Теоретические сведения о синхронном двигателе

Устройство статора синхронной машины принципиально не отличается от устройства статора асинхронной машины. К обмотке ротора подводится постоянный ток через два изолированных друг от друга и от вала контактных кольца, насаженных на вал ротора, и неподвижные щетки, скользящие по контактным кольцам. По конструкции ротора синхронные машины подразделяются на неявнополюсные и явнополюсные. На рис.в.1,а показан ротор синхронной явнополюсной машины, когда на полюсы надета обмотка возбуждения 1, а на рис.в.1, б – ротор неявнополюсной машины, когда обмотка возбуждения 1 уложена в продольных пазах, расположенных по всей длине монолитного стального цилиндрического сердечника ротора.

Рис.в.1. Ротор синхронной машины

Мощность, необходимая для возбуждения, обычно составляет 0,3–3 % от мощности синхронной машины.

Ту часть синхронной машины, в обмотке которой наводится ЭДС, и протекает ток нагрузки, называют якорем, а часть машины, где расположена обмотка возбуждения, называется индуктором.

Постоянный ток, протекающий по обмотке возбуждения, создает магнитное поле, неподвижное относительно ротора, т.е. ротор можно упрощенно рассматривать как постоянный магнит. Результирующее магнитное поле статора можно также представить в виде магнита, вращающегося с синхронной скоростью . Ротор (постоянный магнит) увлекается полем статора и вращается синхронно с ним. При отсутствии нагрузки на валу двигателя ось магнитного поля ротора совпадает с осью магнитного поля статора и угол нагрузки равен нулю. Если же к валу двигателя приложен момент сопротивления, то ось магнитного поля ротора отстает от оси магнитного поля статора и угол >0. Условно можно считать, что оси магнитных полей статора и ротора связаны «магнитной пружиной», и увеличение угла ведет к возрастанию натяжения «пружины» и электромагнитного момента.

Угол называют внутренним углом или углом нагрузки СД, он является важнейшей переменной, характеризующей режим работы машины. В установившихся режимах величина этого угла постоянна, и угловая скорость ротора равна угловой скорости поля статора

= . В двигателе поле якоря - ведущее звено, ротор - ведомое звено.

Таким образом, в синхронных машинах ротор и поле яко­ря вращаются в такт или синхронно, откуда и происходит на­звание этого вида машин.

Наиболее часто применяется для пус­ка синхронных двигателей и компенсаторов асинхронный пуск синхронного двигателя. Данный способ включения не требует дополнительного разгонного двигателя и производится следующим обра­зом. Обмотка возбуждения замыкается на гасительное сопро­тивление. Двигатель включается в сеть. Токи обмотки якоря образуют магнитное поле якоря, вращающееся с синхронной частотой . При перемещении этого поля относительно ро­тора с частотой ( — скольжение) в его демп­ферной обмотке индуктируется э.д.с. и текут токи частоты скольжения.

В результате взаимодействия этих токов с полем якоря возникает электромагнитный момент, действующий на ротор в направлении вращения поля якоря. Ротор приходит во вра­щение и достигает скорости, близкой к синхронной, как в обычном асинхронном двигателе. После этого обмотку воз­буждения переключают на источник постоянного тока и плавно увеличивают ток возбуждения. Полюсы ротора всту­пают во взаимное притяжение с полюсами поля якоря противоположной полярности, в результате чего, после несколь­ких колебаний около синхронной частоты вращения, ротор втягивается в синхронизм.

Цель работы – овладение практическими навыками экспериментального определения угловых, V - образных, рабочих характеристик синхронного двигателя и оценки потребительских свойств этого двигателя.