Характеристики синхронних двигунів

Основною перевагою синхрон­ного двигуна перед двигунами інших типів є абсолютно жорстка механічна харак­теристика (рис. 3). Тобто ротор обер­тається зі швидкістю обертового магнітного поля, що збуджується статором. Швидкість обертання поля не залежить від моменту опору. Якщо опір більший за максималь­ний, ротор зупиняється.

Рис.3.

П олюси статора і ротора обертаються з однаковою швидкі­стю. Але між осями цих полюсів є деяке кутове зміщення. Це зміщення залежить від моменту опору. Залежність електромагнітного моменту від

кута між осями полюсів статора і ротора на­зивається кутовою характеристикою дви­гуна (рис. 4). Момент має позитивні зна­чення у межах

але стійкий режим роботи може бути тількі на ділянці

Рис. 4

Звичайно θном = (20 .30)0.

Синхронні двигуни використовують там, де потрібна ста­більна швидкість обертання, економічність. Безконтактні мікродвигу-ни з однофазною та трифазною обмотками статора застосовують у про­грамних механізмах, електрогодинниках, звуковій апаратурі тощо.

U-подібною характери­стикою синхронного двигуна нази­вається залежність струму якоря від струму збудження при сталому галь­муючому моменті. Як і у генератора, мінімальний струм забезпечується при коефіцієнті потужності cosφ= 1 (рис. 5).

При ф > 0, струм обмежується об­ластю нестійкої роботи двигуна (θ > π/2), а при ф < 0 — магнітним насиченням осердя.

Рис.5.

Запуск електродвигунів синхронного типу

Найскладніше в роботі синхронного двигуна – це його запуск. Саме тому його використовують вкрай рідко. Адже конструкція ускладнюється за рахунок запуску системи. Протягом довгого часу робота синхронного двигуна залежала від розгінного асинхронника, механічно з'єднаний з ним. Що це означає? Другий тип двигуна (асинхронний) дозволяв розігнати ротор синхронної машини до подсинхронной частоти. Звичайні асинхронники не вимагають спеціальних пристроїв для запуску, достатньо лише подати робоча напруга на обмотки статора.

Після того, як буде досягнута необхідна швидкість, відбувається відключення розгінного двигуна. Магнітні поля, які взаємодіють в електричному двигуні, самі виводять його на роботу в синхронному режимі. Для розгону потрібно інший двигун. Його потужність має становити приблизно 10-15 % від аналогічної характеристики синхронної машини. Якщо потрібно вивести в режим електродвигун 1 кВт, для нього буде потрібно розгінний мотор потужністю 100 Вт. Цього цілком достатньо, щоб машина змогла працювати як в режимі холостого ходу, так і з незначним навантаженням на валу.

Більш сучасний спосіб розгону

Вартість такої машини виявлялася набагато вище. Тому простіше використовувати звичайний асинхронний двигун, нехай і багато у нього недоліків. Але саме його принцип роботи і був використаний для зменшення габаритів і вартості всієї установки. За допомогою реостата проводиться замикання обмоток на роторі. В результаті двигун стає асинхронним. А запустити його виявляється набагато простіше – просто подається напруга на обмотки статора.

Під час виходу на подсинхронную швидкість можливо розгойдування ротора. Але це не відбувається за рахунок роботи його обмотки. Навпаки, вона виступає в якості заспокоювача. Як тільки частота обертання буде достатньою, проводиться подача постійної напруги на обмотку індуктора. Двигун виводиться в синхронний режим. Але такий спосіб можна втілити тільки в тому випадку, якщо використовуються двигуни з обмоткою на роторі. Якщо там використовується постійний магніт, доведеться встановлювати додатковий розгінний електродвигун.

При вмиканні двигуна механічна інерція ротора велика і обертаючий момент на валу практично дорівнює нулеві. Тому для пуску треба розкрутити вал двигуна до швидкості, близької до синхронної. Складний пуск значною мірою обмежує використання синх­ронного двигуна.

Рис. 6 Рис.7

Для пуску синхронного двигуна укладають короткозамкнену обмотку («біляче колесо») у полюсах ротора (рис. 6). Стержні обмотки з'єднуються кільцями. При пускові обмотка збудження зами­кається на пусковий опір, як наведено на рис.7.

Після увімкнення обмотки статора в мережу створюється обертове магнітне поле, що інду­кує струм у «білячому колесі» й утворює асинхронний пусковий мо­мент. Щоб збільшити пусковий момент, іноді використовують клітину з глибоким пазом або подвійну «білячу клітину». Це підвищує пусковий момент до 0,8 . 1,0 Мн. Коли ковзання сягне приблизно до 5%, обмотка збудження відмикається від опору та вмикається на джерело постійно­го струму. Якщо обмотку збудження на час пуску залишити розімкненою, то велика ЕРС, що індукується у ній, призведе до пробивання ізо­ляції. Після асинхронного розгону ротора та вмикання обмотки збудження виникає синхронний обертаючий момент.

Дія цього момен­ту переводить двигун у режим синхронної роботи. Потужні синхронні двигуни пускають при зниженій напрузі на статорній обмотці.