Динамические свойства синхронного двигателя

Из графика угловой характеристики (см. рис. 2.43) видно, что примерно до 0,9 Л/_т2Х характеристика представляет собой прямую линию.

где b — угловой коэффициент.

Угол 0 можно представить как.

Подставим полученное выражение в (2.63) и выразим момент.

Взяв производную от момента, получим.

где р — оператор, р = d/dt,

откуда электромагнитный момент синхронного двигателя.

Из уравнения (2.64) следует, что момент синхронного двигателя будет изменяться по периодическому закону с постоянной амплитудой (рис. 2.44).

В реальном СД происходит постепенное снижение амплитуды колебаний. Эту роль выполняет демпферная обмотка, укладываемая на роторе в виде беличьей клетки. Когда со > СО] или со < (0| в обмотке наводится ЭДС. возникает ток и электромагнитный мо;

Рис. 2.44. Колебания момента СД во времени без демпферной обмотки

Рис. 2.45. Колебания момента СД во времени с демпферной обмоткой

мент подобно асинхронному двигателю. Уравнение (2.64) примет вид:

где р_а.п — модуль статической жесткости механической характеристики двигателя при асинхронном пуске.

Его решение свидетельствует о затухании колебаний момента (рис. 2.45) и, как следствие, угловой скорости двигателя с выходом на синхронную скорость (рис. 2.46).

Как поведет себя СД при наличии периодической составляющей в нагрузке? Как оценить влияние периодической составляющей на динамические свойства СД?

По уравнению (2.65) составим структурную схему (рис. 2.47).

Проанализируем динамическую жесткость р_л механической характеристики.

Рис. 2.46. Колебания угловой скорости СД во времени с демпферной обмоткой

Рис. 2.47. Структурная схема синхронного двигателя

Рис. 2.48. Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика СД.

Рис. 2.49. Пусковая характеристика СД с демпферной обмоткой.

Передаточная функция.

Амплитудно-фазовая частотная характеристика (АФЧХ) где Q — частота вынужденных колебаний.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ).

Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика (ЛАЧХ).

Построим логарифмическую амплитудно-частотную характеристику (рис. 2.48).

Из ЛАЧХ следует, что при й > Й_согф двигатель выпадает из синхронизма и переходит на пусковую характеристику СД согласно параметрам демпферной обмотки (рис. 2.49).

Существует несколько способов пуска синхронного двигателя:

1) способ точной синхронизации; 2) способ самосинхронизации; 3) способ частотного пуска; 4) способ асинхронного пуска.

Пуск способом точной синхронизации занимает довольно много времени (5…10 мин) из-за необходимости произвести включение при вполне определенном угловом положении ротора.

Способ самосинхронизации позволяет быстро включить машину в систему, но обладает существенным недостатком — значительные переходные токи и связанные с ними электромагнитные силы могут привести к постепенному ослаблению крепления обмотки статора и к ее повреждению. Кроме того, оба способа пуска требуют дополнительного разгонного двигателя.

Частотный пуск осуществляют от источника напряжения переменной частоты, регулируемой в широких пределах (почти от нуля до номинальной частоты). Втягивание в синхронизм происходит при малой частоте с постепенным повышением частоты до номинальной. В данном случае не требуется дополнительный двигатель, но необходим преобразователь частоты.

Для асинхронного пуска не нужны ни дополнительный двигатель, ни преобразователь частоты. Включение способом асинхронного пуска СД осуществляют путем пусковой обмотки подобно асинхронному двигателю. При достижении подсинхронной скорости (Овх = (0,95…0,98)ю, в обмотку возбуждения подается постоянный ток и синхронный двигатель втягивается в синхронизм. Устойчивый ввод в синхронизм обеспечивается при скольжении.

где М_сд_тах — максимальный момент СД.

На время пуска обмотка возбуждения замыкается на активное сопротивление Л_раз = 5R_B во избежание возникновения в ней больших ЭДС. Для обеспечения ввода СД в синхронизм необходимо, чтобы входной момент был больше статического М_с.

Время пуска /" = 20…30 с, поэтому, если /_п > 30 с, СД отключают, затем осуществляют повторный пуск. Если он не удался, отключают СД и проверяют механическую часть.

В зависимости от приводов для конкретной рабочей машины выбирают СД с пусковой обмоткой большего (2) или меньшего (Г) сопротивления (рис. 2.50).

Рис. 2. S0. Пусковые характеристики СД с пусковой обмоткой большего (2) и меньшего (/) сопротивления.

Например, для приводов поршневых машин (/) MJM_m = 1, для центробежных машин (2) М"/М_вх = 0,4.