Synchrónne stroje sú zariadenia s rýchlosťou rotora, v ktorej je vždy rovnaká alebo násobkom rýchlosti magnetického poľa vo vzduchovej medzere, ktorá vzniká v dôsledku prúdu prechádzajúceho vinutím kotvy. V srdci práce tohto typu strojoch je založený na princípe elektromagnetickej indukcie.
Budenie synchrónnych strojov
Synchrónne stroje môžu byť vybudené elektromagnetickým pôsobením alebo permanentným magnetom. V prípade elektromagnetického budenia sa používa špeciálny generátor priamy prúd, ktorý napája vinutie, v súvislosti s jeho hlavnou funkciou toto zariadenie nazývaný pôvodca. Stojí za zmienku, že budiaci systém je tiež rozdelený na dva typy podľa spôsobu expozície - priame a nepriame. Spôsob priameho budenia znamená, že hriadeľ synchrónneho stroja je mechanicky spojený priamo s rotorom budiča. Nepriama metóda predpokladá, že na otáčanie rotora sa používa iný motor, napríklad asynchrónny elektrický stroj.
Je to metóda priameho budenia, ktorá dnes získala najväčšiu distribúciu. V prípadoch, keď sa predpokladá, že budiaca sústava bude pracovať s výkonnými synchrónnymi elektrickými strojmi, sa však používajú nezávislé budiace generátory, ktorých vinutie je napájané prúdom z iného jednosmerného zdroja, nazývaného subbudič. Napriek všetkej ťažkosti, tento systém umožňuje dosiahnuť väčšiu stabilitu v práci, ako aj viac jemné ladenie vlastnosti.
Synchrónne strojové zariadenie
Synchrónny elektrický stroj má dve hlavné zložky: induktor (rotor) a kotvu (stator). Najoptimálnejšia a preto dnes bežná je schéma, keď je kotva umiestnená na statore, zatiaľ čo tlmivka je umiestnená na rotore. Predpokladom fungovania mechanizmu je prítomnosť vzduchovej medzery medzi týmito dvoma časťami. Kotva je v tomto prípade pevnou súčasťou zariadenia (statora). Môže pozostávať buď z jedného alebo niekoľkých vinutí, v závislosti od požadovaného výkonu magnetického poľa, ktoré musí vytvoriť. Jadro statora sa spravidla skladá zo samostatných tenkých plechov z elektroocele.
.jpg)
Induktor v synchrónnych elektrických strojoch je elektromagnet, pričom konce jeho vinutia sú privedené priamo na zberné krúžky na hriadeli. Počas prevádzky je induktor budený jednosmerným prúdom, vďaka čomu rotor vytvára elektromagnetické pole, ktoré interaguje s magnetickým poľom kotvy. Vďaka jednosmernému prúdu, ktorý budí induktor, sa teda dosiahne konštantná frekvencia otáčania magnetického poľa vo vnútri synchrónneho stroja.
Princíp činnosti synchrónnych strojov
Princíp činnosti synchrónneho stroja je založený na interakcii dvoch typov magnetických polí. Jedno z týchto polí je tvorené kotvou, zatiaľ čo druhé vzniká okolo elektromagnetu budeného jednosmerným prúdom - induktora. Ihneď po dosiahnutí prevádzkového výkonu sa magnetické pole vytvorené statorom a rotujúce vo vzduchovej medzere spojí s magnetickými poľami na póloch induktora. Aby teda synchrónny stroj dosiahol svoju prevádzkovú rýchlosť, potrebuje určitý čas na jeho zrýchlenie. Potom, čo auto zrýchli na požadovaná frekvencia, tlmivka je napájaná jednosmerným zdrojom.
Najbežnejší systém budenia generátora je s jednosmerným generátorom umiestneným na rovnakej osi ako synchrónny generátor (obr. 8.8).
Generátor jednosmerného prúdu zvyčajne pracuje v režime samobudenia s budiacim vinutím zapojeným paralelne s vinutím kotvy. Napätie zo svoriek DC generátora cez zberacie krúžky K 1 a K 2 sa aplikuje na budiace vinutie generátora.
Na budenie generátorov vysokého výkonu je namontovaný trojfázový budič striedavého prúdu a trojfázový usmerňovač (obr. 8.9).
V tomto prípade je vinutie trojfázového budiča umiestnené na rotujúcej časti budeného generátora. Na tej istej časti je namontovaný trojfázový usmerňovač. Stačí napájať kotvu hlavného generátora. Kotva budiča môže byť napájaná externým jednosmerným zdrojom alebo prídavným jednosmerným budičom namontovaným na tej istej náprave.
Na budenie trojfázového generátora možno využiť princíp samobudenia (obr. 8.10). Podmienky pre samobudenie generátora sú rovnaké ako pre DC generátory.
Priamy budiaci prúd sa získava z budiaceho transformátora, pretože vo väčšine prípadov je budiace napätie menšie ako napätie siete a usmerňovača. Na reguláciu budiaceho prúdu sa používa budiaci odpor. Na udržanie konštantného napätia generátora je možné použiť budenie elektronické inštalácie automatická regulácia budiaceho prúdu.
Záver
Hlavným zámerom písania príručky bolo prezentovať materiál z teórie a praxe obsluhy elektromechanických zariadení jednoduchým prístupným jazykom bez straty informačného obsahu obsahu. Štúdium fyzické základy fungovanie elektrických strojov je pevným základom pre pochopenie princípov konštrukcie iných elektromechanických zariadení, ktoré sa používajú v podnikoch rôznych profilov.
Rýchly vývoj nových technológií predstavuje pre výrobu množstvo zložitých vedeckých a technologických problémov. Energia zohráva kľúčovú úlohu pri riešení týchto problémov. V podmienkach vedecko-technickej revolúcie tempo rozvoja strojárskeho komplexu a najmä elektrotechniky do značnej miery určuje technický pokrok v oblasti energetiky, palivového priemyslu, dopravy a spojov, hutníctva, strojárstva. nástrojárstvo a výroba nástrojov, stavebníctvo, agropriemyselný komplex atď.
Tento tutoriál načrtáva základy teórie, konštrukčné prvky a režimy prevádzky hlavných typov elektrických strojov používaných v priemysle. Zároveň, moderné tendencie vývoj týchto strojov, zameraný na zlepšenie ich spoľahlivosti, energetickej náročnosti, zlepšenie výkonu.
Vo všeobecnosti sa v súčasnosti vo vývoji domácej elektrotechniky pozorujú tieto trendy:
Zlepšenie konštrukcie magnetických systémov, vinutí a chladiacich systémov s cieľom znížiť hmotnosť, celkové rozmery strojov, energetické straty v nich; zvýšenie jednotkového výkonu strojov, rýchlosti otáčania a menovité napätie, zvýšenie spoľahlivosti zlepšením kvality izolácie vinutí, odstránením, ak je to možné, kefových kontaktov a zlepšením spínania v kolektorových strojoch; vytvorenie nových obvodov elektrických strojov, ktoré kombinujú elektromagnetický systém s prvkami polovodičovej techniky (diódy, tyristory, tranzistory) pre zvýšenie spoľahlivosti, zlepšenie výkonu a rozšírenie rozsahu regulácie výstupných parametrov (prúd, napätie, otáčky atď.), vytvorenie lineárnych elektrických motorov a motorov s vratným pohybom;
Vývoj technologickejších konštrukcií strojov malého a stredného výkonu a mikrostrojov prispôsobených pre hromadné a sériová výroba; zlepšenie metód výpočtu elektrických strojov založených na použití počítačov, fyzikálnom a matematickom modelovaní; rozšírené používanie normalizácie pre hlavné parametre strojov, ich konštrukčné prvky, montážne rozmery, spôsoby chladenia a ochranu pred vplyvmi prostredia.
Pri riešení stanovených úloh majú vedúcu úlohu pracovníci odvetvových výskumných a projektových ústavov. Významnú pomoc pracovníkom v elektrotechnickom priemysle poskytujú aj vedci a učitelia vysokých škôl.
Elektrické stroje používané v schémach automatizácie a telemechaniky sú veľmi rôznorodé z hľadiska konštrukcie, princípu činnosti a funkcií, ktoré vykonávajú v rôznych, niekedy veľmi odlišných schémach automatického riadenia, regulácie a riadenia.
Je prakticky nemožné podať popis všetkých elektrických strojov používaných v jednej knihe, ktorá je objemovo obmedzená učebnými osnovami univerzít. Preto si autori tohto návodu nekládli takúto úlohu a obmedzili sa len na popis zariadenia, princípu činnosti, základov teórie a hlavných charakteristík elektrických strojov, ktoré sa najviac rozšírili.
Ak sa chcete hlbšie zoznámiť s elektrickými strojmi prezentovanými v tomto návode, stručne sa môže čitateľ obrátiť na odbornú literatúru.
Bibliografia
1.Aleksejev,A. E. Dizajn elektrických strojov / A. E. Aleksejev. - M., 1958.
2.arménsky,E.V. Elektrické mikrostroje / E. V. Armenského,G. B. Falk. - M., 1984.
3.Bertinov,A.I. Elektrické stroje pre automatizáciu letectva / A. I. Bertinov. - M., 1961.
4.Bruskin,D. E. Elektrické stroje a mikrostroje /
D. E. Bruskin,A. E. Zarokhovich,V. S. Chvostov. - M., 1981.
5.Búdka,ÁNO. Bezdotykové elektrické stroje / D. A. Ale. - M., 1985.
6.Vinogradov,N.V. Dizajn elektrických strojov / N. V. Vinogradov,F. A. Gorjainov,P. S. Sergejev. - M., 1969.
7.Dôležité,A.I. Elektrické autá / A. I. Dôležité. - L .: Energia, 1969.
8.Vinokurov,V.A. Elektrické autá železničnej dopravy / V. A. Vinokurov,D. A. Popov. - M., 1986.
9. woldek, A.I. Elektrické autá / A. I. Voldek. - L .: Energia, 1966.
10.Goldberg,O.D. Dizajn elektrických strojov /
O. D. Goldberg,Áno, S. Gurin,I. S. Sviridenko. - M., 1982.
11.Yermolin,N.P. Elektrické stroje s nízkym výkonom / N. P. Ermolin.- M., 1975.
12.Ivanov-Smolensky,A.V. Elektrické autá / A. V. Ivanov-Smolensky. - M., 1980.
13.Katzman,MM. Elektrické autá / M. M. Katsman. - M., 1983.
14.Katzman,MM. Elektrické stroje automatické zariadenia / M. M. Katsman,F. M. Juferov. - M., 1979.
15.Kopylov,I.P. Elektrické autá / I. P. Kopylov. - M., 1986.
16.Kopylov,I.P. Elektromechanická premena energie / I. P. Kopylov. - M., 1973.
17.Kostenko,M.P. Elektrické autá. Časť 1 / M. P. Kostenko,L. M. Piotrovskij. - L., 1973.
18.Kostenko,M.P. Elektrické autá. Časť 1. - Ed. 2. /
M. P. Kostenko,L. M. Piotrovského.-
L.: Energia, 1964.
19.Kostenko,M.P. Elektrické autá. Časť 2. - Ed. 2. /
M. P. Kostenko,L. M. Piotrovského. - L.: Energia, 1965.
20. Petrov,G. N. Elektrické autá / G. N. PETROV - M., Gosenergoizdat, 1956. - I. časť.
21.Petrov,G. N. Elektrické autá / G. N. Petrov. - M., 1963. - Časť II; 1968. - Časť III.
22. Špeciálne elektrické stroje / vyd. A. I. Bertinová.- 1982.
23.Chruščov,V.V. Elektrické stroje automatizačných systémov / V. V. Chruščov. - L., 1985.
Predslov. 3
Úvod. štyri
Kapitola 1. Základné fyzikálne zákony fungovania
elektrické stroje. 9
Kapitola 2. Všeobecné otázky jednosmerných strojov. 13
2.1. Princíp činnosti jednosmerných strojov. 13
2.2. Dizajn jednosmerných strojov. 17
2.3. Vinutia kotvy jednosmerných strojov. osemnásť
2.4. Ekvipotenciálne spojenia vinutí kotvy. 31
2.5. Spôsoby vytvárania magnetického poľa alebo spôsoby budenia
DC stroje. 34
2.6. EMF vinutia kotvy jednosmerných strojov. 36
2.7. Mechanický krútiaci moment na hriadeli jednosmerného stroja. 39
2.8. Magnetické pole bežiaceho stroja na jednosmerný prúd
v nečinnom režime. 41
2.9. Magnetické pole zaťaženého jednosmerného stroja.
kotvová reakcia. 42
2.10. Spínanie vinutia kotvy jednosmerných strojov. 45
Kapitola 3. Jednosmerné motory. 49
3.1. Princíp činnosti jednosmerných motorov. 49
3.2. Základné rovnice jednosmerného motora. 51
3.3. Straty a účinnosť motorov
priamy prúd. 51
3.4. Charakteristika jednosmerných motorov. 54
3.5. Štartovanie jednosmerných motorov. 65
3.6. Regulácia otáčok jednosmerných motorov. 71
Kapitola 4. Generátory jednosmerného prúdu. 80
4.1. Klasifikácia jednosmerných generátorov podľa spôsobu budenia. 80
4.2. Energetická schéma generátorov jednosmerného prúdu. 81
4.3. Hlavné charakteristiky DC generátorov. 86
4.4. Charakteristika generátora s nezávislým budením.. 86
4.5. Pracovný bod zaťaženého generátora. 94
4.6. Charakteristika generátora s paralelným budením.. 95
4.7. Generátory so sériovým budením.. 100
4.8. Generátory jednosmerného prúdu so zmiešaným budením.. 101
4.9. Použitie generátorov jednosmerného prúdu. 105
4.10. Paralelná prevádzka generátorov. 106
Kapitola 5. Transformátory .. 109
5.1. Princíp činnosti transformátorov. 110
5.2. Návrh jednofázových transformátorov. 112
5.3. Straty elektrickej energie v transformátore a účinnosť transformátora. 114
5.4. Kľudový režim transformátora. 118
5.5. Prevádzka transformátora v režime zaťaženia. 121
5.6. Redukovaný transformátor a jeho ekvivalentný obvod. 124
5.7. Experimentálne stanovenie parametrov transformátora. 129
5.8. Zmena výstupného napätia transformátora
pri zmene záťažového prúdu. Vonkajšia charakteristika
transformátor. 132
5.9. Vonkajšie charakteristiky transformátorov. 135
5.10. Trojfázové transformátory. Princíp činnosti trojfázových transformátorov 137
5.11. Schémy a skupiny na pripojenie trojfázových vinutí
transformátory. 141
5.12. Špeciálne transformátory.. 145
5.13. Paralelná prevádzka transformátorov. 150
Kapitola 6. Asynchrónne stroje .. 154
6.1. Magnetické polia asynchrónnych motorov. otáčanie
magnetické pole. 154
6.2. Eliptické a pulzujúce magnetické polia. 160
6.3. Princíp činnosti asynchrónneho motora. 165
6.4. Konštrukcia asynchrónneho motora. 168
6.5. Vinutia asynchrónnych strojov. 170
6.6. Elektromotorické sily vinutia statora a rotora. 177
6.7. Magnetický tok asynchrónnych strojov. 178
6.8. Vektorová schéma indukčného motora. 181
6.9. Elektrické schéma náhrada asynchrónneho motora. 184
6.10. Energetické procesy asynchrónneho stroja.. 186
6.11. Energetická schéma indukčného motora. 188
6.12. Všeobecná rovnica krútiaceho momentu asynchrónneho stroja.. 189
6.13. Rovnica mechanickej charakteristiky asynchrónneho
motora. 191
6.14. Klossov vzorec. 194
6.15. Ekvivalentný ekvivalentný obvod asynchrónneho stroja
s magnetizačným obvodom pripojeným na sieťové svorky.. 196
6.16. Koláčový diagram asynchrónneho stroja. Zostavenie mapy... 198
6.17. Analýza koláčový graf.. 202
6.18. Štartovanie trojfázových asynchrónnych motorov. 207
6.19. Štartovanie motorov s fázovým rotorom .. 207
6.20. Spustenie motora vo veveričke .. 210
6.21. Motory so špeciálnym vinutím rotora a zlepšenými štartovacími charakteristikami. 214
6.22. Spôsoby riadenia rýchlosti trojfázového asynchrónneho motora 216
6.23. Výkonové charakteristiky asynchrónnych motorov. 222
6.24. Prevádzka asynchrónneho motora v rôzne režimy. 226
6.25. Prevádzka asynchrónneho stroja s fázovým rotorom v režime
trojfázový regulátor napätia. 227
6.26. Jednofázové asynchrónne motory. 228
6.27. Označenie záverov asynchrónneho motora. 232
Kapitola 7. Synchrónne generátory .. 234
7.1. Princíp činnosti synchrónnych strojov. 234
7.2. Konštrukcia synchrónneho stroja.. 237
7.3. Režim nečinnosti generátora. 238
7.4. Reakcia kotvy synchrónneho stroja.. 240
7.5. Vektorové diagramy napätia trojfázového synchrónneho generátora 245
7.6. Zmena napätia na výstupe synchrónneho generátora. 249
7.7. Hlavné charakteristiky synchrónneho generátora. 253
7.8. Zahrnutie do siete trojfázových generátorov alebo paralelných
prevádzka generátora striedavý prúd. 257
7.9. Uhlové charakteristiky synchrónnych generátorov. 261
7.10. Synchronizačný výkon a synchronizačný krútiaci moment. 264
7.11. Vplyv budiaceho prúdu na režim činnosti synchrónneho
generátor. 264
7.12. Strata energie a účinnosť
synchrónny generátor. 266
Kapitola 8. Synchrónne motory. 269
8.1. Princíp činnosti synchrónnych motorov. 269
8.2. Vektorový diagram napätia synchrónneho motora. 270
8.3. Výkon a mechanický krútiaci moment synchrónneho motora. 271
8.4. V-tvarové charakteristiky synchrónnych motorov. 272
8.5. Charakteristika synchrónneho motora. 274
8.6. Spôsoby štartovania synchrónnych motorov. 275
8.7. Synchrónne kompenzátory.. 277
8.8. Spôsoby budenia synchrónnych strojov. 277
Záver. 280
Referencie.. 282
Vzdelávacie vydanie
Gorjačov Vladimír Jakovlevič
Jazz Nikolaj Borisovič
Nikolajev Elena Vladimirovna
Elektromechanika
Editor V. V. Čuvašovej
Technický redaktor N. A. Vyalková
korektor N. A. Sidelniková
Rozloženie počítača N. V. Ivanova
Uvedenie do výroby 07.12.09. Formát 60x841/16.
Konv. rúra l. 16,74. Uch.-ed. l. 19,98.
Náklad 100. Objednávka č. 643. "C" 164.
_______________________________________________________
Vydavateľstvo PSU
440026, Penza, červená, 40.
Elektropohony so synchrónnymi motormi možno z podmienok vzniku záťaže rozdeliť do troch tried: elektropohony s konštantnou alebo pomaly sa meniacou záťažou, elektropohony s pulzujúcim zaťažením, elektropohony s prudko premenlivou záťažou. Hlavné technické údaje synchrónne elektrické pohony, v závislosti od typu záťaže, ktorá sa vyskytuje, sú uvedené v tabuľke. 6.1.
Ako vyplýva z tabuľky. 6.1, v elektrických pohonoch s pulzujúcim a ostro premenlivým zaťažením je potrebné vykonať automatické riadenie budenia synchrónneho motora. Automatické systémy riadenia budenia zaisťujú stabilnú prevádzku synchrónneho motora pri nárazoch záťaže alebo pri poklese sieťového napätia. V týchto prípadoch automatické systémy riadenia budenia zvyšujú budiaci prúd, čím zvyšujú maximálny krútiaci moment synchrónneho motora. Okrem toho zmena budiaceho prúdu synchrónneho motora umožňuje nastaviť jalový výkon obvodu statora motora.
Tabuľka 6.1
|
Typy zaťaženia |
Mechanizmy |
Rozsah kapacity |
Automatické riadenie budiaceho prúdu |
|
Nemenný |
Fanúšikovia Dúchadlá Kompresory |
Yuch-YuOO kW |
Nevyžaduje sa |
|
Pulzujúce |
Čerpacie jednotky Piestové kompresory |
Nevyhnutné |
|
|
Prudko premenlivé |
Drviče Mlyny Valcovne Nožnice Píly |
1004-10000 kW |
Nevyhnutné |
Schopnosť riadiť jalový výkon v obvode statora synchrónneho motora zmenou jeho budiaceho prúdu ilustrujú vektorové diagramy znázornené na obr. 6.14.
Ryža. 6.14. Vektorové diagramy synchrónneho motora pri rôznych prúdoch budiaceho vinutia: a - budiaci prúd je menší ako nominálny; b - budiaci prúd sa rovná nominálnej hodnote; c - budiaci prúd je väčší ako nominálny
Vektorový diagram Obr. 6.14, a zodpovedá prúdu budiaceho vinutia menšiemu ako je nominálny, zatiaľ čo vektor statorového prúdu /, zaostáva za vektorom sieťového napätia L.J.X pod uhlom porov. Jalový výkon je činno-indukčný. So zvýšením budiaceho prúdu (obr. 6.14 , b) EMF E), indukovaný vo vinutiach statora, zväčšuje sa a môže dosiahnuť takú hodnotu, pri ktorej prúd statora / bude vo fáze s napätím (/, čiže costp = 1. Jalový výkon je nulový. Ak sa prúd budiaceho vinutia ďalej zvyšuje , potom vektor statorového prúdu / , povedie vo fáze vektor napätia 6/, (prevádzka s vedúcim coscp) a synchrónny motor bude ekvivalentný aktívnej kapacitnej záťaži zapojenej paralelne so sieťou (obr. 6.14, v).
Na obr. 6.15 ukazuje charakteristiky tvaru ^/. Ukazujú závislosť prúdu statora /, synchrónneho motora od budiaceho prúdu / pri rôznom zaťažení hriadeľa motora (M s! S číselnými hodnotami parametrov vám 67-tvarové charakteristiky umožňujú správne zvoliť budiaci prúd, aby ste zabezpečili požadovaný prevádzkový režim synchrónneho motora.
V súčasnosti sa v praxi využívajú automatické systémy riadenia budenia. V závislosti od obvodových riešení môžu automatické riadiace systémy budiaceho prúdu vykonávať tieto hlavné funkcie:
- zabezpečiť stabilnú prevádzku synchrónneho motora pri daných podmienkach zaťaženia;
- udržiavať optimálne napätie v uzle záťaže, ku ktorému je pripojený synchrónny motor;
- zabezpečiť minimálne straty energie v synchrónnom motore a systéme napájania.
Ryža. 6.15.
Pri výbere schém na automatické riadenie budiaceho prúdu sa riadia nasledujúcimi ustanoveniami:
- v elektrických pohonoch s konštantným zaťažením a miernymi výkyvmi napájacieho napätia sa spravidla neposkytuje inštalácia zariadení na automatické riadenie budiaceho prúdu;
- v elektrických pohonoch s pulzujúcim zaťažením alebo nárazovým zaťažením je potrebné inštalovať zariadenia na automatické riadenie budiaceho prúdu. Budiaci prúd takýchto motorov je regulovaný ako funkcia aktívneho prúdu statora, čo umožňuje výrazne zvýšiť preťaženie motora a v niektorých prípadoch znížiť jeho inštalovaný výkon;
- pri prevádzke synchrónneho motora s rýchlo sa meniacou záťažou je potrebné inštalovať aj zariadenia na automatickú reguláciu budiaceho prúdu, avšak v tomto prípade musí riadiaci systém reagovať nielen na zmenu záťaže, ale aj na rýchlosť tejto zmeny.
Najjednoduchšia schéma systému automatického riadenia budiaceho prúdu pre elektrické pohony s pulzujúcim zaťažením je na obr. 6.16. Systém umožňuje budenie synchrónneho motora vo všetkých bežných režimoch jeho činnosti. Pri zmene zaťaženia hriadeľa motora sa zvyšuje aj prúd statorového vinutia /, ktorý
vedie k zvýšeniu kladného signálu spätnej väzby prúdu Uoc[
a v dôsledku toho k zvýšeniu napätia riadeného usmerňovača a zvýšeniu budiaceho prúdu synchrónneho motora.
Ryža. 6.16.
Berúc do úvahy proporcionalitu medzi EMF a magnetickým tokom Ф, a teda prúd budiaceho vinutia / in, možno rovnicu (1.71) zapísať v nasledujúcom tvare:
kde dovnútra - koeficient úmernosti medzi tokom F a budiacim prúdom 1a.
Analýza (6.10) ukazuje, že zvýšenie budiaceho prúdu spôsobí zvýšenie maximálneho krútiaceho momentu synchrónneho motora. Automatická regulácia budenia následne vedie k zvýšeniu dynamickej stability synchrónneho motora pri zmene zaťaženia jeho hriadeľa a tlmeniu kmitania rotora.
Udržiavanie optimálneho napätia v uzle záťaže, ku ktorému je synchrónny motor pripojený, je možné aj pomocou systémov automatického riadenia budiaceho prúdu.
Na zlepšenie výkonu rozsiahlej priemyselnej siete sa jalový výkon kompenzuje inštaláciou synchrónnych motorov alebo synchrónnych kompenzátorov. Na obr. 6.17 je znázornená schéma uzla záťaže, ku ktorej sú pripojené spotrebitelia, ktorí generujú a spotrebúvajú jalový výkon.
Ryža. 6.1 7.
Indukčný jalový prúd / p sa rovná súčtu jalových prúdov P
spotrebičov (transformátory; asynchrónne motory; jednosmerné motory napájané regulovateľnými meničmi) a je určená výrazom
kde / . - jalový prúd /-tá záťaž.
Pre plnú kompenzáciu jalového výkonu v sieti je potrebné splniť podmienku
Jalový prúd synchrónneho stroja potrebný na kompenzáciu poklesu napätia v sieti:
kde X str- ekvivalentná fázová reaktancia siete, berúc do úvahy všetkých spotrebiteľov: 
AU C- pokles napätia v sieti; 
- fázové napätie siete;
- celkový fázový odpor všetkých spotrebiteľov elektrickej energie, okrem synchrónneho motora; p, - elektrická vodivosť časti obvodu; U, t- sieťové napätie; S K s -
skratový výkon siete.
Moderné systémy na automatické riadenie budiaceho prúdu synchrónnych motorov určené na kompenzáciu jalového výkonu sú postavené na princípe podriadeného súradnicového riadenia a zabezpečujú reguláciu troch veličín: budiaceho prúdu, úbytku napätia na ekvivalentnom fázovom jalovom odpore siete a jalového prúdu statora synchrónneho motora. Funkčná schéma takéhoto systému je znázornená na obr. 6.18.
Ryža. 6.18.
Vnútorný obvod zabezpečuje riadenie budiaceho prúdu pomocou regulátora budiaceho prúdu PTB. Referenčnou hodnotou pre budiaci prúd synchrónneho motora je výstupný signál U pj regulátora
jalový prúd PPT. Od tohto signálu sa odčíta napätie spätnej väzby budiaceho prúdu synchrónneho motora. Výstupný signál? / RTV regulátora budiaceho prúdu ovplyvňuje regul
usmerňovač SW, zmena budiaceho prúdu / v synchrónnom motore.
Regulátor jalového prúdu je zahrnutý v druhom okruhu - obvode riadenia jalového prúdu ja Signály sa sčítavajú na jeho vstupe.
negatívna spätná väzba na jalový prúd (7 orth a príkazový signál pre jalový prúd - z výstupu regulátora napätia PH.
Záporné napäťové spätnoväzbové signály sa sčítavajú na vstupe regulátora napätia PH U na . Spätná väzba napätie sa tvorí z jalového prúdu a ekvivalentného fázového odporu siete: U0H = ja X C1. Regulátor napätia je adaptívny, proporcionálneho typu, mení zosilnenie, keď napätie napájacieho média klesne pod (0,8 - 0,85) U H .
Prenosové funkcie regulačných slučiek a regulátorov prúdu sa získajú za nasledujúcich základných predpokladov:
Nasýtenie magnetického obvodu synchrónneho motora sa neberie do úvahy;
Riadený usmerňovač - aperiodický spoj prvého rádu s prenosovou funkciou
kde k. w- zosilnenie riadeného usmerňovača (tyristorového meniča); 
- časová konštanta oneskorenia
tyristorový menič; t in- počet zvlnení napätia tyristorového meniča za periódu sieťového napätia; co e -
uhlová frekvencia napájacej siete, ktorá sa rovná 314,15 s" 1, pri frekvencii napájacej siete / s \u003d 50 Hz; všetky časové konštanty filtra a malé zotrvačnosti sa sčítajú a nahradia sa jednou časovou konštantou.
Prenosové funkcie regulátorov v súlade s modulárnym optimom:
Regulátor budiaceho prúdu
Regulátor jalového prúdu
kde T- časová konštanta riadiacej slučky budiaceho prúdu; 7j ipp - časová konštanta riadiacej slučky jalového prúdu; do jap- koeficient prenosu snímača budiaceho prúdu; R B - aktívny odpor budiaceho vinutia synchrónneho motora; do yarya- koeficient prenosu snímača jalového prúdu; do xia- koeficient prenosu synchrónneho motora riadený zmenou napätia v obvode budiaceho vinutia.
Kompenzácia posilňovacieho spoja 7^ ptv R+1 v čitateli prenosovej funkcie regulátora budiaceho prúdu WpTB(p) sa vykonáva vo vnútri objektu regulácie - synchrónneho motora. V regulačnej slučke jalového prúdu teda nie je časová konštanta, ktorú je potrebné kompenzovať, preto implementácia regulátora s proporcionálno-integrálnou charakteristikou umožňuje eliminovať nevýhodu podriadeného riadiaceho systému.
Použitie synchrónneho motora s automatické nastavenie budenie umožňuje udržiavať jalový výkon a napätie v uzle záťaže na danej úrovni. Priradenie k automatickému regulátoru budenia na generovanie jalového výkonu je premenná hodnota, ktorá závisí od parametrov a zaťaženia napájacej siete.
Podľa spôsobu budenia sú synchrónne stroje rozdelené do dvoch typov:
Vzrušenie nezávislého druhu.
Sebabudenie.
Pri nezávislom budení obvod predpokladá prítomnosť pomocného budiča, ktorý napája: vinutie hlavného budiča, reostat na nastavenie, ovládacie zariadenia, regulátory napätia atď. Okrem tejto metódy je možné budenie vykonávať aj z generátora, ktorý plní pomocnú funkciu, je poháňaný synchrónnym alebo asynchrónnym motorom.
Na samovzbudenie , vinutie je napájané cez usmerňovač pracujúci na polovodičovom alebo iónovom type.
Pre turbo a hydrogenerátory sa používajú tyristorové budiace zariadenia. Budiaci prúd je nastaviteľný v automatický režim, pomocou regulátora budenia, pre stroje s nízkym výkonom je typické použitie nastavovacích reostatov, sú zahrnuté v obvode budiaceho vinutia.
27. Výhody a nevýhody synchrónneho motora.
Synchrónny motor má oproti asynchrónnemu niekoľko výhod:
1. Vysoký účinník cosФ=0,9.
2. Možnosť využitia synchrónnych motorov v podnikoch na zvýšenie celkového účinníka.
3. Vysoká účinnosť, je vyššia ako u asynchrónneho motora o (0,5-3%), čo sa dosahuje znížením strát v medi a veľkých CosФ.
4. Má veľkú odolnosť spôsobenú zväčšenou vzduchovou medzerou.
Krútiaci moment synchrónneho motora je priamo úmerný napätiu k prvému výkonu. To znamená, že synchrónny motor bude menej citlivý na zmeny veľkosti sieťového napätia.
Nevýhody synchrónneho motora:
1. Zložitosť odpaľovacieho zariadenia a vysoká cena.
2. Synchrónne motory sa používajú na pohon strojov a mechanizmov, ktoré nepotrebujú meniť otáčky, ako aj na mechanizmy, v ktorých otáčky zostávajú konštantné pri zmene zaťaženia: (čerpadlá, kompresory, ventilátory.)
Spustenie synchrónneho motora.
Vzhľadom na absenciu rozbehového momentu v synchrónnom motore sa na jeho spustenie používajú nasledujúce metódy:
2. Štart asynchrónneho motora.
1. Začnite s pomocným motorom.
Rozbeh synchrónneho motora pomocou pomocného motora je možné realizovať len bez mechanického zaťaženia jeho hriadeľa, t.j. prakticky nečinný. V tomto prípade sa motor na dobu rozbehu dočasne zmení na synchrónny generátor, ktorého rotor je poháňaný malým pomocným motorom. Stator tohto generátora je zapojený paralelne do siete pri dodržaní všetkých potrebných podmienok pre toto pripojenie. Po pripojení statora do siete sa motor pomocného pohonu mechanicky vypne. Tento spôsob štartovania je zložitý a má navyše pomocný motor.
2. Štart asynchrónneho motora.
Najbežnejším spôsobom spúšťania synchrónnych motorov je asynchrónny štart, pri ktorom sa synchrónny motor po dobu štartu zmení na asynchrónny motor. Na umožnenie vytvorenia asynchrónneho rozbehového momentu je v drážkach pólových nástavcov motora s vyvýšenými pólmi umiestnené rozbehové vinutie nakrátko. Toto vinutie pozostáva z mosadzných tyčí vložených do drážok hrotov a na oboch koncoch skratovaných medenými krúžkami.
Po naštartovaní motora je vinutie statora pripojené k sieti striedavého prúdu. Budiace vinutie (3) pre dobu nábehu je uzavreté na určitý odpor Rg, obr. 45, kľúč K je v polohe 2, odpor Rg = (8-10) Rv. V počiatočnom momente spustenia pri S=1, v dôsledku veľkého počtu závitov budiaceho vinutia, rotačné magnetické pole statora indukuje EMF Ev v budiacom vinutí, ktoré môže dosiahnuť celkom veľký význam a ak pri spustení nebude budiace vinutie zapnuté pre odpor Rg, dôjde k porušeniu izolácie.
Ryža. 45 Obr. 46.
Proces spúšťania synchrónneho motora sa uskutočňuje v dvoch etapách. Keď je vinutie statora (1) pripojené k sieti, v motore sa vytvorí točivé pole, ktoré vyvolá EMF v skratovanom vinutí rotora (2). Pod pôsobením, ktorým potečie v tyčiach prúd. V dôsledku interakcie rotujúceho magnetického poľa s prúdom sa v skratovanom vinutí vytvára krútiaci moment ako v asynchrónnom motore. Vplyvom tohto momentu sa rotor zrýchli až k sklzu blízko nule (S=0,05), obr. 46. Tým sa končí prvá etapa.
Aby sa rotor motora vtiahol do synchronizácie, je potrebné v ňom vytvoriť magnetické pole zapnutím jednosmerného budiaceho vinutia (3) (prepnutím kľúča K do polohy 1). Keďže rotor je zrýchlený na rýchlosť blízku
na synchrónne, potom je relatívna rýchlosť polí statora a rotora malá. Tyče sa hladko nájdu. A po sérii sklzov sa opačné póly pritiahnu a rotor sa vtiahne do synchronizácie. Potom sa rotor bude otáčať synchrónnou rýchlosťou a jeho rýchlosť otáčania bude konštantná, obr. 46. Tým sa končí druhá fáza štartu.
Na rotore synchrónneho generátora je zdroj MMF (induktor), ktorý v generátore vytvára magnetické pole. Pomocou hnacieho motora (PD) sa rotor generátora uvádza do rotácie so synchrónnou frekvenciou n 1 . V tomto prípade sa magnetické pole rotora tiež otáča a v spojení s vinutím statora v ňom indukuje EMF.
Hlavným spôsobom, ako vybudiť synchrónne stroje, je elektromagnetické budenie, ktorého podstatou je, že budiace vinutie je umiestnené na póloch rotora. Pri prechode jednosmerného prúdu týmto vinutím dochádza k MMF budenia, ktoré indukuje magnetické pole v magnetickom systéme stroja.
Na napájanie budiaceho vinutia sa donedávna používali špeciálne nezávislé budiace generátory jednosmerného prúdu, nazývané budiče B (obr. 82, a), budiace vinutie, ktorého (OV) prijímalo jednosmerný prúd z iného generátora (paralelné budenie), nazývaného subbudič (PV). Rotor synchrónneho stroja a kotvy budiča a podbudiča sú umiestnené na spoločnom hriadeli a otáčajú sa súčasne. V tomto prípade prúd vstupuje do budiaceho vinutia synchrónneho stroja cez zberacie krúžky a kefy. Na reguláciu budiaceho prúdu sa používajú nastavovacie reostaty, ktoré sú súčasťou budiaceho obvodu budiča ( r 1) a subbudič ( r 2).
V synchrónnych generátoroch stredného a vysokého výkonu je proces regulácie budiaceho prúdu automatizovaný.
Vo vysokovýkonných synchrónnych generátoroch - turbogenerátoroch - sa niekedy ako patogén používajú alternátory indukčného typu. Na výstupe takéhoto generátora je zapnutý polovodičový usmerňovač. Nastavenie budiaceho prúdu synchrónneho generátora sa v tomto prípade uskutočňuje zmenou budenia generátora induktora.
Používa sa v synchrónnych generátoroch bezkontaktný elektromagnetický budiaci systém, pri ktorom synchrónny generátor nemá zberacie krúžky na rotore.
V tomto prípade sa ako patogén používa aj generátor striedavého prúdu (obr. 82, b), v ktorom je vinutie 2, v ktorom je indukované EMF (vinutie kotvy), umiestnené na rotore a budiace vinutie 1 umiestnený na statore. V dôsledku toho sa ukáže, že vinutie kotvy budiča a budiace vinutie synchrónneho stroja sú rotujúce a ich elektrické pripojenie vykonávané priamo, bez zberacích krúžkov a kief. Ale keďže budič je generátor striedavého prúdu a budiace vinutie musí byť napájané jednosmerným prúdom, potom sa na výstupe vinutia kotvy budiča zapne polovodičový menič. 3, upevnený na hriadeli synchrónneho stroja a otáčajúci sa spolu s budiacim vinutím synchrónneho stroja a vinutím kotvy budiča. DC napájanie budiaceho vinutia 1 budič sa vykonáva zo subbudiča (PV) - generátora jednosmerného prúdu.
Ryža. 82. Kontaktné (a) a bezkontaktné (b) elektromagnetické systémy
budenie synchrónnych generátorov
Absencia posuvných kontaktov v budiacom obvode synchrónneho stroja umožňuje zvýšiť jeho prevádzkovú spoľahlivosť a zvýšiť účinnosť.
V synchrónnych generátoroch, vrátane hydrogenerátorov, princíp seba-excitácia(Obr. 83, a), keď sa striedavá energia potrebná na budenie odoberá z vinutia statora synchrónneho generátora a premieňa sa na jednosmernú energiu prostredníctvom znižovacieho transformátora a usmerňovacieho polovodičového meniča (PP). Princíp samobudenia je založený na skutočnosti, že počiatočné budenie generátora nastáva v dôsledku zvyškového magnetizmu magnetického obvodu stroja.
Ryža. 83. Princíp samobudenia synchrónnych generátorov
Na obr. 19.2, bštrukturálne schéma automatického samobudiaceho systému synchrónny generátor (SG) s usmerňovacím transformátorom (VT) a tyristorovým meničom (TP), cez ktorý je striedavý výkon z obvodu statora SG po premene na jednosmerný prúd privádzaný do budiaceho vinutia. Tyristorový menič je riadený pomocou automatický regulátor budenie AVR, ktorého vstup prijíma napäťové signály na výstupe SG (cez napäťový transformátor VT) a zaťažovací prúd SG (z prúdového transformátora TT). Obvod obsahuje ochrannú jednotku BZ, ktorá zabezpečuje ochranu budiaceho vinutia a tyristorového meniča TP pred prepätím a prúdovým preťažením.
V moderných synchrónnych motoroch sa používa budenie tyristorové budiče, zahrnuté v sieti striedavého prúdu a vykonávajúce automatické riadenie budiaceho prúdu vo všetkých možných režimoch prevádzky motora vrátane prechodných. Táto metóda budenia je najspoľahlivejšia a najhospodárnejšia, pretože účinnosť tyristorových budičov je vyššia ako účinnosť generátorov jednosmerného prúdu. Priemysel vyrába tyristorové budiace zariadenia pre rôzne budiace napätia s platná hodnota DC 320 A.
Budiace tyristorové zariadenia typu TE8-320/48 (budiace napätie 48 V) a TE8-320/75 (budiace napätie 75 V) sú najrozšírenejšie v moderných sériách synchrónnych motorov.
Energia vynaložená na budenie je zvyčajne od 0,2 do 5% užitočná sila stroje (nižšia hodnota platí pre stroje s vysokým výkonom).
V synchrónnych strojoch s nízkym výkonom sa princíp uplatňuje budenie permanentnými magnetmi, keď sú na rotor stroja umiestnené permanentné magnety. Tento spôsob budenia umožňuje zachrániť stroj pred budiacim vinutím. Výsledkom je, že konštrukcia stroja sa stáva jednoduchšou, hospodárnejšou a spoľahlivejšou. Vzhľadom na nedostatok materiálov na výrobu permanentných magnetov s veľkou zásobou magnetickej energie a zložitosť ich spracovania je však použitie budenia permanentnými magnetmi obmedzené len na stroje s výkonom nie väčším ako niekoľko kilowattov. .
testovacie otázky
1. Aké sú spôsoby vybudenia synchrónnych strojov?
2. Vysvetlite účel tyristorového meniča v samobudiacom systéme synchrónneho generátora?
3. Vysvetlite zariadenie s výraznými a implicitne plusovými rotormi?
4. Vysvetlite konštrukciu synchrónneho motora radu SDN2?
5. Aké spôsoby upevnenia pólov sa používajú v synchrónnych strojoch s pólmi?
6. Čo zabezpečuje nerovnomernú vzduchovú medzeru v synchrónnom stroji?