Электрические машины постоянного тока

Индуктор состоит из полюсов – электромагнитов постоянного тока или постоянных магнитов. Индукторы  (роторы)  синхронных машин имеют две различные конструкции: явнополюсную  (рис. 5.2) или неявнополюсную  (nonsalient  rotor)

Явнополюсная конструкция отличается тем, что полюса ярко выражены и имеют конструкцию, схожую с полюсами машины постоянного тока. При неявнополюсной конструкции обмотка возбуждения укладывается в пазы сердечника индуктора, похожие на обмотку роторов асинхронных машин с фазным ротором, с той лишь разницей, что между полюсами оставляется место, незаполненное проводниками. Неявнополюсные конструкции применяются в быстроходных машинах, чтобы уменьшить механическую нагрузку на полюса.

5.3 Принцип работы синхронного  двигателя  

Принцип действия синхронного двигателя  основан на взаимодействии вращающегося переменного магнитного поля якоря и постоянных магнитных полей полюсов индуктора. Обычно якорь расположен на статоре, а индуктор - на роторе. В мощных двигателях в качестве полюсов используются электромагниты (ток на ротор подаётся через скользящий контакт), в маломощных - постоянные магниты. 

5.4 Синхронный генератор 

В синхронных генераторах якорем является статор, а индуктором - ротор. В индуктор через щётки подают постоянный ток, внешний приводной механизм (турбина или вспомогательный двигатель)  вращает ротор, тем самым создавая вращающееся магнитное поле, под действием которого в якоре индуцируется переменный ток, который отдаётся в сеть.

5.5 Пуск синхронного двигателя 

Возможны следующие способы пуска синхронного двигателя: пуск от вспомогательного двигателя, асинхронный пуск и частотный пуск от устройства плавного пуска.

5.5.1 Пуск от вспомогательного  двигателя. Синхронный  двигатель не может сам запускаться, он  требует разгона до номинальной скорости  (rated  speed)  вращения, прежде чем сможет работать самостоятельно. При номинальной скорости вращающееся магнитное поле якоря сцепляется с магнитными полями полюсов индуктора -  это называется "вхождение в синхронизм". Для разгона до номинальной скорости обычно используется дополнительный двигатель (чаще всего асинхронный).

5.5.2 Асинхронный пуск синхронного  двигателя. Производится присоединением статора к сети. Двигатель разгоняется как асинхронный до скорости вращения, близкой к синхронной. В процессе асинхронного пуска обмотка возбуждения замыкается на разрядное сопротивление, чтобы избежать пробоя обмотки возбуждения при пуске, так как при малой скорости ротора в ней могут возникнуть значительные перенапряжения. При скорости вращения, близкой к синхронной, обмотка возбуждения отключается от разрядного сопротивления и подключается к якорю возбудителя. Пуск заканчивается.

5.5.3 Устройство плавного пуска. При частотном пуске частоту тока якоря постепенно  увеличивают от очень малых до номинальных величин.

Пуском и синхронизацией синхронного электродвигателя управляет  система ECS (Excitation Control System  - система  управления возбуждением).

Система ECS замыкает выходной выключатель MBM для электродвигателя и передает сигнал ПУСК в устройство управления преобразователем.

Устройство управления преобразователем запускает все вспомогательные устройства и проверяет правильность работы.

Приняв все сигналы, оповещающие  о выполнении  необходимых проверок, устройство управления преобразователем замыкает входной выключатель MBC, подключенный к преобразовательному  трансформатору, и разгоняет электродвигатель - согласно предварительно установленной кривой крутящего момента разгона - приблизительно до 95 % от номинальной скорости.

С этого момента блок параллельной работы в системе ECS берет на себя управление скоростью и линейно изменяет заданное значение скорости, пока выходная частота и фазовый угол преобразователя не станут равны частоте и фазовому углу в линии.

Как только эта точка  достигнута, блок параллельной работы замыкает главный выключатель электродвигателя MBL для работы на фиксированной скорости непосредственно по линии. Одновременно с замыканием этого выключателя (MBL) ток вставки постоянного тока преобразователя доводится до нуля, импульсы инвертора блокируются, выключатель МВМ размыкается.

Вследствие того, что  преобразователь полностью в  работе, пока электродвигатель работает по линии, нет почти никакого никаких бросков пускового тока элек-тродвигателя и поэтому нет никаких пиков крутящего момента.

Если электродвигатель выходит из синхронизации, например из-за кратковременного понижения напряжения в линии, устройство плавного пуска способно "захватить" электродвигатель снова на любой скорости, разогнать его и синхронизировать по линии.

5.6 Преимущества синхронного  двигателя 

Синхронный двигатель несколько  сложнее, чем асинхронный, но обладает рядом преимуществ, что позволяет применять его в ряде случаев вместо асинхронного двигателя. К таким преимуществам относятся:

-  возможность работы двигателя с опережающим  коэффициентом мощности cosφ (power  factor), благодаря чему происходит компенсация реактивной мощности предприятия;

- меньшая чувствительность к  колебаниям напряжения в сети;

- высокая перегрузочная  способность.