Синхронный двигатель

Устройство и пуск. СД потребляет электрическую энергию из сети и превращает ее в механическую энергию на валу двигателя. Принципиально конструкция СД мало отличается от СГ. Статорная обмотка (якорь) СД подключается к сети, а обмотка ротора с помощью колец и щеток присоединяется к источнику постоянного тока (обычно регулируемому выпрямителю). Статорная обмотка создает вращающееся МП, как в АД, а ротор за счет протекания постоянного тока по его обмотке ведет себя, как электромагнит. МП статора и ротора взаимодействуют, но пусковой момент в СД отсутствует. Электромагнитная сила, образующаяся при взаимодействии МП статора и ротора, 50 раз в секунду меняет свой знак, и поэтому ротор не может вращаться.

Чтобы устранить этот недостаток СД, на ротор накладывается дополнительная пусковая короткозамкнутая обмотка (как у АД). Эта обмотка облегченная, поэтому пуск СД проводится при отсутствии механической нагрузки. Обычно пуск выполняют в таком порядке:

  • • отключают обмотку возбуждения ротора от цепи постоянного тока;
  • • замыкают обмотку ротора на резистор, сопротивление которого в 10... 15 раз превышает сопротивление самой обмотки. Это позволяет уменьшить риск пробоя обмотки возбуждения при пуске и увеличить пусковой момент;
  • • проводят пуск СД при отключенной механической нагрузке (подключают статор к сети);
  • • при достижении СД в асинхронном режиме частоты вращения

iu~0,95n . .

синхр 05М0ХКу возбуждения подключают к цепи постоянного тока;

• нагружают СД механической нагрузкой.

СД применяют в устройствах с постоянной частотой вращения (компрессоры, мощные насосы, прокатные станы).

Уравнения синхронного двигателя. Эквивалентная электрическая схема СД (рис. 9.21) такая же, как и у СГ, с той лишь разницей, что электрическая энергия преобразуется в механическую и, следовательно, ток направлен от U к Е0. Электрическое состояние двигателя описывается уравнением

Напряжение сети U создает вращающееся МП, на которое накладывается поле реакции якоря (из-за протекания I я). Результирующее МП статора Фрез взаимодействует с МП ротора Ф0, появляется вращающий момент Мэ„. Поток Фо отстает на угол в от Фрез (поток Фрез «ведет» за собой поток ротора Ф0), напряжение U также опережает Е0 на угол в.

При постоянном напряжении сети U и постоянном токе возбуждения вращающий момент Мш выражается той же формулой, что и для СГ (изменяется только его направление),

С ростом нагрузки растет угол рассогласования в. Максимальный момент у двигателя имеет место при в = 90°. Но при таком угле СД работает неустойчиво. Для обеспечения необходимого запаса устойчивости, СД работают при в < 30°.

Потребляемая СД из сети электрическая мощность определяется по той же формуле, что и у СГ,

Характеристики и рабочие режимы СД. Важной характеристикой СД является механическая характеристика п(М), представленная на рис. 9.22. Из этой характеристики видно, что частота вращения СД постоянна, равна синхронной и не зависит от нагрузки М.

Эквивалентная схема СД

Рис. 9.21. Эквивалентная схема СД

Механическая характеристика СД

Рис. 9.22. Механическая характеристика СД

Если СД работает при постоянной нагрузке и неизменном напряжении сети U, то из приведенного выражения для момента следует, что Е0 sin в - const . Величина Е0 зависит только от тока возбуждения (тока ротора). Регулируя ток возбуждения, можно регулировать величину Е0.

Можно показать, что изменение величины Е0 приводит к изменению знака фазы тока 1 я. Так, в режиме перевозбуждения (когда ток /2 >/„) ток статора Iя опережает напряжение статора U, что соответствует активно-емкостному режиму. Это обстоятельство используют на практике, поэтому почти все крупные СД работают с отрицательным углом ср, что позволяет компенсировать реактивную мощность, увеличивая общий cos^> системы энергоснабжения. При этом СД вращает механическое устройство с заданной частотой вращения. На рис. 9.23 приведены зависимости тока статора 1Я от тока возбуждения /2 при разных значениях нагрузки. Эти зависимости получили название U — образных характеристик СД. При токах возбуждения /2 < 1н СД представляет собой индуктивную нагрузку с реактивной мощностью QL, при /, > 1Н — емкостную нагрузку с реактивной мощностью Qc. Оба эти режима разделяет пунктирная линия cos^> = 1, которая соответствует номинальному тока возбуждения 1.

Цепь возбуждения СД обычно позволяет превышать ток ротора на 50...60%.

Коэффициент полезного действия СД тем выше, чем больше мощность двигателя. Как и у всех двигателей, наибольший КПД соответствует мощности, равной (0,7...0,8).Рт„. У крупных СД КПД достигает значений 0,91 ...0,96.

U -образные характеристики СД

Рис. 9.23. U -образные характеристики СД

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >