Пуск и синхронизация синхронных двигателей

Пуск и синхронизация синхронных двигателей различается в зависимости от особенностей технологического процесса, в котором участвует электропривод. Различают легкий и тяжелый пуск синхронного двигателя. Легкий пуск синхронного двигателя происходит при малых моментах инерции электропривода и малых моментах сопротивления на валу электродвигателя. Тяжелый пуск осуществляется при относительно больших моментах инерции электропривода и моментах сопротивления . Тяжелый пуск осуществляется за значительное время, и вхождение двигателя в синхронизм осложняется.

Для мощных двигателей схемы силовых цепей практически сведены с незначительными вариациями к одной, принципиальная схема которой приведена на рис. 5.52.

Пуск синхронного двигателя осуществляется в асинхронном режиме. В большинстве случаев синхронный двигатель мощностью до нескольких сотен киловатт пускают прямым включением в сеть. Кратность пускового тока при прямом пуске

При пуске синхронных двигателей мощностью несколько мегаватт возникает необходимость ограничения пусковых токов. Способы ограничения пусковых токов вытекают из уравнения тока короткого замыкания асинхронного двигателя.

(5.75).

где - фазное напряжение обмотки статора синхронного двигателя в режиме асинхронного пуска; - активное сопротивление и индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора; - активное сопротивление и индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора, приведенные к обмотке статора.

Рис. 5.52. Схема силовых цепей синхронного двигателя.

Из анализа выражения для тока короткого замыкания (5.75) вытекают три возможных способа токоограничения при асинхронном пуске синхронного двигателя:

• • введение на время пуска добавочного активного сопротивления в цепи обмоток статора;
• • введение на время пуска добавочного реактивного сопротивления в цепи обмоток статора;
• • кратковременное уменьшение на время пуска фазного напряжения обмоток статора.

Наиболее часто токоограничение при пуске синхронных двигателей осуществляется использованием реакторов L, включаемых в цепи обмоток статора. В некоторых случаях вместо реакторов L применяются активные резисторы. Кратковременное понижение напряжения обмоток статора достигается включением в схему трансформаторов или автотрансформаторов. Вариант схемы ограничения тока статора при пуске синхронного двигателя с применением автотрансформатора приведен на рис. 5.53.

Рис. 5.53. Схема сиговых цепей синхронного двигателя с автотрансформаторным ограничением пускового тока.

Статические электромеханические характеристики, поясняющие процесс пуска синхронного двигателя с токоограничением, приведены на рис. 5.54.

Пуск двигателя начинается по характеристике 1, с добавочной индуктивностью L в цепи обмотки статора или пониженном напряжении обмотки статора. По истечении некоторого времени, когда пусковой ток уменьшится до тока переключения , добавочные индуктивности (см. рис. 5.52) из цепи обмотки статора выводятся, и процесс пуска продолжается по характеристике 2.

Рис. 5.54. Статические электромеханические характеристики, поясняющие процесс пуска синхронного двигателя.

При пуске в асинхронном режиме импульсы управления на тиристоры VS2…VS8 не подаются и напряжение управляемого выпрямителя равно нулю. В обмотке возбуждения синхронного двигателя индуцируется переменная ЭДС скольжения, под действием которой через стабилитроны VD1, VD2 и VD3, VD4 открываются вспомогательные тиристоры VS1 и VS2. В процессе асинхронного пуска обмотка возбуждения синхронного двигателя закорачивается на разрядное сопротивление R. Когда двигатель достигает скорости близкой к подсинхронной, ЭДС скольжения уменьшается, уменьшается и напряжение на управляющих электродах тиристоров VS1, VS2 и они перестают включаться. Разрядное сопротивление отключается от обмотки возбуждения. После чего в обмотку возбуждения подается постоянный ток от управляемого выпрямителя KS3 … PS8.

Пусковая беличья клетка синхронного двигателя рассчитана на кратковременный режим работы, как правило, с., длительная работа в асинхронном режиме недопустима. Кроме обеспечения режима пуска, беличья клетка играет роль демпфирующей обмотки, стабилизируя переходные процессы при работе двигателя в синхронном режиме.

Для синхронных двигателей мощностью до нескольких сотен киловатт возможен пуск прямым включением в сеть без промежуточных пусковых характеристик. Примерный вид переходных процессов момента М и скорости при прямом пуске синхронного двигателя с учетом электромагнитных переходных процессов приведен на рис. 5.55. Синхронный двигатель разгоняется в асинхронном режиме до подсинхронной скорости , после чего в момент времени на его обмотку возбуждения подастся напряжение возбуждения и двигатель втягивается в синхронизм. Принципиально на процесс вхождения в синхронизм влияет момент подключения напряжения к обмотке возбуждения. Наиболее благоприятным моментом включения напряжения возбуждения является такое, при котором мгновенное значение наведенной ЭДС в обмотке возбуждения будет равно нулю. Однако, как показали специальные исследования [11], относительное положение ротора относительно магнитного поля, созданного обмотками статора, не имеет большого практического значения ни с точки зрения качества переходного процесса, ни времени его окончания. Поэтому в большинстве практических случаев схема управления не усложняется путем введения устройств, обеспечивающих включение возбуждения в наиболее благоприятный момент времени.

Рис. 5.55. Кривые переходных процессов момента М и скорости? при пуске синхронного двигателя.

Проверку условия вхождения в синхронизм можно производить, пользуясь выражением.

(5.76).

где - максимальный момент синхронной машины; - приведенный к валу двигателя суммарный момент инерции электропривода.

Процесс втягивания в синхронизм зависит в основном от двух параметров: значения подсинхронной скорости и приведенного к валу двигателя суммарного момента инерции электропривода .