Проектирование мехатронных узлов Божко

Если пренебречь относительно малыми потерями энергии в обмотке и сердечнике статора, то вся потребляемая активная мощность будет передаваться магнитным полем из статора в ротор и преобразовываться в механическую энергию P1 ≈ Pм = MΩ1 = Mω1 / p. Вращающий момент, создаваемый синхронной машиной:

где m – число фаз статора, p – число пар полюсов, E0 – эдс, наводимая ротором в статоре, U1 – напряжение питания, ω1 – частота питающего напряжения, Xc – синхронное сопротивление (сумма индуктивного сопротивления рассеяния и реакции якоря), ϑ – угол нагрузки.

На рис.5 представлена зависимость вращающего момента М от ϑ. Эта зависимость называется угловой характеристикой.

Рис. 5. Угловая характеристика синхронного двигателя

В зависимости от величины механической нагрузки на валу двигателя меняется угол . Тормозной момент нагрузки, соответствующий углу = 90°, называется опрокидывающим моментом. Если момент сопротивления будет больше опрокидывающего момента, то ротор двигателя не сможет вращаться синхронно с полем, двигатель выпадает из синхронизма и останавливается, так как при этом повышение нагрузочного момента сопровождается не увеличением М, а его уменьшением.

Номинальному моменту(− н) соответствует угол нагрузки = −(20° − 30°). Перегрузочная способность двигателя по моменту ( max/ н) составляет 2,0…2,8. Если увеличивать токи возбуждения в, то максимальный момент двигателя max будет увеличиваться.

Синхронный двигатель обладает свойством саморегулирования при изменении нагрузки на валу – автоматически изменяет электромагнитный момент эм. При уменьшении нагрузки уменьшается угол , электромагнитный момент эм и мощность эм двигателя. При увеличении нагрузки на валу двигателя угол , электромагнитный момент и мощность двигателя увеличиваются.

Пуск СД. Вращающий момент, развиваемый СД. Механическая характеристика.

Механическая характеристика синхронного электродвигателя n2 = ( ), прямая I, (рис. 6). Точка 1 – номинальный режим, точка 2 – максимальный момент max.

Особенности механической характеристики. Независимость скорости вращения ротора от вплоть до max. Скорость вращения ротора n2 и магнитного поля машины равны

(n1 = n2).

Применяются асинхронный пуск синхронного двигателя и пуск с помощью дополнительного электрического двигателя.

Наиболее часто встречается асинхронный пуск. Для асинхронного пуска синхронного двигателя их роторы, кроме основной обмотки возбуждения, имеют специальную пусковую короткозамкнутую обмотку, подобную «беличьему колесу» асинхронных двигателей.

Рис.6. Механические характеристики синхронного двигателя (а); размещение короткозамкнутой обмотки в полюсах ротора (б).

Стержни 1 этой обмотки (рис.6б) укладывают в специальные пазы полюсов 2 и

соединяют по торцам ротора проводником 3.

При пуске двигателя (рис.7) обмотку статора подключают к трехфазной сети переключателем 1 а обмотку возбуждения ОВ отключают от источника питания в переключателем 2 (из положения 2 в положение 1) на резистор , сопротивление которого в 10…15 раз превышает сопротивление обмотки.

Если обмотку возбуждения оставить разомкнутой, то в начале пуска в ней будет индуцироваться большая ЭДС вращающимся магнитным полем, опасная для изоляции. Под действием асинхронного момента ( АД), от взаимодействия токов в стержнях обмотки ротора и вращающегося магнитного поля машины, ротор разгоняется по механической характеристике (кривая II), соответствующей асинхронному двигателю, до скорости (n2 = 0,95 n1) близкой к синхронной. Разгон идет от точки 3 до точки 4 (рис. 6), затем переключателем 2 обмотку возбуждения подключают к источнику постоянного напряжения (положение 2).

Рис. 7. Схема асинхронного пуска синхронного двигателя

Ток возбуждения создает магнитный поток ротора, возникает синхронный электромагнитный момент эм и двигатель втягивается в синхронизм. Переход двигателя (в процессе пуска) с асинхронной на синхронную механическую характеристику (см. рис. 6, точки 3-4-1).

Характеристика момента сопротивления (кривая III). После пуска двигатель будет работать в номинальном установившемся режиме (точка 1 – пересечение механической характеристики двигателя (прямая I) и момента сопротивления – кривая III).

Величина реактивного вращающего момента