12.3. Способы пуска синхронного двигателя

Применяются следующие способы пуска синхронных двигателей: а) частотный, б) при помощи вспомогательного двигателя методом точной синхронизации и в) асинхронный пуск (метод грубой син­хронизации). В данной работе используются способы б) и в).

12.3.1. Пуск при помощи вспомогательного двигателя методом точной синхронизации. Регулируемым вспомогательным двигателем раз­гоняют возбужденный ротор синхронной машины до скорости, близкой к синхронной (n  n₁). В обмотке якоря наводится ЭДС Е= 2fwk_обФ_в, имеющая частоту f= pn; w, k_об - число вит­ков фазы и обмоточный коэффициент обмотки якоря, Ф_в - поток взаимной индукции, созданный обмоткой возбуждения. Обмотка якоря отключена от сети и обесточена, поэтому напряжение этой обмотки равно ЭДС U= E. В сети действу­ет напряжение U₁ с частотой f₁. Регулируют синхронную машину так, чтобы совпали параметры напряжений машины и сети. В момент совпадения включают обмотку статора в сеть, и машина втягивается в синхронизм без всплеска тока.

Меры, приводящие к выравниванию параметров U и U₁, называются синхронизацией, а условия, при которых это достигается, – условиями синхронизации. Если условия выполняются полностью, син­хронизацию называют точной. В противном случае получается грубая синхронизация.

Условия точной синхронизации:

а) совпадение чередования фаз напряжения машины и напряже­ния сети;

б) совпадение частот напряжения машины и напряжения сети: f=f₁;

в) равенство напряжения машины и напряжения сети по значе­нию и временной фазе: и, следовательно, .

Для контроля выполнения условий синхронизации применяются специальные приборы - синхроноскопы (ламповые и электромагнит­ные). Совпадение чередования фаз проверяется с помощью синхро­носкопа или фазоуказателя. В случае несовпадения изменяют чере­дование фаз машины. Равенство частот контролируется синхроноскопом или частотомером и достигается регулированием скорости вращения вспомогательного двигателя; одновременно из­меняется значение ЭДС. Равенство U=U₁ контролируется вольтметром и достигается регулированием то­ка возбуждения синхронной машины, определяющим поток Ф_в. Момент совпадения временных фаз напряжений машины и сети контроли­руется синхроноскопом и достигается регулированием скорости вра­щения вспомогательного двигателя.

Синхроноскопы sh включаются на разность напряжения машины и напряжения сети. Ламповый синхроноскоп можно включить на пога­сание или на "вращение" света ламп (рис. 12.2). В схеме на рис. 12.2,а лампы включены на одноименные фазы сети и машины, а в схеме на рис. 12.2,б – одна лампа (здесь HLcc ) включена на одноименные фазы, а две другие - на разноименные фазы сети и машины.

Системы фазных напряжений сети и машины можно условно изоб­разить в виде звезд векторов, вращающихся с угловыми частотами ₁= 2f₁ и  = 2f соответственно. Если f f₁, то звезды век­торов вращаются с различными скоростями, и геометрические раз­ности векторов изменяются по гармоническому закону с час­тотой f₁– f. При этом в схеме на рис. 12.2,а накал всех ламп синхронно изменяется с частотой f₁–f от максимального, когда одноименные векторы и в противофазе, до минимального, когда и совпа­дают по фазе. В схеме на рис. 12.2,б яркость света различных ламп нарас­тает и убывает поочередно, поэтому создается эффект "вращения"света, если лампы расположены по треугольнику. Модуль разности частот f₁–f определяет скорость, а знак этой разности – нап­равление "вращения" света. В момент выполнения условий синхронизации (совпадения векторов и одноименных фаз сети и машины) в схеме на рис. 12.2,а погаснут все лампы, а в схеме на рис. 12.2,б лампа HLcc погаснет, а две другие будут иметь одинаковый немаксимальный накал. В этот момент надо включать машину в сеть.

Если ламповый синхроноскоп включен на погасание, а получа­ется "вращение" света, то это свидетельствует о несовпадении чередования фаз машины и сети. Аналогичный вывод следует в случае одновременной пульсации света всех ламп синхроноскопа, включенного на "вращение" света.

Ненулевой минимальный накал ламп соответствует случаю U U₁ (впрочем, накал нити лампы становится невидимым при напряжении, не превышающем 20% номинального напряжения лампы). Если лампы го­рят с постоянным накалом, то это свидетельствует о том, что либо синхронная машина не возбуждена, либо f₁- f = 0, но звезды векторов не совпадают.

У электромагнитного синхроноскопа в случае несовпадения час­тот f и f₁ стрелка вращается в направлении "медленнее", если f <f₁ , и в направлении "быстрее" при f >f₁. Название направления вращения стрелки характеризует реальную скорость вращения ротора по сравнению с синхронной. В момент вы­полнения всех условий синхронизации стрелка электромагнитного синхроноскопа устанавливается на вертикальную метку шкалы. Если U U₁ или не совпадает чередование фаз машины и сети, стрел­ка быстро проходит метку даже при равенстве частот.

Точная синхронизация требует дополнительного оборудования и занимает достаточно большое время.