Достоинства и недостатки синхронных двигателей

V-образные характеристики синхронного двигателя

Сравним синхронные двигатели с асинхронными.

Достоинства синхронного двигателя:

1) возможность работы с высоким, близким к 1, коэффициентом мощности и работы в режиме перевозбуждения, что позволяет увеличить cosφ сети;

2) высокий КПД, достигающий 96¸98%, что выше КПД АД примерно на 1,5%;

3) возможность регулировки перегрузочной способности двигателя за счет изменения I_в;

4) абсолютная жесткость механической характеристики;

5) меньшая зависимость вращающего момента от уровня напряжения сети по сравнению с АД;

6) работоспособность при большем износе подшипников и менее точном монтаже ротора благодаря большему воздушному зазору между ротором и статором.

Недостатки синхронного двигателя: 1) сложность конструкции и, следовательно, большая стоимость;

2) необходимость наличия источника постоянного тока (возбудителя или выпрямителя);

3) более сложный пуск и необходимость специальной аппаратуры синхронизации;

4) возможность только частотного регулирования частоты.

В промышленности синхронные двигатели обычно используют при P > 100 кВт. Широкое применение находят синхронные микродвигатели различной конструкции (гистерезисные, индукторные, шаговые).

Лекция 26 машины постоянного тока Принцип работы и устройство машин постоянного тока

Двигатели постоянного тока (ДПТ) допускают плавное регулирование частоты вращения и способны развивать большой пусковой момент, благодаря чему они нашли широкое применение на электротранспорте и для привода технологического оборудования. Генераторы постоянного тока (ГПТ) используются для питания электролизных и гальванических ванн, электроснабжения потребителей на транспорте (автомобилях, судах, самолетах, электровозах). Машины постоянного тока применяются в системах автоматики для привода механизмов и в качестве датчиков частоты вращения. Серьезным недостатком машин постоянного тока является наличие щеточно-коллекторного узла, требующего ухода и снижающего надежность работы.

Возникновение вращающего момента в ДПТ

Возникновение противоЭДС в ДПТ

Рассмотрим принцип действия ДПТ. От источника постоянного напряжения U в рамку подается ток I. По правилу левой руки (ПЛР) на активные проводники (утолщенные линии) действует пара сил F, создающая вращающий электромагнитный момент M. Рамка поворачивается против часовой стрелки, но угол поворота не более 90°. Для обеспечения непрерывного вращения нужно взять несколько рамок с общей осью, равномерно смещенных по направлению вращения.

При вращении рамки активные проводники пересекают силовые линии потока Ф и в них по закону электромагнитной индукции наводятся ЭДС, направления которых определяются по правилу правой руки (ППР). Эти ЭДС направлены против тока I и называются противо-ЭДС. Здесь работает и правило Ленца: ЭДС действуют против причины, их вызвавшей, т. е. против тока I. Поскольку е – переменная ЭДС, то и ток будет переменным .

Рассмотрим принцип работы ГПТ. Поворот рамки осуществляется посторонним двигателем против часовой стрелки. В активных проводниках наводятся ЭДС с направлением, определяемым по ППР, а на зажимах рамки создается напряжение u = 2e. Чтобы U не изменялось, требуется взять много рамок. При подключении к зажимам генератра нагрузки R_н появляется ток i. Согласно ПЛР, на проводники с током будет действовать пара сил F, создающих тормозной момент M_т (момент сопротивления М_с), который направлен против вращающего момента М, в чем и проявляется правило Ленца.

Генерация напряжения в ГПТ

Возникновение тормозного момента в ГПТ

. Конструкция машины постоянного тока

Конструкция машины постоянного тока. Неподвижная часть машины (статор) содержит полый стальной цилиндр (станину) (1 на рис. ), внутри которого укреплены четыре основных полюса 2. Эти полюсы имеют обмотки, включенные последовательно и образующие обмотку возбуждения 3. Она питается постоянным током возбуждения I_в, который создает магнитное поле возбуждения. Внутри статора находится ротор (якорь), собранный из тонких дисков стали 8. К торцам станины крепят щиты с подшипниками, в которые установлен вал ротора.

В пазах якоря уложена обмотка. По конструкции она бывает петлевой и волновой. Ток подается в якорную обмотку (ДПТ) или снимается напряжение с якорной обмотки (ГПТ) через коллектор 5 со щетками. Коллектор – цилиндр, на поверхности которого укреплены медные, изолированные друг от друга пластины (ламели). К пластинам примыкают подпружиненные щетки 6. На корпусе имеется коробка с зажимами, к которым подводятся концы обмотки возбуждения и контактных жгутиков от щеток.

Силовые линии неподвижного поля возбуждения идут от северного полюса через якорь к соседним южным полюсам. Основные полюсы имеют полюсные наконечники 7, обеспечивающие неизменность магнитной индукции вдоль зазора. Для уменьшения искрения под щетками на статоре между основными полюсами устанавливают узкие добавочные полюсы 4 (в ДПТ c P > 1 кВт). Их обмотка (не показана) содержит небольшое число витков и включается последовательно с обмоткой якоря.

Конструкция ротора (якоря)

. ЭДС в обмотках ДПТ (а) и их эквивалентная схема (б)

Петлевая обмотка состоит из отдельных секций. Активные проводники двух сторон секции (П₁ и П₂) помещают в разные пазы якоря так, чтобы они оказались под разноименными полюсами (на расстоянии полюсного деления τ, где τ – длина дуги окружности якоря между осями соседних полюсов). При этом ЭДС, наводимые в двух сторонах секции, будут суммироваться. Начало и конец секции припаивают к соседним ламелям коллектора. Начало стороны следующей секции объединяется с концом пре­дыдущей (на рис.  показаны только две секции). Тогда якорная обмотка оказывается замкнутым контуром. Каждая секция состоит из нескольких витков (на рис.  секции условно показаны одновитковыми).

По отношению к внешним зажимам обмотка якоря оказывается разделенной на четыре параллельные ветви (на рис.  а изображена только одна ветвь). Они эквивалентны одной ветви на рис.  б. Плоскость, проходящая посредине между соседними полюсами через ось якоря, образует геометрическую нейтраль ГН (на рис.  их две). Щетки располагают так, чтобы в момент закорачивания ими соседних ламелей секция, подключенная к этим ламелям, проходила через ГН. Это устраняет искрение в режиме холостого хода ГПТ.