4.3. Принцип работы и способы пуска синхронного двигателя

В режиме двигателя статор машины подключается к 3-фазной сети, а в обмотку возбуждения через щетки и кольца подается постоянный ток возбуждения. Как и в асинхронном двигателе, токи обмоток якоря создают вращающееся магнитное поле якоря, а ток возбуждения – неподвижный относительно ротора поток возбуждения.

Рассмотрим работу синхронного двигателя (СД), начиная с момента пуска. Пусть одновременно подается питание в обмотки якоря и обмотку возбуждения. Так как у поля якоря момент инерции отсутствует, то оно мгновенно набирает синхронную частоту вращения. Из-за высокой линейной скорости поля якоря и значительного момента инерции ротора поле ротора не успевает сцепиться с полем якоря и прямой пуск двигателя не происходит. Для осуществления пуска применяют два способа. Ротор СД приводят во вращение дополнительным разгоночным двигателем и подают постоянный ток в обмотку возбуждения обмотка якоря остается при этом отключенной от сети. Созданный ротором постоянный магнитный поток, вращающийся вместе с ротором, пересекает витки обмотки якоря и создает в ней 3-фазную ЭДС. Для включения обмотки статора в сеть нужно выполнить три условия синхронизации.

1. Уравнять величины 3-фазной ЭДС якоря и ЭДС сети с помощью регулирования тока возбуждения. На практике подгоняется напряжение якоря к напряжению сети, ориентируются на показания двух вольтметров.

2. Частота ЭДС статора должна быть равна частоте ЭДС сети. Выравнивание частот ЭДС возможно изменением частоты вращения разгоночного двигателя с контролем по двум частотомерам.

3. Чередование фаз синхронной машины и сети должно быть одинаковым (например, А, В, С сети и А, В, С якоря). Для успешной синхронизации применяют синхроноскопы.

При выполнении этих трех условий синхронизации якорь СД может быть включен в сеть.

Если не будет выполнено хотя бы одно из условий, возникнет при включении разность ЭДС, под действием которой в обмотке статора начнет протекать уравнительный ток, превышающий в несколько раз номинальное значение. Уравнительный ток вызывает электродинамический удар, способный разрушить ротор СД. При способе асинхронного пуска ротор содержит короткозамкнутую дополнительную пусковую обмотку из медных или латунных стержней. Асинхронный пуск состоит из следующих действий. Вначале обесточенная обмотка возбуждения замыкается на реостат R_п 10 R_в, где R_в – сопротивление обмотки возбуждения. Цель подключения R_п – избежать при пуске наведения в обмотке возбуждения значительной ЭДС, опасной для изоляции обмотки. Затем обмотка якоря подключается к 3-фазной сети, в результате чего за счет короткозамкнутой обмотки ротора двигатель разгоняется как асинхронный. При достижении частоты вращения ротора не менее 95% от синхронной частоты вращения поля обмотку возбуждения отключают от R_п и подключают к источнику с напряжением U_в (возбудителю). Так как частота вращения поля ротора близка к частоте поля якоря, то наблюдается электромагнитное сцепление полей ротора и якоря (двигатель втягивается в синхронизм и начиная с этого момента работает как синхронный). В машинах большой мощности возможен электродинамический удар, поэтому применяют два способа одновременно.