ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

Институт нефти и газа

Кафедра «Электроэнергетика»

Методические указания

к лабораторной работе

«Испытание синхронного двигателя»

по дисциплине «Электрические машины»

для студентов электротехнических специальностей очной и заочной форм обучения

Тюмень 2007 г

Утверждено редакционно-издательским советом

Тюменского государственного нефтегазового университета

Составители:

Д.т.н. В.А. Ведерников Ст. преподаватель Шаталова Н.В.

государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет» 2007г.

I. Основы теории

1. Устройство. Принцип работы синхронных двигателей

Статор синхронных двигателей (СД) ничем не отличается от статора асинхронной машины. Он имеет магнитопровод и обмотку, подключенную к сети трехфазного тока.

На роторе СД расположены электромагниты, возбуждаемые постоянным током.

Конструктивно различают два типа СД: с неявнополюсным и явнополюсным роторами. Неявнополюсный ротор представляет со­бой массивный цилиндр - поковку из специальной высококачест­венной стали, на поверхности которой вдоль оси фрезеруются пазы для размещения обмотки возбуждения. Неявнополюсные рото­ры применяют в быстроходных машинах, т.е. в машинах со ско­ростью 3000 об/мин, имеющих в роторе два полюса.

Явнополюсный ротор состоит из обода, к которому прикреп­лены выступающие наружу явно выраженные полюсы, число которых может быть значительно больше двух. Явновыраженная конструкция ротора используется в СД со скоростью вращения меньшей 1500 об/мин.

В двигательном режиме синхронная машина преобразовывает электрическую энергию, потребляемую из трехфазной сети в меха­ническую, потребляемую механизмом, соединенном с ней посредст­вом вала, при этом скорость вращения, определяемая частотой тока в сети, остается постоянной. Трехфазный переменный ток подводится к обмотке статора, а к обмотке ротора - постоянный ток. Взаимодействие магнитного потока ротора и тока статорной обмотки создает электромагнитный момент, воздействующий на ротор.

Уравнение электрического равновесия для СД имеет следующий вид:

где - полное синхронное сопротивление СД по продольной оси.

На рис.I представлена векторная диаграмма СД для двух случаев:

1а - для режима недовозбужденного двигателя;

16 - для перевозбужденного двигателя.

а) б)

Рис.1. Векторная диаграмма

Представленный на векторных диаграммах (рис.1) угол сдвига фаз между Э.Д.С. и напряжением имеет определенное пространственное толкование и является важнейшим параметром, характеризующим работу синхронной машины. Он фактически представляет собой угол между осью основного потока ротора и осью результирующего потока статора и зависит от степени загруженности двигателя.

Из векторной диаграммы (рис.1) пренебрегая потерями, можно найти выражение для электромагнитной мощности, которое для дви­гателя с неявно- выраженными полюсами имеет вид:

Электромагнитный вращающий момент СД:

,где

- синхронная скорость вращения СД.

Отношение максимального момента к номинальному, характеризующее перегрузочную способность СД, равна

Область изменения угла от 0 до - является устойчивой частью моментной характеристики , а номинальное значение угла , соответствующее номинальному моменту находится в пределах 20-30°.

Максимальный момент зависит от размера воздушного зазора двигателя. Чем больше зазор, тем меньше и больше . Однако при увеличении зазора растут габариты двигателя.