Starten von Synchronmotoren: Merkmale und Methoden zum Starten

Um den Betrieb zu gewährleisten kommen leistungsstarke Elektroantriebe zum Einsatz Synchronmotoren. Sie finden Anwendung in Kompressoreinheiten, Pumpen, Systemen, Walzwerken und Ventilatoren. Sie werden in der Metallurgie-, Zement-, Öl- und Gasindustrie und anderen Industrien verwendet, in denen Hochleistungsgeräte verwendet werden müssen. In diesem Artikel haben wir uns entschieden, den Lesern der Website davon zu erzählen Elektriker selbstwie Synchronmotoren gestartet werden können.

Vorteile und Nachteile

Synchronmotoren sind strukturell komplizierter als Asynchronmotoren, haben aber eine Reihe von Vorteilen:

• Der Betrieb von Synchronmotoren ist weniger abhängig von Schwankungen der Versorgungsspannung.
• Im Vergleich zu asynchronen haben sie einen höheren Wirkungsgrad und bessere mechanische Eigenschaften bei kleineren Abmessungen.
• Die Drehzahl ist lastunabhängig. Das heißt, Lastschwankungen im Betriebsbereich haben keinen Einfluss auf die Drehzahl.
• Sie können mit erheblichen Überlastungen auf der Welle arbeiten. Treten kurzzeitige Spitzenüberlastungen auf, werden diese Überlastungen durch Stromerhöhung in der Feldwicklung kompensiert.
• Bei optimal gewähltem Erregerstrommodus verbrauchen die Elektromotoren keine Blindenergie bzw. geben sie an das Netz ab, d.h. cosϕ ist gleich eins. Motoren, die mit Übererregung arbeiten, können Blindenergie erzeugen. Dadurch können sie nicht nur als Motoren, sondern auch als Kompensatoren verwendet werden. Wenn die Erzeugung von Blindenergie erforderlich ist, wird eine Überspannung an die Feldwicklung angelegt.

Bei all den positiven Eigenschaften von Synchronelektromotoren haben sie einen erheblichen Nachteil - die Komplexität des Anlaufens. Sie haben kein Anlaufmoment. Für den Start ist eine spezielle Ausrüstung erforderlich. Dies schränkte den Einsatz solcher Motoren für lange Zeit ein.

Startmethoden

Synchron-Elektromotoren können auf drei Arten gestartet werden - mit einem zusätzlichen Motor, Asynchron- und Frequenzstart. Bei der Wahl eines Verfahrens wird das Design des Rotors berücksichtigt.

Es wird mit Permanentmagneten, elektromagnetischer Erregung oder kombiniert durchgeführt. Zusammen mit der Erregerwicklung ist auf dem Rotor eine kurzgeschlossene Wicklung montiert - ein Käfigläufer. Sie wird auch als Dämpfungswicklung bezeichnet.

Beginnend mit einem Booster-Motor

Diese Startmethode wird in der Praxis selten verwendet, da sie technisch schwierig zu implementieren ist. Es wird ein zusätzlicher Elektromotor benötigt, der mechanisch mit dem Rotor des Synchronmotors verbunden ist.

Mit Hilfe des Beschleunigungsmotors dreht sich der Rotor auf Werte nahe der Drehzahl des Statorfeldes (auf die Synchrondrehzahl). Danach wird an die Rotorfeldwicklung eine konstante Spannung angelegt.

Die Steuerung erfolgt durch Glühbirnen, die parallel zum Schalter geschaltet sind, der die Statorwicklungen mit Spannung versorgt. Der Schalter muss getrennt werden.

Im ersten Moment blinken die Lampen, aber wenn die Nenndrehzahl erreicht ist, hören sie auf zu brennen. In diesem Moment wird Spannung an die Statorwicklungen angelegt. Danach kann der Synchron-Elektromotor unabhängig arbeiten.

Anschließend wird der Zusatzmotor vom Netz getrennt, ggf. auch mechanisch. Dies sind die Merkmale des Startens mit einem beschleunigenden Motor.

Asynchroner Start

Die asynchrone Startmethode ist heute die gebräuchlichste. Möglich wurde diese Einführung durch eine Änderung des Rotordesigns. Sein Vorteil ist, dass kein zusätzlicher Beschleunigungsmotor erforderlich ist, da zusätzlich zur Erregerwicklung im Rotor wurden kurzgeschlossene Käfigstangen montiert, die einen asynchronen Betrieb ermöglichten Modus. Unter dieser Bedingung ist diese Startmethode weit verbreitet.

Wir empfehlen sofort ein Video zum Thema anzusehen:

Beim Anlegen einer Spannung an die Statorwicklung beschleunigt der Motor asynchron. Nach Erreichen der Drehzahl nahe dem Nennwert schaltet die Erregerwicklung ein.

Die elektrische Maschine geht in den Synchronmodus. Aber nicht alles ist so einfach. Beim Anlauf entsteht in der Erregerwicklung eine Spannung, die mit zunehmender Drehzahl ansteigt. Es erzeugt einen magnetischen Fluss, der die Statorströme beeinflusst.

Dabei entsteht ein Bremsmoment, das die Beschleunigung des Rotors stoppen kann. Um die schädliche Wirkung der Feldwicklungen zu reduzieren, sind sie mit einem Entlade- oder Kompensationswiderstand verbunden. In der Praxis sind diese Widerstände sind große schwere Kästen, in denen Stahlspiralen als Widerstandselement verwendet werden. Geschieht dies nicht, kann es aufgrund der ansteigenden Spannung zu einem Isolationsdurchschlag kommen. Was führt zu einem Geräteausfall.

Nach Erreichen der untersynchronen Drehzahl werden die Widerstände von der Erregerwicklung getrennt und mit einer konstanten Spannung versorgt Generator (im Generator-Motor-System) oder von einem Thyristor-Erreger (solche Geräte heißen VTE, TVU usw Serie). Dadurch geht der Motor in den Synchronmodus.

Die Nachteile dieses Verfahrens sind große Einschaltströme, die einen erheblichen Spannungsabfall im Versorgungsnetz verursachen. Dies kann aufgrund des Ansprechens der Unterspannungsschutzeinrichtungen zur Abschaltung anderer Synchronmaschinen auf dieser Leitung führen. Um diesen Effekt zu reduzieren, sind die Statorwicklungskreise mit Kompensationseinrichtungen verbunden, die Einschaltströme begrenzen.

Es kann sein:

1. Zusätzliche Widerstände oder Drosseln, die Einschaltströme begrenzen. Nach der Beschleunigung werden sie überbrückt und an die Statorwicklungen wird Netzspannung angelegt.
2. Die Verwendung von Spartransformatoren. Mit ihrer Hilfe wird die Eingangsspannung reduziert. Wenn die Drehzahl 95-97% der Arbeitsgeschwindigkeit erreicht, erfolgt ein Umschalten. Spartransformatoren werden abgeklemmt und an die Wicklungen wird Netzwechselspannung angelegt. Als Ergebnis geht der Motor in den Synchronisationsmodus. Dieses Verfahren ist technisch aufwendiger und teurer. Und Spartransformatoren versagen oft. Daher wird diese Methode in der Praxis selten verwendet.

Frequenzstart

Der Frequenzstart von Synchronmotoren dient zum Starten von Hochleistungsgeräten (von 1 bis 10 MW) mit einer Betriebsspannung 6, 10 kW, sowohl im Leichtstartmodus (mit Lüfterlast) als auch im Schwerstartmodus (Kugelantriebe) Mühlen). Für diese Zwecke werden Frequenzsanftstarter hergestellt.

Das Funktionsprinzip ist ähnlich wie bei Hochspannungs- und Niederspannungsgeräten, die nach der Frequenzumrichterschaltung arbeiten. Sie bieten Anlaufmomente bis 100 % des Nennwertes und ermöglichen auch den Anlauf mehrerer Motoren von einem Gerät aus. Unten sehen Sie ein Beispiel für einen Stromkreis mit einem Softstarter, der für die Zeit des Motorstarts eingeschaltet und dann aus dem Stromkreis entfernt wird, wonach der Motor direkt an das Netzwerk angeschlossen wird.

Erregersysteme

Bis vor kurzem wurde zur Anregung ein unabhängiger Erregergenerator verwendet. Es befand sich auf der gleichen Welle mit einem Synchron-Elektromotor. Dieses Schema wird in einigen Unternehmen noch verwendet, ist jedoch veraltet und wird nicht mehr angewendet. Zur Regelung der Erregung werden heute Thyristor-Erreger BTE verwendet.

Sie liefern:

• optimaler Anlaufmodus für einen Synchronmotor;
• Halten des angegebenen Erregerstroms innerhalb der angegebenen Grenzen;
• automatische Regelung der Erregerspannung in Abhängigkeit von der Last;
• Begrenzung des maximalen und minimalen Erregerstroms;
• ein sofortiger Anstieg des Erregerstroms mit einem Abfall der Versorgungsspannung;
• Unterdrückung des Rotorfeldes bei Trennung vom Versorgungsnetz;
• Überwachung des Isolationszustandes mit Meldung einer Störung;
• eine Überprüfung des Zustands der Feldwicklung vorsehen, wenn der Elektromotor nicht läuft;
• arbeiten mit einem Hochspannungs-Frequenzumrichter und ermöglichen einen asynchronen und synchronen Start.

Diese Geräte sind sehr zuverlässig. Der Hauptnachteil ist der hohe Preis.

Zusammenfassend stellen wir fest, dass die gebräuchlichste Methode zum Starten von Synchronmotoren der asynchrone Start ist. Das Starten mit Hilfe eines zusätzlichen Elektromotors fand praktisch keine Anwendung. Gleichzeitig ist ein Frequenzstart, der Startprobleme automatisch löst, recht teuer.

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