Тема 3.2. Электропривод с синхронными двигателями

3.2.1 Схема включения, статические характеристики и режимы работы сд

Статор СД выполняется аналогично статору АД с трехфазной обмоткой, подключаемой к сети переменного тока. Ротор СД имеет две обмотки: пусковую короткозамкнутую и обмотку возбуждения (предназначена для создания магнитного поля ротора, которое взаимодействует с вращающимся магнитным полем статора и приводит двигатель во вращение). В качестве источника питания обмотки возбуждения СД чаще всего используют генератор постоянного тока небольшой мощности (до 3% мощности СД), называемый возбудителем, который устанавливается на одном валу с СД (рисунок 3.25).

Рисунок 3.25 – Схема включения синхронного двигателя

Регулирование тока возбуждения двигателя I_ВД осуществляется изменением с помощью резистора R_В тока возбуждения возбудителя.

Механическая характеристика СД (рисунок 3.26) является абсолютно жесткой и сохраняется такой до некоторого значения нагрузки , превышение которого приводит к выпадению двигателя из синхронизма с сетью.

Рисунок 3.26 – Механическая характеристика синхронного двигателя

Для определения максимального момента служит угловая характеристика СД (рисунок 3.27). Она отражает зависимость момента от угла сдвига фаз между векторами ЭДС статора и фазного напряжения сети.

Рисунок 3.27 – Угловая характеристика синхронного двигателя

Эта характеристика описывается следующим выражением:

Максимального значения момента СД достигает при . Эта величина характеризует собой перегрузочную способность СД. При больших значениях угла двигатель выпадает из синхронизма. При меньших – его работа устойчива. обычно составляет 25-30 градусов. При таком значении угла кратность максимального момента составляет

СД может работать во всех основных энергетических режимах.

Преимущества СД (недостатки АД):

1. Критический момент СД пропорционален напряжению сети U₁ в первой степени , а критический момент АД пропорционален квадрату напряжения . Из этого следует, что при понижении напряжения сети СД будет работать более устойчиво, чем АД.

2. У СД частота вращения не зависит от нагрузки на валу – это свойство является преимуществом для некоторых механизмов, которые требуют постоянства частоты вращения.

3. КПД СД больше КПД АД на 2-3 %.

4. Имеется возможность использования СД в качестве компенсатора реактивной мощности и работы двигателя при .

Недостатки СД:

1. СД конструктивно сложнее и требует для питания обмотки возбуждения использование постоянного тока, по этому он дороже, чем АД.

2. СД требует специальных способов пуска.

3. У СД худшие регулировочные свойства частоты вращения, чем у АД.

- может регулироваться тремя способами ( изменением f,p,S )

- может регулироваться теоретически изменением f и р, но практически только f.

3.2.2 Регулирование скорости и торможение сд

До недавнего времени основной областью применения СД были нерегулируемые ЭП большой мощности. Появление статических тиристорных преобразователей частоты (ПЧ) определило возможности создания регулируемых синхронных электроприводов большой мощности по схеме ПЧ – СД, основные принципы построения и свойства которой аналогичны системе ПЧ – АД.

Торможение СД осуществляется переводом его в генераторный режим. Наиболее часто при этом используется схема (рисунок 3.28) динамического торможения (генераторный режим СД при его работе независимо от сети переменного тока).

Рисунок 3.28 – Схема динамического торможения СД

В этой схеме обмотки статора СД 2 отключаются от сети переменного тока и закорачиваются на добавочные резисторы 1 (или накоротко), а обмотка возбуждения остается подключенной к источнику возбуждения U_B через резистор 3.

Торможение противовключением СД используется редко, так как перевод СД в этот режим сопровождается значительными бросками тока и момента, требует токоограничения и применения сложных схем управления.