Электромеханические свойства явнополюсных синхронных двигателей

Основное большинство серийно выпускаемых синхронных двигателей выполняются с явнополюсным ротором, на котором размещена обмотка возбуждения. Питание обмотки возбуждения осуществляется через контактные кольца от источника постоянного напряжения, а трехфазная обмотка статора подключается к сети переменного напряжения. Двухфазная схема замещения такой машины [20] представлена на рис. 5.48.

Рис. 5.48. Схема включения двухфазного синхронного двигателя с явнополюсным ротором.

Как следует из рис. 5.48, обмотки фаз статора двухфазного синхронного двигателя питаются от двух источников переменного напряжения, фазы которых сдвинуты на 90 электрических градусов:

(5.73).

где - угловая частота питающего напряжения.

Обмотка возбуждения синхронного двигателя размещена на явнополюсном роторе, симметричном относительно оси ', и подключена к источнику постоянного напряжения

Уравнение угловой характеристики явнополюсного синхронного двигателя определяется уравнением.

(5.74).

где - индуктивное сопротивление обмотки статора синхронною двигателя по продольной оси d; - индуктивное сопротивление обмотки статора синхронного двигателя по поперечной оси .

Анализ уравнения (5.74) показывает, что электромагнитный момент синхронной явнополюсной машины состоит из двух составляющих, первая из которых представляет электромагнитный момент , возникающий в результате взаимодействия нолей статора и ротора, вторая составляющая — реактивный момент , возникающий из-за несиммстрии магнитной цепи машины и связанного с ней стремления ротора ориентироваться по оси поля статора. Вследствие явнополюсности машины энергия магнитного ноля максимальна при любом из двух возможных соосных с полем статора положений ротора, что и определяет зависимость реактивного момента от двойного угла . Угловая характеристика синхронной машины с явнополюсным ротором приведена на рис. 5.49. Анализ ее показывает, что увеличение угла вызывает на начальном участке рост электромагнитного момента, близкий к линейному. При номинальном электромагнитном моменте угол обычно составляет 20−30 градусов. Перегрузочная способность синхронной машины с явнополюсным ротором о. е. Реактивный момент синхронной машины с явнополюсным ротором увеличивает крутизну рабочего участка угловой характеристики и повышает перегрузочную способность двигателя.

Рис. 5.49. Угловая характеристика явнополюсного синхронного двигателя.

Явнополюсная синхронная машина развивает момент даже при отсутствии тока возбуждения — за счет реактивного момента. Это свойство синхронной машины легло в основу создания синхронных электроприводов без возбуждения на базе синхронных реактивных двигателей. У этих машин индуктивные сопротивления по продольным и поперечным осям различаются значительно, что и создает достаточный по величине реактивный момент на валу двигателя [6].

Пример 5.7. Рассчитать и построить угловую и механическую характеристики явнополюсного синхронного двигателя серии СДКП2−16−29−10КУХЛ4.

Технические данные двигателя:

• • номинальная мощность кВт;
• • номинальное линейное напряжение В;
• • номинальная частота вращения об/мин;
• • номинальный ток статора А;
• • номинальный КПД %;
• • номинальный коэффициент мощности cos ;
• • кратность пускового момента ;
• • перегрузочная способность двигателя по моменту
• • кратность момента, развиваемого двигателем в режиме асинхронного пуска при ;
• • кратность пускового тока ;
• • момент инерции ротора кг-м2;
• • индуктивное сопротивление обмотки статора по продольной оси d Ом;
• • индуктивное сопротивление обмотки статора по поперечной оси q Ом.

Решение. Найдем синхронную угловую скорость двигателя.

Определим номинальный момент двигателя.

Максимальный момент двигателя при номинальном напряжении питающей сети.

Номинальное фазное напряжение двигателя.

Номинальная фазная ЭДС двигателя.

Уравнение угловой характеристики явнополюсного синхронного двигателя (5.74).

Угловая характеристика явнополюсного синхронного двигателя в соответствии с полученным выражением представлена на рис. 5.50.

Анализ рис. 5.50 показывает, что номинальный момент Н м синхронный двигатель СДКП2−16−29−10КУХЛ4 развивает при номинальном угле сдвига рад (22,9 град.). Реактивная составляющая момента явнополюсного синхронного двигателя (кривая 1) соизмерима с активной составляющей (кривая 2) и существенно влияет на форму результирующей характеристики (кривая 3).

Рис. 5.50. Угловая характеристика явнополюсного синхронного двигателя СДКП2−16−29−10КУХЛ4.

Статическая механическая характеристика синхронного двигателя приведена на рис. 5.51.

Рис. 5.51. Статическая механическая характеристика синхронного двигателя.

Статическая механическая характеристика явнополюсного синхронного двигателя представляет собой прямую линию, параллельную оси абсцисс. Номинальный момент синхронного двигателя, момент с которым синхронный двигатель может долго работать без перегрева, составляет Мн = 7957,98 Нм. Максимальный момент двигателя при номинальном напряжении питающей сети Н•м.