В отличие от асинхронного двигателя частота вращения
синхронного двигателя
постоянная при различных нагрузках. Синхронные двигатели находят применение
для привода машин постоянной скорости (насосы, компресоры, вентиляторы).
В статоре синхронного электродвигателя размещается обмотка,
подключаемая к сети трехфазного тока и образующая вращающееся магнитное поле. Ротор двигателя
состоит из сердечника с обмоткой возбуждения. Обмотка возбуждения через контактные кольца
подключается к источнику постоянного тока. Ток обмотки возбуждения создает магнитное поле,
намагничивающее ротор.
Роторы синхронных машин могут быть явнополюсными
(с явновыраженными
полюсами) и неявнополюсными (с неявновыраженными полюсами). На рис. 12.10а изображен сердечник 1
явнополюсного ротора с выступающими полюсами. На полюсах размещены катушки возбуждения 2.
На рисунке 12.10б изображен неявнополюсной ротор, представляющий собой ферромагнитный цилиндр 1.
На поверхности ротора в осевом направлении фрезеруют пазы, в которые укладывают обмотку
возбуждения 2.

Рис. 12.10
Рассмотрим принцип работы синхронного двигателя на модели (рис. 12.11).

Рис. 12.11 |
Вращающееся магнитное поле статора представим в виде магнита 1. Намагниченный ротор изобразим в
виде магнита 2. Повернем магнит 1 на угол α. Северный магнитный полюс магнита 1 притянет
южный полюс магнита 2, а южный полюс магнита 1 - северный полюс магнита 2. Магнит 2 повернется на
такой же угол α. Будем вращать магнит 1. Магнит 2 будет вращаться вместе с магнитом 1,
причем частоты вращения обоих магнитов будут одинаковыми, синхронными,
n2 = n1. |
Синхронный двигатель, на роторе которого отсутствует обмотка
возбуждения, называется синхронным реактивным двигателем.
Ротор синхронного реактивного двигателя изготавливается из
ферромагнитного материала и должен иметь явновыраженные полюсы. Вращающееся магнитное поле статора
намагничивает ротор. Явнополюсный ротор имеет неодинаковые магнитные сопротивления по продольной и
поперечной осям полюса. Силовые линии магнитного поля статора изгибаются, стремясь пройти по пути с
меньшим магнитным сопротивлением. Деформация магнитного поля вызовет, вследствие упругих свойств
силовых линий, реактивный момент, вращающий ротор синхронно с полем статора.
Если к вращающемуся ротору приложить тормозной момент, ось
магнитного поля ротора повернется на угол θ относительно оси магнитного поля статора.
С увеличением нагрузки этот угол возрастает. Если нагрузка превысит
некоторое допустимое значение, двигатель остановится, выпадет из синхронизма.
У синхронных двигателей отсутствует пусковой момент. Это объясняется
тем, что электромагнитный вращающий момент, воздействующий на неподвижный ротор, меняет свое
направление два раза за период Т переменного тока. Из-за своей инерционности, ротор не успевает
тронуться с места и развить необходимое число оборотов.
В настоящее время применяется асинхронный пуск синхронного
двигателя. В пазах полюсов ротора укладывается дополнительная короткозамкнутая обмотка.
Вращающее магнитное поле статора индуктирует в короткозамкнутой
пусковой обмотке вихревые токи. При взаимодействии этих токов с магнитным полем статора образуется
асинхронный электромагнитный момент, приводящий ротор во вращение. Когда частота вращения ротора
приближается к частоте вращения статорного поля, двигатель втягивается в синхронизм и вращается с
синхронной скоростью. Короткозамкнутая обмотка не перемещается относительно поля, вихревые токи в
ней не индуктируются, асинхронный пусковой момент становится равным нулю.