Б37 (Шпоры к экзамену по элтеху (теория))

37.Устройство и принцип действия синхронного двигателя. Угловые и механические характеристики двигателя.

Предположим, что синхронный генератор включен в трех, фазную сеть и работает без нагрузки в режиме XX. Если теперь механически отключить приводной двигатель, то ротор будет продолжать вращаться с синхронной частотой, а потери холос­того хода будут покрываться электрической энергией, поступающей от сети. При этом изменятся направления токов в трехфазной обмотке статора. Так как фазы обмотки статора смещены в пространстве, а токи в трехфазной сети сдвинуты по фазе на угол 2л/3, то токи обмотки статора создадут вращаю-

60f

щееся с частотой n1 =----магнитное поле. Ротор, вращающий-

р

ся с синхронной частотой п_а, и его магнитное поле, созданное постоянным током в обмотке возбуждения, будут неподвижны относительно поля статора. В результате взаимодействия маг­нитного поля статора и проводников с токами на роторе возни, кают электромагнитные силы, действующие на ротор в танген­циальных направлениях, и создается вращающий электромагнитный момент. Синхронная машины стала работать в ре­жиме двигателя.

Магнитные поля токов ротора и статора, неподвижные от­носительно друг друга, образуют результирующее маг­нитное поле. При идеальном XX (М_с = 0) ось результирую­щего магнитного поля будет совпадать с магнитной осью ро­тора (Q = 0). Бели к валу двигателя приложить момент сопро­тивления (М_с > 0), то ось магнитного поля ротора сместится относительно оси результирующего магнитного поля на угол 9 в сторону отставания (рис. 4.26). В установившемся ре­жиме момент сопротивления будет уравновешен вращающим электромагнитным моментом (М_с = М_эм). Относительно гене­раторного режима изменяются знаки электромагнитного момента и угла рассогласования полюсов. В двигательном режи­ме ведущим эвеном являются полюсы результирующего магнитного поля, а ведомым - полюсы ротора.

Если увеличивать механический момент сопротивления, то будет возрастать угол рассогласования, механическая мощ­ность двигателя и электроэнергия, потребляемая им из сети. При этом частота вращения ротора будет оставаться постоян­ной и равной синхронной частоте вращения магнитного поля статора.

Для иллюстрации режима синхронного двигателя вновь обратимся к модели диска и кольца, соединенных пружинкой ирис. 4.27). Будем вращать кольцо, возложив на него роль аналога вращающегося магнитного поля машины. Диск - аналог ро-1тора. Если тормозить ось диска, то он будет продолжать вращаться синхронно с кольцом, но возникнет угол расхождения 1точек закрепления пружинки.

Очевидно, схема замещения синхронного двигателя ирис. 4.28) имеет те же элементы, что и схема замещения син­хронного генератора (см. рис. 4.13). Но теперь она должна вы­ражать иной смысл: синхронный двигатель - это активный приемник, имеющий противо-ЭДС Е₀ и внутреннее индуктив­ное синхронное сопротивление X. На основании схемы замеще­ния по второму закону Кирхгофа можно записать уравнение электрического состояния фазы статора двигателя

U = Е₀ + jXI (4.15)

Уравнению (4.15) соответствует векторная диаграмма син­хронного двигателя, изображенная на рис. 4.29. Вектор ЭДСЕ₀, который связывают с положением полюсов ротора, при наличии нагрузки на валу двигателя отстает на угол 9 от вектора напряжения U сети, с которым связано положение полюсов результирующего магнитного поля машины.

УГЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Угловая характеристика синхронного двигателя, также как и для генератора, - это зависимость электромагнитной мощ­ности Р или электромагнитного момента М от угла рассогласо­вания 0 (см. рис. 4.18), которая аналитически описывается вы­ражением (4.12) или (4.13). Следует учитывать, что при перехо­де из генераторного в двигательный режим работы, как было отмечено в § 4.9, изменяется знак угла 8, что приводит к изме­нению знака мощности и момента. Однако оперирование с от­рицательными мощностями и моментами неудобно и поэто­му они условно принимаются положительными.

Амплитуда угловой характеристики (Ммакс или Рмакс) характеризует перегрузочную способность синхронного двигателя или предел его статической устойчи­вости в синхронизме

Перегрузочная способность зависит от напряжения сети и ЭДС £₀, т. е. от тока возбуждения ротора. Таким образом, пере­грузочную способность двигателя легко регулировать током возбуждения. Номинальный момент двигателя соответствует ,*лу рассогласования не более 30°. Поэтому перегрузочная способность синхронных двигателей всегда больше двух. У дви­гателей с резко переменным моментом сопротивления (для привода дробилок, поршневых насосов) она достигает 3,5Как все электродвигатели, синхронный двигатель обладает свойством саморегулирования: при изменении момента сопротивления на валу изменяется угол рассогласования Q и электромагнитный вращающий момент становится равным момент сопротивления. При этом изменяются активная мощность •ток статора двигателя. Но частота вращения остается неиз­данной: механическая характеристика синхронного двигате­ля - зависимость n₂ (M) - представляет собой горизонтальный отрезок прямой.

На угловых характеристиках (рис. 4.30) значение момента Сопротивления на валу показано горизонтальной линией. £е пересечение с восходящими ветвями характеристик, где возможна устойчивая работа синхронного двигателя, дают значения рабочих углов рассогласования Q. .На нисходящих вет­вях характеристик, так же как и для генератора, устойчивая работа двигателя невозможна.

Т При большом токе ротора его магнитное поле становится сильнее, угол рассогласования полюсов уменьшается. Если уменьшить ток ротора, то момент сопротивления на валу мо­жет оказаться больше максимального электромагнитного мо­мента двигателя и ротор остановится. При этом ЭДС Е₀ = 0 и ток статора резко увеличивается, так как I = (U-E₀)/jX.