Синхронные машины

К этому типу относятся все машины, у которых скорость вращения ротора в точности равна скорости вращения поля статора.

Генераторы переменного тока. Вся промышленная энергия вырабатывается именно синхронными генераторами. Это наиболее мощные устройства среди всех электрических машин.

В синхронной машине ротор представляет собой вращающийся постоянный или электромагнит. В генераторы в статорную обмотку наводят ЭДС с частотой, равной или кратной частоте вращения ротора. В двигателях на статорную обмотку подается переменная ЭДС. Конструкция двигателя обеспечивает вращение магнитного поля. Ротор является постоянным или электромагнитом, синхронно следующим за полем.

Исторически первым является синхронный двигатель промышленной частоты. В нах вращающееся магнитное поле создается 2х или 3хфазной обмоткой статора. 2х фазная обмотка содержит 2 сдвинутых на в пространстве обмотки, питающиеся синусоидальным сдвинутым на переменным напряжением, поэтому результирующий вектор индуктивности вращается с постоянной скоростью, не меняя модуля.

Аналогична любая n-фазная обмотка, секции которой питаются n-фазным напряжением с соответствующим сдвигом, так же … равномерном вращающемся магнитном поле.

Принцип работы всех машин переменного тока основан на создании поля, вектором индукции которого можно управлять, например задавая его пространственное положение. Т.е. не обязательно вращать, а, например, задать некоторый угол неподвижного вектора.

По мере развития устройств автоматики появились другие разновидности двигателей, которые называются, в частности шаговые двигатели. В шаговых двигателях многополюсная обмотка управляется электронными ключами путем переключения соседних полюсов, обеспечивая дискретные значения поля. Ротор движется скачками по шагам, однако современные силовые схемы управляются контроллерами, поэтому все чаще используют плавное изменение индукции полюсов с помощью шим-модуляцией. Поэтому поле движется равномерно.

Другой разновидностью синхронной машины, … в настоящее время очень широко распространенными являются вентильные двигатели. Такой двигатель содержит 3х фазную статорную обмтоку и ротор в виде 3х фазного постоянного магнита или с ярко выраженными полюсами. Обмотки выводятся на зажимы ч/з контактные кольца и щетки. У маломощных машин в виде постоянного магнита или магнитомягкого материала, имеющего асимметрию. Такой ротор намагничивается полем статора и его называют реактивным. Существует проблема пуска синхронного двигателя: при включении статора поле статора начинает вращаться мгновенно, в силу механической инерции ротор остается неподвижным. Его нужно раскрутить до скорости, близкой к синхронной.

В промышленной сети применяется асинхронный пуск. Ротор обладает слабовыраженными свойствами асинхронного двигателя, поэтому он раскручивается при пуске, входя в синхронизацию, при этом асинхронная обмотка отключается. Эта же проблема существует и в шаговых двигателях. Ротор шагового двигателя имеет большую массу, поэтому не может быстро менять скорость. Для исключения этого явления используются программные методы, обеспечивающие только плавное изменение частоты, импульсов или скорости вращения поля. Это основная причина, по которой управляющие программы усложнены в несколько раз.

Механическая характеристика синхронного двигателя абсолютно жесткая. Она идет параллельно оси абсцисс, т.к. скорость вращения не зависит от нагрузки. По мере увеличения момента магнитная ось ротора сдвигается в пространстве по отношению к полю статора. При достижении некоторого критического момента двигатель останавливается.