3.16 Электромеханические свойства синхронного двигателя сд. Двигатель синхронный сд


Включение синхронного однофазного двигателя СД-10 127 вольт в сеть 220 вольт.

 

Для реализации одной из моих задумок понадобился маломощный двигатель, работающий от сети. По параметрам мне подошел синхронный двигатель СД-10, который был в наличии. Единственным препятствием перед использованием стал тот факт, что он был расчитан на работу от переменного тока, напряжением 127 вольт.

Поискав в интернете переработку данного синхронного двигателя СД-10 для использования от сети 220 вольт, информации никакой не нашел. Зато кое-какая информация нашлась на маломощный двигатель РД-09. Сделав аналогичную переделку для своего двигателя СД-10 и подобрав номиналы конденсаторов, удалось добиться увереного запуска и стабильной работы двигателя.

Гасящий конденсатор С2 следует начинать подберать с малых значений (с 0,5-1uF). При правильно подобраном конденсаторе напряжение на сетевой обмотке (С1-С2) двигателя должно быть приблизительно равно 127 вольтам. Т.к. у меня напряжение бытовой сети слегка занижено, то емкость С2, в моем случае, составляет 5uF. При других показаниях напряжения сети, емкость может быть 4uF и менее.

Пусковой конденсатор С1 также нужно подбирать с малых значений. Конденсатор со слишком малой емкостью не обеспечивает надежного запуска двигателя, с избыточной – может привести к перегреву обмотки двигателя.

Корректировать емкости конденсаторов нужно после оказания на вал двигателя механической нагрузки штатного режима работы. Конденсаторы следует использовать только те, которые расчитаны на работу с напряжение свыше 250 вольт в цепях переменного тока. Керамику и оксидные – использовать нельзя.

Страницы:

best-chart.ru

Особенности пуска и самозапуска синхронных двигателей. Ресинхронизация СД

Пуск СД непосредственным включением в сеть невозможен по причине того, что ротор из-за своей значительной инерции не может быть сразу раскручен полем статора, которое устанавливается практически мгновенно. Поэтому магнитная связь между статором и ротором не возникает. Для пуска СД приходится применять специальные способы, сущность которых состоит в предварительном привидении ротора во вращение до синхронной или близкой к ней частоте, при которой между статором и ротором устанавливается устойчивая магнитная связь.

Сейчас применяют способ асинхронного пуска. СД снабжают короткозамкнутой пусковой обмоткой(беличья клетка). Невозбужденный СД включают в сеть. Возникшее поле статора наводит в стержнях клетки ЭДС, которые создают токи, которые, взаимодействуя с полем статора, вызывают появление электромагнитных сил на стержнях клетки. Под действием этих сил ротор приводится во вращение. При разгоне ротора до частоты вращения, близкой к синхронной, обмотку возбуждения подключают к источнику постоянного тока. Образующийся при этом синхронный момент втягивает ротор двигателя в синхронизм. После этого пусковая обмотка выполняет функцию успокоительной обмотки и ограничивает качания ротора.

Чем меньше нагрузка на валу двигателя, тем легче его вхождение в синхронизм. В процессе асинхронного пуска обмотку возбуждения нельзя оставлять разомкнутой, так как ЭДС достигает значений опасных для изоляции обмотки. Для предотвращения этого в период разгона обмотку возбуждения замыкают на активное сопротивление в 10 раз большего сопротивления обмотки.

Самозапуск (С) – это восстановление нормальной работы электропривода без вмешательства персонала после кратковременного перерыва электроснабжения или глубокого снижения U.

Самозапуск ЭД позволяет наиболее полно использовать средства автоматизации систем электроснабжения.

Для обеспечения успешного С СД система возбуждения должна обеспечивать интенсивное гашение магнитного потока и ЭДС двигателя и создания оптимальных условий для вхождения в синхронизм. При электромашинном возбудителе схемы самозапуска не отличаются от схем пуска. Сейчас наиболее распространен теристорный возбудитель. В простейших случаях (при малой загрузке и легких условиях пуска и вхождения в синхронизм) могут применяться нерегулируемые тиристорные выпрямители, применение сложных возбудителей нецелесообразно.

Для мощных СД применяют безщеточные системы возбуждения

Самозапуск СД еще зависит от схемы управления его включением. В тех случаях когда возможен одновременный самозапуск всех ДВ, подключенных к секции шин, а ток несинхронного включения в пределах допустимого, никаких изменений в схемы управления включателями вносить не требуется. Если из-за чрезмерного снижения напряжения одновременный самозапуск всех ЭД невозможен, часть из них отключается. При этом могут отключиться двигатели, самозапуск которых необходим по условиям технологии. Включатели таких двигателей оборудуются АПВ и ДВ участвуют в самозапуске второй ступени

Как показали исследования и опыт эксплуатации, наибольшей опасности в момент включения подвергается обмотка статора синхронного двигателя. При пуске двига-теля относительная деформация изоляции обмотки стато­ра составляет 50х10^(-5) отн. ед. Установлено, что для синхронных двигателей мощностью до 2000 кВт при относительных деформациях не более 150х10-5 отн. ед. не происходит нарушения изоляции, если такие деформации не слишком многочис­ленны. Так как деформации и усилия примерно пропорциональны квадрату тока, то предельно допустимое зна­чение тока включения составит √3 его пускового значения. Учитывая сравнительно редкую необходимость осуществления самозапуска и малую вероятность того, что векторы напряжения сети и ЭДС двигателяв момент включения окажутся в противофазе, можно для всех синхронных двигателей мощностью до 2000 кВт считать самозапуск допустимым, если в самом неблагоприятном случае ток включения не будет превышать1,7 пускового, т. е. в принятых относительных еди­ницах

Восстановление синхронного режима работы синхронных дви­гателей производится для ответственных механизмов, сохранение которых в работе необходимо по условиям техники безопасности или технологии производства. Оно может осуществляться разными способами:

- ресинхронизацией;

- ресинхронизацией с автоматической разгрузкой рабочего механизма (если она допустима) до такой степени, при которой обеспечивается втягивание двигателя в синхронизм; отключением двигателя и повторным его автоматич. пуском.

Восстановление нормальной работы возможно без отключения от сети выпавшего из синхронизма генератора. Можно оставить его на некоторое время в асинхронном режиме, а затем заставить снова войти в синхронизм, осуществив ресинхронизацию.

Если скольжение, с которым работает генератор в асинхронном режиме, станет равным нулю, то это оз­начает, что скорость вращения генератора стала синхронной

Условие S = 0 необходимое, но недостаточное для втягивания генератора в синхронизм. Для выявления второго условия рас­смотрим протекание процесса ресинхронизации

Избыточный мо­мент, определяющий движение генератора в асинхронном режиме, состоит из трех составляющих:

где МТ - момент турбины; Мс, Мас - синхронный и асинхронный моменты. Когда скольжение становится равным нулю, асинхрон­ный момент также равен нулю. Следовательно, условием втягивания генератора в синхронизм будет Мс>Мт

 

 

megaobuchalka.ru

Синхронный двигатель СД1 — Мегаобучалка

Параметры схемы замещения для синхронного двигателя определяются аналогично синхронному генератору.

Относительное значение ЭДС синхронного двигателя в момент КЗ принимается равным его сверхпереходной ЭДС, определяемой по таблице 3 из [1]

.

Относительное индуктивное сопротивления синхронного двигателя в начальный момент КЗ

,

где и - заданные номинальная мощность и коэффициент мощности синхронного двигателя , – среднее значение сверхпереходного сопротивления синхронного двигателя по таблице 3 [1].

Относительное значение активного сопротивления синхронного двигателя определяется по известному индуктивному сопротивлению и значению для синхронного двигателя , определенному из таблицы 3 [1]

.

Асинхронный двигатель АД1

Высоковольтный асинхронный двигатель в начальный момент КЗ может рассматриваться как недовозбужденный синхронный генератор, относительное значение сверхпереходного индуктивного сопротивления которого

,

где – относительное значение пускового тока асинхронного двигателя.

Относительное значение индуктивного сопротивления асинхронного двигателя в начальный момент КЗ, приведенное к выбранным базисным условиям

,

где , и - заданные номинальная мощность, коэффициент мощности и кратность пускового тока асинхронного двигателя .

Приблизительное значение относительного активного сопротивления можно определить по индуктивному сопротивлению двигателя и известному отношению для двигателя данной мощности.

Активное сопротивление асинхронного двигателя найдем по таблице 3 аналогично генератору Г2 п.2.3.2

Относительное значение активного сопротивления асинхронного двигателя

.

Относительное значение ЭДС асинхронного двигателя в начальный момент КЗ определяется по таблице 3 из [1]

.

Трансформатор T1

Относительное значение индуктивного сопротивления трансформатора в режиме КЗ определяется по данному относительному значению напряжения короткого замыкания трансформатора

.

Относительное индуктивное сопротивление трансформатора, приведенное к выбранным базисным условиям

,

где и ­­– номинальная мощность и напряжение короткого замыкания трансформатора .

Активное сопротивление трансформатора Т1 найдем по таблице 3 аналогично генератору Г2 п.2.3.2

 

Относительное значение активного сопротивления трансформатора

.

Аналогично рассчитываем параметры схемы замещения для остальных трансформаторов.

Трансформатор T2

Относительное значение индуктивного сопротивления трансформатора , приведенное к выбранным базисным условиям

,

где и ­­– номинальная мощность и напряжение короткого замыкания трансформатора .

Активное сопротивление трансформатора Т2 найдем по таблице 3 аналогично генератору Г2 п.2.3.2

.

 

Относительное значение активного сопротивления трансформатора , приведенное к выбранным базисным условиям

.

Трансформатор T3

Относительное значение индуктивного сопротивления трансформатора , приведенное к выбранным базисным условиям

,

где и ­­– номинальная мощность и напряжение короткого замыкания трансформатора .

Активное сопротивление трансформатора Т3 найдем по таблице 3 аналогично генератору Г2 п.2.3.2

.

Относительное значение активного сопротивления трансформатора , приведенное к выбранным базисным условиям

.

Трансформатор T4

Относительное значение индуктивного сопротивления трансформатора , приведенное к выбранным базисным условиям

,

где и ­­– номинальная мощность и напряжение короткого замыкания трансформатора .

Активное сопротивление трансформатора Т4 найдем по таблице 3 аналогично генератору Г2 п.2.3.2

.

Относительное значение активного сопротивления трансформатора , приведенное к выбранным базисным условиям

.

ЛЭП Л1

Относительное индуктивное сопротивление ЛЭП , приведенное к выбранным базисным условиям

,

где ­– среднее значение удельного индуктивного сопротивления ЛЭП , – протяженность ЛЭП , – среднее значение напряжения ЛЭП .

Относительное значение активного сопротивления ЛЭП , приведенное к выбранным базисным условиям

,

где ­– среднее значение удельного активного сопротивления ЛЭП .

ЛЭП Л2

Относительное индуктивное сопротивление ЛЭП , приведенное к выбранным базисным условиям

,

где ­– среднее значение удельного индуктивного сопротивления ЛЭП , – протяженность ЛЭП , – среднее значение напряжения ЛЭП .

Относительное значение активного сопротивления ЛЭП , приведенное к выбранным базисным условиям

,

где ­– среднее значение удельного активного сопротивления ЛЭП .

ЛЭП Л3

Относительное индуктивное сопротивление ЛЭП , приведенное к выбранным базисным условиям

,

где ­– среднее значение удельного индуктивного сопротивления ЛЭП , – протяженность ЛЭП , – среднее значение напряжения ЛЭП .

Относительное значение активного сопротивления ЛЭП , приведенное к выбранным базисным условиям

,

где ­– среднее значение удельного активного сопротивления ЛЭП .

ЛЭП Л4

Относительное индуктивное сопротивление ЛЭП , приведенное к выбранным базисным условиям

,

где ­– среднее значение удельного индуктивного сопротивления ЛЭП , – протяженность ЛЭП , – среднее значение напряжения ЛЭП .

Относительное значение активного сопротивления ЛЭП , приведенное к выбранным базисным условиям

,

где ­– среднее значение удельного активного сопротивления ЛЭП .

megaobuchalka.ru

Электродвигатели синхронные серии СД2 напряжением 380 В

Электродвигатели синхронные трехфазные серии СД2 с цифровой системой возбуждения КОСУР 103 предназначены для привода механизмов, не требующих регулирования частоты вращения (насосы, вентиляторы и др.).

Двигатели предназначены для работы от сети переменного тока частотой 50 Гц. Номинальное напряжение двигателей 380 В, коэффициент мощности (при опережающем токе) 0,9.

Вид климатического исполнения - У3, О4.

Номинальный режим работы - продолжительный S1.

Конструктивное исполнение двигателей - IM1001.

Способ охлаждения двигателей - IC01.

Степень защиты двигателей - IP23.

Двигатели расcчитаны на прямой пуск от полного напряжения сети. Обмотка возбуждения при пуске должна быть замкнута на пусковое сопротивление, расположенное в возбудительном устройстве. Двигатели допускают два пуска подряд из холодного состояния и один пуск из горячего состояния. Двигатели имеют подшипники качения с пластичной смазкой. Двигатели соединяются с приводимыми механизмами посредством упругих муфт.

Изоляция обмотки статора термореактивная типа «Монолит-2» класса нагревостойкости не ниже «В». Изоляция обмотки ротора класса нагревостойкости «В». Соединение фаз обмотки статора -звезда. Обмотка статора имеет три выводных конца. Двигатели допускают правое и левое направление вращения. Реверс осуществляется только из состояния покоя.

Двигатели могут быть укомплектованы подшипниками SKF или FAG.

Структура условного обозначения двигателей серии СД-2, 380 В

Основные характеристики двигателей серии СД2 напряжением 380 В

Тип двигателя Мощность,кВт Номинальнаячастотавращения,об/мин Токстатора,А КПД, % Mmax Mnom Ms Mnom Iki Inom Напряжениевозбуждения,В Токвозбуждения,В Маховыймоментротора, кг*м2
СД2-74/25-6О4 225 1000 406 93,8 1,7 1,1 5.5 25 140 68
СД2-74/33-6У3 315 1000 565 94,2 1,7 1,1 5,6 30 147 84
СД2-74/33-6О4 280 1000 501 94,3 1,7 1,2 6,3 28 135 84
СД2-74/40-6У3 400 1000 715 94,7 1,7 1,1 5,7 35 150 100
СД2-74/40-6О4 355 1000 635 94,8 1,7 1,2 6,4 32 137 100
СД2-74/27-8У3 200 750 363 93 1,7 1,2 5,2 25 154 72
СД2-74/27-8О4 180 750 327 93,2 1,7 1,3 5,8 24 144 72
СД2-74/33-8У3 250 750 451 93,5 1,7 1,2 5,2 29 1 55 84
СД2-74/33-8О4 225 750 406 93,8 1,8 1,3 5,8 27 145 84
СД2-74/40-8У3 315 750 567 94 1,8 1,3 5,4 34 160 104
СД2-74/40-8О4 280 750 503 94,2 1,8 1,4 6,1 32 148 104
СД2-85/18-10У3 160 600 295 91,8 1,7 1,1 4,3 26 136 116
СД2-85/18-10О4 140 600 258 92,1 1,8 1,2 4,9 24 125 116
Тип двигателя Мощность,кВт Номинальнаячастотавращения,об/мин Токстатора,А КПД, % Mmax Mnom Ms Mnom Iki Inom Напряжениевозбуждения,В Токвозбуждения,В Маховыймоментротора, кг*м2
СД2-85/22-10У3 200 600 366 92,3 1,8 1,2 4,7 30 143 140
СД2-85/22-10О4 180 600 328 92,5 1,9 1,3 5,2 28 133 140
СД2-85/29-10У3 250 600 453 93,2 1,7 1,2 5 33 133 180
СД2-85/29-10О4 225 600 407 93,4 1,8 1,3 5,6 31 125 180
СД2-85/35-10У3 315 600 568 93,8 1,8 1,3 5,5 38 137 216
СД2-85/35-10О4 280 600 505 93,9 1,8 1,4 6,2 36 128 216
СД2-85/18-12У3 132 500 246 90,9 1,8 1 4 25 137 116
СД2-85/18-12О4 125 500 232 91,1 1,8 1,1 4,2 25 132 116
СД2-85/22-12У3 160 500 296 91,5 1,7 1 4 28 136 140
СД2-85/22-12О4 140 500 258 91,9 1,8 1,1 4,6 26 124 140
СД2-85/29-12У3 200 500 366 92,4 1,8 1,1 4,5 32 129 180
СД2-85/29-12О4 180 500 329 92,6 1,8 1,2 5 30 121 180
СД2-85/35-12У3 250 500 455 92,9 1,7 1,1 5 37 133 216
СД2-85/35-12О4 225 500 408 93,3 1,8 1,2 5,1 35 124 216
СД2-74/25-6У3 250 1000 451 93,7 1,7 1,1 5,5 26 151 68

Габаритные, установочные, присоединительные размеры и масса двигателей СД2 напряжением 380 В и шкафов управления

Тип двигателя b10 b11 b30 b31 I10 I11 I30 h h41 Масса, кг
СД2-74/25-6 710 850 1115 608 500 760 1315 450 945 1435±70
СД2-74/33-6 710 850 1115 608 630 894 1 455 450 945 1660±85
СД2-74/40-6 710 850 1115 608 800 1054 1615 450 945 1880±95
СД2-74/27-8 710 850 1115 608 500 760 1315 450 945 1450±70
СД2-74/33-8 710 850 1115 608 630 894 1 455 450 945 1660±85
СД2-74/40-8 710 850 1115 608 630 894 1 455 450 945 1860±95
СД2-85/18-10 800 940 1215 652 450 690 1245 500 1035 1500±75
СД2-85/22-10 800 940 1215 652 450 690 1245 500 1035 1660±85
СД2-85/29-10 800 940 1215 652 560 800 1 355 500 1035 1960±98
СД2-85/35-10 800 940 1215 652 560 800 1 355 500 1035 2160±108
СД2-85/18-12 800 940 1215 652 450 690 1245 500 1035 1540±75
СД2-85/22-12 800 940 1215 652 450 690 1245 500 1035 1750±85
СД2-85/29-12 800 940 1215 652 560 800 1 355 500 1035 1940±97
СД2-85/35-12 800 940 1215 652 560 800 1 355 500 1035 2140±107

www.tvid.ru

Электромеханические свойства синхронного двигателя СД — Студопедия.Нет

Хотя основной областью применения синхронных двигателей является нерегулируемый электропривод, тем не менее при частотном управлении они используются и в регулируемых электроприводах. Принципиальная схема СД изображена на рис. 3.16.1.

Как правило, СД выполняются с явно выраженными полюсами. При работе СД в двигательном режиме его ротор отстает от вращающегося магнитного поля на угол . При номинальной нагрузке этот угол равен  электрических градусов.

Уравнения угловой характеристики СД, как известно из курса электрических машин, имеет вид:

 

, где

ω0 – угловая скорость магнитного поля машин.

x1g и x1d – индуктивные сопротивления по поперечной и продольной оси машины. Угловая характеристика изображена на рис. 3.16.2.

 

Максимальный момент, определяющий перегрузочную способность двигателя, составляет (2÷3) МН, т.е. СД менее чувствителен к понижению напряжения внешней сети, чем АД, т.к. основной момент М', обусловленный взаимодействием вращающего поля статора с полем ротора ≡U1, а реактивный момент М'', хотя и ≡U12, мало влияет на перегрузочную способность двигателя (2-я составляющая в уравнении угловой характеристики).

Рабочий участок угловой характеристики с достаточной для инженерных задач точностью можно заменить линейной зависимостью

, где

СЭМ коэффициент жесткости упругой электромагнитной связь между полем статора и ротора.

Дифференцируя это выражение, можно получить приближенное уравнение динамической механической характеристики СД.

 т.к.

В ранее рассмотренной двухмассовой упругой механической системе, было установлено, что момент упругого взаимодействия .

Дифференцирование этой зависимости дает уравнение, совпадающее по форме с уравнением

Действительно, .

Это подтверждает аналогию между электромагнитными взаимодействиями в СД и механической пружине. Поэтому механическую модель, отражающую особенности синхронного двигателя, можно представить в виде, изображенном на рис. 3.16.3.

Здесь электромагнитная связь между полями статора и ротора СД заменена пружиной с жесткостью СЭМ, а приведенный момент инерции ротора и механизма Iпр, представлен подвешенной на этой пружине массой «m». Очевидно, механический аналог СД представляет собой идеальное колебательное звено, в котором возникающие по тем или иным причинам колебания не затухают.

Действительно, повышенная склонность к колебаниям при изменении нагрузки, является характерной особенностью СД. Для их устраивается или уменьшения СД снабжаются демпферной (успокоительной) к.з. обмоткой, выполняемой в виде беличьей клети на полюсах ротора. При возникновении колебаний (качаний) ротора, т.е. скольжения, она создает асинхронный момент, который, в первом приближении можно считать пропорциональным скольжению. С учетом этого момента результирующий момент СД в динамическом режиме можно представить в виде суммы синхронного и асинхронного моментов.

Т.к. , где  – оператор, уравнение механической характеристики СД в операторной форме можно записать в виде

.

Структурная схема, соответствующая этому уравнению, приведена на рис. 3.16.4. В приведенных выражениях β – это модуль жесткости линейной части механической характеристики для асинхронной составляющей момента, обусловленного действием демпферной обмотки.

Из структурной схемы следует, что асинхронный момент, создаваемый демпферной обмоткой, оказывает влияние, аналогичное вязкому трению. Поэтому схема механического аналога СД с учетом наличия демпферной обмотки (рис. 3.16.3) должна быть дополнена механическим демпфером с вязким трением.

При р=0 получим уравнение статической механической характеристики с ω=ω0=const при любых значениях М. Действительно, из выражения

 следует, что

при р=0 ω=ω0 статическая механическая характеристика имеет вид прямой (рис. 3.16.5), параллельной оси моментов в пределах перегрузочной способности двигателя, т.к. при нагрузке, превышающей  двигатель выпадает из синхронизма.

 

В динамических режимах, как следует из уравнения момента, механическая характеристика СД не является абсолютно жесткой. В установившемся динамическом режиме вынужденных колебаний изменениям момента с амплитудой DМmax и соответствующим изменениям угла θэл соответствуют определенные амплитуды Dωmax колебаний скорости и динамическая характеристика имеет вид эллипса. Её динамическая жесткость определяется соотношением:

 

 

 

studopedia.net

3.16 Электромеханические свойства синхронного двигателя сд

Хотя основной областью применения синхронных двигателей является нерегулируемый электропривод, тем не менее при частотном управлении они используются и в регулируемых электроприводах. Принципиальная схема СД изображена на рис. 3.16.1.

Как правило, СД выполняются с явно выраженными полюсами. При работе СД в двигательном режиме его ротор отстает от вращающегося магнитного поля на угол . При номинальной нагрузке этот угол равен электрических градусов.

Уравнения угловой характеристики СД, как известно из курса электрических машин, имеет вид:

, где

ω0 – угловая скорость магнитного поля машин.

x1g и x1d – индуктивные сопротивления по поперечной и продольной оси машины. Угловая характеристика изображена на рис. 3.16.2.

Максимальный момент, определяющий перегрузочную способность двигателя, составляет (2÷3) МН, т.е. СД менее чувствителен к понижению напряжения внешней сети, чем АД, т.к. основной момент М', обусловленный взаимодействием вращающего поля статора с полем ротора ≡U1, а реактивный момент М'', хотя и ≡U12, мало влияет на перегрузочную способность двигателя (2-я составляющая в уравнении угловой характеристики).

Рабочий участок угловой характеристики с достаточной для инженерных задач точностью можно заменить линейной зависимостью

, где

СЭМ коэффициент жесткости упругой электромагнитной связь между полем статора и ротора.

Дифференцируя это выражение, можно получить приближенное уравнение динамической механической характеристики СД.

т.к.

В ранее рассмотренной двухмассовой упругой механической системе, было установлено, что момент упругого взаимодействия .

Дифференцирование этой зависимости дает уравнение, совпадающее по форме с уравнением

Действительно, .

Это подтверждает аналогию между электромагнитными взаимодействиями в СД и механической пружине. Поэтому механическую модель, отражающую особенности синхронного двигателя, можно представить в виде, изображенном на рис. 3.16.3.

Здесь электромагнитная связь между полями статора и ротора СД заменена пружиной с жесткостью СЭМ, а приведенный момент инерции ротора и механизма Iпр, представлен подвешенной на этой пружине массой «m». Очевидно, механический аналог СД представляет собой идеальное колебательное звено, в котором возникающие по тем или иным причинам колебания не затухают.

Действительно, повышенная склонность к колебаниям при изменении нагрузки, является характерной особенностью СД. Для их устраивается или уменьшения СД снабжаются демпферной (успокоительной) к.з. обмоткой, выполняемой в виде беличьей клети на полюсах ротора. При возникновении колебаний (качаний) ротора, т.е. скольжения, она создает асинхронный момент, который, в первом приближении можно считать пропорциональным скольжению. С учетом этого момента результирующий момент СД в динамическом режиме можно представить в виде суммы синхронного и асинхронного моментов.

Т.к. , где– оператор, уравнение механической характеристики СД в операторной форме можно записать в виде

.

Структурная схема, соответствующая этому уравнению, приведена на рис. 3.16.4. В приведенных выражениях β – это модуль жесткости линейной части механической характеристики для асинхронной составляющей момента, обусловленного действием демпферной обмотки.

Из структурной схемы следует, что асинхронный момент, создаваемый демпферной обмоткой, оказывает влияние, аналогичное вязкому трению. Поэтому схема механического аналога СД с учетом наличия демпферной обмотки (рис. 3.16.3) должна быть дополнена механическим демпфером с вязким трением.

При р=0 получим уравнение статической механической характеристики с ω=ω0=const при любых значениях М. Действительно, из выражения

следует, что

при р=0 ω=ω0 статическая механическая характеристика имеет вид прямой (рис. 3.16.5), параллельной оси моментов в пределах перегрузочной способности двигателя, т.к. при нагрузке, превышающей двигатель выпадает из синхронизма.

В динамических режимах, как следует из уравнения момента, механическая характеристика СД не является абсолютно жесткой. В установившемся динамическом режиме вынужденных колебаний изменениям момента с амплитудой Мmax и соответствующим изменениям угла θэл соответствуют определенные амплитуды ωmax колебаний скорости и динамическая характеристика имеет вид эллипса. Её динамическая жесткость определяется соотношением:

studfiles.net

3.9.2. Синхронные двигатели (сд).

Неявнополюсные СД: Хk = 0,9 · k · Х2,

Явнополюсные СД: Хk = 0,75 · k · Х2,

где Х2 – сопротивление обратной последовательности (приводится в каталогах на СД, приближенно можно принять Х2 = ХП).

3.9.3. Силовые трансформаторы и реакторы.

Сопротивление трансформатора или реактора на k-ой гармонике:

Хk = k · Х, где Х – индуктивное сопротивление на основной гармонике.

3.9.4. Расчет напряжения вг в сети с вентильными преобразователями.

Исходные данные: схема электрической сети, параметры элементов, токи ВГ, генерируемые источниками гармоник (ИГ).

Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения KU – это действующее значение напряжения ВГ в относительных единицах или в %:

о.е., где

KИГ – коэффициент использования гармонический – учитывает присутствие неканонических гармоник, KИГ = 1,1 – 1,2,

Uk – напряжение k-й гармоники: Uk= Ik · XЭk,

Ik – ток k-й гармоники,

XЭk– эквивалентное сопротивление схемы на k-й гармонике.

Для вентильных преобразователей: ,

где IH – номинальный ток вентильного преобразователя.

Тогда:

о.е.,

где n – количество учитываемых гармоник.

Пример. От ТП получают питание два выпрямителя электролизных ванн: трехфазный мост, Рн=150 кВт, КПД=94%, Cosφ=0,6 и пять АД: Рн=75кВт, КПД=93%, Cosφ=0,8, Кп=6,5, Cosφп=0,4, Sinφп=0,91 (рис.3.9.2).

Рис. 3.9.2. Пример расчета KU.

Сопротивление системы: мОм.

Сопротивление трансформатора мОм.

Полня пусковая мощность одного АД:

кВА.

Полное сопротивление двигателя при пуске:

Ом.

Реактивное сопротивление двигателя при пуске:

ХП=ZП·SinφП=0,244·0,91=0,224 Ом = 224 мОм.

Эквивалентное сопротивление 5-ти АД: мОм.

Эквивалентное индуктивное сопротивление сети относительно точки подключения ИГ (относительно шин 0,4 кВ):

мОм = 0,0079 Ом.

Номинальный ток ИГ (двух выпрямителей):

А.

Гармоники, генерируемые выпрямителями6 № 5, 7, 11, 13, 17, 19.

Если пренебречь гармониками 17 и 19, то n = 4. Тогда:

.

Если учесть 6 гармоник (n=6), то KU = 8,18%.

3.10. Защита кб от резонанса токов на вг, фильтрокомпенсирующие устройства (фку).

Электроприемники (ЭП), имеющие нелинейную вольтамперную характери­стику (ВАХ), в первую очередь – выпрямители, потребляют из сети ток неси­нусоидальной формы. При этом также искажается и форма напряжения сети. Коэффициент искажения напряжения в первом приближении равен отноше­нию мощности ЭП с нелинейной ВАХ Sэп к мощности КЗ на питающих ши­нах Sк: KU= Sэп / Sк (о.е.).

Точное значение коэффициента искажения синусоидальности напряжения:

, где Uk – напряжение k-й гармоники в Вольтах. Если напряжения гармоник заданы в процентах, то:%.

Известны три способа снижения несинусоидальности напряжения:

а) схемный способ заключается в питании нелинейных ЭП от отдельных систем шин по возможности с большой мощностью Sк;

б) улучшение характеристик нелинейных ЭП, сопровождаемое пониженной генерацией высших гармоник тока;

в) использование ФКУ, позволяющих компенсировать реактивную мощность основной (первой) гармоники и фильтровать (устранять) токи и напряжения высших гармоник.

ФКУ представляет собой последовательное соединение индуктивного и емкостного сопротивлений, настроенных в резонанс напряжений на частоту гармоники, которую нужно отфильтровать. Сопротивление ФКУ на этой частоте очень мало (в идеале равно нулю – режим КЗ) и напряжение соответствующей гармоники также становится очень малым.

Принципиальная схема одной фазы ФКУ приведена на рис.3.

ФКУ состоит из реактора XL(n) и конденсаторной батареи (КБ) XC(n), которые образуют последовательную цепь, настроенную в резонанс на частоте n-ой гармоники. Ток n-ой гармоники I(n), генерируемый источником гармоник ИГ, замыкается в основном через ФКУ (по пути наименьшего сопротивления).

Рис. 3. Принципиальная схема включения ФКУ.

Он не выходит в питающую сеть, имеющую сопротивление Хс и не проходит через соседние ЭП (Zн).

Рис.4. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) ФКУ.

Зависимость сопротивлений ФКУ от номера гармоники (от частоты) приведена на рис. 4. Индуктивное сопротивление реактора XL = ωL – прямая линия. Емкостное сопротивление XC = 1 / ωC обратно пропорционально зависит от частоты. Если пренебречь активным сопротивлением, то полное сопротивление ФКУ: Z = XL – XC. В данном случае оно равно нулю на частоте пятой гармоники, на которой наблюдается резонанс напряжений. На частотах ниже пятой полное сопротивление Z ФКУ отрицательно, т.е. имеет емкостный характер. В частности на основной (первой) гармонике ФКУ работает как конденсаторная батарея. На частотах гармоник выше пятой сопротивление ФКУ положительно, т.е. имеет индуктивный характер.

На резонансной частоте n: n ω L = 1 / n ω C.

Откуда индуктивность реактора: L = 1 / n2 ω2 C.

Полное сопротивление ФКУ на основной частоте (считая его положительным):

Х1 = XC1 – XL1 = 1/ ω C – ω L = 1/ ω C – ω / n2 ω2 C = n2 / n2 ω C – 1 / n2 ωC = ( n2 – 1 ) / (n2 ω C ) – меньше, чем сопротивление конденсаторной батареи на основной частоте (ХС1 =1 / ω C).

При известном напряжении основной частоты U1, приложенном к ФКУ можно определить ток первой гармоники через ФКУ:

I1 = U1 / Х1 = ω C U1 n2 / ( n2 – 1 ).

Этот ток протекает через реактор и КБ. Если его сравнить с током, который протекал бы через эту КБ без реактора:

I = ω C U1, то можно отметить, что в присутствии реактора ток увеличился, т.к. n2 / ( n2 – 1 ) > 1.

Напряжение первой гармоники на зажимах КБ в присутствии реактора также выше, чем U1:

U1кб = I1 · 1/ ω C = U1 n2 / ( n2 – 1 ).

Отсюда следует важный вывод: номинальное напряжение конденсаторов в ФКУ должно превышать номинальное напряжение сети.

КБ должна быть рассчитана на выработку реактивной мощности на первой гармонике и на пропуск тока резонансной гармоники I(n), поступающего от ИГ. Поэтому установленная мощность КБ:

Qуст = Q1кб + Q(n)кб = I12 / (ω C ) + I(n)2 / (n ω C ).

На рисунке 5 изображены различные варианты зависимости полного сопротивления |Z| распределительной сети относительно шин, где подключается КБ.

Эквивалентное сопротивление сети, имеющей преимущественно индуктивный характер Х=kωL в отсутствие КБ изображается прямой линией, проходящей через начало координат (рис. 5а,б).

Рис. 5. Варианты АЧХ электрической сети: а) КБ без защиты; б) КБ с защитным реактором; ФКУ 5-й гармоники.

Появление параллельного резонанса (резонанса токов) между незащищенной КБ и сетью приводит к резкому возрастанию «Z» и тока КБ на резонансных частотах 350-400 Гц (рис 5а).

Сопротивление контура реактора с последовательно включенной с ним КБ на частоте последовательного резонанса резко снижено. Поэтому АЧХ сети с такими контурами имеют минимумы на частотах 150-200 Гц, 250 Гц (рис. 5б).

studfiles.net