5. 2. Режимы работы синхронного двигателя

Поскольку синхронный двигатель имеет в синхронном ре­жиме одну рабочую скорость, то пуск этих двигателей осуществ­ляется в асинхронном режиме. Для этого в конструкции ротора предусмотрена короткозамкнутая обмотка, конструкция которой аналогична клетке ротора асинхронного короткозамкнутого дви­гателя. В синхронных двигателях со скоростью вращения 3000 об/мин ротор имеет массивную конструкцию, и роль пусковой клетки играет само тело ротора. При разгоне до подсинхронной скорости двигатель работает как асинхронный короткозамкнутый с механической характеристикой 2 (см. рис.3.25). По достижении подсинхронной скорости (точка а), которая должна быть не ме­нее чем 0,95 ω₀, в обмотку возбуждения подается постоянный ток, и двигатель втягивается в синхронизм, переходя на работу в точке б, соответствующей синхронному режиму.

При работе в установившемся режиме с синхронной скоро­стью ток в пусковой клетке не протекает. Пусковая клетка ротора рассчитывается на кратковременный режим работы, и длительная (свыше 20–З0с) работа в асинхронном режиме недопустима.

Кроме обеспечения режима пуска, пусковая клетка играет роль демпферной обмотки, стабилизируя переходные процессы при работе двигателя в синхронном режиме.

Синхронные двигатели промышленного назначения имеют электромагнитное возбуждение от независимого источника по­стоянного тока, в качестве которого используются: генераторы постоянного тока (возбудители), которые могут располагаться на одном валу с синхронным двигателем (рис.3.28,б) или приво­диться во вращение отдельным двигателем (рис.3.28,а), тиристорные управляемые выпрямители, которые могут получать питание от промышленной сети (рис.3.28,в), либо от специально­го генератора переменного тока, располагаемого на одном валу с синхронным двигателем. В последнем случае (рис.3.28,г) полу­проводниковые выпрямители располагаются на роторе синхрон­ной машины (система с вращающимися выпрямителями), вслед­ствие чего не требуются щетки и кольца для подвода тока к об­мотке возбуждения, т.е. синхронная машина становится бескон­тактной.

Во время разгона, когда двигатель работает в асинхронном режиме, возбудитель может быть подключен к обмотке ротора при снятом напряжении возбудителя (схема с глухоподключенным возбудителем), а может быть отключен от обмотки возбуж­дения контактором КМ (см., например, схемы рис.3.23 и 3.28). В последнем случае обмотка возбуждения замыкается на сопротив­ление или замыкается накоротко. Оставлять концы обмотки возбуждения во время разгона разомкнутыми нельзя, т.к. в обмотке при больших скольжениях наводится значительная э.д.с. скольжения.

При использовании в качестве возбудителя тиристорного преобразователя или вращающихся выпрямителей во время пуска обмотка возбуждения закорачивается через шунтирующие тири­сторы.

Рассмотрим схему рис.3.28,в. При пуске двигателя в асин­хронном режименапряжение тиристорного преобразователя UD равно нулю. В обмотке возбуждения индуктируется переменная э.д.с. скольжения, под действием которой через стабилитроны VS открываются вспомогательные тиристоры У8, и обмотка воз­буждения закорачивается на разрядное сопротивление R. Когда двигатель достигает подсинхронной скорости, э.д.с. скольжения становится малой, стабилитроны запираются, и тиристоры VS отключают разрядное сопротивление, после чего в обмотку воз­буждения подается постоянный ток от преобразователя UD.

В последние годы получили распространение возбудители, встроенные в конструкцию синхронной машины (рис.3.28,г). Возбудитель состоит из синхронного генератора G, ротор которо­го расположен на валу синхронного двигателя М, неуправляемо­го выпрямителя, вспомогательных тиристоров VS и разрядных сопротивлений R₂ и R₃, также размещенных на валу синхронного двигателя. Регулирование тока возбуждения производится изме­нением тока возбуждения возбудителя G. По достижении подсинхронной скорости цепи, шунтирующие обмотку возбуждения, размыкаются и в обмотку подается постоянный ток, после чего двигатель втягивается в синхронизм, его скорость достигает син­хронной, и в дальнейшем он работает в синхронном режиме.

Рис.3.28. Схемы возбуждения синхронного двигателя