12.2. Принцип действия и устройство синхронных двигателей
Синхронным называется двигатель, частота вращения ротора которого n равна частоте вращения поля n1 (n= n1).
Индуктор (источник первичного магнитного поля) обычно располагается на роторе и представляет собой систему электромагнитов чередующейся полярности в виде катушек обмотки возбуждения, расположенных на полюсах с явно выраженными полюсными наконечниками (рис. 12.1). Мощные быстроходные двигатели имеют неявнополюсный ротор. В обмотку возбуждения подается постоянный ток возбуждения iв от внешнего источника (возбудителя) через два контактных кольца и щеточный аппарат. Магнитное поле возбуждения "привязано" к полюсам и вращается вместе с ними.
Обмотка якоря обычно трехфазная, распределенная по пазам сердечника статора. Конструкция синхронного двигателя является обращенной по сравнению с двигателем постоянного тока.
При протекании трехфазной системы токов по трехфазной обмотке якоря (статора) в двигателе создается магнитное поле якоря с индукцией, распределенной вдоль окружности воздушного зазора по закону, близкому к
Рис. 12.1. Явнополюсная синхронная машина: 1 – сердечник якоря с пазами для обмотки; 2 – катушка обмотки возбуждения; 3 – полюс индуктора; 4 – пусковая обмотка; 5 - контактное кольцо; 6 – щётка; 7 - вал
к гармоническому Это поле вращается в направлении чередования фаз с частотой n1=f1/p , где f1-частота тока, р - число пар полюсов поля статора.
Ток обмотки возбуждения создаёт поле возбуждения с индукцией, распределенной вдоль окружности воздушного зазора также по гармоническому закону. В результате взаимодействия полей возбуждения и якоря возникают электромагнитные силы fэм и моменты, действующие на ротор и на статор в противоположных направлениях.
При несинхронном вращении ротора и поля якоря (n n1) изменяется взаимное положение полей возбуждения и якоря, поэтому электромагнитные силы и моменты также изменяются по значению и направлению с частотой p(n1-n), и среднее за период изменения значение электромагнитного момента М получается равным нулю.
Только при n = n1 сохраняется взаимное положение полей возбуждения и якоря, и поэтому может создаваться ненулевой момент (М0). При этом в двигателе поле якоря опережает поле возбуждения и как бы тянет за собой ротор. Электромагнитный момент, действующий на ротор двигателя, направлен в сторону вращения поля и является движущим, обеспечивающим вращение ротора и присоединённой к нему рабочей машины.
При вращении ротора двигатель развивает механическую мощность за счёт активной мощности, потребляемой обмоткой якоря из сети. Потребляя из сети активную мощность, машина вырабатывает механическую мощность при обязательном условии, что ротор вращается синхронно с полем якоря и отстаёт в пространстве от него. Такая машина является синхронным двигателем. Наилучшие условия работы обеспечиваются при одинаковом числе полюсов поля якоря и индуктора.
Поле якоря безынерционно и после включения обмотки якоря в сеть практически сразу вращается с частотой n1. Роторы двигателя и рабочей машины имеют моменты инерции, поэтому сразу после включения двигатель и поле возбуждения неподвижны (n = 0). Возникающий электромагнитный момент изменяется с большой частотой (см. выше), ротор не поспевает следовать за полем якоря, и поэтому пусковой электромагнитный момент в среднем равен нулю. Это существенный недостаток синхронного двигателя. Чтобы запустить синхронный двигатель, необходимо плавно повышать частоту подводимого напряжения или предварительно разгонять ротор двигателя до скорости, близкой к скорости поля с помощью дополнительных средств.
Ротор синхронного двигателя вращается под действием электромагнитного момента М, последний действует в направлении вращения магнитного поля якоря. Поэтому для реверса двигателя необходимо изменить чередование фаз сети, подключенной к обмотке якоря.
В соответствии с принципом действия частота вращения ротора двигателя остается постоянной – n = n1 = f1/p, если f = const и момент нагрузки не превышает максимального значения электромагнитного момента, развиваемого двигателем при неизменных значениях напряжения на обмотке статора и тока возбуждения. Следовательно, механическая характеристика синхронного двигателя является абсолютно жесткой.
Конструкцию синхронного двигателя можно изучить по любому учебнику [2…5] и макету в лаборатории.
Изобразите в отчёте необходимые упрощенные эскизы двигателя, пронумеруйте и назовите функционально важные элементы, укажите их назначение и используемые в них материалы.
- Исследование электрических машин
- Часть 1
- Содержание
- 2.2.1. Принцип действия и устройство двигателя . . . . 5
- 6.2.1. Назначение, устройство и принцип действия . . . . . . . . . 32
- 6.2.2. Уравнения и схемы замещения трансформатора . . . . . . .34
- 6.2.3. Характеристики холостого хода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
- 6.5. Заключение по работе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53
- Лабораторная работа № 2 Исследование двигателей постоянного тока с электромагнитным возбуждением
- 2.1.Программа лабораторной работы
- 2.2. Краткие теоретические сведения о двигателях постоянного тока
- 2.2.1. Принцип действия и устройство двигателя
- 2.2.2. Системы электромагнитного возбуждения и обозначения выводов обмоток двигателей
- 2.2.3. Основные уравнения двигателей
- 2.2.4. Пуск двигателей в ход
- 2.3. Объект исследования и необходимое оборудование
- 2.4. Разработка принципиальной электрической схемы опытов
- 2.5. Методические указания к выполнению работы
- 2.5.1. Запуск двигателя
- 2.5.2. Снятие естественных рабочих, скоростной и механической характеристик
- 2.5.3. Снятие искусственных скоростных и механических характеристик
- 2.6. Заключение по работе
- 2.7. Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 4 Исследование трехфазного асинхронного двигателя
- 4.1. Программа лабораторной работы
- 4.2. Принцип действия и устройство асинхронных двигателей
- 4.3. Объект исследования и необходимое оборудование
- 4.4. Разработка принципиальных электрических схем опытов
- 4.5. Измерение сопротивления изоляции обмоток
- 4.6. Определение коэффициента трансформации
- 4.7. Опыт холостого хода
- 4.8. Естественные рабочие характеристики
- 4.9. Механические характеристики
- 4.10. Заключение по работе
- 4.10. Заключение по работе
- 4.11. Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 6
- 6.2. Краткие теоретические сведения о трансформаторах
- 6.2.1. Назначение, устройство и принцип действия
- Намагничивающий ток создаёт результирующую мдс Fμ , а она - результирующий магнитный поток взаимной индукции ф.
- 6.2.2. Уравнения и схемы замещения трансформатора
- Сопротивления в относительных единицах для силовых трансформаторов
- 6.2.3. Характеристики холостого хода
- 6.2.4. Характеристики трёхфазного короткого замыкания
- 6.2.5. Изменение напряжения трансформатора при нагрузке
- 6.2.6. Коэффициент полезного действия трансформатора
- 6.2.7. Схемы и группы соединения обмоток трансформаторов
- Маркировка фаз трехфазных двухобмоточных трансформаторов
- 6.3. Методические указания к выполнению лабораторной работы
- 6.3.1. Объект исследования и необходимое оборудование
- Разработка принципиальных электрических схем
- Опыт холостого хода
- Опыт трёхфазного короткого замыкания
- 6.3.5. Снятие внешней характеристики
- 6.3.6. Экспериментальная проверка группы соединения обмоток
- 6.4. Теоретические расчеты и построения
- 6.5. Заключение по работе
- 6.6. Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 12 Исследование трёхфазного синхронного двигателя
- 12.1. Программа лабораторной работы
- 12.2. Принцип действия и устройство синхронных двигателей
- 12.3. Способы пуска синхронного двигателя
- 12.3.2. Асинхронный пуск синхронного двигателя
- 12.5. Объект исследования и необходимое оборудование
- 12.6. Разработка принципиальной электрической схемы для опытов
- 12.7. Пуск синхронного двигателя при помощи вспомогательного двигателя методом точной синхронизации
- 12.8. Асинхронный пуск синхронного двигателя
- 12.9. Снятие V-образных характеристик
- 12.10. Снятие рабочих и механической характеристик синхронного двигателя
- 12.11. Заключение по работе
- 12.12. Контрольные вопросы
- Библиографический список
- Часть 1