8.5. Характеристики синхронного двигателя
Для постоянных значений напряжения сети и частоты вращения рабочие характеристики двигателя представлены на рис. 8.6. При снятии характеристик двигателя ток возбуждения должен быть неизменным.
Рис. 8.6
При увеличении нагрузки двигателя несколько уменьшается. Коэффициент полезного действия двигателя увеличивается до некоторого максимального значения и затем уменьшается. Это объясняется значительным ростом потерь в двигателе при увеличении нагрузки. Ток холостого хода при мал и соответствует потерям холостого хода. При увеличении нагрузки ток увеличивается практически по линейному закону.
Mmax
Рис. 8.7
.
Механическая характеристика синхронного
двигателя абсолютно жесткая. Это значит
то, что частота вращения не зависит от
механического момента на валу синхронного
двигателя (рис. 8.7) и равна синхронной
или номинальной частоте вращения.
Эта характеристика имеет предел стабильности. Рассматривая механическую характеристику, можно сказать о том, что двигатель, нагруженный моментом, большим номинального, останавливается. Это явление называют выпадением из синхронизма.
В соответствии с характеристиками синхронного двигателя их используют в тех случаях, когда необходимо иметь постоянную частоту вращения или когда необходимо улучшить коэффициент мощности .
8.6. Методы пуска синхронных двигателей
Пуск синхронных двигателей связан с некоторыми трудностями. Угловая характеристика двигателя показывает то, что он может отдавать механическую энергию только в том случае, когда частота вращения ротора совпадает с частотой вращения магнитного поля машины. При неподвижном роторе результирующий механический момент на валу синхронного двигателя будет равен нулю. Для введения ротора двигателя в синхронизм используют различные методы.
Пуск двигателя с помощью дополнительно двигателя
Синхронный двигатель может быть подключен к сети с помощью установки синхронизации таким же методом, как и синхронный генератор. Для этого машина должна иметь на своей оси специальный пусковой двигатель, который может обеспечивать вращение синхронного двигателя с синхронной частотой, т. е. ввести машину в синхронизм с сетью. Обычно в качестве ускоряющих или вспомогательных двигателей используют асинхронные двигатели относительно малой мощности, имеющие такое же число полюсов, что и синхронный двигатель. Дополнительный двигатель заставляет вращаться синхронную машину со скоростью, почти равной синхронной, и затем машина включается параллельно сети по методу автосинхронизации.
Для разгона может использоваться асинхронный двигатель, число пар полюсов которого меньше на одну пару числа пар полюсов синхронной машины. Такой двигатель заставит вращаться синхронную машину с частотой несколько высшей частоты синхронизма. Если отключить пусковой двигатель от сети, вся группа, замедляя частоту, медленно проходит синхронную частоту, что позволяет включить машину синхронно с сетью.
Пуск синхронного двигателя изменением частоты
Синхронный двигатель может быть запущен с помощью изменения частоты приложенного напряжения, когда частота питающего напряжения изменяется от нуля до минимальной величины. Двигатель в этом случае работает в режиме синхронизации в течение всего времени запуска. Двигатель должен получать питание от синхронного генератора, частота вращения которого должна изменяться от нуля до номинального значения. В этом случае возбуждение генератора и двигателя не может быть реализовано с помощью собственного возбудителя, смонтированного на оси двигателя, так как при малой частоте практически отсутствует напряжение на его зажимах. На начальном периоде пуска генератор должен быть возбужден как можно большим током, а ток возбуждения двигателя должен быть таким, что для частоты синхронизма ЭДС должна быть в два раза меньше, чем ЭДС генератора. С увеличением частоты вращения ток возбуждения двигателя должен быть увеличен. Этот способ запуска синхронных двигателей используется в некоторых специальных установках.
Пуск в режиме асинхронного двигателя
Синхронные двигатели могут иметь специальную пусковую обмотку. В этом случае он может быть запущен как обычный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Такой способ пуска является сейчас основным.
Обмотка возбуждения синхронного двигателя в процессе пуска должна быть короткозамкнутой или нагружена сопротивлением, величина которого должна быть примерно в десять раз больше, чем сопротивление обмотки возбуждения. Если в процессе пуска оставить обмотку возбуждения, которая имеет большое количество витков, разомкнутой, в ней будет наводиться достаточно большое напряжение, которое может привести к пробою изоляции. При пуске синхронного двигателя в асинхронном режиме статорная обмотка включена в сеть, и двигатель создает вращающий момент. Ротор двигателя будет вращаться с частотой, близкой к синхронной частоте с небольшим запаздыванием относительно вращающегося магнитного поля. Если теперь обмотку возбуждения включить в сеть постоянного напряжения, двигатель войдет в синхронизм после возможного колебательного процесса установления ротора.
Такой способ пуска обычно используется для двигателей с неявно выраженными полюсами. Двигатели с явно выраженными полюсами, работающие в режиме холостого хода или при малой нагрузке, запускаются также при закороченной обмотке возбуждения.