Typische schema's voor het starten van synchrone elektromotoren

Synchrone motoren worden veel gebruikt in de industrie voor elektrische aandrijvingen die met een constant toerental werken (compressoren, pompen, enz.). Onlangs zijn er, als gevolg van de komst van schakelende halfgeleidertechnologie, bestuurde synchrone elektrische aandrijvingen ontwikkeld.

De voordelen van synchroonmotoren

Een synchrone motor is iets gecompliceerder dan een asynchrone motor, maar heeft een aantal voordelen, waardoor het in sommige gevallen mogelijk is om hem te gebruiken in plaats van een asynchrone motor.

1. Het belangrijkste voordeel van de synchrone elektromotor is de mogelijkheid om een ​​optimale modus voor reactieve energie te verkrijgen, die wordt uitgevoerd door de bekrachtigingsstroom van de motor automatisch aan te passen. Een synchrone motor kan werken zonder reactieve energie te verbruiken of aan het netwerk te leveren, met een vermogensfactor (cos fi) gelijk aan één. Als de onderneming reactief vermogen moet opwekken, kan een synchrone motor die met overbekrachtiging werkt, dit aan het net leveren.

2.Synchroonmotoren zijn minder gevoelig voor netspanningsschommelingen dan asynchrone motoren. Hun maximale koppel is evenredig met de lijnspanning, terwijl het kritische koppel van een inductiemotor evenredig is met het kwadraat van de spanning.

3. Synchrone motoren hebben een hoge overbelastingscapaciteit. Bovendien kan de overbelastingscapaciteit van een synchrone motor automatisch worden verhoogd door de bekrachtigingsstroom te verhogen, bijvoorbeeld in het geval van een plotselinge kortstondige toename van de belasting op de motoras.

4. De rotatiesnelheid van een synchrone motor blijft ongewijzigd voor elke asbelasting binnen zijn overbelastbaarheid.

Methoden voor het starten van een synchrone motor

De volgende manieren om een ​​synchrone motor te starten zijn mogelijk: asynchrone start bij volledige lijnspanning en starten bij lage spanning via een spoel of autotransformator.

De start van een synchrone motor wordt uitgevoerd als een asynchrone start. Het interne startkoppel van een synchrone machine is klein, terwijl dat van een impliciete poolmachine nul is. Om een ​​asynchroon koppel te creëren, is de rotor uitgerust met een startkooi met eekhoornkooi, waarvan de staven in de sleuven van het poolsysteem worden gestoken. (Natuurlijk zijn er geen staven tussen de polen in een uitspringende poolmotor.) Dezelfde cel draagt ​​bij aan het verhogen van de dynamische stabiliteit van de motor tijdens belastingpieken.

Door het asynchrone koppel start en accelereert de motor. Tijdens acceleratie is er geen bekrachtigingsstroom in de rotorwikkeling.De machine wordt onaangeroerd gestart, aangezien de aanwezigheid van opgewonden polen het versnellingsproces zou bemoeilijken, waardoor een remkoppel ontstaat dat vergelijkbaar is met dat van een inductiemotor tijdens dynamisch remmen.

Wanneer de zgn Subsynchrone snelheid, die 3 - 5% verschilt van synchroon, stroom wordt geleverd aan de excitatiespoel en de motor wordt, na verschillende oscillaties rond de evenwichtspositie, aangetrokken tot synchronisatie. Blootgestelde-polige motoren worden vanwege het reactieve koppel bij lage askoppels soms synchroon gebracht zonder stroom te leveren aan de veldspoel.

Bij synchrone motoren is het moeilijk om tegelijkertijd de vereiste waarden van het startkoppel en het ingangskoppel te leveren, wat wordt begrepen als het asynchrone koppel dat wordt ontwikkeld wanneer het toerental 95% van het synchrone toerental bereikt. In overeenstemming met de aard van de afhankelijkheid van statisch koppel op snelheid, d.w.z. in overeenstemming met het type mechanisme waarvoor de motor is ontworpen, moeten de parameters van de startcel worden gewijzigd in de fabrieken voor de fabricage van elektrische machines.

Soms, om de stromen te beperken bij het starten van krachtige motoren, wordt de spanning op de statorklemmen verlaagd, inclusief in serie de wikkelingen van de autotransformator of weerstanden. Houd er rekening mee dat wanneer een synchrone motor wordt gestart, het circuit van de bekrachtigingswikkeling wordt gesloten tot een grote weerstand, waardoor de weerstand van de wikkeling zelf 5-10 keer wordt overschreden.

Anders treedt onder invloed van de stromen die tijdens het opstarten in de wikkeling worden geïnduceerd, een pulserende magnetische flux op, waarvan de omgekeerde component, in wisselwerking met de statorstromen, een remkoppel creëert.Dit koppel bereikt zijn maximale waarde bij een snelheid die iets boven de helft van de nominale snelheid ligt, en onder invloed hiervan kan de motor bij deze snelheid stoppen met accelereren. Het open laten van het veldcircuit tijdens het starten is gevaarlijk omdat de isolatie van de wikkeling kan worden beschadigd door de EMF die erin wordt geïnduceerd.

Educatieve filmstrip - "Synchronous Motors", geproduceerd door de Educational Materials Factory in 1966. Je kunt hem hier bekijken: Filmstrip «Synchronous Motor»

Asynchrone start van een synchrone elektromotor

Het excitatiecircuit van een synchrone motor met een blind aangesloten exciter is vrij eenvoudig en kan worden gebruikt als de inschakelstromen geen spanningsval in het netwerk veroorzaken die groter is dan het toegestane en statistische koppel Ms <0,4 Mnom.

De asynchrone start van een synchrone motor wordt uitgevoerd door de stator op het netwerk aan te sluiten. De motor wordt versneld als een inductiemotor tot een rotatiesnelheid die bijna synchroon is.

Tijdens het asynchroon starten wordt de bekrachtigingswikkeling gesloten voor de ontladingsweerstand om te voorkomen dat de bekrachtigingswikkeling tijdens het starten wordt vernietigd, aangezien er bij lage rotorsnelheid aanzienlijke overspanningen in kunnen optreden. Bij een rotatiesnelheid die bijna synchroon is, wordt de contactor KM geactiveerd (het voedingscircuit van de contactor wordt niet weergegeven in het diagram), de excitatiespoel wordt losgekoppeld van de ontladingsweerstand en verbonden met het anker van de exciter. Het begin eindigt.

Typische eenheden van synchrone motorbekrachtigingscircuits die thyristor-exciters gebruiken om synchrone motoren te starten

De zwakte van de meeste elektrische aandrijvingen met synchrone motoren, die de werking aanzienlijk bemoeilijken en de kosten verhogen, is al jaren de drijfveer van elektrische machines. Tegenwoordig worden ze veel gebruikt om synchrone motoren aan te drijven. thyristoropwekkers… Ze worden als set geleverd.

Thyristoropwekkers van synchrone elektromotoren zijn betrouwbaarder en hebben een hoger rendement. in vergelijking met elektrische machineopwekkers. Met hun hulp kunnen vragen over de optimale regeling van de excitatiestroom om de constantheid te behouden eenvoudig worden opgelost. cos phi, de spanning van de busbars waaruit de synchrone motor wordt gevoed, evenals het begrenzen van de rotor- en statorstroom van de synchrone motor in noodmodi.

Thyristoropwekkers zijn uitgerust met de meeste grote synchrone elektromotoren die worden vervaardigd. Ze voeren meestal de volgende functies uit:

• het starten van een synchrone motor met een startweerstand in het veldwikkelcircuit,
• contactloze uitschakeling van de startweerstand na het einde van de start van de synchrone motor en zijn bescherming tegen oververhitting,
• automatische toevoer van excitatie op het juiste moment van starten van de synchrone elektromotor,
• automatische en handmatige aanpassing van de excitatiestroom
• noodzakelijke geforceerde excitatie in het geval van diepe spanningsdalingen op de stator en scherpe belastingssprongen op de as van een synchrone motor,
• snel doven van het veld van een synchrone motor wanneer het nodig is om de veldstroom te verminderen en de elektromotor uit te schakelen,
• bescherming van de rotor van een synchrone motor tegen continue overstroom en kortsluiting.

Als de synchrone elektromotor wordt gestart met een verlaagde spanning, wordt deze bij een "lichte" start bekrachtigd totdat de statorwikkeling op volle spanning wordt ingeschakeld, en bij een "zware" start wordt de excitatie op volle spanning in het statorcircuit geleverd. Het is mogelijk om de motorveldwikkeling aan te sluiten op het anker van de exciter in serie met de ontladingsweerstand.

Het proces van het leveren van excitatie aan een synchrone motor is op twee manieren geautomatiseerd: als functie van snelheid en als functie van stroom.

Het excitatiesysteem en het regelapparaat voor synchrone motoren moeten voorzien in:

• starten, synchroniseren en stoppen van de motor (met automatische excitatie aan het einde van de start);
• geforceerde bekrachtiging met een factor van niet minder dan 1,4 wanneer de netspanning daalt tot 0,8Un;
• de mogelijkheid om door de motor het blindvermogen te compenseren dat wordt verbruikt (gegeven) door aangrenzende elektrische ontvangers binnen de thermische capaciteiten van de motor;
• het stoppen van de motor in geval van een storing in het excitatiesysteem;
• stabilisatie van de bekrachtigingsstroom met een nauwkeurigheid van 5% van de ingestelde waarde bij verandering van de netspanning van 0,8 naar 1,1;
• regulatie van excitatie door afwijking van de statorspanning met een dode zone van 8%;
• wanneer de voedingsspanning van de stator van de synchrone motor verandert van 8 naar 20%, verandert de stroom van de ingestelde waarde naar 1,4 In, waardoor de bekrachtigingsstroom toeneemt om maximale motoroverbelasting te garanderen.

In het diagram dat in de afbeelding wordt getoond, wordt de excitatie geleverd aan een synchrone motor met behulp van een DC-elektromagnetisch relais KT (Sleeving Time Relay).De relaisspoel is via de VD-diode verbonden met de ontlaadweerstand Rdisc. Wanneer de statorwikkeling op het net is aangesloten, wordt een emf geïnduceerd in de motorbekrachtigingswikkeling. Gelijkstroom vloeit door de spoel van het KT-relais, waarvan de amplitude en frequentie van de pulsen afhangen van de slip.

Excitatietoevoer naar een synchrone motor afhankelijk van de snelheid

Bij het opstarten, slip S = 1. Naarmate de motor versnelt, neemt deze af en nemen de intervallen tussen de gecorrigeerde halve golven van de stroom toe; de magnetische flux neemt geleidelijk af langs de curve Ф (t).

Met een snelheid die bijna synchroon is, slaagt de magnetische flux van het relais erin om de waarde van de relaisuitvalflux Fot te bereiken op het moment dat de stroom niet door het KT-relais gaat. Het relais verliest stroom en creëert via zijn contact een stroomcircuit van de KM-schakelaar (het stroomcircuit van de KM-schakelaar wordt niet weergegeven in het diagram).

Denk aan de aansturing van de voeding in de stroomfunctie met behulp van een stroomrelais. Met de startstroom wordt het stroomrelais KA geactiveerd en opent het zijn contact in het circuit van de schakelaar KM2.

Grafiek van stroom- en magnetische fluxveranderingen in tijdrelais KT

Bewaken van de bekrachtiging van een synchroonmotor als functie van de stroom

Bij een snelheid die bijna synchroon is, verdwijnt het KA-relais en sluit het zijn contact in het KM2-magneetschakelaarcircuit. Contactor KM2 wordt geactiveerd, sluit zijn contact in het excitatiecircuit van de machine en shunt weerstand Rres.

Zie ook: Selectie van apparatuur voor het starten van synchrone motoren