1.Объясните устройство, элементы конструкции и принцип действия синхронного двигателя.

Устройство статора синхронной машины принципиально не отличается от устройства статора асинхронной машины. К обмотке ротора подводится постоянный ток через два изолированных друг от друга и от вала контактных кольца, насаженных на вал ротора, и неподвижные щетки, скользящие по контактным кольцам. По конструкции ротора синхронные машины подразделяются на неявнополюсные и явнополюсные.

Ту часть синхронной машины, в обмотке которой наводится ЭДС и протекает ток нагрузки, называют якорем, а ту часть, где расположена обмотка возбуждения, — индуктором.

Постоянный ток, протекающий по обмотке возбуждения, создает магнитное поле, неподвижное относительно ротора, т.е. ротор можно упрощенно рассматривать как постоянный магнит. Результирующее магнитное поле статора можно также представить в виде магнита, вращающегося с синхронной скоростью . Ротор (постоянный магнит) увлекается полем статора и вращается синхронно с ним. При отсутствии нагрузки на валу двигателя ось магнитного поля ротора совпадает с осью магнитного поля статора и угол нагрузки Ө равен нулю. Если же к валу; двигателя приложен момент сопротивления, то ось магнитного поля ротора отстает от оси ‘магнитного поля статора и угол Ө >0. Условно можно считать, что оси магнитных полей статора и ротора связаны «магнитной пружиной» и увеличение угла Ө ведет к возрастанию натяжения «пружины» и электромагнитного момента.

Угол Ө называют внутренним углом, или углом нагрузки СД; он является важнейшей переменной, характеризующей режим работы машины. В установившихся режимах величина этого угла постоянна и угловая скорость ротора равна, угловой скорости поля статора n = . В двигателе поле якоря — ведущее звено, ротор — ведомое звено.

Таким образом, в синхронных машинах ротор и поле якоря вращаются в такт, или синхронно, откуда и происходит. название этого вида машин.

3. Может ли явнополюсный синхронный двигатель работать при отсутствии возбуждения?

Явнополюсный синхронный двигатель не может работать при отсутствии возбуждения. Возбуждение необходимо для создания магнитного поля, которое взаимодействует с обмотками статора и обеспечивает вращение ротора. Без возбуждения ротор не будет иметь необходимого магнитного поля, и двигатель не сможет начать или поддерживать синхронный режим работы.

В некоторых случаях, если двигатель имеет возможность работы в асинхронном режиме (например, при наличии определенных конструктивных особенностей), он может начать вращение, но это будет не синхронный режим, а асинхронный, и двигатель не сможет поддерживать стабильную работу без возбуждения.

5. Объясните по схеме, как определяются V-образные характеристики синхронного двигателя. Поясните ход этих характеристик.

В процессе работы синхронного двигателя в его обмотке статора наводятся ЭДС, сумма которых ΣE приблизительно равна подведенному к обмотке статора напряжению сети Uс. Эта сумма ЭДС эквивалентна результирующему магнитному полю, вызванному действием двух магнитодвижущихся сил: возбуждения Fв=Iв и статора F1=I1.

При неизменном напряжении сети U= const результирующее магнитное поле постоянно. Поэтому при изменении МДС возбуждения Fв (изменении тока возбуждения Iа) МДС статора F1 изменяется таким образом, чтобы их совместное действие оставалось неизменным, т. е. чтобы оставалось неизменным результирующее магнитное поле синхронного двигателя. Это изменение МДС F1 может происходить только за счет изменения величины и фазы тока статора I1, т. е. за счет изменения реактивной составляющей тока статора

Например, при увеличении тока возбуждения Iа, начиная от наименьшего его значения (Iв 0) возрастает МДС ротора, при этом МДС статора уменьшается. Это уменьшение МДС происходит при уменьшении индуктивной (по отношению к напряжению сети Uс ) составляющей тока статора Id, которая оказывает на магнитную систему подмагничивающее влияние.

При этом полный ток статора I1 =Iq+Id уменьшается, а коэффициент мощности двигателя cosф увеличивается. При некотором значении тока возбуждения Iв индуктивная составляющая тока статора падает до нуля. При этом ток статора достигнет минимального (при данной нагрузке) значения, так как станет чисто активным (I1 = lq), а коэффициент мощности cos 1 = 1.

Увеличение тока возбуждения сверх значения Iв, т. е. перевозбуждение двигателя, вызовет увеличение тока I1, но теперь этот ток будет опережающим (емкостным) по отношению к напряжению U Таким образом, при недовозбуждении синхронный двигатель работает с отстающим током, а при перевозбуждении - с опережающим. Зависимость тока статора от тока возбуждения для синхронного двигателя представлена U-образными кривыми. Ток возбуждения соответствует работе синхронного двигателя при коэффициенте мощности cosф = 1. При перевозбуждении двигателя в цепи статора появляется опережающий