Синхронні двигуни

Синхронний двигун — це двигун, у якого ротор зазвичай обертається з тією ж швидкістю, що й обертове поле в машині. Статор схожий на статор асинхронної машини, що складається з циліндричної залізної рами з обмотками, зазвичай трифазними, розташованими в прорізах по внутрішній периферії. Різниця полягає в роторі, який зазвичай містить ізольовану обмотку, з’єднану через контактні кільця або іншим способом з джерелом постійного струму (побачитифігура).

Принцип роботи синхронного двигуна можна зрозуміти, розглянувши обмотки статора, підключені до трифазного джерела змінного струму. Дія струму статора полягає у створенні магнітного поля, що обертається на 120f/pобертів за хвилину для частотиfгерц і заpполюси. Постійний струм в ap-полюсна обмотка поля на роторі також створює магнітне поле, що обертається зі швидкістю ротора. Якщо швидкість ротора дорівнює швидкості поля статора і немає крутного моменту навантаження, ці два магнітні поля прагнуть вирівнятися одне з одним. У міру застосування механічного навантаження ротор повертається на кілька градусів назад відносно обертового поля статора, розвиваючи крутний момент і продовжуючи притягуватися цим обертовим полем. Кут між полями збільшується зі збільшенням моменту навантаження. Максимальний доступний крутний момент досягається, коли кут, на який поле ротора відстає від поля статора, становить 90 градусів. Застосування більшого моменту навантаження призведе до зупинки двигуна.

Однією з переваг синхронного двигуна є те, що магнітне поле машини може бути створено постійним струмом в обмотці збудження, так що обмотки статора повинні забезпечувати лише компонент потужності струму в фазі з прикладеною напругою статора, тобто двигун може працювати при одиничному коефіцієнті потужності. Ця умова мінімізує втрати і нагрів в обмотках статора.

Синхронний двигун, який має лише обмотку збудження, що переносить постійний струм, не запускатиметься самостійно. За будь-якої швидкості, відмінної від синхронної, його ротор буде відчувати коливальний момент нульового середнього значення, оскільки обертове магнітне поле неодноразово проходить повз повільніше рухомий ротор. Зазвичай до ротора додається короткозамкнена обмотка, подібна до обмотки асинхронної машини, щоб забезпечити пусковий момент. Двигун запускається при повній або зниженій напрузі статора і доводиться до приблизно 95 відсотків синхронної швидкості, зазвичай із короткозамкненою обмоткою збудження для захисту від надмірної індукованої напруги. Потім подається струм поля, і ротор синхронізується з полем, що обертається.