Пуск СД. Механические характеристики СД при пуске

Лекция 16

В отличие от АД процесс пуска СД представляет собой более сложную задачу, т. к. существуют три проблемы, связанные с запуском двигателя:

1) Двигатель должен успеть разогнаться до скорости, близкой к синхронной скорости ω₀, за тот промежуток времени, который соответствует изменению угла рассогласования . Если двигатель не успевает разогнаться, то электромагнитный момент изменяет свое направление и двигатель запустить не удается;

2) Кроме того, возникает еще одна проблема, связанная с ограничением пускового тока, так называемого, броска тока;

3) Также существует специфическая особенность СД – это разгон двигателя от скорости, близкой к синхронной скорости, до синхронной скорости. Этот процесс называется втягивание в синхронизм.

Наиболее простым и доступным способом решения трех перечисленных проблем является, так называемый, асинхронный пуск синхронного двигателя.

С этой целью ротор СД при его изготовлении на заводе, помимо обмотки возбуждения, снабжается еще одной дополнительной обмоткой по типу «беличье колесо», которая предназначена для выполнения двух функций:

1) Создание пускового момента при пуске;

2) Гашение колебаний ротора в переходных режимах. Эта функция называется «демпфирование».

При этом схема запуска СД представлена на рис. 4.6.

Рисунок 4.6 – Схема пуска СД

Асинхронный пуск СД начинается замыканием линейного контактора КЛ,приэтом пусковой контактор КП находится в левом положении «пуск», а обмотка возбуждения ротора отсоединена от источника постоянного напряжения (возбудителя В)и замкнута на разрядный резисторR_РАЗР.. В качестве возбудителя до последнего времени использовался генератор постоянного тока независимого возбуждения малой мощности, а в настоящее время используются статические тиристорные возбудители.

Разрядный резистор выполняет две функции:

1) Главная функция – гашение перенапряжения на обмотке возбуждения при отключении ее от возбудителя. Причиной возникновения перенапряжения является то, что при отключении обмотки возбуждения от источника постоянного напряжения, двигатель работает как повышающий трансформатор с учетом того, что число витков обмотки возбуждения значительно превосходит число витков статорной обмотки. Поэтому если обмотку возбуждения оставить разомкнутой, то при напряжении питания статора U₁=220 кВ, напряжение на зажимах обмотки возбуждения U_ВОЗБ.≈ 10 кВ, это может привести к пробою изоляции обмотки возбуждения.

2) Второстепенная функция – увеличение активного сопротивления цепи ротора, которое в свою очередь будет увеличивать пусковой момент двигателя.

Пуск СД включает в себя два этапа:

a. Асинхронный разгон. На этом этапе двигатель должен разогнаться до угловой скорости

ω=0,95·ω₀,

эта скорость называется подсинхронной скоростью.

b. Втягивание в синхронизм, т. е. изменение угловой скорости от подсинхронной скорости до синхронной скорости (0,95·ω₀≤ω≤ω₀).

Рассмотрим влияние величины разрядного сопротивления на успешность реализации обеих стадий пуска. При увеличении величины разрядного сопротивления, увеличивается активное сопротивление цепи ротора и как следствие увеличивается пусковой момент. При этом, естественно, первый этап пуска проходит успешно. Семейство механических характеристик имеет вид, изображенный на рис. 4.7.

ω₀

Рисунок 4.7 – Семейство механических характеристик при пуске СД

После того как СД разогнался до подсинхронной угловой скорости, контакты КП пускового контактора переводятся в правое положение «работа», при этом обмотка возбуждения подключается к источнику постоянного напряжения, к возбудителю В, и начинается второй этап пуска – втягивание в синхронизм. Для того чтобы двигатель успешно преодолел этот этап, необходимо создать момент, который был бы больше суммы момента сопротивления и момента динамического торможения, который создается при взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и постоянного статического магнитного поля обмотки возбуждения. Этот момент называется входным момент

М_ВХ.≥ М_С+М_{ДИН.ТОРМ.}

Из семейства механических характеристик при пуске (рис. 4.7) видно, что при увеличении разрядного сопротивления, величина входного момента уменьшается, т. е. чем меньше величина разрядного сопротивления, тем легче двигатель втягивается в синхронизм.

Таким образом, правильный расчет разрядного сопротивления должен обеспечивать три критерия:

1) Гашение перенапряжения на обмотке возбуждения при одновременном ограничении токов в обмотке возбуждения;

2) Создание достаточного для асинхронного разгона пускового момента;

3) Создание достаточного для втягивания в синхронизм входного момента.

При этом определяющим фактором выбора величины разрядного сопротивления является вид производственного механизма. Так для грузоподъемных и транспортных механизмов, у которых статический момент сопротивления постоянный, т. е. не зависит от угловой скорости вращения, величину разрядного сопротивления подбирают так, чтобы пусковой момент был равен входному моменту (М_П=М_ВХ.). А для механизмов с вентиляторным законом изменения статического момента сопротивления (М_С≡ ω²), т. е. для турбомеханизмов, входной момент должен принимать значение

М_ВХ.≈ 2,5·М_П.

Кроме того, асинхронный пуск СД имеет еще одну характерную особенность. В процессе асинхронного пуска на двигатель действует асинхронный момент М_АС, который равен сумме трех составляющих

М_АС=М_Б.К+М_ПР.+М_ОБР.,

где М_Б.К – момент, создаваемый вспомогательной обмоткой по типу «беличье колесо»;

М_ПР. – прямая составляющая момента, которая создается обмоткой возбуждения, замкнутой на разрядное сопротивление, при пересечении ее с силовыми линиями магнитного поля с частотой f₂=f₁·S;

М_ОБР. – обратная составляющая момента, создаваемая обмоткой возбуждения, при пересечении ее с силовыми линиями магнитного поля с частотой (f₁-f₁·S).

При этом механическая характеристика СД имеет вид (рис. 4.8).

Рисунок 4.8 – Механическая характеристика СД при влиянии асинхронного момента

Наличие провала в суммарной пусковой характеристике влияет на перегрузочную способность двигателя в процессе запуска. При этом влияние провала также существенным образом зависит от величины разрядного сопротивления. Чем больше разрядное сопротивление, тем меньше провал механической пусковой характеристики. Разрядное сопротивление, выраженное в относительных единицах,

,

где R₂ – активное сопротивление обмотки возбуждения.

При разных значениях относительного разрядного сопротивления, механические характеристики будут иметь различный вид (рис.4.8).