Charakterystyki i właściwości rozruchowe silników synchronicznych

Charakterystyka mechaniczna silnika synchronicznego ma postać poziomej linii prostej, to znaczy jego prędkość obrotowa nie zależy od obciążenia (ryc. 1, a). Wraz ze wzrostem obciążenia rośnie kąt θ - kąt między wektorami napięcia sieciowego Uc a polem elektromagnetycznym uzwojenia stojana E0 (ryc. 1, b).

Ze schematu wektorowego można wyprowadzić wzór na moment elektromagnetyczny

M = (m1/ω1)(U1E0 / x1) sinθ,

gdzie m1 — liczba faz stojana; ω1 — prędkość kątowa pola stojana; U1 — napięcie stojana; E0 — SEM indukowane w uzwojeniu stojana; NS1 — rezystancja indukcyjna uzwojenia stojana; θ — kąt między wektorami sił magnesujących stojana i wirnika. Z tego wzoru wynika, że ​​​​moment zmienia się w zależności od obciążenia zgodnie z prawem sinusoidalnym (ryc. 1, c).
Kąt bez obciążenia θ = 0, tj. napięcie i emf są w fazie. Oznacza to, że pole stojana i pole wirnika pokrywają się w kierunku, to znaczy kąt przestrzenny między nimi wynosi zero.

Ryż. 1.Charakterystyki (a, b) i wykres wektorowy (6) silnika synchronicznego: I — prąd stojana; r1 — rezystancja czynna uzwojenia stojana; x1 — rezystancja indukcyjna tworzona przez prąd upływu i prąd twornika

Wraz ze wzrostem obciążenia moment obrotowy wzrasta i osiąga krytyczną wartość maksymalną przy θ = 80° (krzywa 1), którą silnik jest w stanie wytworzyć przy zadanym napięciu sieci i prądzie wzbudzenia.

Zwykle kąt nominalny θliczba (25 ≈ 30) °, który jest trzykrotnie mniejszy od wartości krytycznej, dlatego przeciążalność silnika wynosi Mmax / Mnom = 1,5 + 3. Większa wartość dotyczy silników z niejawnie zaznaczonymi biegunami wirnik, a mniejszy - z wyraźnymi. W drugim przypadku charakterystyka (krzywa 2) ma moment krytyczny przy θ = 65°, który jest spowodowany wpływem momentu biernego.

Aby nie synchronizować silnika podczas przeciążania lub zmniejszania napięcia sieciowego, możliwe jest chwilowe zwiększenie prądu wzbudzenia, czyli zastosowanie trybu wymuszonego.

Przy równomiernym obrocie uzwojenie początkowe nie wpływa na działanie silnika. Gdy zmienia się obciążenie, zmienia się kąt θ, czemu towarzyszy wzrost lub spadek prędkości. Następnie uzwojenie początkowe zaczyna pełnić rolę stabilizującą. Powstający w nim asynchroniczny moment obrotowy wygładza wahania prędkości obrotowej wirnika.

Silnik synchroniczny charakteryzuje się następującymi właściwościami początkowymi:

• Az* n = AzNS //Aznom — wielokrotność prądu rozruchowego płynącego przez stojan w początkowej chwili rozruchu;
• M * n = Mn / Mnom — wielokrotność momentu rozruchowego, która zależy od liczby prętów cewki rozruchowej i ich rezystancji czynnej;
• M * in = MVh / Mnom — zestaw wejściowego momentu obrotowego, jaki rozwija silnik w trybie asynchronicznym, zanim zostanie wciągnięty w synchronizację przy poślizgu s = 0,05;
• M * max = Mmax / Mnoy — zestaw maksymalnego momentu obrotowego w trybie synchronicznym silnika;
• U* n = Un • 100 /U1 — najniższe dopuszczalne napięcie stojana przy rozruchu,%.

Napęd elektryczny synchroniczny stosowany jest w instalacjach niewymagających częstego rozruchu i regulacji obrotów np. wentylatorów, pomp, sprężarek. Synchroniczny silnik elektryczny ma wyższą sprawność niż asynchroniczny, może pracować przy przewzbudzeniu, tj. z ujemnym kątem φ, a więc kompensacja mocy indukcyjnej inni użytkownicy.

Chociaż silnik synchroniczny ma bardziej złożoną konstrukcję, wymaga źródła prądu stałego i ma pierścienie ślizgowe, okazuje się, że jest bardziej opłacalny niż silnik indukcyjny, zwłaszcza do napędzania potężnych mechanizmów.