Обороты ротора синхронного двигателя

Пуск синхронного двигателя непосредственным включением в сеть невозможен, так как ротор из-за своей значительной инерции не может быть сразу увлечен вращающимся полем статора, частота вращения которого устанавливается мгновенно. В результате устойчивая магнитная связь между статором и ротором не возникает. Для пуска синхронного двигателя приходится применять специальные способы, сущность которых состоит в предварительном приведении ротора во вращение до синхронной или близкой к ней частоте, при которой между статором и ротором устанавливается устойчивая магнитная связь.

В настоящее время практическое применение имеет способ пуска, получивший название асинхронного. Этот способ пуска возможен при наличии в полюсных наконечниках ротора пусковой обмотки (клетки), аналогичной успокоительной обмотке синхрон­ного генератора (см. рис. 21.8). Схема включения двигателя при эхом способе пуска приведена на рис. 22.3, а. Невозбужденный синхронный двигатель включают в сеть. Возникшее при этом вращающееся магнитное поле статора наводит в стержнях пусковой клетки ЭДС, которые создают токи Ij. Взаимодействие этих токов с полем статора вызывает появление на стержнях пусковой клетки электромагнитных сил F3M. Под действием этих сил ротор приводится во вращение 17(рис. 22.3, б). После разгона ротора до частоты вращения, близкой к синхронной (п2 «0,95), обмотку возбуждения подключают к источнику постоянного тока. Образующийся при этом синхронный момент [см. (21.10)] втягивает ротор двигателя в синхронизм. После этого пусковая обмотка двигателя выполняет функцию успокоительной обмотки, ограничивая качания ротора (см. § 21.4).

Рис. 22.3. Асинхронный пуск синхронного двигателя

Чем меньше нагрузка на валу двигателя, тем легче его вхождение в синхронизм. Явнополюсные двигатели малой мощности, пускаемые без нагрузки на валу, иногда входят в синхронизм лишь за счет реактивного момента, т. е. даже без включения обмотки возбуждения.

С увеличением нагрузочного момента на валу вхождение двигателя в синхронизм затрудняется. Наибольший нагрузочный момент, при котором ротор синхронного двигателя еще втягивается в синронизм, называют моментом входа двигателя в синхронизм М_вх Величина асинхронного момента Ма при частоте вращения п2 ≈ 0,95n₁ зависит от активного сопротивления пусковой клетки т. е. от сечения стержней и удельного электрического сопротивления металла, из которого они изготовлены.

Следует обратить внимание, что выбор сопротивления пусковой клетки г2", соответствующего значительному пусковому моменту (, способствует уменьшению момента входа в синхронизм (М^_х) и, наоборот, при сопротивлении г{, соответствующем небольшому пусковому моменту (М„), момент входа в синхро­низм увеличивается (М'_ъх > М'^) (рис. 22.4).

В процессе асинхронного пуска обмотку возбуждения нельзя ос­тавлять разомкнутой, так как магнитный поток статора, пересекаю­щий ее в начальный период пуска с синхронной скоростью, наводит в ней ЭДС. Вследствие большого числа витков обмотки возбуждения эта ЭДС достигает значений, опасных как для целости изоляции са­мой обмотки, так и для обслуживающего персонала. Для предотвра­щения этого обмотку возбуждения на период разгона ротора замыка­ют на активное сопротивление г, примерно в десять раз большее сопротивления обмотки возбуждения. Переключение зажимов И1 и И2 обмотки возбуждения с сопротивления г на зажимы возбудителя осуществляют переключателем Я.

Замыкание накоротко обмотки возбуждения на время пуска двигателя нежелательно, так как при этом обмотка ротора образу­ет однофазный замкнутый контур, взаимодействие которого с вращающимся полем статора также создает дополнительный асинхронный момент АД. Однако при частоте вращения, равной половине синхронной, этот момент становится тормозящим (рис^ 22.4) и создает «провал» в характеристике пускового (асинхронно­го) момента (пунктирная кривая). Это заметно ухудшает пусковым свойства синхронного двигателя.

Рис. 22.4. Асинхронные моменты при пуске синхронного двигателя:

Мл — основной момент; Мл — дополнительный момент, Мвх — момент входа в синхронизм

При асинхронном пуске синхронного двигателя возникает значительный пусковой ток. Поэтому пуск синхронных двигателей непосредственным включением в сеть на номинальное напряжение применяют при достаточной мощности сети, способной выдерживать без заметного падения напряжения броски пускового тока пяти- или семикратного значения (по сравнению с номинальным током). Если же мощность сети недостаточна, то можно применить пуск двигателя при пониженном напряжении (см. § 15.2): автотрансформаторный или реакторный.