обрыв поля синхронного двигателя что это значит

Содержание материала

Возбудитель синхронной машины представляет собой обыкновенную машину постоянного тока. Якорь синхронной машины устроен так же, как статор асинхронного двигателя. Демпферная обмотка ротора в синхронном генераторе и пусковая обмотка ротора в синхронном двигателе по своей конструкции очень похожи на беличью клетку короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя. Из сказанного следует, что все неисправности машин постоянного тока и асинхронных двигателей присущи синхронной машине.

Увеличено напряжение якоря генератора при номинальной частоте вращения ротора

При автономной работе генератора это происходит от увеличения тока возбуждения, протекающего по обмотке ротора генератора. Основной поток машины увеличен, активная сталь машины перегревается при холостом ходе, перегреваются возбудитель генератора и обмотка ротора генератора.

Перевернута фаза обмотки якоря генератора

При соединении обмотки звездой эта неисправность резко искажает линейные напряжения генератора. Если провести замеры напряжений на трех линейных выводах генератора, то два замера дадут фазные напряжения и один замер — линейное. При соединении обмоток треугольником (очень редкий случай) эта неисправность равносильна короткому замыканию генератора.

Синхронный двигатель плохо запускается

Обычно плохой пуск синхронного двигателя бывает из-за слабых контактов в пусковой клетке (обмотке) или по причине несоответствия сопротивления, шунтирующего обмотку ротора в момент пуска. Шунтирующее сопротивление должно быть равно 10—15 сопротивлениям обмотки возбуждения ротора синхронного двигателя.

Витковое замыкание в обмотке якоря

При витковом замыкании в обмотке якоря синхронная машина сильно гудит, замкнутые витки перегреваются и появляется дым.

Обрыв в обмотке возбуждения

Генератор не возбуждается, двигатель не входит в синхронизм при пуске и выпадает из синхронизма при работе.

Обрыв одной фазы обмотки якоря

В генераторе напряжение будет только между исправными фазами при соединении его обмоток звездой. Если обмотки соединены треугольником, то при холостом ходе напряжения будут нормальными, под нагрузкой две работающие фазы обмотки будут перегреваться. Двигатель при внутреннем обрыве фазы ведет себя точно так же, как асинхронный двигатель.

Колебания тока генератора, работающего автономно

При неизменной нагрузке токи в фазах генератора колеблются из-за неустойчивой работы приводного двигателя.

Источник

Что такое синхронный двигатель и как он работает?

В качестве устройства преобразования электрической энергии в механическую в промышленности и быту используется синхронный электродвигатель. В сравнении с другими типами электрических машин он получил меньшее распространение, но в отведенных сферах является незаменимым фаворитом. В чем особенность синхронных агрегатов и как их применяют на практике, мы рассмотрим в данной статье.

Устройство

Конструктивно синхронный электродвигатель состоит из неподвижного элемента, подвижной части, обмоток различного назначения, может комплектоваться коллекторным узлом. Далее рассмотрим каждую составляющую синхронного агрегата более детально на рабочем примере (рисунок 1).

Принцип работы

В основе работы синхронного электродвигателя лежит взаимодействие магнитного потока, генерируемого рабочими обмотками с постоянным магнитным потоком. Наиболее распространенной моделью синхронной электрической машины является вариант с рабочей обмоткой на статоре и обмоткой возбуждения на роторе.

Рис. 2. Принцип действия синхронного электродвигателя

Как видите на рисунке 2 выше, в обмотку статора подается трехфазное напряжение из сети, которое формирует переменное магнитное поле. На обмотки ротора электродвигателя подано постоянное напряжение, которое индуцирует такой же постоянный магнитный поток у полюсов. Для наглядности рассмотрим процесс на упрощенной модели синхронного агрегата (рисунок 3).

Рис. 3. Принцип формирования потоков в синхронной электрической машине

При подаче питания на фазные витки статора электродвигателя первый пик амплитуды тока и ЭДС взаимоиндукции приходиться на фазу A, затем B и фазу C.

На графике показана периодичность чередования кривых в зависимости от времени:

Оборот поля статора происходит в течении периода, а за счет того, что ротор обладает собственным электромагнитным усилием постоянным во времени, то он синхронно следует за движением переменного магнитного поля, вращаясь вокруг заданной оси. В результате такого вращения происходит синхронное движение ротора вслед за сменой амплитуды ЭДС в витках рабочих обмоток, за счет этого явления электродвигатель и получил название синхронного. Наличие отдельного питания отразилось и на схематическом обозначении таких электрических машин (рисунок 4) в соответствии с ГОСТ 2.722-68.

Рис. 4. Схематическое обозначение синхронного электродвигателя

Отличие от асинхронного двигателя

Основным отличием синхронного электродвигателя от асинхронного заключается в принципе преобразования электрической энергии в механическое вращение. У синхронного электродвигателя процесс вращения ротора идентичен вращению рабочего электромагнитного поля, вырабатываемого трехфазной сетью. А вот у асинхронного рабочее поле самостоятельно наводит ЭДС в роторе, которая уже затем вырабатывает собственный поток взаимоиндукции и приводит вал во вращение. В результате чего асинхронные электрические машины получают разность во вращении рабочего поля и нагрузки на валу, что выражается физической величиной – скольжением.

В работе классические модели асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором:

В некоторой степени эти недостатки преодолевает асинхронный двигатель с фазным ротором, но в полной мере избавиться от недостатков получается лишь синхронному агрегату.

Рис. 5. Отличие асинхронного от синхронного электродвигателя

Разновидности

В современной промышленности и бытовых приборах синхронные электродвигатели используются для решения самых разнообразных задач. Как результат, существенно разнятся и их конструктивные особенности. На практике выделяют несколько критериев, по которым разделяются виды синхронных агрегатов. В соответствии с ГОСТ 16264.2-85 могут подразделяться по таким техническим характеристикам:

В зависимости от способа получения поля ротора выделяют такие типы синхронных электродвигателей:

С реактивным ротором — конструкция выполнена таким образом, что в его сердечнике происходит преломление магнитных линий, приводящее всю конструкцию в движение (см. рисунок 7). Под воздействием силового поля поперечные и продольные составляющие в роторе не равны за счет чего пластины поворачиваются вслед за полем.

Рис. 7. Пример реактивного ротора

В зависимости от наличия полюсов все синхронные электродвигатели можно подразделить на:

В зависимости от расположения рабочих обмоток различают прямые (на статоре) и обращенные (рабочие обмотки на роторе).

Режимы работы

Большинство электрических машин обладают обратимой функцией, не составляют исключения и синхронные агрегаты. Их также можно использовать в качестве электрического привода или в качестве генератора, вырабатывающего электроэнергию. Оба режима отличаются способом воздействия на электрическую машину – подачу напряжения на рабочие обмотки или приведение в движение ротора за счет механического усилия.

Генераторный режим

Для производства электроэнергии в сеть используются именно синхронные генераторы. В большинстве случаев для этой цели используются электрические машины с фазными обмотками на статоре, что существенно упрощает процесс съема мощности и дальнейшей передачи ее в сеть. Физически генерация происходит при воздействии электромагнитного поля обмотки возбуждения синхронного генератора с обмотками статора. Силовые линии поочередно пересекают фазные витки и наводят в них ЭДС взаимоиндукции, в результате чего на клеммных выводах возникает напряжение.

Частота получаемого напряжения напрямую зависит от скорости вращения вала и вычисляется по формуле:

где n – скорость вращения вала, измеряемая в оборотах за минуту, p – количество пар полюсов.

Синхронный компенсатор

В виду физических особенностей синхронного электродвигателя при холостом ходе аппарата он потребляет из сети реактивную мощность, что позволяет существенно улучшить cosφ системы, практически приближая его к 1.На практике режим синхронного компенсатора используется как для улучшения коэффициента мощности, так и для стабилизации параметров напряжения сети.

Двигательный режим

В синхронной машине двигательный режим осуществляется при подаче рабочего трехфазного напряжения на обмотки якоря. После чего электромагнитное поле якоря начинает толкать магнитное поле ротора, и вал приходит во вращение. Однако на практике двигательный режим осуществляется не так просто, так как мощные агрегаты не могут самостоятельно набрать необходимый ресурс скорости. Поэтому во время запуска используют специальные методы и схемы подключения.

Способы пуска и схемы подключения

Для запуска синхронного электродвигателя требуется дополнительное поле, независимое от воздействия сети. В то же время, на стартовом этапе запуск представляет собой асинхронный процесс, пока агрегат не достигнет синхронной скорости.

Рис. 8. Схема пуска синхронного двигателя

При подаче напряжения на якорь возникает ток в его обмотках и генерация ЭДС в железе ротора, который обеспечивает асинхронное движение до того момента, пока не начнется питание обмоток возбуждения.

Еще одним распространенным вариантом пуска является использование дополнительных генераторов, которые могут располагаться на валу или устанавливаться отдельно. Такой метод обеспечивает дополнительное стартовое усилие за счет стороннего крутящего момента.

Рис. 9. Генераторный способ пуска синхронного двигателя

Как видите на рисунке 9, начальное вращение мотора М осуществляется за счет генератора G, который призван вывести устройство на подсинхронную скорость. Затем генератор выводится из рабочей цепи путем размыкания контактов КМ или автоматически при установке рабочих характеристик. Дальнейшее поддержание синхронного режима происходит за счет подачи постоянного напряжения в обмотку возбуждения.

Помимо этого на практике используется схема пуска с полупроводниковыми преобразователями. На рисунке 10 приведен способ тиристорного преобразователя и с установкой вращающихся выпрямителей.

Рис. 10. Тиристорная схема пуска синхронного двигателя

В первом случае запуск синхронного электродвигателя характеризуется нулевым напряжением от преобразователя UD. За счет ЭДС скольжения через стабилитроны VD осуществляется открытие тиристоров VS. В цепь обмотки возбуждения вводится резистор R, предназначенный для предотвращения пробоя изоляции. По мере разгона электродвигателя ЭДС скольжения пропорционально снизится и произойдет запирание стабилитронов VD, цепочка заблокируется, и обмотка возбуждения получит питание постоянным напряжением через UD.

Применение

Область применения синхронных электрических машин охватывает производство электрической энергии на электростанциях. По видам генераторы подразделяются на турбинные, дизельные и гидравлические, в зависимости от способа приведения их во вращение.

Также их используют в качестве электродвигателей, которые могут переносить существенные перегрузки в процессе эксплуатации. Такие двигатели устанавливаются на вентиляторах, компрессорах, силовых агрегатах и прочем оборудовании. Отдельная категория электродвигателей применяется в точном оборудовании, где важна синхронизация операций и процессов.

Преимущества и недостатки

К преимуществам такого электродвигателя следует отнести:

Среди недостатков синхронных электродвигателей выделяют:

Источник

Содержание материала

3-19. КОЛЕБАНИЯ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ И ВЫПАДЕНИЕ ЕГО ИЗ СИНХРОНИЗМА
3-19-1. При работе двигателя происходят колебания (качания) ротора, обнаруживаемые по колебаниям стрелок амперметра и ваттметра в цели статора. Никаких неисправностей в двигателе найти не удается. Колебания могут быть столь сильными, что двигатель выпадает из синхронизма.
A. Слишком быстро изменяется нагрузка.
Увеличить ток возбуждения двигателя. Во многих случаях это значительно снижает колебания. Б. Колебания передаются от приводимых механизмов, например поршневых компрессоров, насосов и пр. См. п. 3-19-1, А.
B. Сильно колеблются напряжение и частота.
Ощущаются динамические толчки из-за коротких замыканий в питающей сети или (в случае работы по схеме двигатель — генератор) из-за коротких замыканий в сети, питаемой генератором.
Форсировка возбуждения (подача максимального «потолочного» возбуждения) увеличивает устойчивость двигателя при этих переходных процессах. 3-19-2. Двигатель выпадает из синхронизма. Причины, указанные в п. 3-19-1, отсутствуют.
A. Двигатель перегружен.
Устранить перегрузку. Б. См. п. 3-9-2.
B. Произошло повреждение (короткое замыкание, обрыв и пр.) в сети, питающей ротор двигателя (при возбуждении от независимой сети постоянного тока).
При помощи мегомметра найти место короткого замыкания или обрыва и устранить повреждение.
Г. Произошло повреждение в сети, питающей статор.
См. п. 3-18-3. В. 3-19-3. После включения двигателя и установления нормальной нагрузки ток статора постепенно растет и достигает наибольшего допустимого значения, при котором двигатель автоматически отключается.
Пристроенный возбудитель работает без искрения при относительно небольшом напряжении. Коммутируемые секции вызывают вследствие ускоренной коммутации заметное в этом режиме возбудителя продольное подмагничивание главных полюсов, что приводит к постепенному возрастанию тока ротора.
Убедиться в том, что щетки находятся на нейтрали, после чего сдвинуть траверсу по направлению вращения на 1—2 коллекторные пластины.

Источник

Неисправности синхронных машин и способы их устранения

Активная сталь статора равномерно перегрета, хотя нагрузка генератора не превышает номинальной

Частота вращения генератора ниже номинальной

Напряжение генератора при номинальной частоте вращения и токе возбуждения меньше номинального

Неисправности трансформаторов

Неисправности магнитопровода.

При эксплуатации межлистовая изоляция магнитопровода стареет, что может вызвать замыкание между листами магнитопровода. При межлистовых замыканиях увеличиваются потери холостого хода трансформатора, ухудшается качество масла: понижается пробивное напряжение, резко понижается температура вспышки, увеличивается кислотность.

Особенно тяжелая авария магнитопровода – пожар, который может произойти от возникновения замкнутых контуров в стали магнитопровода, при замыкании стяжных шпилек, активной стали каким-либо металлическим предметом – гаечным ключом например. При пожаре в стали магнитопровода резко увеличиваются потери холостого хода трансформатора, масло темного цвета с резким неприятным запахом, сильно ухудшаются диэлектрические свойства масла. При пожаре в стали магнитопровода обыкновенно работает газовая защита трансформатора. Место повреждения можно определить после вскрытия трансформатора и проведения соответствующего опыта. В отдельных случаях трансформатор сильно гудит из-за ослабления прессовки магнитопровода.

Неисправности обмоток.

Витковое замыкание может возникнуть от естественного старения изоляции при длительной эксплуатации трансформатора, частых перегрузок, но чаще всего витковое замыкание – следствие динамических нагрузок, воспринимаемых обмоткой при коротких замыканиях со вторичной стороны трансформатора.

При витковом замыкании замкнутые накоротко витки чрезмерно перегреваются, из трансформатора выделяется горючий газ сероватого цвета, слышится «бульканье» масла. Если трансформатор не отключается защитой, то обмотки трансформатора могут полностью выйти из строя, так как витковое замыкание может перейти в междуфазное.

Междуфазное замыкание часто бывает в трансформаторах, когда ослаблена расклиновка, в момент короткого замыкания со вторичной стороны трансформатора. При задержке работы защит трансформатора (в момент междуфазного замыкания должны работать газовая, максимальная и дифференциальная защиты) его обмотки полностью выходят из строя вследствие сильного нагрева и динамических усилий от токов короткого замыкания.

Обрыв в обмотке трансформатора со стороны высокого напряжения всегда опасен, так как в момент обрыва всегда тянется дуга и обрыв обмотки в отдельных случаях может привести к междуфазному замыканию, если трансформатор не будет отключен защитой.

Пробой на корпус происходит вследствие неудовлетворительного состояния главной изоляции трансформатора — изоляции обмотки высшего напряжения от магнитопровода и обмотки низшего напряжения. При пробое на корпус в сельскохозяйственных трансформаторах с изолированной нейтралью на стороне высшего напряжения либо будет работать газовая защита, либо пробой можно обнаружить по приборам контроля изоляции. Пробой на корпус ставит под повышенное напряжение по отношению к земле все токоприемники, подключенные к трансформатору со стороны обмотки, соединенной с корпусом — землей.

Трансформаторное масло стареет: в нем появляется вода из атмосферы, всасываемая через консерватор – расширитель. При высоких температурах масло разлагается, темнеет, в нем появляются углерод, смолы, кислоты и т. п. Если своевременно не контролировать и не менять масло, то трансформатор выйдет из строя. Причина – замыкание обмоток на корпус и между собой.

Обрыв заземления магнитопровода чаще всего происходит при транспортировках трансформатора. Эта неисправность представляет опасность для изоляции обмоток при перенапряжениях. Неисправность проявляется так: при повышенных напряжениях внутри трансформатора слышны разряды – потрескивания.

Источник

Работа синхронной машины в асинхронном режиме

Практически все синхронные машины имеют демпферную систему. В явнополюсных машинах это короткозамкнутая обмотка типа «беличья клетка», уложенная в пазах на полюсных наконечников ротора. Обычно она неполная, т.к. в междуполюсных промежутках стержней демпферной обмотки нет. В неявнополюсных машинах роль демпферной системы выполняет массивное тело ротора, в котором в переходных режимах индуктируются вихревые токи. Они и создают демпферный эффект. Поскольку ротор неявнополюсных машин цилиндрический, то демпферная система у них практически симметричная, несмотря на наличие пазов, в которых располагают витки обмотки возбуждения.

При параллельной работе синхронных генераторов или при работе синхронной машины в режиме двигателя вполне возможны случаи выпадения машины из синхронизма с сетью. Причинами этого явления могут быть:

— резкое снижение напряжения сети U_с;

— уменьшение тока возбуждения машины и как следствие этого – уменьшение ЭДС машины Е_г;

— резкое увеличение вращающего момента первичного двигателя при работе машины генератором или резкое увеличение момента сопротивления на валу при работе двигателем.

Выпадение из синхронизма произойдет, если будет нарушено условие устойчивости, в частности, если внешний момент (момент первичного двигателя) превзойдет максимальное значение синхронного момента или при увеличении угла θ свыше значения критического угла θ_В. После выпадения из синхронизма угловая скорость ротора под действием внешнего момента станет больше синхронной, если машина работала генератором, или меньше синхронной, если машина работала двигателем. Естественно, что возникнет скольжение ротора относительно поля статора, сущность которого аналогична скольжению ротора асинхронного двигателя или асинхронного генератора. По мере отклонения скорости ротора от скорости поля статора это скольжение будет возрастать. Следовательно, синхронная машина станет работать в асинхронном режиме. При этом необходимо различать асинхронный режим возбужденной машины от асинхронного режима невозбужденной машины.

Допустим, что синхронная машина вышла из синхронизма за счет прекращения подачи питания в обмотку возбуждения. Допустим также, что машина работала генератором. При отсутствии тока возбуждения станет равным нулю электромагнитный тормозной момент генератора, он перестанет отдавать в сеть активную и реактивную мощность, а первичный двигатель увеличит частоту вращения ротора.

По мере увеличения частоты вращения возникнет скольжение так как |n| > |n₁|. Следовательно, возникнет асинхронный электромагнитный тормозной момент как в генераторном режиме асинхронной машины. Работа синхронной машины в этом режиме соответствует начальной части асинхронной характеристики в третьем квадрате, как показано на рисунке 2. По мере увеличения скольжения электромагнитный тормозной момент возрастает и при некоторых условиях может уравновесить вращающий момент первичного двигателя. То есть будет отдавать в сеть активную мощность, практически равную мощности исходного синхронного режима. Однако ток в обмотке статора будет значительно больше, чем в исходном режиме, поскольку машина будет потреблять из сети реактивную мощность, необходимую для создания магнитного поля машины. Кроме того, в демпферной обмотке или в массиве неявнополюсного ротора будут протекать достаточно большие токи. Эффективность и возможная длительность этого режима зависит от конструкции ротора. Неявнополюсные машины имеют весьма мощную и симметричную демпферную систему, что обеспечивает им большой максимальный асинхронный момент, который в 2 – 3 раза превышает номинальный внешний момент синхронного режима. В явнополюсных машинах демпферная обмотка несимметрична, поэтому ее асинхронный момент невелик. Кроме того, он является пульсирующим Следовательно, эффективность асинхронного момента еще более снижается.

Таким образом, неявнополюсные синхронные машины в асинхронном режиме могут работать даже при номинальной мощности достаточно долго – около 30минут. Длительная работа в асинхронном режиме невозможна и у них, поскольку реактивная мощность и повышенные токи в обмотках статора и ротора ведут к перегреву машины и к необходимости снижения отдаваемой в сеть активной мощности. В явнополюсных асинхронный режим значительно более напряженный, поэтому длительность работы в этом режиме меньше и требует снижения отдаваемой в сеть активной мощности. Практически при отсутствии возбуждения в течение 10 – 15 сек.. машину необходимо отключить от сети.

Следует отметить, что в любом случае при асинхронном режиме и отсутствии возбуждения обмотка возбуждения должна быть замкнута на гасительное (разрядное) сопротивление или замкнута накоротко для предотвращения пробоя изоляции.

Асинхронный режим при наличии питания обмотки возбуждения аналогичен режиму грубой синхронизации и сопровождается резкими бросками тока в обмотках, провалами напряжения особенно при больших скольжениях ротора относительно поля статора. Поэтому в случае выхода из синхронизма синхронной машины необходимо перевести ее в режим ресинхронизации в зависимости от конструкции машины и причины выхода в асинхронный режим. Во многих случаях ресинхронизация происходит автоматически, если выход из синхронизма произошел из-за кратковременного провала напряжения сети, а питание обмотки возбуждения не прерывалось. Иначе говоря, процесс самосинхронизации проходит после восстановления напряжения сети.

Источник