Общие сведения. На рис. 5.4 приведена схема включений синхронного двигателя

На рис. 5.4 приведена схема включений синхронного двигателя. Токи, протекающие по трехфазной обмотке статора, создают намагничивающие силы, результирующий вектор которых образует вращающееся в пространстве электромагнитное поле статора . Скорость вращения поля равна:

, (5.1)

где f – частота питающей сети;

– число пар полюсов машины,

и является рабочей скоростью СД.

На роторе СД расположена обмотка возбуждения, которая питается постоянным током от независимого регулируемого источника напряжения – возбудителя. Ток возбуждения создает электромагнитное поле , неподвижное относительно ротора, и вращающее в установившемся режиме вместе с ротором со скоростью . Взаимодействие полей статора и ротора создает электромагнитный момент синхронной машины:

. (5.2)

При отсутствии нагрузки векторы полей и совпадают в пространстве и вращаются со скоростью . При возникновении на валу двигателя момента сопротивления, векторы и расходятся на угол , называемый углом нагрузки.

Изменению нагрузки на валу машины соответствует изменение (рис. 5.5). Максимальный момент – при угле . Если нагрузка на валу будет больше , то синхронный режим нарушается и машина выпадает из синхронизма.

Механическая характеристика СД (рис. 5.6) представляет абсолютно жесткую прямую линию 1, ограниченную значениями момента ± .

Рис. 5.4. Схема включения синхронного двигателя

Так как ротор двигателя вращается со скоростью и скольжение отсутствует, то вся мощность электромагнитного поля статора Р ₁ преобразуется в механическую мощность на валу. Если пренебречь потерями в статоре, то , откуда

. (5.3)

Как известно, пуск СД осуществляется в асинхронном режиме. Для этого в конструкции используется обмотка короткозамкнутого асинхронного двигателя. Поэтому при разгоне до подсинхронной скорости двигатель работает как асинхронный короткозамкнутый с механической характеристикой 2 (рис. 5.6).

Рис. 5.5. Угловая характеристика СД (неявнополюсная машина)

Рис. 5.6. Механическая характеристика СД

По достижении подсинхронной скорости (0,95 ) в обмотку возбуждения подается постоянный ток, и двигатель втягивается в синхронизм, переходя на работу в т. б, соответствующей синхронному режиму.

Достоинством СД является возможность регулирования реактивной мощности, циркулирующей в цепи статора, в том числе возможность работая двигателем, т.е. потребляя активную мощность, одновременно генерировать реактивную мощность (компенсатор реактивной мощности).

Применение на предприятиях СД позволяет уменьшить реактивную мощность, потребляемую предприятием в целом, и поддерживать нормативное значение в энергосистеме.

При токе возбуждения меньше номинального, вектор тока статора I ₁ отстает от вектора напряжения сети U ₁ на угол , т.е. двигатель работает с отстающим (реактивная мощность «потребляется»).

При увеличении тока возбуждения ток статора будет опережать по фазе напряжение U₁, станет опережающим и синхронный двигатель будет генерировать реактивную мощность.

Зависимость тока статора от тока возбуждения СД отражается U - образными характеристиками (рис. 5.7).

Рис. 5.7. U – образные характеристики СД