Принцип действия трехфазного синхронного электродвигателя

Подключим трёхфазную синхронную обмотку статора синхронного двигателя к трёхфазной сети (рис. 5.36). Так как фазы обмотки статора смещены в пространстве, а токи в трёхфазной сети сдвинуты по фазе на угол 120°, то токи обмотки статора создадут вращающееся магнитное поле с частотой п,. Предположим, что ротор за счет внешнего приводного двигателя был разогнан до частоты вращения п₂ = 0,95″, и внешний двигатель был отключен. В обмотку ротора двигателя подан ток возбуждения. Ток возбуждения ротора создает неподвижное относительно ротора магнитное поле. Вращающееся магнитное поле статора «захватывает» магнитное поле ротора и ускоряясь, начинает вращаться с частотой вращения магнитного поля статора п₂ = и,. Синхронная машина работает в режиме двигателя.

Магнитные поля токов ротора и статора, неподвижные относительно друг друга, образуют результирующее магнитное поле. При идеальном холостом ходе (момент нагрузки М_с = 0) ось результирующего магнитного поля будет совпадать с магнитной осью ротора, (угол 0 = 0).

Если к валу двигателя приложен момент сопротивления (М_с > 0), то ось магнитного поля ротора сместится относительно оси результирующего магнитного поля на угол в в сторону отставания, создается электромагнитный момент двигателя, увеличивающийся с увеличением угла в, который уравновесит момент сопротивления: М_т = М_с.

Таким образом, с увеличением механического момента сопротивления возрастает угол рассогласования в, увеличивается механическая мощность на валу двигателя и электроэнергия, потребляемая им из сети. При этом частота вращения ротора будет оставаться постоянной и равной частоте вращения магнитного поля статора и,.

Результирующее магнитное поле синхронного двигателя (потоком рассеяния статорной обмоткой пренебрегаем) индуцирует ЭДС во всех трех фазах обмотки статора. Для качественного рассмотрения процессов в синхронной машине примем, что ее магнитная цепь не насыщена. Синусоидально изменяющийся магнитный поток Ф (/) результирующего магнитного поля, пересекаясь с фазой обмотки статора, индуцирует в ней результирующую ЭДС е:

где е₀ — ЭДС, обусловленная действием магнитного поля ротора; е_а — ЭДС, обусловленная действием магнитного поля статора.

Уравнение (5.36) в комплексной форме имеет вид:

Для одной фазы обмотки статора двигателя, исходя из второго закона Кирхгофа, можно записать уравнение:

где Я — активное сопротивление фазы обмотки статора; I — ток в обмотке статора.

Заменим ЭДС Е_а падением напряжения на индуктивном сопротивлении х обмотки статора.

Величина х называется синхронным индуктивным сопротивлением.

В синхронных машинах обычно Я «х. Пренебрегая членом Я1 в уравнении (5.38), получим упрощенное уравнение электрического состояния фазы синхронного двигателя