Тема: Синхронные электродвигатели

1. Особенности и применение синхронных двигателей

2. Устройство синхронного двигателя

3. Механическая характеристика

4. Тормозные режимы

Литература: А.М. Гуржій, А.М. Сільвестров, Н.І.Поворознюк.- Електротехніка з основами промислової електроніки.-К.: Форум, 2002

Характерной особенностью синхронного электродвигателя явля­ется постоянство его угловой скорости

 

 

где f, p — соответственно частота сети и число пар полюсов

Синхронные электродвигатели в основном применяют в при­водах средней и большой мощности в тех случаях, когда режим работы длительный и регулирования скорости не требуется: воздуходувки, эксгаустеры, компрессоры кислородных станций, мощные вентиляторы и насосы, дробилки, мельницы, приводы черновых клетей прокатных станов, ножниц и т. п. В последние годы в связи с развитием полупроводниковой преобразовательной техники наметилась тенденция к использованию синхронных двигателей с частотным управлением и в регулируемых электроприводах. Достоинством этих двигателей является простота конструкции, надежность, высокие значения cos φ и к. п. д., большая номинальная мощность и др.    

Схема синхронного двигателя приведена на рис.1.

На роторе расположены две обмотки: короткозамкнутая (пусковая) ОП и возбуждения постоянного тока ОВ. Обмотка возбуждения  двигателя при пуске замыкается на разрядный резистор Rр, который предохраняет ее от пробоя. При скорости, близкой к синхронной ω≥ 0,95ω ₀, обмотка возбуждения автоматически подключается к источнику постоянного тока на полное напряжение (контакты КМ замыкаются). При этом двигатель входит в синхронизм. Дли нормального вхождения в синхронизм необ­ходимо, чтобы входной момент был больше статического момента на валу M_BX>M_C.

 

 

 

 

Рис. 1. Схема синхронного

двигателя

 

Механическая характеристика синхронного двигателя пред­ставляет собой прямую, параллельную оси моментов. Незави­симо от нагрузки на валу скорость двигателя остается неизмен­ной, равной скорости поля статора, и определяется форму­лой

где f, p — соответственно частота сети и число пар полюсов

При изменении нагрузки на валу изменяется положение осей магнитных полей статора и ротора, которые характери­зуются углом θ сдвига фаз между векторами э/д. с. в обмотке —- статора и напряжения сети. Зависимость момента М двигателя от угла θ называется угловой характеристикой, которая пред­ставляет собой синусоиду

 

                                          (18)

 

где Uс — фазное напряжение сети; Е — фазная э. д. с, наво­димая в обмотке статора нолем в обмотке возбуждения ротора; х — продольное синхронное индуктивное сопротивление статора; М_мах — максимальный момент.

Из уравнения (18) видно, что вращающий момент синхрон­ного двигателя пропорционален напряжению сети и э. д. с. Е, которая зависит от тока возбуждения двигателя. При холостом ходе угол θ = 0, в двигательном режиме М>0. С увеличением угла θ вращающий момент возрастает и при θ=π/2  достигает максимального значения. Работа при углах θ < π /2 будет не­устойчивой, поскольку вращающий момент будет снижаться и это может привести к выпадению двигателя из синхронизма. Номинальной нагрузке на валу соответствует угол θ = 20-30°.

Перегрузочная способность двигателей λ=Ммах,х1Мн = 2 -З. Поскольку вращающий момент двигателя    пропорционален э. д. с. Е, то перегрузочная способность двигателя может быть повышена путем увеличения тока возбуждения. Это позволяет обеспечить устойчивую работу двигателя при значительных толчках нагрузки, а также при колебаниях напряжения сети.

Синхронный двигатель имеет два тормозных режима: реку­перативный и динамический. Рекуперативный режим возможен при частоте вращения ротора выше синхронной. При этом из­меняется знак угла θ, электромагнитный момент становится тормозным. При динамическом торможении возбуждение дви­гателя сохраняется, как и в двигательном режиме, а обмотка статора отключается от сети и замыкается на тормозной рези­стор. Механические характеристики синхронного двигателя в этом режиме подобны характеристикам асинхронного двига­теля при динамическом торможении.

Особенностью синхронного двигателя является то, что пу­тем изменения тока возбуждения можно регулировать потреб­ляемую из сети реактивную мощность. Это свойство синхрон­ного двигателя широко используют для компенсации реактив­ных нагрузок металлургических цехов или всего завода.

В процессе изменения тока возбуждения вектор тока дви­гателя может совпадать с вектором напряжения сети, отставать от него или опережать его, В случае совпадения векторов тока и напряжения двигатель потребляет из сети только активную мощность. Когда вектор тока двигателя опережает вектор на­пряжения сети, двигатель отдает в сеть реактивную мощность. Таким образом, синхронный электродвигатель выполняет, по­мимо основной функции, также функцию синхронного компен­сатора, что дает большой экономический эффект. Потребляе­мую из сети и выдаваемую в сеть реактивную энергию рассчи­тывают по формуле

где-X_d — поперечное индуктивное сопротивление статора. Поло­жительное значение соответствует потреблению реактивной энергии из сети, отрицательное — выдаче реактивной энергии в сеть.