Пуск синхронных двигателей с явнополюсным ротором с электромагнитным возбуждением

Пуск синхронного двигателя непосредственным включением в сеть невозможен, т.к. ротор из-за своей значительной инерции не может быть сразу увлечен вращающимся полем статора, частота вращения которого устанавливается мгновенно. В результате, устойчивая магнитная связь между статором и ротором не возникает. Для пуска синхронного двигателя приходится применять специальные способы, сущность которых состоит в предварительном приведении ротора во вращение до синхронной или близкой к ней частоте, при которой между статором и ротором устанавливается устойчивая магнитная связь.

В настоящее время практическое применение имеет способ пуска, получивший название асинхронного. Схема включения двигателя при этом способе пуска приведена на рисунке 6.4.

Невозбужденный синхронный двигатель включается в сеть. Возникшее при этом вращающееся магнитное поле статора наводит в стержнях пусковой клетки ЭДС, которые создают I₂. Взаимодействие этих токов с полем статора вызывает появление на стержнях пусковой клетки электромагнитных сил F _эм. Под действием этих сил ротор приводится во вращение. После разгона ротора до частоты вращения, близкой к синхронной (n₂≈0.95 n₁), обмотку возбуждения переключателем П подключают к источнику постоянного тока. Образующийся при этом синхронный момент втягивает ротор двигателя в синхронизм. После этого пусковая обмотка двигателя выполняет функцию «успокоительной» обмотки, ограничивая качания ротора.

С увеличением нагрузочного момента на валу вхождение двигателя в синхронизм затрудняется. Наибольший нагрузочный момент, при котором ротор синхронного двигателя еще втягивает в синхронизм, называют моментом входа двигателя в синхронизм M _вх. Величина асинхронного момента M _а при частоте вращения n₂≈0.95 n₁ зависит от активного сопротивления пусковой клетки, т.е. от сечения стержней и удельного электрического сопротивления металла, из которого они изготовлены.

Следует обратить внимание, что выбор приведенного сопротивления пусковой клетки r₂″, соответствующего значительному пусковому моменту (М_п″), способствует уменьшению момента входа в синхронизм (М_вх″) и, наоборот, при сопротивлении r₂′, соответствующем небольшому пусковому моменту (М_п′), момент входа в синхронизм увеличивается (М_вх′ >М_вх″) (см. рис. 6.5).

В процессе асинхронного пуска обмотку возбуждения нельзя оставлять разомкнутой,.т.к. магнитный поток статора, пересекающий ее в начальный период пуска с синхронной скоростью, наводит в ней ЭДС. Вследствие большого числа витков обмотки возбуждения эта ЭДС достигает значений, опасных как для целости изоляции самой обмотки, так и для обслуживающего персонала. Для предотвращения этого обмотку возбуждения на период разгона ротора замыкают на активное сопротивление r (рис. 6.5), примерно в десять раз большее сопротивления обмотки возбуждения. Переключение зажимов И1 и И2 обмотки возбуждения с сопротивления r на зажимы возбудителя осуществляют переключателем П.

Замыкание накоротко обмотки возбуждения на время пуска двигателя нежелательно, т.к. при этом обмотка ротора образует однофазный замкнутый контур, взаимодействие которого с вращающимся полем статора также создает дополнительный асинхронный момент M_д. Однако при частоте вращения, равной половине синхронной, этот момент становится тормозящим и создает «провал» в характеристике пускового (асинхронного) момента (пунктирная кривая). Это заметно ухудшает пусковые свойства синхронного двигателя.

При асинхронном пуске синхронного двигателя возникает значительный пусковой ток. Поэтому пуск синхронных двигателей непосредственным включением в сеть на номинальное напряжение применяют при достаточной мощности сети, способной выдерживать без заметного падения напряжения броски пускового тока пяти- или семикратного значения (по сравнению с номинальным током). Если же мощность сети недостаточна, то можно применить пуск двигателя при понижении напряжения.