Синхронный двигатель переменного тока

Рассмотренные выше машины переменного тока могут работать и в качестве двигателей. Например, ротор распо­ложен относительно статора так, как показано на рис. 13.9, и пусть переменный ток, текущий по обмотке статора, в этот момент течет в направлении, показанном на рис. 13.9.

Рис. 13. 9 Разноименные полюсы притягиваются, ротор стремится повернуться налево

 

 

                                       

Рис. 13. 10. Ротор стремится повер­нуться направо   Рис. 13. 11. Ротор стремится по­вернуться налево

 

Этот ток теперь будет на­магничивать сталь статора, создавая на нем чередую­щиеся северные и южные полюсы. Мы знаем, что разно­именные полюсы притягива­ются, а одноименные оттал­киваются, поэтому, взглянув на рис. 13.9, можно убедить­ся в том, что магнитные си­лы будут стремиться повер­нуть ротор против часовой стрелки.

Но через половину пери­ода ток в статоре уже будет иметь противоположное на­правление. Если ротор ос­тался на прежнем месте (как показано на рис. 13.10), то теперь силы взаимодей­ствия между полюсами бу­дут стремиться повернуть ротор в обратную сторону, т. е. по часовой стрелке. По­этому если ротор был непо­движен при включении пе­ременного тока в обмотку статора, он и не сдвинется с места; на ротор будут дей­ствовать быстро чередую­щиеся силы противополож­ных направлений. Совсем иное дело, если ротор пред­варительно раскрутить и вращать с такой скоростью, что за время полупериода он переместится из положе­ния, указанного на рис. 13.9, в положение, указанное на рис. 13.11.

Теперь полюсы ротора повернулись так, что при новом направлении тока в обмотках статора вза­имодействие магнитных полюсов статора и ротора стре­мится вращать ротор все в том же направлении.

Теперь уже не нужно прибегать к посторонней силе для кручения ротора, он будет продолжать вращаться с той же скоростью благодаря взаимодействию токов (их магнит­ного поля). Эта скорость, в точности соответствующая скорости из­менения магнитного поля статора, называется синхронной скоростью. С другой скоростью при 50-периодном токе ротор вра­щаться не может, поэтому такие машины называют син­хронными. В самом деле, если бы ротор вращался со скоростью, отличной от синхронной, то полюса ротора и статора перестали бы по­падать в такт. При этом, говорят, что вращение ротора выпадает из синхронизма.

Чем больше пар полюсов имеет синхронная машина, тем медленнее она будет вращаться. На практике синхронные машины строят как с одной парой полюсов (быстроходные генераторы, приводимые во вращение паровыми турбинами), так и с десятками пар полюсов (например, тихоходные генераторы, приводимые во вращение водяными турбинами).

Из рассмотренного примера ясно, почему ротор должен быть раскручен к моменту присоединения переменного то­ка, но важно обратить внимание еще на следующее; пере­менный ток, протекающий через обмотку статора, должен быть таким, чтобы его взаимодействие с магнитным полем постоянного тока создавало вращающую силу требуемого направления. Если бы положению ротора, изображенному на рис. 13.11, соответствовал переменный ток противополож­ного направления, то машина не работала бы. Вместо того чтобы поддерживать вращение, электромагнитное взаимо­действие ему препятствовало бы.

Поэтому для присоединения синхронной марины к сети необходимо не только дать машине нормальную скорость, но и убедиться в том, что ход изменения напряжений на машине и в сети одинаков.