трехфазного переменного тока будет создано вращающееся магнитное поле, число оборотов в минуту которого rti = 60fi/P.

На роторе двигателя помещена обмотка возбуждения, которую включают в сеть постоянного тока. Ток возбуждения создает магнитный поток полюсов Вращающееся магнитное поле, созданное токами обмотки статора, увлекает за собою полюсы ротора. При этом ротор может вращаться только с синхронной скоростью, т. е. со скоростью, равной скорости вращения поля статора. Таким образом, скорость синхронного двигателя строго постоянна, если неизменна частота тока питающей сети

Предположим, что в сеть большой мощности включен синхронный генератор так, что выполнены все необходимые для этого условия, т. е. тока при включении генератора нет, следовательно. Ej.~Ur=-Uc (рис. 4.8fl). В этом случае оси магнитных полей ротора и статора совпадают (урол а) 1/с 5) 9 = 0), а электромагнитный мо-

мент и электромагнитная мощность машины равны нулю.

Если отключить первичный . ... . двигатель, то за счет потерь в , 5 машине ротор получит отрица-

тельное ускорение и поле ротора (Фт) сместится в сторону отставания относительно поля статора (Фр) на угол 6. Вращающееся поле статора увлекает за собою

Рис. 4.8. Векторные диаграммы Р^ ? Ч машина развивает вра-,при: щающии момент. При этом век-

а) 9=0; б) 9<0 торы £г и -Ос не совпадают и в

цепи машины возникает уравнительный ток. Его вектор почти совпадает с вектором напряжения сети, т. е. машина является потребителем электрической энергии (рис. 4.86). При увеличении нагрузки на валу синхронного двигателя будет увеличиваться и угол 6, а значит, и ток в статоре, и вращающий момент.

Достоинство синхронных двигателей в том, что они могут представлять собою емкостную нагрузку для сети. Такой двигатель повышает cos ф всего предприятия, компенсируя реактивную мощность других приемников энергии. Также достоинством синхронных двигателей является меньшая, чем у асинхронных, чувствительность к изменению напряжения питающей сети. У синхронных двигателей вращающий момент пропорционален напряжению сети в первой степени, тогда как у асинхронных - квадрату напряжения.

Синхронные двигатели выполняют преимущественно с явно выраженными полюсами и работают они в нормальном режиме при опережающем cos ф = 0,8. Синхронные двигатели возбуждают от возбудителя или от сети переменного тока через выпрямители.

Существенным недостатком синхронных двигателей является отсутствие у них пускового момента Для обеспечения пускового момента они снабжаются специальной обмоткой (пусковой), выполненной так же, как и короткозамкнутая обмотка асинхронного двигателя.

4.5. РАБОТА НАГРУЖЕННОГО СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

В установившемся режиме ротор синхронного двигателя вращается со скоростью п, равной скорости вращения магнитного поля.

Установившийся режим работы синхронного двигателя обеспечивается при равенстве электромагнитного (вращающего) момента Mbv, развиваемого двигателем тормозному моменту на валу Мтп-р, равного сумме момента нагрузки и момента холостого хода Ма, обусловленного потерями в двигателе при холостом ходе, т. е.

Вращающий момент синхронного двигателя с явно выраженными полюсами определяется следующим выражением:

= sin е -f (- - J-) sin 29,

2л/ Ха 2п/ 2 \ Xq Xdl

где т - число фаз обмотки статора; / - частота тока питающей сети; р - число пар полюсов машины; ха я Xq - синхронные реактивные сопротивления обмотки статора от потоков по продольной и поперечной осям; U - напряжение (фазное), подведенное к обмотке статора; 6 - угол между осями результирующего магнитного потока и потока полюсов.

С увеличением момента нагрузки М-ц на валу двигателя тормозной момент становится больше вращающего. Поэтому ротор, а следовательно, поле полюсов получит отрицательное ускорение и начнет перемешаться относительно поля статора, что увеличит угол 9 и вращающий момент. Угол О будет изменяться до тех пор, пока вращающий момент не станет равным тормозному.

Устойчивая работа синхронного двигателя возможна при (/Мвр/(/9>0, т. е. при изменении угла 0 от О до некоторого крити ческого значения 9к, соответствующего максимальному значению вращающего момента. Угол 9к равен примерно 70°. Дальнейший рост нагрузки (угла Q) уменьшает вращающий момент, что ведет к выпаданию двигателя из синхронизма и к его остановке.

Отношение максимального момента к номинальному называется перегрузочной способностью. Обычно перегрузочная способность синхронных двигателей Ммакс/-Мпом = 2-3.

Глава пятая.

Электрические машины постоянного тока

, .пс

I > П

5.1. УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Рис 51 Машина постоянного тока а) устройство, б) главный полюс

Электрическая машина постоянного тока состоит из неподвиж-иой части, назьшаемой статором и вращающейся части, называемой якорем. Статор (рис. 5!а) представляет собой цилиндрическую станину 1, па внутренней поверхности которой при помощи

болтов укреплены главные полюсы 2 и дополнительные полюсы 3. Станина являющаяся в машинах постоянного тока не только механической основой конструкции, но и магнитопроводом, отливается из стали.

Главный полюс (рис. 5.16) представляет собой электромагнит, создающий магнитный поток. Он состоит из сердечника 4, катушки возбуждения 5 и полюсного наконечника 6. В машинах небольшой мощности сердечники главных полюсов выполняются литыми, а полюсные наконечники набираются из отдельных пластин электротехнической стали. В машинах средней и большой мощности сердечники главных полюсов и полюсные наконечники выполняются как одно целое из отдельных листов электротехнической стали, что облегчает выполнение полюса, а также уменьшает потери энергии от вихревых тоюв в полюсных наконечниках.

Полюсной наконечник удерживает катушку возбул<дения на полюсе и обеспечивает равномерное распределение магнитного поля под полюсом Полюсному наконечнику придают такую форму, при которой воздушный зазор между полюсом и якорем одинаков по всей длине полюсной дуги. Катушки возбуждения icex главных полюсов соединяются последовательно, образуя обмотку возбуждения. Катушка возбуждения выполняется из медного изолированного провода. Добавочные полюсы устанавливаются в средних точках между главными полюсами и представляют собой сердечники с помещенными на них катушками. В машинах малой и сред-