Понятие о синхронном двигателе

 

Наибольшее применение синхронные машины получили на электростанциях в качестве генераторов электрической энергии (рис. 9.9). Синхронные двигатели применяют в тех случаях, когда необходима постоянная частота вращения или не требуется ее регулировка (например, при записи и воспроизведении звука).

Недостаток синхронного двигателя – трудность пуска: для пуска нужно раскрутить ротор в сторону вращения поля статора. Для этого чаще всего применяют специальную короткозамкнутую обмотку, вделанную в ротор. В момент пуска двигатель работает как асинхронный. Когда n₂ приближается к n₁, ротор входит в синхронизм и двигатель работает как синхронный. Короткозамкнутая обмотка при этом оказывается обесточенной, т.к.

n₂ = n₁.

В настоящее время существует тенденция замены на подвижных объектах (корабли, самолеты, автомобили) электрических цепей постоянного тока цепями переменного тока повышенной частоты (200, 400 Гц и выше).

Синхронные машины особенно удобны для привода роторов гироскопов, которые используют для особо точных измерений (например, в баллистических ракетах), приводом ротора гироскопа служит синхронный двигатель.

Устройствостатора синхронного двигателя аналогично устройству статора асинхронного двигателя (рис. 9.10, а). Ротор синхронного двигателя представляет собой электромагнит или постоянный магнит (рис. 9.10, б).

 

Рис. 9.9 Рис. 9.10, а Рис. 9.10, б

Общий вид синхронного Внешний вид статора Внешний вид

генератора с возбудителем. синхронного генератора. явнополюсного ротора.

ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ R

1) Частота вращения магнитного поля статора: n1 = ; об/мин   2) Скольжение: S = .   3) Номинальный ток: I = , А   4) Частота тока в обмотке ротора: f2 = р , Гц   5) ЭДС в обмотке вращающегося ротора: E2S = Е2 × S, В   6) Индуктивное сопротивление в обмотке вращающегося ротора: Х2S = Х2 × S, Ом   7) Ток в обмотке вращающегося ротора: I2S = , А   8) Электромагнитный момент асинхронного двигателя: М = , Н м   9) Потери и КПД: h= , где Рс + Рмех = Рх.х, Рм + Рдоб = Рк.з, тогда h= .

 

Обозначения

Единицы измерения

f – частота тока в сети р – число пар полюсов n2 – частота вращения ротора Р – механическая мощность на валу Uл - линейное напряжение h - КПД машины переменного тока cos j - коэффициент мощности двигателя Е2 - ЭДС неподвижного ротора Х2 - индуктивное сопротивление неподвижного ротора R2 - активное сопротивление обмотки ротора к – постоянный коэффициент Cos j2s - фаза тока в обмотке вращающегося ротора Z2s - полное сопротивление в обмотке вращающегося ротора Р1 – мощность,потребляемая двигателем из сети Рм – мощность потерь в меди (в обмотках статора и ротора) Рс – мощность потерь в стали магнитопровода Рмех – мощность механических потерь Рдоб - мощность добавочных потерь Рх.х.- мощность потерь при холостом ходе Рк.з. - мощность потерь при коротком замыкании

Гц об/мин Вт В     1 В 1Ом 1 Ом   1 Ом 1 Вт 1 Вт 1 Вт 1 Вт 1 Вт 1 Вт 1 Вт 1 Вт 1 Вт 1 Вт

Примеры решения задач Ë

 

1. Определить число пар полюсов синхронного генератора, если частота вращения ротора 500 об/ мин, а частота тока в сети 50 Гц.

 

Дано:   n2 = 500 об/мин f = 50 Гц	Решение   1. Т.к. генератор синхронный, то частота вращения ротора n2 равна частота вращения магнитного поля статора n1. Значит n1 = n2 = 500 об/мин. 2. Частота вращения магнитного поля статора находится по формуле n1 = Þ р = ; р = = 6. Ответ: 6
р –?

 

2. Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором имеет следующие технические данные: U_ном = 220 В, Р_ном = 10 кВт; n_ном = 1450 об/мин, h_ном = 87 %, cos j_ном = 0,88, = 2; = 1,2, = 5. Определить: скольжение S, моменты номинальный М_ном, максимальный М_max, пусковой М_п, токи I_ном, I_п.

 

Дано:   Uном = 220 В Рном = 10 кВт nном = 1450 об/мин hном = 87 % соs j ном = 0,88 = 2 = 1,2 = 5	Решение 1. Частота вращения магнитного поля статора: n1 = = = 1500 об/мин. 2. Скольжение: S = = 0,03. 3. Номинальный момент: Мном = 9,55 = 9,55 = 65,9 Н×м. 4. Максимальный момент: Мmax = 2 × Мном = 2 × 65,9 = 131,8 Н×м. 5. Пусковой момент: Мп = 1,2 Мном = 1,2 × 65,9 = 79 Н×м. 6. Номинальный ток: Iном = = = 34,3 А.
S, Мном, Мmax, Мп, Iном, Iп –?

 

7. Пусковой ток: I_п = 5 × I_ном = 5 × 34,3 = 171,5 А.

 

Ответ: 0,03; 65,9 Н×м; 131,8 Н×м; 79 Н×м; 34,3 А; 171,5 А.

 

 

Контрольные вопросы 4

 

 

1. Магнитное поле трехфазного тока частотой 50 Гц вращается со скоростью 3000 об/мин. Сколько полюсов имеет это поле?

2. Назовите основные части асинхронного двигателя.

3. Какие материалы используют для изготовления короткозамкнутой обмотки ротора?

4. Чем отличается асинхронный двигатель с фазной обмоткой ротора от двигателя с короткозамкнутой обмоткой ротора?

5. С какой целью асинхронный двигатель с фазной обмоткой ротора снабжают контактными кольцами и щетками?

6. Может ли ротор асинхронного двигателя раскрутиться до скорости вращения магнитного поля?

7. Чему равен КПД двигателя, работающего в режиме холостого хода?

8. Чем отличается синхронный двигатель от асинхронного?

Задачи для самостоятельного решения?

 

1. Определить скольжение асинхронного двигателя, ротор которого вращается с частотой 2800 об/мин, если синхронная частота вращения 3000 об/мин.

(Ответ: 6,6%)

 

2. Какова частота вращения магнитного поля асинхронного двигателя, подключенного к сети переменного напряжения частотой 50 Гц, при числе пар полюсов 2?

(Ответ: 1500 об/мин)

 

3. Частота вращения магнитного поля асинхронной машины 1000 об/мин. Определить частоту вращения ротора машины при скольжениях 1; 0; -1; - 2.

(Ответ: 0; 1000 об/ мин; 2000 об/ мин; 3000 об/ мин)

 

4. Частота вращения магнитного поля многоскоростного асинхронного двигателя после переключения обмоток возросла с 1500 до 3000 об/ мин. Чему равно скольжение после переключения, если первоначально оно было 0,06?

(Ответ: 0,53)

 

5. Какое число пар полюсов должен иметь асинхронный двигатель, питающийся от сети переменного напряжения частотой 50 Гц, при частоте вращения магнитного поля статора 600 об/ мин?

(Ответ: 5)

 

6. При изменении частоты напряжения питания в 2 раза частота вращения магнитного поля асинхронного двигателя увеличилась на 750 об/ мин. Двигатель имеет 4 пары полюсов. Какова была первоначальная частота напряжения питания?

(Ответ: 50 Гц)

 

7. Определить индуктивное сопротивление рассеяния Х₂ неподвижного ротора асинхронного двигателя, если известны следующие параметры: активное сопротивление обмотки R₂ = 5 Ом; индуцируемая ЭДС Е₂ = 110 В, ток в роторе I₂ = 10 А.

(Ответ: 9,8 Ом)

8. Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки фазы неподвижного ротора асинхронного двигателя 1,2 Ом. Вычислить индуктивное сопротивление рассеяния обмотки фазы ротора, вращающегося со скольжением 0,032.

(Ответ: 0,0385 Ом).

 

9. Мощность, подводимая к асинхронному двигателю, равна 5 кВт. Определить КПД двигателя, если суммарная мощность потерь составляет 650 Вт

(Ответ: 87%)

 

10. Вычислить суммарную мощность потерь асинхронного двигателя, который потребляет от сети мощность Р₁ = 2,2 кВт, если его КПД равен 83%

(Ответ: 364 Вт)

 

11. При вращении ротора асинхронного двигателя с частотой 980 об/ мин подводимая к двигателю мощность равна 20 кВт, а суммарная мощность потерь – 1,5 кВт. Найти скольжения двигателя и его КПД, если число пар полюсов 3, а частота переменного напряжения сети 50 Гц

(Ответ: 0,02; 92,5%)

 

12. Какое количество полюсов должно быть у синхронного генератора с частотой ЭДС 50 Гц, если ротор его вращается с частотой 500 об/ мин?

(Ответ: 6)

 

13. Чему равен линейный ток включенных а) звездой, б) треугольником обмоток синхронного двигателя, имеющего следующие параметры: полезная мощность на валу Р₂ = 20 кВт; номинальное напряжение U_н = 380/220 В; КПД h_н = 92% и коэффициент мощности соs h_н = 0,98?

(Ответ: а) 57 А; б) 33,5 А).

 

14. Суммарная мощность потерь в синхронном двигателе 2,7 кВт. Какую мощность потребляет двигатель от сети, если КПД равен 94%?

(Ответ: 45 кВт).