzenia jest dalej zwiększany , to wektor prądu stojana / , będzie prowadził w fazie wektor napięcia 6/, (praca z coscp wyprzedzającym), a silnik synchroniczny będzie odpowiadał obciążeniu czynno-pojemnościowemu połączonemu równolegle z siecią (rys. 6.14, w).
Na ryc. 6.15 pokazuje charakterystykę w kształcie ^/. Pokazują one zależność prądu stojana /, silnika synchronicznego od prądu wzbudzenia /w przy różnych obciążeniach na wale silnika (M s! Przy wartościach liczbowych parametrów charakterystyka w kształcie 67 pozwala na prawidłowy dobór prądu wzbudzenia w celu zapewnienia wymaganego trybu pracy silnika synchronicznego.
Obecnie w praktyce stosowane są automatyczne układy sterowania wzbudzeniem. W zależności od rozwiązań obwodów, automatyczne układy sterowania prądem wzbudzenia mogą pełnić następujące główne funkcje:
- zapewnić stabilną pracę silnika synchronicznego w danych warunkach obciążenia;
- utrzymywać optymalne napięcie w węźle obciążenia, do którego podłączony jest silnik synchroniczny;
- zapewnić minimalne straty energii w silniku synchronicznym i układzie zasilania.
Ryż. 6.15.
Wybierając schematy automatycznego sterowania prądem wzbudzenia, kierują się następującymi przepisami:
- w napędach elektrycznych ze stałym obciążeniem i niewielkimi wahaniami napięcia zasilania z reguły nie przewidziano instalacji urządzeń do automatycznej kontroli prądu wzbudzenia;
- w napędach elektrycznych z obciążeniem pulsującym lub udarowym konieczne jest zainstalowanie urządzeń do automatycznej kontroli prądu wzbudzenia. Prąd wzbudzenia takich silników jest regulowany w funkcji prądu czynnego stojana, co umożliwia znaczne zwiększenie przeciążalności silnika, aw niektórych przypadkach zmniejszenie jego mocy zainstalowanej;
- podczas pracy silnika synchronicznego z szybko zmieniającym się obciążeniem konieczne jest również zainstalowanie urządzeń do automatycznej regulacji prądu wzbudzenia, jednak w tym przypadku układ sterowania musi reagować nie tylko na zmianę obciążenia, ale także na szybkość tej zmiany.
Najprostszy schemat układu automatycznego sterowania prądem wzbudzenia dla napędów elektrycznych z obciążeniem pulsującym pokazano na ryc. 6.16. Układ umożliwia wzbudzenie silnika synchronicznego we wszystkich normalnych trybach jego pracy. Gdy zmienia się obciążenie na wale silnika, prąd / uzwojenia stojana również wzrasta, co
prowadzi do wzrostu dodatniego sygnału sprzężenia zwrotnego prądu Uoc[
aw konsekwencji do wzrostu napięcia sterowanego prostownika i wzrostu prądu wzbudzenia silnika synchronicznego.
Ryż. 6.16.
Biorąc pod uwagę proporcjonalność między polem elektromagnetycznym a strumieniem magnetycznym Ф, a w konsekwencji prądem uzwojenia wzbudzenia / w, równanie (1.71) można zapisać w następującej postaci:
gdzie do - współczynnik proporcjonalności między strumieniem F a prądem wzbudzenia 1a.
Z analizy (6.10) wynika, że wzrost prądu wzbudzenia powoduje wzrost maksymalnego momentu obrotowego silnika synchronicznego. W konsekwencji automatyczne sterowanie wzbudzeniem prowadzi do zwiększenia stabilności dynamicznej silnika synchronicznego przy zmianie obciążenia jego wału i tłumienia drgań wirnika.
Możliwe jest również utrzymanie optymalnego napięcia w węźle obciążenia, do którego podłączony jest silnik synchroniczny, wykorzystując układy automatycznej regulacji prądu wzbudzenia.
Aby poprawić wydajność rozległej sieci przemysłowej, moc bierna jest kompensowana przez zainstalowanie silników synchronicznych lub kompensatorów synchronicznych. Na ryc. 6.17 przedstawia schemat węzła obciążenia, do którego podłączeni są odbiorcy, wytwarzający i zużywający moc bierną.
Ryż. 6,1 7.
Indukcyjny prąd bierny / p jest równy sumie prądów biernych P
odbiorniki (transformatory; silniki asynchroniczne; silniki prądu stałego zasilane przez regulowane przekształtniki) i jest określane przez wyrażenie
gdzie / . - prąd bierny /-te obciążenie.
Do pełnej kompensacji mocy biernej w sieci konieczne jest spełnienie warunku
Prąd bierny maszyny synchronicznej wymagany do kompensacji spadku napięcia w sieci:
gdzie Xp- równoważna reaktancja fazowa sieci, biorąc pod uwagę wszystkich odbiorców: 
AU C- spadek napięcia sieci; 
- napięcie fazowe sieci;
- całkowita rezystancja fazowa wszystkich odbiorców energii elektrycznej, z wyjątkiem silnika synchronicznego; p, - przewodność elektryczna sekcji obwodu; U, t- napięcie sieciowe sieci; S K Z -
moc zwarcia sieci.
Nowoczesne układy automatycznej regulacji prądu wzbudzenia silników synchronicznych przeznaczonych do kompensacji mocy biernej zbudowane są na zasadzie sterowania podrzędnego i zapewniają regulację trzech zmiennych: prądu wzbudzenia, spadku napięcia na zastępczej rezystancji biernej fazy sieć i prąd bierny stojana silnika synchronicznego. Schemat funkcjonalny takiego układu pokazano na ryc. 6.18.
Ryż. 6.18.
Obwód wewnętrzny zapewnia kontrolę prądu wzbudzenia za pomocą regulatora prądu wzbudzenia PTB. Odniesieniem dla prądu wzbudzenia silnika synchronicznego jest sygnał wyjściowy U pj regulator
prąd bierny PPT. Napięcie sprzężenia zwrotnego prądu wzbudzenia silnika synchronicznego jest odejmowane od tego sygnału. Sygnał wyjściowy?/RTV regulatora prądu wzbudzenia wpływa na sterowane
prostownik SW, zmieniający prąd wzbudzenia / w silniku synchronicznym.
Regulator prądu biernego wchodzi w skład drugiego obwodu - obwodu sterowania prądem biernym I. Sygnały są sumowane na jego wejściu.
ujemne sprzężenie zwrotne prądu biernego (7 orth i sygnał rozkazowy dla prądu biernego - z wyjścia regulatora napięcia PH.
Ujemne napięciowe sygnały zwrotne są sumowane na wejściu regulatora napięcia PH U na . Informacja zwrotna napięcie powstaje z prądu biernego i równoważnej rezystancji fazowej sieci: U0H = I X C1. Regulator napięcia jest adaptacyjny, proporcjonalny, zmieniający wzmocnienie, gdy napięcie medium zasilającego spadnie poniżej (0,8 - 0,85) UH .
Transmisje pętli regulacji i regulatorów prądu uzyskuje się przy następujących podstawowych założeniach:
Nie uwzględnia się nasycenia obwodu magnetycznego silnika synchronicznego;
Prostownik sterowany - ogniwo aperiodyczne pierwszego rzędu z funkcją przenoszenia
gdzie k. w- wzmocnienie sterowanego prostownika (przekształtnika tyrystorowego); 
- stała czasowa opóźnienia
konwerter tyrystorowy; cyna- liczba tętnień napięcia przekształtnika tyrystorowego dla okresu napięcia sieciowego; co e -
częstotliwość kątowa sieci zasilającej równa 314,15 s" 1, przy częstotliwości sieci zasilającej / s \u003d 50 Hz; wszystkie stałe czasowe filtra i małe bezwładności są sumowane i zastępowane jedną stałą czasową.
Funkcje przenoszenia regulatorów zgodnie z modularnym optimum:
Regulator prądu wzbudzenia
Reaktywny regulator prądu
gdzie T- stała czasowa pętli sterowania prądem wzbudzenia; 7j ipp - stała czasowa pętli regulacji prądu biernego; do jap- współczynnik transmisji czujnika prądu wzbudzenia; RB - czynna rezystancja uzwojenia wzbudzenia silnika synchronicznego; do yaryi- współczynnik przenoszenia reaktywnego czujnika prądu; do Xia- współczynnik transmisji silnika synchronicznego sterowanego zmianą napięcia w obwodzie uzwojenia wzbudzenia.
Kompensacja łącznika wspomagającego 7^ ptv R+1 w liczniku transmitancji regulatora prądu wzbudzenia WpTB(p) odbywa się wewnątrz obiektu regulacji - silnika synchronicznego. W związku z tym w pętli regulacji prądu biernego nie ma stałej czasowej, która wymaga kompensacji, dlatego zaimplementowanie regulatora o charakterystyce proporcjonalno-całkującej pozwala wyeliminować wady podrzędnego układu regulacji.
Korzystanie z silnika synchronicznego z automatyczna regulacja wzbudzenie pozwala na utrzymanie mocy biernej i napięcia w węźle obciążenia na zadanym poziomie. Przyporządkowanie do automatycznego regulatora wzbudzenia generowania mocy biernej jest wartością zmienną, zależną od parametrów i obciążenia sieci zasilającej.
Zgodnie z metodą wzbudzenia maszyny synchroniczne dzielą się na dwa typy:
Ekscytacja niezależnego rodzaju.
Samowzbudzenie.
Przy niezależnym wzbudzeniu obwód implikuje obecność podwzbudnicy, która zasila: uzwojenie głównej wzbudnicy, reostat do regulacji, urządzenia sterujące, regulatory napięcia itp. Oprócz tej metody wzbudzenie można przeprowadzić z generatora pełniącego funkcję pomocniczą, napędzanego silnikiem synchronicznym lub asynchronicznym.
Dla samowzbudzenia uzwojenie jest zasilane przez prostownik działający na półprzewodnikach lub typu jonowego.
W przypadku turbogeneratorów i hydrogeneratorów stosuje się tyrystorowe urządzenia wzbudzające. Prąd wzbudzenia jest regulowany w tryb automatyczny, za pomocą regulatora wzbudzenia, w przypadku maszyn o małej mocy, typowe jest stosowanie reostatów regulacyjnych, są one zawarte w obwodzie uzwojenia wzbudzenia.
27. Zalety i wady silnika synchronicznego.
Silnik synchroniczny ma kilka zalet w porównaniu z silnikiem asynchronicznym:
1. Wysoki współczynnik mocy cosФ=0,9.
2. Możliwość zastosowania silników synchronicznych w przedsiębiorstwach do zwiększenia ogólnego współczynnika mocy.
3. Wysoka sprawność, jest wyższa niż w przypadku silnika asynchronicznego o (0,5-3%), dzięki zmniejszeniu strat miedzi i dużego CosФ.
4. Posiada dużą trwałość spowodowaną zwiększoną szczeliną powietrzną.
Moment obrotowy silnika synchronicznego jest wprost proporcjonalny do napięcia pierwszej mocy. Oznacza to, że silnik synchroniczny będzie mniej wrażliwy na zmiany wielkości napięcia sieciowego.
Wady silnika synchronicznego:
1. Złożoność sprzętu startowego i wysoki koszt.
2. Silniki synchroniczne służą do napędzania maszyn i mechanizmów, które nie potrzebują zmiany prędkości, a także mechanizmów, w których prędkość pozostaje stała wraz ze zmianą obciążenia: (pompy, sprężarki, wentylatory).
Rozruch silnika synchronicznego.
Ze względu na brak momentu rozruchowego w silniku synchronicznym stosuje się następujące metody jego rozruchu:
2. Rozruch silnika asynchronicznego.
1. Rozpocznij z silnikiem pomocniczym.
Rozruch silnika synchronicznego za pomocą silnika pomocniczego można przeprowadzić tylko bez mechanicznego obciążenia jego wału, tj. praktycznie bezczynny. W tym przypadku na czas rozruchu silnik chwilowo zamienia się w generator synchroniczny, którego wirnik napędzany jest małym silnikiem pomocniczym. Stojan tego generatora jest podłączony równolegle do sieci zgodnie ze wszystkimi niezbędnymi warunkami tego połączenia. Po podłączeniu stojana do sieci silnik napędu pomocniczego zostaje mechanicznie wyłączony. Ta metoda rozruchu jest złożona i posiada dodatkowo silnik pomocniczy.
2. Rozruch silnika asynchronicznego.
Najpopularniejszym sposobem uruchamiania silników synchronicznych jest rozruch asynchroniczny, w którym silnik synchroniczny zamienia się w silnik asynchroniczny na czas rozruchu. Aby umożliwić wytworzenie asynchronicznego momentu rozruchowego, w rowkach nabiegunników silnika o biegunach jawnych umieszcza się zwarciowe uzwojenie rozruchowe. Uzwojenie to składa się z mosiężnych prętów włożonych w rowki końcówek i zwartych na obu końcach miedzianymi pierścieniami.
Podczas uruchamiania silnika uzwojenie stojana jest podłączone do sieci prądu przemiennego. Uzwojenie wzbudzenia (3) na okres rozruchu jest zwarte do pewnej rezystancji Rg, rys.1. 45, klucz K znajduje się w pozycji 2, rezystancja Rg \u003d (8-10) Rv. W początkowym momencie rozruchu przy S=1, ze względu na dużą liczbę zwojów uzwojenia pola, wirujące pole magnetyczne stojana indukuje w uzwojeniu pola EMF Ev, które może osiągnąć całkiem wielkie znaczenie a jeśli przy rozruchu uzwojenie wzbudzenia nie jest włączone dla rezystancji Rg, nastąpi przebicie izolacji.
Ryż. 45 Rys. 46.
Proces uruchamiania silnika synchronicznego odbywa się w dwóch etapach. Gdy uzwojenie stojana (1) jest podłączone do sieci, w silniku powstaje pole wirujące, które indukuje siłę elektromotoryczną w zwartym uzwojeniu wirnika (2). Pod akcją, która popłynie w prądzie prętów. W wyniku oddziaływania wirującego pola magnetycznego z prądem w zwartym uzwojeniu powstaje moment obrotowy, jak w silniku asynchronicznym. W związku z tym momentem wirnik przyspiesza do poślizgu bliskiego zeru (S=0,05), ryc. 46. To kończy pierwszy etap.
Aby wirnik silnika został wciągnięty w synchronizację, konieczne jest wytworzenie w nim pola magnetycznego poprzez włączenie uzwojenia wzbudzenia DC (3) (przełączenie klucza K w pozycję 1). Ponieważ wirnik jest przyspieszany do prędkości zbliżonej do
na synchroniczny, to względna prędkość pól stojana i wirnika jest niewielka. Słupy sprawnie się odnajdą. A po serii poślizgów, przeciwne bieguny zostaną przyciągnięte, a wirnik zostanie wciągnięty w synchronizację. Następnie wirnik będzie się obracał z prędkością synchroniczną, a jego prędkość obrotowa będzie stała, ryc. 46. To kończy drugi etap uruchomienia.
Na wirniku generatora synchronicznego znajduje się źródło MMF (induktor), które wytwarza w generatorze pole magnetyczne. Za pomocą silnika napędowego (PD) wirnik generatora jest wprawiany w ruch z częstotliwością synchroniczną n 1 . W tym przypadku pole magnetyczne wirnika również się obraca i współpracując z uzwojeniem stojana indukuje w nim pole elektromagnetyczne.
Głównym sposobem wzbudzenia maszyn synchronicznych jest elektromagnetyczny wzbudzenie, którego istotą jest to, że uzwojenie wzbudzenia znajduje się na biegunach wirnika. Kiedy prąd stały przepływa przez to uzwojenie, powstaje MMF wzbudzenia, który indukuje pole magnetyczne w układzie magnetycznym maszyny.
Do niedawna do zasilania uzwojenia polowego stosowano specjalne niezależne generatory prądu stałego wzbudzenia, zwane wzbudnikami B (rys. 82, a), którego uzwojenie wzbudzenia (OV) otrzymało prąd stały z innego generatora (wzbudzenie równoległe), zwanego podwzbudnikiem (PV). Wirnik maszyny synchronicznej oraz tworniki wzbudnicy i podwzbudnicy znajdują się na wspólnym wale i obracają się jednocześnie. W tym przypadku prąd wchodzi do uzwojenia wzbudzenia maszyny synchronicznej przez pierścienie ślizgowe i szczotki. Do sterowania prądem wzbudzenia stosuje się reostaty regulacyjne, które są zawarte w obwodzie wzbudzenia wzbudnicy ( r 1) i podwzbudnik ( r 2).
W generatorach synchronicznych średniej i dużej mocy proces regulacji prądu wzbudzenia jest zautomatyzowany.
W generatorach synchronicznych dużej mocy - turbogeneratorach - czasami jako patogen stosuje się alternatory typu indukcyjnego. Na wyjściu takiego generatora włącza się prostownik półprzewodnikowy. Regulacja prądu wzbudzenia generatora synchronicznego w tym przypadku odbywa się poprzez zmianę wzbudzenia generatora indukcyjnego.
Był używany w generatorach synchronicznych bezstykowy system wzbudzania elektromagnetycznego, w którym generator synchroniczny nie ma pierścieni ślizgowych na wirniku.
W tym przypadku generator prądu przemiennego jest również używany jako patogen (ryc. 82, b), w którym uzwojenie 2, w którym indukowana jest siła elektromotoryczna (uzwojenie twornika), znajdujące się na wirniku i uzwojenie wzbudzenia 1 znajduje się na stojanie. W rezultacie uzwojenie twornika wzbudnicy i uzwojenie wzbudzenia maszyny synchronicznej okazują się obracać, a ich połączenie elektryczne przeprowadzane bezpośrednio, bez pierścieni ślizgowych i szczotek. Ale ponieważ wzbudnica jest generatorem prądu przemiennego, a uzwojenie wzbudzenia musi być zasilane prądem stałym, wówczas konwerter półprzewodnikowy jest włączany na wyjściu uzwojenia twornika wzbudnicy 3, zamocowany na wale maszyny synchronicznej i obracający się wraz z uzwojeniem wzbudzenia maszyny synchronicznej i uzwojeniem twornika wzbudnicy. Zasilanie DC uzwojenia polowego 1 wzbudnica jest realizowana z podwzbudnicy (PV) - generatora prądu stałego.
Ryż. 82. Kontaktowe (a) i bezkontaktowe (b) układy elektromagnetyczne
wzbudzenie generatorów synchronicznych
Brak styków ślizgowych w obwodzie wzbudzenia maszyny synchronicznej pozwala na zwiększenie jej niezawodności działania i zwiększenie sprawności.
W generatorach synchronicznych, w tym hydrogeneratorach, zasada samowzbudzenie(ryc. 83, a), gdy energia prądu przemiennego niezbędna do wzbudzenia jest pobierana z uzwojenia stojana generatora synchronicznego i jest przekształcana w energię prądu stałego przez transformator obniżający napięcie i prostownikowy konwerter półprzewodnikowy (PP). Zasada samowzbudzenia opiera się na fakcie, że początkowe wzbudzenie generatora następuje z powodu magnetyzmu szczątkowego obwodu magnetycznego maszyny.
Ryż. 83. Zasada samowzbudzenia generatorów synchronicznych
Na ryc. 19.2, b strukturalny schemat automatycznego układu samowzbudnego, generator synchroniczny (SG) z transformatorem prostownikowym (VT) i przekształtnikiem tyrystorowym (TP), przez który prąd przemienny z obwodu stojana SG po przekształceniu na prąd stały podawany jest do uzwojenia wzbudzenia. Przetwornica tyrystorowa jest sterowana przez automatyczny regulator wzbudzenie ARV, którego wejście odbiera sygnały napięciowe na wyjściu SG (poprzez przekładnik napięciowy VT) i prąd obciążenia SG (z przekładnika prądowego TT). Obwód zawiera zespół zabezpieczający BZ, który zapewnia ochronę uzwojenia wzbudzenia i przekształtnika tyrystorowego TP przed przepięciem i przeciążeniem prądowym.
W nowoczesnych silnikach synchronicznych stosuje się wzbudzenie wzbudnice tyrystorowe, włączony do sieci prądu przemiennego i realizujący automatyczną kontrolę prądu wzbudzenia we wszystkich możliwych trybach pracy silnika, w tym przejściowych. Ta metoda wzbudzenia jest najbardziej niezawodna i ekonomiczna, ponieważ sprawność wzbudników tyrystorowych jest wyższa niż w przypadku generatorów prądu stałego. Przemysł produkuje tyrystorowe urządzenia wzbudzające dla różnych napięć wzbudzenia z prawidłowa wartość Prąd stały 320 A.
W nowoczesnych seriach silników synchronicznych najszerzej stosowane są tyrystorowe urządzenia wzbudzające typu TE8-320/48 (napięcie wzbudzenia 48 V) i TE8-320/75 (napięcie wzbudzenia 75 V).
Moc wydatkowana na wzbudzenie wynosi zwykle od 0,2 do 5% użyteczna moc maszyny (niższa wartość dotyczy maszyn o dużej mocy).
W maszynach synchronicznych małej mocy obowiązuje zasada wzbudzenie magnesami trwałymi, gdy magnesy trwałe są umieszczone na wirniku maszyny. Ta metoda wzbudzenia umożliwia uratowanie maszyny przed uzwojeniem wzbudzenia. Dzięki temu konstrukcja maszyny staje się prostsza, bardziej ekonomiczna i bardziej niezawodna. Jednak ze względu na niedobór materiałów do produkcji magnesów trwałych z dużym zapasem energii magnetycznej oraz złożoność ich obróbki, zastosowanie wzbudzenia magnesami trwałymi ogranicza się tylko do maszyn o mocy nie większej niż kilka kilowatów .
pytania testowe
1. Jakie są sposoby wzbudzania maszyn synchronicznych?
2. Wyjaśnić przeznaczenie przekształtnika tyrystorowego w układzie samowzbudnym generatora synchronicznego?
3. Wyjaśnij urządzenie z wyraźnymi i pośrednio plusowymi wirnikami?
4. Wyjaśnij budowę silnika synchronicznego serii SDN2?
5. Jakie metody mocowania słupów stosuje się w maszynach synchronicznych z biegunami jawnymi?
6. Co zapewnia nierówną szczelinę powietrzną w maszynie synchronicznej?