SISTEME DE EXCITAȚIE PENTRU MOTORE SINCRONE DIN SERIA VTE, VTP

Excitatoarele tiristoare din seria VTE, VTP sunt proiectate pentru a alimenta înfășurările de excitație ale motoarelor sincrone cu o putere de până la 12500 kW, cu curent continuu controlat automat, în timpul pornirii lor directe și cu reactor, funcționării sincrone și în modurile de urgență.

Excitatoarele îndeplinesc cerințele GOST 24688-81, GOST 18142.1-82 și pot fi utilizate în locul redresoarelor TV-320, TV-400, TV-600, TVU, VTE-320, TE8-320, V-TPE8, V-TPP8, seria KTES .

Excitatoarele sunt produse pentru curenți nominali de 200, 320, 400, 630, 800 și 1000 A, tensiuni nominale de la 24 la 300 V. Excitatoarele pentru curenți de 200, 320 și 400 A sunt răcite în mod natural cu aer, iar pentru curenți de 8003, și 1000 A - aer forțat de la ventilatoarele încorporate.

AVANTAJE DE UTILIZARE

ușor de reprogramat la configurarea structurii sistemelor automate de control;

stabilizarea curentului de excitație în modul manual;

reglarea tensiunii statorice;

reglementare cos? la nodul de încărcare;

reglarea curentului reactiv al statorului;

interfețe cu două fire pentru automatizare și diagnosticare externă;

modul de testare automată înainte de pornire;

verificarea circuitelor de protecție la supratensiune;

verificarea funcționalității circuitelor de putere.

sistem extins de protecție;

sistem de diagnosticare încorporat și înregistrare a „urmei accidentului”;

orice orientare obiect la cererea Clientului.

DISPOZITIV

Alimentarea VTE, VTP (denumită în continuare „excitator”) poate fi furnizată de la o tensiune de intrare de ~380 V, 50 Hz. De asemenea, este posibil să alimentați comenzile de la o intrare separată. Pentru a controla circuitele de pornire și oprire ale comutatoarelor de ulei, este prevăzută o intrare de tensiune = 220 (110) V. Dispunerea și compoziția părții de comutare a releului a excitatorului sunt determinate de cerințele aplicației specifice.

Redresorul excitator este realizat conform unui circuit de punte trifazat cu un tiristor în braț. În paralel cu sarcina (înfășurarea de excitație a unui motor sincron), se conectează o rezistență de pornire printr-un comutator fără contact pe tiristoare, proiectat pentru pornirea asincronă și reducerea la o valoare acceptabilă a supratensiunilor care apar în înfășurarea rotorului în modurile de funcționare a motorului asincron. Mai mult, tiristoarele comutatoare sunt pornite atât de la sistemul de control al microprocesorului în modul de pornire, cât și direct de la supratensiunile care apar pe înfășurarea de excitație.

Sistemul de control cu ​​microprocesor controlează întregul complex de echipamente excitatoare, de la recepția de semnale externe și interne discrete și analogice până la emiterea de potențial de control și semnale de impuls, precum și indicarea tuturor modurilor de funcționare ale excitatorului folosind terminalul de control de la distanță (PT) încorporat. .

Înainte de a porni excitatorul în modul de funcționare, se efectuează un mod de testare, în timpul căruia se verifică următoarele:

funcționalitatea circuitelor de protecție la supratensiune a rotorului prin furnizarea de impulsuri de tensiune de mărime reală și înregistrarea activării tiristoarelor comutatoare în ambele direcții;

funcționalitatea convertorului și a circuitelor de alimentare externe.

Excitatoarele au moduri de funcționare de control automat și manual al curentului de excitație. Trecerea de la un mod la altul se realizează fără a opri excitatorul printr-un comutator instalat pe ușa convertorului. Acolo sunt instalate și instrumente de măsurare (curent stator, curent de excitație, tensiune de excitație, cos?) și un terminal de telecomandă, cu ajutorul căruia puteți selecta structura sistemului de control automat, puteți modifica parametrii regulatoarelor și setările sistemul de control si protectie. Aceleași proceduri pot fi efectuate folosind un PC, pentru care a fost dezvoltat un set de software de service care facilitează și accelerează semnificativ procesul de configurare.

În modul de control manual, excitatorul oferă:

alimentarea automată a excitației în funcția de alunecare a rotorului în intervalul 1-5% cu selectarea semi-undă optimă a curentului rotorului pentru pornirea directă sau în reactor a unui motor sincron;

reglarea tensiunii de excitație în intervalul de la 0,1 la 2,0 nominal;

limitarea tensiunii de excitație la un minim de la 0 la 0,5 nominal, curentul de excitare la un maxim de 1,75 nominal;

forțarea tensiunii de excitare cu un factor de cel puțin 2,0 nominal la tensiunea nominală a rețelei de alimentare și un curent de „amplificare” cu un factor nominal de 1,75;

limitarea curentului rotorului in timpul suprasarcinii in functie de caracteristica timp - curent;

protecție împotriva scurtcircuitelor interne în convertor, împotriva scurtcircuitelor externe pe partea DC;

suprimarea câmpului în timpul opririlor normale și de urgență a motorului prin comutarea convertorului în modul invertor;

protecția unui motor sincron de pierderea excitației și de pornire prelungită cu un timp de funcționare de până la 30 s. În modul de control automat, excitatorul, în plus față de cele de mai sus, asigură reglarea automată a curentului de excitație pe baza tensiunii statorice, cos ? în nodul de sarcină sau curentul reactiv al statorului.

STRUCTURA LEGENDEI

INFORMAȚII GENERALE DESPRE DESIGN

Din punct de vedere structural, excitatorul este realizat sub forma unui dulap cu serviciu în două sensuri. Comenzile, instrumentele de măsură și lămpile de alarmă sunt amplasate pe ușa dulapului. Răcirea tiristoarelor este aer natural sau forțat (VTE, VTP). Cablurile de conectare externe sunt furnizate prin orificiile din partea de jos a dulapului, sigilate cu cabluri sigilate. Sunt furnizate console pentru fixarea cablurilor. Transformatorul convertizorului de putere este instalat separat.

Dimensiunile dulapului VTE (VTP) (LxAxD) mm. – 800 (1000) x 2000 (2150) x 600.

DATE TEHNICE DE BAZĂ

Tabelul 1. Date tehnice de bază ale sistemelor de excitație a motoarelor sincrone

Nume parametru	Sens
1. Tensiunea de alimentare de intrare trifazată, V	380 +10/-15 %
2. Frecvența tensiunii de intrare, Hz	50 ± 2%
3. Raportul de creștere a tensiunii, oh. e.	2.0 Un
4. Raportul de creștere a curentului nu este mai mic decât, p.u.	1,75 in
5. Tensiune de lucru DC, V	220 (110) +10 /-15 %
6. Eficiență, nu mai puțin	0,95
7. Gradul de protecție	IP21…IP54 (opțional)
8. Durată de viață nu mai puțin de ani	15
9. Timpul mediu de recuperare nu mai mult de min.	40
10. Imunitate la zgomot	îndeplinește toate cerințele standard
11. Metoda de amortizare a câmpului	invertor

CONDITII DE MEDIU

Tabelul 2. Condiții de mediu

O mașină sincronă în designul său obișnuit constă dintr-o parte staționară - un stator, în ale cărui caneluri este plasată o înfășurare trifazată și o parte rotativă - un rotor cu electromagneți, la înfășurarea căruia este furnizat curent continuu cu alunecare. inele și perii așezate pe ele (Fig. 1). Statorul unei mașini sincrone nu este diferit de statorul unei mașini asincrone. Rotorul său este fie pol proeminent (cu poli proeminenți, Fig. 1) fie pol nesălient (rotor cilindric, Fig. 2).

Orez. 1 Mașină sincronă cu poli salient (2 p = 8). Orez. 2 Mașină sincronă cu poli non-solienți (2 p = 2).

În funcție de tipul motorului primar care antrenează generatorul sincron, se folosesc următoarele denumiri: generator cu turbină cu abur sau turbogenerator prescurtat (motor primar - turbină cu abur), generator turbină hidraulic sau hidrogenerator abreviat (motor principal - turbină hidraulică) și generator diesel ( motor principal – turbină hidraulică).motorină). Turbogeneratoarele sunt mașini de mare viteză fără poli, fabricate în prezent, de regulă, cu doi poli. Un turbogenerator, împreună cu turbina cu abur la care este conectat mecanic, se numește unitate de turbină.

Hidrogeneratoarele sunt, de obicei, mașini cu poli salienti de viteză mică, realizate cu un număr mare de poli și un arbore vertical

Generatoarele diesel sunt în majoritatea cazurilor mașini cu un arbore orizontal. Mașinile sincrone de putere redusă sunt uneori realizate cu electromagneți staționari plasați pe stator și o înfășurare de curent alternativ plasată în fantele unui rotor din tablă de oțel electric; în acest caz, înfășurarea AC este conectată la circuitul extern prin inele colectoare și perii.

Acea parte a unei mașini sincrone în înfășurarea căreia este indusă energia electrică. d.s. , se numește ancoră. Electromagneții (stâlpii) împreună cu jugul care îi închide formează un sistem de poli; se numeste inductor. La mașinile sincrone de design convențional, statorul servește ca o armătură, iar rotorul servește ca un sistem de poli. Principalele avantaje ale designului cu poli rotativi sunt că este posibil să se asigure o izolație mai fiabilă a înfășurării unei armături staționare și să o conecteze mai simplu la rețeaua de curent alternativ fără contacte glisante.

Dispunerea contactelor glisante pentru alimentarea cu curent continuu în înfășurarea electromagneților, numită înfășurare de câmp, nu este dificilă, deoarece puterea furnizată acestei înfășurări este o mică fracțiune [(0, 3 - 2)%] din puterea nominală a Mașina. În plus, trebuie menționat că la turbogeneratoarele moderne puternice care funcționează la o viteză de rotație de 3000 rpm, frecvența periferică a rotorului ajunge la 180 - 185 m/sec; la o asemenea frecvență nu ar fi posibilă realizarea unei armături rotative asamblate din foi subțiri suficient de rezistente mecanic.

Rotorul unui turbogenerator modern este fabricat din forjare solidă din oțel de înaltă calitate. Bobinele de înfășurare de câmp sunt plasate în fante frezate pe suprafața exterioară a rotorului și fixate în fante cu pene metalice puternice. Părțile frontale ale înfășurării câmpului sunt acoperite cu benzi inelare din oțel deosebit de rezistent. O mașină sincronă primește de obicei curent pentru a alimenta înfășurarea câmpului de la un mic generator de curent continuu plasat pe un arbore comun cu acesta sau conectat mecanic la acesta. Un astfel de generator se numește excitator. În cazul unui turbogenerator puternic, arborele excitator este conectat la arborele turbogeneratorului folosind un cuplaj semi-elastic.

În generatoarele sincrone, sunt utilizate două metode principale de excitare: independentă (Fig. a.) și autoexcitare (Fig. b.)

Cu excitație independentă, înfășurarea de excitație este alimentată de un generator de curent continuu cu o înfășurare de excitație independentă situată pe arborele rotorului unui generator sincron și care se rotește cu acesta (putere mare). În timpul autoexcitației, înfășurarea de excitație este alimentată de generatorul sincron însuși printr-un redresor (putere mică și medie).

Cu ajutorul motorului principal, inductorul rotorului se rotește. Câmpul magnetic este situat pe rotor și se rotește odată cu acesta, astfel încât viteza de rotație a rotorului este egală cu viteza de rotație a câmpului magnetic - de unde și denumirea de mașină sincronă.

Când rotorul se rotește, fluxul magnetic al polilor traversează înfășurarea statorului și induce în el un EMF conform legii inducției electromagnetice: E = 4,44*f*w*kw*F, unde: f – frecvența curentului alternativ, Hz; w – numărul de spire; kw – coeficient de înfăşurare; F – flux magnetic. Frecvența EMF indusă (tensiune, curent) a unui generator sincron: f =p *n/60, unde: p – numărul de perechi de poli; n – viteza de rotație a rotorului, rpm.

Înlocuind în: E = 4, 44*(p*p/60)*w*kw*Ф și, determinând că: 4, 44*(p/60)*w*kw – se referă la proiectarea mașinii și creează un factor de proiectare: C = 4. 44*(p/60)*w*kw. Atunci: E = CE*n*F. Astfel, ca orice generator bazat pe legea inducției electromagnetice, EMF indus este proporțional cu fluxul magnetic al mașinii și cu viteza rotorului.

Mașinile sincrone sunt folosite și ca motor electric, în special în instalațiile de mare putere (peste 50 kW)

Pentru a opera o mașină sincronă în modul motor, înfășurarea statorului este conectată la o rețea trifazată, iar înfășurarea rotorului este conectată la o sursă de curent continuu. Ca urmare a interacțiunii câmpului magnetic rotativ al mașinii cu curentul continuu al înfășurării câmpului, apare un cuplu M, care îl duce cu viteza câmpului magnetic.

Pentru a conecta generatorul la rețea este necesar: aceeași rotație a fazelor în rețea și în generator; egalitatea tensiunii rețelei și a EMF generatorului; egalitatea frecvențelor EMF generatorului și a tensiunii rețelei; porniți generatorul în momentul în care EMF-ul generatorului în fiecare fază este direcționat opus tensiunii rețelei. Nerespectarea acestor condiții duce la faptul că atunci când generatorul este pornit, apar curenți care pot fi mari și pot deteriora generatorul.

Acționările electrice cu motoare sincrone pot fi împărțite în trei clase în funcție de condițiile de formare a sarcinii: acționări electrice cu o sarcină constantă sau care se schimbă lent, acționări electrice cu o sarcină pulsatorie, acționări electrice cu o sarcină în schimbare bruscă. Principalele caracteristici tehnice ale acţionărilor electrice sincrone, în funcţie de tipul de sarcină întâlnit, sunt prezentate în tabel. 6.1.

După cum reiese din tabel. 6.1, în acționările electrice cu sarcini pulsative și puternic variabile, este necesar să se controleze automat excitația unui motor sincron. Sistemele de control automat al excitației asigură funcționarea stabilă a unui motor sincron în timpul supratensiunii de sarcină sau când tensiunea rețelei de alimentare scade. În aceste cazuri, sistemele automate de control al excitației cresc curentul de excitație, crescând astfel cuplul maxim al motorului sincron. În plus, modificarea curentului de excitație al unui motor sincron vă permite să reglați puterea reactivă a circuitului stator al motorului.

Tabelul 6.1

Tipuri de încărcare	Mecanisme	Gamă capacitate	Reglarea automată a curentului de excitație
Neschimbabil	Fani Suflante Compresoare	Yuch-YOO kW	Nu este necesar
Pulsând	Masini de pompare Compresoare cu piston		Necesar
Extrem de variabil	Concasoare Mori Laminoare Foarfece Fierastraie	1004-10000 kW	Necesar

Posibilitatea de a regla puterea reactivă în circuitul stator al unui motor sincron prin modificarea curentului de excitație al acestuia este ilustrată de diagramele vectoriale prezentate în Fig. 6.14.

Orez. 6.14. Diagrame vectoriale ale unui motor sincron la diferiți curenți de înfășurare de câmp: a - curentul de excitație este mai mic decât cel nominal; b - curentul de excitație este egal cu curentul nominal; c - curentul de excitație este mai mare decât cel nominal

Diagrama vectorială fig. 6.14, A corespunde curentului înfășurării de excitație mai mic decât cel nominal, în timp ce vectorul curentului stator / este în urmă cu vectorul tensiune al rețelei LJ X la unghiul cf. Puterea reactivă este activ-inductivă. Cu creșterea curentului de excitație (Fig. 6.14 , b) EMF E), indusă în înfășurările statorului crește și poate atinge o valoare la care curentul statorului / va fi în fază cu tensiunea (/, adică costp = 1. Puterea reactivă este zero. Dacă curentul înfășurării de câmp este mai mult crescut, atunci vectorul curent al statorului / , va conduce în fază vectorul de tensiune 6/, (funcționând cu coscp conducător) iar motorul sincron va fi echivalent cu o sarcină activ-capacitiv conectată în paralel cu rețeaua (Fig. 6.14, V).

În fig. 6.15 prezintă caracteristicile în formă de ^/. Ele arată dependența curentului statoric / al unui motor sincron de curentul de excitație / în la diferite sarcini pe arborele motorului (M s! Cu valorile numerice ale parametrilor, caracteristicile în formă de 67 vă permit să selectați corect curentul de excitație pentru a asigura modul de funcționare necesar al motorului sincron.

În prezent, în practică sunt utilizate sisteme automate de control al excitației. În funcție de designul circuitului, sistemele automate de control al curentului de excitație pot îndeplini următoarele funcții principale:

• asigura funcționarea stabilă a unui motor sincron în condiții de sarcină date;
• menține tensiunea optimă în nodul de sarcină la care este conectat motorul sincron;
• asigura un minim de pierderi de energie în motorul sincron și sistemul de alimentare cu energie.

Orez. 6.15.

La alegerea circuitelor de control automate pentru curentul de excitație, acestea sunt ghidate de următoarele prevederi:

• în acționările electrice cu sarcină constantă și fluctuații ușoare ale tensiunii de alimentare, instalarea dispozitivelor pentru controlul automat al curentului de excitare, de regulă, nu este prevăzută;
• În acționările electrice cu sarcină pulsatorie sau șoc, este necesar să se instaleze dispozitive pentru controlul automat al curentului de excitație. Curentul de excitație al unor astfel de motoare este reglat în funcție de curentul activ al statorului, ceea ce face posibilă creșterea semnificativă a capacității de suprasarcină a motorului și, în unele cazuri, reducerea puterii sale instalate;
• atunci când funcționează un motor sincron cu o sarcină puternic variabilă, este, de asemenea, necesar să se instaleze dispozitive pentru reglarea automată a curentului de excitație, cu toate acestea, în acest caz, sistemul de control trebuie să răspundă nu numai la modificările sarcinii, ci și la viteza. a acestei schimbări.

În Fig. 6.16. Sistemul face posibilă asigurarea excitării unui motor sincron în toate modurile de funcționare normale. Când sarcina de pe arborele motorului se modifică, curentul / înfășurării statorului crește, ceea ce

conduce la o creștere a semnalului de feedback pozitiv al curentului Uoc[

și, în consecință, la o creștere a tensiunii redresorului controlat și o creștere a curentului de excitație al motorului sincron.

Orez. 6.16.

Luând în considerare proporționalitatea dintre EMF și fluxul magnetic Ф și, prin urmare, curentul înfășurării câmpului / in, ecuația (1.71) poate fi scrisă după cum urmează:

Unde la a - coeficient de proporţionalitate între fluxul Ф şi curentul de excitaţie 1 a.

Analiza (6.10) arată că o creștere a curentului de excitație determină o creștere a cuplului maxim al unui motor sincron. În consecință, controlul automat al excitației duce la o stabilitate dinamică crescută a unui motor sincron atunci când sarcina pe arborele acestuia se modifică și la atenuarea oscilației rotorului.

De asemenea, este posibil să se mențină tensiunea optimă în nodul de sarcină la care este conectat motorul sincron folosind sisteme automate de control al curentului de excitație.

Pentru a îmbunătăți performanța unei rețele industriale extinse, puterea reactivă este compensată prin instalarea de motoare sincrone sau compensatoare sincrone. În fig. Figura 6.17 prezintă o diagramă a unui nod de sarcină la care sunt conectați consumatorii care generează și consumă putere reactivă.

Orez. 6.1 7.

Curentul reactiv inductiv / p este egal cu suma curenților reactivi P

consumatori (transformatoare; motoare asincrone; motoare DC alimentate de convertoare reglabile) și este determinată de expresia

Unde / . - curentul reactiv al sarcinii /-a.

Pentru a compensa pe deplin puterea reactivă din rețea, trebuie îndeplinită următoarea condiție:

Curentul reactiv al unei mașini sincrone necesar pentru a compensa căderea de tensiune a rețelei:

Unde X p- reactanța de fază echivalentă a rețelei luând în considerare toți consumatorii:

AU C- căderea de tensiune a rețelei; - tensiunea de fază a rețelei;

- rezistența totală de fază a tuturor consumatorilor de energie electrică, cu excepția motorului sincron; p, este conductivitatea electrică a secțiunii circuitului; U, t - tensiunea de linie; S K Cu -

puterea de scurtcircuit al rețelei.

Sistemele moderne de control automat al curentului de excitație al motoarelor sincrone, concepute pentru a compensa puterea reactivă, sunt construite pe principiul controlului subordonat al coordonatelor și asigură reglarea a trei variabile: curent de excitație, cădere de tensiune pe reactanța de fază echivalentă a rețeaua, curentul reactiv al statorului motorului sincron. Schema funcțională a unui astfel de sistem este prezentată în Fig. 6.18.

Orez. 6.18.

Circuitul intern asigură reglarea curentului de excitație folosind regulatorul de curent de excitație PTB. Comanda pentru curentul de excitație al unui motor sincron este semnalul de ieșire U pj regulator

curent reactiv PRT. Din acest semnal se scade tensiunea de feedback pentru curentul de excitație al motorului sincron. Semnalul de ieșire?/PTB al regulatorului de curent de excitație afectează controlul

Redresor UV, schimbând curentul de excitație / într-un motor sincron.

Regulatorul de curent reactiv este inclus în al doilea circuit - circuitul de control al curentului reactiv eu. Semnalele sunt însumate la intrarea acestuia

feedback negativ asupra curentului reactiv (7 ort și semnalul pentru setarea curentului reactiv - de la ieșirea regulatorului de tensiune PH.

La intrarea regulatorului de tensiune PH se însumează semnalele de feedback negativ de tensiune U pe. Feedback-ul de tensiune este format din curentul reactiv și rezistența de fază echivalentă a rețelei: U0H = eu X C1. Regulatorul de tensiune este de tip adaptiv, proporțional, modificând câștigul atunci când tensiunea de alimentare scade sub (0,8 - 0,85) U H .

Funcțiile de transfer ale buclelor de control și ale regulatoarelor de curent sunt obținute în baza următoarelor ipoteze de bază:

Saturația circuitului magnetic al unui motor sincron nu este luată în considerare;

Redresor controlat - legatura aperiodica de ordinul I cu functie de transfer

Unde k.sh- câştigul redresorului controlat (convertor tiristor); - constantă de timp de întârziere

convertor tiristor; staniu- numărul de pulsații de tensiune ale convertorului tiristor în perioada tensiunii de alimentare; co e -

frecvența unghiulară a rețelei de alimentare este egală cu 314,15 s" 1, la o frecvență a rețelei de alimentare / s = 50 Hz; toate constantele de timp ale filtrului și inerția mică sunt însumate și înlocuite cu o constantă de timp.

Funcțiile de transfer ale regulatoarelor în conformitate cu optimul modular:

Regulator de curent de excitație

Regulator de curent reactiv

Unde T- constanta de timp a circuitului de control al curentului de excitaţie; 7j ipp - constanta de timp a buclei de reglare a curentului reactiv; la japoneză- coeficientul de transmisie al senzorului de curent de excitație; R B - rezistența activă a înfășurării de excitație a unui motor sincron; lui Yarya- coeficientul de transmisie al senzorului de curent reactiv; la xia- coeficientul de transmisie al unui motor sincron controlat prin circuitul de înfăşurare de excitaţie prin modificarea tensiunii.

Compensarea verigii de forţare 7^ rtv R+1 în numărătorul funcției de transfer a regulatorului de curent de excitație WpTB(p) se realizează în interiorul obiectului de control - un motor sincron. Astfel, în bucla de control al curentului reactiv nu există o constantă de timp care să fie compensată, prin urmare, implementarea unui controler cu o caracteristică proporțional-integrală face posibilă eliminarea dezavantajului sistemului de control subordonat.

Utilizarea unui motor sincron cu control automat al excitației face posibilă menținerea puterii reactive și a tensiunii în nodul de sarcină la un anumit nivel. Sarcina în regulatorul automat de excitație de a genera putere reactivă este o valoare variabilă care depinde de parametrii și sarcina rețelei de alimentare.

Mașinile sincrone sunt dispozitive cu o turație a rotorului în care aceasta este întotdeauna egală cu sau un multiplu al unui indicator similar al câmpului magnetic din interiorul spațiului de aer, care este creat de curentul care trece prin înfășurarea armăturii. Funcționarea acestui tip de mașină se bazează pe principiul inducției electromagnetice.

Excitarea mașinilor sincrone

Mașinile sincrone pot fi excitate de acțiune electromagnetică sau de un magnet permanent. În cazul excitației electromagnetice, se folosește un generator special de curent continuu, care alimentează înfășurarea; datorită funcției sale principale, acest dispozitiv se numește excitator. Este de remarcat faptul că sistemul de excitație este, de asemenea, împărțit în două tipuri în funcție de metoda de influență - directă și indirectă. Metoda excitației directe implică faptul că arborele mașinii sincrone este conectat direct mecanic la rotorul excitator. Metoda indirectă presupune că, pentru a face rotorul să se rotească, se folosește un alt motor, de exemplu o mașină electrică asincronă.

Cea mai utilizată metodă astăzi este metoda directă de excitare. Cu toate acestea, în cazurile în care sistemul de excitare ar trebui să funcționeze cu mașini electrice sincrone puternice, se folosesc generatoare de excitație independente, ale căror înfășurări sunt alimentate cu curent dintr-o altă sursă de curent continuu, numită subexcitator. În ciuda volumului său, acest sistem permite o mai mare stabilitate în funcționare, precum și o reglare mai fină a caracteristicilor.

Dispozitivul unei mașini sincrone

O mașină electrică sincronă are două componente principale: un inductor (rotor) și o armătură (stator). Cea mai optimă și, prin urmare, răspândită astăzi este schema când armătura este plasată pe stator, în timp ce inductorul este situat pe rotor. O condiție prealabilă pentru funcționarea mecanismului este prezența unui spațiu de aer între aceste două părți. În acest caz, armătura este o parte staționară a dispozitivului (stator). Poate consta fie din una, fie din mai multe înfășurări, în funcție de puterea necesară a câmpului magnetic pe care trebuie să-l creeze. Miezul statorului este de obicei realizat din foi individuale subțiri de oțel electric.

Inductorul din mașinile electrice sincrone este un electromagnet, cu capetele înfășurării sale ducând direct la inelele colectoare de pe arbore. În timpul funcționării, inductorul este excitat de curent continuu, datorită căruia rotorul creează un câmp electromagnetic care interacționează cu câmpul magnetic al armăturii. Astfel, datorită curentului continuu care excită inductorul, se realizează o frecvență constantă de rotație a câmpului magnetic în interiorul mașinii sincrone.

Principiul de funcționare al mașinilor sincrone

Principiul de funcționare al unei mașini sincrone se bazează pe interacțiunea a două tipuri de câmpuri magnetice. Unul dintre aceste câmpuri este format de armătură, în timp ce celălalt apare în jurul unui electromagnet excitat de curent continuu - un inductor. Imediat după atingerea puterii de funcționare, câmpul magnetic creat de stator și care se rotește în interiorul întrefierului se integrează cu câmpurile magnetice de la polii inductorului. Astfel, pentru ca o mașină sincronă să-și atingă viteza de funcționare, este nevoie de o anumită perioadă de timp pentru ao accelera. După ce mașina accelerează la frecvența necesară, inductorul este alimentat de la o sursă de curent continuu.

Luând în considerare principiul de funcționare al unui generator sincron, s-a constatat că o sursă MMF (inductor) este situată pe rotorul generatorului sincron, creând un câmp magnetic în generator. Cu ajutorul unui motor de antrenare (PD), rotorul generatorului este antrenat în rotație la o frecvență sincronă n 1 . În acest caz, câmpul magnetic al rotorului se rotește și el și, angajându-se cu înfășurarea statorului, induce un EMF în acesta.

Motoarele sincrone nu sunt aproape deloc diferite din punct de vedere structural de generatoarele sincrone. Ele constau, de asemenea, dintr-un stator cu o înfășurare și un rotor. Prin urmare, indiferent de modul de funcționare, orice mașină sincronă are nevoie de un proces de excitare - inducerea unui câmp magnetic în ea.

Principala metodă de excitare a mașinilor sincrone este electromagnetică excitație, a cărei esență este că o înfășurare de excitație este plasată la polii rotorului. Când un curent continuu trece prin această înfășurare, apare o excitație MMF, care induce un câmp magnetic în sistemul magnetic al mașinii.

Până de curând, pentru alimentarea înfășurării de excitație erau utilizate generatoare de curent continuu cu excitație independentă, numite excitatoare B (Fig. 1.1, a) , a cărei înfășurare de excitație (OB) a primit curent continuu de la un alt generator (excitație paralelă), numit subexciter (SU). Rotorul unei mașini sincrone și armăturile excitatorului și subexcitatorului sunt situate pe un arbore comun și se rotesc simultan. În acest caz, curentul intră în înfășurarea de excitație a mașinii sincrone prin inele colectoare și perii. Pentru reglarea curentului de excitație se folosesc reostate de control, conectate în circuitul de excitație al excitatorului (r 1) și subexcitator (r 2).

În generatoarele sincrone de putere medie și mare, procesul de reglare a curentului de excitație este automatizat.

În generatoarele sincrone de mare putere - turbogeneratoare -, uneori, generatoarele de curent alternativ de tip inductor sunt folosite ca excitatoare (vezi § 23.6). La ieșirea unui astfel de generator, un redresor cu semiconductor este pornit.

Orez. 1.1.

În acest caz, curentul de excitație al generatorului sincron este ajustat prin schimbarea excitației generatorului inductor.

Un sistem de excitație electromagnetică fără contact a fost utilizat la generatoarele sincrone, în care generatorul sincron nu are inele colectoare pe rotor.

În acest caz, un generator de curent alternativ este utilizat ca excitator (Fig. 1.1, 5), în care înfășurarea 2, în care este indus EMF (înfășurarea armăturii), este situată pe rotor, iar înfășurarea de excitație 1 este situată pe statorul. Ca urmare, înfășurarea armăturii excitatorului și înfășurarea de excitație a mașinii sincrone se dovedesc a fi în rotație, iar conexiunea lor electrică se realizează direct, fără inele colectoare și perii. Dar, deoarece excitatorul este un generator de curent alternativ, iar înfășurarea de excitație trebuie alimentată cu curent continuu, la ieșirea înfășurării armăturii excitatorului este pornit un convertor semiconductor 3, montat pe arborele mașinii sincrone și care se rotește împreună cu înfăşurarea de excitaţie a maşinii sincrone şi înfăşurarea armăturii excitatorului. Alimentarea cu curent continuu a înfășurării de excitație 1 a excitatorului este furnizată de la subexcitator (SU) - un generator de curent continuu.

Absența contactelor glisante în circuitul de excitare al unei mașini sincrone face posibilă creșterea fiabilității sale de funcționare și creșterea eficienței.

În generatoarele sincrone, inclusiv hidrogeneratoarele (vezi § 1.2), principiul autoexcitației a devenit larg răspândit (Fig. 1.2, a), atunci când energia curentului alternativ necesară excitației este preluată din înfășurarea statorului a generatorului sincron și printr-un transformatorul descendente și un convertor semiconductor de redresare (PP) este transformat în energie de curent continuu. Principiul autoexcitației se bazează pe faptul că excitația inițială a generatorului are loc datorită magnetismului rezidual al circuitului magnetic al mașinii.

Orez. 1.2.

În fig. 1.2, b prezintă o schemă bloc a unui sistem automat de autoexcitare a unui generator sincron (SG) cu un transformator redresor (VT) și un convertor tiristor (TC), prin care curent alternativ din circuitul stator al SG, după conversia în curent continuu, este alimentată înfășurării de excitație. Convertorul tiristor este controlat prin intermediul unui regulator automat de stimulare AVR, a cărui intrare primește semnale de tensiune la ieșirea SG (prin transformatorul de tensiune TN) și curentul de sarcină al SG (de la transformatorul de curent CT). Circuitul conține o unitate de protecție BZ, care asigură protecție pentru înfășurarea de excitație și convertorul tiristor TP de supratensiune și suprasarcină de curent.

În motoarele sincrone moderne, dispozitivele de excitație cu tiristoare sunt utilizate pentru excitare; acestea sunt conectate la rețeaua de curent alternativ și controlează automat curentul de excitare în toate modurile de funcționare posibile ale motorului, inclusiv cele tranzitorii. Această metodă de excitare este cea mai fiabilă și mai economică, deoarece eficiența dispozitivelor excitatoare cu tiristoare este mai mare decât cea a generatoarelor de curent continuu. Industria produce dispozitive excitatoare cu tiristoare pentru diferite tensiuni de excitare cu o valoare admisibilă a curentului continuu de 320 A.

Cele mai utilizate pe scară largă în seriile moderne de motoare sincrone sunt dispozitivele cu tiristoare excitatoare de tipurile TE8-320/48 (tensiune de excitare 48 V) și TE8-320/75 (tensiune de excitare 75 V). Puterea cheltuită pentru excitație variază de obicei între 0,2 și 5% din puterea netă a mașinii (o valoare mai mică se aplică mașinilor de mare putere).

La mașinile sincrone de putere redusă, se utilizează principiul excitației cu magneți permanenți, atunci când magneții permanenți sunt amplasați pe rotorul mașinii. Această metodă de excitare face posibilă eliminarea mașinii de înfășurarea de excitație. Ca rezultat, designul mașinii este simplificat, mai economic și mai fiabil. Cu toate acestea, din cauza deficitului de materiale pentru fabricarea magneților permanenți cu o cantitate mare de energie magnetică și a complexității procesării acestora, utilizarea excitației de către magneți permanenți este limitată la mașini cu o putere de cel mult câțiva kilowați.