В отличие от асинхронного двигателя частота вращения
синхронного двигателя
постоянная при различных нагрузках. Синхронные двигатели
находят применение для привода машин постоянной скорости (насосы, компресоры,
вентиляторы).
В статоре синхронного электродвигателя
размещается обмотка, подключаемая к сети трехфазного тока и образующая вращающееся
магнитное поле. Ротор двигателя состоит из сердечника с обмоткой возбуждения.
Обмотка возбуждения через контактные кольца подключается к источнику постоянного
тока. Ток обмотки возбуждения создает магнитное поле, намагничивающее ротор.
Роторы синхронных машин могут быть явнополюсными (с
явновыраженными полюсами) и неявнополюсными (с неявновыраженными полюсами). На
рис. 12.10а изображен сердечник 1 явнополюсного ротора с выступающими полюсами.
На полюсах размещены катушки возбуждения 2. На рисунке 12.10б изображен неявнополюсной
ротор, представляющий собой ферромагнитный цилиндр 1. На поверхности ротора в
осевом направлении фрезеруют пазы, в которые укладывают обмотку возбуждения 2.
Рис. 12.10
Рассмотрим принцип работы синхронного двигателя на модели
(рис. 12.11). 
Рис. 12.11 | Вращающееся
магнитное поле статора представим в виде магнита 1. Намагниченный ротор изобразим
в виде магнита 2. Повернем магнит 1 на угол α. Северный магнитный полюс
магнита 1 притянет южный полюс магнита 2, а южный полюс магнита 1 - северный полюс
магнита 2. Магнит 2 повернется на такой же угол α. Будем вращать магнит
1. Магнит 2 будет вращаться вместе с магнитом 1, причем частоты вращения обоих
магнитов будут одинаковыми, синхронными,
n2 = n1.
|
Синхронный двигатель, на роторе
которого отсутствует обмотка возбуждения, называется синхронным реактивным двигателем.
Ротор синхронного реактивного двигателя изготавливается
из ферромагнитного материала и должен иметь явновыраженные полюсы. Вращающееся
магнитное поле статора намагничивает ротор. Явнополюсный ротор имеет неодинаковые
магнитные сопротивления по продольной и поперечной осям полюса. Силовые линии
магнитного поля статора изгибаются, стремясь пройти по пути с меньшим магнитным
сопротивлением. Деформация магнитного поля вызовет, вследствие упругих свойств
силовых линий, реактивный момент, вращающий ротор синхронно с полем статора.
Если к вращающемуся ротору приложить тормозной момент,
ось магнитного поля ротора повернется на угол θ относительно оси магнитного
поля статора.
С увеличением нагрузки этот угол
возрастает. Если нагрузка превысит некоторое допустимое значение, двигатель остановится,
выпадет из синхронизма.
У синхронных двигателей
отсутствует пусковой момент. Это объясняется тем, что электромагнитный вращающий
момент, воздействующий на неподвижный ротор, меняет свое направление два раза
за период Т переменного тока. Из-за своей инерционности, ротор не успевает тронуться
с места и развить необходимое число оборотов.
В настоящее время применяется асинхронный пуск синхронного двигателя. В пазах
полюсов ротора укладывается дополнительная короткозамкнутая обмотка.
Вращающее магнитное поле статора индуктирует в короткозамкнутой
пусковой обмотке вихревые токи. При взаимодействии этих токов с магнитным полем
статора образуется асинхронный электромагнитный момент, приводящий ротор во вращение.
Когда частота вращения ротора приближается к частоте вращения статорного поля,
двигатель втягивается в синхронизм и вращается с синхронной скоростью. Короткозамкнутая
обмотка не перемещается относительно поля, вихревые токи в ней не индуктируются,
асинхронный пусковой момент становится равным нулю.