СИСТЕМИ ЗА ВЪЗБУЖДАНЕ ЗА СИНХРОННИ ДВИГАТЕЛИ ОТ СЕРИИТЕ VTE, VTP

Тиристорните възбудители от серията VTE, VTP са предназначени за захранване на намотките на възбуждане на синхронни двигатели с мощност до 12500 kW, с автоматично контролиран постоянен ток, по време на тяхното директно и реакторно пускане, синхронна работа и в аварийни режими.

Възбудителите отговарят на изискванията на GOST 24688-81, GOST 18142.1-82 и могат да се използват вместо токоизправители на TV-320, TV-400, TV-600, TVU, VTE-320, TE8-320, V-TPE8, V-TPP8, серия KTES.

Произвеждат се възбудители за номинални токове 200, 320, 400, 630, 800 и 1000 A, номинални напрежения от 24 до 300 V. Възбудителите за токове 200, 320 и 400 A са с естествено въздушно охлаждане, а за токове 630, 800 A. и 1000 A - принудителен въздух от вградени вентилатори.

ПРЕДИМСТВА ПРИ ИЗПОЛЗВАНЕ

лесно препрограмируеми при настройка на структурата на системи за автоматично управление;

стабилизиране на тока на възбуждане в ръчен режим;

регулиране на статорното напрежение;

cos регулиране? в товарния възел;

регулиране на реактивния ток на статора;

двупроводни интерфейси за външна автоматизация и диагностика;

автоматичен режим на тестване преди включване;

проверка на вериги за защита от пренапрежение;

проверка на изправността на силовите вериги.

обширна система за защита;

вградена система за диагностика и запис на „произшествие следа”;

всякаква ориентация на обекта по желание на клиента.

УСТРОЙСТВО

Захранването на VTE, VTP (наричано по-нататък „възбудител“) може да се осигури от едно входно напрежение ~380 V, 50 Hz. Също така е възможно управлението да се захранва от отделен вход. За управление на веригите за включване и изключване на маслени превключватели е предвиден вход за напрежение = 220 (110) V. Разположението и съставът на релейната превключваща част на възбудителя се определя от изискванията на конкретното приложение.

Възбудителният токоизправител е направен по трифазна мостова схема с един тиристор в рамото. Успоредно с товара (намотка на възбуждане на синхронен двигател) чрез безконтактен превключвател на тиристори е свързано стартово съпротивление, предназначено за асинхронно стартиране и намаляване до приемлива стойност на пренапреженията, възникващи в намотката на ротора по време на асинхронни режими на работа на двигателя. Освен това превключвателните тиристори се включват както от системата за управление на микропроцесора в режим на стартиране, така и директно от пренапрежения, възникващи върху намотката на възбуждане.

Микропроцесорната система за управление контролира целия комплекс от възбудително оборудване, от приемане на външни и вътрешни дискретни и аналогови сигнали до издаване на управляващи потенциални и импулсни сигнали, както и индикация на всички режими на работа на възбудителя с помощта на вградения терминал за дистанционно управление (PT) .

Преди пускането на възбудителя в работен режим се извършва тестов режим, при който се проверява:

изправност на схемите за защита от пренапрежение на ротора чрез подаване на импулси на напрежение с реална величина и регистриране на задействането на превключвателните тиристори в двете посоки;

изправност на преобразувателя и външните захранващи вериги.

Възбудителите имат режими на работа на автоматично и ръчно управление на възбудителния ток. Превключването от режим в режим се извършва без изключване на възбудителя чрез превключвател, монтиран на вратата на конвертора. Там също са монтирани измервателни уреди (ток на статор, ток на възбуждане, напрежение на възбуждане, cos ?) и терминал за дистанционно управление, с помощта на които можете да изберете структурата на системата за автоматично управление, да промените параметрите на регулаторите и настройките на системата за контрол и защита. Същите процедури могат да се извършат с компютър, за който е разработен набор от обслужващ софтуер, който значително улеснява и ускорява процеса на настройка.

В режим на ръчно управление възбудителят осигурява:

автоматично подаване на възбуждане във функцията на приплъзване на ротора в диапазона 1-5% с избор на оптималната полувълна на тока на ротора за директно или реакторно пускане на синхронен двигател;

регулиране на напрежението на възбуждане в диапазона от 0,1 до 2,0 номинала;

ограничаване на напрежението на възбуждане до минимум от 0 до 0,5 номинален, ток на възбуждане до максимум 1,75 номинален;

форсиране на напрежението на възбуждане с коефициент най-малко 2,0 номинално при номинално напрежение на захранващата мрежа и "усилващ" ток с коефициент 1,75 номинално;

ограничаване на тока на ротора при претоварване според времетоковата характеристика;

защита срещу вътрешни къси съединения в преобразувателя, срещу външни къси съединения от страна на DC;

потискане на полето при нормално и аварийно спиране на двигателя чрез превключване на преобразувателя в инверторен режим;

защита на синхронен двигател от загуба на възбуждане и от продължителен пуск с време на работа до 30 s. В режим на автоматично управление, възбудителят, в допълнение към горното, осигурява автоматично регулиране на възбудителния ток въз основа на напрежението на статора, cos ? в товарния възел или реактивния ток на статора.

СТРУКТУРА НА ЛЕГЕНДАТА

ОБЩА ИНФОРМАЦИЯ ЗА ДИЗАЙНА

Конструктивно възбудителят е направен под формата на шкаф с двупосочно обслужване. Органи за управление, измервателни уреди и алармени лампи са разположени на вратата на шкафа. Охлаждането на тиристора е естествено или принудително (VTE, VTP) с въздух. Външните свързващи кабели се доставят през отвори в дъното на шкафа, запечатани със запечатани кабели. Осигурени са скоби за закрепване на кабелите. Преобразувателят на мощността се монтира отделно.

Размери на шкаф ВТЕ (ВТП) (ШхВхД) мм. – 800 (1000) x 2000 (2150) x 600.

ОСНОВНИ ТЕХНИЧЕСКИ ДАННИ

Таблица 1. Основни технически данни на системи за възбуждане на синхронни двигатели

Име на параметъра	Значение
1. Входно захранващо напрежение трифазно, V	380 +10/-15 %
2. Честота на входното напрежение, Hz	50 ± 2%
3. Коефициент на усилване на напрежението, о. д.	2.0 Un
4. Текущият коефициент на усилване не е по-малък от p.u.	1,75 инча
5. Работно напрежение DC, V	220 (110) +10 /-15 %
6. Ефективност, не по-малко	0,95
7. Степен на защита	IP21…IP54 (по избор)
8. Срок на експлоатация не по-малко от години	15
9. Средно време за възстановяване не повече от мин.	40
10. Устойчивост на шум	отговаря на всички стандартни изисквания
11. Метод на затихване на полето	инвертор

УСЛОВИЯ НА ОКОЛНАТА СРЕДА

Таблица 2. Условия на околната среда

Синхронната машина в обичайния си дизайн се състои от неподвижна част - статор, в жлебовете на който е поставена трифазна намотка, и въртяща се част - ротор с електромагнити, към чиято намотка се подава постоянен ток чрез приплъзване пръстени и поставени върху тях четки (фиг. 1). Статорът на синхронната машина не се различава от статора на асинхронната машина. Неговият ротор е или с изпъкнал полюс (с изпъкнали полюси, фиг. 1), или с неизпъкнал полюс (цилиндричен ротор, фиг. 2).

Ориз. 1 Синхронна машина с изпъкнал полюс (2 p = 8). Ориз. 2 Синхронна машина с невидими полюси (2 p = 2).

В зависимост от вида на основния двигател, който задвижва синхронния генератор, се използват следните наименования: парен турбогенератор или съкратено турбогенератор (първодвигател - парна турбина), хидравличен турбогенератор или съкратено хидрогенератор (първодвигател - хидравлична турбина) и дизелов генератор ( първичен двигател – хидравлична турбина).дизел). Турбогенераторите са високоскоростни не-полюсни машини, които в момента се произвеждат, като правило, с два полюса. Турбогенераторът, заедно с парната турбина, към която е механично свързан, се нарича турбинен агрегат.

Хидрогенераторите обикновено са нискоскоростни машини с изпъкнали полюси, направени с голям брой полюси и вертикален вал

Дизел генераторите в повечето случаи са машини с хоризонтален вал. Синхронните машини с ниска мощност понякога се правят със стационарни електромагнити, поставени върху статора, и намотка за променлив ток, поставена в прорезите на ротор, изработен от листова електротехническа стомана; в този случай AC намотката е свързана към външната верига чрез контактни пръстени и четки.

Онази част от синхронна машина, в чиято намотка се индуцира електрическа енергия. д.с. , се нарича котва. Електромагнитите (полюсите) заедно с игото, което ги затваря, образуват полюсна система; нарича се индуктор. В синхронни машини с конвенционален дизайн статорът служи като котва, а роторът служи като полюсна система. Основните предимства на дизайна с въртящи се полюси са, че е възможно да се осигури по-надеждна изолация на намотката на неподвижна арматура и по-лесно да се свърже към мрежата за променлив ток без плъзгащи се контакти.

Подреждането на плъзгащи се контакти за подаване на постоянен ток в намотката на електромагнитите, наречена възбуждаща намотка, не е трудно, тъй като мощността, подадена към тази намотка, е малка част [(0, 3 - 2)%] от номиналната мощност на машината. Освен това трябва да се отбележи, че в съвременните мощни турбогенератори, работещи със скорост на въртене 3000 об / мин, периферната честота на ротора достига 180 - 185 m / s; при такава честота не би било възможно да се направи достатъчно механично здрава въртяща се арматура, сглобена от тънки листове.

Роторът на модерен турбогенератор е изработен от висококачествена солидна стоманена коване. Намотките на възбудителната намотка са поставени в слотове, фрезовани на външната повърхност на ротора и закрепени в слотовете със здрави метални клинове. Челните части на възбудителната намотка са покрити с пръстени от особено здрава стомана. Синхронната машина обикновено получава ток за захранване на възбуждащата намотка от малък генератор за постоянен ток, поставен на общ вал с нея или механично свързан с нея. Такъв генератор се нарича възбудител. В случай на мощен турбогенератор, възбудителният вал е свързан с вала на турбогенератора с помощта на полуеластичен съединител.

В синхронните генератори се използват два основни метода на възбуждане: независимо (фиг. а.) И самовъзбуждане (фиг. б.)

При независимо възбуждане възбуждащата намотка се захранва от генератор на постоянен ток с независима възбуждаща намотка, разположена на вала на ротора на синхронен генератор и въртяща се с него (висока мощност). При самовъзбуждане възбуждащата намотка се захранва от самия синхронен генератор чрез токоизправител (малка и средна мощност).

С помощта на главния двигател индукторът на ротора се върти. Магнитното поле е разположено върху ротора и се върти заедно с него, така че скоростта на въртене на ротора е равна на скоростта на въртене на магнитното поле - оттам и името синхронна машина.

Когато роторът се върти, магнитният поток на полюсите пресича намотката на статора и индуцира в него ЕМП съгласно закона за електромагнитната индукция: E = 4,44*f*w*kw*F, където: f – честота на променлив ток, Hz; w – брой навивки; kw – коефициент на намотка; F – магнитен поток. Честота на индуцирана ЕМП (напрежение, ток) на синхронен генератор: f =p *n/60, където: p – брой двойки полюси; n – скорост на въртене на ротора, об/мин.

Замествайки в: E = 4, 44*(p*p/60)*w*kw*Ф и определяйки, че: 4, 44*(p/60)*w*kw – се отнася до конструкцията на машината и създава коефициент на проектиране: C = 4. 44*(p/60)*w*kw. Тогава: E = CE*n*F. По този начин, както всеки генератор, базиран на закона за електромагнитната индукция, индуцираната ЕМП е пропорционална на магнитния поток на машината и скоростта на ротора.

Синхронните машини се използват и като електродвигатели, особено в инсталации с висока мощност (над 50 kW)

За да работи синхронна машина в двигателен режим, намотката на статора е свързана към трифазна мрежа, а намотката на ротора е свързана към източник на постоянен ток. В резултат на взаимодействието на въртящото се магнитно поле на машината с постоянния ток на намотката на полето възниква въртящ момент M, който го отвежда със скоростта на магнитното поле.

За да свържете генератора към мрежата, е необходимо: същото фазово въртене в мрежата и генератора; равенство на мрежовото напрежение и ЕМП на генератора; равенство на честотите на ЕМП на генератора и мрежовото напрежение; включете генератора в момента, когато ЕМП на генератора във всяка фаза е насочен обратно на мрежовото напрежение. Неспазването на тези условия води до факта, че когато генераторът е включен, възникват токове, които могат да бъдат големи и да повредят генератора.

Електрическите задвижвания със синхронни двигатели могат да бъдат разделени на три класа въз основа на условията за формиране на натоварване: електрически задвижвания с постоянен или бавно променящ се товар, електрически задвижвания с пулсиращ товар, електрически задвижвания с рязко променящ се товар. Основните технически характеристики на синхронните електрически задвижвания в зависимост от вида на възникналия товар са дадени в табл. 6.1.

Както следва от табл. 6.1, при електрически задвижвания с пулсиращи и рязко променливи натоварвания е необходимо автоматично управление на възбуждането на синхронен двигател. Системите за автоматично управление на възбуждането осигуряват стабилна работа на синхронен двигател по време на пренапрежения на натоварването или когато напрежението на захранващата мрежа намалява. В тези случаи системите за автоматично управление на възбуждането увеличават тока на възбуждане, като по този начин увеличават максималния въртящ момент на синхронния двигател. В допълнение, промяната на възбуждащия ток на синхронния двигател ви позволява да регулирате реактивната мощност на веригата на статора на двигателя.

Таблица 6.1

Видове товари	Механизми	Обхват капацитет	Автоматично регулиране на възбудителния ток
Непроменим	Фенове Духалки Компресори	Юч-ЙОО кВт	Не е задължително
Пулсираща	Помпени машини Бутални компресори		Необходимо
Рязко променлива	Дробилки Мелници Валцови мелници Ножици Триони	1004-10000 kW	Необходимо

Възможността за регулиране на реактивната мощност в статорната верига на синхронен двигател чрез промяна на неговия ток на възбуждане е илюстрирана от векторните диаграми, показани на фиг. 6.14.

Ориз. 6.14. Векторни диаграми на синхронен двигател при различни токове на намотката на възбуждане: a - токът на възбуждане е по-малък от номиналния; b - токът на възбуждане е равен на номиналния ток; c - токът на възбуждане е по-голям от номиналния

Векторна диаграма фиг. 6.14, Асъответства на тока на възбуждащата намотка, по-малък от номиналния, докато векторът на статорния ток / изостава от вектора на мрежовото напрежение LJ Xпод ъгъл вж. Реактивната мощност е активно-индуктивна. С увеличаване на тока на възбуждане (фиг. 6.14 , б)ЕМП Д),индуцирана в намотките на статора се увеличава и може да достигне стойност, при която токът на статора / ще бъде във фаза с напрежението (/, т.е. costp = 1. Реактивната мощност е нула. Ако токът на намотката на възбуждането се увеличи допълнително, тогава вектор на статорния ток / , ще доведе във фаза вектора на напрежението 6/, (работещ с водещ coscp) и синхронният двигател ще бъде еквивалентен на активно-капацитивен товар, свързан паралелно с мрежата (фиг. 6.14, V).

На фиг. 6.15 показва ^/-образни характеристики. Те показват зависимостта на тока на статора / на синхронен двигател от тока на възбуждане / при различни натоварвания на вала на двигателя (M s! С числените стойности на параметрите, 67-образните характеристики ви позволяват правилно да изберете тока на възбуждане, за да осигурите необходимия режим на работа на синхронния двигател.

Понастоящем на практика се използват системи за автоматично управление на възбуждането. В зависимост от дизайна на веригата, системите за автоматично управление на тока на възбуждане могат да изпълняват следните основни функции:

• осигуряват стабилна работа на синхронен двигател при определени условия на натоварване;
• поддържа оптимално напрежение в товарния възел, към който е свързан синхронният двигател;
• осигуряват минимални загуби на енергия в синхронния двигател и захранващата система.

Ориз. 6.15.

При избора на вериги за автоматично управление на тока на възбуждане те се ръководят от следните разпоредби:

• в електрически задвижвания с постоянно натоварване и леки колебания в захранващото напрежение по правило не се предвижда инсталирането на устройства за автоматично управление на тока на възбуждане;
• При електрически задвижвания с пулсиращ товар или ударно натоварване е необходимо да се монтират устройства за автоматично управление на възбудителния ток. Токът на възбуждане на такива двигатели се регулира като функция на активния ток на статора, което позволява значително да се увеличи капацитетът на претоварване на двигателя и в някои случаи да се намали неговата инсталирана мощност;
• при работа на синхронен двигател с рязко променлив товар също е необходимо да се инсталират устройства за автоматично регулиране на тока на възбуждане, но в този случай системата за управление трябва да реагира не само на промените в товара, но и на скоростта на тази промяна.

Най-простата схема на автоматична система за управление на тока на възбуждане за електрически задвижвания с пулсиращ товар е показана на фиг. 6.16. Системата позволява да се осигури възбуждане на синхронен двигател във всички нормални режими на работа. Когато натоварването на вала на двигателя се промени, токът на намотката на статора / се увеличава, което

води до увеличаване на положителния сигнал за обратна връзка по ток Uoc [

и, като следствие, до повишаване на напрежението на управлявания токоизправител и увеличаване на тока на възбуждане на синхронния двигател.

Ориз. 6.16.

Като се вземе предвид пропорционалността между ЕМП и магнитния поток Ф и следователно тока на намотката на възбуждането / in, уравнението (1.71) може да бъде написано, както следва:

Където тото -коефициент на пропорционалност между потока Ф и тока на възбуждане 1 а.

Анализът (6.10) показва, че увеличаването на тока на възбуждане води до увеличаване на максималния въртящ момент на синхронен двигател. Следователно, автоматичният контрол на възбуждането води до повишена динамична стабилност на синхронен двигател, когато натоварването на неговия вал се промени и затихване на люлеенето на ротора.

Също така е възможно да се поддържа оптимално напрежение в товарния възел, към който е свързан синхронният двигател, като се използват автоматични системи за управление на тока на възбуждане.

За да се подобри производителността на обширна индустриална мрежа, реактивната мощност се компенсира чрез инсталиране на синхронни двигатели или синхронни компенсатори. На фиг. Фигура 6.17 показва диаграма на възел на натоварване, към който са свързани потребители, генериращи и консумиращи реактивна мощност.

Ориз. 6.1 7.

Индуктивен реактивен ток / p е равен на сумата от реактивните токове П

потребители (трансформатори; асинхронни двигатели; постояннотокови двигатели, захранвани от регулируеми преобразуватели) и се определя от израза

Където / . - реактивен ток на /-тия товар.

За пълното компенсиране на реактивната мощност в мрежата трябва да е изпълнено следното условие:

Реактивен ток на синхронна машина, необходим за компенсиране на спада на мрежовото напрежение:

Където X стр- еквивалентно фазово съпротивление на мрежата, като се вземат предвид всички потребители:

AU C- спад на мрежовото напрежение; - фазово напрежение на мрежата;

- общо фазово съпротивление на всички консуматори на електрическа енергия, с изключение на синхронния двигател; p, е електрическата проводимост на секцията на веригата; U, t -мрежово напрежение; С Кс -

мощност на късо съединение в мрежата.

Съвременните системи за автоматично управление на тока на възбуждане на синхронни двигатели, предназначени да компенсират реактивната мощност, са изградени на принципа на подчиненото управление на координатите и осигуряват регулиране на три променливи: ток на възбуждане, спад на напрежението в еквивалентното фазово съпротивление на мрежата, реактивен ток на статора на синхронния двигател. Функционалната схема на такава система е показана на фиг. 6.18.

Ориз. 6.18.

Вътрешната верига осигурява регулиране на тока на възбуждане с помощта на регулатора на тока на възбуждане PTB. Командата за тока на възбуждане на синхронния двигател е изходният сигнал U pjрегулатор

реактивен ток PRT. Напрежението на обратната връзка за тока на възбуждане на синхронния двигател се изважда от този сигнал. Изходният сигнал?/PTB на регулатора на възбудителния ток влияе върху управлявания

UV токоизправител, променящ възбудителния ток / в синхронен двигател.

Регулаторът на реактивния ток е включен във втората верига - веригата за управление на реактивния ток азСигналите се сумират на входа му

отрицателна обратна връзка за реактивния ток (7 орт и сигналът за настройка на реактивния ток - от изхода на регулатора на напрежението PH.

На входа на регулатора на напрежението PH се сумират отрицателни сигнали за обратна връзка по напрежение UНа. Обратната връзка по напрежение се формира от реактивния ток и еквивалентното фазово съпротивление на мрежата: U0H = аз х C1. Регулаторът на напрежението е адаптивен, пропорционален тип, променящ коефициента на усилване при падане на захранващото напрежение под (0.8 - 0.85) U H .

Трансферните функции на управляващите контури и токовите регулатори се получават при следните основни предположения:

Не се взема предвид насищането на магнитната верига на синхронен двигател;

Управляван токоизправител - апериодична връзка от първи ред с предавателна функция

Където к.ш- усилване на управлявания токоизправител (тиристорен преобразувател); - константа на времето на забавяне

тиристорен преобразувател; т в- брой пулсации на напрежението на тиристорния преобразувател през периода на захранващото напрежение; ко е -

ъгловата честота на захранващата мрежа е равна на 314,15 s" 1, при честота на захранващата мрежа / s = 50 Hz; всички времеви константи на филтъра и малка инерция се сумират и заменят с една времева константа.

Трансферни функции на регулаторите в съответствие с модулния оптимум:

Регулатор на тока на възбуждане

Регулатор на реактивен ток

Където T- времеконстанта на веригата за управление на възбудителния ток; 7j ipp - времеконстанта на веригата за управление на реактивния ток; на японски- коефициент на предаване на датчика за възбудителен ток; R B -активно съпротивление на възбудителната намотка на синхронен двигател; на Яря- коефициент на предаване на датчика за реактивен ток; до ся- коефициент на предаване на синхронен двигател, управляван чрез веригата на възбудителната намотка чрез промяна на напрежението.

Компенсация на принудителната връзка 7^ rtv Р+1 в числителя на предавателната функция на регулатора на възбудителния ток WpTB(p)се извършва вътре в обекта на управление - синхронен двигател. По този начин в контура за управление на реактивния ток няма времева константа, която трябва да бъде компенсирана, следователно прилагането на контролер с пропорционално-интегрална характеристика позволява да се елиминира недостатъкът на подчинената система за управление.

Използването на синхронен двигател с автоматично управление на възбуждането позволява поддържането на реактивна мощност и напрежение в товарния възел на дадено ниво. Задачата на автоматичния регулатор на възбуждане да генерира реактивна мощност е променлива стойност, която зависи от параметрите и натоварването на захранващата мрежа.

Синхронните машини са устройства със скорост на ротора, при която тя винаги е равна или кратна на подобен показател на магнитното поле във въздушната междина, което се създава от тока, преминаващ през намотката на котвата. Работата на този тип машини се основава на принципа на електромагнитната индукция.

Възбуждане на синхронни машини

Синхронните машини могат да бъдат възбудени чрез електромагнитно действие или постоянен магнит. В случай на електромагнитно възбуждане се използва специален генератор за постоянен ток, който захранва намотката, поради основната си функция това устройство се нарича възбудител. Струва си да се отбележи, че системата за възбуждане също е разделена на два вида според метода на въздействие - пряко и непряко. Методът на директно възбуждане предполага, че валът на синхронната машина е директно механично свързан с ротора на възбудителя. Косвеният метод предполага, че за да накарате ротора да се върти, се използва друг двигател, например асинхронна електрическа машина.

Най-широко използваният метод днес е директният метод на възбуждане. Но в случаите, когато възбудителната система трябва да работи с мощни синхронни електрически машини, се използват независими генератори за възбуждане, чиито намотки се захранват с ток от друг източник на постоянен ток, наречен подвъзбудител. Въпреки своята обемност, тази система позволява по-голяма стабилност при работа, както и по-фина настройка на характеристиките.

Устройството на синхронна машина

Синхронната електрическа машина има два основни компонента: индуктор (ротор) и котва (статор). Най-оптималната и следователно широко разпространена днес е схемата, когато арматурата е поставена върху статора, докато индукторът е разположен върху ротора. Предпоставка за функционирането на механизма е наличието на въздушна междина между тези две части. Арматурата в този случай е неподвижна част от устройството (статор). Може да се състои от една или няколко намотки, в зависимост от необходимата мощност на магнитното поле, което трябва да създаде. Сърцевината на статора обикновено се изработва от отделни тънки листове електротехническа стомана.

Индукторът в синхронните електрически машини е електромагнит, като краищата на неговата намотка водят директно към контактните пръстени на вала. По време на работа индукторът се възбужда от постоянен ток, поради което роторът създава електромагнитно поле, което взаимодейства с магнитното поле на арматурата. Така, благодарение на постоянния ток, възбуждащ индуктора, се постига постоянна честота на въртене на магнитното поле вътре в синхронната машина.

Принцип на действие на синхронните машини

Принципът на работа на синхронна машина се основава на взаимодействието на два вида магнитни полета. Едно от тези полета се формира от котвата, а другото възниква около електромагнит, възбуждан от постоянен ток - индуктор. Веднага след достигане на работна мощност, магнитното поле, създадено от статора и въртящо се във въздушната междина, се зацепва с магнитните полета на полюсите на индуктора. По този начин, за да може една синхронна машина да достигне работната си скорост, е необходимо известно време за нейното ускоряване. След като машината ускори до необходимата честота, захранването се подава към индуктора от източник на постоянен ток.

При разглеждане на принципа на работа на синхронен генератор беше установено, че източникът на MMF (индуктор) е разположен на ротора на синхронния генератор, създавайки магнитно поле в генератора. С помощта на задвижващ двигател (PD) роторът на генератора се задвижва във въртене със синхронна честота n 1 . В този случай магнитното поле на ротора също се върти и, захващайки се с намотката на статора, индуцира в него ЕМП.

Синхронните двигатели структурно почти не се различават от синхронните генератори. Те също се състоят от статор с намотка и ротор. Следователно, независимо от режима на работа, всяка синхронна машина се нуждае от процес на възбуждане - индукция на магнитно поле в нея.

Основният метод за възбуждане на синхронни машини е електромагнитният възбуждане, чиято същност е, че на полюсите на ротора се поставя възбудителна намотка. Когато постоянен ток преминава през тази намотка, възниква възбуждащ MMF, който индуцира магнитно поле в магнитната система на машината.

Доскоро за захранване на намотката на възбуждане се използваха специални генератори на постоянен ток с независимо възбуждане, наречени възбудители B (фиг. 1.1, а) , чиято възбудителна намотка (OB) получава постоянен ток от друг генератор (паралелно възбуждане), наречен подвъзбудител (SU). Роторът на синхронната машина и котвите на възбудителя и подвъзбудителя са разположени на общ вал и се въртят едновременно. В този случай токът навлиза в намотката на възбуждане на синхронната машина през контактни пръстени и четки. За регулиране на тока на възбуждане се използват контролни реостати, свързани във веригата на възбуждане на възбудителя (r 1) и подвъзбудител (r 2).

В синхронните генератори със средна и висока мощност процесът на регулиране на тока на възбуждане е автоматизиран.

В синхронните генератори с висока мощност - турбогенераторите - понякога като възбудители се използват индукторни генератори за променлив ток (виж § 23.6). На изхода на такъв генератор се включва полупроводников токоизправител.

Ориз. 1.1.

В този случай възбуждащият ток на синхронния генератор се регулира чрез промяна на възбуждането на индукторния генератор.

В синхронните генератори се използва безконтактна електромагнитна система за възбуждане, при която синхронният генератор няма контактни пръстени на ротора.

В този случай като възбудител се използва генератор на променлив ток (фиг. 1.1, 5), в който намотка 2, в която се индуцира ЕМП (намотка на котвата), е разположена на ротора, а намотка на възбуждане 1 е разположена на статора. В резултат на това намотката на възбудителната арматура и намотката на възбуждането на синхронната машина се оказват въртящи се, а електрическото им свързване се осъществява директно, без контактни пръстени и четки. Но тъй като възбудителят е генератор на променлив ток и възбуждащата намотка трябва да се захранва с постоянен ток, на изхода на арматурната намотка на възбудителя се включва полупроводников преобразувател 3, монтиран на вала на синхронната машина и въртящ се заедно с възбудителна намотка на синхронната машина и намотка на котвата на възбудителя. Захранването с постоянен ток на възбудителната намотка 1 на възбудителя се осигурява от подвъзбудителя (SU) - генератор на постоянен ток.

Липсата на плъзгащи се контакти във възбудителната верига на синхронна машина позволява да се повиши нейната надеждност на работа и да се повиши ефективността.

В синхронните генератори, включително хидрогенераторите (виж § 1.2), принципът на самовъзбуждане е широко разпространен (фиг. 1.2, а), когато енергията на променливия ток, необходима за възбуждане, се взема от намотката на статора на синхронния генератор и през a понижаващ трансформатор и изправителен полупроводников преобразувател (PP) се преобразува в енергия на постоянен ток. Принципът на самовъзбуждане се основава на факта, че първоначалното възбуждане на генератора възниква поради остатъчния магнетизъм на магнитната верига на машината.

Ориз. 1.2.

На фиг. 1.2, b показва блокова схема на автоматична система за самовъзбуждане на синхронен генератор (SG) с токоизправителен трансформатор (VT) и тиристорен преобразувател (TC), през който променливотоковото електричество от веригата на статора на SG, след преобразуване в постоянен ток, се подава към възбудителната намотка. Тиристорният преобразувател се управлява с помощта на автоматичен AVR стимулиращ регулатор, на входа на който постъпват сигнали за напрежение на изхода на SG (през трансформатора на напрежение TN) и тока на натоварване на SG (от токовия трансформатор CT). Веригата съдържа защитен блок BZ, който осигурява защита на намотката на възбуждане и тиристорния преобразувател TP от пренапрежение и претоварване по ток.

В съвременните синхронни двигатели за възбуждане се използват тиристорни възбуждащи устройства, които са свързани към мрежата за променлив ток и автоматично контролират тока на възбуждане във всички възможни режими на работа на двигателя, включително преходни. Този метод на възбуждане е най-надеждният и икономичен, тъй като ефективността на тиристорните възбудители е по-висока от тази на генераторите за постоянен ток. Промишлеността произвежда тиристорни възбудители за различни напрежения на възбуждане с допустима стойност на постоянен ток 320 A.

Най-широко използваните в съвременните серии синхронни двигатели са възбудителните тиристорни устройства от типа TE8-320/48 (напрежение на възбуждане 48 V) и TE8-320/75 (напрежение на възбуждане 75 V). Мощността, изразходвана за възбуждане, обикновено варира от 0,2 до 5% от нетната мощност на машината (по-ниска стойност се прилага за машини с висока мощност).

В синхронните машини с ниска мощност се използва принципът на възбуждане от постоянни магнити, когато постоянните магнити са разположени на ротора на машината. Този метод на възбуждане позволява да се освободи машината от намотката на възбуждане. В резултат на това дизайнът на машината е опростен, по-икономичен и надежден. Въпреки това, поради недостига на материали за производството на постоянни магнити с голям запас от магнитна енергия и сложността на тяхната обработка, използването на възбуждане от постоянни магнити е ограничено до машини с мощност не повече от няколко киловата.