Принцип действия синхронного двигателя основан на явлении притяжения разноименных полюсов двух магнитных полей — вращающегося поля статора и постоянного поля ротора. Вращающееся магнитное поле статора создается при питании обмоток статора от трехфазной сети.

Постоянное поле ротора создается постоянным током возбуждения, протекающим по обмотке возбуждения ротора. На рис.24,а полюсы N и S вращающегося магнитного поля статора показаны штриховкой. Они вращаются против часовой стрелки с частотой n₀.

При вращении поля статора с частотой n₀, полюсы ротора N₀ и S₀  будут вращаться также с частотой n₀ (произойдет «сцепление» этих полюсов с разноименными полюсами статора N и S).

В режиме идеального холостого хода (момент сопротивления отсутствует М_с=0) оси магнитных полей статора и ротора совпадают. При этом на полюсы ротора действуют радиальные силы F₁ и F₂, которые не создают вращающего момента.

Если к валу машины приложить механическую нагрузку, которая создает момент сопротивления М_с, ось ротора и его полюсов S₀, N₀ сместится в сторону отставания на угол q, который называется углом нагрузки (см.рис.24 ,б).

В данном случае вращающееся поле статора «ведет» за собой поле ротора и сам ротор. Тангенциальные составляющие F_t сил F создают вращающий момент М двигателя, который преодолевает момент сопротивления (М = М_с).

Полезно знать, что момент двигателя пропорционален напряжению сети (М º U_c); то есть синхронный двигатель, в отличие от синхронного двигателя, в меньшей степени зависит от колебаний питающего напряжения.

При неизменной величине напряжения сети максимальный момент двигателя зависит от тока возбуждения.

При увеличении момента сопротивления М_с угол нагрузки q увеличивается до некоторого предела, когда М_с>M_max, то угол нагрузки q станет больше 90°, режим двигателя будет неустойчивым. Вращающий момент двигателя начнет уменьшаться, ротор будет тормозиться, двигатель выйдет из синхронизма и может остановиться.

Выпадение машины из синхронизма недопустимое явление. Синхронные машины проектируют так, чтобы при номинальном режиме угол нагрузки не превышал 30°, а запас по моменту и активной мощности был не менее 1,65.
Механическая характеристика синхронного двигателя n=f(M) представлена на рис. 25

Синхронный двигатель позволяет регулировать реактивную мощность Q, потребляемую из сети, и улучшать коэффициент мощности cos j сети. При этом двигатель должен работать в режиме перевозбуждения (I_в>I_вном).

Существуют специальные машины (синхронные компенсаторы), предназначенные для выработки реактивной мощности, которая отдается в сеть и потребляется другими потребителями, например, асинхронными двигателями. Тем самым исключается необходимость передачи реактивной мощности по сети на большие расстояния от электрической станции и сокращаются потери мощности в сети, что повышает эффективность системы электроснабжения.

Синхронные компенсаторы имеют облегченную конструкцию, меньшие размеры и массу, так как работают вхолостую и загружены только реактивным током.

Дальше >
Основы электротехники >