Работа синхронного двигателя

При работе синхронной машины в качестве двигателя обмотка статора подключается к трехфазному источнику переменного тока, в результате чего возникает вращающийся магнитный поток якоря Ф_я.

После разгона ротора двигателя до скорости n ≈ n ₀ его обмотка возбуждения подключается к источнику постоянного тока, и возникает магнитный поток Ф ₀. Благодаря взаимодействию вращающегося магнитного потока Ф_я и проводников обмотки ротора, питаемой постоянным током (или потоков Ф_я и Ф ₀) возникает вращающий момент, действующий на ротор, и он втягивается в синхронизм, т. е. начинает вращаться со скоростью n, равной скорости n ₀ вращающегося магнитного поля якоря.

Существенной особенностью синхронного двигателя является то, что вращающий момент возникает у него в том случае, когда скорость вращения ротора n равна скорости n ₀ вращающегося магнитного поля якоря Ф_я. Возникновение вращающего момента при равенстве скоростей n и n ₀ у синхронного двигателя объясняется тем, что ток в его обмотке возбуждения появляется вследствие питания обмотки возбуждения от источника постоянного тока.

Скорость вращающегося магнитного поля якоря, а значит, ротора синхронного двигателя определяется по формуле

n = n ₀ =60· f / p.

Для получения различных скоростей синхронные двигатели изготовляют с различными числами пар полюсов p.

При частоте f = 50 Гц скорости вращения синхронных двигателей будут равны 3000, 1500, 1000, 755 об/мин и т. д.

Пуск синхронного двигателя непосредственным включением в сеть невозможен, так как 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.

Распространение получил так называемый асинхронный пуск синхронного двигателя. Для осуществления такого пуска на роторе располагается специальная пусковая обмотка, представляющая собой короткозамкнутую обмотку типа беличьей клетки как у ротора короткозамкнутого асинхронного двигателя. Витки этой обмотки располагаются в полюсах ротора.

1. Вначале обмотка постоянного тока ротора (обмотка возбуждения) замыкается на пусковой реостат R_n.

2. Затем подается трехфазное напряжение на обмотку статора, по ее фазам начинают проходить токи и создается вращающееся магнитное поле статора. Синхронный двигатель за счет наличия пусковой обмотки трогается с места и начинает разгоняться как асинхронный двигатель.

3.Когда частота вращения ротора синхронного двигателя достигнет примерно 95 % синхронной частоты вращения поля статора n ₀, пусковой реостат R_n отключают, а обмотку возбуждения ротора подключают к источнику постоянного напряжения U_B. По обмотке возбуждения идет постоянный ток, и на роторе образуются магнитные полюса. Так как в это время частота вращения магнитного поля статора незначительно превышает частоту вращения ротора, то разноименные магнитные полюса ротора и поля статора притягиваются к друг другу, а одноименные - отталкиваются. В результате ротор получает некоторое ускорение и после нескольких качаний ротора его частота вращения сравнивается с частотой вращения поля статора и далее остается постоянной (говорят, что двигатель втянулся в синхронизм).

Вторым способом является применение вспомогательного двигателя малой мощности, с помощью которого синхронный двигатель разгоняется до скорости, близкой к синхронной

Рисунок 36.2 – Схема включения трехфазного синхронного двигателя

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип работы синхронного двигателя.

2. Какие существуют способы пуска синхронных двигателей

3. С какой целью при асинхронном пуске синхронного двигателя обмотку возбуждения замыкают на активное сопротивление?

4. Почему при регулировке тока возбуждения меняется величин тока статора синхронного двигателя?

5. При каких условиях синхронный двигатель работает с отстающим током статора, а при каких с опережающим?

6. Что такое выпадение синхронного двигателя из синхронизма, и при каких условиях оно происходит?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 37