Тема механическая и угловая характеристика синхронных машин

ТЕМА Механическая и угловая характеристика синхронных машин

Синхронные двигатели начинают широко внедрять в строительное производство, применяя их для привода машин средней и большой мощности, не требующих регулирования скорости: компрессоров, насосов, камнедробилок, экскаваторов.
Синхронный двигатель имеет неизменную скорость вращения, поэтому его механическая характеристика представляет прямую линию, параллельную оси абсцисс. В квадранте координатной системы она характеризует двигательный, а в квадранте — генераторный режим
Синхронный двигатель обладает абсолютно жесткой механической характеристикой. Однако его момент не может иметь беспредельно большого значения. При некотором предельном или максимальном значении нагрузочного момента синхронный двигатель выходит из устойчивой синхронной работы и останавливается.
Синхронный двигатель может работать и генератором с отдачей энергии в сеть при синхронной скорости, когда нагрузочный момент на его валу будет иметь отрицательное значение. Такой режим используется в сетевых двигателях преобразовательной группы системы Г—Д. Для целей торможения такой режим практического значения не имеет, поскольку при этом нельзя получить снижения скорости.
Торможение синхронных двигателей противовключе-нием практически не применяется из-за больших толчков тока и усложненной аппаратуры управления. Вместо этого обычно применяют динамическое торможение.
При динамическом торможении синхронного двигателя к кольцам ротора подводится постоянный ток, а обмотка статора замыкается на сопротивление. Механические характеристики синхронного двигателя в этом режиме будут подобны характеристикам асинхронного двигателя при динамическом торможении.
Механическая и угловая характеристики синхронных двигателей
Скорость вращения синхронного двигателя при работе в уста­новившемся режиме независимо от нагрузки на валу остается строго постоянной (при неизменной частоте тока) и равна синхронной скорости, рад/с
Поэтому механическая характеристика его имеет вид пря­мой линии, параллельной оси абсцисс
Однако при пульсации нагрузки на валу двигателя в уста­новившемся режиме имеют место колебания мгновенной ско­рости вследствие изменения угла θ между напряжением и э. д. с. синхронной машины.
Из теории электрических машин известно, что синхронный двигатель (СД) имеет трехфазную обмотку статора, на которую подается трехфазный ток, создающий вращающееся магнитное поле, подобно АД. На роторе имеются две обмотки: пусковая (демпферная) и обмотка возбуждения, на которую подается постоянный ток. В синхронном режиме ротор вращается со скоростью магнитного поля статора, то есть синхронно с ним.
Синхронные двигатели большой мощности (200 кВт и выше) дешевле асинхронных и обладают, кроме того, компенсационными свойствами. В последнее время в связи с развитием силовой полупроводниковой техники, в частности частотных преобразователей, стало возможным применять СД в регулируемых приводах.
Различают СД с неявнополюсными роторами при скорости Si 500 об/мин и явнополюсными роторами при частотах вращения 1000 об/мин и менее (до 100 об/мин).
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ В СИНХРОННОМ ДВИГАТЕЛЕ
Принципиальная электрическая схема синхронной машины с обмоткой возбуждения и демпферной обмоткой приведена на рисунке 2.39. Там же показано направление потоков мощности.
Обмотка статора трехфазная, аналогична статорной обмотке асинхронного двигателя. При подаче трехфазного напряжения на
Принципиальная схема (а), энергетическая диаграмма (б) и схема включения (в) синхронного двигателя
Зависимость вращающего момента М от угла Э, называе­мая угловой характеристикой синхронного двигателя, приведена на рис. 3.6, б. При изменении угла Э от 0 до 90° (электриче­ских градусов) вращающий момент возрастает до Мтах. При изменении угла от 90 до 180° — момент уменьшается от Мтах до нуля. Таким образом, устойчиво двигатель может работать при углах θ от 0 до 90°. При увеличении угла θ свыше 90° вра­щающий момент уменьшается, двигатель выпадает из синхро­низма и останавливается. Номинальному моменту двигателя соответствует угол θном = 20÷30°. При этом угле Мтах/Мном= = 2÷2,5.
Синхронные двигатели широко применяют в горной про­мышленности для приводов компрессоров, вентиляторов и пре­образовательных агрегатов подъемных установок и экскава­торов