СИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ.

Эти двигатели изготавливаются обычно мощностью в несколько киловатт и более и поэтому в устройствах автоматики широкого при­менения не получили. Однако основные положения теории этих дви­гателей используются при изучении синхронных двигателей малой мощности с возбуждением постоянными магнитами и других типов.

Для изучения принципа действия синхронного явнополюсного двигателя с электромагнитным возбуждением используем модель, представляющую собой две разделенные воздушным зазором магнит­ные системы с явно выраженными полюсами – внешнюю 1 и внут­реннюю 2 (рис. 6). Если внешняя система полюсов неподвижна, то благодаря силам магнитного притяжения внутренняя система полю­сов (ротор) расположится так, что ее полюсы будут находиться под полюсами внешней системы противоположной полярности. При этом силы F_Mмагнитного притяжения, действу-ющие на внутреннюю сис­тему, не будут создавать электромагнитного момента (рис. 7, а), так как они направлены радиально (по оси полюсов).

Если внешнюю систему полюсов вращать с небольшой частотой n₁, то в начальный момент времени эта система сместится относи­тельно внутренней на некоторый угол θ (рис. 7, б). При этом вектор силы магнитного притяжения F_M также повернется относительно оси полюса ротора. Теперь эта сила состоит из двух составляющих: F_M = F_n + F_t причем нормальная составляющая F_n направлена по оси полюса рото-

- 4 -

ра, а тангенциальная F_t – перпендикулярно оси полюса. Совокупность составляющих F_t действующих на все полюсы ротора, создает на роторе электромагнитный вращающий момент М, приво­дящий ротор во вращение с синхронной частотой n₁, т. е. синхронно вращению внешней системе полюсов.

Рис. 6. Упрощенная модель синхронного

двигателя: Рис. 7. Возникновение электромагнитного

а – внешняя магнитная система; момента на роторе синхронного

б – внутренняя магнитная система. двигателя.

Трехфазный синхронный двигатель отличается от рассмотрен­ной модели тем, что в нем вместо внешней системы полюсов име­ется неявнополюсный статор с распределенной трехфазной обмот­кой, аналогичный статору асинхронного трехфазного двигателя. Ротор синхронного двигателя – явнополюсной конструкции с электромагнитным возбуждением. При этом на полюсах ротора 2 располагают полюсные

катушки 3 (рис. 8), которые при последо­вательном соединении обра­зуют обмотку возбуждения (ОВ).

При подключении ОВ к источнику постоянного тока возникает магнитный поток возбуждения Ф_В, силовые ли­нии которого сцеплены с об­моткой статора 1. При включе­нии обмотки статора в трех­фазную сеть создается вра­щающееся с синхронной час­тотой n₁ магнитное поле с та­ким же числом полюсов, как на роторе. Благодаря взаимодей­ствию полей статора и ротора возникает электромагнитный момент, вращающий ротор с син-хронной частотой. В результате электрическая энергия сети преобразуется в механическую энергию вращения.

Предположим, что ротор двигателя враща-

Рис. 8. Магнитная система явнополюсного ется с частотой, отли­чающейся от частоты

синхронного двигателя (2р = 4): вращения поля статора, тогда в некоторые

1 – обмотка статора; 2 – полюса ротора; мо­менты времени возбужденные полюса ро-

3 – полюсные катушки. тора окажутся под одно­именными полюсами

поля статора, возникнут силы магнитного от-

- 5 -

талкивания Суммарный электромагнитный момент станет равным нулю и ротор остановится. На рис. 9, а показана конструкция ротора синхронного двигателя с явно выраженными полюсами.

1 2

Рис. 9. Явнополюсный ротор:

1 – вал; 2 – контактные кольца; Рис. 10. Пусковая обмотка синхронного

3 – полюсные катушки; 4 – по- двигателя:

люсные наконечники. 1 – стержни пусковой обмотки;

2 – кольца.

Ротор состоит из вала 1 на котором укреплены сердечники полюсов с полюсными катушками 3. Каждый сердечник заканчивается полюсным наконечником 4. В полюсных нако­нечниках имеются пазы (рис. 10), в которых расположены стержни 1 пусковой обмотки, замкнутые с двух сторон кольцами 2.

Для подклю­чения вращающейся обмотки возбуждения к источнику постоянного тока на валу ротора находятся два изолированных от вала и друг от друга контактных кольца 2 (рис. 9), по которым скользят щетки, вставленные в специальные щеткодержатели. От щеток сделаны выводы И1 и И2,через которые обмотка возбуждения соединяется с ис­точником посто-янного тока (рис. 11) и в цепи обмотки протекает ток возбуждения I_В, который создает МДС F_B = I_Bw_B. В магнитопроводе двигателя появляется поток возбуждения Ф_В. В качестве

Рис. 11. Электромагнитная схема источника постоянного тока в синхронных

синхронного двигателя. двигателях обычно используют по­лупроводни-

ковые выпрямительные устройства. Например,

в двигате­лях средней и большой мощности применяют тиристорные возбуди­тель-ные устройства серии ТВУ. Подключение двигателя к трехфазной сети осуществляется через выводы обмотки статора C1, С2, СЗ.