Типові схеми та способи пуску синхронних двигунів

Для забезпечення роботи потужних електроприводів застосовуються синхронні електродвигуни. Вони знайшли застосування в компресорних установках, насосах, в системах, прокатних станах, вентиляторах. Застосовуються в металургійній, цементній, нафтогазової та інших галузях промисловості, де необхідно використовувати обладнання великої потужності. У цій статті ми вирішили розповісти читачам сайту Сам Електрик, як може виконуватися пуск синхронних двигунів.

Переваги і недоліки

Конструктивно синхронні двигуни складніше асинхронних, але вони мають ряд переваг:

• Робота синхронних електродвигунів в меншій мірі залежить від коливання напруги мережі живлення.
• У порівнянні з асинхронними, вони мають більший ККД і кращі механічні характеристики при менших габаритах.
• Швидкість обертання не залежить від навантаження. Тобто коливання навантаження в робочому діапазоні не впливають на обороти.
• Можуть працювати зі значними перевантаженнями на валу. Якщо виникають короткочасні пікові перевантаження, підвищенням струму в обмотці збудження компенсують ці перевантаження.
• При оптимально підібраному режимі струму збудження, електродвигуни не споживають і не віддають в мережу реактивну енергію, тобто cosφ дорівнює одиниці. Двигуни, працюючи з перепорушенням, здатні виробляти реактивну енергію. Що дозволяє їх використовувати не тільки в якості двигунів, але і компенсаторів. Якщо необхідне вироблення реактивної енергії, на обмотку збудження подається підвищена напруга.

При всіх позитивних якостях синхронних електродвигунів у них є істотний недолік – складність пуску в роботу. Вони не мають пускового моменту. Для запуску потрібне спеціальне обладнання. Це довгий час обмежувало використання таких двигунів.

способи пуску

Пуск синхронних електродвигунів можна здійснити трьома способами – за допомогою додаткового двигуна, асинхронний і частотний запуск. При виборі способу враховується конструкція ротора.

Він виконується з постійними магнітами, з електромагнітним збудженням або комбінованим. Поряд з обмоткою збудження на роторі змонтована короткозамкнутая обмотка – біляча клітина. Її також називають демпфирующей обмоткою.

Запуск за допомогою розгінного двигуна

Цей метод пуску рідко застосовується на практиці, тому що його складно реалізувати технічно. Є потреба у додатковому електродвигун, який механічно з'єднаний з ротором синхронного двигуна.За допомогою розгінного двигуна розкручується ротор до значень близьких до швидкості обертання поля статора (до синхронної швидкості). Після чого на обмотку збудження ротора подають постійна напруга.Контроль здійснюється за лампочкам, які включені паралельно рубильника, що подає напругу на обмотки статора. Рубильник повинен бути відключений.У початковий момент лампи блимають, але при досягненні номінальних оборотів вони перестають горіти. У цей момент подають напругу на обмотки статора. Після чого синхронний електродвигун може працювати самостійно.Потім додатковий мотор відключається від мережі, а в деяких випадках його від'єднують механічно. У цьому полягають особливості пуску з розгінним електродвигуном.

асинхронний запуск

Метод асинхронного пуску на сьогодні найпоширеніший. Такий запуск став можливий після зміни конструкції ротора. Його перевага в тому, що не потрібен додатковий розгінний двигун, так як додатково до обмотці збудження в ротор вмонтували короткозамкнені стрижні білячої клітини, що дало можливість запускати його в асинхронному режимі. За такої умови цей спосіб пуску і набули широкого поширення.Відразу ж рекомендуємо переглянути відео на тему:При подачі напруги на обмотку статора відбувається розгін двигуна в асинхронному режимі. Після досягнення оборотів близьких до номінальних, включається обмотка збудження.Електрична машина входить в режим синхронізму. Але не все так просто. Під час пуску в обмотці збудження виникає напруга, яке зростає з ростом оборотів. Воно створює магнітний потік, який впливає на струми статора.При цьому виникає гальмуючий момент, який може призупинити розгін ротора. Для зменшення шкідливого впливу обмотки збудження підключають до разрядному або компенсаційному резистору. На практиці ці резисторами є великі важкі ящики, де в якості резистивного елемента використовуються сталеві спіралі. Якщо цього не зробити, то через зростаючої напруги може статися пробій ізоляції. Що спричинить вихід обладнання з ладу.Після досягнення підсинхронних частоти обертання, від обмотки збудження відключаються резистори, і на неї подається постійна напруга від генератора (в системі генератор-двигун) або від тиристорного збудника (такі пристрої називаються ВТЕ, тву і так далі, в залежності від серії). В результаті чого двигун переходить в синхронний режим.Недоліками цього методу є великі пускові струми, що викликає значну просідання напруги мережі живлення. Це може спричинити за собою зупинку інших синхронних машин, що працюють на цій лінії, в результаті спрацьовування захистів про низьку напругу. Для зменшення цього впливу ланцюга обмоток статора підключають до компенсаційних пристроїв, які обмежують пускові струми.

1. Додаткові резистори або реактори, які обмежують пускові струми. Після розгону вони шунтуються, і на обмотки статора подається напруга в електромережі.
2. Застосування автотрансформаторів. З їх допомогою відбувається зниження вхідної напруги. При досягненні швидкості обертання 95-97% від робочої, відбувається перемикання. Автотрансформатори відключаються, а на обмотки подається напруга мережі змінного струму. В результаті електродвигун входить в режим синхронізації. Цей метод технічно більш складний і дорогий. А автотрансформатори часто виходять з ладу. Тому на практиці цей метод рідко застосовують.

Частотний пуск

Частотний пуск синхронних двигунів застосовується для запуску пристроїв великої потужності (від 1 до 10 МВт) з робочою напругою 6, 10 Кв, як в режимі легкого запуску (з вентиляторним характером навантаження), так і з важким пуском (приводів кульових млинів). Для цих цілей випускаються пристрої м'якого частотного пуску.Принцип роботи аналогічний високовольтним і низької напруги, які працюють за схемою перетворювача частоти. Вони забезпечують пусковий момент до 100% від номіналу, а також забезпечують запуск декількох двигунів від одного пристрою. Приклад схеми з пристроєм плавного пуску ви бачите нижче, воно включається на час запуску двигуна, а потім виводиться зі схеми, після чого двигун включається в мережу безпосередньо.

системи збудження

До недавнього часу, для збудження застосовувався генератор незалежного збудження. Він розташовувався на одному валу з синхронним електродвигуном. Така схема ще застосовується на деяких підприємствах, але вона застаріла і тепер не застосовується. Зараз для регулювання збудження використовуються тиристорні збудники ВТЕ.

• оптимальний режим пуску синхронного двигуна;
• підтримання заданого струму збудження в заданих межах;
• автоматичне регулювання напруги збудження в залежності від навантаження;
• обмеження максимального і мінімального струму збудження;
• миттєве збільшення струму збудження при зниженні напруги живлення;
• гасіння поля ротора при відключенні від мережі живлення;
• контроль стану ізоляції, з оповіщенням про несправності;
• забезпечують перевірку стану обмотки збудження при непрацюючому електродвигуні;
• працюють з високовольтним перетворювачем частоти, забезпечуючи асинхронний і синхронний запуск.

Ці пристрої відрізняються високою надійністю. Основним недоліком є ​​висока ціна.На закінчення відзначимо, що найпоширеніший спосіб пуску синхронних двигунів – це асинхронний запуск. Практично не знайшов застосування пуск за допомогою додаткового електродвигуна. У той же час частотний запуск, який дозволяє в автоматичному режимі вирішити проблеми пуску, досить дорогий.