Синхронні реактивні двигуни (СРД)

1. Вступ Поява електричного двигуна багато в чому сприяло розвитку промисловості і поліпшенню якості...
2. Переваги СРД:
3. Недоліки СРД:
4. висновок:

Вступ

Поява електричного двигуна багато в чому сприяло розвитку промисловості і поліпшенню якості життя населення. В рамках другої промислової революції сталася популяризація всіх видів електричних машин, і тепер для багатьох складається враження, що ці пристрої завжди знаходилися на службі у людства. На сьогоднішній день відомо безліч різновидів електричних двигунів, від широко відомих двигунів постійного струму (ДПТ), асинхронних двигунів (АД), синхронних двигунів (СД) до крокових двигунів (ШД). Незважаючи на глобальні різні, всі вони виконують одну функцію - є електромеханічними перетворювачами, тобто конвертують електричну енергію в механічну.

А тепер уявіть собі електричний двигун з максимально простою конструкцією ротора. Це зробити досить-таки складно через сформованих стереотипів про функціонування електричної машини, але саме так можна коротко описати набирають популярність Синхронні Реактивні Двигуни (з англ. Synchronous Reluctance Machine, СРД). Останнім часом на ці електричні машини все більше звертають увагу виробники двигунів, а також інжинірингові компанії по всьому світу, і не випадково. Давайте розберемося, що ж із себе представляють СРД.

Синхронний Реактивний Електродвигун - синхронна машина, що обертає момент якої обумовлений нерівністю магнітних провідностей по поперечної і поздовжньої осях ротора, що не має обмоток збудження або постійних магнітів - таке визначення дає ГОСТ 27471-87.

Принцип роботи синхронного реактивного двигуна

Змінний струм, що проходить по обмотках статора, створює обертове магнітне поле в повітряному проміжку електродвигуна. Крутний момент створюється коли ротор намагається встановити свою найбільш магніто - провідну вісь (d-вісь) з доданим до нього полем, щоб мінімізувати опір в магнітному колі. Іншими словами, обертове магнітне поле статора захоплює за собою ротор. Амплітуда потоку статора управляється через вісь d, тоді як струм, що відповідає за момент управляється через вісь q. Осі приведені до статора двигуна.

У розглянутому виконанні ротора різниці між магнітними опорами осей домагаються за рахунок збільшення повітряного зазору по осі q. Амплітуда моменту прямо пропорційна різниці між поздовжньої Ld і поперечної Lq індуктивностями. Отже, чим більша різниця, тим більше створюється момент. Математично це можна виразити за деякими припущеннями, розглянувши формулу електромагнітного моменту для синхронної явнополюсной машини без порушення на роторі:

М р = [mU 2 / (2ω 1)] (1 / Х q - 1 / Х d) sin 2θ,

де m = 3 для трифазного виконання статора, ω1- кутова швидкість ротора, Xq -индуктивности опір по осі q ротора, Xd - індуктивний опір по осі d ротора, θ-кут між полем ротора і полем статора, що характеризує ступінь розтягнутості «магнітної пружини» .

Таким чином, на відміну від синхронної машини з обмоткою збудження, синхронна реактивна машина в класичному уявленні мала менший момент, а також невисокий коефіцієнт потужності і коефіцієнт корисної дії (ККД). Пояснювалося це значним намагнічує струмом статора, так як збудження відбувається за рахунок реактивної складової струму. Пуск таких двигунів здійснювався за рахунок демпфирующей короткозамкненою обмотки, тобто мав місце асинхронний пуск синхронного двигуна. Але на сьогоднішній день, СРД успішно експлуатуються в комплекті з перетворювачами частоти (ПЧ) YASKAWA GA700 . Пуск відбувається завдяки алгоритму, закладеному в ПЧ (управління струмом намагнічування id статора і струмом статора, що відповідає за момент iq), отже, необхідність асинхронного пуску усувається. У підсумку, коефіцієнт потужності і ККД у сучасних СРД помітно збільшився, а конструкція ротора стала максимально простий. В середньому у синхронних реактивних двигунів залишається найгірший коефіцієнт потужності на 5-10% через принципових особливостей роботи, але на 5 8% кращий ККД в порівнянні з асинхронними двигунами як в номінальному режимі, так і при роботі на всьому діапазоні швидкостей при регулюванні швидкості вниз від номіналу.

Найбільший інтерес у розробників систем електроприводу викликала конструкція СРД. Статор реактивного двигуна буває з розподіленою і зосередженої обмоткою. Тобто, статор двигуна ідентичний статора широко використовуваного асинхронного двигуна.

Особливо цікавий ротор, який представляє собою вал з болванкою з шіхтованной стали. На роторі відсутні обмотки, а також постійні магніти.
Виділяють три основні типи ротора реактивного двигуна: ротор з явно вираженими полюсами, аксіально-розшарований ротор і поперечно-розшарований ротор.

а) Ротор з явно вираженими полюсами

б) Аксіально-розшарований ротор

в) Поперечно-розшарований ротор

Відмітна особливість синхронних реактивних двигунів (СРД) - відсутність в них збудження з боку ротора. Основний магнітний потік в цьому двигуні створюється виключно за рахунок обертається МДС обмотки статора.

Переваги СРД:

1. Простота і надійність ротора, що складається з тонколистової електротехнічної сталі, без магнітів і короткозамкненою обмотки;

2. Низький нагрів. Так як в роторі немає обмоток, тому через нього не протікає активний струм з виділенням тепла. Це позитивно позначається на терміні життя підшипників, а також на коефіцієнті корисної дії системи. Так як знижуються втрати на нагрів, то номінальний струм двигуна може бути завищений, що дозволяє отримати (при аналогічній потужності) більш високий момент (на 20-40%), ніж у асинхронного двигуна.

3. Відсутність магнітів. Через це знижується кінцева ціна двигуна, так як при виробництві не використовуються рідкоземельні елементи.

4. Низький момент інерції ротора. Так як ротор являє собою болванку без магнітів і обмоток, які збільшують цей показник в асинхронних двигунах і двигунах з постійними магнітами. Відповідно, зменшується типорозмір двигунів. З чого випливає наступне перевагу.

5. Менші габарити при тій же потужності в порівнянні з АТ.

6. Високий ККД і cosφ (косинус фі). При роботі від мережі, а такі двигуни в старих системах працювали від мережі і забезпечувалися додатковою пусковою обмоткою на роторі, СРД демонстрували не найкращі енергетичні показники, але застосовуючи спеціалізований перетворювач частоти, наприклад, YASKAWA GA700 , Розроблений для роботи з синхронними реактивними двигунами, картина докорінно змінюється. В таких перетворювачах відбувається поділ між мережею і годує напругою двигуна, а програмне забезпечення дозволяє коригувати вихідний струм, створюючи найбільш сприятливі умови роботи двигуна (в GA700 режим EZOLV). Таким чином СРД залишає за собою всі переваги, описані вище, уникаючи недоліків виникали раніше при роботі від мережі. Якщо все - таки відбувається зниження коефіцієнта потужності, це може означати, що для даного застосування повинен бути обраний перетворювач на більший номінальний струм.

7. Абсолютно жорстка механічна характеристика в розімкнутої системі. Це говорить про те, що двигун здатний підтримувати швидкість на заданому рівні з великою точністю, до тих пір, поки момент не перевищить максимальне значення.

Недоліки СРД:

1. Пуск і робота СРД можливі тільки від перетворювача частоти. Бездатчикового система управління відстеження положення ротора є необхідною умовою роботи синхронного реактивного двигуна. Перетворювач в кожен момент часу відстежує струм двигуна, так як при повороті вала змінюється магнітне опір в зазорі, і формують магнітне поле в Відповідно до цієї зміни, домагаючись високої продуктивності.

2. Низький коефіцієнт потужності при роботі з ослабленням поля. СРД демонструють кращі енергетичні показники при роботі в зоні насичення. При виході на підвищену швидкість, необхідно зменшити струм намагнічування машини id, в результаті чого, помітно впаде момент двигуна, а коефіцієнт потужності різко знизиться в наслідок споживання більшого реактивного струму. Тому для застосувань в яких здійснюється робота на підвищених швидкостях такі двигуни краще не використовувати.

висновок:

Синхронні реактивні двигуни є перспективним напрямком для інтеграції в нові системи і для модернізації старих систем електроприводу. Більший ККД на всьому діапазоні швидкостей в порівнянні з СДПМ та АТ сприяє на користь вибору цього двигуна при розробці нових систем, які відповідають міжнародному стандарту енергоефективності IE4. Простота конструкції ротора і перевірена технологія виготовлення статора дозволяють такому двигуну легко знайти своє застосування в насосних агрегатах і вентиляторах, а також в цілях з постійним моментом і регулюванням швидкості вниз від номіналу. Єдиною проблемою такого двигуна є споживання більшої реактивного струму в порівнянні з асинхронними двигунами, але при використанні частотного перетворювача YASKAWA GA700 цей недолік легко усувається.

ЗВІТ ПРО ВИПРОБУВАННЯХ ПЕРЕТВОРЮВАЧА частоти А1000 З СДПМ СЕРІЇ "NYS" І "KM-HM" ВІД «БАЛТ-СИСТЕМ»