Регулирование скорости синхронных двигателей

После вхождения синхронного двигателя в синхронизм его скорость при изменениях момента нагрузки на валу до некоторого максимального значения остается постоянной и равной синхронной скорости.

Так как изменение числа пар полюсов у серийно выпускаемых двигателей не применяется, то частотное регулирование является практически единственным способом регулирования угловой скорости синхронных двигателей. Оно характеризуется в основном такими же показателями, что и частотное регулирование скорости асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Это регулирование плавное, двухзонное. Диапазон регулирования вверх от номинальной синхронной скорости ограничивается механической прочностью ротора, его балансировкой и качеством подшипников. Диапазон регулирования вниз от номинальной синхронной скорости может достигать значений и более с учетом абсолютной жесткости механических характеристик двигателя и обеспечения синусоидальности напряжения питания. Стабильность скорости высокая. Допустимая нагрузка при постоянном возбуждении и независимой вентиляции соответствует номинальному моменту.

Использование полупроводниковых преобразователей частоты открывает большие возможности в отношении формирования требуемых статических и переходных процессов частотно-регулируемых синхронных электроприводов.

В отличие от асинхронного короткозамкнутого двигателя, при частотном регулировании скорости синхронный двигатель обладает гремя каналами управления моментом: изменением тока возбуждения , изменением напряжения обмоток статора и изменением частоты напряжения обмоток статора.

Для явнополюсного синхронного двигателя может быть получено уравнение электромагнитного момен та, вывод которого дан в [20]:

(5.77).

Индекс j в уравнении (5.77) показывает изменение соответствующего параметра.

Пренебрегая второй составляющей электромагнитного момента в выражении (5.77), получим.

(5.78).

где А — постоянный коэффициент.

Если принять, что при частотном регулировании скорости синхронного двигателя запас устойчивости должен оставаться постоянным, то необходимо выполнение условия.

или.

(5.79).

где - угол поворота ротора синхронного двигателя при совместном изменении момента сопротивления , частоты напряжения обмоток статора , напряжения обмоток статора , потока возбуждения

Решим (5.78) относительно , получим:

(5.80).

Подставим (5.80) в (5.79): откуда.

(5.81).

Из выполнения условия (5.81) вытекают следующие законы частотного регулирования скорости синхронного двигателя:

• • . Регулирование скорости осуществляется при постоянной мощности. При данном способе регулирования при сниженных угловых скоростях синхронный двигатель обладает значительным максимальным моментом . Однако увеличение максимального момента при сниженных угловых скоростях сопровождается увеличением тока статора вследствие уменьшения реактивных сопротивлений машины. Способ регулирования может применяться при регулировании скорости вверх от номинальной ;
• • . Регулирование скорости производится при постоянном моменте. Закон регулирования применяется при независящей от угловой скорости механической характеристике производственного механизма, то есть при ;
• • Регулирование скорости производится при постоянной мощности () вниз от номинальной скорости ;
• • Регулирование скорости производится при вентиляторной нагрузке, то есть при

Механические характеристики производственных механизмов и электроприводов «преобразователь частоты-синхронный двигатель» для законов регулирования класса приведены на рис. 5.56.

Рис. 5.56. Механические характеристики производственных механизмов и электроприводов «преобразователь частоты-синхронный двигатель» .

Рассмотренные законы управления при частотном регулировании скорости синхронного двигателя справедливы только в первом приближении, особенно для явнополюсного синхронного двигателя, так как неучет реактивного электромагнитного момента приводит к значительным (до 20%) погрешностям механических свойств двигателя.

Синхронный двигатель обладает очень важным свойством — при подаче на статорные обмотки постоянного напряжения () он создаст тормозной момент при неподвижном роторе, обеспечивая механическую фиксацию ротора в заданном положении.