Методи за възбуждане на синхронни машини накратко. Синхронни машини
Прочетете също
Възбудителната система на синхронната машина се състои от възбудител и система за регулиране на възбудителния ток, която е затворена във възбудителната намотка на синхронната машина и в намотките на възбудителя. Системата за възбуждане трябва да осигурява надеждна работа на синхронната машина чрез регулиране на възбудителния ток, форсиране на възбуждането и затихване на възбудителното поле. Тези процеси в големите машини се извършват автоматично. Системите за възбуждане са разделени на два вида - правИ непряк.
При системите с директно възбуждане арматурата на възбудителя е твърдо свързана с вала на синхронната машина. При индиректните системи за възбуждане възбудителят се задвижва от двигател, който се захранва от спомагателните шини на електроцентралата или спомагателен генератор. Последният може да бъде свързан към вала на синхронна машина или да работи автономно. Директните системи са по-надеждни, тъй като в случай на аварийни ситуации в електроенергийната система роторът на възбудителя продължава да се върти заедно с ротора на синхронната машина и намотката на възбуждането не се изключва.
На фиг. 4.79 а - вдадени са най-разпространените схеми на възбуждане на синхронни машини.
На фиг. 4.79 Ае представена най-разпространената директна верига с електрически машинни възбудители. Към възбуждащата намотка на OVG на синхронния генератор SG постоянен ток се подава през контактни пръстени от арматурата на възбудителя B. Възбуждащата намотка на възбудителя на HVV се захранва от котвата на подвъзбудителя MPE. Токът във възбудителната намотка на синхронния генератор се управлява от резистор R p ,включени във веригата на възбудителната намотка на подвъзбудителя OVPDV.
Подвъзбудител и възбудител - DC генератори. Техните котви са свързани чрез съединители към ротора на синхронен генератор. Мощност на намотката на възбуждане
Ориз. 4.79.
DC генераторите са 0,2-5% от мощността на генератора. Следователно контролната мощност в каскадна веригаот два DC генератора (виж фиг. 4.79, а)е няколко процента от мощността на възбуждане на синхронен генератор. Усилването на веригата е равно на произведението от усилването на мощността на два генератора за постоянен ток (I) 2 -10 3).
Максималната мощност на DC генератор със скорост 3000 rpm е приблизително 600 kW. Следователно генераторите за постоянен ток като възбудители могат да се използват в турбогенератори с мощност 100-150 MW. DC генератори като възбудители са широко приложениев синхронни двигатели и синхронни генератори на автономни енергийни системи.
На фиг. 4.79 bе дадена схемата на непряко възбуждане с възбудителя - генератор за постоянен ток с независимо възбуждане. Котвата на DC генератора се завърта от асинхронен AD или синхронен двигател, които са свързани към мрежата променлив ток, независимо от напрежението на синхронния генератор.
Най-разпространени са възбудителните вериги със статични AC-to-DC преобразуватели. През 50-те години на миналия век за възбуждане на хидрогенератори беше използвана възбудителна верига с живачни токоизправители, а наскоро
тиристорни възбудителни вериги, които могат да бъдат контактни и безконтактни. В контактните вериги възбуждащият ток от тиристорния преобразувател се подава през пръстените към намотката на възбуждане. В този случай променливият ток се подава към тиристорния преобразувател или от възбудителя на електрическата машина, или от мрежата.
В големите турбогенератори индукторен високочестотен генератор се използва като електрическа машина източник на електрическа енергия (фиг. 4.80). Роторът на индукторния генератор е твърдо свързан с ротора на турбогенератора. На ротора на индукторния генератор няма намотки, а намотките на котвата са разположени на статора. Принципът на работа на индукторния генератор е разгледан в параграф 4.23.
При безчеткови системи за възбуждане намотката на котвата и токоизправителите са разположени върху ротора. Възбудителят е многофазен за турбогенератор с мощност 1000 MW, 1500 об./мин. Възбудителят е с дължина 3 м. Мощността на възбудителя в кратковременен режим е 7,2 MW, а в продължителен режим на работа 2,8 MW. Максимален ток 9,6 kA при 0,75 kV. В турбинен генератор с мощност 500 MW мощността на възбудителя е 2,4 MW.
Всички системи за възбуждане са обект на строги изисквания, регулирани от GOST 21558-2000. Система-
Ориз. 4.80.Индукторният възбудител на турбогенераторите трябва да осигурява форсиране на възбуждането при падане на мрежовото напрежение и в аварийни условия. Съгласно посочения GOST, кратността на ограничаващото стационарно напрежение на възбудителя (съотношение максимално напрежениевъзбудител към номиналното напрежение на възбудителя) за големи генератори и синхронни компенсатори е 1,8-2, за други синхронни машини - 1,4-1,6.
Системите за възбуждане трябва да са бързи. Номинална скорост на нарастване на напрежението на възбудителя, т.е. промяната на напрежението от номинално до максимално трябва да бъде 1 - 1,5 s за големи машини, а за останалите 0,8-1 s.
Регулирането на тока на възбуждане, като правило, се извършва чрез промяна на напрежението на възбудителя. Тъй като възбудителят не е наситен, токът на възбуждане варира пропорционално на напрежението. Само в синхронни машини с малка мощност възбуждащият ток се регулира от реостати.
Гасенето на място при аварийни условия се осигурява от LGP за 0,8-1,5 s. Обикновено съпротивлението, при което се потушава полето, е 5 пъти по-голямо от съпротивлението на веригата на възбуждане, а напрежението в нея в преходния процес не надвишава повече от 5 пъти напрежението на възбуждане.
Наред с разгледаните по-горе системи за възбуждане се използват системи за възбуждане от висши хармоници и отрицателна последователност.
Във въздушната междина електрическа машинаима безкраен спектър от полеви хармоници, които се въртят с различна скорост от основната или се въртят в посока, обратна на основната. По-високите хармоници на полето индуцират напрежения в намотките на ротора, които зависят от приплъзването и амплитудата на хармоника. Ако късо свържете намотките на ротора с токоизправители, в тях ще тече пулсиращ ток с по-високи хармоници, което ще създаде постоянен поток на възбуждане (фиг. 4.81).
Обикновено за възбуждане се използва 3-та хармоника на полето и се извършва специална намотка на ротора с 3 пъти по-голям брой полюси спрямо основния хармоник. С възбуждане от 3-ти хармоник се произвежда серия EC синхронни генератори с мощност до 100 kW.
Интересно е да се използва обратно поле за възбуждане. При еднофазни двигатели, когато се възбуждат от обратната последователност (виж фиг. 4.81), теглото, размерите и енергийните характеристики могат да бъдат получени близки до характеристиките на трифазните асинхронни двигатели.
Ориз. 4.81.
Системите за възбуждане на синхронните машини са много разнообразни и до голяма степен определят конструкцията на една синхронна машина. Някои модификации на системите за възбуждане ще бъдат разгледани при изучаване на специални синхронни машини.
При разглеждане на принципа на работа на синхронен генератор беше установено, че на ротора на синхронен генератор е разположен източник на MMF (индуктор), който създава магнитно поле в генератора. С помощта на задвижващ двигател (PD) роторът на генератора се върти със синхронна честота n 1 . В този случай магнитното поле на ротора също се върти и, свързвайки се с намотката на статора, индуцира ЕМП в него.
Синхронните двигатели са структурно почти същите като синхронните генератори. Те също се състоят от статор с намотка и ротор. Следователно, независимо от режима на работа, всяка синхронна машина се нуждае от процеса на възбуждане - индукция на магнитно поле в нея.
Основният метод за възбуждане на синхронните машини е електромагнитният възбуждане, чиято същност е, че намотката на възбуждане е разположена на полюсите на ротора. Когато постоянен ток преминава през тази намотка, възниква MMF на възбуждане, което индуцира магнитно поле в магнитната система на машината.
Доскоро за захранване на намотката на възбуждане се използваха специални генератори за постоянен ток с независимо възбуждане, наречени възбудители B (фиг. 1.1, а) , чиято възбудителна намотка (OV) получава постоянен ток от друг генератор (паралелно възбуждане), наречен подвъзбудител (PV). Роторът на синхронната машина и котвите на възбудителя и подвъзбудителя са разположени на общ вал и се въртят едновременно. В този случай токът навлиза в намотката на възбуждане на синхронната машина през контактни пръстени и четки. За управление на тока на възбуждане се използват регулиращи реостати, които са включени във веригата на възбуждане на възбудителя (r 1) и подвъзбудител (r 2).
В синхронните генератори със средна и висока мощност процесът на регулиране на тока на възбуждане е автоматизиран.
В синхронни генератори с висока мощност - турбогенератори - понякога като възбудител се използват алтернатори от индукторен тип (виж § 23.6). На изхода на такъв генератор се включва полупроводников токоизправител.
Ориз. 1.1.
Регулирането на тока на възбуждане на синхронния генератор в този случай се извършва чрез промяна на възбуждането на индукторния генератор.
В синхронните генератори е използвана система за безконтактно електромагнитно възбуждане, при която синхронният генератор няма контактни пръстени на ротора.
В този случай като възбудител се използва и алтернатор (фиг. 1.1, 5), в който намотката 2, в която се индуцира ЕМП (намотка на котвата), е разположена на ротора, а намотката на възбуждане 1 е разположена на статора. В резултат на това намотката на котвата на възбудителя и намотката на възбуждане на синхронната машина се оказват въртящи се и техните електрическа връзкаизвършва се директно, без контактни пръстени и четки. Но тъй като възбудителят е генератор на променлив ток и възбудителната намотка трябва да се захранва с постоянен ток, тогава на изхода на намотката на котвата на възбудителя, полупроводников преобразувател 3, фиксиран на вала на синхронната машина и въртящ се заедно с възбудителната намотка на синхронната машина и арматурната намотка на възбудителя. Захранването с постоянен ток на възбудителната намотка 1 на възбудителя се осъществява от подвъзбудителя (PV) - DC генератор.
Липсата на плъзгащи се контакти във възбудителната верига на синхронна машина позволява да се повиши нейната надеждност на работа и да се повиши ефективността.
В синхронните генератори, включително хидрогенераторите (виж § 1.2), принципът на самовъзбуждане е широко разпространен (фиг. 1.2, а), когато променливотоковата енергия, необходима за възбуждане, се взема от намотката на статора на синхронния генератор и чрез стъпка- понижаващ трансформатор и токоизправителен полупроводников преобразувател (PP) се преобразува в постоянен ток. Принципът на самовъзбуждане се основава на факта, че първоначалното възбуждане на генератора възниква поради остатъчния магнетизъм на магнитната верига на машината.
Ориз. 1.2.
На фиг. 1.2, b показва блокова диаграма автоматична системасамовъзбуждане на синхронен генератор (SG) с токоизправителен трансформатор (VT) и тиристорен преобразувател (TC), чрез който променливотоковото захранване от веригата на статора на SG, след като се преобразува в постоянен ток, се подава в намотката на възбуждане. Тиристорният преобразувател се управлява с помощта на автоматичен регулатор на възбуждане ARV, към входа на който се получават сигнали за напрежение на изхода на SG (през трансформатора на напрежение VT) и тока на натоварване на SG (от токовия трансформатор TT) . Веригата съдържа защитен блок BZ, който осигурява защита на възбуждащата намотка и тиристорния преобразувател на ТР от пренапрежение и претоварване по ток.
В съвременните синхронни двигатели за възбуждане се използват тиристорни възбудители, които са свързани към мрежа с променлив ток и осъществяват автоматично управлениеток на възбуждане в различни режими на работа на двигателя, включително преходни. Този метод на възбуждане е най-надеждният и икономичен, тъй като ефективността на тиристорните възбудители е по-висока от тази на DC генераторите. Промишлеността произвежда тиристорни възбудители за различни напрежения на възбуждане с допустима стойност на постоянен ток 320 A.
В съвременните серии синхронни двигатели най-широко се използват възбудителни тиристорни устройства от типове TE8-320/48 (напрежение на възбуждане 48 V) и TE8-320/75 (напрежение на възбуждане 75 V). Мощността на възбуждане обикновено е между 0,2% и 5% от полезната мощност на машината (по-ниската стойност се отнася за големи машини).
В синхронните машини с ниска мощност се използва принципът на възбуждане от постоянни магнити, когато постоянните магнити са разположени на ротора на машината. Този метод на възбуждане позволява да се спаси машината от намотката на възбуждане. В резултат на това конструкцията на машината става по-проста, по-икономична и по-надеждна. Въпреки това, поради недостига на материали за производството на постоянни магнити с голям запас от магнитна енергия и сложността на тяхната обработка, използването на възбуждане от постоянни магнити е ограничено само до машини с мощност не повече от няколко киловата .
Според метода на възбуждане синхронните машини се разделят на два вида:
Възбуждане от независим тип.
Самовъзбуждане.
При независимо възбуждане веригата предполага наличието на подвъзбудител, който захранва: намотка на главния възбудител, реостат за регулиране, контролни устройства, регулатори на напрежението и др. В допълнение към този метод, възбуждането може да се извърши от генератор, който изпълнява спомагателна функция, той се задвижва от синхронен или асинхронен двигател.
За самовъзбуждане , намотката се захранва чрез токоизправител, работещ на полупроводници или йонен тип.
За турбо и хидрогенератори се използват тиристорни възбудители. Токът на възбуждане е регулируем в автоматичен режим, с помощта на регулатор на възбуждане, за машини с ниска мощност е типично използването на регулиращи реостати, те са включени във веригата на намотката на възбуждане.
27. Предимства и недостатъци на синхронен двигател.
Синхронният двигател има няколко предимства пред асинхронния:
1. Висок коефициент на мощност cosФ=0,9.
2. Възможността за използване на синхронни двигатели в предприятията за увеличаване на общия фактор на мощността.
3. Висока ефективност, тя е повече от a синхронен двигателс (0,5-3%) това се постига чрез намаляване на загубите в мед и големи CosФ.
4. Притежава голяма издръжливост, причинена от увеличената въздушна междина.
Въртящият момент на синхронен двигател е право пропорционален на напрежението на първа степен. Тоест, синхронният двигател ще бъде по-малко чувствителен към промени в големината на мрежовото напрежение.
Недостатъци на синхронния двигател:
1. Сложността на оборудването за изстрелване и високата цена.
2. Синхронните двигатели се използват за задвижване на машини и механизми, които не се нуждаят от промяна на скоростта, както и за механизми, при които скоростта остава постоянна при промяна на натоварването: (помпи, компресори, вентилатори.)
Стартиране на синхронен двигател.
Поради липсата на пусков момент в синхронния двигател, за стартирането му се използват следните методи:
2. Старт на асинхронен двигател.
1. Стартирайте с допълнителен двигател.
Пускането на синхронен двигател с помощта на спомагателен двигател може да се извърши само без механично натоварване на неговия вал, т.е. практически празен. В този случай за периода на стартиране двигателят временно се превръща в синхронен генератор, чийто ротор се задвижва от малък спомагателен двигател. Статорът на този генератор е свързан паралелно към мрежата при спазване на всички необходими условия за това свързване. След свързване на статора към мрежата, спомагателният задвижващ двигател се изключва механично. Този метод на стартиране е сложен и има в допълнение спомагателен двигател.
2. Старт на асинхронен двигател.
Най-често срещаният начин за стартиране на синхронни двигатели е асинхронният старт, при който синхронният двигател се превръща в асинхронен двигател за времето на стартиране. За да се даде възможност за образуване на асинхронен стартов въртящ момент, в жлебовете на полюсните накрайници на двигател с изпъкнал полюс се поставя стартова намотка с късо съединение. Тази намотка се състои от месингови пръти, вкарани в жлебовете на върховете и съединени накъсо в двата края с медни пръстени.
При стартиране на двигателя намотката на статора е свързана към мрежата за променлив ток. Възбуждащата намотка (3) за периода на пускане е затворена до известно съпротивление Rg, фиг. 45, ключ K е в позиция 2, съпротивление Rg = (8-10) Rv. В началния момент на стартиране при S = 1, поради големия брой навивки на намотката на възбуждането, въртящото се магнитно поле на статора ще индуцира EMF Ev в намотката на възбуждането, което може да достигне много голяма стойност и ако стартовата намотка не е включена за съпротивление Rg, ще настъпи разрушаване на изолацията.
Ориз. 45 Фиг. 46.
Процесът на стартиране на синхронен двигател се извършва на два етапа. Когато намотката на статора (1) е свързана към мрежата, в двигателя се образува въртящо се поле, което ще индуцира ЕМП в късо съединената намотка на ротора (2). Под действието, което ще тече в прътите ток. В резултат на взаимодействието на въртящо се магнитно поле с ток се създава въртящ момент в намотка с късо съединение, както при асинхронен двигател. Благодарение на този момент роторът се ускорява до приплъзване близо до нула (S=0,05), фиг. 46. Това завършва първия етап.
За да може роторът на двигателя да бъде изтеглен в синхрон, е необходимо да се създаде магнитно поле в него чрез включване на възбуждащата намотка за постоянен ток (3) (чрез превключване на ключа K в позиция 1). Тъй като роторът се ускорява до скорост, близка до
към синхронен, тогава относителната скорост на полетата на статора и ротора е малка. Полюсите плавно ще се намерят един друг. И след поредица от приплъзвания противоположните полюси ще бъдат привлечени и роторът ще бъде изтеглен в синхрон. След това роторът ще се върти със синхронна скорост, като скоростта му на въртене ще бъде постоянна, фиг. 46. С това приключва вторият етап от изстрелването.
Синхронните машини използват няколко системи за възбуждане.
Система за възбуждане на електрически машини с възбудител за постоянен ток (Фиг. 1). В тази система като източник се използва специален генератор на постоянен ток (DCG), наречен възбудител.
Системите за възбуждане се разделят на два вида - директни и индиректни. При системите с директно възбуждане котвата на възбудителя е свързана с вала на синхронната машина. При индиректните системи за възбуждане възбудителят се задвижва от двигател, който се захранва от спомагателните шини на електроцентралата или спомагателен генератор. Спомагателният генератор може да бъде свързан към вала на синхронната машина или да работи самостоятелно. Директните системи са по-надеждни, тъй като в случай на аварийни ситуации в електроенергийната система роторът на възбудителя продължава да се върти заедно с ротора на синхронната машина и намотката на възбуждането не се изключва веднага.
Ориз. 1. Система за възбуждане на електромашини: LG LE- намотка на възбудител G.E.; R Ш1 - регулиращо съпротивление
Класическата система за възбуждане на синхронните машини се състои от възбудител под формата на паралелен генератор на възбуждане на общ вал със синхронна машина (възбудител на електрическа машина). При нискоскоростни машини с мощност до 5000 kW, за да се намали масата и цената на възбудителите, последните понякога се свързват към вала на синхронна машина с помощта на задвижване с клиновиден ремък. Хидрогенераторите също обикновено имат възбудител на същия вал като генератора.
За гасене на магнитното поле се използва машина за гасене на поле (AGP), която се състои от контактори К1, К2и охлаждащ (разряден) резистор Р П. Покриването на полето се извършва в следния ред. Когато контакторът е включен К1контакторът се включва К2, затваряне на намотката на възбуждане към резистор , където Р Б- съпротивление на намотката на възбуждане. Тогава контакторът се отваря. К 1и токът във веригата на възбудителната намотка на генератора започва да намалява (изчезва) с времевата константа ( Л Б- индуктивност на намотката на възбуждане) в съответствие с уравнението (фиг. 2).
Токът на възбуждане може да се намали до нула чрез изключване само на един контактор ДА СЕ 1 без включен охлаждащ резистор РП. Токът на възбуждане в този случай би изчезнал почти моментално. Но мигновено прекъсване на веригата на възбуждане е неприемливо, тъй като поради голямата индуктивност на намотката на възбуждане, в нея ще се индуцира голяма самоиндукционна ЕДС, надвишаваща номиналното напрежение няколко пъти, в резултат на което ще настъпи разбивка на изолацията на тази намотка е възможна. В допълнение, контакторът ДА СЕ 1, прекъсването би освободило голямо количество енергия, съхранена в магнитното поле на възбуждащата намотка, и поради голяма дъга, контактите биха били унищожени. При големите машини затихването на възбудителния ток при наличие на охлаждащ резистор става с времеконстанта около 1 s.
Възбуждането се форсира чрез шунтиране на резистора R W1включени във възбудителната верига на възбудителя.
Ориз. 2. Затихване на тока на възбуждане при гасене на полето
Въпреки това, мощни нискоскоростни генератори с n p\u003d 60-150 об / мин, размерите и цената на възбудителя поради значителната му мощност и ниска скорост са големи. В допълнение, възбудителите с ниска скорост, поради големия си размер, имат голяма електромагнитна инерция, което намалява ефективността на автоматичното управление и форсирането на възбуждането. Следователно системите за възбуждане се използват и под формата на отделен високоскоростен блок ( n p\u003d 750-1500 об / мин), състоящ се от асинхронен двигател и DC генератор. В този случай асинхронният двигател получава захранване от специален спомагателен синхронен генератор, разположен на същия вал като главния хидрогенератор, а в някои случаи и от спомагателните гуми на хидростанцията или от изходите на главния хидрогенератор. В последния случай възбудителната единица е подложена на влиянието на аварии в електроенергийната система (късо съединение и т.н.) и следователно, за да се увеличи надеждността му, задвижването на асинхронни двигатели се изпълнява с повишен максимален въртящ момент (M max ≥4 М н) , и понякога тези агрегати са оборудвани и с маховици. Резервните възбудители на електроцентралите също се изпълняват под формата на отделни възбудители, които служат за резервиране на собствените възбудители на генераторите в случай на аварии и неизправности.
Турбогенераторите с мощност до P n = 100 MW също обикновено имат възбудители под формата на DC генератори на вала си. Въпреки това, когато P n > 100 MW, мощността на възбудителите става толкова голяма, че тяхната производителност при n p= 3000-3600 rpm, според условията на надеждност на превключването се оказва трудно или дори невъзможно. В този случай се прилагат различни решения. Например възбудители със скорост на въртене n p\u003d 750 - 1000 об / мин, свързани към вала на турбогенератора с помощта на скоростна кутия, както и възбудителни агрегати с асинхронни двигатели, захранвани от шините на станцията или от изходите на генератора.
Мощността на възбудителя обикновено е 0,3-3% от мощността на синхронния генератор. Задвижва се от вала на синхронен генератор. Ток на възбуждане на голяма синхронна машина аз B е сравнително голям и възлиза на няколкостотин и дори хиляди ампера. Следователно, той се регулира с помощта на реостати, инсталирани във веригата на възбуждане на патогена. Възбуждането на възбудителя се извършва по схемата самовъзбуждане(фиг. 1) или независимо възбужданеот специален генератор за постоянен ток, наречен подвъзбудител(фиг. 3). Подвъзбудителят работи със самовъзбуждане и съпротивлението на резистора R W2не се променя по време на работа на генератора.
Ориз. 3. Система за възбуждане на електрическа машина с подвъзбудител: LG- възбуждаща намотка на синхронния генератор; LE- Намотка на възбудител G.E.; Ел Ей- намотка на възбудител GEA
Комбинирана възбудителна система с DC възбудител (фиг. 4). IN модерни системивъзбуждане, широко се използва принципът на компаундиране, т.е. автоматична промянасила на намагнитване на възбуждане при промяна на тока на натоварване на синхронния генератор. Тъй като в арматурната намотка на синхронна машина протича променлив ток, а във възбуждащата намотка 2 протича постоянен ток, в комбиниращите вериги на синхронните машини се използват полупроводникови токоизправители.
На фиг. 4 електрическа схемакомбинирана система за възбуждане с намотка на възбудител на възбудител за постоянен ток 4 свързан към арматурата на възбудителя 3 с реостат 6 и в допълнение към токоизправителите 9, захранвани от серийни трансформатори 7. Намотка на генератора на празен ход 4 получава захранване само от котвата 3. С нарастването на тока на натоварване на генератора 1 волтаж вторична намоткатрансформатор 7 ще расте и дори при малък товар това напрежение, коригирано от токоизправителя 9, съответстват на напрежението на намотката 4. С по-нататъшно увеличаване на натоварването, намотката 4 ще се захранва от трансформатор 7 и следователно токът на тази намотка и токът на възбуждане на генератора ще се увеличават с увеличаване на натоварването.
С увеличаване на съпротивлението на инсталационния реостат 8 напрежение, подавано към токоизправителите 9, и комбиниращото действие на трансформатора 7 ще се увеличи. При къси съединениясмесващото устройство извършва принудително възбуждане.
Ориз. 4. Възбудителна система с токово компаундиране
Комбиниращото действие на схемата на фиг. 4 зависи само от стойността на тока на натоварване и не зависи от неговата фаза. Следователно при индуктивен товар това действие е по-слабо, отколкото при резистивен товар. Такова комбиниране се нарича токово комбиниране и в същото време постоянството на напрежението Uв рамките на нормалните натоварвания е възможно да се поддържат до ± (5-10)%. Такава точност за съвременните инсталации е недостатъчна и затова във веригите на фиг. 4 се използва допълнителен коректор или автоматичен регулатор на напрежение //, който е свързан с трансформатор 10 с генераторни скоби, както и с регулиращ реостат 8. Регулатор 11 реагира на промени в напрежението Uи ток / и подава постоянен ток към допълнителната намотка на възбуждане на възбудителя 5.
Клапанни системи за възбуждане могат да бъдат конструирани за висока мощност и са по-надеждни от електрическите машини. Има три вида системи за възбуждане на клапани: самовъзбуждащи се, независими и безчетков.
В система със самовъзбуждане (фиг. 6) енергията за възбуждане на синхронна машина се взема от намотката на котвата на главния генератор и след това се преобразува от статичен преобразувател PU (тиристорен преобразувател)в енергия на постоянен ток, която влиза във възбудителната намотка. Първоначалното възбуждане на генератора възниква поради остатъчното намагнитване на неговите полюси.
Ориз. 6. Вентилна система за възбуждане на синхронен генератор със самовъзбуждане: LG- възбуждаща намотка на генератора; PU- Преобразувател с регулатор на напрежението; телевизор- трансформатор на напрежение, който намалява напрежението, подадено към намотката на възбуждане; ТА- токов трансформатор, който служи за поддържане на напрежението на възбуждане при промяна на натоварването на генератора
В независима система за възбуждане на клапана (фиг. 7) енергията за възбуждане се получава от специален възбудител GN, направен под формата на трифазен синхронен генератор. Неговият ротор е разположен на главния вал на генератора. AC напрежениевъзбудител се коригира и се подава в намотката на възбуждане.
Един вид независима система за възбуждане на клапана е безчеткова система за възбуждане. В този случай върху вала на главната синхронна машина е поставена арматура на променливотоков възбудител с трифазна намотка.
Ориз. 7. Вентилно независима възбудителна система: GN - възбудител за променлив ток (синхронен); LN - възбудителна намотка на възбудителя; GEA - подвъзбудител;
LA - намотка на възбуждане на подвъзбудител; PU - преобразуващо устройство с регулатор на напрежението
Променливото напрежение на тази намотка чрез токоизправителен мост, монтиран на вала на машината, се преобразува в постоянно напрежение и директно (без пръстени) се подава към възбуждащата намотка на главния генератор. Възбуждащата намотка на възбудителя е разположена на статора и получава захранване от подвъзбудителя или регулатора на напрежението.
. Характеристика на тези машини е, че те използват постоянни магнити за създаване на магнитно възбуждащо поле. На ротора най-често се поставят постоянни магнити, което прави машината безконтактна. Синхронните машини с постоянен магнит се използват широко като малки генератори на енергия и микромотори.
Недостатъците на такива машини включват трудността при регулиране на магнитния поток, високата цена, ниската граница на мощността (поради ниската механична якост на ротора с постоянен магнит), както и увеличената маса на машините със средна мощност.
Произвеждат се синхронни генератори с постоянни магнити с мощност, която не надвишава няколко десетки киловата. Широко приложение намират синхронните двигатели с постоянни магнити и асинхронен старт. Роторите на такива двигатели комбинират елементи на синхронен двигател - постоянни магнити и индукционен двигател - клетка на катерица, необходима за стартиране.
4. Синхронни машини с постоянно магнитно възбуждане
Характеристика на тези машини е, че те използват постоянни магнити за създаване на магнитно възбуждащо поле. На ротора най-често се поставят постоянни магнити, което прави машината безконтактна. Синхронните машини с постоянен магнит се използват широко като малки генератори на енергия и микромотори.
Предимствата на машините с постоянни магнити са простота на дизайна, липса на плъзгащ контакт, висока ефективност и по-малко нагряване поради липсата на загуби в намотката: възбуждане и плъзгащ контакт. Голямо предимство на тези машини е и липсата на източник на постоянен ток за тяхното възбуждане.
Недостатъците на такива машини включват трудността при регулиране на магнитния поток, високата цена, ниската граница на мощността (поради ниската механична якост на ротора с постоянен магнит), както и увеличената маса на машините със средна мощност.
Произвеждат се синхронни генератори с постоянни магнити с мощност, която не надвишава няколко десетки киловата. Широко приложение намират синхронните двигатели с постоянни магнити и асинхронен старт. Роторите на такива двигатели комбинират елементи на синхронен двигател - постоянни магнити и индукционен двигател - клетка на катерица, необходима за стартиране.
Постоянните магнити могат да имат радиално и аксиално разположение на ротора. В първия случай магнитът 1 има формата на звездичка (фиг. 7), върху него е притиснат стоманен пръстеновиден пакет 2, в жлебовете на който са разположени пръчките на катеричката.
Ориз. 7. Синхронен двигател с радиално разположение на постоянни магнити върху ротора: 1 - постоянни магнити; 2 - роторен пакет; 3 - статор
Междуполюсните слотове са направени в стоманата на пръстеновидния пакет, за да се намалят потоците на изтичане на магнити. Във втория случай на вала е разположен ротор 2 според вида на ротора на асинхронен двигател, а от едната или от двете страни на този пакет са поставени постоянни магнити 1 (фиг. 8), в този случай има е и спирачен (генераторен) момент. Спирачният момент се появява в резултат на взаимодействието на магнитното поле на възбудените полюси на ротора с токовете, индуцирани от него в намотката на статора 3. На фиг. 9 показва кривите на асинхрон Ма, спирачка М T и получените M моменти на двигателя по време на асинхронно стартиране.
Ориз. 8. Синхронен двигател с аксиално разположение на постоянни магнити върху ротора: I - постоянен магнит; 2 - роторен пакет; 3 - статор
Ориз. 9. Пускови характеристики на двигателя с постоянен магнит
Стартовите характеристики на двигателите с постоянни магнити са по-лоши от тези на хистерезисните двигатели, но те имат по-добри енергийни характеристики, повишена способност за претоварване и стабилност на скоростта.
Синхронните двигатели за промишлена употреба получават електромагнитно възбуждане от независим източник на постоянен ток. Като такива източници се използват следните източници: DC генератори (възбудители), които могат да бъдат разположени на един вал със синхронен двигател (фиг. 7.6.6) или задвижвани от отделен двигател (фиг. 7.6, i); тиристорно управлявани токоизправители, които могат да се захранват от промишлена мрежа (фиг. 7.6, V),или от специален алтернатор, разположен на същия вал със синхронен двигател. В последния случай (фиг. 7.6, d) полупроводниковите токоизправители са разположени на ротора на синхронна машина (система с въртящи се токоизправители), следователно не са необходими четки и пръстени за подаване на ток към намотката на възбуждане, т.е. става синхронна машина безконтактен.
По време на ускорение, когато двигателят работи в асинхронен режим, възбудителят може да бъде свързан към намотката на ротора с изключен възбудител (схема със сляпо свързан възбудител),и може да бъде изключен от възбудителната намотка чрез контактора KM (вижте диаграмите на фиг. 7.1 и 7.6). В последния случай намотката на възбуждане е късо или късо съединение. Невъзможно е да оставите краищата на възбуждащата намотка отворени по време на ускорението, тъй като при големи приплъзвания в намотката се индуцира значителна ЕМП на приплъзване.
При използване на тиристорен преобразувател или ротационни токоизправители като възбудител, намотката на възбуждането се свързва накъсо през шунтовите тиристори по време на стартиране.
Ориз.А- от отделен мотор-генератор; 6 - от генератор, разположен на вала на синхронен двигател; V- от тиристорен възбудител; d- от вградения генератор
Разгледайте схемата на фиг. 7.6, c. При стартиране на двигателя в асинхронен режим напрежението на тиристорния преобразувател UDе равно на нула. Във възбуждащата намотка се индуцира променлива плъзгаща е.д.с., под действието на която през ценеровите диоди VDспомагателните тиристори са отворени СРЕЩУ,и възбуждащата намотка се затваря на разрядното съпротивление Р.Когато двигателят достигне субсинхронна скорост, плъзгащата едс става ниска, ценеровите диоди се изключват и тиристорите СРЕЩУизключете съпротивлението на разреждане, след което се подава постоянен ток към намотката на възбуждане от преобразувателя UD.
През последните години възбудителите, вградени в конструкцията на синхронна машина, станаха широко разпространени (виж фиг. 7.6, d). Възбудителят се състои от синхронен генератор G, чийто ротор е разположен на вала на синхронния двигател D, неконтролиран токоизправител, спомагателни тиристори СРЕЩУи съпротивление на разряд R2И R3,също поставен върху вала на синхронен двигател. Токът на възбуждане се контролира чрез промяна на тока на възбуждане на генератора G. При достигане на субсинхронна скорост веригите, които шунтират намотката на възбуждане, се отварят и към намотката се подава постоянен ток, след което двигателят се изтегля в синхрон, неговият скорост достига синхронна и след това работи в синхронен режим.
Регулирането на тока на възбуждане на двигателя по време на работа в синхронен режим се извършва, като правило, от ACS на възбуждане. Изпълнява две основни функции. Първият е да се осигури стабилна работа в синхронен режим. Когато натоварването скочи или когато захранващото напрежение намалее, ACS на възбуждане форсира (увеличава) тока на възбуждане, като по този начин увеличава максималния въртящ момент на двигателя в синхронен режим (виж Фиг. 7.4). Второто е осъществяването на автоматично управление на реактивната мощност, циркулираща в статорната верига на двигателя.
Структурна схемавъзбуждащ ток обикновено се изгражда двуверижен (фиг. 7.7). Веригата на вътрешния възбудителен ток служи за стабилизиране даден токвъзбуда. Регулаторът на тока на възбуждане p () се приема пропорционално или пропорционално-интегрално. Гарантирането, че определеното f се поддържа постоянно, се постига чрез генериране на сигнал за настройка на възбуждащия ток с положителна обратна връзка въз основа на стойността на реалното f на веригите на статора:
Ако токът на възбуждане, съответстващ на U Bнедостатъчен за получаване на даден фактор на мощността при даден товар, тогава обратната връзка за смесване увеличава тока на възбуждане. Увеличаването на коефициента повишава точността на поддържане на даденото f, но причинява колебания в тока на статора при прилагане на натоварването. За да се намали колебанието на тока на статора, веригата осигурява гъвкава обратна връзка за ефективната стойност на тока на статора. гъвкав обратна връзкаформа като диференцираща връзка с филтър.
