7. Режимы работы синхронного двигателя. Как осуществляется пуск синхронных электродвигателей.

Синхронные двигатели имеют по сравнению с асинхронными большое преимущество, заключающееся в том, что благодаря воз­буждению постоянным током они могут работать с cos = 1 и не потребляют при этом реактивной мощности из сети, а при работе, с перевозбуждением даже отдают реактивную мощность в сеть. В результате улучшается коэффициент мощности сети и уменьшаются падение напряжения и потери в ней, а также повы­шается коэффициент мощности генераторов, работающих на элект­ростанциях.

Максимальный момент синхронного двигателя пропорционален U, а у асинхронного двигателя U².

Поэтому при понижении напряжения синхронный двига­тель сохраняет большую нагрузочную способность. Кроме того, использование возможности увеличения тока возбуждения син­хронных двигателей позволяет увеличивать их надежность работы при аварийных понижениях напряжения в сети и улучшать в этих случаях условия работы энергосистемы в целом. Вследствие большей величины воздушного зазора добавочные потери в стали и в клетке ротора синхронных двигателей меньше, чем у асин­хронных, благодаря чему к. п. д. синхронных двигателей обычно выше.

С другой стороны, конструкция синхронных двигателей слож­нее, чем короткозамкнутых асинхронных двигателей, и, кроме того, синхронные двигатели должны иметь возбудитель или иное устройство для питания обмотки возбуждения постоянным током. Вследствие этого синхронные двигатели в большинстве случаев дороже асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Пуск и регулирование скорости вращения синхронных двигателей также сложнее.

Тем не менее, преимущество синхронных двигателей настолько велико, что при Рн > 200 — 300 кет их целесообразно применять всюду, где не требуется частых пусков и остановок и регулирования скорости вращения (двигатель-генераторы, мощные насосы, венти­ляторы, компрессоры, мельницы, дробилки и пр.).

Способы пуска синхронных двигателей.

В подавляющем большинстве случаев применяется асинхрон­ный пуск синхронных двигателей

Обычно синхронные двигатели имеют на своем валу возбудитель в виде генератора постоянного тока параллельного возбуждения (рис. 1).

Рис 1

При пуске по схеме рис. 1, а контакты 7 разомкнуты, а контакт 8 замкнут. При этом обмотка возбуждения двигателя 2 замкнута через сопротивление 6 и асинхронный пуск происходит в наиболее благоприятных условиях. В конце асинхронного пуска, при s = 0,05, срабатывает частотное реле, обмотка которого подключена к сопротивлению 6, и включает контактор цепи возбуждения. Контакты 7 контактора при этом замыкаются, а контакт 8 размыкается. В результате в обмотку 2 подается ток возбуждения и двигатель втягивается в синхронизм. Втягивание синхронного двигателя в синхронизм всегда обеспе­чено, если при асинхронном пуске скольжение в установившемся асинхронном режиме без возбуждения не превышает величины

где k_m — кратность максимального момента в синхронном режиме при номинальном токе возбуждения i_fн; Р_н — номинальная мощ­ность, кет ;i_fс — ток возбуждения при синхронизации; GD² — махо­вой момент двигателя и соединенного с ним механизма, n_н — номинальная скорость вращения двигателя, об/мин.

Пуск по схеме рис. 1 а отличается определенной сложностью. Поэтому в последнее время все чаще применяется схема рис.1 б с наглухо присоединенным возбудителем. При этом по цепи якоря 3 при пуске протекает переменный ток, который, однако, не причиняет вреда. При п = (0,6 — 0,7) n_н возбудитель возбуждается и возбуж­дает синхронный двигатель, благодаря чему при приближении к синхронной скорости двигатель втягивается в синхронизм.

Пуск по схеме рис.1 б происходит в менее благоприятных условиях. Во-первых, двигатель возбуждается слишком рано и при этом возникает допол­нительный тормозящий мо­мент на валу М_k . Во-вторых, в данном случае по сравнению со схемой рис. 1, а кривая асинхронного момента имеет менее благо­приятный вид. Тем не менее, схема рис. 1, б обеспечивает надежное втягивание двигателя в синхро­низм, если момент нагрузки на валу не превышает (0,4 — 0,5) M_н.

Путем совершенствования пусковой обмотки двигателя можно достичь надежного втягивания в синхронизм. Пуск по схеме рис. 1, б по своей простоте приближается к пуску короткозамкнутого асинхронного двигателя и поэтому находит в по­следние годы все более широкое применение.

Обычно производится прямой асинхронный пуск синхронных двигателей путем включения на полное напряжение сети. При тяже­лых условиях пуска (большие падения напряжения в сети и опасность перегрева пусковой обмотки или массивного ротора) производится реакторный или автотрансформаторный пуск при по­ниженном напряжении, как и у короткозамкнутых асинхронных двигателей

На рис. 2 показаны кривые изменения токов обмоток якоря I и возбуждения i_f, а также напряжения U и скорости вращения п при прямом асинхронном пуске мощного двигателя (Р_н = 1500 кет, U_н= 6,0 кв, n_н = 1000 об/мин) с наглухо приключенным возбуди­телем на холостом ходу. При п = 500 об/мин в кривой i_f, заметен небольшой провал, обусловленный одноосным эффектом. Двигатель втянулся в синхронизм через 11 сек под воздействием реактивного момента.

Кроме асинхронного пуска, в отдельных случаях возможны также некоторые другие способы пуска. Например, иногда можно привести синхронный двигатель во вращение на холостом ходу с помощью соединенной с ним машины (например, в агрегатах «синхронный двигатель — генератор постоянного тока»). При этом можно применить те же способы синхронизации с сетью, как и для синхронных генераторов. В некоторых случаях возможен частотный пуск, когда двигатель питается от отдельного синхрон­ного генератора и частота последнего плавно поднимается от нуля. При этом синхронный двигатель приходит в синхронное вращение уже при весьма малой скорости. Обмотки возбуждения генератора и двигателя в этом случае

Рис 2.

необходимо питать от посторонних источ­ников. Частотный пуск происходит наиболее благоприятно при условии, когда ток возбуждения генератора в начале пуска при­мерно равен номинальному, а ток возбуждения двигателя равен о характеристике холостого хода току возбуждения при U = U_н и п = n_н

В последние годы внедряются системы возбуждения синхронных двигателей с питанием обмотки возбуждения от сети переменного тока через полупроводниковые выпрямители.