ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Ранее были рассмотрены устройство синхронной машины и ее работа в режиме генератора. Теперь остановимся подробно на работе синхронной машины в режиме двигателя. Если трехфазную обмотку статора генератора подключить к источнику переменного тока (сети), то в статоре возникает вращающееся магнитное поле, магнитные полюса (северный и южный) которого будут перемещаться по его внутренней поверхности со скоростью вращения поля подобно тому, как это имело место в асинхронном двигателе. Помещая внутрь статора легкую магнитную стрелку, можно наблюдать ее вращение, так как она всегда ориентируется вдоль линий магнитной индукции.

Вращение стрелки объясняется взаимодействием магнитных полюсов стрелки и магнитного поля статора (рис. 6.25.1).

Рис. 6.25.1

Если трение в подшипнике стрелки столь мало, что им можно пренебречь, то магнитная ось стрелки совпадает с осью магнитных полюсов статора. Вращающий момент, действующий на магнитную стрелку, в этом случае равен нулю, а стрелка будет вращаться по инерции в результате начального толчка, созданного магнитным взаимодействием полюсов или внешней механической силой.

При возникновении трения появится тормозной момент, скорость вращения стрелки замедлится, ее магнитная ось постепенно все больше и больше будет отставать от оси магнитного поля статора и сила магнитного взаимодействия между полюсами не будет совпадать с магнитной осью стрелки (рис. 6.25.2).

Рис. 6.25.2

В результате возникает тангенциальная составляющая силы Ft, которая и создает вращающий момент. Величина его возрастает по мере увеличения угла между осью полюсов стрелки и осью полюсов статора, так как возрастает тангенциальная составляющая силы взаимодействия полюсов. Когда вращающий момент, действующий на стрелку, достигнет значения тормозного момента, стрелка опять станет вращаться со скоростью поля, но между осью магнитного поля статора и магнитной осью стрелки будет угол 0, величина которого зависит от тормозного момента, действующего на стрелку.

У обычного двигателя ротором является не магнитная стрелка, а электромагнит, обладающий достаточно большой массой и моментом инерции, и он не может быть увлечен полем подобно магнитной стрелке, однако процессы взаимодействия его с полем будут аналогичны описанным.

Питание обмотки ротора синхронного двигателя осуществляется от источника постоянного тока. Таким источником является генератор постоянного тока, сидящий на одном валу с ротором синхронной машины, а в машинах небольшой мощности выпрямительные устройства.

Г рафики токов в фазах статора и распределение токов в сечениях статорной обмотки синхронного двигателя с неявнополюсным ротором представлены на рисунке 6.25.3,а,б. Для момента времени / = О ток в первой фазе отсутствует, во второй фазе он отрицательный, а в третьей положительный. Приняв за условно-положительное направление тока от начала фазы к ее концу, направляем ток второй фазы от ее конца к началу. Построив картину магнитного поля статора, найдем, что ось магнитных полюсов статора в данное мгновение вертикальна и совпадает с осью магнитных полюсов ротора.

Рис. 6.25.3

При отсутствии трения ротор, доведенный до скорости вращения поля, будет вращаться синхронно с полем так же, как и магнитная стрелка. Вращающий момент, действующий на ротор, в этом случае равен нулю, так как силы взаимодействия между магнитными полюсами радиальны.

Иногда взаимодействие между ротором и статором удобно рассматривать не как взаимодействие между полюсами, а как взаимодействие токов в обмотке ротора с магнитным полем статора. Электромагнитные силы F,„, действующие на ротор, создают вращающий электромагнитный момент Мэм, который и заставляет ротор вращаться в сторону поля. Для случая, когда оси полюсов ротора и статора совпадают, электромагнитный момент равен нулю. В этом нетрудно убедиться, рассматривая рисунок 6.25.3,6. Применяя к проводникам ротора правило левой руки, найдем, что электромагнитные силы F,4, действующие на них, взаимно уравновешивают друг друга.

Отсутствие электромагнитного момента при совпадении полюсов говорит о том, что электрическая энергия не преобразуется в механическую, а потому и значение активной мощности (в идеальном случае) также будет равно нулю:

а это означает, что cos(p = 0 и = 90°. Следовательно, и значение активного тока /, = /cos

С учетом реакции якоря можно записать уравнение электрического равновесия двигателя, связывающее ЭДС Еа и напряжение сети Uc, когда через статорную обмотку протекает ток I:

Это уравнение позволяет получить эквивалентную схему синхронного двигателя (рис. 6.25.4).

Рис. 6.25.4

Она содержит источник ЭДС Е0 и сопротивление X фазы, состоящее из индуктивных сопротивлений реакции якоря Хр, и фазы обмотки статора. Активным сопротивлением фазы пренебрегаем. В отличие от схемы синхронного генератора ток в случае синхронного двигателя направлен против действия сторонних сил источника Е0, т.е. ток отличается по фазе от напряжения на зажимах этого источника не более чем на л!2. Это означает, что источник ЭДС Е0 является потребителем энергии, которая поступает от источника энергии — сети.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >