Главная › Новости

Достоинства асинхронного двигателя. Достоинства и недостатки синхронных двигателей в сравнении с асинхронными. Принцип действия асинхронного двигателя. Режимы работы АД. Электрические сети с изолированной нейтралью

Опубликовано: 22.08.2018

Достоинства и недостатки синхронных электродвигателей

Синхронные двигатели получили широкое распространение в промышленности для электроприводов, работающих с постоянной скоростью.Можно встретить синхронные электродвигатели также в качестве привода насосов большой мощности длительного режима работы. В последнее время, вследствие появления преобразовательной полупроводниковой техники, разрабатываются регулируемые синхронные электроприводы (с частотными преобразователями), уже существуют сервоприводы с синхронными электродвигателями. Все это существенно расширяет сферу применения синхронных электродвигателей в наше время. Ну и кроме этого, очень распространены маломощные синхронные двигатели, которые используются в различной бытовой технике, часах и других приборах.

Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося переменного магнитного поля якоря и постоянных магнитных полей полюсов индуктора. Обычно якорь расположен на статоре, а индуктор — на роторе. В мощных двигателях. как в тех, что ставят в универсальные соковыжималки  в качестве полюсов используются электромагниты (ток на ротор подаётся через скользящий контакт), в маломощных — постоянные магниты. Именно конструкция ротора и определяет наиболее существенное отличие синхронных электродвигателей от асинхронных.

Двигатель требует разгона до номинальной скорости вращения, прежде чем сможет работать самостоятельно. При такой скорости вращающееся магнитное поле якоря сцепляется с магнитными полями полюсов индуктора — это называется «вошёл в синхронизм». Для разгона обычно используется асинхронный режим, когда обмотки индуктора замыкаются через реостат или накоротко. После выхода на номинальную скорость индуктор запитывают постоянным током от выпрямителя. В двигателях с постоянными магнитами применяется внешний разгонный двигатель (обычно асинхронный). Для асинхронного двигателя применяется устройство плавного пуска. Существуют комбинированные варианты, в которых на роторе, вместе с постоянными или электромагнитами, установлены короткозамкнутые обмотки. Иногда на валу ставят небольшой генератор постоянного тока, который питает электромагниты. 

Также используется частотный пуск, когда частоту тока якоря постепенно увеличивают от очень малых до номинальных величин. Возможен и обратный вариант, когда частоту индуктора понижают от номинальной до 0, т.е. до постоянного тока.Достоинства синхронных электродвигателей Синхронный двигатель несколько сложнее, чем асинхронный, но обладает рядом преимуществ, что позволяет применять его в ряде случаев вместо асинхронного. 1. Основным достоинством синхронного электродвигателя является возможность получения оптимального режима по реактивной энергии, который осуществляется путем автоматического регулирования тока возбуждения двигателя. Синхронный двигатель может работать, не потребляя и не отдавая реактивной энергии в сеть, при коэффициенте мощности (cos фи) равным единице. В этих условиях работающий синхронный двигатель нагружает сеть только активным током. По этой причине обмотка статора синхронного двигателя рассчитывается на один активный ток (у асинхронного двигателя эта обмотка рассчитывается на активный и реактивный токи). По этой причине при одинаковой номинальной мощности габариты синхронного двигателя меньше, а его к.п.д. выше, чем асинхронного. Если же для предприятия необходима выработка реактивной энергии, то синхронный электродвигатель, работая с перевозбуждением, может отдавать ее в сеть. Если ток возбуждения синхронного двигателя существенно меньше номинального, то магнитный поток ротора индуктирует в обмотке статора э.д.с., меньшую, чем напряжение сети – это условие, когда двигатель недовозбужден. Помимо активного тока, он нагружает сеть реактивным током, отстающим по фазе от напряжения на четверть периода, как намагничивающий ток асинхронного электродвигателя. Но если постоянный ток возбуждения больше номинального, то э.д.с. больше напряжения сети – двигатель перевозбужден. Он нагружает сеть, кроме активного тока, реактивным током, опережающим по фазе напряжение сети, совершенно также как емкостной ток конденсатора. Следовательно, перевозбужденный синхронный двигатель может подобно емкости улучшать общий cos? промышленного предприятия, снижаемый индуктивными токами асинхронных двигателей. 2. Синхронные электродвигатели менее чувствительны к колебаниям напряжения сети, чем асинхронные электродвигатели. Их максимальный момент пропорционален напряжению сети, в то время как критический момент асинхронного электродвигателя пропорционален квадрату напряжения. 3. Синхронные электродвигатели имеют высокую перегрузочную способность. Кроме того, перегрузочная способность синхронного двигателя может быть автоматически увеличена за счет повышения тока возбуждения, например, при резком кратковременном повышении нагрузки на валу двигателя. 4. Скорость вращения синхронного двигателя остается неизменной при любой нагрузке на валу в пределах его перегрузочной способности.

china.msk.ru

Достоинства и недостатки синхронных двигателей в сравнении с асинхронными. Принцип действия асинхронного двигателя. Режимы работы АД. Электрические сети с изолированной нейтралью

В роторе изменит направление и фазу на 1800, момент измениться на противоположный и станет тормозящим, и машина будет работать в генераторном режиме и будет отдавать активную эн. в сеть, а реактивная эн., которая нужна для создания вращ. поля асинхр. г-ор будет потреблять из сети. Условия работы АМ в режиме г-ра n>n1 , то S=(n1-n)/n1<0 и 0>S>-¥.

Режим эл.магн.тормоза. Для того, чтобы перевести машину в этот режим необходимо вращать ротор против направления поля. S=(n1-(-n))/n1>1 и  ¥>S>1 при реверсе и принудительно.

Машины14

Пуск в ход СД.

Наиболее распространенным является асинхронный пуск. Для этого служит пусковая обмотка выполняемая в виде беличьей клетки.

Пуск: обмотка возбуждения шунтируется резистором, сопротивление которого в 10 раз больше сопротивления ов. Затем обмотка статора включается в сеть либо непосредственно, либо с помощью тр-ра или реактора в зав-ти от тяжести пуска. Машина начинает разворачиваться как АД. При достижении СД S= 0,05 включается возбужд., а шунтирующий резистор отключается. СД под действием входного момента втягивается в синхронизм. Пусковые характеристики СД проектируются для более тяжелых или более легких условий пуска.1 – лёгкий 2 – тяжёлый

Если оставить концы ОВ разомкнутыми, то в нач. момент времени пуска она будет индуктировать большую ЭДС и может случиться пробой изоляции.

Если закоротить концы ОВ накоротко, то под действием ЭДС будут протекать токи, которые будут создавать пульсирующее поле, которое состоит из прямого и обратного. Прямое создаёт момент направленный в сторону вращения. А момент обратного поля при S=0,5 М=0, при S>0.5 M>0, при S<0.5 M<0. В результате суммирования моментов в пусковой характеристике образуется провал в области S=0,5 и СД может не развернуться до скорости близкой с синхронной. 2. Пуск с наглухоподключенным возбудителем. Здесь ОВ не шунтируется резистором, и к ней подключена ОЯ возбудителя. При включении обмотки статора двигатель начинает разворачиваться. При S=0,05 машина втягивается в синхронизм. Схема пуска более простая, но для СД пуск более тяжёлый, поскольку ОВ шунтированная ОД возбудителя с малым акт.сопр. и проявляется эффект Гергеса. Этот пуск допускается при половинной нагрузке. 3.Пуск с помощью разгонного двигателя. Для этого необходим либо АД либо ДПТ либо дизельный. С его помощью СД разворачивается ≈ до ном. скорости при S=0,05 и после этого происходит грубая синхронизация с сетью. Частотный пуск. Для этого нужен преобразователь частоты. На выходе обеспечивается изменение ч-ты и U. При малых ч-тах вращения СД втягивается в синхронизм. Броски тока есть но не большие.

Машины15

Достоинства и недостатки СД в сравнении с АД

Достоинства: 1.Возможность работы с cosj=1. Это приводит к улутшению cos в сети, а также к сокращению размеров двигателя, т.к. ток его меньше тока АД той же мощности. При работе с опережающим cos СД служит генератором Q мощности, поступающей в АД, что снижает потребление этой мощности от Г эл. станции.

2.Ммах пропорционален U1 а у АД U2 , поэтому СД мение чувствителен к изменению Uсети и имеет большую перегрузочную способность.

3.Возможность увеличения Iвозб позволяет увеличить устойчивость работы при аварийных изменениях в сети. (форсировка возбуждения).

4.В следствии большой величины воздушного зазора добавочные потери в стали и в клетке ротора меньше, чем у АД и поэтому КПД СД выше.

Недостатки: 1.Более сложная конструкция.

2.Наличие возбуждения, т.е. сложнее пуск.

3.Более высокая стоимость.

4.Склонность к качаниям при Р<100кВт. Устранение этого – демпферная обмотка.

СД при условии лёгких пусков целесообразно применять при Р=200 кВт и выше. СД выпускаются до Р=500 кВт.

Применение Сд сдерживают плохие пусковые с-ва и сложности регулирования скорости

Мащины16

Принцип действия АД. Режимы работы АД.

3-х фазная обмотка статора включается в 3-х фазную сеть. Обмотка симметрич., а напряжение сети представляет симметричную систему проямой последовательности. Через обмотку будет протекать симметричная 3-х фазная система токов , которые создают симметричн. вращ. поле. Полевращается с частотой n1=f1/p При вращении поле пересекает проводники обмотки статора и индуцирует в этой обмотке 3-х фазную систему ЭДС Е2 Под её действием в роторе протекает симметричная система токов i2 При неподвижном роторе, эти токи создают вращающеся магнитное поле, которое вращается с частотой n2=f2/p=f1/p=n1. Поле ротора и поле статора образует вращ. поле. При взаимодействии этого поля с токами i2 образуются эл. магнитные силы действующие на проводники. А силы образуют эл. магнитный момент. Если момент имеет достаточную величину, то ротор приходит во вращение. Причём частота вращения ротора не равна частоте вращения поля. В противном случае эл. магн. момент  не будет развиваться. В зависимости от соотношения частот поля и ротора АМ может работать в режиме двигательный, генераторный, эл.маг.тормоза. Режим двигателя: при этом n<n1 относительная разность частот вращ.поля и ротора наз-ют скольжением S=(n1-n)/n1 . При  пуске двигателя, когда ротор неподвижен S=1, а если ротор вращается с частотой поля, то S=0, т.е. 1>S>0. Развиваемый Мэм положителен и направлен в сторону вращения. Поле ротора при вращающемся роторе вращается с такой же частотой относительно статора, как и поле статора и оба этих поля создают общее вращающее магнитное поле. Режим генератора: Если с помощю внешнего момента вращать ротор побыстрее, чем вращ.магн.поле, то так

vunivere.ru

Преимущества асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, формулы, перечень

Основные преимущества использования асинхронных электродвигателей (АД) с короткозамкнутым ротором заключаются в следующем.1. АД допускают прямой пуск от полного напряжения питающей сети без всякой пускорегулирующей аппаратуры при коэффициентах загрузки, близких к единице.2. Успешный самозапуск группы асинхронных электродвигателей одной или нескольких питающих секций после кратковременного обесточивания и последующего восстановления питания в результате действия станционной автоматики.При этом АД имеют недостатки, перечисленные ниже:

1. Вследствие больших пусковых токов в элементах системы электроснабжения возникают значительные падения напряжения, и групповой самозапуск происходит при пониженных напряжениях на секциях СН – рис.7.4.2. Синхронная частота вращения асинхронных электродвигателей не может превышать 3000 об/мин. Для получения более высоких скоростей необходимо использовать повышающий редуктор или турбопривод – см. раздел 7.2 и формулы для nсинх и nном.3. Усложнено регулирование производительности механизмов СН, приводимых во вращение асинхронными электродвигателями. Для регулирования производительности используются 2-скоростные АД, статический преобразователь частоты регулируемый (СПЧР), асинхронный вентильный каскад (АВК), что существенно увеличивает стоимость электропривода.4. При возникновении короткого замыкания вблизи шин с работающими двигателями, появляется значительная, но быстро затухающая подпитка тока от АД – табл.8.1 и формулы (8.13), (8.14).5. АД чувствительны к кратковременным перерывам питания из-за особенностей характеристик – рис.7.3а,б и рис.7.4.6. Электромагнитный момент асинхронных электродвигателей обладает квадратичной зависимостью от напряжения Ме = U2 – см.формулу (7.5) – из-за высоких кратностей пускового тока при пониженном напряжении статора – рис.7.4, даже при номинальных значениях напряжения и частоты в энергосистеме.7. Изменение электромагнитных моментов асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором происходит при изменении не только напряжения, но и частоты от номинального значения.Если не только напряжение, но и частота отличаются от номинальных, то механические характеристики АД приобретают более сложный характер, чем на рис.7.3. В этих условиях кратность максимального (КМ*) и пускового (КП*) моментов могут быть определены на основе зависимостей (7.12), приведенных в, а частота вращения – на основании формул (7.1), (7.2) с учетом текущего значения частоты в энергосистеме.

Следует учитывать, что индукция на участках магнитопровода асинхронных электродвигателей подчиняется зависимости:

Поэтому при частотном регулировании и при использовании энергии выбега необходимо согласованное изменение U* и f*. Из формул для КМ*, КП* видно, что выигрыш в Ме можно реализовать лишь при больших скольжениях (начало пуска).При использовании электропривода механизмов собственных нужд, основные недостатки проявляются в наибольшей степени для механизмов с большой долей противодавления, т.е. прежде всего для питательных электронасосов — см.рис.7.5б и 7.6б. Для этих насосов снижение производительности до нуля происходит при снижении частоты вращения до значения nкл, повышающегося от значения nкл = 0,81 до значения nкл = 0,95 для блоков СКД – рис.7.6б. Для устранения зависимости подачи ПН от частоты и напряжения в энергосистеме используют турбопривод ПН на блоках СКД – табл.7.1.

pue8.ru