Лекция №14 Синхронные двигатели

Цель лекции:

- ознакомить студентов:

- с назначением синхронных двигателей;

- с U-образными и рабочими характеристиками синхронного двигателя;

- с работой синхронной машины в двигательном режиме.

Содержание лекции:

- назначение синхронных двигателей;

- U-образные и рабочие характеристики синхронного двигателя;

- работа синхронной машины в двигательном режиме.

Синхронная машина может работать как в режиме генератора, так и в ре­жиме двигателя, т.е. потреблять из сети электрическую энергию и преобразо­вывать ее в механическую. Если после подключения синхронной машины к электрической сети приложить к его валу тормозной момент, т.е. момент на­грузки, направленный против вращения ротора, то вектор ЭДС сместится на угол Ө относительно его положения в режиме холостого хода в сторону а от­ставания. При этом в цепи статора появится результирующая ЭДС ∆ Е = Е+ U_с, создающая в обмотке статора ток I₁, опережающий по фазе ЭДС Е £~ на угол ψ. Ток 1₁ создает вращающееся синхронно с ротором магнитное поле, ось которого d' - d' смещена относительно продольной оси полюсов ротоpa d-d на угол Ө.

Возникшие при этом тангенциальные составляющие сил магнитного взаимодействия F₁ = F_m SinӨ создадут на роторе двигателя вращающий электромагнитный момент М, направленный согласно с вращающим магнитным полем статора и приводящий во вращение ротор с синхронной частотой ω₁. При этом синхронная машина потребляет из сети электрическую энергию и преобразует ее в механическую энергию вращения. Вращающий электромагнитный момент преодолевает момент холостого хода и создает полезный момент M_с, под действием которого приводится во вращение производственный механизм:

М_эм =М_с+М_0.

Отношение максимального момента к номинальному определяет перегрузочную способность синхронного двигателя

Рисунок 14.1 - Работа синхронной машины в двигательном режиме

При неизменном напряжении сети U_c результирующее магнитное поле синхронного двигателя постоянно. Поэтому при изменении МДС возбуждения F_в МДС статора F_a изменяется таким образом, чтобы их совместное действие оставалось неизменным, т.е. оставалось неизменным результирующее магнит­ное поле. Это изменение МДС F_a может происходить за счет изменения значе­ния и фазы тока, т.е. за счет изменения реактивной составляющей тока статора. При увеличении тока возбуждения от I_в= 0, возрастает МДС ротора и уменьша­ется МДС статора, за счет уменьшения индуктивной (по отношению к напря­жению сети) составляющей тока статора I_d, которая оказывает на магнитную систему подмагничивающее воздействие (см. рисунок 14.2). При этом полный ток статора I₁=I_a+I_d уменьшается, коэффициент мощности двигателя costφ₁ увеличивается. При некотором значении тока возбуждения I_в, индуктивная составляющая тока ста­тора уменьшается до нуля. Ток статора станет чисто активным, а коэффициент мощности cosφ₁ =1.

При увеличении тока возбуждения сверх значения 1_ен, т.е. перевозбуждение вызывает увеличение тока I_d, но теперь увеличивается емкостная (по отно­шению к напряжению сети) составляющая тока I₁. Таким образом, при недовозбужденин синхронный двигатель работает с отстающим, а при перевозбужде­нии - с опережающим током.

Зависимость тока статора от тока возбуждения для синхронного двигате­ля представлена U образными характеристиками (см. рисунок 14.2). Синхронный двигатель является генератором реактивного тока: индуктивного по отношению к сети - при недовозбуждении и емкостного - при перевозбуждения. Указанная способность синхронных двигателей является их ценным качеством, которое используется для повышения коэффициента мощности электрических устано­вок.

Рабочие характеристики синхронного двигателя представляют собой за­висимости частоты вращения п₂, потребляемой мощности Р₁, полезного момен­та M₂, коэффициента мощности cosφ и тока статора I₁ от полезной мощности двигателя Р_2.

Рисунок 14.2 - U-образные характеристики синхронного двигателя

Частота вращения ротора п₂ = const и поэтому характеристика п₂ =f(P₂) прямая параллельная оси абсцисс. Полезный момент на валу M₂=f(P₂ /ω₁) харак­теристика M₂=f(P₂) имеет вид прямой, выходящей из начала координат.

Мощность, потребляемая из сети, Р₁= Р₂+∆Р, а так как с ростом нагрузки на валу растут и потери мощности ∆Р, то характеристика P₁=f(P₂) имеет не­сколько криволинейный характер.

Характеристика cosφ₁=f(P₂) зависит от характера возбуждения двигателя при холостом ходе. Если Соsφ₁₀ = 1, то при увеличении нагрузки он уменьшает­ся.

Ток в обмотке статора с увеличением нагрузки на валу двигателя растет быстрее, чем потребляемая мощность p₁, вследствие умень­шения cosφ_1.