Статические и динамические характеристики синхронного двигателя

 

В синхронных машинах скольжение , т.е. обеспечивается равенство угловой скорости ротора и угловой скорости вращения поля, создаваемого статорной обмоткой:

.

Из условия, что частота поля ротора

,

следует, что якорь должен создавать постоянное магнитное поле. Это обеспечивается либо обмоткой, которая запитывается постоянным током или напряжением, либо постоянными магнитами. Поэтому ротор синхронных машин выполняется либо фазной конструкции, либо с постоянными магнитами.

Для надежного запуска синхронного двигателя используются короткозамкнутые контуры, расположенные в полюсных наконечниках. Это, так называемая, асинхронная схема пуска. В синхронном режиме короткозамкнутые обмотки обеспечивают дополнительное демпфирование колебаний ротора при скачках нагрузки. Также существуют самозапускающиеся двигатели, в них магнитное поле либо пульсирует, либо носит эллиптический характер.

Синхронные двигатели с постоянными магнитами изготавливаются двух исполнениях: с радиально- и аксиально-намагниченным ротором.

 

а)		б)

 

Рис. 3.16. Конструкция синхронной машины

 

Уравнения движения электрической цепи имеют вид:

где  – ток статора,  – потокосцепление статора, ,  – сопротивление и индуктивность статора,  – магнитный поток, создаваемый ротором.

Представляя векторы через проекции на оси  и , уравнение электрической цепи в установившемся режиме принимает вид:

,                                                                           (3.19)

где  – ЭДС, индуцируемая в статоре полем ротора,  – напряжение статора,  – полный ток статора, ,  – токи статора по осям  и , ,  – индуктивные сопротивления,  – активное сопротивление статора.

Из (3.19) следуют выражения для токов:

                                                   (3.20)

где  – магнитный угол между полем статора и ротора, .

 

 

Рис. 3.17. Векторная диаграмма напряжений

 

Создаваемый момент равен:

,

где  – амплитуда электромагнитного момента,  – амплитуда реактивного момента,  – тормозной момент.

Если пренебречь активным сопротивлением ротора, то выражение для момента приобретает вид:

,                                                 (3.21)

 – количество фаз.

В двигателях с радиально-намагниченным ротором магнитное сопротивление вдоль продольной оси , как правило, больше, чем вдоль поперечной, поэтому . В двигателях с аксиально-намагниченным ротором . Зависимости развиваемого момента от магнитного угла приведены на рис. 3.18.

 

а)

б)

 

Рис. 3.18. Зависимости развиваемого момента от магнитного угла:

а – радиально-намагниченный ротор, б – аксиально-намагниченный ротор.

 

При изменении нагрузки на валу магнитный угол  изменяется. Вначале с увеличением угла момент, развиваемый двигателем, растет, это соответствует устойчивой работе двигателя. С дальнейшим увеличением угла момент падает, и двигатель может выпасть из синхронизма и затормозиться.

Таким образом, при условии, что момент нагрузки не превышает максимальный момент двигателя, при работе в устойчивой зоне скорость вращения вала синхронного двигателя не зависит от нагрузки на валу и равна синхронной скорости статора. Механическая характеристика синхронного двигателя имеет вид, приведенный на рис. 3.18.

 

 

Рис. 3.19. Механическая характеристика синхронного двигателя

 

Угловое положение ротора определяется разностью между угловым положением вектора поля статора и магнитным углом. Если магнитный угол не превышает номинального значения, то зависимость для момента можно представить прямой линией. В этом случае угловое положение ротора приближенно можно связать с угловым положением вектора поля статора следующей передаточной функцией

 

.

 

В двигательном режиме синхронные двигатели могут использоваться, например, как гиромоторы. В генераторном режиме машины большой мощности применяются для получения переменного напряжения заданной частоты, а машины малой мощности используются как информационные, например, в качестве тахогенераторов.

 

 

Лекция №11

План

1. Принцип работы шагового двигателя

2. Конструкция шаговых двигателей

 

Шаговые двигатели