Принцип действия трехфазного синхронного электродвигателя
Подключим трехфазную обмотку статора синхронного двигателя к трехфазной сети (см. рис. 12.17). Поскольку фазы обмотки статора смещены в пространстве, а токи в трехфазной сети сдвинуты по фазе на угол 120°, то токи обмотки статора создадут вращающееся с часто- 2nf
той со0 =—— магнитное поле. Предположим, что ротор СД за счет Р
внешнего приводного двигателя был разогнан до частоты вращения со = О,95со0 и приводной двигатель был отключен, а в обмотку ротора СД подан ток возбуждения. Ток возбуждения ротора создает неподвижное относительно ротора магнитное поле. Вращающееся магнитное поле статора «захватывает» магнитное поле ротора и ротор, ускоряясь, начинает вращаться с частотой вращения магнитного поля статора — оэ0. Синхронная машина работает в режиме двигателя.
Рис. 12.19. Результирующее магнитное поле машины и взаимное положение магнитных полей статора и ротора в режиме двигателя
с нагрузкой на валу
Магнитные поля токов ротора и статора, неподвижные относительно друг от друга, образуют результирующее магнитное поле. При идеальном холостом ходе (момент сопротивления, нагрузки Мс = 0) ось результирующего магнитного поля будет совпадать с магнитной осью ротора, (угол 0 = 0) (см. рис. 12.19).
Если к валу двигателя приложен момент сопротивления (Мс > 0), то ось магнитного поля ротора сместится относительно оси результирующего магнитного поля на угол 0 в сторону отставания. Создается электромагнитный момент Мэм, увеличивающийся с увеличением угла 0, который уравновесит момент сопротивления: Мэм = МС.
Таким образом, с увеличением механического момента сопротивления возрастает угол рассогласования 0, увеличивается механическая мощность на валу двигателя и электроэнергия, потребляемая им из сети. При этом частота вращения ротора со будет оставаться постоянной и равной частоте вращения магнитного поля статора: со = со0.
Результирующее магнитное поле СД (потоком рассеяния статорной обмотки пренебрегаем) индуцирует ЭДС во всех трех фазах обмотки статора. Поскольку фазы СД симметричны, будем строить векторную диаграмму и схему замещения двигателя для одной фазы статора.
Для качественного рассмотрения процессов в синхронной машине примем, что ее магнитная цепь не насыщена. Синусоидально изменяющееся потокосцепление |/рез результирующего магнитного поля пересекаясь фазой обмотки статора индуцирует в ней результирующую ЭДС ерез:
где е0 — ЭДС обусловленная действием магнитного поля ротора; еа — ЭДС, обусловленная действием магнитного поля статора.
Уравнение (12.56) в комплексной форме
Для одной фазной обмотки статора СД, (см. рис. 12.17), можно записать уравнение по второму закону Кирхгофа:
где R — активное сопротивление фазы обмотки статора; 7 — ток в обмотке статора.
Заменим ЭДС Еа падением напряжения на индуктивном сопротивлении х обмотки
Величина х называется синхронным индуктивным сопротивлением.
В синхронных машинах обычно R
Схема замещения СД представлена на рис. 12.20. На рис. 12.21 показана векторная диаграмма СД, построенная на основании уравнения (12.60).
Таким образом, на основании схемы замещения и векторной диаграммы СД можно заключить следующее: первое — СД это электроприемник, имеющий противо-ЭДС и внутреннее индуктивное синхронное сопротивление х; второе — вектор ЭДС Е0 на диаграмме отстает от вектора приложенного к обмотке статора напряжения Ц на угол рассогласования 0.
