Демпферная (пусковая) обмотка

Демпферная обмотка полюсов синхронных машин выполняет ряд функций. В генераторах она служит для снижения уровня динамических перенапряжений в обмотке ротора при несимметричных коротких замыканиях, гашения обратного синхронного поля, улучшения формы ЭДС и симметрии напряжений при несимметричных нагрузках отдельных фаз, успокоения качаний и повышения динамической устойчивости работы. Генераторы малой мощности (до 100 кВт) обычно не имеют демпферной обмотки.

Синхронные двигатели выполняют с демпферной обмоткой, которая служит в качестве пусковой при асинхронном пуске, а так же для успокоения качаний в процессе работы. Демпферную обмотку обычно изготовляют из стержней круглого сечения, закладываемых в круглые пазы, равномерно расположенные по дуге полюсных наконечников. Концы стержней замыкают пластинами (сегментами), расположенными вдоль полюсной дуги с обеих сторон полюса. Эти сегменты соединяют между собой по междуполюсному пространству пластинами, образуя коротко замыкающие кольца. Параметры демпферной обмотки устанавливают с учетом следующих условий. Для улучшения демпфирующего эффекта обмотка должна иметь малое активное сопротивление. Поэтому стержни, короткозамыкающие сегменты и соединительные пластины обычно выполняют из меди.

Суммарную площадь поперечного сечения стержней демпферной обмотки на один полюс целесообразно принимать близкой к 15% суммарной площади поперечного сечения меди обмотки статора, приходящейся на одно полюсное деление (мм 2 )

.(11-53)

Для уменьшения добавочных потерь и пульсаций ЭДС обмотки статора желательно принимать зубцовое деление полюсного наконечника ротора близким к зубцовому делению статора . При , равном целому числу, а также при или целесообразно выбирать . При целесообразно принимать в генераторах , а в двигателях (чтобы исключить возможность проявления эффекта «прилипания») должно быть несколько меньше или больше . В приведенных выражениях — несократимая дробь.

Предварительное количество стержней демпферной обмотки на один полюс (шт.)

(11-54)

Количество стержней демпферной обмотки на полюс выбирают так, чтобы минимальная ширина крайнего зубца полюсного наконечника была не менее 3 мм и не превышала 0,5 .

Предварительный диаметр стержня демпферной обмотки (мм)

; (11-55)

принимают значение , равное ближайшему целому числу, и определяют соответствующее этому диаметру сечение стержня .

Уточненное значение зубцового деления полюсного наконечника (мм)

(11-56)

Диаметр круглой части паза полюсного наконечника (мм)

(11-57)

Размеры шлица паза демпферной обмотки генераторов выбирают так, чтобы ширина и высота (рис. 11-13) были примерно одинаковыми (около 3 мм); в двигателях (для увеличения вращающего момента) высоту шлица принимают 1,5—2 мм.

Рис. 11-13. Эскиз полюсного

наконечника с пазами демпферной обмотки:

1 — полюс; 2 — стержень демпферной обмотки;

Для обеспечения механической прочности кромок полюсного наконечника должно соблюдаться условие . При малых высотах кромок полюсных наконечников крайние пазы демпферной обмотки выполняются закрытыми; при этом

Предварительная длина стержня демпферной обмотки

(11-58)

затем ее уточняют при проработке конструкции машины.

Размеры короткозамыкающих сегментов выбирают такими, чтобы их высота , толщина а площадь поперечного сечения составляла около половины суммарной площади поперечного сечения стержней одного полюса (мм 2 ), т. е.

(11-59)

Окончательно размеры сегмента в поперечном сечении а также его площадь в этом сечении следует выбрать по приложению 2.

Площадь поперечного сечения перемычки между сегментами разных полюсов принимают не менее 0,5 , а площадь контакта между перемычкой и сегментом — не менее 5 .

Источник

Синхронная машина может работать генератором или двигателем. Синхронная машина может работать в качестве двигателя, если подвести к обмотке ее статора трехфазный ток из сети. В этом случае в результате взаимодействия магнитных полей статора и ротора поле статора увлекает за собой ротор. При этом ротор вращается в ту же сторону и с такой же скоростью, как и поле статора.

Наибольшее распространение получил генераторный режим работы синхронных машин, и почти вся электроэнергия вырабатывается синхронными генераторами. Синхронные двигатели применяются при мощности более 600 кВт и до 1 кВт как микродвигатели. Синхронные генераторы на напряжение до 1000 В применяются в агрегатах для автономных систем электроснабжения.

Агрегаты с этими генераторами могут быть стационарными и передвижными. Большинство агрегатов применяются с дизельными двигателями, но приводом их могут быть газовые турбины, электродвигатели и бензиновые двигатели.

Синхронный двигатель отличается от синхронного генератора лишь пусковой успокоительной обмоткой, которая должна обеспечивать хорошие пусковые свойства двигателя.

Схема шестиполюсного синхронного генератора. Показаны сечения обмоток одной фазы (три обмотки, соединенные последовательно). В показанные на рисунке свободные пазы укладываются обмотки двух других фаз. Фазы соединяются в звезду или треугольник.

Режим двигателя: обмотку статора подключают к трёхфазной сети, а обмотку ротора к источнику постоянного тока. В результате взаимодействия вращающегося магнитного поля машины с постоянным током обмотки возбуждения, возникает вращающий момент Мвр, который приводит ротор во вращение со скоростью магнитного поля.

Механическая характеристика синхронного двигателя – зависимость n(M)– представляет собой горизонтальный отрезок прямой.

Применение синхронных двигателей

Синхронные двигатели имеют по сравнению с асинхронными большое преимущество, заключающееся в том, что благодаря возбуждению постоянным током они могут работать с cosфи = 1 и не потребляют при этом реактивной мощности из сети, а при работе, с перевозбуждением даже отдают реактивную мощность в сеть. В результате улучшается коэффициент мощности сети и уменьшаются падение напряжения и потери в ней, а также повышается коэффициент мощности генераторов, работающих на электростанциях.

Поэтому при понижении напряжения синхронный двигатель сохраняет большую нагрузочную способность. Кроме того, использование возможности увеличения тока возбуждения синхронных двигателей позволяет увеличивать их надежность работы при аварийных понижениях напряжения в сети и улучшать в этих случаях условия работы энергосистемы в целом. Вследствие большей величины воздушного зазора добавочные потери в стали и в клетке ротора синхронных двигателей меньше, чем у асинхронных, благодаря чему к. п. д. синхронных двигателей обычно выше.

С другой стороны, конструкция синхронных двигателей сложнее, чем короткозамкнутых асинхронных двигателей, и, кроме того, синхронные двигатели должны иметь возбудитель или иное устройство для питания обмотки возбуждения постоянным током. Вследствие этого синхронные двигатели в большинстве случаев дороже асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

При эксплуатации синхронных двигателей возникли существенные трудности с их пуском. В настоящее время эти трудности преодолены.

Пуск и регулирование скорости вращения синхронных двигателей также сложнее. Тем не менее, преимущество синхронных двигателей настолько велико, что при больших мощностях их целесообразно применять всюду, где не требуется частых пусков и остановок и регулирования скорости вращения (двигатель-генераторы, мощные насосы, вентиляторы, компрессоры, мельницы, дробилки и пр.).

Синхронные компенсаторы предназначаются для компенсации коэффициента мощности сети и поддержания нормального уровня напряжения сети в районах сосредоточения потребительских нагрузок. Нормальным являемся перевозбужденный режим работы синхронного компенсатора, когда он отдает в сеть реактивную мощность.

В связи с этим компенсаторы, как и служащие для этих же целей батареи конденсаторов, устанавливаемые на потребительских подстанциях, называют также генераторами реактивной мощности. Однако в периоды спада потребительских нагрузок (например, ночью) нередко возникает необходимость работы синхронных компенсаторов также в недовозбужденном режиме, когда они потребляют из сети индуктивный ток и реактивную мощность, так как в этих случаях напряжение сети стремится возрасти и для поддержания его на нормальном уровне необходимо загрузить сеть индуктивными токами, вызывающими в ней дополнительные падения напряжения.

Для этого каждый синхронный компенсатор снабжается автоматическим регулятором возбуждения или напряжения, который регулирует величину его тока возбуждения так, что напряжение на зажимах компенсатора остается постоянным.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Что такое электрическое демпфирование, демпферные витки и обмотки

Демпфирование — увеличение потерь энергии в системе с целью повышения затухания колебаний в ней.

Демпфирование применяется в измерительных приборах для уменьшения колебаний указательной стрелки и в других устройствах. Механическое демпфирование осуществляется путем увеличения трения или увеличения сопротивления среды, в которой движется система. Например, к вращающейся системе прибора прикрепляется легкий поршенек, который движется в трубке, замедляя движение подвижной системы.

Электрические аппараты, имеющие подвижные части, всегда имеют в том или ином виде тормозящие устройства, так как движение подвижной части где-то должно быть остановлено и запас кинетической энергии поглощен. Прежде всего во всякой подвижной системе существуют силы трения, всегда направленные против движения.

Если кинетическая энергия велика, прибегают к специальным тормозящим устройствам, в которых поглощается избыток кинетической энергии. В ряде аппаратов (например в реле) тормозящие устройства предназначены не только для поглощения избытка кинетической энергии подвижных частей (при подходе к уnopу во избежание сильного удара), но и для замедления действии аппарата.

В первом случае, когда тормозящее устройство предназначено только для поглощения избытка кинетической энергии в конце хода, оно обычно носит название буферного устройства и в большинстве случаев к моменту начала работы этого устройства сила, двигающая части аппарата, прекращается. Во втором случае тормозящее устройство действует во время существования движущей силы в аппарате и носит название демпферного.

Демпфирование в электрических аппаратах

Электрическое демпфирование может осуществляться путем взаимодействия между магнитным полем и токами, индуцируемыми в проводниках, движущихся в этом магнитном поле, так как по закону Ленца в этом случае всегда должна возникать сила, препятствующая этому движению. Например, к подвижной системе прибора прикрепляется пластинка из проводящего материала, которая движется между полюсами магнита. При этом в ней возникают вихревые токи, взаимодействие которых с магнитным полем тормозит движение системы.

Демпферные витки — витки на магнитопроводе, служащие для демпфирования подвижной части магнитной системы. Например, такие витки из меди устанавливаются на магнитопровод магнитного пускателя или контактора с краев плоскостей соприкосновения якоря и сердечника.

Любой электромагнит переменного тока имеет силу тяги, изменяющуюся по времени, причем в моменты прохода магнитного потока через нуль она также равна нулю. Это обстоятельство ведет к тому, что якорь электромагнита не может устойчиво находиться в своем конечном положении, а под действием противоположных сил в области нулевого значения потока якорь и связанные с ним детали стремятся отойти назад.

Быстро возрастающая сила тяти якоря не позволяет оторваться этим деталям от упора на значительное расстояние, но на небольшое расстояние они все же отходят. В результате детали аппарата, прижатые якорем к упору, не находятся в неподвижном положении, а дрожат в такт с силой тяги электромагнита.

Это вызывает дребезжание указанных деталей, расшатывание механизма, износ контактов, прижимаемых электромагнитом, шумы и прочие неприятные последствия. Одной из распространенных мер борьбы против этого явления является применение короткозамкнутой обмотки, охватывающей часть сечении сердечника.

В этом случае часть потока, пронизывающая короткозамкнутую обмотку, не совпадает по фазе с другой частью потока, а следовательно, и нулевое значение силы тяги потоков не совпадают по времени. В результате данный электромагнит переменного тока не будет иметь момента времени, в который его сила тяги равна нулю и указанное дребезжание будет отсутствовать. Обычно число витков, короткозамкнутой обмотки равно единице и ее называют соответственно короткозамкнутый виток.

В некоторых конструкциях электромагнитов постоянного тока на сердечник (или на якорь) накладывают специальную короткозамкнутую обмотку, имеющую малое электрическое сопротивление. Это делается затем, чтобы, замедлить работу электромагнита: при наличии такой обмотки нарастание потока после включения обмотки ил напряжение и слад потока после отключения тока происходит медленнее, чем без такой обмотки.

Влияние такой обмотки будет сказываться не только при неподвижном якоре в процессе неустановившегося процесса потока, но и при движении якоря, когда вследствие изменения воздушного зазора поток в электромагните стремится измениться. Такой физический процесс называется магнитным демпфированием.

Применение дополнительной обмотки для целей демпфирования процессов в электромагните переменного тока не достигает целей и поэтому не используется.

Магнитное демпфирование часто применяется для замедления срабатывания и отпускания электромагнитных реле и реле времени постоянного тока. При этом происходит замедление нарастания и убывания магнитного потока в сердечнике. Для этого на магнитопроводе реле размещают короткозамкнутые витки. Благодаря этому техническому решению получают выдержку времени от 0,2 до 10 сек. Иногда магнитное демпфирование осуществляют не применением короткозамкнутых витков, а замыканием накоротко рабочей катушки реле.

Электромагнитные реле с магнитным демпфированием: а — с медной втулкой; б — с медным кольцом у рабочего зазора.

Существует ряд практических случаев, когда время действия электромагнитов и электромагнитных аппаратов (реле, пускателей, контакторов) нужно иметь как можно меньше. В этом случае наличие короткозамкнутых обмоток, массивных частей магнитопровода, металлических каркасов катушки и короткозамкнутых витков, образованных из крепежных и прочих деталей аппарата, лежащих на пути потока, является недопустимым, так как они будут увеличивать время действия электромагнита.

Демпфирование в электрических машинах

Почти все синхронные двигатели, компенсаторы и преобразователи, а также многие явнополюсные синхронные генераторы снабжаются успокоительными обмотками. В ряде случаев они находят применение из-за влияния на устойчивость системы, но большей частью предназначаются для других целей. Однако вне зависимости от причин применения успокоительных обмоток они в большей или меньшей степени влияют на устойчивость.

Принципиально различаются два типа успокоительных обмоток: полные или замкнутые и неполные или разомкнутые. В обоих случаях обмотка состоит из уложенных в пазах на поверхности полюсов стержней, концы которых на каждой стороне полюса соединены.

В полной успокоительной обмотке концы стержней замыкаются кольцами, соединяющими стержни всех полюсов. В неполной обмотке стержни замыкаются дугами, каждая из которых соединяет стержни только одного полюса. В последнем случае успокоительная обмотка каждого полюса представляет собой независимую цепь.

Полные успокоительные обмотки подобны беличьим клеткам роторов асинхронных машин, за исключением того, что в успокоительных обмотках стержни расположены по окружности ротора неравномерно, так как между полюсами стержней нет. В некоторых конструкциях замыкающие кольца выполняются из отдельных участков, которые соединяются между собой болтами, чтобы облегчить снятие полюсов.

Назначение успокоительных обмоток у синхронных машин:

Повышение пускового момента синхронных двигателей, компенсаторов и преобразователей;

Предотвращение качаний. Для этих целей успокоительные обмотки были выполнены впервые, и отсюда они получили свое название;

Подавление колебаний, возникающих из-за толчков при коротких замыканиях или переключениях;

Уменьшение несимметрии фазных напряжений на выводах при несимметричной нагрузке, т.е. уменьшение напряжения обратной последовательности;

Предотвращение перегрева поверхности полюсов однофазных генераторов вихревыми токами;

Создание тормозного момента в генераторе при несимметричных коротких замыканиях и уменьшение этим избыточного момента;

Создание дополнительного момента при синхронизации генераторов;

Снижение скорости восстановления напряжения на контактах выключателей;

Уменьшение механических напряжений в изоляции обмотки возбуждения во время бросков тока в цепи якоря.

Генераторы, приводимые во вращение поршневыми первичными двигателями, имеют тенденцию к раскачиванию из-за того, что вращающий момент первичных двигателей пульсирует. Электродвигатели, приводящие во вращение нагрузку с пульсирующим моментом, подобную компрессорам, также имеют тенденцию к качаниям.

Указанные качания называют «вынужденными качаниями». Могут иметь место и «самопроизвольные качания», возникающие тогда, когда синхронные машины соединены линией, у которой соотношение активного сопротивления к индуктивному велико.

Успокоительные обмотки с малым сопротивлением значительно уменьшают амплитуды как вынужденных, так и самопроизвольных качаний.

Влияние успокоительных (демпфирующих обмоток) на устойчивость электрических систем проявляется в том, что они:

Создают демпфирующий (асинхронный) момент прямой последовательности;

Создают тормозной момент обратной последовательности во время несимметричных коротких замыканий;

Изменяя полное сопротивление обратной последовательности, влияют на отдаваемую машиной электрическую мощность прямой последовательности во время несимметричных коротких замыканий.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник