Typische Schemata zum Starten von Synchronelektromotoren

Synchronmotoren werden in der Industrie häufig für elektrische Antriebe mit konstanter Drehzahl (Kompressoren, Pumpen usw.) eingesetzt. Aufgrund des Aufkommens der schaltenden Halbleitertechnologie wurden in jüngster Zeit gesteuerte synchrone elektrische Antriebe entwickelt.

Die Vorteile von Synchronmotoren

Ein Synchronmotor ist etwas komplizierter als ein Asynchronmotor, bietet aber eine Reihe von Vorteilen, die es in manchen Fällen ermöglichen, ihn anstelle eines Asynchronmotors zu verwenden.

1. Der Hauptvorteil des Synchronelektromotors besteht in der Möglichkeit, einen optimalen Modus für die Blindenergie zu erhalten, was durch automatische Anpassung des Erregerstroms des Motors erfolgt. Ein Synchronmotor kann bei einem Leistungsfaktor (cos fi) von eins betrieben werden, ohne Blindenergie zu verbrauchen oder an das Netzwerk abzugeben. Wenn das Unternehmen Blindleistung erzeugen muss, kann ein mit Übererregung betriebener Synchronmotor diese ins Netz einspeisen.

2.Synchronmotoren reagieren weniger empfindlich auf Schwankungen der Netzspannung als Asynchronmotoren. Ihr maximales Drehmoment ist proportional zur Netzspannung, während das kritische Drehmoment eines Induktionsmotors proportional zum Quadrat der Spannung ist.

3. Synchronmotoren haben eine hohe Überlastfähigkeit. Darüber hinaus kann die Überlastfähigkeit eines Synchronmotors automatisch erhöht werden, indem der Erregerstrom erhöht wird, beispielsweise bei einem plötzlichen kurzfristigen Anstieg der Belastung der Motorwelle.

4. Die Drehzahl eines Synchronmotors bleibt bei jeder Wellenbelastung innerhalb seiner Überlastfähigkeit unverändert.

Methoden zum Starten eines Synchronmotors

Folgende Methoden zum Starten eines Synchronmotors sind möglich: asynchroner Start bei voller Netzspannung und Start bei niedriger Spannung über eine Drossel oder Spartransformator.

Der Start eines Synchronmotors erfolgt als Asynchronstart. Das interne Anlaufdrehmoment einer Synchronmaschine ist klein, während das einer impliziten Polmaschine Null ist. Um ein asynchrones Drehmoment zu erzeugen, ist der Rotor mit einem Kurzschlussläuferkäfig ausgestattet, dessen Stäbe in die Nuten des Polsystems eingesetzt werden. (Natürlich gibt es bei einem Schenkelpolmotor keine Stäbe zwischen den Polen.) Dieselbe Zelle trägt dazu bei, die dynamische Stabilität des Motors bei Lastspitzen zu erhöhen.

Aufgrund des asynchronen Drehmoments startet und beschleunigt der Motor. Während der Beschleunigung fließt in der Rotorwicklung kein Erregerstrom.Die Maschine wird unerregt gestartet, da das Vorhandensein erregter Pole den Beschleunigungsvorgang erschweren würde und beim dynamischen Bremsen ein Bremsmoment ähnlich dem eines Induktionsmotors entstehen würde.

Bei der sogenannten Bei einer untersynchronen Drehzahl, die sich um 3 - 5 % von der Synchrondrehzahl unterscheidet, wird der Erregerspule Strom zugeführt und der Motor wird nach mehreren Schwingungen um die Gleichgewichtslage in den Gleichlauf gebracht. Motoren mit freiliegendem Pol werden aufgrund des Blinddrehmoments bei niedrigen Wellendrehmomenten manchmal in den Synchronismus gebracht, ohne die Feldspule mit Strom zu versorgen.

Bei Synchronmotoren ist es schwierig, gleichzeitig die erforderlichen Werte des Anlaufdrehmoments und des Eingangsdrehmoments bereitzustellen, worunter das asynchrone Drehmoment verstanden wird, das entsteht, wenn die Drehzahl 95 % der Synchrondrehzahl erreicht. Entsprechend der Art der Abhängigkeit des statischen Drehmoments von der Drehzahl, d.h. Entsprechend der Art des Mechanismus, für den der Motor ausgelegt ist, müssen die Parameter der Startzelle in den Fabriken zur Herstellung elektrischer Maschinen geändert werden.

Um die Ströme beim Starten leistungsstarker Motoren zu begrenzen, wird manchmal die Spannung an den Statorklemmen reduziert, einschließlich der in Reihe geschalteten Wicklungen des Spartransformators oder der Widerstände. Es ist zu beachten, dass beim Starten eines Synchronmotors der Stromkreis der Erregerwicklung auf einen großen Widerstand geschlossen wird, der den Widerstand der Wicklung selbst um das 5- bis 10-fache übersteigt.

Andernfalls entsteht unter Einwirkung der beim Anlauf in der Wicklung induzierten Ströme ein pulsierender Magnetfluss, dessen Umkehrkomponente im Zusammenwirken mit den Statorströmen ein Bremsmoment erzeugt.Dieses Drehmoment erreicht seinen Maximalwert bei einer Drehzahl etwas über der Hälfte des Nennwerts, und unter seinem Einfluss kann der Motor die Beschleunigung bei dieser Drehzahl stoppen. Das Offenlassen des Feldstromkreises während des Startvorgangs ist gefährlich, da die Wicklungsisolierung durch die darin induzierte EMF beschädigt werden kann.

Lehrfilmstreifen – „Synchronous Motors“, hergestellt von der Educational Materials Factory im Jahr 1966. Hier können Sie es sich ansehen: Filmstreifen «Synchronmotor»

Asynchroner Start eines Synchron-Elektromotors

Die Erregerschaltung eines Synchronmotors mit blind angeschlossenem Erreger ist recht einfach und kann eingesetzt werden, wenn die Einschaltströme keinen Spannungsabfall im Netz verursachen, der über dem zulässigen und statistischen Drehmoment Ms <0,4 Mnom liegt.

Der asynchrone Start eines Synchronmotors erfolgt durch den Anschluss des Stators an das Netzwerk. Der Motor wird als Induktionsmotor auf eine nahezu synchrone Drehzahl beschleunigt.

Beim asynchronen Anlassen wird die Erregerwicklung gegen den Entladewiderstand geschlossen, um eine Zerstörung der Erregerwicklung beim Anlassen zu vermeiden, da bei niedriger Rotordrehzahl erhebliche Überspannungen in ihr auftreten können. Bei einer nahezu synchronen Drehzahl wird das Schütz KM ausgelöst (der Versorgungskreis des Schützes ist im Diagramm nicht dargestellt), die Erregerspule wird vom Entladewiderstand getrennt und mit dem Anker des Erregers verbunden. Der Anfang endet.

Typische Einheiten von Erregerschaltungen für Synchronmotoren, die Thyristor-Erreger zum Starten von Synchronmotoren verwenden

Die Schwäche der meisten elektrischen Antriebe mit Synchronmotoren, die den Betrieb erheblich erschwert und die Kosten erhöht, liegt seit vielen Jahren in der Erregung elektrischer Maschinen. Heutzutage werden sie häufig zur Erregung von Synchronmotoren eingesetzt. Thyristor-Erreger… Sie werden als Set geliefert.

Thyristor-Erreger von Synchron-Elektromotoren sind zuverlässiger und haben einen höheren Wirkungsgrad. im Vergleich zu elektrischen Maschinenerregern. Mit ihrer Hilfe lassen sich Fragen zur optimalen Regelung des Erregerstroms zur Aufrechterhaltung der Konstanz leicht lösen. cos phi, die Spannung der Sammelschienen, aus denen der Synchronmotor gespeist wird, sowie die Begrenzung des Rotor- und Statorstroms des Synchronmotors im Notbetrieb.

Thyristor-Erreger werden mit den meisten großen Synchron-Elektromotoren hergestellt. Sie erfüllen in der Regel folgende Funktionen:

• Starten eines Synchronmotors mit einem im Feldwicklungskreis enthaltenen Startwiderstand,
• berührungslose Abschaltung des Anlaufwiderstandes nach Beendigung des Anlaufes des Synchronmotors und dessen Schutz vor Überhitzung,
• automatische Erregungsversorgung zum richtigen Zeitpunkt des Starts des Synchron-Elektromotors,
• automatische und manuelle Anpassung des Erregerstroms
• notwendige Zwangserregung bei starken Spannungseinbrüchen am Stator und starken Lastsprüngen an der Welle eines Synchronmotors,
• schnelles Löschen des Feldes eines Synchronmotors, wenn der Feldstrom reduziert und der Elektromotor abgeschaltet werden muss,
• Schutz des Rotors eines Synchronmotors vor dauerndem Überstrom und Kurzschlüssen.

Wenn der Synchron-Elektromotor mit reduzierter Spannung gestartet wird, wird er bei einem „leichten“ Start erregt, bis die Statorwicklung mit voller Spannung eingeschaltet wird, und bei einem „schweren“ Start wird die Erregung mit voller Spannung im Statorkreis bereitgestellt. Es ist möglich, die Feldwicklung des Motors in Reihe mit dem Entladewiderstand mit dem Anker des Erregers zu verbinden.

Die Erregung eines Synchronmotors wird auf zwei Arten automatisiert: geschwindigkeitsabhängig und stromabhängig.

Das Erregersystem und Steuergerät für Synchronmotoren muss Folgendes bieten:

• Starten, Synchronisieren und Stoppen des Motors (mit automatischer Erregung am Ende des Starts);
• Zwangserregung mit einem Faktor von mindestens 1,4, wenn die Netzspannung auf 0,8 Un absinkt;
• die Möglichkeit, durch den Motor die von benachbarten elektrischen Empfängern verbrauchte (gegebene) Blindleistung im Rahmen der thermischen Fähigkeiten des Motors zu kompensieren;
• Stoppen des Motors bei einem Fehler im Erregersystem;
• Stabilisierung des Erregerstroms mit einer Genauigkeit von 5 % des eingestellten Wertes bei einer Änderung der Netzspannung von 0,8 auf 1,1;
• Regelung der Erregung durch Abweichung der Statorspannung mit einer Totzone von 8 %;
• Wenn sich die Versorgungsspannung des Stators des Synchronmotors von 8 auf 20 % ändert, ändert sich der Strom vom eingestellten Wert auf 1,4 In, wodurch der Erregerstrom erhöht wird, um eine maximale Motorüberlastung sicherzustellen.

In dem in der Abbildung gezeigten Diagramm wird die Erregung einem Synchronmotor über ein elektromagnetisches Gleichstromrelais KT (Sleeving Time Relay) zugeführt.Die Relaisspule ist über die VD-Diode mit dem Entladewiderstand Rdisc verbunden. Wenn die Statorwicklung an das Stromnetz angeschlossen ist, wird in der Erregerwicklung des Motors eine EMK induziert. Durch die Spule des KT-Relais fließt Gleichstrom, dessen Amplitude und Frequenz vom Schlupf abhängt.

Erregerversorgung eines Synchronmotors in Abhängigkeit von der Drehzahl

Beim Anlauf beträgt der Schlupf S = 1. Wenn der Motor beschleunigt, nimmt er ab und die Abstände zwischen den korrigierten Halbwellen des Stroms nehmen zu; der magnetische Fluss nimmt entlang der Kurve Ф (t) allmählich ab.

Bei einer nahezu synchronen Geschwindigkeit erreicht der magnetische Fluss des Relais den Wert des Relais-Abfallflusses Fot in dem Moment, in dem kein Strom durch das KT-Relais fließt. Das Relais verliert Strom und erzeugt über seinen Kontakt einen Stromkreis des KM-Schützes (der Stromkreis des KM-Schützes ist im Diagramm nicht dargestellt).

Betrachten Sie die Steuerung der Stromversorgung in der Stromfunktion mithilfe eines Stromrelais. Mit dem Anlaufstrom wird das Stromrelais KA aktiviert und öffnet seinen Kontakt im Stromkreis des Schützes KM2.

Diagramm der Strom- und Magnetflussänderungen im Zeitrelais KT

Überwachung der Erregung eines Synchronmotors in Abhängigkeit vom Strom

Bei einer nahezu synchronen Drehzahl verschwindet das KA-Relais und schließt seinen Kontakt im KM2-Schützkreis. Das Schütz KM2 wird aktiviert, schließt seinen Kontakt im Erregerkreis der Maschine und überbrückt den Widerstand Rres.

Siehe auch: Auswahl der Ausrüstung zum Starten von Synchronmotoren