Краткая теория. Синхронные трёхфазные электродвигатели применяются в качестве электропривода исполнительных органов

Синхронные трёхфазные электродвигатели применяются в качестве электропривода исполнительных органов, с большим моментом сопротивления, на металлургических заводах, шахтах и нефтегазопроводах для привода насосов, вентиляторов и компрессоров, работающих с постоянной скоростью вращения. Специальные синхронные двигатели малой мощности находят применение в устройствах, где требуется строгое постоянство скорости: электрочасы, регулирующие измерительные приборы, гирокомпасы и др. В электроэнергетических системах синхронные электродвигатели используются для регулирования напряжения и увеличения пропускной способности дальних линий электропередач, связывающих районы потребления с генерирующими станциями. Такие машины носят название синхронных компенсаторов.

На статоре синхронного электродвигателя располагается трёхфазная обмотка, подключённая к сети переменного тока (рисунок 2.1). Ротор синхронного двигателя выполняется с двумя обмотками: обмоткой возбуждения постоянного тока и короткозамкнутой пусковой обмоткой в виде короткозамкнутой беличьей клетки. Пусковая обмотка обеспечивает разгон двигателя до подсинхронной скорости 0, 85∙ w₀, где w₀ – скорость вращения магнитного поля электродвигателя. После вхождения синхронного двигателя в синхронизм его скорость при изменениях момента на валу остаётся постоянной до некоторого максимального значения М_max остаётся постоянной и равной угловой скорости магнитного поля (синхронной скорости):

, (2.1)

где число пар полюсов синхронного электродвигателя, частота питающей сети.

Поэтому механическая характеристика имеет вид горизонтальной прямой линии, показанной на рисунке 2.2. Если момент нагрузки превысит значение М_max то синхронный электродвигатель может выйти из синхронизма.

Для определения максимального момента синхронного двигателя М_max, до которого сохраняется синхронная работа синхронного двигателя с сетью, служит угловая характеристика. Она отражает зависимость момента М от внутреннего угла синхронного двигателя θ, представляющего собой угол сдвига между ЭДС статора Е и напряжением сети U_ф.

Рис. 2.1. Схема включения синхронного электродигателя

Рис. 2.2. Механическая характеристика синхронного электродвигателя

Выражение угловой характеристики неявнополюсного генератора имеет следующий вид:

, (2.2)

где индуктивное сопротивление обмотки фазы статора,

. (2.3)

Угловая характеристика представлена на рисунке 2.3.

Рис. 2.3. Угловая характеристика синхронного электродвигателя

Угловая характеристика представляет собой синусоидальную функцию внутреннего угла машины. Максимального значения угловая характеристика достигает при . Эта величина характеризует перегрузочную способность синхронного двигателя. При больших значениях угла синхронного двигателя выпадает из синхронизма, а при меньших углах θ его работа устойчива.

Важной величиной является номинальный угол сдвига θ _ном, его значение равно , которому соответствует номинальный момент М_ном. При таком значении θ _ном перегрузочная способность синхронного двигателя равна 2-2, 5.

Синхронный двигатель может работать во всех основных энергетических режимах: двигательном и генераторном при параллельной и последовательной работе с сетью и независимо от сети. При этом режим генератора последовательно с сетью (торможение противовключением) используется редко из – за того, что перевод синхронного двигателя в этот режим сопровождается значительными бросками тока и требует применения сложных схем управления.

Для осуществления торможения синхронного двигателя наиболее энергетически выгоден режим торможения двигателя независимо от сети (динамическое торможение). Для реализации этого режима обмотка статора синхронного двигателя отключается от сети и замыкается на дополнительный резистор R_д (рисунок 2.4), а обмотка возбуждения продолжает работать от источника постоянного тока.

Рис. 2.4 Схема включения синхронного электродвигателя в режиме динамического торможения

Механические характеристики синхронного двигателя, работающего по данной схеме, подобны характеристикам асинхронного двигателя при динамическом торможении. При изменении R_д и тока возбуждения I_в получаются различные искусственные характеристики синхронного двигателя.