Почему синхронный двигатель нет возбуждения - AUTOEXPERTUSA.RU

Почему синхронный двигатель нет возбуждения

Синхронный электродвигатель с обмоткой возбуждения

  • Прямой запуск
  • Выход из синхронизма
  • Синхронный компенсатор

Конструкция синхронного электродвигателя с обмоткой возбуждения

Синхронный электродвигатель с обмоткой возбуждения, как и любой вращающийся электродвигатель, состоит из ротора и статора. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть. Статор обычно имеет стандартную трехфазную обмотку, а ротор выполнен с обмоткой возбуждения. Обмотка возбуждения соединена с контактными кольцами к которым через щетки подходит питание.

Принцип работы

Постоянная скорость вращения синхронного электродвигателя достигается за счет взаимодействия между постоянным и вращающимся магнитным полем. Ротор синхронного электродвигателя создает постоянное магнитное поле, а статор – вращающееся магнитное поле.

Работа синхронного электродвигателя основана на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и постоянного магнитного поля ротора

Статор: вращающееся магнитное поле

На обмотки катушек статора подается трехфазное переменное напряжение. В результате создается вращающееся магнитное поле, которое вращается со скоростью пропорциональной частоте питающего напряжения. Подробнее о том, как посредством трехфазного напряжения питания образуется вращающееся магнитное поле можно прочитать в статье «Трехфазный асинхронный электродвигатель».

Ротор: постоянное магнитное поле

Обмотка ротора возбуждается источником постоянного тока через контактные кольца. Магнитное поле создаваемое вокруг ротора возбуждаемое постоянным током показано ниже. Очевидно, что ротор ведет себя как постоянный магнит, так как имеет такое же магнитное поле (в качестве альтернативы можно представить, что ротор сделан из постоянных магнитов). Рассмотрим взаимодействие ротора и вращающегося магнитного поля. Предположим вы придали ротору начальное вращение в том же направлении как у вращающегося магнитного поля. Противоположные полюса вращающегося магнитного поля и ротора будут притягиваться друг к другу и они будут сцепляться с помощью магнитных сил. Это значит, что ротор будет вращаться с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле, то есть ротор будет вращаться с синхронной скоростью.

Синхронная скорость

Скорость с которой вращается магнитное поле может быть вычислена по следующему уравнению:

,

  • где Ns – частота вращения магнитного поля, об/мин,
  • f – частота тока статора, Гц,
  • p – количество пар полюсов.

Это значит, что скорость синхронного электродвигателя может очень точно контролироваться изменением частоты питающего тока. Таким образом эти электродвигатели подходят для высокоточных приложений.

Прямой запуск синхронного двигателя от электрической сети

Почему синхронные электродвигатели не запускаются от электрической сети?

Если ротор не имеет начального вращения, ситуация отличается от описанной выше. Северный полюс магнитного поля ротора будет притягиваться к южному полюсу вращающегося магнитного поля, и начнет двигаться в том же направлении. Но так как ротор имеет определенный момент инерции, его стартовая скорость будет очень низкой. За это время южный полюс вращающегося магнитного поля будет замещен северным полюсом. Таким образом появятся отталкивающие силы. В результате чего ротор начнет вращаться в обратную сторону. Таким образом ротор не сможет запуститься.

Демпферная обмотка — прямой запуск синхронного двигателя от электрической сети

Чтобы реализовать самозапуск синхронного электродвигателя без системы управления между наконечниками ротора размещается «беличья клетка», которая также называется демпферной обмоткой. При запуске электродвигателя катушки ротора не возбуждаются. Под действием вращающегося магнитного поля, индуцируется ток в витках «беличьей клетки» и ротор начинает вращаться подобно тому, как запускаются асинхронные двигатели.

Когда ротор достигает своей максимальной скорости, подается питание на обмотку возбуждения ротора. В результате, как говорилось ранее, полюса ротора сцепляются с полюсами вращающегося магнитного поля и ротор начинает вращаться с синхронной скоростью. При вращении ротора с синхронной скоростью, относительное движение между белечьей клеткой и вращающимся магнитным полем равно нулю. Это значит, что отсутствует ток в короткозамкнутых витках, а следовательно «беличья клетка» не оказывает воздействия на синхронную работу электродвигателя.

Выход из синхронизма

Синхронные электродвигатели имеют постоянную скорость независящую от нагрузки (при условии что нагрузка не превышает макимально допустимую). Если момент нагрузки больше, чем момент создаваемый самим электродвигателем, то он выйдет из синхронизма и остановиться. Низкое напряжение питания и низкое напряжение возбуждения также могут быть причинами выхода двигателя из синхронизма.

Синхронный компенсатор

Синхронные электродвигатели могут также использоваться для улучшения коэффициента мощности системы. Когда единственной целью использования синхронных электродвигателей является улучшение коэффициента мощности их называют синхронными компенсаторами. В таком случае вал электродвигателя не соединяется с механической нагрузкой и вращается свободно.

Неисправности электрооборудования и способы их устранения — Неисравности синхронных машин и способы их устраненияе

Содержание материала

  • Неисправности электрооборудования и способы их устранения
  • Устройство силового трансформатора
  • Принцип действия трансформатора, хх и кз
  • Пускорегулирующая аппаратура
  • Устройство электрических машин постоянного тока
  • Принцип действия генератора и двигателя постоянного тока
  • Двигатели постоянного тока с различными системами возбуждения
  • Устройство синхронных машин
  • Низкое сопротивление изоляции обмоток электрических машин
  • Пропитка и сушка обмоток электрических машин
  • Сушка обмоток силовых трансформаторов
  • Способы сушки обмоток силовых трансформаторов
  • Определение качества трансформаторного масла
  • Механические неисправности электрических машин
  • Работа асинхронного двигателя при неноминальных условиях
  • Внутренний обрыв одной фазы статора асинхронного двигателя
  • Другие неисправности асинхронного двигателя
  • Неисправности обмоток статора и ротора асинхронного двигателя
  • Соединение обмотки асинхронного двигателя с корпусом
  • Междуфазное замыкание двигателя
  • Маркировка выводных концов электрических машин переменного тока
  • Определение паспортных данных асинхронного электродвигателя
  • Установки повышенной частоты из двух асинхронных машин и их неисправности
  • Неисправности машин постоянного тока и способы их устранения
  • Маркировка выводных концов машин постоянного тока, паспортные данные
  • Неисравности синхронных машин и способы их устраненияе
  • Неисправности силовых трансформаторов и способы их устранения
  • Разборка и сборка, маркировка выводных концов трансформатора
  • Неисправности пускорегулирующей аппаратуры и способы их устранения
  • Вопросы по технике безопасности при испытаниях и ремонте электрооборудования

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.

Читайте также  Почему долго греется двигатель приора

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.

БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

Студенческий блог для электромеханика. Обучение и практика, новости науки и техники. В помощь студентам и специалистам

  • главная
  • инфо
  • блог
  • словарь электромеханика
  • электроника
  • крюинговые компании
    • Одесса/Odessa
    • Николаев/Nikolaev
  • Обучение
    • Предметы по специальности
      • АГЭУ
      • АСЭЭС
      • Диагностика и обслуживание судовых технических средств
      • Мехатронные системы
      • Микропроцессоры
      • Моделирование электромеханических систем
      • МПСУ
      • САЭП
      • САЭЭС
      • СДВС
      • СИВС
      • Силовая электроника
      • Судовые компьютерные ceти
      • СУЭ и ОСУ
      • ТАУ
      • Технология судоремонта
      • ТЭП
      • ТЭЭО и АС
    • Общие предметы
      • Безопасность жизнедеятельности
      • Высшая математика
      • Ділова українська мова
      • Интеллектуальная собственность
      • Культурология
      • Материаловедение
      • Охрана труда
      • Политология
      • Системы технологий
      • Судовые вспомогательные механизмы
      • Судовые холодильные установки
    • I курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
    • II курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
    • III курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
    • IV курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
    • V курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
  • Теория
    • английский
    • интернет-ресурсы
    • литература
    • тематические статьи
  • Практика
    • типы судов
    • пиратство
    • видеоуроки
  • мануалы
  • морской словарь
  • технический словарь
  • история
  • новости науки и техники
    • авиация
    • автомобили
    • военная техника
    • робототехника

23.05.2011

Характерные дефекты судового синхронного генератора и причины их возникновения

Характерные дефекты судовых синхронных бесщёточных генераторов можно разделить на механические дефекты и дефекты системы автоматического регулирования напряжения.

Рассмотрим характерные дефекты механической части синхронных генераторов и причины их вызывающие:

1. Перегрев генератора:
1.1. Перегрузка генератора;
1.2. Загрязнение вентиляционных каналов;
1.3. В машину поступает горячий воздух.

2. Местный нагрев, гудение, появление дыма:
2.1. Местные замыкания в обмотке статора.

3. Перегрев подшипников:
3.1. Загрязнение подшипника посторонними твёрдыми частицами;
3.2. Неправильный выбор сорта смазки;
3.3. Мал масляный зазор или плохая шабровка вкладыша;
3.4. Стальные кольца намагничиваются и прилипают к валу;
3.5. Избыток смазки в узле или её отсутствие;
3.6. Трение сопряжённых с подшипником деталей;
3.7. Дефекты установки и сборки генератора;
3.8. Износ или разрушение деталей подшипника.

4. Повышенная вибрация машины:
4.1. Нарушена центровка валов приводного двигателя и генератора, неисправна соединительная муфта;
4.2. Разрушение деталей подшипника;
4.3. Овальность шеек вала;
4.4. Недостаточная жёсткость фундамента;
4.5. Межвитковое или короткое замыкание в обмотке ротора.

5. Генератор работает с повышенным шумом:
5.1. Отсутствие смазки в подшипниках;
5.2. Увеличение зазоров в подшипниках;
5.3. Разрушение деталей подшипников;
5.4. Ослабление крепления генератора с приводным двигателем, износ прокладок;
5.5. Неравномерный воздушный зазор;
5.6. Задевание крылатки за корпус машины.

Далее представлены характерные дефекты системы автоматического регулирования напряжения (системы возбуждения и автоматического регулятора напряжения):

1. Генератор не возбуждается:
1.1. Частота вращения генератора ниже номинальной;
1.2. Генератор размагничен (после длительного бездействия или глухих КЗ в цепи статора, при неправильном подключении обмотки ротора после разборки и осмотра);
1.3. Обрыв в обмотке возбуждения или в её цепи;
1.4. Неправильное положение реостата ручной регулировки напряжения;
1.5. Сигнал по каналу напряжения недостаточен либо его нет;
1.6. Неисправность корректора напряжения;
1.7. Неисправен блок силового выпрямителя;
1.8. Межвитковое или короткое замыкание в обмотке возбуждения (сопровождается повышенной вибрацией генератора).

2. Напряжение генератора ниже номинального:
2.1. Частота вращения генератора ниже номинальной;
2.2. Неправильное положение ручного регулятора напряжения;
2.3. Величина тока на выходе корректора напряжения не соответствует требуемому значению;
2.4. Увеличение прямого сопротивления блока силового выпрямителя;
2.5. Неисправность обмоток генератора.

3. Напряжение генератора при работе без нагрузки выше номинального:
3.1. Частота вращении генератора выше номинальной;
3.2. Неправильное положение ручного регулятора напряжения;
3.3. Корректор напряжения настроен неправильно;
3.4. Отсутствие сигнала на выходе корректора напряжения;
3.5. Нарушение изоляции шпилек дросселя или компаундирующего трансформатора.

4. При включении нагрузки на генератор, напряжение резко снижается:
4.1. Неисправность первичного двигателя либо его регулятора;
4.2. Перегрузка генератора;
4.3. Нарушение настройки канала тока или витковое замыкание во вторичной обмотке трансформатора тока;
4.4. Неправильное подключение канала тока по отношению к каналу напряжения.

Принцип действия синхронного двигателя

Прежде чем рассматривать принцип действия синхронного двигателя, необходимо помнить, что это электрическая машина, работающая на переменном токе, у которой ротор вращается с частотой, которая равна частоте вращения магнитного поля в воздушной прослойке.

  1. Устройство синхронного двигателя
  2. Как работает синхронный двигатель
  3. Схема запуска двигателя и его регулировка
  4. Различия синхронных и асинхронных двигателей

Устройство синхронного двигателя

Синхронный двигатель состоит из основных частей – якоря и индуктора. Обычно, его исполнение сделано таким образом, что якорь расположен на статоре, а индуктор – на роторе, отделенном воздушной прослойкой. Данные агрегаты обладают высоким коэффициентом мощности. Существенным плюсом является возможность их использования в сетях с любым напряжением.

Конструкция синхронного двигателя состоит из двух основных частей – статора и ротора. Статор является неподвижной частью агрегата, а ротор – подвижной. В состав якоря входят одна или несколько обмоток переменного тока. При работе двигателя токи, поступающие в якорь, приводят к вращению магнитного поля, пересекающегося с полем индуктора и преобразующего энергию. Поле якоря носит другое название – поле реакции якоря. В генераторе такое поле создается с помощью индуктора.

В состав индуктора входят электромагниты постоянного тока, называемые полюсами. Во всех синхронных электродвигателях индукторы бывают двух конструкций – явнополюсная и не явнополюсная, отличающиеся расположением полюсов. Конструкция статора включает в себя корпус и сердечник, в состав которого входят двух- и трехфазные обмотки. Сами обмотки могут быть распределенными и сосредоточенными.

Чтобы уменьшить магнитное сопротивление и улучшить прохождение магнитного потока, используются ферромагнитные сердечники, расположенные в роторе и статоре, для изготовления которых используется электротехническая сталь. Она обладает интересными свойствами, например, повышенным содержанием кремния, с целью повышения ее электрического сопротивления и уменьшения вихревых токов.

Каждый синхронный электродвигатель обладает важным параметром – электромагнитным моментом. Он возникает в том случае, когда магнитный поток ротора начинает взаимодействовать с вращающимся магнитным полем. Данное поле образуется под влиянием трехфазного тока, протекающего по обмотке якоря.

В режиме холостого хода происходит совпадение осей магнитных полей ротора и статора. Поэтому электромагнитные силы, возникающие между их полюсами, принимают радиальное направление и значение электромагнитного момента агрегата становится равным нулю. При переходе устройства в двигательный режим, на ротор начинает воздействовать внешние нагрузочный момент, приложенный к валу. В результате, происходит смещение ротора на величину определенного угла против направления вращения.

Подобное электромагнитное взаимодействие между ротором и статором приводит к созданию электромагнитных сил, направленных в сторону вращения. Таким образом, действие вращающегося электромагнитного момента стремится к преодолению действия внешнего момента. Максимальное значение электромагнитного момента образует угол 90 градусов, при расположении полюсов ротора между осями полюсов статора.

Если значение нагрузочного момента, приложенного к валу двигателя, превысит максимальный электромагнитный момент, в этом случае двигатель остановится под влиянием внешнего момента. Из-за этого в неподвижном двигателе по обмотке якоря будет проходить очень высокий ток. Данный режим является аварийным, он представляет собой выпадение из синхронизма и на практике не должен допускаться.

Читайте также  Почему загорелся датчик двигателя на лачетти

Как работает синхронный двигатель

Принцип действия синхронного двигателя основывается на взаимном влиянии магнитных полей якоря и полюсов индуктора. При обращенной конструкции агрегата расположение якоря и индуктора выполнено наоборот, то есть, первый расположен на роторе, а другой – на статоре. Такой вариант используют криогенные синхронные машины, у которых в состав обмоток возбуждения входят материалы со свойствами сверхпроводимости.

При запуске двигателя его разгоняют до частоты близкой к той, с которой в зазоре вращается магнитное поле. Только после этого он переходит в синхронный режим. В данной ситуации происходит пересечение магнитных полей якоря и индуктора. Этот момент получил название входа в синхронизацию.

При разгоне используется состояние асинхронного режима, когда происходит замыкание обмоток индуктора с помощью реостата или короткозамкнутым путем, подобно асинхронным машинам. Для того, чтобы осуществлять запуск в таком режиме, ротор оснащается короткозамкнутой обмоткой, которая одновременно является успокоительной обмоткой, способной устранить раскачивание ротора во время синхронизации. После того, как скорость становится близко к номинальной, в индуктор подается постоянный ток.

Таким образом, синхронный двигатель это не только двигатель, но и своеобразный генератор, поскольку у них одинаковое конструктивное исполнение. Схема работы двигателя будет следующей. Обмотка якоря подключается к трехфазному переменному току, а к обмотке возбуждения от постороннего источника подается постоянный ток. Вращающееся магнитное поле, созданное трехфазной обмоткой и поле, созданное обмоткой возбуждения, взаимодействуют между собой. Это вызывает появление электромагнитного момента, приводящего ротор во вращающееся состояние.

Для двигателей, где установлены постоянные магниты, применяются специальные внешние разгонные двигатели. В отличие от асинхронных устройств, разгон ротора в синхронном двигателе должен достигнуть частоты вращения магнитного поля. Это связано с подачей в обмотку ротора тока из постороннего источника, а не индуцируется в нем под действием магнитного поля статора, следовательно, на него не влияет частота вращения вала. В результате, синхронный двигатель переменного тока приобретает постоянную частоту вращения ротора вне зависимости от нагрузки. Специфический принцип работы этих устройств оказал влияние на их пуск и регулировку частоты вращения.

Схема запуска двигателя и его регулировка

У синхронных двигателей отсутствует начальный пусковой момент. При подключении якорной обмотки к источнику переменного тока, электромагнитный момент дважды изменить свое направление за один период изменения тока. Это происходит, когда ротор находится в неподвижном состоянии, а в обмотке возбуждения протекает постоянный ток.

Таким образом, величина среднего момента в течение одного периода будет иметь нулевое значение. Чтобы увидеть, как работает синхронный двигатель при пуске, нужно выполнить разгон его ротора под действием внешнего момента до вращения с частотой, приближенной к синхронной.

Сам запуск агрегата может производиться разными способами:

  • В первом случае используется схема асинхронного включения, основой которой служит глухо подключенный возбудитель. Данный способ применяется при статическом моменте нагрузки ниже 0,4, когда отсутствует падение напряжения. Сопротивление разряда замыкается в обмотке возбуждения, за счет чего исключаются перебои с возбуждением обмотки во время впуска, поскольку незначительная скорость вращения ротора приводит к перенапряжению. Когда скорость становится близкой к синхронной, контактор реагирует на это изменение, в результате происходит переключение обмотки возбуждения из разрядного сопротивления непосредственно на якорь возбудителя.
  • Во втором варианте пуска используется тиристорный возбудитель. Этот способ считается более надежным из-за высокого КПД. Управление возбуждением значительно облегчается. Подача возбуждение осуществляется автоматически с помощью электромагнитного реле.

Различия синхронных и асинхронных двигателей

Все электродвигатели переменного тока по принципу действия могут быть асинхронными и синхронными. В первом случае вращение ротора будет медленнее, по сравнению с магнитным полем, а во втором – вращение ротора и магнитного поля происходит с одинаковой скоростью.

В асинхронном двигателе вращающееся переменное магнитное поле создается обмотками, закрепленными на статоре. Концы этих обмоток выведены в общую клеммную коробку. Во избежание перегрева на валу двигателя устанавливается вентилятор. Ротор выполнен из металлических стержней, замкнутых с двух сторон между собой. Он представляет единое целое с валом и получил название короткозамкнутого ротора.

Вращение магнитного поля происходит под действием постоянной смены полюсов. Соответственно, в обмотках изменяется направление тока. На скорость вращения вала оказывает влияние количество полюсов магнитного поля.

Синхронный электродвигатель конструктивно отличается от асинхронных агрегатов. Здесь вращение ротора и магнитного поля происходит с одинаковой скоростью. Напряжение на ротор для зарядки обмоток подается с помощью щеток, а не индуцируется действием переменного магнитного поля. Направление тока в обмотках изменяется одновременно с направлением магнитного поля, поэтому вал синхронного двигателя всегда вращается в одну сторону.

Синхронный электродвигатель с обмоткой возбуждения

Конструкция синхронного электродвигателя с обмоткой возбуждения

Синхронный электродвигатель с обмоткой возбуждения, как и любой вращающийся электродвигатель, состоит из ротора и статора. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть. Статор обычно имеет стандартную трехфазную обмотку, а ротор выполнен с обмоткой возбуждения. Обмотка возбуждения соединена с контактными кольцами к которым через щетки подходит питание.


Синхронный электродвигатель с обмоткой возбуждения (щетки не показаны)



Принцип работы

Постоянная скорость вращения синхронного электродвигателя достигается за счет взаимодействия между постоянным и вращающимся магнитным полем. Ротор синхронного электродвигателя создает постоянное магнитное поле, а статор – вращающееся магнитное поле.

Работа синхронного электродвигателя основана на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и постоянного магнитного поля ротора

Статор: вращающееся магнитное поле

На обмотки катушек статора подается трехфазное переменное напряжение. В результате создается вращающееся магнитное поле, которое вращается со скоростью пропорциональной частоте питающего напряжения. Подробнее о том, как посредством трехфазного напряжения питания образуется вращающееся магнитное поле можно прочитать в статье «Трехфазный асинхронный электродвигатель».

Взаимодействие между вращающимся (у статора) и постоянным (у ротора) магнитными полями

Ротор: постоянное магнитное поле

Обмотка ротора возбуждается источником постоянного тока через контактные кольца. Магнитное поле создаваемое вокруг ротора возбуждаемое постоянным током показано ниже. Очевидно, что ротор ведет себя как постоянный магнит, так как имеет такое же магнитное поле (в качестве альтернативы можно представить, что ротор сделан из постоянных магнитов). Рассмотрим взаимодействие ротора и вращающегося магнитного поля. Предположим вы придали ротору начальное вращение в том же направлении как у вращающегося магнитного поля. Противоположные полюса вращающегося магнитного поля и ротора будут притягиваться друг к другу и они будут сцепляться с помощью магнитных сил. Это значит, что ротор будет вращаться с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле, то есть ротор будет вращаться с синхронной скоростью.

Магнитные поля ротора и статора сцепленные друг с другом

Построение двигателя и область его применения

Схема электродвигателя рассматриваемого типа изображена ниже.

  • общий ток, потребляемый эл мотором от источника, составляет I = IЯ + IВ, где IЯ, IВ – токи через якорь, обмотку возбуждения, соответственно,
  • одновременно IВ не зависит от IЯ, то есть не зависит от нагрузки.

Устройство применяется тогда, когда пуск не требует обеспечения высокого момента, то есть когда режимы эксплуатации приводных механизмов не предполагают создание больших стартовых нагрузок. Это типично для станков и вентиляторов.

Читайте также  Почему загорается чек двигателя на ниссан кашкай

Для практики ценны такие полезные тяговые параметры подобных эл механизмов как

  • устойчивость работы при колебаниях нагрузки,
  • высокая экономичность из-за того, что IЯ не протекает через ОВ.

Пуск при недостаточном моменте обеспечивается переходом на схему смешанного типа.

Прямой запуск синхронного двигателя от электрической сети

Почему синхронные электродвигатели не запускаются от электрической сети?

Если ротор не имеет начального вращения, ситуация отличается от описанной выше. Северный полюс магнитного поля ротора будет притягиваться к южному полюсу вращающегося магнитного поля, и начнет двигаться в том же направлении. Но так как ротор имеет определенный момент инерции, его стартовая скорость будет очень низкой. За это время южный полюс вращающегося магнитного поля будет замещен северным полюсом. Таким образом появятся отталкивающие силы. В результате чего ротор начнет вращаться в обратную сторону. Таким образом ротор не сможет запуститься.

Демпферная обмотка — прямой запуск синхронного двигателя от электрической сети

Чтобы реализовать самозапуск синхронного электродвигателя без системы управления между наконечниками ротора размещается «беличья клетка», которая также называется демпферной обмоткой. При запуске электродвигателя катушки ротора не возбуждаются. Под действием вращающегося магнитного поля, индуцируется ток в витках «беличьей клетки» и ротор начинает вращаться подобно тому, как запускаются асинхронные двигатели.

Когда ротор достигает своей максимальной скорости, подается питание на обмотку возбуждения ротора. В результате, как говорилось ранее, полюса ротора сцепляются с полюсами вращающегося магнитного поля и ротор начинает вращаться с синхронной скоростью. При вращении ротора с синхронной скоростью, относительное движение между белечьей клеткой и вращающимся магнитным полем равно нулю. Это значит, что отсутствует ток в короткозамкнутых витках, а следовательно «беличья клетка» не оказывает воздействия на синхронную работу электродвигателя.

Стартер автомобиля

Назначение и общее устройство стартера

В подавляющем большинстве современных автомобилей применяется способ пуска двигателя от электродвигателя, который в совокупности с дополнительными устройствами называется стартером. В момент пуска двигателя стартер потребляет энергию от аккумуляторной батареи автомобиля.

Стартер обеспечивает пусковую частоту вращения коленчатого вала, которая для карбюраторных двигателей составляет 40…80 об/мин, а для дизелей – 250 об/мин.

Стартер состоит из электродвигателя постоянного тока, механизмов привода и управления. На автомобильных стартерах применяют четырехполюсные электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения. Недостатком таких двигателей является высокая частота вращения якоря в режиме холостого хода, что приводит к возрастанию центробежных сил, действующих на якорь, и иногда может произойти его разрушение «вразнос». Для уменьшения частоты вращения в режиме холостого хода применяют электродвигатели смешанного возбуждения, имеющие еще и параллельную обмотку возбуждения.

Включение электромагнитного реле производится либо непосредственно выключателем зажигания или выключателем приборов и стартера, либо теми же выключателями через дополнительное (вынесенное) реле стартера.

Общее устройство автомобильного стартера с планетарным редуктором приведено на рис. 1.

Требования, предъявляемые к стартеру

К специфическим требованиям, обусловленным назначением и условиями работы стартера можно отнести следующее:

Стартер должен развивать мощность, достаточную для преодоления моментов сил сопротивления в интервале температур окружающей среды, на который рассчитана эксплуатация машины и ее двигателя. Повышение температуры стартера во время пусковых циклов не должно приводить к изменениям, отрицательно влияющим на его работоспособность. Для различных типов транспортных средств используются стартеры различной мощности. Так, на легковых автомобилях мощность стартера может составлять 1…2.2 кВт; на грузовых – 4…8 кВт; на тракторах – 1,6…4 кВт; на тяжелой дизельной спецтехнике – до 9 кВт и даже более.

Частота вращения якоря электродвигателя стартера должна обеспечивать пусковую частоту коленчатого вала и уверенный пуск двигателя в интервале эксплуатационных температур.

Якорь стартера должен иметь надежный привод к коленчатому валу при пуске двигателя и автоматически отключаться от него после осуществления пуска. Конструкция стартера и зубчатая передача должны обеспечивать надежный ввод шестерни в зацепление и передачу коленчатому валу двигателя вращающего момента. Шестерня привода стартера не должна самопроизвольно входить в зацепление с венцом маховика. Муфта свободного хода привода должна защищать якорь от механических повреждений после пуска двигателя.

Контактные узлы электродвигателя стартера должны выдерживать существенное повышение температуры в момент пуска.

Работа стартера

Включение стартера производится поворотом ключа в выключателе зажигания 1 (рис. 2) по часовой стрелке в положение, при котором замыкаются контакты «50» и «30». При этом по обмотке 1 вспомогательного реле 4 включения начинает протекать ток. Сердечник 3 реле намагничивается и притягивает якорь 5, замыкая контакты 6 и 7, через которые ток идет к обмоткам 10 (удерживающая) и 11 (втягивающая) втягивающего реле 12. При прохождении тока по обмоткам 10 и 11 сердечник 9 намагничивается и втягивает якорь 13. Соединенный с якорем рычаг 14 поворачивается на оси 15 и вильчатым концом перемещает муфту свободного хода по шлицам вала якоря, вводя размещенную на муфте шестерню в зацепление с зубчатым венцом маховика.

В конце хода якорь с помощью контактного диска 8 замыкает через контакты 19 цепь рабочего тока обмоток стартера. При этом втягивающая обмотка 11 реле закорачивается и сердечник 13 будет удерживаться в рабочем положении только обмоткой 10, а якорь стартера начнет вращаться, обеспечивая пуск двигателя. Отключение одной из обмоток втягивающего реле позволяет снизить потребляемую этим реле энергию от аккумуляторной батареи, и обеспечить эффективное вращение якоря электродвигателя стартера даже при не полностью заряженной аккумуляторной батарее.

При выключении стартера поворотом ключа в выключателе 21 зажигания против часовой стрелки размыкаются контакты «50» и «30», после чего под действием пружины 2 контакты 6 и 7 размыкаются, и ток перестает поступать на обмотки втягивающего реле. Под действием возвратной пружины якорь втягивающего реле вернется в исходное положение и рычагом 14 выведет муфту 16 с шестерней привода из зацепления с зубчатым венцом маховика.

На легковых автомобилях устанавливают унифицированные стартеры. Так, например, на автомобилях АЗЛК-2141 и ВАЗ-2105 применяют стартеры 35.3708 или СТ221. На автомобилях АЗЛК-21412 и ИЖ-21251 устанавливают унифицированный стартер 421.3708.

В корпусе стартера укреплены винтами четыре стальных полюса, на которые надеты обмотки возбуждения. Три катушки сериесные, соединены последовательно с обмоткой якоря, а четвертая (шунтовая) включена параллельно обмотке якоря. В остальных стартерах применяют по две сериесные и по две шунтовые катушки. Эти стартеры, как правило, имеют четырехполюсный четырехщеточный электродвигатель постоянного тока со смешанным соединением обмоток возбуждения.

Поскольку через сериесные обмотки при пуске двигателя протекает ток большой силы (до 5000 А), они, как и обмотки якоря, выполнены из медной ленты с большой площадью поперечного сечения. Одна катушка (шунтовая) включается параллельно обмотке якоря. Ее тонкая обмотка рассчитана на ток сравнительно небольшой силы. Применение смешанного соединения обмоток возбуждения стартера позволяет получить бόльший крутящий момент на валу якоря в начале вращения коленчатого вала и более низкую частоту вращения самого якоря на холостом ходу. Это улучшает условия работы муфты свободного хода привода, уменьшает износ втулок вала якоря и предотвращает его «разнос».

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: