5. Электромеханические свойства синхронных электродвигателей

Синхронные электродвигатели относят к группе практически не регулируемых. Они применяются главным образом для приводов средней и большой мощности, не требующих регулирования скорости вращения, например, для приводов компрессоров, насосов, вентиляторов. Преимуществом синхронного электродвигателя является возможность работы с коэффициентом мощности, равным единице и даже с опережающим током, что позволяет осуществлять компенсацию реактивной мощности электроприемников, но они стоят дороже асинхронных.

Целесообразность их применения оправдывается экономичностью, получаемой от компенсации реактивной мощности.

В синхронном электродвигателе скорость вращения остается строго постоянной, не зависящей от нагрузки и величины тока возбуждения, Поэтому механическая характеристика синхронного электродвигателя является абсолютно жесткой и представляет прямую, параллельную оси моментов (рис.20а).

В работе электроприводов с синхронным электродвигателем большие значения имеют так называемые угловые характеристики синхронного электродвигателя, которые представляют собой зависимость электромагнитного момента электродвигателя от угла сдвига оси полюсов ротора и полюсов вращающегося поля статора (угол сдвига вектора напряжения статора относительно вектора ЭДС, индуктированной к обмотке статора полем ротора). Эта зависимость имеет характер синусоиды (рис. 20б), которая подчиняется уравнению

При холостом ходе оси полюсов ротора и поля статора совпадают: угол и М = 0. При увеличении нагрузки угол возрастает, соответственно будет возрастать и момент электродвигателя.

а) б)

Рис. 20 Механическая характеристика (а) и угловая характеристика (б) синхронного электродвигателя.

Максимальное значение момента наступает при . По мере дальнейшего возрастания угла момент начнет уменьшаться, что соответствует выпадению электродвигателя из синхронизма и его остановке. Поэтому устойчивая работа электродвигателя возможна при углах , не превышающих 90°. Учитывая возможные толчки нагрузки, обычно угол, соответствующий номинальной нагрузке, принимается равным . При этом перегрузочная способность электродвигателя составит:

Момент синхронного электродвигателя пропорционален первой степени напряжения, поэтому электродвигатель менее чувствителен к колебаниям напряжения сети, чем асинхронный. Перегрузочную способность синхронного электродвигателя в эксплуатационных условиях можно повысить увеличением тока возбуждения.

Торможение синхронных электродвигателей осуществляют в динамическом режиме, для этого к кольцам ротора подается постоянный ток, а обмотка статора замыкается на сопротивление. Механические характеристики синхронного электродвигателя в этом режиме будут подобны характеристикам асинхронного электродвигателя при динамическом торможении.

Пуск синхронного электродвигателя, как правило, осуществляется аналогично асинхронному. Для этой цели на роторе, кроме обмотки возбуждения, имеется короткозамкнутая пусковая обмотка. Пусковая обмотка имеет небольшой объем и поэтому длительная работа электродвигателя в асинхронном режиме недопустима. При достижении скорости, близкой к синхронной (95-98 % от нее), которую часто называют "подсинхронной" в обмотку возбуждения подается постоянный ток и электродвигатель входит в синхронизм.

В процессе пуска обмотку возбуждения электродвигателя замыкают при помощи размыкающего контакта контактора К (рис. 21а) на активное сопротивление , в 10-12 раз больше сопротивления самой обмотки. Сопротивление играет ту же роль, что и пусковой реостат в асинхронном электродвигателе с фазным ротором: оно уменьшает ток при пуске в обмотке возбуждения и увеличивает пусковой момент.

Применяется также пуск синхронных электродвигателей с возбудителем, глухо соединенным с обмоткой возбуждения (рис. 21 б). Такой способ пуска применим для электроприводов, пускаемых вхолостую или с малой нагрузкой (приводы насосов, вентиляторов, компрессоров, дробилок, шаровых мельниц и др.). При таком пуске управление синхронным электродвигателем становится таким же простым, как и управление асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором. Это позволяет более широко применять синхронные электродвигатели в практике нерегулируемых приводов.