Синхронные машины
Синхронные машины
Синхронные машины как двигатели применяются обычно в приводах большой мощности (более 600 кВт) или как микродвигатели, где требуется строгое постоянство скорости: электрочасы, самопишущие приборы и др. Наибольшее распространение получил генераторный режим работы синхронных машин, и почти вся электроэнергия вырабатывается синхронными генераторами, часто называемыми турбогенераторами (неявнополюсными машинами с частотой вращения ротора не ниже 1500 мин-1). Синхронные генераторы на напряжение до 1000 В применяются в агрегатах для автономных систем электроснабжения. Агрегаты с этими генераторами могут быть стационарными и передвижными. Большинство агрегатов применяются с дизельными двигателями, но приводом их могут быть газовые турбины, электродвигатели и бензиновые двигатели.
Схема синхронной машины показана на рис. 14. Синхронная машина отличается от асинхронной тем, что ток в обмотке ротора появляется не при вращении ее в магнитном поле статора, а подводится к ней от постороннего источника постоянного тока. Статор синхронной машины выполнен так же, как и асинхронной, и на нем обычно расположена трехфазная обмотка. Обмотка ротора в синхронной машине создает магнитный поток возбуждения и называется обмоткой возбуждения. Вращающаяся обмотка ротора соединяется с внешней цепью источника постоянного тока с помощью контактных колец и щеток. Обмотка якоря в машине (генераторе) — это обмотка, в которой индуцируется ЭДС и к которой присоединяется нагрузка.
Рис. 14. Схема синхронной машины:
В — обмотка возбуждения, Uв — напряжение В цепи возбуждения
Результирующий магнитный поток создается совместным действием обмоток возбуждения и статора и вращается с той же частотой, что и ротор, поэтому такие машины называются синхронными.
В схеме на рис. 14 статор является якорем, а ротор — индуктором (возбудителем), но может быть и обращенная схема, в которой статор — индуктор, а ротор — якорь как у машины постоянного тока.
В машине с неподвижным якорем применяются две разновидности ротора: явнополюсный ротор имеет явно выраженные полюсы, неявнополюсный ротор не имеет явно выраженных полюсов.
Рекомендуемые материалы
Рис. 15. Принцип устройства явнополюсной (а) и неявнополюсной (б) синхронной машины
/ — статор (якорь), 2 — ротор (индуктор), 3 — обмотка возбуждения
Постоянный ток в обмотку возбуждения синхронной машины может подаваться от специального генератора постоянного тока, установленного на валу машины и называемого возбудителем, или от сети через полупроводниковый выпрямитель.
При вращении ротора с частотой n2 его магнитное поле возбуждения наводит в статоре ЭДС E1, частота которой
f1=p*n2/60
Из формулы следует, что чем больше число пар полюсов синхронной машины p*, тем меньше должна быть ее скорость вращения п для получения заданной частоты fi.
Поэтому синхронные генераторы обычно выпускают явнополюсными с большим числом пар полюсов.
Синхронный двигатель несколько сложнее, чем асинхронный, кроме того, требуются два вида тока – переменный и постоянный. Такие двигатели обычно выпускаются большой мощности и имеют большие габариты. Синхронные двигатели имеют проблемы пуска, обусловленные введением ротора в синхронный режим при запуске двигателя. Возможны следующие способы пуска синхронного двигателя: асинхронный пуск на полное напряжение сети и пуск на пониженное напряжение через автотрансформатор. При асинхронном пуске в момент включения (подключения обмоток статора к системе трехфазного тока) обмотки ротора не соединены с источником постоянного тока, а замкнуты накоротко. Двигатель при этом становится по принципу действия асинхронным. После разгона ротора его замкнутые обмотки размыкаются и подключаются к источнику постоянного тока.
Вместе с тем синхронный двигатель обладает рядом преимуществ, что позволяет применять его в ряде случаев вместо асинхронного.
1. Основным достоинством синхронного электродвигателя является возможность получения оптимального режима по реактивной энергии, который осуществляется путем автоматического регулирования тока возбуждения двигателя. Синхронный двигатель может работать, не потребляя и не отдавая реактивной энергии в сеть, при коэффициенте мощности (cos фи) равным единице. Если для предприятия необходима выработка реактивной энергии, то синхронный электродвигатель, работая с перевозбуждением, может отдавать ее в сеть.
2. Синхронные электродвигатели менее чувствительны к колебаниям напряжения сети, чем асинхронные электродвигатели. Их максимальный момент пропорционален напряжению сети, в то время как критический момент асинхронного электродвигателя пропорционален квадрату напряжения.
3. Синхронные электродвигатели имеют высокую перегрузочную способность. Кроме того, перегрузочная способность синхронного двигателя может быть автоматически увеличена за счет повышения тока возбуждения, например, при резком кратковременном повышении нагрузки на валу двигателя.
4. Скорость вращения синхронного двигателя остается неизменной при любой нагрузке на валу в пределах его перегрузочной способности.
Механическая характеристика синхронного электродвигателя.
Подключение трехфазных двигателей к однофазной сети
Трехфазные двигатели могут работать и от однофазной сети. Для создания вращающегося магнитного поля в статоре (искусственного создания трех сдвинутых по времени фаз), используют конденсаторы и соответствующую схему включения (см. ниже). Трехфазный двигатель, работая от однофазной сети, развивает мощность не более 50%, чем при работе от трехфазной сети.
Обратите внимание на лекцию "7 Ускоренные способы приготовления теста".
Рис.16. Применение трехфазного двигателя в однофазной сети:
Q — выключатель неавтоматический, имеющий средний контакт с самовозвратом, Сп, Ср — емкости пусковая и рабочая.
При напряжении сети 220 В и частоте сети 50 Гц рабочая емкость, мкф, Ср = 66Рн, где Pн. — номинальная мощность двигателя, кВт. Пусковая емкость, мкФ
Сп = 2Ср = 132Рн.
Если двигатель запускается без пусковой емкости, то ее можно не применять.
