Пуск и регулирование скорости вращения синхронных двигателей

Пуск синхронного двигателя непосредственным включением в сеть невозможен, т. к. ротор из-за своей значительной инерции не может быть сразу увлечён вращающимся полем статора, частота вращения которого устанавливается мгновенно. В результате устойчивая 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 имеют два способа пуска синхронных двигателей:

1) Асинхронный пуск – при этом методе синхронный двигатель пускают как асинхронный, снабдив его специальной короткозамкнутой пусковой обмоткой, типа «беличье колесо» (рис. 41).

Рис. 41. Схема включения синхронного двигателя при асинхронном пуске (а) и сущность этого способа пуска (б).

Эта обмотка располагается в полюсных наконечниках ротора (аналогична демпферной обмотке синхронного генератора). Невозбуждённый синхронный двигатель включают в сеть. Возникшее при этом вращающееся магнитное поле наводит в стержнях пусковой обмотки ЭДС, которые создают токи I2. Взаимодействие этих токов с полем статора приводит ротор во вращение и разгоняет его до частоты вращения, близкой к синхронной n1 (n2 ≈ 0,95n1). Затем обмотку возбуждения подключают к источнику постоянного тока, а пусковая обмотка после этого выполняет роль демпферной обмотки. Этот способ имеет наибольшее практическое применение.

2) Пуск посредством вспомогательного двигателя – протекает аналогично процессу включения синхронного генератора на параллельную работу. Ротор возбуждённого двигателя приводится во вращение вспомогательным двигателем, разгоняется до синхронной частоты вращения и с помощью синхронизирующего устройства подключается к сети. Затем вспомогательный двигатель отключают. Этот способ пуска применяют в настоящее время лишь для мощных синхронных компенсаторов.

Частота вращения синхронного двигателя n2 равна частоте вращающегося магнитного поля n2 = n1 = f/p×60. Следовательно, её можно регулировать путём изменения питающего напряжения f или числа полюсов 2p. Практически используют лишь изменение частоты питающего напряжения, т. к. регулировать частоту вращения путём изменения числа полюсов приводит к значительному усложнению конструкции ротора. В чистом виде частотное регулирование частоты вращения синхронных двигателей применяют только при малых мощностях, когда нагрузочные моменты невелики, а инерция приводного механизма мала. Для синхронных двигателей, применяемых в электроприводах с большим моментом инерции приводного механизма, необходимо очень плавно изменять частоту питающего напряжения, чтобы двигатель не выпал из синхронизма.