200

Лабораторная работа № 12Синхронный двигатель Цель работы:

• ознакомление с принципом действия, характеристиками синхронного двигателя;

• приобретение практических навыков подключения к сети, эксплуатации и отключения синхронного двигателя;

• получение экспериментального подтверждения теоретических сведений о характеристиках синхронного двигателя.

Основные теоретические положения Введение

Синхронные двигатели применяются там, где требуется постоянная частота вращения. Мощные синхронные двигатели устанавливаются на металлургических заводах, шахтах, холодильниках, на компрессорных и нефтеперекачивающих станциях магистральных трубопроводах, где они приводят во вращение прокатные станы, насосы, вентиляторы и т.д. Основное достоинство синхронного двигателя заключается в возможности работать с высоким коэффициентом мощности. Специальные синхронные двигатели малой мощности используются в приборах и системах управления.

Принцип действия синхронного двигателя

Рис. 1

Синхронную машину после подключения к сети можно перевести в двигательный режим, если отключить приводной двигатель и подключить механическую нагрузку. В отличие от генераторного режима ротор будет отставать от результирующего магнитного поля (рис. 1) на уголиз-за момента сопротивления нагрузки M_Н, направленной против вращения, что приводит к появлению электромагнитного моментаM, так как в этом случае сила притяжения разноименных полюсовNиSприобретает составляющую, перпендикулярную оси ротора, направленную по направлению вращения ротора и магнитного поля, скорости вращения которых совпадают и равныn₀=  60 f/p.

Схема замещения и векторная диаграмма синхронного двигателя

В отличие от генератора, работающего параллельно сети, в двигательном режиме ток I и синхронная ЭДСE_синизменяют направление на противоположное. В соответствии с этим схема замещения двигателя приобретает вид, приведенный на рис. 2,а. На основании 2-го закона Кирхгофа по схеме замещения можно написать следующее уравнение:

,

где — синхронная ЭДС иX_син— синхронное сопротивление (индуктивное), рассмотренные в лабораторной работе "Синхронный генератор в автономном режиме";U_а— падение напряжения на обмотке статора; u— комплексное напряжение сети. Пренебрегая активным сопротивлением из-за его малости, получаем

.

В соответствии с этим уравнением на рис. 2, бприведена векторная диаграмма синхронного двигателя. По сравнению с аналогичной векторной диаграммой для синхронного генератора угол рассогласования изменил знак.

аб

Рис. 2

Угловая характеристика синхронного двигателя

Угловая характеристика синхронной машины (зависимость момента Мот угла нагрузкипри постоянном токе возбужденияI_В= const, рис. 3) рассмотрена в предыдущей лабораторной работе. Режиму двигателя соответствует правая часть характеристики> 0.

Полезная мощность на валу ротора P₂, в пренебрежении потерями совпадающая с электрической мощностью, потребляемой двигателем из сетиP₁:

 P₂   P₁  = 3E₀U sin/X_CИН = P_max sin,

где P_max= 3E₀U/X_CИН— максимальная активная мощность, потребляемая двигателем.

Электромагнитный момент на валу двигателя

M = 9,55P_М/n₀ = 28,6E₀U sin/n₀X_CИН = M_max sin,

где M_max= 28,6E₀Usin/n₀X_CИН— максимальный момент, развиваемый ротором.

При холостом ходе двигателя оси ротора и статора совпадают,= 0, соответственноM= 0,P= 0. С увеличением момента сопротивления нагрузки на валу ротор отстает от магнитного поля, а электрическая мощностьPи электромагнитный моментMвозрастают. Причем, в отличие от генераторного режима,Mявляется полезным моментом, вращающим вал ротора, а активная мощность теперь потребляется двигателем от сети. При изменении углаот 0 до +90двигатель работает устойчиво. Если еще увеличить момент сопротивления нагрузки, то уголпревысит значение +90, аM,Pначнут уменьшаться. При этом ротор начнет вращаться несинхронно с магнитным полем. Тогда двигатель перестанет работать параллельно с сетью —выпадет из синхронизма, что может вызвать нежелательные явления и рассматриваться как аварийный режим.

Так же как и в генераторном режиме, с увеличением тока возбуждения I_ВЭДСE₀тоже увеличивается, при этом происходит ростP_maxиM_max.