Пуск синхронных двигателей с явнополюсным ротором с электромагнитным возбуждением

Пуск синхронного двигателя непосредственным включением в сеть невозможен, т.к. ротор из-за своей значительной инерции не может быть сразу увлечен вращающимся полем статора, частота вращения которого устанавливается мгновенно. В результате, устойчивая магнитная связь между статором и ротором не возникает. Для пуска синхронного двигателя приходится применять специальные способы, сущность которых состоит в предварительном приведении ротора во вращение до синхронной или близкой к ней частоте, при которой между статором и ротором устанавливается устойчивая магнитная связь.

В настоящее время практическое применение имеет способ пуска, получивший название асинхронного. Схема включения двигателя при этом способе пуска приведена на рисунке 6.4.

Рис. 6.4 Асинхронный пуск синхронного двигателя

Невозбужденный синхронный двигатель включается в сеть. Возникшее при этом вращающееся магнитное поле статора наводит в стержнях пусковой клетки ЭДС, которые создают I₂. Взаимодействие этих токов с полем статора вызывает появление на стержнях пусковой клетки электромагнитных сил F _эм. Под действием этих сил ротор приводится во вращение. После разгона ротора до частоты вращения, близкой к синхронной (n₂≈0.95 n₁), обмотку возбуждения переключателем П подключают к источнику постоянного тока. Образующийся при этом синхронный момент втягивает ротор двигателя в синхронизм. После этого пусковая обмотка двигателя выполняет функцию «успокоительной» обмотки, ограничивая качания ротора.

С увеличением нагрузочного момента на валу вхождение двигателя в синхронизм затрудняется. Наибольший нагрузочный момент, при котором ротор синхронного двигателя еще втягивает в синхронизм, называют моментом входа двигателя в синхронизм M _вх. Величина асинхронного момента M _а при частоте вращения n₂≈0.95 n₁ зависит от активного сопротивления пусковой клетки, т.е. от сечения стержней и удельного электрического сопротивления металла, из которого они изготовлены.

Следует обратить внимание, что выбор приведенного сопротивления пусковой клетки r₂″, соответствующего значительному пусковому моменту (М_п″), способствует уменьшению момента входа в синхронизм (М_вх″) и, наоборот, при сопротивлении r₂′, соответствующем небольшому пусковому моменту (М_п′), момент входа в синхронизм увеличивается (М_вх′ >М_вх″) (см. рис. 6.5).

Рис. 6.5Асинхронные моменты при пуске синхронного двигателя: Ма –основной момент; Мд – дополнительный момент; Мвх – момент входа в синхронизм

В процессе асинхронного пуска обмотку возбуждения нельзя оставлять разомкнутой,.т.к. магнитный поток статора, пересекающий ее в начальный период пуска с синхронной скоростью, наводит в ней ЭДС. Вследствие большого числа витков обмотки возбуждения эта ЭДС достигает значений, опасных как для целости изоляции самой обмотки, так и для обслуживающего персонала. Для предотвращения этого обмотку возбуждения на период разгона ротора замыкают на активное сопротивление r (рис. 6.5), примерно в десять раз большее сопротивления обмотки возбуждения. Переключение зажимов И1 и И2 обмотки возбуждения с сопротивления r на зажимы возбудителя осуществляют переключателем П.

Замыкание накоротко обмотки возбуждения на время пуска двигателя нежелательно, т.к. при этом обмотка ротора образует однофазный замкнутый контур, взаимодействие которого с вращающимся полем статора также создает дополнительный асинхронный момент M_д. Однако при частоте вращения, равной половине синхронной, этот момент становится тормозящим и создает «провал» в характеристике пускового (асинхронного) момента (пунктирная кривая). Это заметно ухудшает пусковые свойства синхронного двигателя.

При асинхронном пуске синхронного двигателя возникает значительный пусковой ток. Поэтому пуск синхронных двигателей непосредственным включением в сеть на номинальное напряжение применяют при достаточной мощности сети, способной выдерживать без заметного падения напряжения броски пускового тока пяти- или семикратного значения (по сравнению с номинальным током). Если же мощность сети недостаточна, то можно применить пуск двигателя при понижении напряжения.