PL243911B1 - Układ rozruchowy silników synchronicznych wzbudzanych magnesami trwałymi - Google Patents

Układ rozruchowy silników synchronicznych wzbudzanych magnesami trwałymi Download PDF

Info

Publication number
PL243911B1
PL243911B1 PL433238A PL43323820A PL243911B1 PL 243911 B1 PL243911 B1 PL 243911B1 PL 433238 A PL433238 A PL 433238A PL 43323820 A PL43323820 A PL 43323820A PL 243911 B1 PL243911 B1 PL 243911B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
inverter
switch
permanent magnets
buses
synchronizer
Prior art date
Application number
PL433238A
Other languages
English (en)
Other versions
PL433238A1 (pl
Inventor
Jakub Bernatt
Tadeusz Glinka
Artur Polak
Original Assignee
Siec Badawcza Lukasiewicz Instytut Napedow I Masz Elektrycznych Komel
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siec Badawcza Lukasiewicz Instytut Napedow I Masz Elektrycznych Komel filed Critical Siec Badawcza Lukasiewicz Instytut Napedow I Masz Elektrycznych Komel
Priority to PL433238A priority Critical patent/PL243911B1/pl
Publication of PL433238A1 publication Critical patent/PL433238A1/pl
Publication of PL243911B1 publication Critical patent/PL243911B1/pl

Links

Landscapes

  • Control Of Multiple Motors (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

Układ rozruchowy silników synchronicznych (2) wzbudzanych magnesami trwałymi składa się z falownika (1), synchronizatora (3) oraz wyłączników W. Zaciski wejściowe falownika (1) są połączone poprzez wyłącznik W1 z siecią elektroenergetyczną U1 a jego (1) zaciski wyjściowe są połączone poprzez wyłącznik W2 z szynami U2. Silniki (2) są połączone jednymi wyłącznikami W3 z siecią elektroenergetyczna U1, a drugimi wyłącznikami W4 są połączone z szynami U2. Synchronizator (3) jest przyłączony poprzez wyłącznik W5 do sieci U1 i poprzez wyłącznik W6 do szyn U2. Synchronizator (3) może być umieszczony w falowniku (1) i wówczas jest integralną częścią falownika (1). Falownik (1) może być także zasilany z sieci elektroenergetycznej U1 poprzez transformator falownika (4). Wyjście z falownika (1) może być także połączone z szynami U2 poprzez transformator szynowy (5).

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest układ rozruchowy silników synchronicznych wzbudzanych magnesami trwałymi, które po rozruchu są zasilane napięciem trójfazowym z sieci elektroenergetycznej.
Rozruch asynchroniczny silników synchronicznych jest najczęściej stosowanym rozruchem. W wirniku silnika synchronicznego, oprócz uzwojenia wzbudzenia, jest także uzwojenie rozruchowe, zwykle uzwojenie klatkowe. Po załączeniu uzwojenia stojana do sieci elektroenergetycznej, prąd płynący w uzwojeniu klatkowym współdziała z prądem stojana i generowany jest moment asynchroniczny, który powoduje wirowanie wirnika i doprowadza wirnik do prędkości podsynchronicznej. Przy tej prędkości załącza się prąd wzbudzenia i następuje samosynchronizacja wirnika. Klatkowe uzwojenie rozruchowe zastosowano także w silniku synchronicznym wzbudzanym magnesami trwałymi (Patent RP nr 218489, opubl. 31.12.2014 r.). Według tego rozwiązania wirnik silnika ma zarówno magnesy trwałe jak i uzwojenie klatkowe. Magnesy trwałe są umieszczone w szczelinach w środku jarzma wirnika, a uzwojenie klatkowe składa się z prętów miedzianych umieszczonych w żłobkach na obwodzie zewnętrznym wirnika i zwartych pierścieniami na czołach. Rozruch odbywa się przy pełnym wzbudzeniu strumieniem magnetycznym generowanym przez magnesy trwałe. W czasie rozruchu, po załączeniu napięcia, występuje duży prąd udarowy, siły udarowe i moment udarowy. Siły udarowe generują duże naprężenia i drgania niekorzystnie działające na izolację uzwojenia stojana i elementy konstrukcyjne silnika w szczególności na łożyska. Ponadto w klatce wirnika wydziela się ciepło równe w przybliżeniu energii kinetycznej wszystkich mas wirujących sprzęgniętych z wałem silnika. Ciepło to powoduje wzrost temperatury klatki wirnika i zagraża rozmagnesowaniu termicznemu magnesów trwałych.
Jeśli maszyna robocza charakteryzuje się dużym momentem bezwładności i rozruch odbywa się pod obciążeniem, to do napędu tych maszyn stosuje się silniki asynchroniczne synchronizowane tzw. SASy. W silnikach tych uzwojenie wirnika jest zwykle trójfazowe, które pełni funkcję zarówno uzwojenia rozruchowego jak i uzwojenia wzbudzenia. Rozruch jest rezystancyjny, a po uzyskaniu prędkości podsynchronicznej włącza się prąd wzbudzenia i następuje samosynchronizacja. Takie uzwojenie rozruchowe zastosowano także w silnikach wzbudzanych magnesami trwałym (Patent RP Pat 226639 z dnia 09.03.2017 r.). Silnik ma magnesy trwałe umieszczone w szczelinach wewnątrz jarzma wirnika. Uzwojenie rozruchowe trójfazowe jest umieszczone w żłobkach na obwodzie jarzma, a końce są wyprowadzone na pierścienie ślizgowe. W czasie rozruchu prądy w uzwojeniach stojana i wirnika, w porównaniu z uzwojeniem klatkowym, są znacznie mniejsze. Rozruch jest łagodniejszy.
W opisanych rozwiązaniach niekorzystne jest umieszczenie magnesów trwałych wewnątrz jarzma wirnika, gdyż jarzmo bocznikuje magnesy trwałe i obniża strumień magnetyczny wzbudzenia, zmniejsza się przeciążalność momentem silnika. Uzwojenie pierścieniowe zwiększa koszt wykonania wirnika. Jeśli w dużym zakładzie przemysłowym jest zainstalowanych kilka silników elektrycznych to, stosując rozruch rezystancyjny, wszystkie wirniki powinny mieć pierścieniowe uzwojenie rozruchowe.
Znany jest z patentu CN 107204723A sposób rozruchu silnika synchronicznego z wykorzystaniem falownika wysokiego napięcia. Falownik wysokiego napięcia jest urządzeniem drogim, a ponadto układ rozruchu nie ma odrębnego synchronizatora na którym można obserwować wartości chwilowe napięć falownika i sieci elektroenergetycznej w czasie przełączania zasilania silnika z falownika na sieć, co determinuje bezpieczeństwo przełączania.
Znany jest także z patentu CN 106849724 falownik trakcyjny przetwarzający napięcia DC sieci trakcyjnej na 3-fazowe napięcie AC. Zasilanie falownika jest ze specjalnego układu DC/DC, a na wyjściu falownika jest transformator 3-fazowy. Układy takie są instalowane w pojazdach trakcyjnych i nie odpowiadają warunkom stacjonarnym zasilania silników synchronicznych z sieci 3-fazowej o napięciu stałym.
Celowe jest opracowanie możliwie taniego układu dedykowanego do łagodnego rozruchu silnika z grupy silników synchronicznych wzbudzanych magnesami trwałymi.
Według wynalazku układ rozruchowy silników synchronicznych wzbudzanych magnesami trwałymi składa się z falownika, synchronizatora oraz wyłączników W. Falownik jest połączony z siecią elektroenergetyczną U1 poprzez wyłącznik W1 i transformator. Wyjście z falownika jest połączone, poprzez transformator szynowy i wyłącznik W2, z szynami U2. Silniki M są połączone wyłącznikami W3 z siecią U1 i wyłącznikami W4 z szynami U2. Synchronizator jest połączony wyłącznikiem W5 z siecią U1 i wyłącznikiem W6 z szynami U2.
Układ według wynalazku jest zilustrowany przykładem rozwiązania na rysunkach na których przedstawiono: fig. 1 schemat połączenia falownika ACDCAC, silników M i synchronizatora z siecią elektroenergetyczną U1 i z szynami U2, fig. 2 schemat połączenia falownika ACDCAC i silników M
PL 243911 Β1 z siecią U1 i z szynami U2, fig. 3 schemat połączenia falownika ACDCAC poprzez transformator z siecią U1 i bezpośrednie połączenie z szynami U2 oraz silników M i synchronizatora z siecią U1 i z szynami U2, fig. 4 schemat połączenia falownika ACDCAC poprzez transformatory z siecią U1 i z szynami U2 oraz silników M i synchronizatora z siecią U1 i z szynami U2.
Układ rozruchowy silników synchronicznych M 2 wzbudzanych magnesami trwałymi składa się z falownika ACDCAC 1, synchronizatora 3 oraz wyłączników W. Wszystkie podzespoły układu są trójfazowe. Na rysunkach fig. 1 do fig. 4 przedstawiono jeden falownik ACDCAC 1 i grupę czterech silników M 2. Falownik ACDCAC 1 powinien mieć zakres regulacji częstotliwości f od częstotliwości minimalnej
E ~ U np. 3 Hz do 50 Hz, przy stałym strumieniu magnetycznym Φ = constans, jest to równoważne / f = constans. E oznacza napięcie rotacji, U - napięcie sieci elektroenergetycznej U1. Falownik ACDCAC 1 realizuje rozruch każdego z silników M 2 osobno. Silników M 2 może być więcej lub mniej. Zaciski wejściowe falownika ACDCAC 1 są połączone, poprzez wyłącznik W1, z siecią elektroenergetyczną U1, a jego 1 zaciski wyjściowe są połączone, poprzez wyłącznik W2, z szynami U2. Każdy z silników M 2 jest połączony jednym wyłącznikiem W3 z siecią elektroenergetyczną U1 oraz drugim wyłącznikiem W4 z szynami U2. Synchronizator 3 jest przyłączony poprzez wyłącznik W5 z siecią U1 i poprzez wyłącznik W6 z szynami U2. Synchronizator 3 może być umieszczony także w falowniku ACDCAC 1 i wówczas jest integralną częścią falownika 1. Silniki synchroniczne M 2 stosowane w układach napędowych są dużej mocy i mają napięcie znamionowe 6 kV lub 10 kV. Napięcie sieci elektroenergetycznej U1 z której są zasilane silniki wynosi także 6 kV lub 10 kV. Falowniki na napięcie 6 kV są drogie, a falowników na napięcie 10 kV firmy jeszcze nie oferują. Do rozruchu silników o napięciu znamionowym 6 kV i 10 kV korzystnie jest zastosować falownik na niższe napięcie, które są znacznie tańsze. W tym rozwiązaniu falownik ACDCAC 1 łączy się z siecią elektroenergetyczną U1 poprzez transformator falownika 4. Napięcie wyjściowe falownika 1 zasilającego szyny U2 powinno być równe napięciu znamionowemu silników M. Uzyskuje się to łącząc wyjście z falownika 1 z szynami U2 poprzez transformator szynowy 5, jak na rysunku fig. 4.
Rozruch każdego z silników M 2 przebiega następująco:
- wyłącznikiem W1 załącza się falownik ACDCAC 1 do sieci elektroenergetycznej U1,
- wyłącznikiem W2 łączy się falownik 1 z szynami U2 i na falowniku 1 nastawia się minimalną częstotliwość napięcia,
- wyłącznikiem W4 załącza się do szyn U2 wybrany jeden silnik M 2 i falownikiem 1 podwyższa się częstotliwość napięcia do wartości podsynchronicznej np. 49,5 Hz,
- wyłącznikami W5 i W6 załącza się do sieci U1 i do szyn U2 synchronizator 3,
- synchronizuje się silnik z siecią elektroenergetyczną U1 poprzez korektę częstotliwości falownika 1,
- przy zgodności częstotliwości i zgodności faz, wyłącza się wyłącznik W4 i załącza się wyłącznik W3, to jest koniec rozruchu.
Układ falownika i synchronizatora jest gotowy do rozruchu kolejnego silnika M 2. Jeśli rozruchu kolejnego silnika nie przeprowadza się to należy wyłączyć falownik 1 wyłącznikiem W1 z sieci U1 i wyłącznikiem W2 z szyn U2. Wyłączyć należy także synchronizator 3, wyłącznikami W5 i W6, z sieci U1 i z szyn U2. W układzie oszczędnościowym wyłączników W2 i W6 może nie być. Falownik 1 i synchronizator 3 mogą być na stałe połączone z szynami.
Przedstawiony układ rozruchowy i sposób rozruchu gwarantuje łagodny, bez udarowy, rozruch silników synchronicznych wzbudzonych magnesami trwałymi.

Claims (1)

  1. Zastrzeżenie patentowe
    1. Układ rozruchowy silników synchronicznych wzbudzanych magnesami trwałymi składa się z falownika, transformatorów, synchronizatora oraz wyłączników i jest, znamienny tym, że falownik (1) jest połączony z siecią elektroenergetyczną U1 poprzez wyłącznik W1 i transformator (4), a wyjście z falownika (1) jest połączone poprzez transformator szynowy (5) i wyłącznik W2 z szynami U2, przy czym silniki M (2) są połączone wyłącznikami W3 z siecią U1, a z szynami U2 są połączone wyłącznikami W4, natomiast synchronizator (3) jest połączony wyłącznikiem W5 z siecią U1 i wyłącznikiem W6 z szynami U2.
PL433238A 2020-03-13 2020-03-13 Układ rozruchowy silników synchronicznych wzbudzanych magnesami trwałymi PL243911B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL433238A PL243911B1 (pl) 2020-03-13 2020-03-13 Układ rozruchowy silników synchronicznych wzbudzanych magnesami trwałymi

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL433238A PL243911B1 (pl) 2020-03-13 2020-03-13 Układ rozruchowy silników synchronicznych wzbudzanych magnesami trwałymi

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL433238A1 PL433238A1 (pl) 2021-01-11
PL243911B1 true PL243911B1 (pl) 2023-10-30

Family

ID=74121347

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL433238A PL243911B1 (pl) 2020-03-13 2020-03-13 Układ rozruchowy silników synchronicznych wzbudzanych magnesami trwałymi

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL243911B1 (pl)

Also Published As

Publication number Publication date
PL433238A1 (pl) 2021-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR940002926B1 (ko) 시동 발전기 시스템
US6504261B2 (en) Synchronous generator having auxiliary power windings and variable frequency power source and method for use
Tessarolo et al. Design and testing of a 45-MW 100-Hz quadruple-star synchronous motor for a liquefied natural gas turbo-compressor drive
US5055700A (en) Brushless generator having prime mover start capability
KR101776354B1 (ko) 전기 기기의 보호 회로 및 보호 방법
US20050046398A1 (en) Control apparatus for a starter/generator system
US20120268053A1 (en) Alternating current machine with increased torque above and below rated speed for hybrid/electric propulsion systems
US10584671B2 (en) Brushless starter generator
JP6563143B2 (ja) ブラシレス同期発電装置
CN108880363A (zh) 三级式无刷同步电机异步起动控制方法及系统
US3823357A (en) Starting device for a synchronous machine
CN108847796A (zh) 三级式无刷同步电机磁阻式起动控制方法及系统
Das et al. Characteristics and analysis of starting of large synchronous motors
PL243911B1 (pl) Układ rozruchowy silników synchronicznych wzbudzanych magnesami trwałymi
JPH07245998A (ja) ブラシレス励磁機を備えた発電設備の始動装置
FI119135B (fi) Tahtikone
RU2415507C1 (ru) Способ пуска трехфазного высоковольтного электродвигателя переменного тока
Jackson Mill motors for adjustable-speed AC drives
EP3247037A1 (en) A turbogenerator set
JPS61124278A (ja) 誘導電動機の始動方法
JP2856869B2 (ja) 可変速揚水発電設備の運転方法
US20040164701A1 (en) Electrodynamic machines and components therefor and methods of making and using same
Rao et al. Brushless induction synchronous generator
FI119790B (fi) Järjestely tahtikoneessa
SU1415344A1 (ru) Синхронный генератор