41. Способы пуска синхронного двигателя. Электрич схема, порядок пуска.

В режиме двигателя статор машины подключается к трехфазной сети, а в обмотку возбуждения через щетки и кольца подается постоянный ток возбуждения. Как и в асинхронном двигателе, токи обмоток якоря создают вращающееся магнитное поле статора, а ток возбуждения – неподвижный относительно ротора поток возбуждения. Принцип действия синхронного двигателя основан на явлении притяжения северного и южного полюсов двух магнитных полей – статора и ротора. Если обеспечить условия для электромагнитного сцепления разноименных полюсов статора и ротора, то в дальнейшем поле статора и ротор будут вращаться с одинаковой частотой n (синхронно), причем поле статора будет ведущим, а поле ротора – ведомым (S-полюс как бы “тянет” за собой N-полюс ротора, рис. 13.4, а).

Рис. 13.4. Синхронный двигатель: а) схема полей статора и ротора; б) схема для асинхронного пуска

Рассмотрим работу синхронного двигателя, начиная с момента пуска. Пусть одновременно подается питание в обмотки якоря и обмотку возбуждения. Так как у поля статора практически отсутствует момент инерции (вращаются только силовые линии поля), то оно мгновенно набирает синхронную скорость вращения. Из-за высокой линейной скорости полюсов поля якоря и значительного момента инерции ротора полюсы ротора не успевают сцепиться с разноименными полюсами поля якоря, и пуск двигателя не происходит. Для осуществления пуска необходимо каким-либо способом предварительно раскрутить ротор до частоты вращения, близкой к синхронной. Наиболее распространен способ «асинхронного» пуска, при котором ротор содержит дополнительную пусковую короткозамкнутую обмотку из медных или латунных стержней. При отсутствии этой дополнительной обмотки асинхронный пуск состоит из следующих действий (рис. 13.4, б). Вначале обесточенная обмотка возбуждения замыкается на реостат R_п ≈ 10R_в, где R_в– сопротивление обмотки возбуждения, т.е. переключатель Q₂ на рис. 13.4, б находится в положении 1. Цель подключения R_п – избежать при пуске наведения в обмотке возбуждения значительной ЭДС, опасной для изоляции обмотки. Затем обмотка якоря выключателем Q₁ подключается к трехфазной сети, в результате чего за счет короткозамкнутой обмотки ротора двигатель разгоняется как асинхронный. При достижении частотой вращения ротора не менее 95% от синхронной частоты вращения поля выключатель Q₂ переводят в положение 2, т. е. обмотку возбуждения отключают от R_п и подключают к источнику с напряжением U_в (возбудителю). Так как частота вращения полюсов ротора близка к частоте поля якоря, то наблюдается электромагнитное сцепление полей ротора и статора, двигатель втягивается в синхронизм и работает как синхронный.

42.Вращающийся момент сд. Угловая и механическая характеристика.

Анализ синхронного двигателя проведем пренебрегая потерями в обмотках якоря и в стали и считая, что магнитная цепь машины не насыщена.

В двигательном режиме ток якоря потребляется из сети и ЭДС E₀ направлена навстречу току I_я (противоЭДС E₀). Схема замещения фазной обмотки якоря показана на рис. 13.5, а и для нее справедливо: ,(13.3)где величины имеют тот же смысл, что и при анализе генератора. В двигательном режиме ось поля ротора отстает на угол нагрузки θ от оси статора (рис. 13.4, а). Аналогично противоЭДС E₀ отстает по фазе на угол θ от напряжения статора U (рис. 13.5, б).

Рис. 13.5. Синхронный генератор: а) схема замещения обмотки якоря; б) векторная диаграмма

If пренебречь потерями, то можно приближенно считать, что механическая мощность P_мех на валу двигателя равна активной мощности P, потребляемой двигателем из сети, т. е. ,(13.4) где M – вращающийся электромагнитный момент двигателя; ω = πn/30 – угловая частота ротора; U – фазное напряжение статора. Поскольку проекции векторов и на горизонтальную ось одинаковы, т.е. , то для M получаем: .(13.5)

Зависимость M = f(θ) при U = const называют угловой характеристикой машины. Угловая характеристика (рис. 13.6, а) устойчива только в диапазоне –90⁰ < θ < 90⁰, область положительных θ соответствует двигательному режиму, а область отрицательных θ – генераторному.

Рис. 13.6. Характеристики синхронного двигателя: а) угловая; б) механическая

Если нагрузить двигатель так, что момент сопротивления M_с > M_max, то угол θ превысит 90⁰, и рабочая точка окажется на неустойчивом участке угловой характеристики, на которой у двигателя отсутствует свойство саморегулирования момента. В результате двигатель выйдет из синхронизма, что может привести к тяжелой аварии в сети. Поэтому в номинальном режиме устанавливают θ_ном = 25⁰÷35⁰, что обеспечивает запас по моменту K_M = M_max/M_ном = 2÷2,4. Механическая характеристика M = f(n) синхронного двигателя (рис. 13.6, б) в режиме синхронизма (при M_с < M_max) абсолютно жесткая, т.к. частота вращения ротора не зависит от M_с.