Синхронные двигатели

Синхронный двигатель – машина трехфазного тока, к ротору кото-рой подводится постоянный тока. Частота вращения ротора равна час-тоте вращения магнитного поля статора. Эта зависимость определяется частотой тока в сети и числом пар полюсов

Рис. Схема запуска синхронного двигателя.

1 – обмотка возбуждения; 2 – переключатель; 3 – пусковое сопротивление; 4 – короткозамкнутая обмотка ротора; 5 – обмотка статора; 6 – рубильник; 7 – якорь возбудителя; 9 обмотка возбудителя

Статор синхрон-ного двигателя не отличается от статора асинхронного. Ротор выполнен с явно вы-раженными полюсами у тихоходных двига-телей и неявно вы-раженными полюсами быстроходных.

Принцип действия синхронного двигателя основан на электромагнитном взаимодействии между полюсами вращающегося магнитного поля статора и полюсами ротора, образованными в результате подачи в обмотку ротора постоянного тока. Однако при включении двигателя ротор вибрирует, но не вращается, поскольку переменный ток меняет свое направление с частотой 50 Гц создавая непрерывные толчки в обе стороны.

Для обеспечения запуска синхронного двигателя его ротор кроме обмотки возбуждения снабжают дополнительной пусковой обмоткой (короткозамкнутой или фазной). Такая обмотка обеспечивает как обычно асинхронного при полном или пониженном напряжении. При достижении ротором двигателя частоты вращения близкой к синхронной, в обмотку возбуждения подается постоянный ток и двигатель начинает работать в синхронном режиме.

При достижении ротором в двигателя частоты вращения близкой к синхронной в обмотку возбуждения подается постоянный ток, после чего двигатель начинает работать в синхронном режиме.

При этом дополнительная пусковая обмотка не оказывает никакого действия, так как вращаясь синхронно с магнитным полем она не пересекается с магнитными линиями и в ней не индуцируется токи и не создается вращающий момент. Питание обмотки возбуждения осуществляется от специальных генераторов постоянного тока или от полупроводниковых выпрямителей.

После запуска синхронного двигателя, если нагрузка на валу равна нулю, вектор напряжения совпадает с вектором индуцированной ЭДС. Если к валу двигателя приложить момент, то появится угол сдвига θ между указанными векторами и двигатель начинает развивать вращающий момент, величина которого будет функцией угла θ

Где – напряжение статора; Е – ЭДС наводимая в обмотке статора магнитным полем ротора; ω – угловая скорость магнитного поля статора; x₁ – индуктивное сопротивление обмотки статора.

Это уравнение является угловой характеристикой синхронного двигателя. Момент двигателя возрастает при изменении угла θ от 0 до 90°, а затем уменьшается. Максимального значения момент достигает при θ =90°. При большем угле работа двигателя становится неустойчивой и увеличение нагрузки приводит к нарушению синхронности и остановке. Номинальному моменту соответствует угол θ =25÷ 30° (sinθ =0, 43÷ 0, 50) При этом перегрузочная способность

λ

С увеличением тока возбуждения, т.е. подводимого к обмотке ротора перегрузочная способность двигателя увеличивается, а с уменьшением – снижается. Но как видно из уравнения момент двигателя пропорционален первой степени напряжения, что делает его менее чувствительным к колебаниям напряжения в сеть по сравнению с асинхронным двигателем. Частота вращения ротора синхронного двигателя не зависит от нагрузки и при всех режимах остается постоянной. Поэтому механическая характеристика таких двигателей является абсолютно жесткой. Синхронные двигатели применяются для привода машин с неизменной частотой вращения.

Рис. Механическая характеристика синхронного двигателя

Основные преимущества синхронного двигателя:

- частота вращения не зависит от нагрузки;

-возможность работы с опережающим cosφ

- меньшая, чем у асинхронных двигателей, зависимость момента от напряжения сети

Недостатки синхронного двигателя:

-необходимость иметь два рода тока;

-сложность пуска;

-возможность нарушения синхронности при перегрузках;

Сложность регулирования частоты вращения.

В настоящее время синхронный двигатель применяется в установках не требующих регулирования частоты вращения и частого пуска. К ним относятся крупные вентиляторные, насосные и компрессорные установки.