Трифазні синхронні машини, страница 4

Такий принцип дії проілюструємо за допо­могою моделі СМ у двигунному режимі на рис. 15.11, яка аналогічна моделі на рис. 15.9. Тут на рис. 15.11 при зазначених миттєвих напрямках струмів в обмотці статора отриму­ється позначений напрямок створеного нею магнітного потоку Ф_а. При подальшій зміні струмів (15.4) магнітне поле статора обертається в указаному напрямку п_х. Магнітний потік ротора Ф₀, створений його обмот­кою, спрямований за віссю ротора і для обмотки статора отриму­ється результуючий магнітний потік Ф_a.

Через зсув потоків Ф_a і Ф₀ на кут навантаження Є у проміжку машини відбувається витягування силових ліній магнітного поля, їхній «натяг» приводить до виникнення електромагнітного моменту М_ЕМ, що діє на ротор у тому ж напрямку, куди обертається поле. Природно, що ротор обертається слідом за полем і вони мають в усталеному режимі загальну синх­ронну частоту обертання щ (15.5).

Під дією моменту М_ЕМ з вала двигуна механізму передається обертальний момент М і їхнє спів­відношення відповідає (13.19). Рушійний обертальний момент М урівноважується гальмовим момен­том опору М_с з боку механізму.

Рис. 15.11

Незважаючи на порівняну про­стоту принципу дії синхронного двигуна, його запуск спряжений з проблемами. Справа в тому, що при вмиканні обмотки статора в мережу (рис. 15.10) її магнітне поле практично миттєво набуває частоти обертання п₀ (15.5). Ротор же, внаслідок механічної інер­ції, не може миттєво набрати таку ж частоту обертання. Тому без­перервна зміна взаємних позицій полюсів магнітного поля статора і полюсів ротора приводить до «смикання» останнього то в один, то в інший бік.

Щоб запустити ротор до нормального обертання, йому необ­хідно надати початкову кутову швидкість, близьку до кутової швидкості обертання поля статора. Розгін здійснюється частіше за все як у асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором і при цьому працює заспокійлива обмотка, розташована в наконечниках полюсів ротора.

Після розгону обмотка збудження підключається до джерела живлення, в результаті чого ротор «доходить» до синхронної швидкості, долаючи лише незначне відставання, властиве асинх­ронному руху (див. підрозділ 14.3). У момент пуску, уникаючи перенапруження в обмотці ротора (в ній буде індукуватися ЕРС), її замикають на розрядний резистор (на рис. 15.10 перемикач Q2 знаходиться в положенні «П»), з опором R_розр = 6...12R₂, де R - опір обмотки ротора.

Можливий первісний розгін ротора при пуску СМ і за допомо­гою малопотужного допоміжного електродвигуна іншого типу.

Для синхронного двигуна рівняння напруг і векторна діаграма аналогічні розглянутому для генератора (формула (15.8) і рис. 15.8), але з їхнім коригуванням у зв'язку зі зміною напрямку струму в схемі заміщення на рис. 15.7 (відсутній опір Z_п і напруга І/ пода­ється з мережі).

5. Потужності й обертальний момент синхронної машини

Будемо розглядати СМ при симетричних системах ЕРС (15.2) і струмів (15.4), що природно для двигуна, а для генератора має місце при симетричному навантаженні.

Електрична потужність виражається через фазні напругу і струм

і в генераторному режимі вона віддається - Р₂, а в двигуному - споживається із трифазної мережі - Р₁.

У генераторному режимі споживається - Р₁, а в двигунному віддається - Р₂ з валу механічна потужність

де M - обертальний момент на валу (Н-м); Q₀ - кутова швидкість (рад/с) і n - частота обертання (об/хв) ротора.

В обох режимах різниця між цими потужностями Р₁ і Р₂ - це втрати потужності АР, які за визначенням і походженням практично відповідають втратам потужності в асинхронному двигуні, які роз­глянуті в підрозділі 14.6 (за винятком магнітних втрат у роторі).