Spouštění synchronních motorů: vlastnosti a způsoby spouštění

K zajištění provozu výkonných elektrických pohonů se používají synchronní motory. Našli uplatnění v kompresorových jednotkách, čerpadlech, systémech, válcovnách a ventilátorech. Používají se v hutním, cementárenském, ropném a plynárenském průmyslu a dalších průmyslových odvětvích, kde je nutné používat zařízení s vysokým výkonem. V tomto článku jsme se rozhodli říci čtenářům webu Sám elektrikářjak lze spustit synchronní motory.

Výhody a nevýhody

Strukturálně jsou synchronní motory komplikovanější než asynchronní motory, ale mají řadu výhod:

• Provoz synchronních motorů je méně závislý na kolísání napájecího napětí.
• Ve srovnání s asynchronními mají vyšší účinnost a lepší mechanické vlastnosti s menšími rozměry.
• Rychlost otáčení je nezávislá na zatížení. To znamená, že kolísání zatížení v provozním rozsahu neovlivňuje rychlost.
• Mohou pracovat s výrazným přetížením na hřídeli. Pokud dojde ke krátkodobému špičkovému přetížení, jsou tato přetížení kompenzována zvýšením proudu ve vinutí pole.
• Při optimálně zvoleném režimu budicího proudu elektromotory nespotřebovávají ani nepřenášejí jalovou energii do sítě, tj. cosϕ se rovná jedné. Motory pracující s přebuzením jsou schopné generovat reaktivní energii. To jim umožňuje použít je nejen jako motory, ale také jako kompenzátory. Pokud je požadována tvorba reaktivní energie, je na vinutí pole aplikováno přepětí.

Se všemi pozitivními vlastnostmi synchronních elektromotorů mají značnou nevýhodu - složitost spouštění. Nemají startovací moment. Ke spuštění je nutné speciální vybavení. To dlouhodobě omezovalo používání takových motorů.

Metody spuštění

Synchronní elektromotory lze spouštět třemi způsoby - pomocí přídavného motoru, asynchronního a frekvenčního spouštění. Při výběru metody se bere v úvahu konstrukce rotoru.

Provádí se s permanentními magnety, elektromagnetickým buzením nebo kombinovaně. Spolu s budicím vinutím je na rotoru namontováno zkratované vinutí - veverková klec. Říká se mu také tlumící vinutí.

Počínaje posilovacím motorem

Tato počáteční metoda se v praxi používá jen zřídka, protože je technicky obtížné ji implementovat. Je vyžadován přídavný elektromotor, který je mechanicky spojen s rotorem synchronního motoru.

Pomocí akceleračního motoru se rotor roztočí až na hodnoty blízké rychlosti otáčení pole statoru (na synchronní otáčky). Poté je na vinutí pole rotoru přiváděno konstantní napětí.

Řízení se provádí žárovkami, které jsou zapojeny paralelně se spínačem, který dodává napětí do vinutí statoru. Vypínač musí být odpojen.

V počátečním okamžiku kontrolky blikají, ale když je dosaženo jmenovité rychlosti, přestanou hořet. V tomto okamžiku je na vinutí statoru přivedeno napětí. Synchronní motor pak může pracovat nezávisle.

Poté je přídavný motor odpojen od sítě a v některých případech je odpojen mechanicky. To jsou vlastnosti startování s akceleračním motorem.

Asynchronní start

Asynchronní startovací metoda je dnes nejběžnější. Toto spuštění bylo možné po změně konstrukce rotoru. Jeho výhodou je, že není potřeba žádný další akcelerační motor, protože kromě budicího vinutí v rotoru byly namontovány tyče nakrátko nakrátko, což umožnilo spustit jej asynchronně režimu. Za této podmínky se tento způsob spouštění rozšířil.

Okamžitě doporučujeme sledovat video na toto téma:

Když je na vinutí statoru přivedeno napětí, motor zrychluje v asynchronním režimu. Po dosažení rychlosti blízké nominální hodnotě se zapne budicí vinutí.

Elektrický stroj přejde do režimu synchronizace. Ale ne všechno je tak jednoduché. Při spouštění vzniká v budicím vinutí napětí, které se zvyšuje se zvyšující se rychlostí. Vytváří magnetický tok, který ovlivňuje statorové proudy.

V tomto případě vzniká brzdný moment, který může zastavit zrychlení rotoru. Pro snížení škodlivých účinků jsou vinutí pole připojena k vybíjecímu nebo kompenzačnímu odporu. V praxi tyto odpory jsou velké těžké boxy, kde se jako odporový prvek používají ocelové spirály. Pokud tak neučiníte, může dojít k poruše izolace v důsledku stoupajícího napětí. Co povede k selhání zařízení.

Po dosažení subsynchronní rychlosti jsou odpory odpojeny od budicího vinutí a je do něj přiváděno konstantní napětí generátor (v systému generátor-motor) nebo z tyristorového budiče (taková zařízení se nazývají VTE, TVU atd., v závislosti na série). V důsledku toho se motor přepne do synchronního režimu.

Nevýhodou této metody jsou velké zapínací proudy, které způsobují výrazný pokles napětí v napájecí síti. To může mít za následek vypnutí dalších synchronních strojů pracujících na této lince v důsledku provozu ochran nízkého napětí. Aby se tento účinek omezil, jsou obvody vinutí statoru připojeny ke kompenzačním zařízením, která omezují zapínací proudy.

To může být:

1. Přídavné odpory nebo reaktory omezující zapínací proudy. Po zrychlení jsou posunuty a na vinutí statoru je přivedeno síťové napětí.
2. Použití autotransformátorů. S jejich pomocí se sníží vstupní napětí. Když rychlost otáčení dosáhne 95-97% pracovní rychlosti, dojde k přepnutí. Autotransformátory jsou odpojeny a na vinutí je přivedeno střídavé síťové napětí. V důsledku toho motor přejde do synchronizačního režimu. Tato metoda je technicky složitější a nákladnější. A autotransformátory často selhávají. V praxi se proto tato metoda používá jen zřídka.

Začátek frekvence

Frekvenční spouštění synchronních motorů se používá ke spouštění zařízení s vysokým výkonem (od 1 do 10 MW) s provozním napětím 6, 10 kW, a to jak v režimu snadného startu (s ventilátorovým zatížením), tak s těžkým startem (pohony koulí mlýny). Pro tyto účely se vyrábějí frekvenční softstartéry.

Princip činnosti je podobný vysokonapěťovým a nízkonapěťovým zařízením pracujícím podle obvodu frekvenčního měniče. Poskytují počáteční točivý moment až do 100% jmenovitého výkonu a také umožňují spuštění několika motorů z jednoho zařízení. Níže vidíte příklad obvodu se softstartérem, který je zapnutý po dobu, kdy motor startuje, a poté je vyjmut z obvodu, po kterém je motor připojen přímo k síti.

Budicí systémy

K excitaci byl donedávna používán nezávislý generátor buzení. Nacházel se na stejné hřídeli se synchronním elektromotorem. Toto schéma se stále používá v některých podnicích, ale je zastaralé a již se nepoužívá. V dnešní době se k regulaci buzení používají tyristorové budiče BTE.

Poskytují:

• optimální režim spouštění pro synchronní motor;
• udržování specifikovaného budicího proudu ve specifikovaných mezích;
• automatická regulace budicího napětí v závislosti na zátěži;
• omezení maximálního a minimálního budicího proudu;
• okamžité zvýšení budicího proudu s poklesem napájecího napětí;
• potlačení pole rotoru při odpojení od napájecí sítě;
• monitorování stavu izolace s oznámením poruchy;
• zajistit kontrolu stavu vinutí pole, když elektrický motor neběží;
• pracovat s vysokonapěťovým frekvenčním měničem, poskytujícím asynchronní a synchronní spouštění.

Tato zařízení jsou vysoce spolehlivá. Hlavní nevýhodou je vysoká cena.

Na závěr poznamenáváme, že nejběžnějším způsobem spouštění synchronních motorů je asynchronní spouštění. Startování pomocí přídavného elektromotoru prakticky nenašlo uplatnění. Přitom je frekvenční spouštění, které automaticky řeší problémy se startováním, docela drahé.

Související materiály:

• Jak vybrat frekvenční měnič
• Hladké začlenění žárovek
• Jak funguje indukční motor