Štartovanie synchrónnych motorov: vlastnosti a metódy štartovania

Na zaistenie prevádzky výkonných elektrických pohonov sa používajú synchrónne motory. Našli uplatnenie v kompresorových jednotkách, čerpadlách, systémoch, valcovniach a ventilátoroch. Používajú sa v hutníckom, cementárskom, ropnom a plynárenskom priemysle a v ďalších odvetviach, kde je potrebné používať vysokovýkonné zariadenia. V tomto článku sme sa rozhodli povedať to čitateľom tejto stránky Sám elektrikárako je možné spustiť synchrónne motory.

Výhody a nevýhody

Synchrónne motory sú štrukturálne zložitejšie ako asynchrónne motory, ale majú niekoľko výhod:

• Prevádzka synchrónnych motorov je menej závislá od kolísania napájacieho napätia.
• V porovnaní s asynchrónnymi majú vyššiu účinnosť a lepšie mechanické vlastnosti s menšími rozmermi.
• Rýchlosť otáčania je nezávislá od zaťaženia. To znamená, že kolísanie zaťaženia v prevádzkovom rozsahu neovplyvňuje rýchlosť.
• Môžu pracovať s výrazným preťažením na hriadeli. Ak dôjde k krátkodobému špičkovému preťaženiu, tieto preťaženia sú kompenzované zvýšením prúdu vo vinutí poľa.
• Pri optimálne zvolenom režime budiaceho prúdu elektromotory nespotrebúvajú ani nedodávajú jalovú energiu do siete, t.j. cosϕ sa rovná jednému. Motory pracujúce s prebuzením sú schopné vytvárať reaktívnu energiu. To im umožňuje použiť ich nielen ako motory, ale aj ako kompenzátory. Ak je potrebné generovanie jalovej energie, na vinutie poľa je použité prepätie.

So všetkými pozitívnymi vlastnosťami synchrónnych elektromotorov majú značnú nevýhodu - zložitosť štartovania. Nemajú štartovací moment. Na spustenie je potrebné špeciálne vybavenie. To dlho obmedzovalo používanie takýchto motorov.

Začnite metódami

Synchrónne elektromotory je možné štartovať tromi spôsobmi - pomocou prídavného motora, asynchrónnym a frekvenčným štartovaním. Pri výbere metódy sa berie do úvahy konštrukcia rotora.

Vykonáva sa s permanentnými magnetmi, elektromagnetickým budením alebo kombinovane. Spolu s budiacim vinutím je na rotor namontované skratované vinutie - veveričková klietka. Hovorí sa mu aj tlmiace vinutie.

Počnúc posilňovacím motorom

Táto metóda štartovania sa v praxi používa len zriedka, pretože je technicky náročná na implementáciu. Je potrebný ďalší elektromotor, ktorý je mechanicky spojený s rotorom synchrónneho motora.

Pomocou akceleračného motora sa rotor roztočí až na hodnoty blízke rýchlosti otáčania poľa statora (k synchrónnym otáčkam). Potom sa na vinutie poľa rotora aplikuje konštantné napätie.

Riadenie sa vykonáva žiarovkami, ktoré sú zapojené paralelne so spínačom, ktorý dodáva napätie vinutiam statora. Vypínač musí byť odpojený.

V počiatočnom okamihu žiarovky blikajú, ale keď sa dosiahne menovitá rýchlosť, prestanú horieť. V tomto okamihu je na vinutia statora aplikované napätie. Synchrónny motor potom môže pracovať nezávisle.

Potom je prídavný motor odpojený od siete a v niektorých prípadoch je odpojený mechanicky. Toto sú vlastnosti štartovania s akceleračným motorom.

Asynchrónny štart

Metóda asynchrónneho štartu je dnes najbežnejšia. Takéto spustenie bolo možné po zmene konštrukcie rotora. Jeho výhodou je, že nie je potrebný ďalší akceleračný motor, pretože okrem budiaceho vinutia v rotore boli namontované skratované tyče veveričej klietky, ktoré umožnili jeho asynchrónny chod režim. Za tejto podmienky je tento spôsob spustenia veľmi rozšírený.

Odporúčame okamžite sledovať video na túto tému:

Keď je na vinutie statora aplikované napätie, motor zrýchľuje v asynchrónnom režime. Po dosiahnutí rýchlosti blízkej nominálnej hodnote sa zapne budiace vinutie.

Elektrický stroj prejde do režimu synchronizácie. Ale nie všetko je také jednoduché. Pri spustení vzniká v budiacom vinutí napätie, ktoré sa zvyšuje so zvyšujúcou sa rýchlosťou. Vytvára magnetický tok, ktorý ovplyvňuje statorové prúdy.

V tomto prípade vzniká brzdný moment, ktorý môže zastaviť zrýchlenie rotora. Na zníženie škodlivých účinkov sú vinutia poľa pripojené k vybíjaciemu alebo kompenzačnému odporu. V praxi tieto odpory sú veľké ťažké boxy, kde sa ako odporový prvok používajú oceľové špirály. Ak sa tak nestane, v dôsledku stúpajúceho napätia môže dôjsť k poruche izolácie. Čo povedie k zlyhaniu zariadenia.

Po dosiahnutí subsynchrónnej rýchlosti sú odpory odpojené od budiaceho vinutia a konštantné napätie od generátor (v systéme generátor-motor) alebo z tyristorového budiča (tieto zariadenia sa nazývajú VTE, TVU atď., V závislosti od séria). Výsledkom je, že motor prejde do synchrónneho režimu.

Nevýhodou tejto metódy sú veľké zapínacie prúdy, ktoré spôsobujú výrazný pokles napätia v napájacej sieti. To môže mať za následok vypnutie ďalších synchrónnych strojov pracujúcich na tejto linke v dôsledku prevádzky ochran nízkeho napätia. Na zníženie tohto účinku sú obvody vinutia statora pripojené k kompenzačným zariadeniam, ktoré obmedzujú zapínacie prúdy.

To môže byť:

1. Ďalšie odpory alebo reaktory, ktoré obmedzujú zapínacie prúdy. Po zrýchlení sa posunú a na vinutia statora sa aplikuje sieťové napätie.
2. Použitie autotransformátorov. S ich pomocou sa zníži vstupné napätie. Keď rýchlosť otáčania dosiahne 95-97% pracovnej rýchlosti, dôjde k prepnutiu. Autotransformátory sú odpojené a na vinutia je aplikované striedavé napätie. Výsledkom je, že motor prejde do synchronizačného režimu. Táto metóda je technicky komplikovanejšia a drahšia. A autotransformátory často zlyhávajú. V praxi sa preto táto metóda používa len zriedka.

Začiatok frekvencie

Frekvenčné štartovanie synchrónnych motorov sa používa na štartovanie zariadení s vysokým výkonom (od 1 do 10 MW) s prevádzkovým napätím 6, 10 kW, v režime ľahkého štartu (s ventilátorovým zaťažením) aj s ťažkým štartom (guľové pohony) mlyny). Na tieto účely sa vyrábajú frekvenčné softštartéry.

Princíp činnosti je podobný vysokonapäťovým a nízkonapäťovým zariadeniam pracujúcim podľa obvodu frekvenčného meniča. Poskytujú štartovací krútiaci moment až do 100% nominálneho výkonu a tiež umožňujú štartovanie niekoľkých motorov z jedného zariadenia. Nižšie vidíte príklad obvodu s mäkkým štartérom, ktorý je zapnutý po dobu, keď sa motor štartuje, a potom sa vyberie z obvodu, po ktorom je motor pripojený priamo k sieti.

Budiace systémy

Na excitáciu sa donedávna používal nezávislý generátor budenia. Nachádzal sa na rovnakom hriadeli so synchrónnym elektromotorom. Táto schéma sa stále používa v niektorých podnikoch, ale je zastaraná a už sa nepoužíva. V dnešnej dobe sa na reguláciu excitácie používajú tyristorové budiče BTE.

Oni poskytujú:

• optimálny štartovací režim synchrónneho motora;
• udržiavanie špecifikovaného budiaceho prúdu v stanovených medziach;
• automatická regulácia budiaceho napätia v závislosti od zaťaženia;
• obmedzenie maximálneho a minimálneho budiaceho prúdu;
• okamžité zvýšenie budiaceho prúdu s poklesom napájacieho napätia;
• potlačenie poľa rotora pri odpojení od siete;
• monitorovanie stavu izolácie s upozornením na poruchu;
• poskytnúť kontrolu stavu vinutia poľa, keď elektrický motor nebeží;
• pracovať s vysokonapäťovým frekvenčným meničom, ktorý poskytuje asynchrónne a synchrónne štartovanie.

Tieto zariadenia sú veľmi spoľahlivé. Hlavnou nevýhodou je vysoká cena.

Na záver poznamenávame, že najbežnejším spôsobom spustenia synchrónnych motorov je asynchrónne štartovanie. Začínanie s pomocou prídavného elektrického motora prakticky nenašlo uplatnenie. Frekvenčné štartovanie, ktoré automaticky rieši problémy so štartovaním, je zároveň dosť drahé.

Súvisiace materiály:

• Ako si vybrať frekvenčný menič
• Hladké zaradenie žiaroviek
• Ako funguje indukčný motor