Пуск и регулирование частоты СМ.

СД нельзя запустить прямым пуском, т.к начальный пусковой момент равен 0

 По обмотке возбуждения течёт постоянный ток. Ротор обладает инерцией и не может также мгновенно разогнаться.Получается, что за один период изменения тока якоря, э.м. момент дважды меняет своё направление.

 Поэтому для пуска СД необходимо разогнать ротор до скорости, близкой к синхронной, с помощью внешнего момента.

      Для пуска могут быть использованы следующие способы:

Пуск с помощью разгонного двигателя

Для этого нужен специальный двигатель, который разгонит ротор до частоты, близкой к синхронной. При запуске обмотка статора отключается от сети, а на обмотку возбуждения подаётся напряжение постоянного тока. После того, как скорость ротора приблизится к синхронной, обмотка статора подключается к сети, а разгонный двигатель отключается.

Недостаток: надо дополнительный двигатель.

2.Асинхронный пуск применяется наиболее часто. Метод аналогичен пуску АД.

 Для реализации метода СД снабжают короткозамкнутой пусковой обмоткой по типу беличья клетки. Чтобы увеличить пусковой момент обмотку выполняют из латуни. Перед пуском ОВ предварительно замыкают на гасящий резистор, сопротивление которого в 5-10 раз выше ОВ.

Затем 3-фазную обмотку статора включают в сеть. Ротор начинает вращаться. Ротор разгоняется до n2<n1. После этого ОВ переключают с гасительного резистора на возбудитель (подают питание на ротор. После этого ротор втягивается в синхронизм.

Возможна схема пуска с постоянно подключённом к ОВ возбудителем. В этом случае сопротивление цепи небольшое и ОВ можно считать замкнутой накоротко. При S=0.3 возбудитель возбуждают, двигатель продолжает втягиваться в синхронизм. И приS=0.05 двигатель втягивается в синхронизм. Такая система наиболее простая, но имеет более худшие пусковые хар-ки, является виновником “одноосного эффекта”. Его суть в том, что ток, индуцируемый в ОВ является пульсирующим. И магнитный поток можно разложить на 2 составляющие: прямую и обратную.

Соответственно создаются прямой и обратный э.м. момент машины.

Наиболее ярко проявляется проявляется обратный момент при n2=0.5n1.

Частотный пуск СД

Для него надо регулятор частоты. При пуске плавно повышает частоту тока от 0 доfном. Частота вращения поля статора также плавно меняется от 0 до синхронизирующего значения. На обмотку ротора сразу же подано напряжения питания. Ротор плавно разгоняется. Но при регулировании f надо регулировать и Uc. .

 Регулирование частоты вращения ротора. .

Можно менять f1 и дp. Регулирование производят изменением частоты питающего тока f1. В чистом виде оно применяется для двигателей небольшой мощности. При больших моментах инерции двигатель будет выпадать из синхронизма, т.к. регулирование частоты надо делать очень плавно.

Применяется частотное регулирование с самосинхронизацией.

Управление преобразователем частоты осуществляется от датчиков положения ротора. Система настраивается т.о. чтобы напряжение было .

 25. Синхронный компенсатор

СК представляет собой СД, который работает в режиме перевозбуждения.

Его предназначение- компенсирование Qв сетях. Нагрузка носит R-L характер .т.е ток отстаёт от U по фазе на какой-то угол. Ток возбуждения СК регулируется т.о. чтобы ток статора опережал Uc на угол близкий к 90 градусам. И чтобы этот ток был равен Iнагр.р.  

Особенности конструкции СК:

 1.Они не имеют выходного конца вала- вал выполняется менее массивным.

2.Уменьшаются воздушный зазор и размеры ОВ.

3.Выполняются обычно явнополюсными 2p=6-8.

4. Имеют более массивную магнитную систему.

CК-машины большой мощности.

                 26. Энергетика СМ

Часть мощности, которую потребляет СМ идет на компенсацию потерь самой машины       Потери:

1)Потери на возбуждение

, - возбудителя(потери в цепи возбуждения)

Постоянные потери:

2)Механические потери (зависят от частоты вращения):

 3)Магнитные потери (основная часть в серд. статора)

, - на вихревые токи

- зависят от величины B, от хар-к и толщины листов стали, а также от частоты перемагничивания.

4)Электрические потери в обмотки статора:

5)Добавочные потери – потери э\м хар-ра, учитывающие пульсацию магнитного поля, поверхностный эффект и др.

Энергетическая диаграмма (генератор):

                             Двигатель:

Потребляемая мощность поступает из сети

при самовозбуждении, когда О.В. питается через выпрямитель от эл. сети.

Из энергетических диаграмм видно, что процессы преобразования энергии в эл м. более сложные, чем это описывалось формулами и при различных допущениях

27. Качания СМ

Рассмотрим на примере неявнополюсной М. Пусть М работает с некоторой нагрузкой, развивает , ему соответствует пограничный угол  Если  резко увеличить до , то . Однако, из-за инерции ротора при изменении момента машины ускоряется и угол Q проскакивает  и достигает ; ;Затем под действием синхронизирующего момента ротор уменьшает свою скорость и угол :  и так далее. В результате возникают колебания частоты вращения ротора СМ – качания СМ. Свободные качания возникают при резких изменениях нагрузки

Период св. колебаний:

I-момент инерции вращающихся частей; - угловая скорость вращения ротора; - удельная синхронная мощность; Р- число пар полюсов

При качании с изменением угла Q меняется мощность машины P и момент М. О наличии качания СМ можно судить по качанию стрелок амперметра или вольтметра, включенных в цепи якоря. Для уменьшения амплитуды качания и ускорения их затухания исп-ся короткозамкнутая демпферная обмотка (ДО)(располагается на роторе в мощных наконечниках) – успокоительная обмотка. Действие ДО подобно действию механического демпфера, потери в котором успокаивают колебания механизма. При качениях в демпферной обмотке с изменением частоты вращения ротора индуцируется ЭДС. Под действием этой ЭДС возникает ток, он взаимодействует с резким магнитным полем. Возникает асинхронный демпферный момент: ; D – коэф. демпфирования; D=  ; - приведенное R контура ДО.

При отсутствии демпфирования процесс колебания происходит без существенных потерь энергии. Свободные колебания при этом могут быть незатухающими.

В некоторых случаях возможно даже увеличение амплитуды этих колебаний – самораскачивание машины (машина теряет свою устойчивость).Из-за самораскачивания во многих случаях невозможна работа с сетью малонагруженных генераторов малой мощности (до 20 кВт).

Колебания СМ могут быть вынужденными. Они появляются, если на вал М действует периодически изменяющийся внешний момент. Такое возможно в СГ, приводимых во вращение от поршневых двигателей, а также Д, которые служат для привода поршневых компрессоров. Для уменьшения вынужденных колебаний увеличивают инерцию ротора, устанавливая маховик.

28.Асинхронный ход и ресинхронизация СМ

Наличие демпферной обмотки позволяет СМ работать не только в синхронном режиме, но и в асинхронном режиме при выхода из синхронизма. Выпадение из синхронизма может быть при снижении напряжения в сети, при уменьшении возбуждения или при резком возрастании внешнего момента( ) При выпадении из синхронизма, если М работала генератором- скорость ротора становится больше синхронной ,а если двигателем – скорость ротора становится меньше синхронной. По мере отклонения частоты вращения ротора от частоты вращения поля возникает скольжение и асинхронный момент.

При некотором скольжении асинхронный э/м момент уравновешивает внешний момент   машина переходит в установившийся асинхронный режим со скольжением

Асинхронный режим не является нормальным. В таком режиме СМ не генерирует Q в сеть, а потребляет ее из сети. Поэтому после устранения причин, приведших к выпадению из синхронизма, должна быть восстановлена синхронная работа. Процесс перевода из асинхронного режима в синхронный называется ресинхронизацией. После перехода М в асинхронный режим, когда первым делом снять возбуждение. При этом исчезает знакопеременный синхронный момент, который вызывает колебания угловой скорости и токов в обмотке якоря. После отключения токов возбуждения устанавливается асинхронный режим с некоторым скольжением S. При этом сохраняется Р машины. Длительность асинхронного режима зависит от потерь в короткозамкнутых контурах ротора. =s . Длительность асинхронного режима должна быть определена тепловым расчетом.

Процесс ресинхронизации аналогичен процессу самосинхронизации. Если скольжение в асинхронном режиме меньше, чем скольжение при котором возможно втягивание в синхронизм, то ресинхронизацию можно провести без предварительного уменьшения нагрузки М.

Если S больше, чем скольжение, при котором возможно втягивание в синхронизм – машину предварительно разгружают.

    29. Внезапное КЗ СМ.

КЗ в эл. машинах протекает быстро, поэтому наз. внезапным. Рассмотрим замыкание на зажимах 3-х фазного генератора. При КЗ ток в обмотке якоря резко возрастает до какого-то значения ik, т.к сопротивление уменьшается. Активное сопротивление r1<<X1, поэтому ток КЗ можно считать реактивным.

Ток якоря создает размагничивающий  поток Фа↑ якоря, который уменьшает результирующий поток Фсум.

Фа↑, Фсум ↓ → Е.о.в. →i.о.в. →Ф.о.в и Е.д.о→i.д.о→Ф.д.о

При изменении Фсум находится ЭДС в обм. возбуждения и демпферной обмотке. Под действием этих ЭДС возникают дополнительные токи. В демпферной обмотке ток будет больше. Эти токи создают свои магн.потоки, которые будут направлены по оси магн.системы ротора встречно реакции якоря, стремятся его компенсировать. В рез-те поток реакции якоря не может проникнуть в магнитопровод ротора и вынужден замыкаться по воздуху, который обладает малой магн. проводимостью.

Индуктивное сопротивление пропорционально магн. пров-сти. При этом Х уменьшается до сверхпереходного значения Х_d^”.

Амплитудное значение тока КЗ зависит от ЭДС в момент возникновения КЗ. Максимальное значение тока будет, если КЗ происходит при фазе включ. α=0 и через пол периода(ударный ток):  ; 1.05 – учитывает возможность повышения U на 5%; 1.8 – учитывает затухание тока КЗ

Вследствие потерь в контурах ротора свободные токи в контурах начинаю затухать по EXP с определенной постоянной времени. Т.к. число витков в демпферной обмотке небольшое, постоянная времени мала, поэтому в течении сотых долей секунды ток и Ф в демпф. контуре затухают.

При этом магн. поток реакции якоря начинает заходить в магнитопровод ротора в зоне нахождения демпф.обмотки. При этом сопр. машины увеличивается до переходного значения

Через некоторое время 2-5 с затухает дополнительный поток и в О.В. Машина переходит в установившийся режим КЗ. Поток реакции якоря при этом замыкается по магнитопроводу ротора.

- относительно невелик т.к. поток реакции якоря размагн. машину.:

Фрез<<Фf, E<<Ef

Величину уст.тока КЗ характер. отношением КЗ(ОКЗ):

У неявноп.: ОКЗ=0.5…1 У явноп.: ОКЗ=0.8…1.8

По ОКЗ судят о свойствах СМ. Малому значению ОКЗ соотв. большое сопр. машины и малый возд.зазор. Чем меньше возд.зазор, тем больше Х. При КЗ выполняют гашение магн.поля М,т.е ток возбуждения уменьшают с установленной скоростью.

 Последствия внезапного КЗ:

1) При увеличении тока в процессе КЗ возрастает э/м момент машины. Может превышать ном. в 5-10 раз. Этот момент воспринимается креплениями магнитопровода машины и креплениями статора к фундаменту. Часть этого момента действует на вал м/у генератором и первич.двигателем.В рез-те может быть поврежден вал, повреждена соед. муфта м/у ПД и Г, могут быть поврежд. крепления М к фундаменту.

2)При кз увеличивается э/м момент силы, воздействующей на обмотку статора. Особенно опасно действие этих сил в лобовых частях обмотки. Наиболее опасно действие этих сил для места выхода проводников из пазов. Там могут возникнуть изломы и трещины изоляции. Поэтому лобовые части туго расклинивают прокладками, а в местах выхода обм. из пазов устанавливают крепления, кот. препятствуют перемещению лобовых частей обм.- бандаж.

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА