Na rotoru sinhronog generatora nalazi se MMF izvor (induktor), koji stvara magnetsko polje u generatoru. Uz pomoć pogonskog motora (PD), rotor generatora se rotira sinhronom frekvencijom n 1 . U ovom slučaju, magnetsko polje rotora također se rotira i, u kontaktu sa namotom statora, inducira EMF u njemu.

Glavni metod uzbuđivanja sinhronih mašina je elektromagnetna pobuda, čija je suština da se na polove rotora postavlja pobudni namotaj. Kada jednosmjerna struja prođe kroz ovaj namotaj, nastaje pobudni MMF koji indukuje magnetno polje u magnetskom sistemu mašine.

Do nedavno su se za napajanje pobudnog namota koristili specijalni nezavisni uzbudni generatori jednosmerne struje, nazvani pobudnici B (Sl. 82, A),čiji je pobudni namotaj (OB) primao jednosmernu struju od drugog generatora (paralelna pobuda), koji se naziva podpobuđivač (SU). Rotor sinhrone mašine i armature pobuđivača i podpobuđivača nalaze se na zajedničkom vratilu i rotiraju se istovremeno. U tom slučaju struja ulazi u pobudni namotaj sinhrone mašine kroz klizne prstenove i četke. Za regulaciju struje pobude koriste se regulacijski reostati, spojeni u pobudni krug pobudnika ( r 1) i podpobuđivač ( r 2).

Kod sinhronih generatora srednje i velike snage proces regulacije pobudne struje je automatiziran.

U sinkronim generatorima velike snage - turbogeneratorima - ponekad se generatori naizmjenične struje induktorskog tipa koriste kao pobudnici. Na izlazu takvog generatora uključuje se poluvodički ispravljač. U ovom slučaju, struja pobude sinhronog generatora se podešava promjenom pobude induktorskog generatora.

Koristi se u sinhronim generatorima beskontaktni sistem elektromagnetne pobude, kod kojih sinhroni generator nema klizne prstenove na rotoru.

U ovom slučaju se kao uzbudnik koristi generator naizmjenične struje (slika 82, b), čiji namot 2, u kojem se inducira EMF (namotaj armature), nalazi se na rotoru, a pobudni namotaj 1 nalazi se na statoru. Kao rezultat toga, namotaj pobudne armature i pobudni namotaj sinkrone mašine ispadaju rotirajući, a njihova električna veza se izvodi direktno, bez kliznih prstenova i četkica. Ali budući da je uzbuđivač generator izmjenične struje, i pobudni namotaj mora biti napajan DC, tada se na izlazu namotaja pobudne armature uključuje poluvodički pretvarač 3, fiksiran na osovinu sinhrone mašine i rotirajući zajedno sa namotajem polja sinhrone mašine i namotom armature uzbuđivača. DC napajanje namotaja polja 1 Pobuđivač se napaja iz podpobuđivača (SU) – generatora jednosmerne struje.

Rice. 82. Kontaktni (a) i beskontaktni (b) elektromagnetni sistemi

pobuda sinhronih generatora

Odsustvo kliznih kontakata u krugu uzbude sinhrone mašine omogućava povećanje njegove operativne pouzdanosti i povećanje efikasnosti.

U sinhronim generatorima, uključujući hidrogeneratore, princip je postao široko rasprostranjen samouzbuđenje(Sl. 83, a), kada se energija naizmjenične struje potrebna za pobudu uzima iz namotaja statora sinhronog generatora i pretvara u energiju istosmjerne struje kroz opadajući transformator i ispravljački poluvodički pretvarač (SC). Princip samopobude zasniva se na činjenici da se početna pobuda generatora javlja zbog preostalog magnetizma magnetnog kola mašine.

Rice. 83. Princip samopobude sinhronih generatora

Na sl. 19.2, b predstavljena strukturna dijagram automatskog samouzbudnog sistema sinhroni generator (SG) sa ispravljačkim transformatorom (VT) i tiristorskim pretvaračem (TC), preko kojih se električna energija naizmjenične struje iz strujnog kruga SG-a, nakon konverzije u jednosmjernu struju, dovodi do pobudnog namotaja. Tiristorskim pretvaračem upravlja se pomoću automatskog regulatora pobude ARV, na čiji ulaz primaju naponske signale na izlazu SG (preko naponskog transformatora TN) i struju opterećenja SG (od strujnog transformatora CT). Kolo sadrži zaštitnu jedinicu BZ, koja osigurava zaštitu pobudnog namota i tiristorskog pretvarača TP od prenapona i strujnog preopterećenja.

U modernim sinhronim motorima koriste se za pobudu. tiristorski pobuđivači, uključen u mrežu naizmjenične struje i izvođenje automatska kontrola struja pobude u svim mogućim režimima rada motora, uključujući i one prolazne. Ova metoda uzbude je najpouzdanija i najekonomičnija, jer je efikasnost tiristorskih pobudnih uređaja veća od one kod generatora jednosmjerne struje. Industrija proizvodi tiristorske pobudne uređaje za različite pobudne napone sa dozvoljenom vrijednošću istosmjerne struje od 320 A.

U modernim serijama sinhronih motora najviše se koriste pobudni tiristorski uređaji tipa TE8-320/48 (napon pobude 48 V) i TE8-320/75 (napon pobude 75 V).

Snaga koja se troši na pobudu obično se kreće od 0,2 do 5% neto snage mašine (niža vrijednost se odnosi na strojeve velike snage).

Princip se koristi u sinhronim mašinama male snage pobuđivanje trajnim magnetima, kada se permanentni magneti nalaze na rotoru mašine. Ova metoda pobuđivanja omogućava da se mašina oslobodi od pobudnog namotaja. Kao rezultat toga, dizajn mašine je pojednostavljen, ekonomičniji i pouzdaniji. Međutim, zbog oskudice materijala za proizvodnju trajnih magneta s velikim zalihama magnetske energije i složenosti njihove obrade, upotreba pobude trajnim magnetima ograničena je na strojeve snage ne više od nekoliko kilovata.

Kontrolna pitanja

1. Koje metode postoje za uzbudljive sinhrone mašine?

2. Objasnite svrhu tiristorskog pretvarača u samopobudnom sistemu sinhronog generatora?

3. Objasnite strukturu rotora sa istaknutim i neispadljivim polovima?

4. Objasnite strukturu sinhronog motora serije SDN2?

5. Koje metode se koriste za pričvršćivanje stubova u sinhronim mašinama sa istaknutim stubovima?

6. Kako se osigurava neravnomjeran zračni zazor u sinhronoj mašini?

Dmitry Levkin

Dizajn sinhronog elektromotora sa pobudnim namotom

Sinhroni elektromotor s pobudnim namotom, kao i svaki rotirajući motor, sastoji se od rotora i statora. Stator je stacionarni dio, rotor je rotirajući dio. Stator obično ima standardni trofazni namotaj, a rotor je napravljen sa pobudnim namotom. Pobudni namotaj je spojen na klizne prstenove na koje se napajanje dovodi preko četkica.

Sinhroni motor sa namotajem polja (četke nisu prikazane)

Princip rada

Konstantna brzina rotacije sinhronog elektromotora postiže se interakcijom između konstantnog i rotacionog magnetnog polja. Rotor sinhronog elektromotora stvara konstantno magnetsko polje, a stator stvara rotirajuće magnetsko polje.

Rad sinhronog elektromotora zasniva se na interakciji rotirajućeg magnetnog polja statora i konstantnog magnetnog polja rotora

Stator: rotirajuće magnetno polje

Trofazni naizmjenični napon dovodi se do namotaja namotaja statora. Kao rezultat, stvara se rotirajuće magnetsko polje koje se rotira brzinom proporcionalnom frekvenciji napona napajanja. Više o tome kako se stvara trofazni napon napajanja možete pročitati u članku "".

Interakcija između rotirajućih (na statoru) i konstantnih (na rotoru) magnetnih polja

Rotor: konstantno magnetno polje

Namotaj rotora se pobuđuje izvorom istosmjerne struje kroz klizne prstenove. Magnetno polje stvoreno oko rotora, pobuđeno jednosmjernom strujom, prikazano je ispod. Očigledno, rotor se ponaša kao trajni magnet, jer ima isto magnetno polje (alternativno, može se zamisliti da je rotor napravljen od trajnih magneta). Razmotrimo interakciju rotora i rotirajućeg magnetnog polja. Pretpostavimo da date rotoru početnu rotaciju u istom smjeru kao i rotirajuće magnetsko polje. Suprotni polovi rotirajućeg magnetnog polja i rotor će biti privučeni jedan drugom i zalijepit će se zajedno pomoću magnetnih sila. To znači da će se rotor rotirati istom brzinom kao i rotirajuće magnetsko polje, odnosno rotor će se rotirati sinhronom brzinom.

Magnetna polja rotora i statora međusobno povezana

Sinhrona brzina

Brzina kojom se magnetsko polje rotira može se izračunati pomoću sljedeće jednadžbe:

• gdje je N s frekvencija rotacije magnetnog polja, rpm,
• f – frekvencija struje statora, Hz,
• p – broj parova polova.

To znači da se brzina sinhronog motora može vrlo precizno kontrolirati promjenom frekvencije struje napajanja. Stoga su ovi elektromotori prikladni za primjenu visoke preciznosti.

Direktno pokretanje sinhronog motora iz električne mreže

Zašto se sinhroni elektromotori ne pokreću iz električne mreže?

Ako rotor nema početnu rotaciju, situacija je drugačija od gore opisane. Sjeverni pol magnetnog polja rotora će biti privučen južnom polu rotirajućeg magnetnog polja i počet će se kretati u istom smjeru. Ali pošto rotor ima određenom trenutku inercije, njegova početna brzina će biti vrlo mala. Za to vreme, južni pol rotirajućeg magnetnog polja će biti zamenjen severnim polom. To će stvoriti odbojne sile. Kao rezultat toga, rotor će se početi okretati u suprotnom smjeru. Zbog toga se rotor neće moći pokrenuti.

Namotaj amortizera - direktno pokretanje sinhronog motora iz električne mreže

Da bi se ostvario samopokretanje sinhronog elektromotora bez upravljačkog sistema, između vrhova rotora postavlja se „kavez za vjeverica“, koji se naziva i prigušni namotaj. Kada se elektromotor pokrene, zavojnice rotora nisu pobuđene. Pod utjecajem rotirajućeg magnetnog polja, struja se inducira u zavojima "kaveza vjeverice" i rotor počinje da se okreće na isti način kao što su pokrenuti.

Kada rotor dostigne svoj maksimalna brzina, napajanje se dovodi do namotaja pobude rotora. Kao rezultat toga, kao što je ranije spomenuto, polovi rotora se spajaju s polovima rotirajućeg magnetskog polja i rotor počinje da se okreće sinkronom brzinom. Kada se rotor rotira sinhronom brzinom, relativno kretanje između kaveza i rotirajućeg magnetnog polja je nula. To znači da u kratkospojnim zavojima nema struje, pa stoga "kavez vjeverice" ne utječe na sinhroni rad elektromotora.

Izlazak iz sinhronizacije

Sinhroni elektromotori imaju konstantnu brzinu neovisnu o opterećenju (pod uvjetom da opterećenje ne prelazi maksimalno dozvoljeno). Ako je moment opterećenja veći od momenta koji stvara sam elektromotor, tada će on izaći iz sinkronizma i zaustaviti se. Nizak napon napajanja i nizak napon pobude također mogu uzrokovati nesinhronizam motora.

Sinhroni kompenzator

Sinhroni motori se također mogu koristiti za poboljšanje faktora snage sistema. Kada je jedina svrha upotrebe sinhronih motora poboljšanje faktora snage, oni se nazivaju sinhroni kompenzatori. U tom slučaju osovina motora nije povezana s mehaničkim opterećenjem i slobodno se okreće.

Sinhrone mašine koriste nekoliko sistema pobude.

Sistem pobude električne mašine sa DC uzbudnikom (Sl. 1). Ovaj sistem koristi specijalni generator jednosmerne struje (DCG) koji se zove uzbuđivač kao izvor.

Sistemi pobude su podijeljeni u dvije vrste - direktne i indirektne. U sistemima sa direktnom pobudom, armatura pobudnika je povezana sa osovinom sinhrone mašine. U sistemima indirektne pobude, uzbudnik se pokreće motorom, koji se napaja pomoću pomoćnih autobusa elektrane ili pomoćnog generatora. Pomoćni generator može biti spojen na osovinu sinhrone mašine ili raditi samostalno. Direktni sistemi su pouzdaniji od kada vanredne situacije u elektroenergetskom sistemu, rotor pobudnika nastavlja da se okreće zajedno sa rotorom sinhrone mašine i pobudni namotaj se ne isključuje odmah.

Rice. 1. Sistem pobude električne mašine: LG L.E.- pobudni namotaj pobudnika G.E.; R Š1 - otpor podešavanja

Klasični sistem pobude za sinhrone mašine sastoji se od pobuđivača u obliku paralelnog pobudnog generatora na zajedničkom vratilu sa sinhronom mašinom (elektromašinski uzbudnik). U strojevima male brzine snage do 5000 kW, kako bi se smanjila težina i trošak uzbuđivača, potonji su ponekad povezani na osovinu sinkrone mašine pomoću pogona klinastih remena. Generatori vodonika također obično imaju uzbudnik na istoj osovini kao i generator.

Za prigušivanje magnetnog polja koristi se automatska mašina za suzbijanje polja (AFC) koja se sastoji od kontaktora K 1, K2 i otpornik za gašenje (pražnjenje). R P. Blanširanje polja se vrši sljedećim redoslijedom. Kada je kontaktor uključen K 1 kontaktor se uključuje K2, zatvaranje pobudnog namotaja na otpornik, gdje R B-otpor pobudnog namotaja. Zatim se kontaktor otvara K 1, a struja u krugu pobudnog namota generatora počinje opadati (opadati) s vremenskom konstantom ( L B- induktivnost pobudnog namotaja) u skladu sa jednačinom (slika 2).

Struja pobude se može smanjiti na nulu isključivanjem samo jednog kontaktora TO 1 bez uključivanja otpornika za gašenje R P. Struja pobude bi u ovom slučaju nestala gotovo trenutno. Ali trenutni prekid u krugu pobude je neprihvatljiv, jer bi zbog visoke induktivnosti pobudnog namota u njemu inducirala velika samoinduktivna emf, koja bi nekoliko puta premašila nazivni napon, zbog čega bi došlo do sloma moguća je izolacija ovog namotaja. Osim toga, u kontaktoru TO 1, prilikom pucanja bi se oslobodila velika količina energije pohranjene u magnetskom polju pobudnog namota, a zbog velikog luka došlo bi do razaranja kontakata. Za velike strojeve, slabljenje struje pobude u prisustvu otpornika za gašenje događa se s vremenskom konstantom od oko 1 s.

Pobuda se forsira ranžiranjem otpornika R Š1 uključeno u pobudni krug pobudnika.

Rice. 2. Slabljenje pobudne struje kada se polje ugasi

Međutim, snažni generatori niske brzine sa n p=60-150 o/min, veličina i cijena uzbuđivača zbog njegove značajne snage i male brzine su veliki. Uz to, uzbudnici male brzine, zbog svoje velike veličine, imaju visoku elektromagnetnu inerciju, što smanjuje efikasnost automatskog upravljanja i pojačanja pobude. Stoga se sustavi pobude također koriste u obliku zasebne jedinice velike brzine ( n p=750-1500 o/min), koji se sastoji od asinhronog motora i DC generatora. U ovom slučaju, asinhroni motor dobiva snagu od posebnog pomoćnog sinkronog generatora koji se nalazi na istoj osovini kao i glavni hidraulični generator, au nekim slučajevima - od pomoćnih guma hidrauličke stanice ili sa terminala glavnog hidrauličkog generatora. U potonjem slučaju, pobuđivač je podložan utjecaju havarija u elektroenergetskom sistemu (kratki spojevi i sl.), pa se radi povećanja njegove pouzdanosti pogonski asinhroni motori izrađuju sa povećanim maksimalnim momentom (M max ≥4 M n) , a ponekad su ove jedinice opremljene i zamašnjacima. Rezervne pobudne jedinice za elektrane dostupne su i kao zasebne pobudne jedinice, koje služe za rezervnu podršku vlastitih pobudnika generatora u slučaju nezgoda i kvarova.

Turbogeneratori snage do P n = 100 MW također obično imaju pobudnike u obliku generatora jednosmjerne struje na svom vratilu. Međutim, pri Rn > 100 MW, snaga uzbuđivača postaje toliko velika da njihovo izvođenje na n p= 3000-3600 o/min, prema uvjetima pouzdanosti prebacivanja, ispada da je teško ili čak nemoguće. U ovom slučaju se koriste različita rješenja. Na primjer, uzbuđivači sa brzinom rotacije se široko koriste u inostranstvu n p=750 - 1000 o/min, spojeni na osovinu turbogeneratora pomoću mjenjača, kao i uzbudne jedinice sa asinhronim motorima koji primaju snagu sa autobusa stanice ili sa terminala generatora.

Snaga pobudnika je obično jednaka 0,3-3% snage sinhronog generatora. U rotaciju ga pokreće osovina sinhronog generatora. Struja pobude velike sinhrone mašine I B je relativno velik i iznosi nekoliko stotina pa čak i hiljada ampera. Stoga se regulira pomoću reostata ugrađenih u krug pobude pobudnika. Pobuđivač se pobuđuje prema shemi samouzbuđenje(Sl. 1) ili nezavisna ekscitacija iz posebnog DC generatora tzv poduzbuđivač(Sl. 3). Subexciter radi sa samopobudom i otporom otpornika R Š2 se ne mijenja tokom rada generatora.

Rice. 3. Sistem pobude električne mašine sa podpobuđivačom: LG- pobudni namotaj sinhronog generatora; L.E.- namotaj pobudnika G.E.; L.A.- pobudni namotaj podpobudnika G.E.A.

Složeni sistem pobude sa DC pobudnikom (Sl. 4). IN savremeni sistemi ekscitacije, princip kompaundiranja se široko koristi, odnosno automatska promjena magnetizirajuće pobudne sile kada se promijeni struja opterećenja sinhronog generatora. Budući da naizmjenična struja teče u namotaju armature sinhrone mašine, a jednosmjerna struja teče u pobudnom namotu, poluvodički ispravljači se koriste u sklopovima sinhronih strojeva.

Na prikazanoj slici. 4 shematski dijagram složeni sistem pobude sa DC pobudnim namotajem pobuđivača 4 spojen na pobudnu armaturu 3 sa reostatom 6 i, pored toga, na ispravljače 9, primanje energije iz serijskih transformatora 7. Namotaj generatora bez opterećenja 4 prima snagu samo od sidra 3. Kako se struja opterećenja generatora povećava 1 sekundarni napon transformatora 7 će se povećati, pa čak i pri malom opterećenju ovaj napon ispravlja ispravljač 9, jednak naponu namotaja 4. Uz daljnje povećanje opterećenja, namotavanje 4 će se napajati iz transformatora 7 i stoga će struja u ovom namotu i struja pobude generatora rasti s povećanjem opterećenja.

Sa povećanjem otpora podešavanja reostata 8 napon koji se dovodi do ispravljača 9, a efekat kompaundiranja transformatora 7 će se povećati. U slučaju kratkih spojeva, uređaj za mešanje izaziva pobudu.

Rice. 4. Sistem pobude sa kompaundiranjem struje

Složeni efekat kola na sl. 4 ovisi samo o vrijednosti struje opterećenja i ne ovisi o njegovoj fazi. Stoga je kod induktivnog opterećenja ovaj efekat slabiji nego kod aktivno opterećenje. Takvo spajanje naziva se struja, a u isto vrijeme napon je konstantan U unutar raspona normalnih opterećenja moguće je održati tačnost od ± (5-10)%. Takva tačnost je nedovoljna za moderne instalacije, pa stoga na dijagramima na sl. 4 koristi se dodatni korektor ili automatski regulator napona // koji je povezan preko transformatora 10 sa stezaljkama generatora, kao i sa instalacijskim reostatom 8. Regulator 11 reaguje na promjene napona U i struja / i dovodi jednosmjernu struju na dodatni pobudni namotaj uzbuđivača 5.

Sistemi pobude ventila mogu biti napravljeni za veliku snagu i pouzdaniji su od električnih mašina. Postoje tri tipa sistema pobude ventila: samopobudni, nezavisni i bez četkica.

U samopobudnom sistemu (slika 6), energija za pobuđivanje sinhrone mašine uzima se iz namotaja armature glavnog generatora, a zatim se pretvara pomoću statičkog pretvarača. PU (tiristorski pretvarač) u energiju jednosmerne struje, koja ulazi u pobudni namotaj. Početna pobuda generatora nastaje zbog preostale magnetizacije njegovih polova.

Rice. 6. Sistem pobude ventila za sinhroni generator sa samopobudom: LG- pobudni namotaj generatora; PU- pretvarač sa regulatorom napona; TV- naponski transformator koji smanjuje napon koji se dovodi do pobudnog namotaja; TA- strujni transformator, koji služi za održavanje pobudnog napona pri promjeni opterećenja generatora

U nezavisnom sistemu pobude ventila (Sl. 7) energija za pobudu se dobija iz posebnog pobuđivača GN, napravljen u obliku trofaznog sinhronog generatora. Njegov rotor se nalazi na osovini glavnog generatora. Izmjenični napon uzbuđivača se ispravlja i dovodi do pobudnog namotaja.

Tip nezavisnog sistema pobude ventila je sistem pobude bez četkica. U ovom slučaju, na osovinu glavne sinhrone mašine postavljena je AC pobudna armatura sa trofaznim namotom.

Rice. 7. Ventilski nezavisan sistem pobude: GN - pobuđivač naizmenične struje (sinhroni); LN - pobudni namotaj pobudnika; GEA - podpobuđivač;

LA - pobudni namotaj podpobudnika; PU - konvertorski uređaj sa regulatorom napona

Izmjenični napon ovog namota pretvara se u konstantni napon preko ispravljačkog mosta postavljenog na osovinu mašine i direktno (bez prstenova) napaja se na pobudni namotaj glavnog generatora. Namotaj pobudnog polja nalazi se na statoru i prima snagu od podpobuđivača ili regulatora napona.

. Posebnost ovih mašina je da koriste trajne magnete za stvaranje magnetnog polja pobude. Trajni magneti se najčešće postavljaju na rotor, čineći mašinu beskontaktnom. Sinhrone mašine sa trajnim magnetom se široko koriste kao mali generatori energije i mikromotori.

Nedostaci ovakvih mašina uključuju poteškoće u regulaciji magnetnog fluksa, visoku cenu, nisku maksimalnu snagu (zbog niske mehaničke čvrstoće rotora napravljenog od trajnih magneta), kao i povećanu težinu mašina srednje snage.

Sinhroni generatori sa trajnim magnetima se proizvode sa snagom koja ne prelazi nekoliko desetina kilovata. Sinhroni motori sa trajnim magnetima i asinhronim pokretanjem postali su široko rasprostranjeni. Rotori takvih motora kombiniraju elemente sinhronog motora - trajne magnete i asinhronog motora - kaveza, neophodnu za pokretanje.

4. Sinhrone mašine sa trajnim magnetnom pobudom

Posebnost ovih mašina je da koriste trajne magnete za stvaranje magnetnog polja pobude. Trajni magneti se najčešće postavljaju na rotor, čineći mašinu beskontaktnom. Sinhrone mašine sa trajnim magnetom se široko koriste kao mali generatori energije i mikromotori.

Prednosti mašina sa trajnim magnetima su jednostavnost dizajna, odsustvo kliznog kontakta, visoka efikasnost i manje zagrevanje zbog odsustva gubitaka u namotaju: pobudni i klizeći kontakt. Velika prednost ovih mašina je i nepostojanje izvora jednosmerne struje koji bi ih pobuđivao.

Nedostaci takvih mašina uključuju poteškoće u regulaciji magnetnog fluksa, visoku cijenu, nisku maksimalnu snagu (zbog niske mehaničke čvrstoće rotora izrađenog od trajnih magneta), kao i povećanu težinu strojeva srednje snage.

Sinhroni generatori sa trajnim magnetima se proizvode sa snagom koja ne prelazi nekoliko desetina kilovata. Sinhroni motori sa trajnim magnetima i asinhronim pokretanjem postali su široko rasprostranjeni. Rotori takvih motora kombiniraju elemente sinhronog motora - trajne magnete i asinhronog motora - kaveza, neophodnu za pokretanje.

Trajni magneti mogu imati radijalni ili aksijalni raspored na rotoru. U prvom slučaju, magnet 1 ima oblik zvjezdice (slika 7), na njega je utisnut čelični prstenasti paket 2, u čijim se žljebovima nalaze šipke kaveza.

Rice. 7. Sinhroni motor sa radijalnim rasporedom trajnih magneta na rotoru: 1 - trajni magneti; 2 - paket rotora; 3 - stator

Da bi se smanjio protok curenja magneta, interpolarni prorezi su napravljeni u čeliku prstenastog paketa. U drugom slučaju, rotor 2 se nalazi na osovini, slično rotoru asinhronog motora, a trajni magneti 1 su postavljeni sa jedne ili obe strane ovog paketa (slika 8). Asinkrono pokretanje motora sa trajnim magnetima ima posebnost da se pored motornog (asinhronog) momenta u ovom slučaju javlja i kočioni (generatorski) moment. Moment kočenja pojavljuje se kao rezultat interakcije magnetskog polja pobuđenih polova rotora sa strujama koje on indukuje u namotu statora 3. Na Sl. 9 prikazuje asinhrone krive M a, kočnica M T i rezultirajući M momenti motora tijekom asinhronog pokretanja.

Rice. 8. Sinhroni motor sa aksijalnim rasporedom trajnih magneta na rotoru: I - permanentni magnet; 2 - paket rotora; 3 - stator

Rice. 9. Početne karakteristike motora s permanentnim magnetom

Početne karakteristike motora s trajnim magnetima su lošije od onih kod motora s histerezom, ali imaju bolje energetske performanse, povećan kapacitet preopterećenja i stabilnost brzine rotacije.

Električni pogoni sa sinhronim motorima mogu se podijeliti u tri klase ovisno o uvjetima formiranja opterećenja: električni pogoni sa konstantnim ili sporo promjenjivim opterećenjem, električni pogoni s pulsirajućim opterećenjem, električni pogoni sa naglo promjenjivim opterećenjem. Basic specifikacije sinhroni električni pogoni, ovisno o vrsti opterećenja, dati su u tabeli. 6.1.

Kao što slijedi iz tabele. 6.1, u električnim pogonima s pulsirajućim i oštro promjenjivim opterećenjima, potrebno je automatski kontrolirati pobudu sinhronog motora. Sistemi automatske regulacije pobude osiguravaju stabilan rad sinhronog motora tokom prenapona opterećenja ili kada se napon mreže napajanja smanji. U tim slučajevima, automatski sistemi za kontrolu pobude povećavaju pobudnu struju, čime se povećava maksimalni obrtni moment sinhronog motora. Osim toga, promjena struje uzbude sinhronog motora omogućava vam regulaciju reaktivne snage statorskog kruga motora.

Tabela 6.1

Vrste opterećenja	Mehanizmi	Domet kapacitet	Automatska regulacija pobudne struje
Nepromjenjivo	Fans Blowers Kompresori	Yuch-YOO kW	Nije potrebno
Pulsirajući	Mašine za pumpanje Klipni kompresori		Neophodno
Oštro varijabilno	Drobilice Mlinovi Valjaonice Makaze Pile	1004-10000 kW	Neophodno

Mogućnost regulacije reaktivne snage u statorskom kolu sinhronog motora promjenom njegove pobudne struje ilustruju vektorski dijagrami prikazani na Sl. 6.14.

Rice. 6.14. Vektorski dijagrami sinhronog motora pri različitim strujama namota polja: a - struja pobude je manja od nominalne; b - struja pobude jednaka je nazivnoj struji; c - struja pobude je veća od nominalne

Vektorski dijagram sl. 6.14, A odgovara struji pobudnog namota manjoj od nazivne, dok vektor struje statora / zaostaje za vektorom napona mreže LJ X pod uglom cf. Reaktivna snaga je aktivno-induktivna. Sa povećanjem struje pobude (slika 6.14 , b) EMF E), inducirana u namotajima statora raste i može dostići vrijednost pri kojoj će struja statora / biti u fazi sa naponom (/, tj. costp = 1. Reaktivna snaga je nula. Ako se struja namota polja dodatno povećava, tada vektor struje statora / , vodiće u fazi vektor napona 6/, (radi sa vodećim coscp) i sinhroni motor će biti ekvivalentan aktivno-kapacitivnom opterećenju spojenom paralelno sa mrežom (slika 6.14, V).

Na sl. 6.15 prikazuje karakteristike oblika ^/. Oni pokazuju zavisnost struje statora / sinhronog motora od struje pobude / in pri različitim opterećenjima na vratilu motora (M s! Uz numeričke vrijednosti parametara, karakteristike oblika 67 omogućuju vam da pravilno odaberete struju pobude kako biste osigurali potreban način rada sinhronog motora.

Trenutno se u praksi koriste sistemi za automatsku kontrolu pobude. Ovisno o dizajnu kola, automatski sistemi za kontrolu struje pobude mogu obavljati sljedeće glavne funkcije:

• osigurati stabilan rad sinhronog motora pod datim uslovima opterećenja;
• održavati optimalni napon u čvoru opterećenja na koji je spojen sinhroni motor;
• osigurati minimalne gubitke energije u sinhronom motoru i sistemu napajanja.

Rice. 6.15.

Prilikom odabira automatskih upravljačkih krugova za struju uzbude, oni se rukovode sljedećim odredbama:

• u električnim pogonima sa konstantnim opterećenjem i blagim fluktuacijama napona napajanja, u pravilu nije predviđena ugradnja uređaja za automatsku kontrolu struje pobude;
• U električnim pogonima s pulsirajućim opterećenjem ili udarnim opterećenjem potrebno je ugraditi uređaje za automatsku kontrolu struje pobude. Struja pobude takvih motora regulirana je kao funkcija struje aktivnog statora, što omogućava značajno povećanje kapaciteta preopterećenja motora, au nekim slučajevima i smanjenje njegove instalirane snage;
• pri radu sinhronog motora sa oštro promjenjivim opterećenjem potrebno je ugraditi i uređaje za automatsku regulaciju struje pobude, međutim, u ovom slučaju upravljački sustav mora reagirati ne samo na promjene opterećenja, već i na brzinu ove promene.

Najjednostavniji dijagram automatskog upravljačkog sistema za struju pobude za električne pogone s pulsirajućim opterećenjem prikazan je na Sl. 6.16. Sistem omogućava da se obezbedi pobuda sinhronog motora u svim normalnim režimima rada. Kada se opterećenje na osovini motora promijeni, struja namotaja statora / se povećava, što

dovodi do povećanja pozitivnog strujnog povratnog signala Uoc[

i, kao posljedicu, do povećanja napona kontroliranog ispravljača i povećanja struje pobude sinhronog motora.

Rice. 6.16.

Uzimajući u obzir proporcionalnost između EMF i magnetskog fluksa F, a samim tim i struje namota polja / in, jednačina (1.71) se može napisati na sljedeći način:

Gdje do - koeficijent proporcionalnosti između fluksa F i pobudne struje 1 a.

Analiza (6.10) pokazuje da povećanje pobudne struje uzrokuje povećanje maksimalnog momenta sinhronog motora. Posljedično, automatska kontrola pobude dovodi do povećane dinamičke stabilnosti sinhronog motora kada se promijeni opterećenje na njegovom vratilu i priguši zamah rotora.

Također je moguće održavati optimalni napon u čvoru opterećenja na koji je spojen sinhroni motor korištenjem automatskih sistema za kontrolu struje pobude.

Da bi se poboljšale performanse ekstenzivne industrijske mreže, reaktivna snaga se kompenzira ugradnjom sinhronih motora ili sinhronih kompenzatora. Na sl. Na slici 6.17 prikazan je dijagram čvora opterećenja na koji su priključeni potrošači koji proizvode i troše reaktivnu snagu.

Rice. 6.1 7.

Induktivna reaktivna struja /p jednaka je zbroju reaktivnih struja P

potrošači (transformatori; asinhroni motori; DC motori napajani podesivim pretvaračima) i određuje se izrazom

Gdje / . - reaktivna struja /-tog opterećenja.

Da bi se u potpunosti kompenzirala reaktivna snaga u mreži, mora biti ispunjen sljedeći uvjet:

Reaktivna struja sinhrone mašine potrebna za kompenzaciju pada napona mreže:

Gdje X str- ekvivalentnu faznu reaktanciju mreže uzimajući u obzir sve potrošače:

AU C- pad napona mreže; - fazni napon mreže;

- ukupni fazni otpor svih potrošača električne energije, osim sinhronog motora; p, je električna provodljivost dijela strujnog kola; U, t - linijski napon; S K sa -

moć kratki spoj mreže.

Savremeni sistemi za automatsko upravljanje uzbudnom strujom sinhronih motora, projektovani za kompenzaciju reaktivne snage, izgrađeni su na principu podređene kontrole koordinata i omogućavaju regulaciju tri varijable: pobudne struje, pada napona na ekvivalentnoj faznoj reaktanciji mreža, reaktivna struja stator sinhronog motora. Funkcionalni dijagram takvog sistema prikazan je na Sl. 6.18.

Rice. 6.18.

Unutrašnje kolo omogućava regulaciju struje pobude pomoću regulatora pobudne struje PTB. Naredba za struju pobude sinhronog motora je izlazni signal U pj regulator

reaktivna struja PRT. Napon povratne sprege za struju pobude sinhronog motora oduzima se od ovog signala. Izlazni signal?/PTB regulatora struje pobude utiče na kontrolisano

UV ispravljač, mijenja pobudnu struju / u sinhronom motoru.

Regulator reaktivne struje uključen je u drugi krug - kontrolni krug reaktivne struje I. Signali se zbrajaju na njegovom ulazu

negativna povratna sprega na reaktivnu struju (7 ort i signal za podešavanje reaktivne struje - sa izlaza PH regulatora napona.

Na ulazu PH regulatora napona se zbrajaju negativni povratni signali napona U on. Povratne informacije napon se formira iz reaktivne struje i ekvivalentnog faznog otpora mreže: U0H = I X C1. Regulator napona je prilagodljiv, proporcionalnog tipa, mijenja pojačanje kada napon napajanja padne ispod (0,8 - 0,85) U H .

Prijenosne funkcije upravljačkih petlji i strujnih regulatora dobivaju se pod sljedećim osnovnim pretpostavkama:

Ne uzima se u obzir zasićenje magnetnog kola sinhronog motora;

Kontrolirani ispravljač - aperiodična veza prvog reda s prijenosnom funkcijom

Gdje k.sh- pojačanje kontrolisanog ispravljača (tiristorski pretvarač); - vremenska konstanta kašnjenja

tiristorski pretvarač; t in- broj pulsacija napona tiristorskog pretvarača tokom perioda napajanja; co e -

ugaona frekvencija napojne mreže je jednaka 314,15 s" 1, pri frekvenciji mreže napajanja / s = 50 Hz; sve vremenske konstante filtera i mala inercija se zbrajaju i zamjenjuju jednom vremenskom konstantom.

Prijenosne funkcije regulatora u skladu s modularnim optimumom:

Regulator struje pobude

Regulator reaktivne struje

Gdje T- vremenska konstanta upravljačkog kruga struje pobude; 7j ipp - vremenska konstanta petlje upravljanja reaktivnom strujom; Japancima- koeficijent prijenosa senzora struje pobude; R B - aktivni otpor pobudnog namota sinhronog motora; za Yaryu- koeficijent prijenosa senzora reaktivne struje; to xia- koeficijent prijenosa sinhronog motora koji se kontrolira preko pobudnog namotaja promjenom napona.

Kompenzacija potisne veze 7^ rtv R+1 u brojniku prijenosne funkcije regulatora pobudne struje WpTB(p) se izvodi unutar upravljačkog objekta - sinhronog motora. Dakle, u upravljačkoj petlji reaktivne struje ne postoji vremenska konstanta koju treba kompenzirati, stoga implementacija regulatora sa proporcionalno-integralnom karakteristikom omogućava da se eliminišu nedostaci podređenog sistema upravljanja.

Koristeći sinhroni motor sa automatsko podešavanje pobuda vam omogućava da održite reaktivnu snagu i napon u čvoru opterećenja na datom nivou. Zadatak u automatskom regulatoru pobude da generira reaktivnu snagu je promjenjiva vrijednost, ovisno o parametrima i opterećenju mreže napajanja.

Sinhrone mašine su uređaji sa brzinom rotora u kojoj je ona uvijek jednaka ili višekratna sličnom pokazatelju magnetnog polja unutar zračnog raspora, koje stvara struja koja prolazi kroz namotaj armature. U srcu rada ovog tipa Mašine su zasnovane na principu elektromagnetne indukcije.

Pobuda sinhronih mašina

Sinhrone mašine se mogu pobuditi elektromagnetnim djelovanjem ili trajnim magnetom. U slučaju elektromagnetne pobude koristi se poseban generator istosmjerne struje koji napaja namotaj, zbog svoje glavne funkcije ovaj uređaj naziva patogen. Vrijedi napomenuti da je sustav pobude također podijeljen u dva tipa prema načinu utjecaja - direktni i indirektni. Metoda direktne pobude podrazumijeva da je osovina sinhrone mašine direktno mehanički povezana sa rotorom pobudnika. Indirektna metoda pretpostavlja da se za rotaciju rotora koristi drugi motor, na primjer asinhrona električna mašina.

Danas se najčešće koristi metoda direktne ekscitacije. Međutim, u slučajevima kada bi sistem pobude trebao raditi sa snažnim sinhronim električnim mašinama, koriste se nezavisni generatori pobude, čiji se namotaji napajaju strujom iz drugog izvora istosmjerne struje, koji se naziva podpobudnik. Uprkos svoj glomaznosti, ovaj sistem omogućava postizanje veće stabilnosti u radu, kao i više fino podešavanje karakteristike.

Uređaj sinhrone mašine

Sinhrona električna mašina ima dvije glavne komponente: induktor (rotor) i armaturu (stator). Najoptimalnija i stoga najraširenija danas je shema kada se armatura postavlja na stator, dok se induktor nalazi na rotoru. Preduvjet za funkcioniranje mehanizma je postojanje zračnog raspora između ova dva dijela. Armatura je u ovom slučaju stacionarni dio uređaja (stator). Može se sastojati od jednog ili više namotaja, ovisno o potrebnoj snazi ​​magnetskog polja koje mora stvoriti. Jezgro statora je obično napravljeno od pojedinačnih tankih limova električnog čelika.

Induktor u sinhronim električnim mašinama je elektromagnet, čiji krajevi namota vode direktno do kliznih prstenova na osovini. Tijekom rada, induktor se pobuđuje jednosmjernom strujom, zbog čega rotor stvara elektromagnetno polje koje je u interakciji s magnetskim poljem armature. Dakle, zahvaljujući jednosmjernoj struji koja pobuđuje induktor, postiže se konstantna frekvencija rotacije magnetskog polja unutar sinhrone mašine.

Princip rada sinhronih mašina

Princip rada sinhrone mašine zasniva se na interakciji dve vrste magnetnih polja. Jedno od ovih polja formira armatura, dok drugo nastaje oko elektromagneta pobuđenog jednosmernom strujom - induktora. Neposredno nakon postizanja radne snage, magnetsko polje koje stvara stator i rotira unutar zračnog raspora spaja se s magnetskim poljima na polovima induktora. Dakle, da bi sinhrona mašina postigla svoju radnu brzinu, potrebna je određeno vrijeme da ga ubrza. Nakon što mašina ubrza do potrebne frekvencije, napajanje se dovodi do induktora iz istosmjernog izvora.