МЕХАНИЧЕСКАЯ И УГЛОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Из теории электрических машин известно, что синхронный двигатель (СД) имеет трехфазную обмотку статора, на которую подается трехфазный ток, создающий вращающееся магнитное поле, подобно АД. На роторе имеются две обмотки: пусковая (демпферная) и обмотка возбуждения, на которую подается постоянный ток. В синхронном режиме ротор вращается со скоростью магнитного поля статора, то есть синхронно с ним.

Синхронные двигатели большой мощности (200 кВт и выше) дешевле асинхронных и обладают, кроме того, компенсационными свойствами. В последнее время в связи с развитием силовой полупроводниковой техники, в частности частотных преобразователей, стало возможным применять СД в регулируемых приводах.

Различают СД с неявнополюсными роторами при скорости Si 500 об/мин и явнополюсными роторами при частотах вращения 1000 об/мин и менее (до 100 об/мин).

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ В СИНХРОННОМ ДВИГАТЕЛЕ

Принципиальная электрическая схема синхронной машины с обмоткой возбуждения и демпферной обмоткой приведена на рисунке 2.39. Там же показано направление потоков мощности.

Обмотка статора трехфазная, аналогична статорной обмотке асинхронного двигателя. При подаче трехфазного напряжения на

Принципиальная схема (а), энергетическая диаграмма (б) и схема включения (в) синхронного двигателя

Рис. 2.39. Принципиальная схема (а), энергетическая диаграмма (б) и схема включения (в) синхронного двигателя

Рис. 2.40. Механическая характеристика синхронного двигателя

обмотку статора в ней создается вращающееся магнитное поле, синхронная скорость которого

Вращающееся магнитное поле наводит ЭДС в пусковой обмотке, расположенной на роторе, и по обмотке протекает ток, который способствует возникновению электромагнитного момента, подобно асинхронному двигателю. Под действием этого момента ротор начинает вращаться, достигая подсинхронной скорости, когда в обмотку возбуждения подается постоянный ток. Возникает постоянное магнитное поле, при взаимодействии которого с вращающимся магнитным полем статора двигатель втягивается в синхронизм и начинает работать на механической характеристике (рис. 2.40) со статической жесткостью

При этом возникает ряд вопросов, связанных с дальнейшей работой синхронного двигателя.

  • 1. Какова зависимость момента М от параметров СД и нагрузки?
  • 2. Какие условия выхода двигателя из синхронизма?
  • 3. От чего зависит максимальный момент М^ двигателя и можно ли им управлять? Попробуем получить ответы на эти вопросы.

Для СД с неявнополюсным ротором векторная диаграмма согласно теории электрических машин выглядит следующим образом (рис. 2.41).

На векторной диаграмме: Е — ЭДС в обмотке статора от магнитного потока; U — напряжение сети;

Ьх и Е.

Для машин средней и большой мощности можно принять R«0, тогда векторная диаграмма примет вид, приведенный на рисунке 2.42.

Из теории электрических машин известно, что угол 0 зависит

Векторная диаграмма не- явнополюсиого синхронного двигателя

Рис. 2.41. Векторная диаграмма не- явнополюсиого синхронного двигателя

Векторная диаграмма иеявнопо- люсного синхронного двигателя при Д| - О

Рис. 2.42. Векторная диаграмма иеявнопо- люсного синхронного двигателя при Д| - О

от нагрузки на валу двигателя. Из векторной диаграммы (рис. 2.42) находим:

Из приведенных равенств следует, что t^sin 0 = /1x1cos(1 — -0), откуда определим cos(cpi - 0) = i/jsin0/(7jX|); далее d/jcos

Потребляемая двигателем активная мощность Р = 3 //i/icos 91. Подставим значение коэффициента мощности в уравнение момента синхронного двигателя

В результате получили угловую характеристику СД с неявнополюсным ротором (2.61).

Для синхронного двигателя с неявнополюсным ротором при Ми номинальный угол нагрузки 9„,эл = (25...30)“, а максимальный момент Мсдтах = (2...3)МН.

Отсюда перегрузочная способность X = Л/СДтах/Л/н = 2...3.

Для СД с явнополюсным ротором в силу разницы между реактивными сопротивлениями по продольной и поперечной осям из-за разного воздушного зазора в моменте появляются две составляющие: активная составляющая

реактивная составляющая

Реактивная составляющая не превышает 30 % основного момента.

Угловая характеристика СД с явнополюсным ротором приведена на рисунке 2.43.

Достоинства синхронного двигателя — меньшая зависимость момента двигателя от колебания напряжения — только в первой степени (активная составляющая). Управление Л/тах возможно за счет Е путем регулирования током возбуждения СД. Это широко используют в электроприводах с ударной нагрузкой. В этом случае применяют систему автоматического регулирования возбуждения, в которой напряжение возбуждения при появлении ударной нагрузки может превышать номинальное напряжение в 1,5...2 раза.

Синхронный двигатель имеет два тормозных режима: рекуперативный и динамический.

Рекуперативный режим возможен, когда к валу двигателя приложен движущий момент, направленный в сторону вращения поля статора. При этом электромагнитный момент изменяет свое

Угловая характеристика синхронного двигателя с явнополюсным ротором

Рис. 2.43. Угловая характеристика синхронного двигателя с явнополюсным ротором:

/ — результирующий момент; 2— основной момент; 3— реактивный момент направление. Механическая характеристика в режиме рекуперативного торможения представляет собой продолжение характеристики в двигательном режиме. При динамическом торможении обмотка статора отключается от сети и замыкается на активное сопротивление. В этом случае режим работы аналогичен режиму работы асинхронного двигателя. Тормозные характеристики имеют такой же вид, что и АД в режиме динамического торможения.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >