СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ. ПРИНЦИП РАБОТЫ

Вследствие обратимости синхронный генератор можно заставить работать в режиме синхронного двигателя. Наибольшее распространение получили трехфазные синхронные двигатели. У них обмотка статора питается трехфазным переменным током, а обмотка ротора подключается к источнику постоянного напряжения.

При питании трехфазным переменным током обмотки статора синхронного двигателя возникает вращающееся магнитное поле. Скорость вращения зависит от частоты переменного тока и числа полюсов статора. При частоте 50ГЦ и при двух полюсах поле будет вращаться со скоростью 3000об/мин, при четырех полюсах -1500об/мин, при шести полюсах -1000об/мин и т.д.

Однако если теперь включить постоянный ток в обмотку ротора, то ротор остается стоять на месте. Самостоятельно он тронуться не может.

а б

Рис. 115

Это можно объяснить следующим образом. Пусть в момент включения двигателя направление питающего тока в обмотках статора соответствует рис.115 а. В этот момент на неподвижный ротор будет действовать пара сил , стремящихся повернуть ротор в направлении часовой стрелки. Через половину периода направление токов в обмотках статора изменяется на противоположное (рис.115 б). Так как ротор в силу своей инертности за очень короткое практически остался на месте, то на него уже подействовала пара сил, стремящаяся повернуть ротор в обратную сторону. Таким образом, при непосредственном включении синхронного двигателя в сеть его ротор не сдвинется с места. Легко видеть, что за полпериода переменного тока ротор должен успевать повернуться на полоборота при одной паре полюсов обмотки статора, для этого надо предварительно разогнать до необходимой скорости вращения.

Таким образом, необходимость предварительно разгона ротора является характерной особенностью синхронного двигателя.

Если ротор синхронного двигателя разогнать другим, вспомогательным двигателем до скорости вращения магнитного поля статора, то магнитные полюса статора, взаимодействуя с полюсами ротора, как иногда говорят, «схватятся» с ними, и ротор будет вращаться далее сам, без посторонней помощи, в такт с полем статора, т.е. синхронно.

Механический разгон применяется при пуске двигателей малой мощности (вручную) и двигателей большой мощности (от специального постороннего двигателя). В этом случае сначала ротор разгоняется до скорости, близкой к синхронной, и включается обмотка возбуждения, а затем включаются обмотки статора в сеть.

У двигателей с так называемым асинхронным пуском в полюсных наконечниках ротора укладываются металлические стержни, соединенные с боков кольцами. Получается своеобразная дополнительная (пусковая) обмотка, подобная «беличьему колесу» асинхронного двигателя. При пуске такого двигателя обмотку возбуждения закорачивают через разрядный резистора обмотку статора включают в сеть, при этом ротор начинает разгон так же, как и ротор асинхронного двигателя. После того, как он достигнет наибольшей возможной скорости вращения (примерно 95% синхронной), обмотку возбуждения подключают к источнику постоянного тока. Двигатель автоматически входит в синхронизм, а дополнительная обмотка как бы автоматически отключается, так как эдс индукции в ней при синхронной скорости вращения поля и ротора равна нулю.

Достоинством синхронного двигателя является строго постоянная скорость вращения, а недостатком – необходимость применения вспомогательных устройств для запуска двигателя.

Контрольные вопросы

1. Объяснить принцип создания вращающегося магнитного поля трехфазной обмоткой машины переменного тока.

2. От чего зависит значение магнитного потока, созданного трехфазной обмоткой машины переменного тока?

3. Чему равно число оборотов в минуту вращающегося магнитного поля?

4. Какая электрическая машина называется двигателем?

5. Объяснить устройство асинхронного двигателя.

6. Объяснить принцип работы асинхронного двигателя.

7. Как производится реверсирование асинхронного двигателя?

8. Что называется скольжением?

9. От чего зависит вращающий момент, развиваемый асинхронным двигателем?

10. Как производится регулирование числа оборотов ротора у асинхронного двигателя?

11. Какие существуют типы генераторов переменного тока?

12. Как регулируется напряжение на зажимах генератора переменного тока?

13. Что называется реакцией якоря?

14. Откуда и как питается обмотка возбуждения в генераторе переменного тока?

Г л а в а 10