6.2. Синхронний двигун

П ринцип дії і будова. Синхронний двигун виконаний так само, як і синхронний генератор. Його обмотка якоря (рис. 6.4) підключена до мережі трифазного змінного струму; в обмотку збудження подається від стороннього джерела постійний струм. Характерною особливістю синхронного двигуна є стала частота обертання його ротора, рівна синхронній частоті обертання n₁, що не залежить від навантаження. Це пояснюється тим, що струм в ротор подається від стороннього джерела і, отже, не залежить від частоти ротора.

П

Рис. 6.4. Схема включення синхронного двигуна

уск в хід і регулювання частоти обертання. Синхронний двигун не має початкового пускового моменту. Якщо його підключити до мережі змінного струму, коли ротор нерухомий, а по обмотці збудження проходить постійний струм, то за один період зміни струму електромагнітний момент буде двічі міняти свій напрям, тобто середній момент за період буде рівний нулю. При цих умовах двигун не зможе почати обертатись. Отже, для пуску в хід синхронного двигуна необхідно розігнати його ротор до частоти обертання, близької до синхронної.

Застосовують метод асинхронного пуску. При цьому методі синхронний двигун запускається в хід як асинхронний, для чого його забезпечують спеціальною короткозамкнутою пусковою обмоткою 2 (рис. 6.5). У полюсні наконечники ротора синхронного двигуна закладаються мідні або латунні стержні, замкнені накоротко двома торцевими кільцями. Пускова обмотка виконана подібно білячій клітці асинхронної машини, але займає лише частину кола ротора. У деяких двигунах роль короткозамкнутої обмотки виконує саме масивне осердя ротора і металеві клинці, що закривають пази ротора.

При включенні трифазної обмотки якоря в мережу утвориться обертаюче магнітне поле, яке, взаємодіючи з струмом І₂ в пусковій обмотці, створює електромагнітні сили, які захоплюють за собою ротор 1. Після розгону ротора до частоти обертання, близької до синхронної, обмотка збудження 3 підключається до джерела постійного струму, і електромагнітний момент, що у творюється, втягує ротор в синхронізм.

П

Рис. 6.5. Будова пускової обмотки синхронного двигуна

Рис. 6.9. Будова пускової обмотки синхронного двигуна

ід час розгону двигуна в обмотці збудження індукується обертаючим магнітним полем е.р.с., пропорційна ковзанню s ротора. У початковий момент пуску ця е.р.с. може мати велику величину. Тому щоб уникнути пробою ізоляції обмотки збудження, її замикають на резистор r (див. рис. 6.4), опір якого в 8 - 12 раз перевищує активний опір обмотки. Регулювання частоти обертання синхронного двигуна можливе тільки при зміні частоти напруги живлення.

У порівнянні з асинхронними синхронні двигуни відрізняються жорсткою стабільністю частоти обертання незалежно від механічного навантаження на валу; меншою, ніж у асинхронних двигунів, чутливістю до коливань напруги; можливістю роботи при cos=1. Це приводить до поліпшення cos мережі, а також до зменшення розмірів самого двигуна, оскільки його струм менший ніж струм асинхронного двигуна тієї ж потужності. При роботі з випереджувальним струмом синхронні двигуни служать генераторами реактивної потужності, що поступає в асинхронні двигуни, і понижує споживання цієї потужності від генераторів електростанцій.

Недоліками синхронних двигунів є: складність конструкції в порівнянні з асинхронними і порівняно складність їх пуску в хід; труднощі з регулюванням швидкості обертання, яке можливе тільки шляхом зміни частоти напруги живлення. Вказані недоліки синхронних двигунів роблять їх менш вигідними, ніж асинхронні двигуни при потужностях порядку до 100 кВт. Однак при великих потужностях, коли особливо важливо мати високий cos і менші габаритні розміри машини, синхронні двигуни кращі від асинхронних.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Яка конструкція синхронного генератора?

2. Якими засобами регулюють напругу і частоту синхронного генератора?

3. Як працює синхронний генератор при збільшенні навантаження?

4. Які особливості в будові синхронного двигуна?

5. Як здійснюють пуск в хід синхронний двигун?

Які переваги синхронних двигунів перед асинхронними?