Пуск синхронного двигателя

Предположим, что обмотка якоря синхронного двигателя подключена к сети трехфазного тока, обмотка возбуждения — к источнику постоянного тока, а ротор неподвижен. МДС обмотки якоря будет создано вращающееся магнитное поле, благодаря взаимодействию которого с проводниками ротора на последний будет действовать момент. Направление момента зависит от положения вращающегося поля относительно ротора и при вращении поля будет изменяться. Сказанное иллюстрируется рис. 11.14, где вращающееся поле якоря условно заменено вращающимся кольцевым магнитом, а ротор — постоянным магнитом. Независимо от числа полюсов синхронного двигателя при частоте сети 50 Гц направление момента, действующего на неподвижный ротор, изменяется 100 раз в секунду. Вследствии большой частоты изменения направления момента и значительной инерционности ротора последний не сможет прийти во вращение.

Если предварительно разогнать ротор до частоты вращения n, близкой к частоте вращения n ₀поля якоря, а затем подключить обмотку возбуждения к источнику постоянного тока, то под действием момента двигателя частота вращения ротора дополнительно возрастет и наступит равенство: n = n ₀. Ротор будет вращаться далее синхронно с полем якоря.

Рис. 11.14. К пояснению пуска синхронного двигателя

Рис. 11.15. Пусковая обмотка синхронного двигателя с явновыраженными полюсами ( а ) и его механическая характеристика ( б )

Для разгона синхронного двигателя используют так называемый асинхронный пуск синхронного двигателя. С этой целью ротор снабжают кроме обмотки возбуждения 1 (рис. 11.15, а) пусковой обмоткой. Последняя состоит из стержней 2, уложенных в пазы полюсных наконечников и замыкаемых с торцевых сторон накоротко сегментами 3. Пусковая обмотка подобна короткозамкнутой обмотке ротора асинхронного двигателя.

Пуск двигателя может быть произведен по схеме, изображенной на рис. 11.8, в следующем порядке. Обмотка ротора с помощью переключателя П замыкается на резистор r ₁, после чего обмотка якоря подключается к трехфазной сети. Разгон ротора синхронного двигателя, так же как и асинхронного, происходит за счет взаимодействия вращающегося поля якоря и проводников короткозамкнутой (пусковой) обмотки, в которой под действием индуктированных ЭДС возникают токи. Когда ротор разгонится до частоты вращения, близкой к частоте вращения поля якоря, обмотку возбуждения отключают от резистора и подключают к источнику постоянного тока. Для контроля частоты вращения ротора можно использовать амперметр А с нулем посредине шкалы, частота колебаний стрелки которого уменьшается по мере разгона ротора. Обмотку возбуждения подключают к резистору в период разгона ротора для того, чтобы предохранить ее изоляцию от пробоя недопустимо большим напряжением, которое может возникнуть на выводах обмотки при пуске двигателя.

Поскольку синхронный двигатель пускается как асинхронный, он имеет в период пуска свойства асинхронного двигателя, в частности механическую характеристику, изображенную на рис. 11.15, б. Как известно, чтобы можно было произвести пуск двигателя, должно быть выполнено соотношение М _п > М _с. Однако для пуска синхронного двигателя этого оказывается недостаточно. Установлено, что двигатель надежно входит в синхронизм, если подключение обмотки возбуждения к источнику постоянного тока происходит при скольжении s ≤ 0,05 (частота вращения n > 0,95 n ₀). Момент двигателя М _вх, соответствующий s = 0,05, называется входным. Для того чтобы двигатель мог разогнаться до скольжения s ≤ 0,05, должно быть выполнено, очевидно, условие М _вх > М _с.

Соотношения между пусковым, входным и номинальным моментами лежат для различных двигателей примерно в следующих пределах:

M _п/ M _ном = 0,7 ÷ 2,9; M _вх/ M _ном = 0,6 ÷ 2,3.

При необходимости ограничения пускового тока или пускового момента синхронного двигателя можно использовать те же способы, что в случае пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.