12. Электрические машины переменного тока
12.6. Синхронные двигатели.
Конструкция, принцип действия
В отличие от асинхронного
двигателя частота вращения синхронного двигателя
постоянная при различных нагрузках. Синхронные двигатели находят применение
для привода машин постоянной скорости (насосы, компресоры, вентиляторы).
В статоре синхронного электродвигателя размещается
обмотка, подключаемая к сети трехфазного тока и образующая вращающееся
магнитное поле. Ротор двигателя состоит из сердечника с обмоткой возбуждения.
Обмотка возбуждения через контактные кольца подключается к источнику
постоянного тока. Ток обмотки возбуждения создает магнитное поле, намагничивающее
ротор.
Роторы синхронных машин могут быть явнополюсными
(с явновыраженными полюсами) и неявнополюсными (с неявновыраженными
полюсами). На рис. 12.10а изображен сердечник 1 явнополюсного ротора
с выступающими полюсами. На полюсах размещены катушки возбуждения 2.
На рисунке 12.10б изображен неявнополюсной ротор, представляющий собой
ферромагнитный цилиндр 1. На поверхности ротора в осевом направлении
фрезеруют пазы, в которые укладывают обмотку возбуждения 2.
Рис. 12.10
Рассмотрим принцип работы синхронного двигателя
на модели (рис. 12.11).
Рис. 12.11 |
Вращающееся магнитное
поле статора представим в виде магнита 1. Намагниченный ротор изобразим
в виде магнита 2. Повернем магнит 1 на угол α. Северный магнитный
полюс магнита 1 притянет южный полюс магнита 2, а южный полюс магнита
1 - северный полюс магнита 2. Магнит 2 повернется на такой же угол
α. Будем вращать магнит 1. Магнит 2 будет вращаться вместе
с магнитом 1, причем частоты вращения обоих магнитов будут одинаковыми,
синхронными,
n2 = n1. |
Синхронный двигатель, на роторе которого отсутствует
обмотка возбуждения, называется синхронным реактивным двигателем.
Ротор синхронного реактивного двигателя изготавливается
из ферромагнитного материала и должен иметь явновыраженные полюсы. Вращающееся
магнитное поле статора намагничивает ротор. Явнополюсный ротор имеет неодинаковые
магнитные сопротивления по продольной и поперечной осям полюса. Силовые
линии магнитного поля статора изгибаются, стремясь пройти по пути с меньшим
магнитным сопротивлением. Деформация магнитного поля вызовет, вследствие
упругих свойств силовых линий, реактивный момент, вращающий ротор синхронно
с полем статора.
Если к вращающемуся ротору приложить тормозной
момент, ось магнитного поля ротора повернется на угол θ относительно
оси магнитного поля статора.
С увеличением нагрузки этот угол возрастает.
Если нагрузка превысит некоторое допустимое значение, двигатель остановится,
выпадет из синхронизма.
У синхронных двигателей отсутствует пусковой
момент. Это объясняется тем, что электромагнитный вращающий момент, воздействующий
на неподвижный ротор, меняет свое направление два раза за период Т переменного
тока. Из-за своей инерционности, ротор не успевает тронуться с места и
развить необходимое число оборотов.
В настоящее время применяется асинхронный пуск
синхронного двигателя. В пазах полюсов ротора укладывается дополнительная
короткозамкнутая обмотка.
Вращающее магнитное поле статора индуктирует
в короткозамкнутой пусковой обмотке вихревые токи. При взаимодействии
этих токов с магнитным полем статора образуется асинхронный электромагнитный
момент, приводящий ротор во вращение. Когда частота вращения ротора приближается
к частоте вращения статорного поля, двигатель втягивается в синхронизм
и вращается с синхронной скоростью. Короткозамкнутая обмотка не перемещается
относительно поля, вихревые токи в ней не индуктируются, асинхронный пусковой
момент становится равным нулю. |