Синхронный двигатель

      U-образные  характеристики синхронных двигателей имеют тот же вид, что и для генераторов. При перевозбуждении синхронный двигатель по отношению к сети является   емкостью,   недовозбужденный двигатель потребляет из сети реактивную мощность, являясь по отношению к сети индуктивностью. При недовозбуждении реакция якоря в синхронном двигателе — подмагничивающая, при перевозбуждении — размагничивающая. Важное значение для исследования процессов преобразования энергии в синхронных двигателях имеют рабочие характеристики (рис. 7).

      Рис. 7. Рабочие характеристики синхронного  двигателя

        С ростом нагрузки на валу  двигателя увеличивается момент  и ток в якоре, сначала по  линейному закону, а затем из-за  изменения параметров — по  нелинейному закону. Если не изменяется I_f, cos φ может падать, расти или иметь максимум. Это зависит от значения I_f и может быть прослежено по U-образным характеристикам: при увеличении Р₂ — переходе с одной U-образной характеристики на другую cos φ изменяется, так как из-за внутреннего падения напряжения кривая cos φ = 1 смещается в область больших нагрузок. При изменении I_f можно получить постоянное значение cos φ при разных Р₂ (рис. 8). Кривая 1                 на рис. 8 соответствует работе синхронного двигателя с постоянным током возбуждения в зоне недовозбуждения на U-образных характеристиках, кривая 2 – работе синхронного двигателя с перевозбуждением; кривая 3 возможна при регулировании тока возбуждения.

      Рис. 8. Зависимости cos φ синхронного двигателя от нагрузки

     Зависимость КПД от нагрузки такая же, как и для всех электрических машин.

      Характерным отличием синхронных двигателей является постоянство частоты вращения при  изменении нагрузки. Синхронные двигатели имеют предельно жесткие механические характеристики. [6, с. 432]

      Одним из основных недостатков синхронных двигателей являются плохие пусковые свойства, которые ограничивают их применение. Пуск синхронных двигателей может быть частотным, при помощи разгонного двигателя или синхронные двигатели могут включаться на полное напряжение сети (асинхронный пуск). Наиболее распространенным является асинхронный пуск. Вследствие наличия короткозамкнутых контуров на роторе (демпферной обмотки, массивных полюсных наконечников) ротор разгоняется до частоты вращения, близкой к синхронной. Обмотка возбуждения при асинхронном пуске закорачивается на активное сопротивление. После подхода ротора к частоте вращения, близкой к синхронной ( s ≈ 0,05), обмотка возбуждения подключается к возбудителю и осуществляется грубая синхронизация машины.

      Применяется также пуск с наглухо присоединенным возбудителем. В этом случае при  частоте вращения, равной (0,5 ÷ 0,7) n _ном, в обмотке возбуждения синхронного двигателя начинает протекать постоянный ток и машина втягивается в синхронизм. Пуск двигателя с наглухо присоединенным возбудителем сопровождается большими бросками токов и может осуществляться, если нагрузка не превышает (0,4—0,5) М _ном. Однако схема пуска с наглухо присоединенным возбудителем более простая и находит все большее применение.

      При тяжелых условиях пуска мощных синхронных двигателей применяется реакторный или автотрансформаторный пуск по схемам, рассмотренным для асинхронных двигателей.

      При пуске синхронного двигателя  с помощью разгонного двигателя  синхронный двигатель доводится  до почти синхронной частоты вращения. В качестве разгонного двигателя может использоваться асинхронный двигатель, имеющий большую, чем синхронный, синхронную частоту вращения или двигатель постоянного тока, если есть сеть постоянного тока. Пуск с помощью разгонного двигателя применяется редко, так как разгонный двигатель используется только при пуске. [6, с. 432]

      При частотном пуске обмотка статора  синхронного двигателя подключается к преобразователю частоты, который изменяет частоту от нескольких герц до номинальной частоты. При частотном пуске синхронный двигатель входит в синхронизм при малых частотах. Частотный пуск удобно использовать, если преобразователь частоты можно применять для пуска нескольких двигателей. 

      Сравнивая синхронные двигатели с асинхронными, следует отметить основное преимущество синхронных двигателей — возможность  работать с cos φ = 1, а при перевозбуждении — и с опережающим cos φ

      Максимальный  момент синхронного двигателя пропорционален U, а асинхронного – U². Поэтому синхронные двигатели менее чувствительны к изменению напряжения сети и имеют большую перегрузочную способность. Регулирование потока возбуждения путем изменения тока возбуждения обеспечивает регулирование реактивной мощности при падении напряжения и уменьшении частоты сети.

      Недостатком синхронных двигателей является их более  сложная конструкция, необходимость  в источнике постоянного тока и худшие по сравнению с асинхронными пусковые свойства.

      При мощности двигателей от нескольких киловатт до 100 кВт проявляется еще один недостаток синхронных двигателей — склонность к качаниям. При определенном соотношении параметров синхронных двигателей ротор покачивается около синхронной частоты вращения.

      Синхронные  двигатели при условии легких пусков целесообразно применять при мощности свыше 200 кВт. Области применения синхронных двигателей непрерывно расширяются, и их мощности возрастают до 50 МВт.

      Синхронные  двигатели мощностью до 1-2 кВт  выполняются с явнополюсным ротором  без обмотки возбуждения. За счет различия проводимости по продольной и поперечной осям машины в таких машинах возникает реактивный момент, а асинхронный пуск обеспечивается демпферной обмоткой. [6, с. 433]

      На  рис. 9 показаны две наиболее распространенные конструкции роторов синхронных реактивных двигателей. Четырехполюсная конструкция ротора (рис. 9, а) имеет стальной шихтованный явнополюсный магнитопровод 1 и демпферную обмотку 2. Двухполюсный шихтованный ротор, залитый алюминием, дан на рис. 9, б. Сердечник ротора 3 заливается алюминием 4, который скрепляет сердечник и образует демпферную обмотку.

Рис. 9. Конструкции  роторов синхронных реактивных двигателей 

      Реактивные  двигатели имеют низкие cos φ и  КПД (η = 0,3÷0,4), их масса больше, чем  у обычных трехфазных асинхронных  двигателей.

      Вместо  электромагнитного возбуждения  можно применять постоянные магниты. Серии двигателей с постоянными магнитами выпускаются на мощности от десятков ватт до нескольких киловатт. Они имеют лучшие энергетические показатели по сравнению с реактивными.

      Для обеспечения пускового момента  двигатели с постоянными магнитами имеют пусковую обмотку в виде беличьей клетки, залитой алюминием. Ротор из магнитотвердого материала изготовляется путем литья из специальных сплавов. Этот процесс трудоемкий, поэтому ротор имеет

        3.2. Ремонт синхронных двигателей 

      В соответствии с Правилами технической  эксплуатации в системе планово  предупредительных ремонтов электрооборудования  предусмотрено два вида ремонтов: текущий и капитальный.

      Текущий ремонт производится с периодичностью, установленной с учетом местных  условий, для всех электродвигателей, находящихся в эксплуатации, в  том числе в холодном или горячем  резерве (подробное разъяснение  см. главу 4). Текущий ремонт является основным видом профилактического ремонта, поддерживающим на заданном уровне безотказность и долговечность электродвигателей. Этот ремонт производят без демонтажа двигателя и без полной его разборки.

      Капитальный ремонт. Периодичность капитальных ремонтов электродвигателей Правилами технической эксплуатации не устанавливается. Она определяется лицом, ответственным за электрохозяйство предприятия на основании оценок общей продолжительности работы электродвигателей и местных условий их эксплуатации. Капитальный ремонт, как правило, производят в условиях специализированного электроремонтного цеха (ЭРЦ) или специализированного ремонтного предприятия (СРП). В объем работ при капитальном ремонте входят работы, предусмотренные текущим ремонтом, а также работы.

      Разборка  электродвигателя производится в порядке, обусловленном особенностями конструкции  электродвигателей. Последовательность разборки электродвигателей малой  и средней мощности, имеющих подшипниковые  щиты с подшипниками качения или  скольжения. [6, с. 500]

      Сборка  электродвигателей  после ремонта. Подшипники качения напрессовывают на вал ротора. Шариковые подшипники устанавливают целиком. У роликовых подшипников на вал насаждают внутреннее кольцо с телами качения. Внешнее кольцо устанавливают отдельно в подшипниковый щит. Внешнее кольцо устанавливают в посадочное гнездо подшипникового щита с подвижной посадкой (скользящей или движения). Перед сборкой посадочные поверхности протирают и смазывают. Внутренние крышки подшипников устанавливают на вал до посадки подшипников. Подшипники небольших размеров насаживают на вал в холодном состоянии. Для посадки используют монтажную трубу, передающую ударные усилия запрессовки только на внутреннее кольцо подшипника. Для лучшего центрирования ударного усиления трубу снабжают медным кольцом и сферическим

оголовком. Внутреннее кольцо подшипника должно плотно прилегать к заплечнику вала. Наружное кольцо должно легко вращаться  вручную. Неразъемные вкладыши подшипников  скольжения запрессовываются в посадочные гнезда подшипниковых щитов и  фиксируются стопорным винтом.

      Следует заметить, что у подшипников типа 180000 (закрытых), применяемых в электродвигателях  серии 4А, консервационную смазку удаляют  обтирочным материалом, смоченным в  ацетоне. Установить на вал внутреннюю крышку подшипника, смазать посадочное место на валу машинным или дизельным  маслом и молотком с наставкой  напрессовать подшипник на вал ротора. Перед напрессовкой подшипник нагреть, заполнить полость подшипника смазкой  и заложить оставшуюся смазку в камеры подшипников. Полости подшипников  электродвигателей серии 4А с  высотами вращения 112-280 мм заполняют  смазкой ЛДС-2, серии 4А с высотами вращения 56-100 мм — смазкой ЦИАТИМ-221, а остальных электродвигателей - смазкой 1-13. [6, с. 500]

      Устранить дефект при собранном электродвигателе и снятой крышке щеточного устройства, для чего провести следующие операции и включить электродвигатель в сеть. Со стороны, противоположной щеточному  устройству, приложить поочередно к  каждому контактному кольцу изолированную  планку с закрепленной на ней шлифовальной шкуркой и шлифовать поверхность  колец до исчезновения следов пятен  и мелких царапин и получения  чистоты не ниже 8-го класса. Прошлифовать поверхность контактных колец на токарном станке при помощи суппортно-шлифовального  приспособления или деревянной колодки, под которую положена шлифовальная шкурка. Биение проточенных и прошлифованных колец в радиальном направлении  не должно превышать 0,06 мм, а в осевом - 0,1 мм.

      Снять поврежденную изоляцию с контактной шпильки ножом. Обмотать шпильку  кабельной или телефонной бумагой  до получения размеров шпильки с  изоляцией электродвигателя 6-го габарита по ширине 12 и толщине 4 мм, а 7-го и 8-го габаритов - по ширине 16 и толщине 6 мм. При наматывании на шпильку первый и последний слои кабельной или  телефонной бумаги смазать клеем  БФ-2. Поверхность изоляции шпильки  покрыть изоляционным лаком БТ-99 и просушить на воздухе в течение 3 часов. 

Глава 4. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  МАШИН  

4.1. Объем работ по  техническому обслуживанию  и ремонту 

     Важнейшим условием правильной эксплуатации электрических машин является своевременное проведение планово-предупредительных ремонтов и периодических профилактических испытаний.

      Наряду  с повседневным уходом и осмотром электрических машин в соответствии с системой планово-предупредительных ремонтов через определенные промежутки времени проводят плановые профилактические осмотры, проверки (испытания) и различные виды ремонта. С помощью системы планово-предупредительных ремонтов электрические машины поддерживают в состоянии, обеспечивающем их нормальные технические параметры, частично предотвращают случаи отказов, улучшают технические параметры машин при плановых ремонтах в результате модернизации. В настоящее время в соответствии с ГОСТ 18322-78 используют два вида ремонта — текущий и капитальный, хотя для отдельных видов электрооборудования предусматривается и средний ремонт. [7, с. 129]

      Период  между двумя плановыми капитальными ремонтами называется ремонтным циклом. Для вновь вводимых в эксплуатацию электрических машин ремонтный цикл — это наработка от ввода в эксплуатацию до первого планового капитального ремонта.