Возбуждение синхронных машин

Возбуждение синхронных машин может производиться за счет электромагнитного воздействия или же постоянного магнита. В случае с электромагнитным возбуждением применяется специальныйгенератор постоянного тока, который и питает обмотку, в связи со своей основной функцией данное устройство получило название возбудитель. Стоит отметить, что система возбуждения также делится на два вида по способу воздействия - прямой и косвенный. Прямой метод возбуждения подразумевает, что вал синхронной машины напрямую соединен механическим способом с ротором возбудителя. Косвенный же метод предполагает, что для того чтобы заставить ротор вращаться используется другой двигатель, например асинхронная электромашина.

Наибольшее распространение сегодня получил именно прямой метод возбуждения. Однако в тех случаях, когда предполагается работа системы возбуждения с мощными синхронными электромашинами применяют генераторы независимого возбуждения, на обмотку которых ток подается с другого источника постоянного тока, называемого подвозбудителем. Несмотря на всю громоздкость, данная система позволяет добиться большей стабильности в работе, а также более тонкой настройки характеристик.

Устройство синхронной машины

У синхронной электрической машины существует две основных составляющих части: индуктор (ротор) и якорь (статор). Самой оптимальной и потому распространенной на сегодняшний день является схема, когда якорь располагают на статоре, в то время как индуктор располагается на роторе. Обязательным условием для функционирования механизма является наличие между этими двумя частями воздушной прослойки. Якорь в данном случае представляет собой неподвижную часть устройства (статор). Он может состоять как из одной, так и из нескольких обмоток, в зависимости от необходимой мощности магнитного поля, которое он должен создавать. Сердечник статора, как правило, набирается из отдельных тонких листов электротехнической стали.

Индуктор в синхронных электрических машинах представляет собой электромагнит, при этом концы его обмотки выводятся непосредственно на контактные кольца на валу. Во время работы индуктор возбуждается постоянным током, благодаря которому ротор и создает электромагнитное поле, взаимодействующее с магнитным полем якоря. Таким образом, благодаря постоянному току, возбуждающему индуктор, достигается постоянная частота вращения магнитного поля внутри синхронной машины.

Принцип действия синхронных машин

В основе принципа работы синхронной машины лежит взаимодействие двух типов магнитных полей. Одно из этих полей образуется якорем, другое же возникает вокруг возбуждаемого постоянным током электромагнита – индуктора. Непосредственно после выхода на рабочую мощность магнитное поле создаваемое статором и вращающееся внутри воздушной прослойки, сцепляется с магнитными полями на полюсах индуктора. Таким образом, для того чтобы синхронная машина достигла рабочей частоты вращения, требуется определенное время на ее разгон. После того как машина разгоняется до необходимой частоты, на индуктор подается питание от источника постоянного тока.

 

2.Система управляемый преобразователь – двигатель с отрицательной обратной связью по току.

Система регулирования тока и момента с помощью отрицательной об-

ратной связью по току. Схема замкнутой системы с отрицательной обратной

связью по току приведена на рис.5.47. Эта схема повторяет схему на рис.5.45,

только знак обратной связи – отрицательный. Но знак обратной связи полностью

меняет принцип работысхемы. При постоянномнапряжении заданияувеличение тока якоряприводит к снижениюЭДС преобразователя иснижению скорости. Та-

кая система способнаподдерживать ток якоря.Если в системе урав-

нений для статики (5.16)изменить знак обратнойсвязи и разрешить урав-

нение 5.17 относительнотока, то получим выра-жение электромехани-ческой характеристики

из которого видно, что первый член этого уравнения определяет ток короткого

замыкания IКЗ. Величина тока короткого замыкания IКЗ определяется напряжени-

ем задания тока UЗАДТ. Второй член уравнения отражает отклонение тока ΔI от

тока короткого замыкания IКЗ, зависящее от скорости, а точнее, от ЭДС двигате-

ля Е = кФН·ω. Чем больше скорость ω, тем больше Е, тем меньше ток в цепи

якоря.

При UЗАДТ = const и ω = 0 ток цепи якоря равен току короткого замыкания IКЗ ≡

UЗТ, отклонение тока ΔI = 0. Появление скорости и ЭДС приводит к отклонению

тока, ΔI > 0, а величина отклонения зависит от коэффициента обратной

связи кОТ. Электромеханические характеристики системы с ООС по току приве-

дены на рис.5.48.

Если kОТ = ∞, то ΔI = 0, характеристика проходит вертикально. При kОТ = 0

характеристика приобретает наклон естественной характеристики. Работа сис-

темы ограничена по скорости номинальным напряжением UН двигателя (пунк-

тирная линия на рис.5.48).

Для М = МКЗ =const требуетсяkОТ = ∞. В качествеусилителя исполь-зуют ПИ или И –регуляторы. Ино-гда ООС по токуиспользуют дляподдержания мо-мента двигателяпри пуске, чащевсего – в режимеотсечки для огра-ничения предель-

ных значений тока (момента), так называемые экскаваторные характеристики

(рис. 5.48). ООС в этих схемах вступает в работу, если момент двигателя пре-

высит допустимое значение – момент отсечки МОТС. Напряжение на якоре сни-

жается, и двигатель останавливается при моменте стопорения МСТОП.

3.Статические и динамические показатели систем электроприводов (СУЭП).

При решении задач оптимального проектирования рассчитываются зависимости ограничений от каждого из варьируемых параметров и определяется область возможной реализации. При линейной зависимости оптимальное решение всегда находится на одной из вершин, т.е. в точке, соответствующей совпадению ограничений. Вывод: проектирование нужно проводить по предельным условиям эксплуатации, а не по номинальной точке.

Технические ограничения можно разделить на два класса:

• статические.

• динамические.

Статические показатели удобно представлять в виде желаемой механической и электромеханической характеристики ЭП.

1 Реверс.

2 Наличие торможения вперед и назад.

3 Диапазон регулирования:

- скорости

Dω_↑ = = , Dω_↓ =

- диапазон изменения момента:

4 Статическая точность поддержания скорости или момента.

∆ω_С1 = %

Относительное отклонение скорости оговаривается по отношению к каждому из возможных возмущений (нагрузка, напряжение питания, температура), дополнительно приводится суммарная погрешность.

Динамические показатели

Описывают качество переходных процессов в системе.

Рассчитываются и оцениваются при ступенчатом входном воздействии.

1 Максимальное отклонение или динамическая ошибка регулирования – определяется в относительных единицах. За базу принимается минимальное или номинальное значение.

2 Установившееся отклонение ω_у (установившаяся ошибка).

3 Перерегулирование

σ = %

4 Время достижения максимума t_m.

5 Время переходного процесса t_пп.

Временные параметры определяются по входу сигнала в 5% коридор относительно установившегося или псевдоустановившегося значения (вынужденная составляющая переходного процесса).

При сложном переходном процессе выделяется свободная составляющая sin с затуханием по экспоненте и вынужденная.

Временные показатели определяются по 5% коридору относительно максимального значения вынужденной составляющей.

Частота колебаний соответствует частоте среза контура регулирования.

t_m = , ω_с – частота среза, когда контурный коэффициент передачи равен 1.

t_пп =

6 Число колебаний m

m =

Число колебаний определяется числом полупериодов. В замкнутых системах регулирования число колебаний и перерегулирование зависят от запаса устойчивости по фазе.