Системи порушення синхронного двигуна. Принцип дії: Асинхронний пуск двигуна

Конструктивна схема машини.Синхронні машини виконують з нерухомим або якорем, що обертається. Машини великої потужності для зручності відведення електричної енергії зі статора або підведення її виконують з нерухомим якорем (рис. 1.2, а)

Оскільки потужність збудження невелика порівняно зпотужністю, що знімається з якоря (0,3-3%), підведення постійного струму до обмотки збудження за допомогою двох кілець не викликає особливих труднощів. Синхронні машини невеликої потужності виконують як з нерухомим, так і з якорем, що обертається.

Мал. 1.2 – Конструктивна схема синхронної машини

з нерухомим і якорем, що обертається:

1 - якір, 2 - обмотка якоря, 3 - полюси індуктора,

4 - обмотка збудження, 5 - кільця та щітки

Синхронну, машину з якорем, що обертається, і нерухомим індуктором (рис. 1.2, б) називають зверненої.

Мал. 1.3 - Ротори синхронної явнополюсної(а) і неявно полюсний(6) машин:

1 - сердечник ротора, 2 - обмотка збудження

Конструкція ротора

Конструкція ротора. У машині з нерухомим якорем застосовують дві конструкції ротора: явнополюсну - з явно вираженими полюсами (рис. 1.3, а)і неявно полюсну – з неявно вираженими полюсами (рис. 1.3, б). Явнополюсний ротор зазвичай використовують у машинах із чотирма та великим числом полюсів. Обмотку збудження виконують у цьому випадку у вигляді циліндричних котушок прямокутного перерізу, які розміщують на сердечниках полюсів та зміцнюють за допомогою полюсних наконечників. Ротор, сердечники полюсів та полюсні наконечники виготовляють із сталі. Дво- та чотириполюсні машини великої потужності, що працюють при частоті обертання ротора 1500 і 3000 об/хв, виготовляють, як правило, з неявнополюсним ротором. Застосування в них явнополюсного ротора неможливе за умов забезпечення необхідної механічної міцності кріплення полюсів та обмотки збудження. Обмотку збудження в такій машині розміщують у пазах сердечника ротора, виконаного з масивного сталевого поковки, і зміцнюють немагнітними клинами. Лобові частини обмотки, на які впливають значні відцентрові сили, кріплять за допомогою сталевих масивних бандажів. Для отримання розподілу магнітної індукції, близького до синусоїдального, обмотку збудження укладають у пази, що займають 2/3 кожного полюсного поділу.

Мал. 1.4 - Влаштування явнополюсної машини:

1 - корпус, 2 - осердя статора, 3 - обмотка статора, 4 - ротор,

5 - вентилятор; 6 - висновки обмотки статора; 7 - контактні кільця,

8 – щітки, 9 – збудник

На рис. 1-4 показано пристрій синхронної явнополюсної машини. Сердечник статора зібраний із ізольованих листів електротехнічної сталі і на ньому розташована трифазна обмотка якоря. На роторі розміщена обмотка збудження.

Полюсним наконечникам в явнополюсних машинах зазвичай надають такий профіль, щоб повітряний зазор між полюсним наконечником і статором був мінімальним під серединою полюса і максимальним біля його країв, завдяки чому крива розподілу індукції в повітряному зазорі наближається до синусоїди.

У синхронних двигунах з явнополюсним ротором у полюсних наконечниках розміщують стрижні пусковий обмотки(рис. 1-5), виконаної з матеріалу з підвищеним питомим опором (латуні та ін.). Таку ж обмотку (типу «біляча клітина»), що складається з мідних стрижнів, застосовують і в синхронних генераторах; її називають заспокійливоюабо демпферною обмоткою,оскільки вона забезпечує швидке згасання коливань ротора, що виникають при перехідних режимах роботи синхронної машини. Якщо синхронна машина виконана з масивними полюсами, то в цих полюсах при пуску і перехідних режимах виникають вихрові струми, дія яких еквівалентна дії струму в короткозамкнених обмотках. Згасання коливань ротора при перехідних процесах забезпечується в цьому випадку вихровими струмами, що замикаються в масивному роторі.

Порушення синхронної машини

Порушення синхронної машини.Залежно від способу живлення обмотки збудження розрізняють системи незалежного збудження та самозбудження. При незалежному збудженні як джерело живлення обмотки збудження служить генератор постійного струму (збудник), встановлений на валу ротора синхронної машини (рис. 1.6, а), або окремий допоміжний генератор, що приводиться в обертання синхронним або асинхронним двигуном.

При самозбудженні обмотка збудження живиться від обмотки якоря через керований або некерований випрямляч напівпровідниковий або іонний (рис. 1.6, б). Потужність, необхідна збудження, невелика і становить 0,3-3% від потужності синхронної машини.

У потужних генераторах іноді, крім збудника, застосовують підзбудник - невеликий генератор постійного струму, який служить для збудження основного збудника. Як основний збудник у цьому випадку може бути використаний синхронний генератор спільно з напівпровідниковим випрямлячем. В даний час харчування обмотки збудження через напівпровідниковий випрямляч, зібраний на діодах або на тиристорах, все ширше застосовують як у двигунах і генераторах невеликої та середньої потужності, так і в потужних турбо-і гідрогенераторах (тиристорна система збудження). Регулювання струму збудження Iздійснюється автоматично спеціальними регуляторами збудження, хоча в машинах невеликої потужності застосовується регулювання і вручну реостатом, включеним в ланцюг обмотки збудження.

Останнім часом у потужних синхронних генераторах почали застосовувати так звану безщіткову систему збудження (рис. 8-6, в).При цій системі як збудник використовують синхронний генератор, у якого обмотка якоря розташована на роторі, а випрямляч укріплений безпосередньо на валу.

Мал. 1.5 - Розміщення пускової обмотки у синхронних двигунах:

1-полюси ротора, 2-короткозамикаючі кільця, 3 - стрижні біличної клітини,

4 - полюсні наконечники

Обмотка збудження збудника отримує живлення від збудника через регулятор напруги. При такому способі збудження ланцюга живлення обмотки збудження генератора відсутні ковзні контакти, що істотно підвищує надійність системи збудження. При необхідності форсування збудження генератора підвищують напругу збудника та збільшують вихідну напругу випрямляча.

Порушення синхронного двигуна забезпечується від тиристорного збудника, що окремо стоїть.

Для збудження синхронних машин застосовують статичні устрою. Проектований двигун оснащений напівпровідниковим статичним тиристорним збудливим пристроєм. Переваги тиристорних збудників полягають у їх малих габаритах та невеликій масі, практичній безінерційності, широких можливостях регулювання та необхідної для цього малої потужності, що вимірюється ватами, високому к.п.д.

Нестандартні значення номінальних напруг збудження ЦД зумовили нестандартні напруги ТВУ та зажадали розробки спеціальних трансформаторів, що дозволило зменшити встановлену потужність трансформаторів, підвищити ККД та коефіцієнт потужності ТВУ.

До систем збудження пред'являються такі основні вимоги, яким вона повинна задовольняти:

1) надійне живлення постійним струмом обмотки збудження ротора двигуна у будь-яких режимах роботи;

2) стійке регулювання струму збудження при зміні на вантажі двигуна від нуля до номінальної при заданому рівні напруги;

3) достатню швидкодію;

4) форсування збудження;

5) швидке гасіння магнітного поля у двигуні.

На рис. 3 показано схему збудження від тиристорного збудника.

Мал. 3 - схема збудження від тиристорного збудника

Система збудження складається з наступних основних вузлів: зовнішньої мережі U c мережі власних потреб СН, трансформатора збудження ТБ, тиристорного перетворювача ТП, пускозахисного опору R пз, тиристорного ключа ТК, автоматичного регулятора збудження АРВ, трансформатора напруги ТН і трансформатора струму ТТ.

Регулювання струму збудження здійснюється зміною кута відмикання тиристорів. При пуску синхронного двигуна на підсинхронній швидкості тиристори відпираються з кутом, що відповідає напрузі стеля збудження. Тривалість форсування у своїй зазвичай близько 1 з. Гранична напруга збудника (стеля) U піт, що встановилася, при форсуванні повинна бути не менше 1,4 номінальної напруги збудження синхронного двигуна U в.н. Для великих двигунів практично завжди U опт = (1,7-2,0) U в.н. (особливо при тиристорному збудженні). Система збудження має бути розрахована на тривалість форсування 50 с.

Тиристорний збудник управляє пуском і зупинкою двигуна і тому відпадає необхідність у станції керування. При пуску, коли в обмотці ротора індуктується змінна е.р.с., обмотка повинна бути включена на резистор, щоб створити замкнутий ланцюг для негативної напівхвилі струму. Резистор може бути лінійним і нелінійним, увімкненим лише на час пуску або постійно підключеним. В останньому випадку він здійснює захист тиристорів від перенапруг при перехідних процесах в двигуні. При пуску синхронного двигуна тиристорний перетворювач замкнений, обмотка збудження включена на розрядний резистор через тиристорний ключ, який являє собою два зустрічно-паралельних тиристора. До кінця пуску, коли напруга на обмотці ротора знижується, включається тиристорний перетворювач, а тиристори ключа замикаються.

Пуск

Дуже складний процес пуску двигуна, тому що за рахунок синхронного моменту розігнати ротор із нерухомого стану до синхронної швидкості неможливо через інерційність ротора. Якщо спробувати запустити двигун за рахунок подачі одночасно напруги на обмотку статора і на обмотку ротора від збудника, то синхронний момент, що виник у результаті взаємодії полів ротора та статора, буде знакозмінним з частотою 50 Гц. Внаслідок цього для пуску передбачена спеціальна пускова обмотка або демпферна обмотка, яка допомагає гасити хитання ротора в результаті перехідних процесів. У явно полюсній синхронній машині пускова обмотка є короткозамкненою обмоткою типу білича клітина. Її стрижні розташовуються у пазах полюсного наконечника. Сегменти сусідніх полюсів також пов'язані та утворюють загальне короткозамикаюче кільце.

Пускові характеристики вертикальних синхронних двигунів ВДС 375 розраховані для пуску насосів у важких умовах та розраховані на реакторний пуск від зниженої напруги.

Пуск здійснюється у два етапи: на першому за рахунок взаємодії поля статора з пусковою обмоткою виникає асинхронний момент, двигун запускається до підсинхронної швидкості; на другому подається напруга на обмотку збудження та під дією електромагнітного моменту відбувається втягування машини у синхронізм.

Процес пуску ЦД супроводжується великими пусковими струмами та інтенсивним нагріванням обмоток, особливо пусковий, тому повторний пуск для багатьох потужних машин не допускається без охолодження. При частих пусках демпферна обмотка повинна мати посилену конструкцію, як і кріплення статорної обмотки.

Синхронними машинами називають пристрої частота обертання ротора, в яких вона завжди дорівнює або кратна аналогічному показнику магнітного поля всередині повітряного зазору, що створюється за рахунок струму, що проходить по якірній обмотці. В основі роботи цього типу машин лежить принцип електромагнітної індукції.

Порушення синхронних машин

Порушення синхронних машин може здійснюватися за рахунок електромагнітного впливу або постійного магніту. У випадку електромагнітного збудження застосовується спеціальний генератор постійного струму, який і живить обмотку, у зв'язку зі своєю основною функцією даний пристрій отримав назву збудник. Система збудження також ділиться на два види за способом впливу - прямий і непрямий. Прямий спосіб збудження передбачає, що вал синхронної машини безпосередньо з'єднаний механічним методом з ротором збудника. Непрямий метод припускає, що для того щоб змусити ротор обертатися використовується інший двигун, наприклад асинхронна електромашина.

Найбільшого поширення сьогодні набув саме прямий метод збудження. Однак у тих випадках, коли передбачається робота системи збудження з потужними синхронними електромашинами застосовують генератори незалежного збудження, на обмотку яких подається струм з іншого джерела постійного струму, званого підзбудником. Незважаючи на всю громіздкість, дана система дозволяє досягти більшої стабільності в роботі, а також більш тонкого налаштування характеристик.

Пристрій синхронної машини

У синхронної електричної машини існує дві основні складові: індуктор (ротор) і якір (статор). Найоптимальнішою і тому поширеною сьогодні є схема, коли якір розташовують на статорі, тоді як індуктор розташовується на роторі. Обов'язковою умовою для функціонування механізму є наявність між цими двома частинами повітряного прошарку. Якір в даному випадку є нерухомою частиною пристрою (статор). Він може складатися як з однієї, так і з кількох обмоток залежно від необхідної потужності магнітного поля, яке він повинен створювати. Серце статора, як правило, набирається з окремих тонких листів електротехнічної сталі.

Індуктор у синхронних електричних машинах є електромагнітом, при цьому кінці його обмотки виводяться безпосередньо на контактні кільця на валу. Під час роботи індуктор збуджується постійним струмом, завдяки якому ротор створює електромагнітне поле, що взаємодіє з магнітним полем якоря. Таким чином, завдяки постійному струму, що збуджує індуктор, досягається стала частота обертання магнітного поля всередині синхронної машини.

Принцип дії синхронних машин

В основі принципу роботи синхронної машини лежить взаємодія двох типів магнітних полів. Одне з цих полів утворюється якорем, інше виникає навколо збуджуваного постійним струмом електромагніту – індуктора. Безпосередньо після виходу на робочу потужність магнітне поле, що створюється статором і обертається всередині повітряного прошарку, зчепляється з магнітними полями на полюсах індуктора. Таким чином, щоб синхронна машина досягла робочої частоти обертання, потрібен певний час на її розгін. Після того, як машина розганяється до необхідної частоти, на індуктор подається живлення від джерела постійного струму.

У синхронних машинах використовуються кілька систем збудження.

Електромашинна система збудження зі збудником постійного струму (Рис. 1). У цій системі як джерело використовується спеціальний генератор постійного струму (ГПТ), званий збудником.

Системи збудження поділяються на два типи – прямі та непрямі. У прямих системах збудження якір збудника з'єднаний із валом синхронної машини. У непрямих системах збудження збудник приводиться у обертання двигуном, який живиться від власних шин потреб електростанції або допоміжного генератора. Допоміжний генератор може бути з'єднаний із валом синхронної машини або працювати автономно. Прямі системи більш надійні, тому що при аварійних ситуаціях в енергосистемі ротор збудника продовжує обертатися разом із ротором синхронної машини та обмотка збудження відразу не знеструмлюється.

Мал. 1. Електромашинна система збудження: LG LE- обмотка збудження збудника GE; R Ш1 - регулювальний опір

Класична система збудження синхронних машин складається із збудника у вигляді генератора паралельного збудження на загальному валу із синхронною машиною (електромашинний збудник). У тихохідних машин потужністю до 5000 кВт для зменшення маси та вартості збудників останні іноді з'єднують з валом синхронної машини за допомогою клинопасової передачі. Гідрогенератори також мають збудник на одному валу з генератором.

Для гасіння магнітного поля застосовується автомат гасіння поля (АГП), що складається з контакторів K 1, K 2та гасительного (розрядного) резистора R P. Гасіння поля проводиться у наступному порядку. При увімкненому контакторі K 1включається контактор K 2, що замикає обмотку збудження на резистор , де R B-Опір обмотки збудження. Потім відбувається розмикання контактора До 1, і струм в ланцюзі обмотки збудження генератора починає зменшуватися (загасати) з постійного часу ( L B- індуктивність обмотки збудження) відповідно до рівняння (рис. 2).

Струм збудження можна було б знизити до нуля вимкненням лише одного контактора До 1 без включення резистора гасіння R P. Струм збудження в цьому випадку зник би практично миттєво. Але миттєвий розрив ланцюга збудження неприпустимий, оскільки через велику індуктивність обмотки збудження в ній індукувалася б велика ЕРС самоіндукції, що перевищує в кілька разів номінальну напругу, внаслідок чого можливий пробій ізоляції цієї обмотки. Крім того, в контакторі До 1 при розриві виділялася б велика енергія, запасена в магнітному полі обмотки збудження, і через велику дугу відбулося б руйнування контактів. Для великих машин загасання струму збудження за наявності резистора гасіння відбувається з постійної часу близько 1 с.

Форсування збудження здійснюється шунтуванням резистора R Ш1включеного в ланцюг збудження збудника.

Мал. 2. Згасання струму збудження під час гасіння поля

Однак у потужних тихохідних генераторів з n р=60-150 об/хв розміри та вартість збудника у зв'язку зі значною його потужністю та тихохідністю виходять більшими. Крім того, тихохідні збудники внаслідок своїх великих розмірів мають велику електромагнітну інерцію, що знижує ефективність автоматичного регулювання та форсування збудження. Тому застосовують також системи збудження у вигляді окремого швидкохідного агрегату ( n р=750-1500 об/хв), що складається з асинхронного двигуна та генератора постійного струму. Асинхронний двигун при цьому отримує живлення від спеціального допоміжного синхронного генератора, розташованого на одному валу з головним гідрогенератором, а в деяких випадках - з шин власних потреб гідростанції або висновків головного гідрогенератора. В останньому випадку збудливий агрегат схильний до впливу аварій в енергосистемі (короткі замикання та ін.), і тому для підвищення його надійності приводні асинхронні двигуни виконують з підвищеним максимальним моментом (М max ≥4 М н) , а іноді ці агрегати постачають також маховиками. Як окремих збудливих агрегатів виконуються також агрегати резервного збудження електростанцій, службовці для резервування власних збудників генераторів у разі аварій і несправностей.

Турбогенератори потужністю до Р н = 100 МВт також мають збудники у вигляді генераторів постійного струму на своєму валу. Однак при Р н > 100 МВт потужність збудників стає настільки великою, що їх виконання при n р= 3000-3600 об/хв за умовами комутаційної надійності виявляється скрутним і навіть неможливим. У цьому застосовуються різні рішення. Наприклад, за кордоном широко використовуються збудники зі швидкістю обертання. n р=750 - 1000 об/хв, що з'єднуються з валом турбогенератора за допомогою редуктора, а також збудливі агрегати з асинхронними двигунами, що отримують живлення з шин станції або висновків генератора.

Потужність збудника зазвичай дорівнює 0,3-3% потужності синхронного генератора. Він обертається від валу синхронного генератора. Струм збудження великої синхронної машини I B відносно великий і становить кілька сотень і навіть тисяч амперів. Тому його регулюють за допомогою реостатів, встановлених у ланцюзі збудження збудника. Порушення збудника здійснюється за схемою самозбудження(рис. 1) або незалежного збудженнявід спеціального генератора постійного струму підзбудником(Рис. 3). Підзбудник працює з самозбудженням, і опір резистора R Ш2у процесі роботи генератора не змінюється.

Мал. 3. Електромашинна система збудження з підбудником: LG- обмотка збудження синхронного генератора; LE- обмотка збудження Збудника GE; LA- обмотка збудження підзбудника GEA

Компаундована система збудження зі збудником постійного струму (Рис. 4). У сучасних системах збудження широко застосовується принцип компаундування, тобто автоматична зміна сили збудження, що намагнічує, при зміні струму навантаження синхронного генератора. Так як в обмотці якоря синхронної машини протікає змінний струм, а в обмотці збудження 2 постійний струм, то в схемах компаундування синхронних машин застосовуються напівпровідникові випрямлячі.

У наведеній на рис. 4 принципової схемою компаундованої системи збудження збудником постійного струму обмотка збудження збудника 4 підключена до якоря збудника 3 з реостатом 6 і, крім того, до випрямлячів 9, одержуючим харчування від послідовних трансформаторів 7. На холостому ході генератора обмотка 4 отримує харчування тільки від якоря 3. У міру збільшення струму навантаження генератора 1 напруга вторинної обмотки трансформатора 7 зростатиме, і вже при невеликому навантаженні ця напруга, випрямлена випрямлячем 9, зрівняється з напругою обмотки 4. При подальшому збільшенні навантаження обмотка 4 буде підживлюватися від трансформатора 7 і тому струм цієї обмотці і струм збудження генератора будуть рости зі збільшенням навантаження.

При збільшенні опору настановного реостату 8 напруга, що подається на випрямлячі 9, і компаундирующее дію трансформатора 7 зростатимуть. При коротких замикання компаундуючий пристрій здійснює форсування збудження.

Мал. 4. Система збудження з струмовим компаундуванням

Компаундуючий вплив схеми рис. 4 залежить тільки від значення струму навантаження та не залежить від його фази. Тому при індуктивному навантаженні ця дія слабша, ніж при активному навантаженні. Таке компаундування називається струмовим, і при цьому сталість напруги Uу межах діапазону нормальних навантажень вдається зберігати з точністю до ± (5-10) %. Така точність для сучасних установок є недостатньою, і тому в схемах рис. 4 застосовується додатковий коректор або автоматичний регулятор напруги // який з'єднаний за допомогою трансформатора 10 із затискачами генератора, а також із настановним реостатом 8. Регулятор 11 реагує на зміни напруги Uі струму/і живить постійним струмом додаткову обмотку збудження збудника 5.

Вентильні системи збудження можуть бути побудовані великі потужності і є більш надійними, ніж електромашинні. Розрізняють три різновиди вентильних систем збудження: з самозбудженням, незалежним і безщіткову.

У системі із самозбудженням (рис. 6) енергія для збудження синхронної машини відбирається від обмотки якоря основного генератора, а потім перетворюється статичним перетворювачем ПУ (тиристорний перетворювач)в енергію постійного струму, що надходить в обмотку збудження. Початкове збудження генератора відбувається з допомогою залишкового намагнічування його полюсів.

Мал. 6. Вентильна система збудження синхронного генератора із самозбудженням: LG- обмотка збудження генератора; ПУ- перетворювальний пристрій з регулятором напруги; TV- трансформатор напруги, що знижує напругу, що підводиться до обмотки збудження; ТА- трансформатор струму, який служить для підтримки напруги збудження при зміні навантаження генератора

У незалежній системі вентильного збудження (рис. 7) енергія для збудження виходить від спеціального збудника GN, Виконаного у вигляді трифазного синхронного генератора. Ротор розташований на валу головного генератора. Змінна напруга збудника випрямляється та подається в обмотку збудження.

Різновидом незалежної системи вентильного збудження є безщіткова система збудження. У цьому випадку на валу основної синхронної машини розміщується якір збудника змінного струму з трифазною обмоткою.

Мал. 7. Вентильна незалежна система збудження: GN – збудник змінного струму (синхронний); LN – обмотка збудження збудника; GEA – підзбудник;

LA – обмотка збудження підзбудника; ПУ - перетворювальний пристрій із регулятором напруги

Змінна напруга цієї обмотки через випрямний міст, закріплений на валу машини, перетворюється на постійне і безпосередньо (без кілець) подається на обмотку збудження основного генератора. Обмотка збудження збудника розташовується на статорі та отримує живлення від підзбудника або регулятора напруги.

. Особливістю цих машин є те, що для створення магнітного поля збудження вони використовують постійні магніти. Постійні магніти найчастіше розміщуються на роторі, завдяки чому машина стає безконтактною. Синхронні машини з постійними магнітами широко використовуються як генератори невеликої потужності та мікродвигунів.

До недоліків таких машин слід віднести складність регулювання магнітного потоку, високу вартість, малу граничну потужність (через невисоку механічну міцність ротора з постійних магнітів), а також підвищену масу машин середньої потужності.

Синхронні генератори з постійними магнітами випускаються на потужності, що не перевищують кількох десятків кіловат. Широкого поширення набули синхронні двигуни з постійними магнітами та асинхронним пуском. Ротори таких двигунів поєднують у собі елементи синхронного двигуна - постійні магніти та асинхронного двигуна - білу клітку, необхідну для пуску.

4. Синхронні машини із збудженням від постійних магнітів

Особливістю цих машин є те, що для створення магнітного поля збудження вони використовують постійні магніти. Постійні магніти найчастіше розміщуються на роторі, завдяки чому машина стає безконтактною. Синхронні машини з постійними магнітами широко використовуються як генератори невеликої потужності та мікродвигунів.

Перевагами машин з постійними магнітами є простота конструкції, відсутність ковзного контакту, високий ККД та менший нагрівання через відсутність втрат в обмотці: збудження та ковзний контакт. Великою перевагою цих машин є також відсутність джерела постійного струму для їхнього збудження.

До недоліків таких машин слід віднести складність регулювання магнітного потоку, високу вартість, малу граничну потужність (через невисоку механічну міцність ротора з постійних магнітів), а також підвищену масу машин середньої потужності.

Синхронні генератори з постійними магнітами випускаються на потужності, що не перевищують кількох десятків кіловат. Широкого поширення набули синхронні двигуни з постійними магнітами та асинхронним пуском. Ротори таких двигунів поєднують у собі елементи синхронного двигуна - постійні магніти та асинхронного двигуна - білу клітку, необхідну для пуску.

Постійні магніти можуть мати радіальне та аксіальне розташування на роторі. У першому випадку магніт 1 має форму зірочки (рис. 7), на неї напресовується сталевий кільцевий пакет 2, в пазах якого розташовуються стрижні біличної клітини.

Мал. 7. Синхронний двигун з радіальним розташуванням постійних магнітів на роторі: 1 – постійні магніти; 2 – пакет ротора; 3 - статор

У сталі кільцевого пакета зменшення потоків розсіювання магнітів виконуються межполюсные прорізи. У другому випадку на валу розташовується ротор 2 на кшталт ротора асинхронного двигуна, і з одного або обох сторін від цього пакета розміщуються постійні магніти 1 (рис. 8), асинхронний пуск двигуна з постійними магнітами має ту особливість, що крім рухового (асинхронного) моменту у цьому випадку виникає ще гальмівний (генераторний) момент. Гальмівний момент з'являється в результаті взаємодії магнітного поля збуджених полюсів ротора з наведеними струмами в обмотці статора 3. На рис. 9 показані криві асинхронного Ма, гальмівного М T та результуючого М моментів двигуна при асинхронному пуску.

Мал. 8. Синхронний двигун з аксіальним розташуванням постійних магнітів на роторі: I – постійний магніт; 2 – пакет ротора; 3 - статор

Мал. 9. Пускові характеристики двигуна з постійними магнітами

Пускові характеристики у двигунів з постійними магнітами гірші, ніж у гістерезисних двигунів, але вони мають кращі енергетичні показники, підвищену здатність до перевантаження, стабільність частоти обертання.

Характеристики системи збудження визначаються поєднанням властивостей джерела живлення обмотки збудження та пристроїв автоматичного регулювання. Системи збудження повинні забезпечувати:

1) надійне живлення обмотки ротора синхронної машини у всіх режимах, у тому числі при аваріях;

2) стійке регулювання струму збудження при зміні навантаження в межах номінального;

3) достатню швидкодію;

4) форсування збудження.

Системи збудження класифікуються залежно від джерела живлення-обмотки збудження на залежні (самовзбудження) та незалежні. З залежна - живиться від головної або додаткової обмотки якоря генератора, що збуджується. Незалежна живиться з інших джерел (від шин власних потреб станції, збудника чи допоміжного генератора).

Серед незалежних систем збудження розрізняють:

а) прямі системи збудження,у яких ротор збудника або допоміжного генератора знаходиться на одному валу з ротором
синхронної машини або сполучається з ним редуктором швидкості;

б) непрямі системи збудження,у яких ротор збудника або допоміжного генератора приводиться у обертання синхронним або асинхронним двигуном, спеціально встановленим для цієї мети.

До 60-х років минулого століття застосовувалися прямі електромашинні системи збудження,у яких обмотка збудження синхронної машини живиться від колекторного генератора постійного струму - збудника (рис. 24.26 а).

Відповідно до ГОСТ 533-76, ГОСТ 5616-81 і ГОСТ 609-75 турбо- і гідрогенератори і синхронні компенсатори можуть мати тільки пряму систему збудження або систему самозбудження, що мають найбільшу надійність. Але електромашинні системи збудження за умовами комутації не можуть застосовуватись у турбогенераторах потужністю 200 МВт і вище, у яких потужність збудження перевищує 800-1000 кВт.

В. на даний час все більшого поширення набувають вентильні системи збудження. Вони застосовуються для синхронних двигунів і генераторів невеликої потужності, а також великих турбогенераторів, гідрогенераторів і синхронних компенсаторів, у тому числі і для установок граничних потужностей.

Розрізняють три основні різновиди вентильних систем збудження.

1. Незалежна вентильна система збудження(рис. 24.26, б),в якій живлення обмотки збудження здійснюється від синхронного допоміжного генератора, ротор якого укріплений на валу головного генератора. У схемах випрямлячів у цьому випадку використовуються напівпровідникові вентилі (кремнієві діоди або тиристори), зібрані за трифазною бруківкою. При регулюванні збудження генератора використовуються одночасно можливості керування випрямлячами та можливості зміни напруги допоміжного генератора.

2. Безщіткова система збудження,яка відрізняється від незалежної вентильної системи (рис. 24.26, б) тим, що має звернений допоміжний синхронний генератор, у якого обмотка змінного струму 3 розміщується на роторі. Випрямляч 5, який одержує живлення від цієї обмотки, розташований на валу головного генератора. Перевагою даної системи є відсутність ковзних контактів, які у потужних турбогенераторах мають бути розраховані на тисячі ампер

3 . Система самозбудження(рис. 24.26, в),у якій живлення обмотки збудження проводиться від головної або додаткової обмотки якоря. Випрямлення змінного струму здійснюється за допомогою тиристорів. Відбір енергії здійснюється за допомогою трансформаторів 9 і 7, включених відповідно паралельно та послідовно з обмоткою статора. Трансформатор 7 дозволяє забезпечити форсування збудження при коротких близьких замиканнях, коли напруга на обмотці якоря істотно знижується. Система самозбудження має порівняно з іншими системами більш високу надійність та меншу вартість через відсутність у ній збудника або допоміжного генератора.

Важливими параметрами систем збудження є номінальна швидкість наростання напруги збудження, номінальна напруга збудження, кратність форсування збудження.

Номінальна напруга збудження- напруга на висновках обмотки збудження при живленні її номінальним струмом збудження та опорі обмотки, наведеному до розрахункової робочої температури.

Кратність форсування збудження- Відношення найбільшого значення значення напруги збудження до номінальної напруги збудження.

У схемі збудження передбачається спеціальний пристрій, за допомогою якого можна в аварійній ситуації досить швидко зменшити струм збудження до нуля. погасити магнітне поле). Наприклад, при внутрішніх коротких замикання в обмотці статора гасіння поля здійснюється за допомогою автомата гасіння поля, який замикає обмотку збудження на спеціальний резистор гасіння.

Для утримання синхронної машини в синхронізм при зниженні напруги мережі при віддалених коротких замикання вдаються до форсування її струму збудження. Форсування здійснюється автоматично релейним захистом машини. Ефективність форсування характеризується кратністю форсування збудження.