Типовые схемы и способы пуска синхронных двигателей

Синхронные электродвигатели: устройство, схема

Особенностью синхронных электродвигателей является то, что у магнитного потока и ротора скорости вращения одинаковы. По этой причине ротор электрического двигателя не изменяет свою скорость при увеличение нагрузки. На роторе находится обмотка, которая создает магнитное поле.

Иногда используются мощные постоянные магниты. Обычно в синхронных машинах на роторе столько же обмоток, сколько и на статоре. Так получается выровнять скорости вращения магнитного потока и ротора. Нагрузка, которая подключена к электродвигателю, на скорость не влияет вообще.

Конструкция электродвигателя

Устройство синхронного электродвигателя состоит из следующих элементов:

1. Неподвижная часть — статор, на котором располагаются обмотки.
2. Подвижный ротор, его иногда называют индуктором или якорем.
3. Передние и задние крышки.
4. Подшипники, устанавливаемые на роторе.

Между якорем и статором имеется свободное пространство. В пазах закладываются обмотки, они соединяются в звезду. Как только на двигатель подается напряжение, по обмотке якоря начинает протекать ток. Образуется магнитное поле вокруг индуктора. Но на статор тоже подаётся напряжение. И здесь возникает магнитный поток. Эти поля смещены относительно друг друга.

В синхронных машинах электромагниты на статоре являются полюсами, так как они работают на постоянном токе. Всего существует две схемы, по которым соединяются обмотки статоров:

1. Явнополюсная.
2. Неявнополюсная.

Для того чтобы снизить магнитное сопротивление и оптимизировать условия прохода поля, применяются сердечники, изготовленные из ферромагнетиков. Они имеются как в статоре, так и в роторе.

Изготавливаются они из специальных сортов электротехнической стали, в которой содержится огромное количество такого элемента, как кремний. С помощью этого удается значительно понизить вихревой ток, а также увеличить электрическое сопротивление металла.

В основе работы синхронных электродвигателей лежит взаимодействие полюсов статора и ротора. При запуске происходит ускорение до скорости движения потока. Именно в таких условиях электрический двигатель действует в синхронном режиме.

Метод запуска с помощью дополнительного электромотора

Ранее использовались специальные двигатели для запуска, которые соединялись с мотором при помощи механических устройств (ременной передачей, цепной, и пр.).

Во время запуска ротор начинал вращаться и, постепенно ускоряясь, достигал значения синхронной скорости. После этого электродвигатель сам начинал работать.

Обязательным условием является то, что пусковой электродвигатель должен иметь мощность около 15% от аналогичной характеристики разгоняемого мотора. Такой мощности оказывается вполне достаточно, чтобы запустить любой синхронный электродвигатель, даже если к нему подключена небольшая нагрузка. Этот метод довольно сложный, а себестоимость всего оборудования значительно повышается.

Современный метод запуска

Современные конструкции синхронных электродвигателей не оснащаются подобными схемами для разгона. Используется другая система запуска. Примерно таким образом происходит включение синхронной машины:

1. При помощи реостата замыкаются обмотки ротора. В результате якорь становится короткозамкнутым, как на простых асинхронных электродвигателях.
2. На роторе имеется еще и короткозамкнутая обмотка, которая является успокоительной, с ее помощью предотвращается качание якоря во время синхронизации.
3. Как только якорь достигает минимальной скорости вращения, к его обмоткам подключается постоянный ток.
4. Если используются постоянные магниты, то применять внешние пусковые двигатели придется обязательно.

Существуют криогенные синхронные электромоторы, в которых используется конструкция обращенного типа. Обмотки возбуждения изготавливаются из сверхпроводниковых материалов.

Преимущества синхронных машин

Асинхронные и синхронные электродвигатели имеют очень схожие конструкции, но различия всё равно имеются. В последних имеется явное преимущество в том, что происходит возбуждение от источника постоянного тока. В этом случае может мотор работать при очень большом коэффициенте мощности. Существуют также другие преимущества синхронных двигателей:

1. Они работают с завышенным коэффициентом. Это позволяет уменьшить расход электроэнергии, а также существенно снижает потери тока. Коэффициент полезного действия синхронной машины будет намного выше, нежели у асинхронного двигателя с такой же мощностью.
2. Крутящий момент напрямую зависит от того, какое напряжение в питающей сети. Даже при условии, что напряжение в сети уменьшится, мощность сохранится.

Но всё равно асинхронные машины используется намного чаще, нежели синхронная. Дело в том, что они имеют большую надежность, простую конструкцию, не требуют дополнительного ухода.

Недостатки синхронных двигателей

Оказывается, что недостатков у синхронных машин намного больше. Вот только основные:

1. Схема синхронного электродвигателя довольно сложная, она состоит из большого количества элементов. Именно по этой причине себестоимость устройства оказывается очень высокой.
2. Обязательно нужно использовать для питания индуктора источник постоянного тока. Это значительно усложняет всю конструкцию.
3. Процедура запуска электрического двигателя довольно сложная, нежели у асинхронных машин.
4. Произвести регулировку частоты вращения ротора можно только при помощи использования частотных преобразователей.

В целом же, преимущества существенно перекрывают недостатки синхронных электродвигателей.

По этой причине они очень часто используются там, где необходимо вести непрерывный постоянный производственный процесс, где не нужно часто останавливать и запускать оборудование.

Синхронные машины можно встретить в мельницах, дробилках, насосах, компрессорах. Они редко выключаются, работают почти постоянно. За счет применения таких моторов можно достичь существенной экономии электроэнергии.

Источник: https://FB.ru/article/348561/sinhronnyie-elektrodvigateli-ustroystvo-shema

Схемы подключения асинхронного и синхронного однофазных двигателей

Сегодня мы рассмотрим подключение однофазного двигателя переменного тока. К таким относят асинхронные и синхронные моторы, питающиеся от одной фазы, которая обычно имеет напряжение 220 Вольт. Они очень распространены в бытовой сфере и мелком производстве, частном предпринимательстве.

Подключение однофазного асинхронного двигателя

Для разгона асинхронного двигателя требуется создать вращающееся магнитное поле. С этим легко справляется трехфазный источник питания, где фазы сдвинуты друг относительно друга на 120 градусов. Но если речь идет о том, как подключить однофазный электродвигатель, то встает проблема: без сдвига фаз вал не начнет вращаться.

Внутри однофазного асинхронного мотора располагаются две обмотки: пусковая и рабочая. Если обеспечить сдвиг фаз в них, то магнитное поле станет вращающимся. А это главное условие для запуска электродвигателя. Сдвигать фазы можно путем добавочного сопротивления (резистора) или индуктивной катушки. Но чаще всего используют емкости – пусковой и/или рабочий конденсаторы.

С пусковой емкостью

В большинстве случаев схема включает в себя только пусковой конденсатор. Он активен только во время запуска мотора. Поэтому способ хорош, когда пуск обещает быть тяжелым, в противном случае вал не сможет разгоняться из-за небольшого начального момента. После разгона пусковой конденсатор отключается, и работа продолжается без него.

Схема подключения двигателя со вспомогательной емкостью представлена на рисунке выше. Для ее реализации вам потребуется реле или, как минимум, одна кнопка, которую вы будете зажимать на 3 секунды во время запуска мотора в ход. Вспомогательный конденсатор вместе со вспомогательной обмоткой включаются в цепь лишь на некоторое время.

Такая схема обеспечивает оптимальный начальный крутящий момент, если имеют место незначительные броски переменного тока во время пуска. Но есть и недостаток – при работе в номинальном режиме технические характеристики падают. Это обусловлено формой магнитного поля рабочей обмотки: оно у нее овальное, а не круговое.

С рабочей емкостью

Если пуск легкий, а работа тяжелая, то вместо пускового конденсатора понадобится рабочий. Схема подключения показана ниже. Особенность заключается в том, что рабочая емкость вместе с рабочей обмоткой включена в цепь постоянно.

Схема обеспечивает хорошие характеристики при работе в номинальном режиме.

С обоими конденсаторами

Компромиссное решение – использование вспомогательной и рабочей емкости одновременно. Этот способ идеален, если двигатель переменного тока пускается в ход уже с нагрузкой, и сама работа тяжела для него.

Посмотрите, схема ниже – это словно две схемы (с рабочей и вспомогательной емкостью), наложенные друг на друга.

При запуске на несколько секунд будет включаться пусковой механизм, а второй накопитель будет активен все время: от пуска до завершения работы.

Расчет емкостей

Наибольшую сложность для начинающих представляет расчет емкости конденсаторов. Профессионалы подбирают их опытным путем, прислушиваясь к мотору во время запуска и работы. Так они определяют, подходит накопитель, или нужно поискать другой. Но с небольшой погрешностью в большинстве случаев емкость можно рассчитать так:

• Для рабочего накопителя: 0,7-0,8 мкФ на 1000 Ватт мощности электрического двигателя;
• Для пускового конденсатора: больше в 2,5 раза.

Пример: у вас асинхронный однофазный электродвигатель на 2 кВт. Это 2000 Ватт. Значит, при подключении с рабочей емкостью нужно запастись накопителем 1,4-1,6 мкФ. Для пусковой потребуется 3,5-4 мкФ.

Подключение однофазного синхронного электродвигателя

Несмотря на сложность конструкции синхронных двигателей, они имеют много преимуществ перед асинхронными. Главное – это низкая чувствительность к скачкам напряжения, ведущих к резкому уменьшению или увеличению силы тока.

Не менее значим и тот факт, что синхронные моторы могут работать даже с перегрузкой, не говоря уже об оптимальном режиме реактивной энергии и вращении вала с постоянной скоростью.

Однако подключение – трудоемкий процесс, и это уже недостаток.

Метод разгона

Нельзя пустить в ход однофазный синхронный двигатель, просто подав питание на его обмотки. Потому что в момент включения направление питающего тока в статорных намотках соответствует рисунку (а).

В это время на ротор, который еще находится в состоянии покоя, действует пара сил, которая будет пытаться крутить вал по часовой стрелке. Но через половину периода в статорных намотках ток поменяет свое направление.

Поэтому пара сил будет уже действовать в обратном направлении, поворачивая вал против часов стрелки, как на рисунке (б). Поскольку ротор обладает большой инертностью, он так и не сдвинется с места.

Чтобы заставить ротор вращаться, необходимо, чтобы он успевал сделать хотя бы половину оборота, чтобы изменение направления тока не повиляло на его вращение. Это возможно, если разогнать вал при помощи посторонних сил. Это можно сделать двумя путями:

1. Вручную;
2. С использованием второго двигателя.

Собственной силой рук можно разогнать только маломощные синхронные электродвигатели. А для средне- и высокомощных агрегатов придется использовать другой мотор.

При разгоне с посторонней силой ротор начинает вращаться со скоростью, близкой к синхронной. Потом только включается обмотка возбуждения, и затем – статорная намотка.

Асинхронный пуск синхронного мотора

Если в наконечниках на полюсах ротора уложены стержни из металла, и они соединены между собой по бокам кольцами, то мотор должен запускаться асинхронным методом. Эти стержни играют роль вспомогательной обмотки, которая есть у асинхронного двигателя. При этом намотку возбуждения закорачивают с помощью разрядного резистора, а статорную обмотку подключают к сети.

Только так можно обеспечить такой же разгон, как и у асинхронного электродвигателя. Но после того, как скорость вращения максимально приблизится к синхронной (достаточно 95% от нее), намотку возбуждения соединяют с источником постоянного тока. Скорость становится полностью синхронной, что влечет за собой снижение ЭДС индукции вспомогательной обмотки вплоть до нуля.

И она отключается автоматически.

Важно! Вспомогательные металлические стержни должны обладать высоким активным сопротивлением. В противном случае пусковой момент будет недостаточным для разгона ротора.

А закорачивать намотку возбуждения необходимо по одной простой причине: если этого не сделать, то у нее в момент пуска случится пробой, потому что она задает вращение в том же направление, что и пусковая обмотка.

Схема и способ подключения вашего двигателя будет зависеть от того, какой он у вас: синхронный или асинхронный. В учет идет также мощность мотора, а также способ пуска: с нагрузкой или без. Разобраться в рисунках вам поможет элементарное понимание механики и электромагнитных явлений.

Источник: http://ElectricDoma.ru/elektrodvigateli/kak-podklyuchit-odnofaznyiy-dvigatel/

Схемы подключения электродвигателя

Сохрани ссылку в одной из сетей:

Существуетдва основных способа подключениятрёхфазных электродвигателей: подключениезвезда и подключение треугольник.

 Присоединении трёхфазного электродвигателязвездой концы его статорных обмотоксводятся вместе, соединяясь в однойточке, а на начала обмоток подаётсяпитание (рис 1).

При соединении трёхфазногоэлектродвигателя треугольником обмоткистатора соединяются последовательно– конец одной обмотки соединён с началомследующей (рис 2).

Клеммные колодкиэлектродвигателей и схемы соединенияобмоток:

Невдаваясь в подробности теоретическихоснов электротехники можно сказать,что электродвигатели с обмотками,соединёнными звездой работают намногомягче, чем с соединением обмоток втреугольник, однако при соединенииобмоток звездой двигатель не способенразвить полную мощность.

При соединенииобмоток треугольником двигатель работаетна полную паспортную мощность (примернов 1,5 раз больше, чем при соединениизвездой), но имеет очень большие значенияпусковых токов.

 Поэтомуцелесообразно (особенно для электродвигателейбольшой мощности) подключение по схемезвезда – треугольник; запуск осуществляетсяпо схеме звезда, после чего (когдаэлектродвигатель «набрал обороты»),происходит автоматическое переключениена схему треугольник.

Схемауправления:

 Привключении пускателя К1 замыкаетсяконтакт К1 в цепи катушки магнитногопускателя К1 и одновременно включаетсяреле времени, размыкается контакт релевремени К1 в цепи катушки пускателя К3,замыкает контакт реле времени К1 в цепикатушки пускателя К2. 

Отключениепускателя К3, замыкается контакт К3 вцепи катушки магнитного пускателя К2.

Включение пускателя К2, размыкает контактК2 в цепи катушки пускателя К3.

Наначала обмоток U1, V1 и W1 через силовыеконтакты магнитного пускателя К1 подаётсярабочее напряжение. Срабатываниемагнитного пускателя К3 его силовыеконтакты К3, таким образом, соединяяконцы обмоток U2, V2 и W2 – обмотки двигателясоединены звездой.

 Далеесрабатывает реле времени, совмещённоес пускателем К1, отключая пускатель К3и одновременно включая К2 – замыкаютсясиловые контакты К2 и подаётся напряжениена концы обмоток электродвигателя U2,V2 и W2.

Теперь электродвигатель включенпо схеме треугольник.

Схемыподключения взрывозащищенногоэлектродвигателя

Сегодня наиболее распространеннымиявляются асинхронные трехфазныевзрывозащищенные двигатели, имеющиекороткозамкнутый ротор.

Они предназначаютсядля использования в приводах механизмовв химической, нефтедобывающей и газовойпромышленности, а также в смежных с нимипромышленных отраслях, где чаще всегообразовываются взрывоопасные газовыесмеси.

Очень важно, чтобы в условияхугольных и сланцевых шахт, такжеиспользовались взрывозащищенныедвигатели.

Взрывоопасные двигатели должныв обязательном порядке иметь сертификатыГОСТ стандартов.

Соединение в “звезду” 

Соединение в “треугольник”

Такие двигатели могут иметь одинили два конца вала. Коробка выводоврасполагается сверху и имеет три силовыхзажима, с помощью которых двигательподключается к сети, и опорный изолятор,который еще называют нулевой точкой.

Коробка выводов может быть повернутана 180 градусов относительно плоскостиустановки. Также допускается вводкабелей и проводов с жилами из меди иалюминия.

Взрывозащищенные двигателиподключаются к приводному механизму спомощью эластичной и зубчатой муфт.

 Взрывозащищенностьэлектродвигателей обеспечивается тем,что их электрические части заключаютсяво взрывонепроницаемую оболочку, котораявыдерживает давление взрыва внутри итем самым исключает его передачу вовнешнюю взрывоопасную среду. Авзрывозащищенность места ввода кабелядостигается за счет использованияспециальных уплотняющих эластичныхколец.

Схемы подключениядвигателей с термодатчиками

Соединение в “звезду” и в”треугольник”

Взрывозащищенные электродвигателинеобходимо заземлять. Сделать это можнос помощью внутренних и наружныхзаземляющих зажимов. При этом следуетследить за тем, чтобы между токоведущимичастями и заземленными элементами былособлюдено соответствующее расстояниеи электрозазоры.

Взрывозащищенные электродвигателипредназначены для работы под током в50 Гц и напряжением 220-660 вольт. Подключаютсяони по схемам «звезда» (концы обмотоксоединены вместе, в одной точке, а наначала обмоток подается трехфазноенапряжение) и «треугольник» (обмоткидвигателя соединяются последовательно,так, чтобы конец одной обмотки соединялсяс началом другой).

Конструкция электродвигателя:

• статор – корпус из литого серого чугуна, внутри которого находиться сердечник из листов электротехнической стали, а в его пазы уложена обмотка, класс нагревостойкости которой – F, согласно ГОСТу.
• подшипниковые щиты (крепятся к статору болтами), крышки, коробка выводов, детали кабельного ввода – все это изготавливается из литого серого чугуна.
• роток короткозамкнутый – состоит из сердечника, который в свою очередь нашихтован из листов электротехнической стали, залитого алюминием и напрессованного стальной вал.

Типовые схемыпуска синхронных электродвигателей

Для эксплуатации синхронныхдвигателей большое значение имеетправильный выбор схемы подключения.Сегодня наиболее распространенной,простой и надежной схемой являетсясхема прямого пуска от полного сетевогонапряжения. Исключение: двигатели стяжелым пуском или очень мощные двигатели,пуск которых вызывает недопустимыеснижения сетевого напряжения.

Конструкция каждого синхронногодвигателя предусматривает возможностьасинхронного пуска. Выбор пусковогореактора для синхронных двигателейтакже не отличается практически ничемот подбора реакторов для двигателейасинхронного типа.

Во многих случаяхдля мощных двигателей целесообразноприменить питание от отдельныхтрансформаторов, которые еще называютсяблок-трансформаторами.

Увеличениемощности трансформатора можетпонадобиться, если наблюдаются частыетяжелые пуски двигателя и его перегрев.

Типовые узлы схем возбуждения синхронногодвигателя 

Пуск с помощью реактора и пускв работе со схемой, в которую подключенблок-трансформатор имеет весомыепреимущества перед пуском двигателячерез автотрансформатор.

Приведемпример: при пуске напряжение, подаваемоена двигатель, через постоянного включенныйреактор или трансформатор по мере того,как снижается ток, плавно возрастает.

В конце пускового режима это напряжениене отличается от номинального практическиничем.

Катушка реле включается наразрядное сопротивление Rразр черездиод VD. При подключении обмотки статорак сети в обмотке возбуждения двигателянаводится ЭДС.

По катушке реле КТ проходитвыпрямленный ток, амплитуда и частотаимпульсов которого зависят от скольжения. 

Подача возбуждения синхронному двигателюв функции скорости 

Именно поэтому можно говоритьо том, что при реакторном пуске шунтированиепроисходит без токовых толчков, в товремя как при автотрансформаторномпуске необходимо сильно усложнять схемуподключения для того, чтобы ограничитьтолчки тока при переходе с режима «пуск»на полное сетевое напряжение.

Согласно стандартам ГОСТ обмоткитрансформатора должна выдерживать токикороткого замыкания на выводах каждойиз них без каких-либо повреждений,поэтому, можно уверенно говорить о том,что практика применения схемтрансформатор-двигатель полностью себяоправдывает.

Включениетрехфазного электродвигателя в однофазнуюсеть

Наиболее распространённая ипростая на сегодняшний день схемаподключения трехфазного электродвигателяв однофазную сеть при отсутствиипитающего напряжения в 380 вольт – этоподключение к данной схеме фазосдвигающегоконденсатора, запитывающего третьюобмотку двигателя.

Подключение трехфазного двигателявозможно к однофазной сети возможнотолько, если его обмотки соединены междусобой «треугольником». В этом случаемощность двигателя будет иметь минимальныепотери, если его включают в сеть в 220вольт. Мощность тут будет достигать 75%от его номинальной мощности, а частотавращения не будет отличаться от частотыпри включении в трехфазную сеть.

Р и с. 1. Электрическаясхема включения трехфазного электродвигателяв однофазную сеть.

Пучки проводов на двигателе –это начала и концы его обмоток, которыенужно проверить, чтобы соединитьправильно в схему «треугольник»последовательно, когда конец первойобмотки соединяется с началом второйи т.д.

Для того, чтобы подключитьтрехфазный двигатель к однофазной сетинеобходимо подсоединить его к пусковомуконденсатору, который используетсятолько при пуске электродвигателя, атакже рабочий конденсатор, используемыйв рабочем режиме соответственно.

Кнопкой запуска небольшого помощности двигателя может стать стандартнаякнопка «Пуск», которую используют вцепях управления магнитных пускателей.

Двигатели более мощные могут использоватьдля запуска коммутационные аппараты,например, «автомат».

Рис.2. Схема соединения электролитическихконденсаторов.

Как можно увидеть, в такой схемевозможно двухступенчатое управлениедвигателем, если уменьшить общую емкостьконденсаторов, когда двигательразгоняется.

Если двигатель совсем маломощный,то в схеме можно не использовать пусковойконденсатор, оставив только рабочий.

Рис.3. Электрическая схема пусковогоустройства для трехфазного электродвигателямощностью 0,5 кВт.

Схемаподключения крановых электродвигателей

Крановыеэлектродвигатели состоят из статора,ротора, подшипниковых и щеточно-контактногоузлов, кожуха и вентилятора из алюминиевогосплава.

Статор состоитиз чугунной станины с вертикально-горизонтальныморебрением и сердечника, набранного излистов электротехнической стали собмоткой из круглого медного провода.Выводы обмотки статора монтируются наконтактные болты клеммной колодки вкоробке выводов. 

Ротор электродвигателейпредставляет собой вал с насаженным нанего по шпонке сердечником, набраннымиз листов электротехнической стали.Обмотка фазного ротора крановыхэлектродвигателей – трехфазная изкруглого медного провода. 

Подключение к питающей сетиобмотки статора электродвигателей сфазным ротором выполняется с помощьюкабелей через сальниковые вводы коробоквыводов, расположенных на станине. 

Подключение фазной обмоткиротора к пусковым и регулировочнымаппаратам осуществляется с помощьюскользящих контактов (медные контактныекольца и подпружиненные щетки) иконтактных болтов щеткодержателейчерез сальниковые вводы, расположенныев подшипниковом щите. 

Присоединение подводящих проводовможет осуществляться как с правой, таки с левой стороны. 

Коробки выводов выполняютсякак единое целое со станиной. 

Подшипниковые узлы состоятиз чугунных подшипниковых щитов,подшипников и подшипниковых крышек. Накрановых электродвигателях установленыроликовые подшипники. 

Щеточный узел крановыхэлектродвигателей с фазным роторомсостоит из контактных колец ищеткодержателей с щетками. 

Для заземления электродвигателейиспользуются болты, расположенные вкоробке выводов и на станине. 

Для стока конденсата в станинепредусмотрены два отверстия, заглушенныеспециальным винтом.

Пример конструкции крановогоэлектродвигателя 4МТМ 225L6, МТН 512-6, 4MTM225L8, MTH 512-8:

1. статор электродвигателя 

2. ротор электродвигателя 

3. щит подшипниковый 

4. вентилятор 

5. подшипник 

6. колодка клеммная 

7. кожух вентилятора электродвигателя 

8. крышка подшипника 

9. кольцо контактное (3шт.) 

10. плита переходная (для крановых электродвигателей MT(K)H 211, 411, 412, 511, 512, МТН 611, 612, 613)

Источник: https://gigabaza.ru/doc/196781.html

Типовые схемы и способы пуска синхронных двигателей

Для обеспечения работы мощных электроприводов применяются синхронные электродвигатели. Они нашли применение в компрессорных установках, насосах, в системах, прокатных станах, вентиляторах.

 Применяются в металлургической, цементной, нефтегазовой и других отраслях промышленности, где необходимо использовать оборудование большой мощности.

В этой статье мы решили рассказать читателям сайта Сам Электрик, как может выполняться пуск синхронных двигателей.

Преимущества и недостатки

Конструктивно синхронные двигатели сложнее асинхронных, но они имеют ряд преимуществ:

• Работа синхронных электродвигателей в меньшей степени зависит от колебания напряжения питающей сети.
• По сравнению с асинхронными, они имеют больший КПД и лучшие механические характеристики при меньших габаритах.
• Скорость вращения не зависит от нагрузки. То есть колебания нагрузки в рабочем диапазоне не влияют на обороты.
• Могут работать со значительными перегрузками на валу. Если возникают кратковременные пиковые перегрузки, повышением тока в обмотке возбуждения компенсируют эти перегрузки.
• При оптимально подобранном режиме тока возбуждения, электродвигатели не потребляют и не отдают в сеть реактивную энергию, т.е. cosϕ равен единице. Двигатели, работая с перевозбуждением, способны вырабатывать реактивную энергию. Что позволяет их использовать не только в качестве двигателей, но и компенсаторов. Если необходима выработка реактивной энергии, на обмотку возбуждения подается повышенное напряжение.

При всех положительных качествах синхронных электродвигателей у них имеется существенный недостаток – сложность пуска в работу. Они не имеют пускового момента. Для запуска требуется специальное оборудование. Это долгое время ограничивало использование таких двигателей.

Способы пуска

Пуск синхронных электродвигателей можно осуществить тремя способами – с помощью дополнительного двигателя, асинхронный и частотный запуск. При выборе способа учитывается конструкция ротора.

Он выполняется с постоянными магнитами, с электромагнитным возбуждением или комбинированным. Наряду с обмоткой возбуждения на роторе смонтирована короткозамкнутая обмотка – беличья клетка. Её также называют демпфирующей обмоткой.

Запуск с помощью разгонного двигателя

Этот метод пуска редко применяется на практике, потому что его сложно реализовать технически. Требуется дополнительный электродвигатель, который механически соединен с ротором синхронного двигателя.

С помощью разгонного двигателя раскручивается ротор до значений близких к скорости вращения поля статора (к синхронной скорости). После чего на обмотку возбуждения ротора подают постоянное напряжение.

В первоначальный момент лампы мигают, но при достижении номинальных оборотов они перестают гореть. В этот момент подают напряжение на обмотки статора. После чего синхронный электродвигатель может работать самостоятельно.

Затем дополнительный мотор отключается от сети, а в некоторых случаях его отсоединяют механически. В этом состоят особенности пуска с разгонным электродвигателем.

Асинхронный запуск

Метод асинхронного пуска на сегодня самый распространенный. Такой запуск стал возможен после изменения конструкции ротора.

Его преимущество в том, что не нужен дополнительный разгонный двигатель, так как дополнительно к обмотке возбуждения в ротор вмонтировали короткозамкнутые стержни беличьей клетки, что дало возможность запускать его в асинхронном режиме. При таком условии этот способ пуска и получили широкое распространение.

Сразу же рекомендуем просмотреть видео по теме:

При подаче напряжения на обмотку статора происходит разгон двигателя в асинхронном режиме. После достижения оборотов близких к номинальным, включается обмотка возбуждения.

Электрическая машина входит в режим синхронизма. Но не все так просто. Во время пуска в обмотке возбуждения возникает напряжение, которое возрастает с ростом оборотов. Оно создает магнитный поток, который воздействует на токи статора.

При этом возникает тормозящий момент, который может приостановить разгон ротора. Для уменьшения вредного воздействия обмотки возбуждения подключают к разрядному или компенсационному резистору.

На практике эти резисторы представляют собой большие тяжелые ящики, где в качестве резистивного элемента используются стальные спирали. Если этого не сделать, то из-за возрастающего напряжения может произойти пробой изоляции.

Что повлечет выход оборудования из строя.

После достижения подсинхронной частоты вращения, от обмотки возбуждения отключаются резисторы, и на нее подается постоянное напряжение от генератора (в системе генератор-двигатель) или от тиристорного возбудителя (такие устройства называются ВТЕ, ТВУ и так далее, в зависимости от серии). В результате чего двигатель переходит в синхронный режим.

Это могут быть:

1. Добавочные резисторы или реакторы, которые ограничивают пусковые токи. После разгона они шунтируются, и на обмотки статора подается сетевое напряжение.
2. Применение автотрансформаторов. С их помощью происходит понижение входного напряжения. При достижении скорости вращения 95-97% от рабочей, происходит переключение. Автотрансформаторы отключаются, а на обмотки подается напряжение сети переменного тока. В результате электродвигатель входит в режим синхронизации. Этот метод технически более сложный и дорогостоящий. А автотрансформаторы часто выходят из строя. Поэтому на практике этот метод редко применяют.

Частотный пуск

Частотный пуск синхронных двигателей применяется для запуска устройств большой мощности (от 1 до 10 МВт) с рабочим напряжением 6, 10 Кв, как в режиме легкого запуска (с вентиляторным характером нагрузки), так и с тяжелым пуском (приводов шаровых мельниц). Для этих целей выпускаются устройства мягкого частотного пуска.

Принцип работы аналогичен высоковольтным и низковольтным устройствам, работающим по схеме преобразователя частоты.

Они обеспечивают пусковой момент до 100% от номинала, а также обеспечивают запуск нескольких двигателей от одного устройства.

Пример схемы с устройством плавного пуска вы видите ниже, оно включается на время запуска двигателя, а затем выводится из схемы, после чего двигатель включается в сеть напрямую.

Системы возбуждения

До недавнего времени, для возбуждения применялся генератор независимого возбуждения. Он располагался на одном валу с синхронным электродвигателем. Такая схема еще применяется на некоторых предприятиях, но она устарела и теперь не применяется. Сейчас для регулировки возбуждения используются тиристорные возбудители ВТЕ.

Они обеспечивают:

• оптимальный режим пуска синхронного двигателя;
• поддержание заданного тока возбуждения в заданных пределах;
• автоматическое регулирование напряжения возбуждения в зависимости от нагрузки;
• ограничение максимального и минимального тока возбуждения;
• мгновенное увеличение тока возбуждения при понижении питающего напряжения;
• гашение поля ротора при отключении от питающей сети;
• контроль состояния изоляции, с оповещением о неисправности;
• обеспечивают проверку состояния обмотки возбуждения при неработающем электродвигателе;
• работают с высоковольтным преобразователем частоты, обеспечивая асинхронный и синхронный запуск.

Эти устройства отличаются высокой надежностью. Основным недостатком является высокая цена.

В заключение отметим, что самый распространенный способ пуска синхронных двигателей — это асинхронный запуск. Практически не нашел применения пуск с помощью дополнительного электродвигателя. В то же время частотный запуск, который позволяет в автоматическом режиме решить проблемы пуска, довольно дорогостоящий.

Материалы по теме:

Источник: https://samelectrik.ru/tipovye-sxemy-i-sposoby-puska-sinxronnyx-dvigatelej.html