7. Электропривод с синхронным двигателем

9.1 Схема замещения, основные уравнения и характеристики

По конструкции статор синхронного двигателя (СД) аналогичен статору асинхронного двигателя – на нем располагается трехфазная (m₁ = 3) обмотка, которая присоединяется к источнику трехфазного напряжения U₁. Ротор СД выполняется с двумя обмотками: обмоткой возбуждения постоянного тока и короткозамкнутой пусковой обмотки типа беличьей клетки.

Пусковая обмотка обеспечивает пусковую механическую характеристику, аналогичную механической характеристике асинхронного двигателя. Ее важным параметром является так называемый «входной момент» - момент, соответствующий скольжению s = 0.05 (или относительной скорости  /_о=0.95), при котором во время пуска обмотка возбуждения (для СД с электромагнитным возбуждением) подключается к источнику постоянного напряжения.

С

-E₁

j^.I^.X_c



U₁

I₁

А

В

I₁^.cos





E₁^.sin

a)

D

Рис. 9.1 Векторная диаграмма (а) и схема замещения (б) синхронного двигателя

Схема замещения и векторная диаграмма СД приведены на рис. 9.1.

Основными уравнениями синхронного двигателя являются:

• уравнение электрического равновесия фазы обмотки статора СД

U₁ = - E₁+ j^.I₁^.X_c , (9.1)

• потребляемая из сети активная мощность P₁ =m₁^.U₁^.I₁^.cos, (9.2)

• электромагнитная мощность и момент

Р_эм = М_эм^._о = m₁^.U₁^.E₁^.sin / X_c,

М_эм^. = m₁^.U₁^.E₁^.sin / (X_c^. _о) = M_max^.sin, (9.3)

где: Е₁= ^.f₁^.Ф_m^.W₁^.K_w1 – ЭДС, наводимая в статоре магнитным полем ротора, I₁ – фазный ток статора, X_c – индуктивное сопротивление взаимоиндукции статорной и роторной обмоток,

 - угол сдвига фаз напряжения U₁ и тока I₁,  - угол сдвига фаз напряжения U₁ и ЭДС Е₁,

М_мax = m₁^.U₁^.E₁/ (X_c^. _о)– максимальный электромагнитный момент, характеризующий перегрузочную способность СД, _о = 2^.^.f₁ / p – угловая скорость вращения магнитного поля.

К основным характеристикам СД следует отнести угловую характеристику активной мощности (момента) и U – образные характеристики, приведенные на рис. 9.2:

а)

б)

Рис. 9.2 Угловая характеристика (а) и U – образные характеристики (б) СД

Угловая характеристика представляет собой зависимость электромагнитного момента СД от угла сдвига  между ЭДС Е₁ и напряжением сети U₁ (см. рис.9.2 а) или, что то же самое, угол сдвига ( в электроградусах - _эл.гр.= р^.) между направлением магнитного поля и осью полюсов.

Перегрузочная способность СД характеризуется отношением максимального и номинального моментов и выбирается в интервале M_max / M_н = 1.8  2.5, в зависимости от характера нагрузки.