Synchrone motoren starten: kenmerken en startmethoden

Om de werking van krachtige elektrische aandrijvingen te garanderen, worden synchrone motoren. Ze vinden toepassing in compressorunits, pompen, systemen, walserijen en ventilatoren. Ze worden gebruikt in de metallurgische, cement-, olie- en gasindustrie en andere industrieën waar het nodig is om krachtige apparatuur te gebruiken. In dit artikel hebben we besloten om de lezers van de site te vertellen Elektricien zelfhoe synchroonmotoren kunnen worden gestart.

Voor-en nadelen

Structureel zijn synchrone motoren ingewikkelder dan asynchrone motoren, maar ze hebben een aantal voordelen:

• De werking van synchroonmotoren is minder afhankelijk van schommelingen in de voedingsspanning.
• In vergelijking met asynchrone hebben ze een hogere efficiëntie en betere mechanische eigenschappen met kleinere afmetingen.
• De rotatiesnelheid is onafhankelijk van de belasting. Dat wil zeggen, belastingsschommelingen in het werkbereik hebben geen invloed op de snelheid.
• Ze kunnen werken met aanzienlijke overbelastingen op de as. Als er kortstondige piekoverbelastingen optreden, worden deze overbelastingen gecompenseerd door de stroom in de veldwikkeling te verhogen.
• Met een optimaal geselecteerde bekrachtigingsstroommodus verbruiken of dragen de elektromotoren geen reactieve energie over aan het netwerk, d.w.z. cosϕ is gelijk aan één. Motoren, die werken met overbekrachtiging, zijn in staat om reactieve energie op te wekken. Hierdoor kunnen ze niet alleen als motoren, maar ook als compensatoren worden gebruikt. Als de opwekking van reactieve energie vereist is, wordt een overspanning op de veldwikkeling aangebracht.

Met alle positieve eigenschappen van synchrone elektromotoren hebben ze een belangrijk nadeel: de complexiteit van het opstarten. Ze hebben geen startkoppel. Voor de lancering is speciale uitrusting vereist. Dit beperkte het gebruik van dergelijke motoren voor een lange tijd.

Start methoden

Synchrone elektromotoren kunnen op drie manieren worden gestart - met een extra motor, asynchroon en frequentiestart. Bij het kiezen van een methode wordt rekening gehouden met het ontwerp van de rotor.

Het wordt uitgevoerd met permanente magneten, elektromagnetische excitatie of gecombineerd. Samen met de bekrachtigingswikkeling is een kortgesloten wikkeling op de rotor gemonteerd - een eekhoornkooi. Het wordt ook wel een dempingswikkeling genoemd.

Beginnen met een boostermotor

Deze startmethode wordt in de praktijk zelden toegepast omdat deze technisch moeilijk uitvoerbaar is. Er is een extra elektromotor nodig, die mechanisch is verbonden met de rotor van de synchroonmotor.

Met behulp van de versnellingsmotor draait de rotor tot waarden dicht bij de rotatiesnelheid van het statorveld (tot de synchrone snelheid). Daarna wordt een constante spanning aangelegd op de rotorveldwikkeling.

De besturing wordt uitgevoerd door gloeilampen die parallel zijn geschakeld met de schakelaar, die spanning levert aan de statorwikkelingen. De schakelaar moet worden losgekoppeld.

Op het eerste moment knipperen de lampen, maar wanneer de nominale snelheid is bereikt, stoppen ze met branden. Op dit moment staat er spanning op de statorwikkelingen. Daarna kan de synchroonmotor zelfstandig werken.

Vervolgens wordt de extra motor losgekoppeld van het net en in sommige gevallen mechanisch. Dit zijn de kenmerken van starten met een versnellende motor.

Asynchrone start

De asynchrone startmethode is tegenwoordig de meest voorkomende. Deze lancering werd mogelijk na een wijziging in het ontwerp van de rotor. Het voordeel is dat er geen extra versnellingsmotor nodig is, omdat naast de bekrachtigingswikkeling kortgesloten eekhoornkooistaven werden in de rotor gemonteerd, waardoor deze asynchroon kon draaien modus. Onder deze voorwaarde werd deze manier van lanceren wijdverbreid.

We raden je aan om meteen een video over het onderwerp te bekijken:

Wanneer er spanning op de statorwikkeling wordt gezet, versnelt de motor in asynchrone modus. Na het bereiken van de snelheid die dicht bij de nominale waarde ligt, wordt de excitatiewikkeling ingeschakeld.

De elektrische machine gaat naar de synchronisatiemodus. Maar niet alles is zo eenvoudig. Tijdens het opstarten ontstaat er een spanning in de bekrachtigingswikkeling, die toeneemt met toenemende snelheid. Het creëert een magnetische flux die de statorstromen beïnvloedt.

In dit geval ontstaat een remkoppel, dat de versnelling van de rotor kan stoppen. Om het schadelijke effect van de veldwikkelingen te verminderen, zijn ze aangesloten op een ontladings- of compensatieweerstand. In de praktijk zijn deze weerstanden zijn grote zware dozen, waar stalen spiralen als weerstandselement worden gebruikt. Als dit niet wordt gedaan, kan de isolatie door de stijgende spanning kapot gaan. Wat zal leiden tot uitval van apparatuur.

Na het bereiken van de subsynchrone snelheid worden de weerstanden losgekoppeld van de bekrachtigingswikkeling en wordt er een constante spanning aan toegevoerd van generator (in het generator-motorsysteem) of van een thyristor-exciter (dergelijke apparaten worden VTE, TVU, enzovoort genoemd, afhankelijk van serie). Als gevolg hiervan gaat de motor in de synchrone modus.

De nadelen van deze methode zijn grote inschakelstromen, die een aanzienlijke spanningsval in het voedingsnetwerk veroorzaken. Dit kan leiden tot het uitschakelen van andere synchrone machines die op deze lijn werken, als gevolg van de werking van de laagspanningsbeveiligingen. Om dit effect te verminderen, zijn de statorwikkelingscircuits aangesloten op compensatie-inrichtingen die inschakelstromen beperken.

Het kan zijn:

1. Extra weerstanden of reactoren die inschakelstromen beperken. Na acceleratie worden ze overbrugd en wordt er netspanning op de statorwikkelingen gezet.
2. Het gebruik van autotransformatoren. Met hun hulp wordt de ingangsspanning verlaagd. Wanneer de rotatiesnelheid 95-97% van de werksnelheid bereikt, vindt er omschakeling plaats. Autotransformatoren worden losgekoppeld en er wordt netspanning op de wikkelingen gezet. Als gevolg hiervan gaat de motor in de synchronisatiemodus. Deze methode is technisch complexer en duurder. En autotransformatoren falen vaak. Daarom wordt deze methode in de praktijk zelden gebruikt.

Frequentie start

Frequentiestart van synchroonmotoren wordt gebruikt om apparaten met een hoog vermogen (van 1 tot 10 MW) met een bedrijfsspanning te starten 6, 10 kW, zowel in de modus van gemakkelijke start (met ventilator-type belasting), als met zware start (aandrijvingen van molens). Voor deze doeleinden worden frequentie-softstarters geproduceerd.

Het werkingsprincipe is vergelijkbaar met hoogspannings- en laagspanningsapparaten die werken volgens het circuit van de frequentieomvormer. Ze bieden een startkoppel tot 100% van het nominale vermogen en zorgen ook voor het starten van meerdere motoren vanaf één apparaat. Een voorbeeld van een circuit met een softstarter zie je hieronder, deze wordt aangezet gedurende de tijd dat de motor start, en daarna wordt deze uit het circuit gehaald, waarna de motor direct op het netwerk wordt aangesloten.

Excitatiesystemen

Tot voor kort werd voor de excitatie een onafhankelijke excitatiegenerator gebruikt. Het bevond zich op dezelfde as met een synchrone elektromotor. Deze regeling wordt in sommige ondernemingen nog steeds gebruikt, maar is verouderd en wordt niet meer toegepast. Tegenwoordig worden thyristor-exciters AHO gebruikt om de excitatie te regelen.

Ze bieden:

• optimale startmodus voor een synchrone motor;
• het handhaven van de gespecificeerde excitatiestroom binnen de gespecificeerde limieten;
• automatische regeling van de bekrachtigingsspanning afhankelijk van de belasting;
• het beperken van de maximale en minimale bekrachtigingsstroom;
• een onmiddellijke toename van de excitatiestroom met een afname van de voedingsspanning;
• onderdrukking van het rotorveld wanneer losgekoppeld van het voedingsnetwerk;
• bewaken van de staat van isolatie, met melding van een storing;
• zorg voor een controle van de toestand van de veldwikkeling wanneer de elektromotor niet draait;
• werken met een hoogspanningsfrequentieomvormer, waardoor asynchroon en synchroon starten mogelijk is.

Deze apparaten zijn zeer betrouwbaar. Het grootste nadeel is de hoge prijs.

Concluderend merken we op dat de meest gebruikelijke manier om synchrone motoren te starten asynchroon starten is. Beginnen met de hulp van een extra elektromotor vond praktisch geen toepassing. Tegelijkertijd is het starten met frequentie, dat startproblemen automatisch oplost, vrij duur.

Gerelateerde materialen:

• Hoe een frequentieomvormer te kiezen
• Soepele opname van gloeilampen
• Hoe een inductiemotor werkt