Принцип действия и достоинства синхронных электродвигателей

Синхронные двигатели широко используются в промышленных условиях в качестве электроприводов, которые работают с постоянной скоростью.

Примером распространения синхронных двигателей является широко применяемый на предприятиях высоковольтный компрессор (6 – 10 кВ) с двигателем большой мощности.

В качестве ещё одного примера широкого распространения синхронных двигателей можно упомянуть приводы насосов большой мощности, предназначенные для продолжительного режима работы. Кроме двигателей большой мощности, массовое распространение заслужили так же и синхронные двигатели малых мощностей, используемые в часах, бытовой технике и прочих приборах.

Синхронный двигатель работает по принципу взаимодействия полюсов индуктора (постоянные магнитные поля) и вращающегося якоря (переменное магнитное поле). Как правило, индуктор располагается на роторе, а якорь на статоре. Роль полюсов в мощных двигателях досталась электромагнитам (ток на ротор поступает через скользящий контакт), а в двигателях малой мощности – постоянным магнитам. Исключительно благодаря конструкции ротора синхронные электродвигатели существенно отличаются от асинхронных.

Двигателю необходимо разогнаться до номинального значения скорости, чтобы он смог продолжить работу самостоятельно. При таких значениях скорости магнитные поля полюсов индуктора сцепляются с вращающимся магнитным полем якоря – происходит «вхождение в синхронизм».

Чтобы разогнать синхронный двигатель применяется асинхронный режим, где обмотки индуктора замыкаются с помощью реостата или накоротко. При наборе номинальной скорости индуктор дальше запитывается постоянным током при помощи выпрямителя.

Двигатели, оборудованные постоянными магнитами, разгоняются при помощи внешнего разгонного двигателя (как правило, асинхронного). В таком случае в составе асинхронного двигателя должно использоваться устройство плавного пуска.

Созданы также и комбинированные варианты. В них на ротор, совместно с постоянными и электрическими магнитами, устанавливаются короткозамкнутые обмотки. Порой на вал устанавливаются небольшие генераторы постоянного тока, которые питают электромагниты.

Помимо всего прочего используется и частотный пуск – частота якоря постепенно увеличивается от минимальных до номинальных значений. Возможно использование и противоположного варианта – частота индуктора понижается от номинального значения до нулевого, т.е. до постоянного тока.

Достоинства, которыми обладают синхронные двигатели:
Синхронный двигатель обладает более сложной структурой, нежели асинхронный, благодаря чему у него есть ряд преимуществ, которые позволяют использовать его вместо асинхронного. Основное достоинство синхронного двигателя – возможность достижения оптимального режима при наличии реактивной энергии. Процесс оптимизации режима осуществляется за счет автоматической регулировки тока возбуждающего двигатель. Синхронный двигатель может обходиться без потребления реактивной энергии, при этом, не отдавая её в сеть, при условии, что коэффициент мощности равняется единице. В подобных условиях синхронный двигатель во время работы нагружает сеть исключительно активным током. Именно поэтому обмотка статора у синхронного двигателя рассчитана исключительно на активный ток (обмотка асинхронного двигателя рассчитана как на активный, так и на реактивный токи). Благодаря этому при одинаковых значениях номинальной мощности размеры синхронного двигателя уступают габаритам асинхронного, а вот К.П.Д. синхронного двигателя оказывается большим, в сравнении с асинхроным.

Синхронные двигатели обладают меньшей чувствительностью к возможным колебаниям напряжения сети, нежели асинхронные. Максимальный момент синхронного двигателя является пропорциональным имеющемуся напряжению сети, а критический момент асинхронного двигателя тем самым пропорционален напряжению в квадрате.

Синхронные двигатели обладают высокой перегрузочной способностью. Так же, перегрузочную способность синхронного двигателя можно увеличить, если повысить ток возбуждения – к примеру, если резко кратковременно повысить нагрузку на валу двигателя. Скорость, с которой вращается синхронный двигатель, не изменяется, если нагрузка на валу не превышает перегрузочной способности.