Синхроный двигатель

Синхронные машины работают как в режиме генератора, так и в
режиме двигателя.
В зависимости от типа привода синхронные генераторы
получили и свои названия.
Турбогенератор - это генератор, приводимый в движение
паровой турбиной.
Гидрогенератор вращает водяное колесо.
Дизель - генератор механически связан с двигателем внутреннего
сгорания.
Синхронные двигатели широко применяют для привода мощных
компрессоров, насосов, вентиляторов.
Синхронные микродвигатели используют для привода
лентопротяжных механизмов регистрирующих приборов,
магнитофонов и т.д.
Общие сведения

n0
n0=60f/pпар
~U (380В)
Синхронная машина (СМ) – это машина переменного тока, у которой магнитное поле и ротор имеют одинаковую частоту вращения (n0=60f/p)
Статор СМ аналогичен статору АД и служит для создания вращающегося магнитного поля

Устройство ротора СМ
Ротором СМ является электромагнит с ОВ (или постоянный магнит), которая получает питание от источника постоянного тока через неподвижные щетки и контактные кольца. Ротор СМ имеет свой магнитный поток.
Название «синхронная машина» связано с тем, что ротор вращается с такой же скоростью, с какой вращается магнитное поле, т.е. синхронно с полем.
~U (380В)
n

Явнополюсный и неявнополюсный роторы СМ
1 – полюс ротора; 2 – полюсный наконечник; 3 – обмотка возбуждения;
Явнополюсный – полюса ротора располагаются отдельно
Неявнополюсный – полюса ротора сформированы обмоткой распределенной в пазах цилиндрического ротора

Обозначения СМ на электрической схеме
Трехфазная синхронная неявнополюсная машина.
Трехфазная синхронная явнополюсная машина.
Трехфазная синхронная машина с возбуждением от постоянных магнитов

Реакция якоря синхронного генератора
При подключении обмотки якоря к трехпроводной сети под действием ЭДС по её обмотке протекает ток якоря Iя , создающий магнитный поток Фя .
Воздействие магнитного потока якоря на основной магнитный поток называется реакцией якоря и зависит от характера нагрузки, т. е. от угла сдвига фаз между ЭДС и током якоря.
Активная нагрузка
Индуктивная нагрузка
Ёмкостная нагрузка
φ = 90°
φ = 0°
φ = – 90°

Упрощенные схема и векторная диаграмма синхронного генератора.
Уравнение ЭДС синхронного генератора
По второму закону Кирхгофа для замкнутой цепи фазы обмотки статора:
Упрощенное уравнение ЭДС СГ
Ėрас
Ėя
Ė 0 +
İ
Ù
А
Х
Ė 0
+ Ėрас =
Ėя
Ù + Rя
İ, где
Ėрас = jХраc
–
Ù =
Ė 0
jХcн
jХcнI
–
–
Ù
Ė0
İ
φ
θ
φ
В
С
А
Храc + Хя = Хсн - синхронное индуктивное сопротивление обмотки статора
Ėя = jХя
–
İ
İ;
İ
Векторная диаграмма СГ
О
Опустив перпендикуляр из точки В на
продолжение вектора напряжения
получаем два прямоугольных треугольника:
Δ АВС и Δ ОВС.
Ù

Электромагнитная мощность, момент и угловая характеристика
синхронного генератора
ВС = АВ cos или E0sin = jXcнIcos
Рэм = Р1 = 3UIcos
φ
φ
φ
Рэм = 3UE0sin /Xcн, где
θ
θ
θ Ном = 20°… 35°
Электромагнитный (тормозной) момент СГ
Угловая характеристика
Рэм
Мт
Θ – угол между осевыми линиями полюсов ротора и статора
90°
θ
Из прямоугольных Δ Δ АВС и ОВС векторной диаграммы СГ имеем:
Можно считать, что электромагнитная мощность СГ равна полезной мощности:
Тогда:
М = Рэм/Ω
ВС
=

хс
А
С
В
Упрощенная схема замещения (а), векторная диаграмма (b), уравнение ЭДС, электромагнитный момент и угловая
характеристика (в) синхронного двигателя
В двигательном режиме ток якоря потребляется
из сети, ЭДС E0 направлена навстречу току Iя
(противоЭДС E0).
Схема замещения фазной обмотки якоря показана
на рисунке а и для нее:
Пренебрегая потерями, можно приближенно считать, что механическая мощность Pмех на валу двигателя равна активной мощности P, потребляемой двигателем из сети, т. е.
,
где M – вращающий электромагнитный момент двигателя;
Ω = πn/30 – угловая скорось ротора;
U – фазное напряжение статора.
Поскольку проекции векторов E0 и j Iя Xсня на горизонтальную ось
одинаковы, т. е. XснIяcosϕ = E0sinθ, то момент M
θ
а)
b)
в)