Принцип дії трифазних синхронних двигунів

При вмиканні в мережу трифазної обмотки статора в синхронній машині виникає обертове магнітне поле, частота обертання якого n1 пропорційна частоті струму в мережі f1:

n1 = f160/p.

Принцип дії синхронного двигуна розглянемо на прикладі моделі, що являє собою дві розділенні повітряним проміжком системи полюсів: зовнішню і внутрішню (рис. 6.1). внутрішня система (ротор) розташована на валу і може обертатися.

image002

Рис. 6.1. Синхронний двигун. Рис. 6.2. а) нерухома система полюсів

б) полюси обертаються з невеликою частотою

Якщо зовнішня система полюсів нерухома, то завдяки силам взаємного притягання внутрішня система розташовується так, що її полюси будуть знаходитися під полюсами зовнішньої системи протилежної полярності. При цьому сили, які діють на полюси внутрішньої магнітної системи image004, не будуть створювати електромагнітного моменту (рис. 6.2, а), так як вони напрямлені по вісі полюсів.

Якщо ж зовнішню систему полюсів обертати з невеликою частотою n1, то в початковий момент зовнішня система зміститься відносно внутрішньої системи на деякий кут q (рис. 6.2, б). В результаті сила image006 також повернеться відносно вісі полюса ротора. Тепер цю силу можна розглядати як суму двох складових: image008 при цьому нормальна складова image010буде напрямлена по вісі полюса ротора, а тангенціальна складова image012, напрямлена перпендикулярно вісі полюса ротора, створить обертовий момент. Сукупність сил image013, що діють на всі полюси ротора (внутрішньої системи), створить електромагнітний момент М, який приведе ротор в обертання з синхронною частотою n1. Таким чином, внутрішня система полюсів буде обертатися синхронно з зовнішньою системою.

Трифазний синхронний двигун відрізняється від розгляненої моделі тим, що замість зовнішньої системи полюсів в ньому є статор з обмоткою, яка при вмиканні в мережу створює обертове магнітне поле з тією ж кількістю полюсів, що і на роторі. Завдяки магнітному зв’язку цього поля з полюсами ротора виникає електромагнітний момент. В результаті електрична енергія, яка поступає з мережі в обмотку статора синхронного двигуна, перетворюється в механічну енергію обертання ротора.

Ротор синхронного двигуна може обертатися лише з частотою, рівною частоті обертання поля статора. Дійсно, якщо припустити, що ротор двигуна обертається з частотою, що відрізняється від частоти обертання поля статора, то в деякі моменти часу полюси ротора будуть знаходитися під однойменними полюсами поля статора, що приведе до зникнення тангенційних складових сил image014, що створюють електромагнітний момент. А в окремі моменти часу сили image015 будуть набувати напрямок, при якому електромагнітний момент виявиться напрямленим в бік, протилежний напрямку обертання поля статора. В результаті ротор обертатися не буде.

Властивість синхронних двигунів працювати з синхронною частотою являється їх особливістю і перевагою в порівнянні з двигунами інших типів. За конструкцією синхронні двигуни принципово не відрізняються від синхронних генераторів з демпферною обмоткою на полюсах.

Велике розповсюдження в системах автоматики отримали синхронні двигуни, у яких полюси ротора збуджуються постійними магнітами. Такі двигуни не потребують постійного струму для збудження, мають більш високий ККД (через відсутність втрат на збудження) і надійніші в експлуатації, так як не мають контактних кілець і щіток.

Васюра А.С. – книга “Електромашинні елементи та пристрої систем управління і автоматики” частина 2

Оставьте комментарий к статье