ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.01.2024
Просмотров: 282
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
2.5.4. Реакторный пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
Более универсальным является способ пуска понижением подводимого к асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором напряжения посредством реакторов (реактивных катушек — дросселей).
Реакторный пуск осуществляется следующим образом. Сначала двигатель получает питание через трехфазный реактор (реактивную или индуктивную катушку), сопротивление которого ограничивает величину пускового тока. При этом ток из сети поступает в обмотку статора через реакторы, на которых происходит падение напряжения за счет индуктивного сопротивление реактора. В результате на обмотку статора подается пониженное напряжение. По достижении нормальной частоты вращения включается выключатель, который шунтирует реактор, в результате чего на двигатель подается нормальное напряжение сети.
Пусковые реакторы строятся обычно с ферромагнитным сердечником и рассчитываются по нагреву только на кратковременную работу, что позволяет снизить их вес и стоимость. Для весьма мощных двигателей применяются также реакторы без ферромагнитного сердечника, с обмотками, укрепленными на бетонном каркасе.
Если составляющие сопротивления короткого замыкания двигателя равны rк и xк ,то начальный пусковой ток при прямом пуске определяется по формуле:
(2.31)При реакторном пуске, пренебрегая активным сопротивлением реактора начальный пусковой ток определяется по формуле:
(2.32)Следовательно, при реакторном пуске начальный пусковой ток уменьшается в
раз. Во столько же раз уменьшается и напряжение на зажимах двигателя в начальный момент пуска. Начальный пусковой момент при реакторном пуске уменьшается по сравнению с моментом при прямом пуске в 
раз.Недостаток этого способа пуска состоит в том, что уменьшение напряжения сопровождается существенным уменьшением пускового момента.
2.5.5. Автотрансформаторный пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
Автотрансформаторный пуск осуществляется в следующем порядке. Сначала через автотрансформатор на статор асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором подается пониженное напряжение. При этом пусковой ток асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, измеренный на выходе автотрансформатора, уменьшается в К раз, где К — коэффициент трансформации автотрансформатора. Что же касается тока на входе автотрансформатора, то он уменьшается в К2 раз по сравнению с пусковым током при прямом включении двигателя в сеть. Дело в том, что в понижающем автотрансформаторе первичный ток меньше вторичного в К раз и поэтому уменьшение пускового тока при автотрансформаторном пуске составляет К2 раз.
Таким образом, при автотрансформаторном пуске момент и ток асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором уменьшаются в одинаковое число раз.
После достижения ротора двигателя определенной частоты вращения выключатель отключается, и двигатель получает питание через часть обмотки автотрансформатора, который в этом случае работает как реактор. Затем включается следующий выключатель, в результате чего двигатель получает полное напряжение.
Пусковые автотрансформаторы рассчитываются на кратковременную работу. Согласно ГОСТ 3211—46, пусковые автотрансформаторы должны иметь ответвления, соответствующие величинам вторичного напряжения 45, 36 и 27%. В каждом конкретном случае выбирается подходящая ступень напряжения.
Как и предыдущие способы пуска при пониженном напряжении, автотрансформаторный способ пуска сопровождается уменьшением пускового момента, так как значение последнего прямо пропорционально квадрату напряжения. С точки зрения уменьшения пускового тока автотрансформаторный способ пуска лучше реакторного, но некоторая сложность пусковой операции и повышенная стоимость пусковой аппаратуры (понижающий автотрансформатор и переключающая аппаратура) несколько ограничивают применение этого способа пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.
2.5.6. Пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при изменении частоты питающей сети f1
Этот способ позволяет плавно изменять угловую частоту вращения ротора в наиболее широком диапазоне и, следовательно, позволяет уменьшить пусковые токи. Для его осуществления требуется, чтобы асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором получал питание от отдельного источника. В качестве такого источника могут быть использованы электромеханические или статические преобразователи частоты. В связи с развитием полупроводниковой техники в настоящее время наиболее предпочтительными являются полупроводниковые статические преобразователи.
При частотном пуске одновременно с изменением частоты f1 приходится по определенному закону изменять и подводимое к обмотке статора напряжение U1. Это обусловлено определенными требованиями, предъявляемыми к механическим характеристикам асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
Максимальный момент двигателя приближенно (пренебрегая сопротивлением r1) определяется по формуле:
(2.33)где КД — постоянный коэффициент асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
Отношение моментов Мmах при двух значениях частоты будет равно:
(2.34)где индексы (1) и (2) относятся к различным угловым частотам вращения.
В общем виде закон изменения U1 при регулировании частоты f1:
(2.35)Если при пуске требуется, чтобы Мmах на механических характеристиках при любой частоте f1 оставался неизменным (пуск с постоянным моментом), то получим
(2.36)или
(2.37)Откуда следует, что для осуществления пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с постоянным моментом необходимо подводимое к обмотке статора напряжение изменять пропорционально его частоте.
При осуществлении закона регулирования (2.37) основной магнитный поток машины при различных значениях частоты f1 практически остается неизменным, т. е.
(2.38)При частотном пуске асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором его энергетические характеристики остаются практически неизменными. Поэтому этот способ пуска является экономичным. Недостатками частотного пуска являются громоздкость и высокая стоимость источника питания.
-
СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ
3.1. Общие положения
Синхронные машины — это машины переменного тока. По своему устройству они отличаются от асинхронных машин лишь конструкцией ротора, который может быть явнополюсным или неявнополюсным. Что же касается свойств, то синхронные машины отличаются от асинхронных синхронной скоростью вращения ротора (n2=n1=const) при любой нагрузке, а также возможностью регулирования коэффициента мощности.
Синхронные машины обратимы и могут работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя.
Синхронные генераторы составляют основу электротехнического оборудования электростанций, т. е. практически вся электроэнергия вырабатывается синхронными генераторами. Единичная мощность современных синхронных генераторов достигает миллиона киловатт и более. В крупных электроэнергетических установках синхронные машины иногда используются в качестве компенсаторов — генераторов реактивной мощности, позволяющих повысить коэффициент мощности всей установки.
Синхронная машина состоит из неподвижной части — статора — и вращающейся части — ротора. Статоры синхронных машин в принципе не отличаются от статоров асинхронных двигателей, т. е. состоят из корпуса, сердечника и обмотки.
Конструктивное исполнение статора синхронной машины может быть различным в зависимости от назначения и габаритов машины. Так, в многополюсных машинах большой мощности при наружном диаметре сердечника статора более 900 мм пластины сердечника делают из отдельных сегментов, которые при сборке образуют цилиндр сердечника статора. Корпуса статоров крупногабаритных машин делают разъемными, что необходимо для удобства транспортировки и монтажа этих машин.
Роторы синхронных машин могут иметь две принципиальные различающиеся конструкции: явнополюсную и неявнополюсную.
В энергетических установках по производству электроэнергии переменного тока в качестве первичных (приводных) двигателей синхронных генераторов применяют в основном три вида двигателей: паровые турбины, гидравлические турбины либо двигатели внутреннего сгорания (дизели). Применение любого из перечисленных двигателей принципиально влияет на конструкцию синхронного генератора.
Если приводным двигателем является гидравлическая турбина, то синхронный генератор называют гидрогенератором. Гидравлическая турбина обычно развивает небольшую частоту вращения (60—500об/мин), поэтому для получения переменного тока промышленной частоты (50 Гц) в гидрогенераторе применяют ротор с большим числом полюсов. Ротор гидрогенератора имеет явнополюсную конструкцию, т. е. с
явно выраженными полюсами, при которой каждый полюс выполняют в виде отдельного узла, состоящего из сердечника, полюсного наконечника и полюсной катушки. Все полюсы ротора закреплены на ободе, являющемся также и ярмом магнитной системы машины в котором замыкаются потоки полюсов. Гидрогенераторы обычно изготавливаются с вертикальным расположением вала.
Паровая турбина работает при большой скорости вращения, поэтому приводимый ею во вращение генератор, называемый турбогенератором, является быстроходной синхронной машиной. Ротор этих генераторов выполняют либо двухполюсным (n1=3000 об/мин), либо четырехполюсным (n1=1500 об/мин).
Рисунок 3.1 - Синхронный генератор
1 — контактные кольца, 2 — щеткодержатели, 3 — полюсная катушка ротора, 4 — полюсный наконечник, 5 — сердечник статора, 6 — вентилятор, 7 — вал
В процессе работы турбогенератора на его ротор действуют значительные центробежные силы. Поэтому по условиям механической прочности в турбогенераторах применяют неявнополюсный ротор, имеющий вид удлиненного стального цилиндра с профрезерованными на поверхности продольными пазами для обмотки возбуждения. Сердечник неявнополюсного ротора изготавливают в виде цельной стальной поковки вместе с хвостовиками (концами вала) или же делают сборным. Обмотка возбуждения неявнополюсного ротора занимает лишь две трети его поверхности (по периметру). Оставшаяся поверхность образует полюсы. Для защиты лобовых частей обмотки ротора от разрушения действием центробежных сил ротор с двух сторон прикрывают стальными бандажными кольцами (каппами), изготавливаемыми обычно из немагнитной стали.
Турбогенераторы и дизель - генераторы изготавливают с горизонтальным расположением вала. Дизель - генераторы рассчитывают на частоту вращения 600—1500 об/мин и выполняют с явнополюсным ротором. Сердечник статора, запрессованный в стальной корпус, состоит из пакетов-сегментов, собранных из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Для лучшего охлаждения двигателя пакеты разделены радиальными вентиляционными каналами шириной по 10 мм. Обмотка статора двухслойная с укороченным шагом.
Сердечники полюсов ротора крепятся к корпусу шпильками. Обмотка ротора состоит из полюсных катушек. Контактные кольца крепятся на конце вала. На роторе имеются лопатки центробежного вентилятора. Подшипники скольжения установлены на подшипниковых полущитах. Генератор с торцовых сторон прикрыт стальными щитами. В обшивке корпуса имеются вентиляционные окна, прикрытые жалюзями. На боковой поверхности корпуса расположена коробка выводов.