6.3.4. Особенности пуска синхронного двигателя

В режиме пуска, когда ротор неподвижен, магнитное поле статора вращается относительно неподвижного ротора с синхронной частотой вращения. При этом за один оборот полярность магнитного поля меняется, и вращающий момент меняется на противоположный. Частота этих изменений определяется частотой вращения магнитного поля и количеством полюсов и равна частоте тока в обмотке статора:

. (6.3.5)

Ротор обладает значительной массой и моментом инерции. При большой частоте изменения момента он не успевает разогнаться и остается неподвижным. Среднее значение пускового момента, развиваемого двигателем, равно нулю.

Для осуществления пуска синхронного двигателя на полюсах ротора помещается дополнительная пусковая короткозамкнутая обмотка, подобная обмотке ротора асинхронного двигателя (рис. 6.3.12).

В режиме пуска двигатель работает как асинхронный двигатель (см. раздел 2.2), и под действием асинхронного пускового момента ротор разгоняется. Когда частота вращения ротора близка к синхронной, включается обмотка возбуждения, двигатель «втягивается в синхронизм» и вращается с синхронной частотой вращения.

Рис. 6.3.12. Явнополюсный ротор синхронного двигателя с пусковой обмоткой

1 – обмотка возбуждения; 2 – пусковая короткозамкнутая обмотка

Таким образом, в начальный период пуска синхронный двигатель работает как асинхронный, а затем переходит в режим синхронного двигателя.

При синхронной частоте вращения пусковая обмотка не оказывает влияния на работу синхронного двигателя (подобно ротору асинхронного двигателя при скольжении s = 0).

6.3.5. Схема замещения и уравнения электрического состояния синхронной машины

В синхронном генераторе при вращении ротора с постоянным магнитным полем в обмотке статора индуцируется ЭДС. Эта ЭДС создает разность электрических потенциалов, которая определяет напряжение на зажимах обмотки статора генератора. Создание ЭДС в обмотке статора отражается в схеме замещения идеальным источником ЭДС Е.

При подключении к обмотке статора приемника электроэнергии Z_п в ней замыкается электрический ток. Этот ток статора создает свое магнитное поле, которое индуцирует в самой обмотке статора ЭДС самоиндукции. Это явление может быть отражено в схеме замещения индуктивным элементом с индуктивным сопротивлением X_1.

Таким образом, схема замещения одной фазы обмотки статора синхронного генератора имеет вид, показанный на рис. 6.3.13 а.

а б

Рис. 6.3.13. Схемы замещения синхронного генератора (а)

и синхронного двигателя (б)

В синхронном двигателе при вращении ротора с постоянным магнитным полем в обмотке статора индуцируется ЭДС, подобно ЭДС синхронного генератора. Эта ЭДС уравновешивает напряжение источника, подключенного к обмотке статора. Ее называют противоЭДС. Создание противоЭДС в обмотке статора синхронного двигателя отражается в схеме замещения идеальным источником ЭДС Е.

Электрический ток статора синхронного двигателя также создает свое магнитное поле, которое индуцирует в обмотке статора ЭДС самоиндукции. Это учитывается в схеме замещения индуктивным элементом с индуктивным сопротивлением X_1.

Таким образом, схема замещения одной фазы обмотки статора синхронного двигателя имеет вид, показанный на рис. 6.3.13 б.

Схема замещения позволяет составить уравнения электрического состояния синхронного генератора и синхронного двигателя и анализировать режимы их работы.

В частности, уравнение электрического состояния генератора по второму закону Кирхгофа для его схемы замещения (рис. 6.3.13 а) имеет вид:

. (6.3.6)

Уравнение электрического состояния для синхронного двигателя по второму закону Кирхгофа для схемы замещения на рис. 6.3.13 б:

. (6.3.7)

Схемы замещения и уравнения электрического состояния позволяют анализировать режимы работы и характеристики синхронных машин.