Лабораторная pабота № 27 испытание синхронного двигателя

Цель работы: ознакомление с особенностями включения и работы син­хронных двигателей путем снятия U-образных и рабочих характеристик.

27.1. Содержание работы

Синхронные двигатели имеют по сравнению с асинхронными большое преимущество, заключающееся в том, что, благодаря возбуждению постоянным током они могут работать с cosφ = 1, не потребляя при этом реактивной мощности из сети, а при работе с перевозбуждением – даже отдавать реактивную мощность в сеть. В результате улучшается коэф­фициент мощности сети и уменьшаются падения напряжения и потери мощности в ней.

Максимальный момент синхронного двигателя пропорционален U, a у асинхронного двигателя – U². Поэтому при понижении напряжения синхронный двигатель сохраняет большую нагрузочную способность.

Однако конструкция синхронных двигателей сложнее, чем короткозамкнутых асинхронных двигателей. Кроме того, синхронные двигатели должны иметь возбудитель или иное устройство для питания обмотки возбуждения постоянным током. Вследствие этого синхронные двигатели дороже асинхронных двигателей с короткозамкнутым рото­ром.

Тем не менее преимущество синхронных двигателей настолько ве­лико, что при Р_н > 200÷300 кВт их целесообразно применять всюду, где не требуются частые пуски, остановки, реверсирование и регулирование частоты вращения (двигатель-генераторы, мощные насосы, вентилято­ры, компрессоры, мельницы, дробилки и пр.).

Пуск синхронного двигателя имеет некоторые особенности. Если об­мотку возбуждения присоединить к источнику постоянного тока, а статорную обмотку включить в сеть трехфазного тока, то ротор не сдвинет­ся с места. При таком включении магнитное поле обмотки статора сразу приобретает синхронную угловую частоту вращения, а возбужденный ротор из-за инерции ее достичь не может. Например, когда мимо север­ного полюса ротора будет перемещаться южный полюс статорного поля, создается положительный момент взаимодействия (в прямом направ­лении). Через полпериода вместо южного полюса появится северный полюс статора и образуется отрицательный момент (дающий толчок ро­тору в обратном направлении). Такое изменение моментов происходит с частотой 100 Гц. Ротор остается неподвижным, подвергаясь воздейст­вию знакопеременного электромагнитного поля относительно полюсов ротора. Электромагнитный момент может заставить ротор следовать за статорным полем только в том случае, когда полюсы поля статора будут медленно перемещаться относительно полюсов возбужденного ротора. Следовательно, перед включением цепи возбуждения необходимо ка­ким-либо способом разогнать ротор до частоты вращения, близкой к синхронной.

Разгон можно осуществить с помощью постороннего (разгонного) двигателя, как это показано на рис. 24.1, который отключают, как только произойдет подключение обмотки возбуждения ротора к источнику постоянного тока и синхронизация. Этот метод широкого применения не получил из-за неэкономичности и громоздкости вспомогательной уста­новки.

Основным методом пуска синхронных двигателей является так назы­ваемый асинхронный метод. Роторы двигателей в этом случае имеют специальную пусковую обмотку, выполненную подобно «беличьей клет­ке» асинхронных двигателей. Процесс пуска синхронного двигателя по асинхронному методу можно разделить на два периода. Вначале после подключения обмотки статора к сети (рис. 27.1) ротор под действием асинхронного момента ускоряется и достигает подсинхронной угловой скорости, которая должна быть 0,95 Ω₁; обмотка возбуждения 2 замкнута через сопротивление 6 контактом 8; контакты 7 разомкнуты. На втором этапе в конце асинхронного пуска срабатывает частотное реле, которое включает контактор цепи возбуждения. Контакты 7 контактора при этом замыкаются, а контакт 8 размыкается. В результате в обмотку 2 пода­ется ток возбуждения, и двигатель втягивается в синхронизм.

При выполнении лабораторной работы используется метод разгона ротора с помощью разгонного двигателя постоянного тока с независи­мым возбуждением, который после соответствующих переключений мо­жет работать в качестве генератора, создавая тормозящий момент на валу синхронного двигателя (см. рис. 24.1).

Рис. 27.1. Схема асинхронного пуска синхронного двигателя: 1 – статор двигателя; 2 – обмотка возбуждения; 3 – якорь возбудителя; 4 – обмотка возбуждения возбудителя; 5 – реостат; 6 – разрядное сопротивление; 7 и 8 – контакторы.