Устройство и принцип действия асинхронных электродвигателей

Синхронной электрической машиной называется машина переменного тока, в которой частота вращения ротора равна частоте вращения магнитного потока статора и, следовательно, определяется частотой тока сети , т.е.

(6.2)

где - число пар полюсов обмотки статора.

Синхронные двигатели в отличие от асинхронных двигателей имеют строго постоянную частоту вращения, не зависящую от нагрузки. Преимуществом синхронных двигателей является возможность регулирования их коэффициента мощности и коэффициента мощности электрической системы. Синхронные машины имеют еще одно весьма важное применение – в качестве синхронного компенсатора, дающего возможность улучшить коэффициент мощности электрической системы.

По своей конструкции синхронные машины подразделяются на явнополюсные и неявнополюсные. Статор синхронной машины имеет такое же устройство, как и статор асинхронной машины и называется якорем. Трехфазная обмотка якоря синхронной машины выполняется с таким же числом полюсов, как и ротор.

Рисунок 58 – Синхронный электродвигатель магистрального насоса нефтяного

Ротор синхронной машины имеет обмотку возбуждения, подключенную через два контактных кольца и щетки к источнику постоянного тока. Назначение обмотки возбуждения – создание в машине основного магнитного потока. Ротор вместе с обмоткой возбуждения называется индуктором.

Если ротор синхронной машины привести во вращение с частотой вращения и возбудить его, то поток возбуждения будет индуктировать в обмотке якоря ЭДС с частотой

(6.3)

ЭДС обмотки якоря составляют симметричную трехфазную систему и при подключении к обмотке якоря генератора симметричной нагрузки, эта обмотка нагрузится симметричной системой токов. Машина при этом будет работать в режиме генератора. При нагрузке обмотка якоря создает свое вращающееся магнитное поле, которое вращается в том же направлении, что и ротор с частотой

(6.4)

Рисунок 59 – Принципиальные конструкции синхронных машин: 1 - статор (якорь); 2 - ротор (индуктор); 3 - обмотка возбуждения

Поля якоря и ротора вращаются с одинаковой частотой и неподвижны друг относительно друга. Синхронная машина может работать и в качестве двигателя, если подвести к обмотке якоря трехфазный ток из сети. В этом случае в результате взаимодействия магнитных полей якоря и ротора, поле якоря увлекает за собой ротор. При этом ротор вращается в том же направлении, что и поле якоря.

На вал электродвигателя надевают два кольца, изолированных от него, к которым присоединяют выводы обмотки возбуждения ротора, их называют контактными кольцами. На контактные кольца устанавливают щетки, а к щеткам подводят постоянный ток от воз­будителя.

Чаще всего в качестве возбудителя применяют машину постоянного тока, которую называют машинным возбудителем, а в последнее время используют для возбуждения твердые или механические выпрямители.

У большего количества синхронных машин возбудитель расположен на одном валу с двигателем.

Рисунок 60 – Независимое возбуждение (слева) и самовозбуждение (справа) машины

При независимом возбуждении обмотка возбуждения питается от генератора постоянного тока с независимой обмоткой возбуждения, расположенного на валу ротора синхронного двигателя и вращающегося вместе с ним (большой мощности).

При самовозбуждении питание обмотки возбуждения осуществляется самим синхронным генератором через выпрямитель (малой и средней мощности).