ханизмов или целых агрегатов привести в синхронное движение. Такая связь должна существовать напр. при работе электродвигателей на обпщй приьодной вал при необходимости устранения возможностей скольжения приводных ремней и установления равномерной нагрузки двигателей. Особенно важное значение имеет синхронная электрич. связь у разводных мостов, у к-рых каждая из половин приводится в движение собственньш электродвигателем;

Fi..

Фиг. 1,

при несинхронном действии двигателей может произойти разновременная посадка частей моста. Синхронная электрическая связь необходима также и для портальных кранов с большими пролетами, у которых каждая опора перемещается при помощи собственного двигателя. Естественно, что при асинхронной электрической связи могли бы при этом получиться в механизме очень опасные для целости последнего перекосы. Точная С. движения двух электродвигателей достигается след. образом. Два электродвигателя I и II постоянного тока снабжаются каждый тремя контактными кольцами а (фиг. 1), которые соединяются с тремя точками якорной обмотки, расположенными по периферии якоря на дуговом расстоянии друг от друга в 120°. Кольца одного из двигателей при помопщ щеток соединены с соответствующими кольцами другого. Каждый из роторов м. б. при этом рассматриваем как якорь трехфазного генератора. При синхронном вращении якорей по проводам, соединяюпщм кольца а, никакой ток проходить не будет. Если же

Фиг. 2.

какой-либо из якорей начнет нарушать вследствие каких-либо причин синхронный характер движения, то по проводам потечет т. н. выравниваюпщй ток , к-рый будет оказьшать тормозящее действие на опережаюпщй якорь и ускоряющее действие на отстающий якорь до полной их С. Указанная синхронная электрическая связь обладает однако нек-рыми недостатками, а именно: наличие контактных колец вызьшает искажение магнитного поля, что в свою очередь вызьшает искрение щеток; помимо того синхронный ход электродвигателей имеет место в рассматриваемом случае лишь при нормальном числе оборотов; при небольшом же числе оборотов синхронное движение отсутствует. Для устранения первого недостатка двигатели J и Л снабжаются еще вспомогательными синхронными двигателями Ъ, причем схема фиг. 1 изменяется так, как указано на фиг. 2, однако при этом второй из указанных недостатков не устраняется. Вследствие этого, а также вследствие некоторой своей сложности

указанный способ С. широкого распространения не получил. Для устранения обоих недостатков моторы I я II снабжаются вспомогательными асинхронньпйи двигателями с, у которьгх статоры и роторы соединены параллельно. Соответствующая схема представлена на фиг. 3. Так как в этом случае вращающееся магнитное поле образуется и при неподвижньгх роторах, то синхронное движение двигателей обеспечено с самого же начала движения их. Если синхронная электрическая связь д. б. осуществлена для индукционных трехфазных двигателей, то применяется схема, представленная на фиг. 4, где R представляет один обпщй пусковой и регулирующий реостат. Однако для большей полноты С. и в этих случаях применяют синхронизирующие вспомогательные индукционные моторы. В некоторых случаях требуется, наоборот, достичь определенньш образом отрегулированное асинхронное движение с определенным скольжением . Такой случай представляется

111, с

Фиг. 3.

например в бумажном производстве. На бумагоделательных машинах (см.) бумажная пленка движется сначала вместе с сушильным сукном по поверхности ряда барабанов, а затем, по достижении определенной степени сухости, покидает сукно и перемещается по дальнейшему ряду барабанов. Т. к. при высыхании бумажная пленка укорачивается, то при одной и той же линейной скорости точек поверхностей барабанов бумага либо рвалась бы либо давала бы складки. Отсюда является необходимость определенного отрегулированного асинхронного движения валов машины, т. е. определенного скольжения движения (в вышеуказанном смысле) валов друг относительно друга. Часто могут иметь место не только синхронные движения (в частности вращения) физич. тел, но и синхронные некорпускулярные движения, напр. вращения магнитного поля. В качестве примера рассмотрим следуюпщй случай. Допустим, что к статору асинхронного двигателя подводится трехфазный ток, создающий вращающееся магнитное поле, и что ротор двигателя

т

Фиг. 4.

имеет такую же, только коротко-замкнутую обмотку, как и статор. Пусть число пар полюсов ротора равно р, частота тока, т. е. число полных периодов токав ск. (число<.?герц ),- f, полюсное деление, т. е. дуговое расстояние между нейтральными линиями двух смежных

полюсов,-г, полный период тока T=j. Магнитное поле, создаваемое статором, будет совершать при этом об/ск., или 60- об/м.,

а т. к. каждый оборот равняется по длине 2 тр, то следовательно в течение минуты магнитное поле переместится на величину

2тр= 60/-2т.

Т. о. магнитное поле будет пересекать провода ротора с линейной скоростью, равной 2т ск. В обмотках ротора будут индуцироваться переменные электродвижущие силы с частотой, также равной f. Возникаюпще вследствие этого в короткозамкнутых проводах ротора токи, вступая во взаимодействие с магнитным полем, заставляют ротор вращаться. Если бы на ротор не действовали никакие внешние силы, то скорость вращения его увеличивалась бы до тех пор, пока она не стала бы равной скорости вращения магнитного поля, после чего ротор продолжал бы вращаться с достигнутой им скоростью, т. е. с этого момента ротор и магнитное поле вращались бы синхронно. В этом случае магнитные линии очевидно совсем не пересекали бы проводов ротора, т. ч. ток в последних был бы равен нулю. В реальных условиях, т. е. при наличии внешних сил, приложенных к ротору, последний, начав свое вращательное движение, достигает при установившемся режиме нек-рой стабильной скорости, к-рая однако ниже скорости вращающегося магнитного ноля. Т. о. вращения магнитного поля и ротора будут асинхронны, при наличии нек-рого скольжения последнего. Так как вращающий момент, приложенный к ротору, пропорционален наводимой в роторе эдс, а последняя пропорциональна относительному перемещению проводников ротора в электромагнитном поле, то вращаюпщй момент пропорционален скольжению . Обозначая синхронную линейную скорость через г', а отстающую относительную скорость через v\ скольжение через s. имеем:

- = S.

о

Если f частота вращения ротора, то г; = 2т/;

точно так же

v = 2xf, = f и r=fs,

of 11

Т. е. частота вращения отстающего ротора при асинхронном установившемся вращении равна частоте наводящего тока, умноженной на скольжение.

См. также Генератор переменного тока, Синхронный двигатель, Телевидение.

Лит.: Люст Г., Синхронные машины, Л., 1932; ТолвинскийВ., Электрич. машины. П., 1923; Я н г., Испытания электрич.машин, пер. с нем., 2 изд.,М.-Л., 1931; Круг К., Основы электротехники, т. 2, М.-Л., 1932; Поярков М., Центральные электрич. станции, 2 изд., М.-Л., 1927; Чечет Ю., Генераторы и моторы перемен, тока, 2 изд., М.-Л., 1931. М. Серебренников.

СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, электрич. машина переменного тока, врашающаяся с постоянной, угловой скоростью. Скорость вращения С. д. обусловливается частотой тока, к-рым питается двигатель, а также числом пар полюсов последнего. С. д. применяются а) для привода машин-орудий, станков-в тех случаях, когда не требуется изменения скорости прп нормальной работе, а во время пуска-боль-

ших моментов вращения, б) как вращающиеся компенсаторы, предназначенные для регулирования сдвига фаз в электрич. установках и поддержания устойчивости параллельно работаю--щих синхронных систем при передаче энергии. Выбор С. д. для силовых установок требует предварительного внимательного рассмотрения всех условий и детальной оценки всех положительных и отрицательных сторон самого С. д. Преимущество С, д. перед другими двигателями переменного тока, в частности перед асинхронными, заключается в том, что 1) нормальные С, д. не берут из сети тока возбуждения, поэтому коэф. мощности м. б. высоким; 2) они м. б. рассчитаны с междужелезным пространством, ббльшим, чем у индукционных двигателей; 3) опрокидывающий момент у этих двигателей значительно больше, вследствие чего они могут выдерживать ббльшие перегрузки. Свойство С. д. вращаться с неизменной скоростью при постоянной частоте тока является достоинством лшпь в нек-рых случаях. Необходимость иметь источник постоянного тока для возбуждения и pas--личного рода пусковые приспособления несколько усложняет установку С, д. В силу этих соображений С. д. применяются там, где они могут дать вполне определенные преимущества. За последние годы благодаря большим конструктивным усовершенствованиям, а также улучшению способов пуска в ход, С. д. находят все большее и большее распространение. Они мо-туг с успехом применятьси для насосных и компрессорных установок, для привода турбовоздуходувок, прокатных станов, штамповальныч станков, дробилок, а также в установках для преобразования одного вида электрич. энергии в другой, гл. обр. неременного тока в постоянный или переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты. С. д. как компенсатор делается теперь неотъемлемой частью устройств производства, передачи и распределения электрич. энергии. Мощность синхронных компенсаторов в одной единице все возрастает и за последние годы она достигла 80 ООО kVA.

Устройство С. д. В конструктивном отношении С, д. весьма сходны с устройством синхронных генераторов переменного тока (см.). С, д. выполняются а) с явно выраженными полюсами, б) с неявно выраженными полюсами, с распределенной обмоткой возбуждения, в) по типу асинхронных двигателей. Двигатели небольшой мощности делаются с неподвижной внешней магнитной системой и внутренним вращающимся якорем. Нормальное же устройство С. д.-вращающаяся внутренняя магнитная система (ротор) и внешний неподвижный якорь (статор). Типичные формы устройства якорной и магнитной систем С. д, изобракены на фиг. 1.

Фиг. 1.

Для повышения устойчивости работы, а также для улучшения пусковых свойств С. д. снабжаются демпферными обмотками. Если С. д. применяются в качестве компенсаторов, то ме-

ханич. часть этих машин м. б. несколько облегченной. Возбуждение С. д. осуществляется от собственного возбуждения-генератора постоянного тока, сидящего на одном валу с С. д., или же от постороннего источника тока (сети, специального агрегата и т. п.). Защита, вентиляция С. д., устраивается аналогично тому как это имеет место в синхронньгх генераторах к асинхронных двигателях (см. Индукцион- пые машины). В мощных синхронных компенсаторах за послед-J

магнитное поле, вращающееся относительно статора с числом оборотов п:

60-/

ние годы применяется водородное охлаждение с замкнутой циркуляцией, при этом С. д. часто устанавливают на открытом пространстве. На фиг. 2

Фиг. 2.

приведен чертеж синхронного двигателя, а на фиг. 3 изображен разрез наружной установки С. д. с водородным ох.чаждением. На фиг. 2: ?-ротор, 2-статор, 3-возбудитель, 4-подвоз-будитель, б-собирательные кольца для ввода тока возбуждения; на фиг. 3:1-ротор, 2-статор, 3-проходные изоляторы для ввода тока от

сети, 4-кран для впуска водорода, 5-кожух, в который заключен С. д.

Принцип действия С. д. Действие С. д. станет понятным, если рассмотреть явления, в нем пропсходящие, и сопоставить их с работой следующей простой модели. Пусть статор (якорь) многофазной синхронной машины приключен к соответственной многофазной сети (с частотой /); возникающие в отдельных фазовых обмотках токи дают в совокупности

п-, (1)

где р-число пар полюсов. Возбудив соответственно машину и приведя ротор ее во вращение с той же скоростью п и в ту же сторону, в какую вращается магнитное поле статора, можно увидеть, что при нек-рых условиях ротор оказывается способным продолжать вращаться без помощи извне вследствие того, что вращающееся поле статора увлекает за собой ротор. Уяснить себе такое явление легко на следующей модели: если расположить

I концентрически две враща-

j ющиеся около одной оси магнитные системы с явно выраженными полюсами чередующейся полярности, то эти системы примут такое относительное положение, как представлено на фиг. 4; полюсы располагаются друг против друга разноименными полярностями. Приводя в медленное вращение внешнюю систему, можно легко сообразить, что вследствие взаимного притяжения разноименных полюсов начинает вращаться и внутренняя система, и притом с той же скоростью. При постепенном увеличении скорости вращения одной системы происходит такое же увеличение скорости вращения и другой системы. Внешняя система создает во внутреннем пространстве между полюсами вращающееся магнитное поле аналогично тому, как статор многофазной машины создает вращающееся магнитное поле. Оси полюсов в рассматриваемой модели будут совпадать и при вращении, если неимеется сопротивления этоМуврашению. Если же к валу ротора (внутренней системе) прилолшть какое-либо сопротивление, то ротор моментально отстанет несколько от ведущего его поля, т. ч. между осями полюсов внутренней и внешней систем образуется некоторый угол, который на фиг. 5, изображающей модель в развернутом виде,обозначен через 0. Ротор, отстав на Z в, будет снова вращаться синхронно с полем внешней системы. При смене полюсов (на Z в) от силы Mai-нитного притяжения разноименных полюсов появится касательная составляющая, которая, создавая вращающий момент, уравновешивает сопротивление на валу ротора. Чем больше момент сопротивлений, приложенньй к ротору, тем на больший угол О ротор отстает от ведущей системы (внешней системы). Активный вращающий момент от притяжения разноименных полюсов внешнего и внутреннего колес возрастает с увеличением в, и максищш вращающего момента получается при в 90°; с дальнейшим увеличением в вращающий мо-

Фиг. 4.

мент убывает и становится равным нулю при 6180°. Еще большее увеличение Q вызывает изменение направления вращаюшего момента. Отсюда получается, что ротор может вращаться синхронно с ведущейсистемой лишь при нагрузке, вызывающей отставание ротора на 6) < 180°,

ши пшл

-\ lit

Г

к- в

Фиг. 5.

и при этом работа такого механизма получается устойчивой лишь при углах 0, заключающихся в пределах О-90°. Изменение вращаюнгего момента, развиваемого С. д., происходит приблизительно по кривой, представленной на фиг. 6.

Совершенно такое же действие производит вращающееся магнитное поле статора нормальной многофазной синхронной машины на ротор, т. е. вращающееся ноле статора увлекает за собой ротор, если ротор каким-либо способом уже доведен до вращения, со скоростью, синхронной с вращением поля статора, и если он расположен относительно поля статора так, что между его полем и вращающимся полем статора имеется притяжение; при этом поле ротора, как увлекаемое полем статора, вращается в синхронном двигателе при всех режимах его работы сзади поля статора, и притом угол отставания его возрастает с увеличением нагрузки двигателя. Приведение синхронной машины в такое состояние возможно с помощью вспомогательного двигателя или каким-либо искусственным способом. Развертьша-ние синхронной машины в качестве двигателя нормально невозможно, так как инерция масс ротора велика. Для того что-Фиг. 6. бы ротор мог втянуться

вращающимся полем статора в обращение с нормальной скоростью, необходимо было бы, чтобы скорость эта достигалась в течение промежутка времени не более периода тока, т.е. ускорение, сообщаемое ротору при трогании с места, должно было бы быть чрезмерно велико (при / = 50 пер/ск.).

Пуск в ход С. д. Активная работа С. д. начинается с момента параллельного приключения его к сети переменного тока. При обычном синхронизировании двигателей по фазоин-дикаторным лампам или вольтметрам присоединение машины параллельно к сети является одной из наиболее сложных и ответственных операций, которая доверяется лишь опытному обслуживающему персоналу. Для возможности параллельного присоединения С. д. к сети переменного тока необходимо 1) довести С. д. дот. н. оинхроннойскорости, 2) возбудить С. д. так, чтобы напряжение на зажимах машины было равно напряжению сети, и 3) иметь полное совпадение всех фаз напряжения. Если эти условия не соблюдаются, параллельное включение может не удасться и повести к крупным авариям. Для облегчения пуска в ход С. д. в настоящее время применяют приспособления, при к-рых С. д. момсет входить автоматически не то.тько в синхронизм, но и в фазу, и весь про-

цесс присоединения двигателя к сети сводится лишь к залшканию рубильника и.яи масляного выключателя.

Обычные способы пуска в ход. К этим способам принадлежат следующие виды пуска в ход С. д.: 1) при помощи машины, сцепленной с С. д 2) посредством постороннего двигателя. 1) Если С, д. связан напр. с матпиной постоянного тока, то агрегат м. б. пущен со стороны постоянного тока от аккумуляторной ба-тереи или какого-либо другого источника энергии. В этом случае машина постоянного тока приводится во вращение, как двигатель,и, когда скорость вращения достигает синхронной, возбуждают синхронный двигатель; присоединение С. д. паралле.чьно к сети переменного тока производится обычным путем, после того как достигнуты синхронизм и полное совпадение фаз напряжения. После присоединения С. д. к сети машина постоянного тока из двигателя переводится в генератор посредством соответствующей регулировки возбуждения, В некоторых случаях в качестве щ'скового двигателя м. б. использован возбудитель С. д., если мощность этого возбудителя достаточна для этих целей. 2) Часто случается, что С. д, приходится одному работать на привод и не всегда нгияицо источник постоянного тока, при помощи к-рого можно запустить в качестве двигателя машину постоянного тока, связанную с С, д.; тогда для пуска в ход С. д. применяют асинхронный двигатель, причем ротор пускового асинхронного двигателя снабжается короткозамкнутой обмоткой или обмоткой в виде беличьего колеса. Сущность способа пуска в ход при помощи асинхронного двигателя заключается в следующем: пусковой асинхронный двигатель, имеющий обычно на два, а иногда на четыре полюса меньше, механически связывается с С. д. Вследствие меньшего числа полюсов асинхронный двигатель может привести во вращение синхронную невозбужденную машину со скоростью выше номинальной. При возбулодении С, д. асинхронный двигатель нагружается, скорость вращения ротора начинает падать, пока скорость вращения С. д, не станет равной синхронной скорости, и при наступлении этого улавливается наиболее благоприятный момент для параллельного вклю-чешгя двигателя к сети. Пусковые двигатели с беличьим колесом не всегда удобны по той причине, что есчи момент синхронизма пропущен, то прежде всего нужно охладить беличье колесо и лишь затем приступить к вторичному пуску. Затем не всегда возможно хорошо рассчитать беличье колесо на том основании, что потери холостого хода С. д. со временем меняются. Поэтому иногда приходится исправлять беличье колесо, удаляя несколько стержней или подпиливая соединительное кольцо. Если ротор пускового двигателя снабжен обмоткой, то в некоторых случаях для получения более надежной синхронизации в цепь обмотки ротора вводят реостат, к-рый конечно усложняет и удорожает всю установку. Пусковой ток при пуске в ход асинхронньпл двигателем составляет 30- 40% номинального тока Сл. Период пуска длится 5-7 мин., а иногда и более. Мощность пускового двигачеля составляет ок. 10% номинальной мощности С. д., если последшй заплескается вхолостую. Если синхронный двигатель приводит в действие насос или компрессор, то пусковой вращающий момент должен быть значителен, что ведет к увеличению пускового двигателя и затруднению самого пуска в ход.

Пуск в ход С. д. можно значительно ускорить; для этого С. д. сцепляют с асинхронньш двигателем, имеющим одинаковое число полюсов с нервым, и между зажимами С. д. и зажимами сети вводят сопротивления или реактивные ка-тупши. Когда С. д. доведен приблизительно до номинальной скорости, его подключают к сети, не заботясь о синхронизации, т.к. под действи-ем>]проходящих токов он сам входит в синхронизм. После того как С. д. вошел в синхронизм, ему дают такое возбуждение, при котором ток. ждупщй в него, доводится до минимума и напряжение на концах сопротивлений значительно падает, а затем эти сопротивления замыкаются накоротко. Добавочные сопротивления или реактивные катушки д. б. соответственным образом рассчитаны, причем следует предвидеть наиболее неблагоприятное сочетание векторов напряжения, т. е. совпадение обоих векторов по направлению. Обьгано эти сопротивления выбирают такими, чтобы при включении через них невозбужденного двигателя на полное напряжение значение силы тока составляло / от номинального. Омические сопротивления употребляют для двигателя до 100 kVA, свыше этой мощности между зажимами С. д. и сетью

вводят реактивные катушки. На фиг. 7 представлена схема пуска трехфазного С. д. небольшой мопщости (до 100 kVA). В некоторых случаях для ускорения введения в синхронизацию пусковой двигатель С. д. снабжают одинаковым числом полюсов, причем обмотка ротора пускового двигателя вьшолняется разомкнутой; как только С. д. достигнет максимальной скорости, обмотка ротора размыкается и быстро приключается к сети постоянного тока (фиг. 8), и тогда весь агрегат быстро входит в синхронизм. Для того чтобы фазы напряжения С. д. и сети при наступлении синхронизма совпадали, необходимо пусковой двигатель заклинить с С. д. определенным образом. Во избежание разрыва тока во вторичной цехга пускового двигателя при переключении ее на сеть постоянного тока, питание переменным током производят со стороны ротора пускового двигателя, а статорную обмотку последнего разбивают на две части, из к-рьгх одна при достижении скорости, близкой к синхронной, начинает питаться постоянным током (фиг. 9). При таком способе пуска в ход пусковой ток составляет 10-20% от номинального тока С. д. Продолжительность пуска в ход составляет ок. 1 мин. Приключение к сети производится путем простого включения рубильника, после того как установлено соответствующее

возбуждение машины. Мощность асинхронного пускового двигателя для приведения во вращение С. д. вхолостую может быть определена по следующей формуле:

Рь = 2,74 Шо Шо + -0 GB-маховой момент вращающихся частей в кгм^, ta-время пуска в ход в ск., rii-синхрон-

ное число оборотов С. д., Мг-синхронное число оборотов асинхронного пускового двигателя, Ро-потери холостого хода в kW.

Специальные способы пуска в X о д. К этим способам принадлежат следующие: 1) пуск в ход по системе Розенберга; 2) асинхронный пуск; 3) пуск в ход от синхронного генератора. Способ Розенберга состоит в следующем: на валу С. д. насаживают обыкновенный пусковой асинхронный двигатель с ротором в виде беличьего колеса; трехфазная обмотка статора пускового двигателя открыта и каждая фазе-

-пллуиъ

Фиг. 9.

вая обмотка включается последовательно в цепь С. д.; т. о. обмотка С. д. образует как бы нулевую точку для обмотки статора пускового двигателя (фиг. 10). На фиг. 11 представлена схема соединения для случая, когда пусковой двигатель в цепь якоря С. д. включается через

трансформатор. Если С. д. однофазный, то на вал его насаживают коллекторный однофазный двигатель, обмотку статора которого соединяют последовательно со статорной обмоткой С. д. (фиг. 12). Во время пуска в ход, когда скорость вращения агрегата достигает максимума,

С. д. возбуждается, когда он начинает входить в синхронизм, причем вначале это вхождение в синхронизм сопровождается сильными колебаниями скорости вращения и силы тока. После вхождения в синхронизм возбуждение С. д. устанавливается такое, при к-ром напряжение на концах статорной обмотки пускового двигателя достигает минимума, и тогда производятся короткое замыкание статорной обмотки, а затем и отсоединение ее от сети. С пусковым двигателем, допускающим ок. 30% номинального тока синхронного мотора, полный пуск в ход продолжается ок. 1 мин. При большем значении пускового тока (50-60 % от номинального тока) продолжительность времени пуска в ход уменьшается до 15-20 ск.

Асинхронный пуск в ход является в настоящее время весьма распространенным видом пуска в ход трехфазных С. д. Сущность этого способа заключается в том, что С. д. запуска-

Фиг. 10.

ется как асинхронный двигатель. Если С.д. имеет явно выраженные полюсы, то он снаб- Фиг. 12. жается короткозамкнутой обмоткой (беличьим колесом), которая располагается у полюсных башмаков. Если полюсные башмаки сделаны из листового железа, то они снабжаются осевыми пазами, в которые прокладываются медные или бронзовые стержни. Последние соединяются кольцами, идущими вокруг полюса, или кольцами, соединяющими стержни всех полюсов. Если полюсные башмаки массивны, то они сами по себе играют роль стержней и колец (пусковой обмотки). Можно увеличить начальный вращающий момент, увеличивая сопротивление

беличьего колеса; для данного напряжения момент в нек-рых пределах пропорционален сопротивлению ротора. Короткозамкнутая обмотка индукторов является как бы второй беличьей клеткой, но не полной, т. к. это однофазная обмотка и ее пересекает только часть потока. Эта обмотка утменьшает начальный момент так же, как параллельное включение ее равносильно уменьшению сопротивления беличьего колеса; она уменьшает крутящий момент при скорости, равной половине синхронной. С другой стороны, короткозамкнутая обмотка индукторов помогает двигателю приблизиться ксин-хронной скорости, другими словами, она уменьшает его скольжение. По достижении синхронной скорости свойства асинхронного двигателя пропадают, т. обр. обмотка наподобие беличьей клетки должна только довести ротор до скорости, достаточно близкой к синхронной, чтобы дать во.эможность синхронизирующей силе машины поднять затем скорость до. синхронной. Если С. д. имеет не явно выраженные полюсы (цилиндрич. магнитную систему), то магнитная обмотка выполняется в виде трехфазной обмотки. На фиг. 13 представлена схема пуска в ход трехфазного С. д. с цилиндрич. ротором: 1-синхронный индукционный двигатель, 2-возбудитель, 3- реле, 4-автоматич. регулятор фаз. Для ограничения пускового тока к зажимам двигателя подводят пониженное напряжение (ок. 30% номинального); обычно понижение нанряжения производится посредством автотрансформаторов. Кроме того в цепь якоря двигателя вводят еще реактивные катушки, которые служат для снижения ударного действия токов при переходе от пониженного нанряжения к номинальному после вхождения двигателя в синхронизм (фиг. 14, где 1 - синхронный двигатель, .2-автотрансформатор, 5-переключатель, 4- реактивная катушка). Уменьшение толчков тока при переключении достигается также путем введения омических сопротивлений или циклич. перехода с одной ступени на другую. Ротор снабжен трехфазной обмоткой (фиг. 15-16); два его кольца соединены непосредственно с пусковым реостатом. В цепь трехфазного ко.чьца введен переключатель, посредством которого моя-но это кольцо ротора соедшгать с третьей ветвью пускового реостата или вводить в цель роуора возбудитель. Начальный пусковой ток при асинхронном пуске в ход С. д. сосшвляет обычно 100-130% номинального. Если двига-

Фиг. 14.

тель однофазный, то для пуска его в ход как асинхронного двигателя якорь его снабжается вспомогательной обмоткой.

В последние годы получил дово.чьно широкое применение пуск в ход по сист. Корндерфера. Схемы включения С. д. при асинхронном запуске по эток системе приведены на фиг. 17 и 18. Асинхронный способ пуска вход по сист.

Фиг. 16.

Корндерфера имеет то преимущество, что здесь необходима установка только одного автоматического выключателя (масленника), требующе-

го устройства взрьшной камеры. Масляные выключатели А, В не разрывают токов короткого замыкания и потому м. б. облегченного типа, на малую разрывную мощность. Манипуляции при пуске в ход подсистеме с одной промежуточн. ступенью напряжения (фиг. 17) таковы: 1) цепь возбуждения С. д. М замыкается через реостат на возбудитель (значение сопротивления возбудителя указьгеается для каждого типа отдельно);

тго

5в 10

выключатель А и вслед за ним главньгй .масляный выключатель В. В этом положении С. д. должен получить от автотрансформатора Т такой процент напряжения, который является достаточньш для развития полной скорости и синхронизации на этой ступени. Напряжение в цепи возбуждения должно предварительно подняться при развитии скорости до значения, [соответству-

Чис/т абортов Фиг. 19.

Пусковое напряженш Фиг. 20.

ющего положению реостата. Положение реостатов определяется при первых пусках на месте установки т. о., чтобы переход от асинхронного режима к синхронизму происходил с наименьшими возможными толчками sfffr тока; 3) размыкается масляный выключатель А; в этом положении полноенапряжение линии распределяется между частью автотрансформатора К, служащей реактором (см.), и С. д. соответственно их полному сопротивлению (импеданцу). Если по каким-либо причинам С. д. не удалось войти в синхронизм в положении (2), правильным выбором значения возбуждения и соответственным изменением реактивного тока можно отрегулировать падение напряжения в реакторе Кг. о., чтобы на зажимах С. д. получалось достаточное напряжение для плавного вступления в синхронизм, при этом положении, т. е. при размыкании масляного выключателя А; 4) замыкается масляный вьпслючатель

В, чем реактор замыкается накоротко.

Пуск в ход по схеме с промежуточными ступенями (фиг. 18) осуществляется так. 1) Цепь возбуждения С. д. замыкается через реостат на возбуди^ тель (значение сопротивления указывается для каждого типа отдельно); 2) замьжается масляный выключатель А и вслед за ним главный масляный выключатель D; в этом положении на зажимах С. д. получается минимальное значение напряжения и оно оставляется в этом положении до достижения предельной скорости, которую он может развить как асинхронный двигатель; при этом же положении напряжение возбудителя должно подняться до зна-чешш, соответствующего положению реостата; 3) размьшает-ся масляный выключатель А: в этом положении ПОЛИ, напряжение линии распределяет- /да ся менсду частью автотрансформатора К, которая служит реактором, и С. д. соответственно их полному сопротивлению (импеданцу); по истечении 2 - 3 ск. замыкается масляный вьшлючатель В, чем устанавливается вторая промежуточная ступень напряжения на зажимах С. д., который при этом положении должен тотчас же войти в синхронизм; 4) размыкается масляный выключатель В, чем опять кратковременно выключается часть автотрансформатора К как

№ too

№ го да 40 50 w ро so

Число обсястоВ Фиг. 21.

200 %

Иагчмяшие Фиг. 22.

реактор, и сейчас же вслед за этим замыкается масляный вьшлючатель С, замыкающий реактор накоротко, и на зажимах синхронной машины получается полное напряжение линии. Пусковые характеристики С. д. при асинхронном запуске представлены на фиг. 19-23. Значения кривых: на фиг. 19-J-ток в статоре, II-коэф-т мощности, III-полезный крутящий момент; на фиг. 20-I-щ^ут:ящщ& момент (в неподвижном состоянии), II-ток сети (С. д. в неподвижном состоянии), III-минимальное напряжение, при к-ром м. б. достигщ^т синхронизм (кривые 1 VI II относятся к пуску в ход с разомкнутыми роторными обмотками), а-момент трения покоя; на фиг. 21-I-мощность, поглощаемая статором, II-мопщость, передаваемая ротору, III-мощность но кривой за вычетом потерь на трение и вентиляцию, IV- полезный момент ротора, V-ток в статоре, VI- коэф. мощности, FJI-потери на трение н вентиляцию, заштрихованная площадь А-потребленная ротором энергия, В-избыток энергии (идет на ускорение); фиг. 22-1-крутящий момент, II-ток сети, III-минимальное напряжение, при к-ром с. д. может быть синхронизирован (кривые In II относятся к пуску в ход с разомкнутыми роторными обмотками), а- момент трения покоя; фиг. 23-I-VI-пусковые крутящие моменты для различных чисел оборотов при частоте 50 пер/ск. и пусковом напряжении в 20; 30; 33,3: 40; 50 и 60% от нормального напряжения, VII-XI-ток сети для кривых I-к, XII-крутящий момент холостого хода вентилятора.

В нек-рых случаях пуск в ход С. д. осуществляется от особого синхронного генератора, к-рый для питания С. д. может доставлять

ток переменной частоты (от О до номинальной). С этой целью С. д. соединяется электрически с генератором; при этом генератор, так и С. д. возбуждаются. Если при таком соединении приводить во вращение синхронный генератор (напр. посредством паровой турбины), то

да т%

чиш оборотов Фиг. 23.

вместе с ним будет увлекаться во вращение и С. д., электрически связанный с генератором. Для создания наибольшего пускового момента необходимо генератор возбудить возможно сильнее, причем С. д. должен иметь возбуждение в два раза слабее.

Диаграммы напряжений.Электрич. машины, работающие как Двигатель, потребляют электрич. энергию, поэтому развиваемая двигателем электромагнитная мощность получается отрицательной. Т. к. электромагнитная мощность определяется

Р, = mB, -Icosv,

где т-число фаз, E -напряжение, соответствующее потоку возбуждения Ф^, I-фазовая сила тока, v*-угол сдвига фаз, то при отрицательном значении мощности cosy д. б. меньше О и следовательно 270° >у>> 90°. На фиг. 24- 26 приведены векторные диаграммы напряжений для различных внешних углов сдвига фаз

между приложенным напряжением U и током /. Как видно из этих диаграмм, если С. д. перевозбужден, то ток опережает напряжение; при невозбужденном состоянии, наоборот: ток получается отстаюпщм по фазе от напряжения, при определенном же возбуждении имеется воз-

можность скомпенсировать сдвиг фаз, т. е. заставить С. д. работать при коэф-те мощности, равном единице (cos 9> = 1). Т. о, регулировкой возбуждения имеется возможность воздействовать у С. д. на реактивную составляющую тока. Из векторных диаграмм видно также, что вектор приложенного напряжения U во всех случаях опережает вектор напряжения Е,п, создаваемого основным потоком возбуждения

МощностьС.д. Из диаграмм, приведенных на фиг. 24-26, можно получить выражение:

1) для мощности, потребляемой двигателем:

Р. = m Z7-J-cos 9?: (4)

2) для мощности, передаваемой статором ротору,-для электромагнитной мощности С. д.:

Р„ = т Еа I cos у)а= т- Е. I cos t/;; (5)

эта мощность равна мощности Р^, уменьшенной на величину джоулевых потерь в статоре Ру.

Р„ = Р,д Pi - m. Рга = Pi - Pf, (6)

эта мощность носит название такле сии-хронноймощности; 3) для мощности, передаваемой на вал С. д.; эта мощность получается из электромагнитной после вьгеета потерь в железе, т. е.

Р' = Ра~Ре, (Т)

4) для механической, или полезной, мо1цности, равной

Р = Р,-Р,~Р,-Ре, (8)

где Pq-механич. потери. Если обозначить посредством Za синхронное кажущееся сопротивление обмотки якоря, через -угол сдвига

фаз при коротком замыкании {охс tg = у>],

то выражения для всех видов мощности можно представить так:

Рг = т- [Uсо8у>к-Е„,сов(щ-в)}; (9)

а

Ра = Рш-Ш--[и COS ~в)~ Е^ COS (Ю)

или приближенно, полагая, что Pj = 0,

Рг= Ра-Рш=- sine sine, (11)

где 6 = 7р - коэфициент, характеризующий возбуждение синхронного двигателя.

В р а щ а ю щ и й м о м е н т С. д. Электромагнитная мощность С. д. Рт = Ра развивающаяся в машине при синхронном вращении, дает вращающий момент М^, носящий название м о-мента в синхронных ваттах. Выражение этого вращающего момента получается из равенства

Ра = Мд со,

где о) =

угловая скорость вращения ро-

тора. Отсюда:

а> 2 яп!

30 т Effl I cos v

(12)

При работе двигателем

М„=Же + Ме + М,

где Mg-вращающий момент, затрачиваемый на преодоление потерь в железе, а Мд-вращающий момент, идущий на покрытие механич. потерь (трение в подщипниках, трение в воздухе и прочие трения); М-полезный вращающий момент двигателя. Вращающий момент в синхронных ваттах молено выразить в кгм, а именно:

9,81 m

= 0,974 ~.Е,

-mE-I I cosv = 0,974

cosy = p,

(13)

Выражение (12) можно написать и в ином, иногда более удобном практически виде, если вставить в него выражение для Е^:

а именно:

Ma=lШ fsf fyfWФ^I -cosy,- 10-

= А 1 cos v*- (14)

Если в выражение (12) для Р^ вставить вьфа-жение (10), то легко увидеть, что М„ зависит от угла в. Кроме того легко убедиться, что при нек-ром в вращаюгций момент имеет максимум. Для определения Мп находят значение уг-

max

ла д, при котором он имеет место:

= 0. m[-C7-sm(vA-0)] = O,

так что

sin (ipk - 0) = О,

Так как

mfilU-E,

совщ]. (15)

0,971

т

Е.т и

(16)

Этот вращающий момент носит название опрокидывающего момента, т. к. с увеличением нагрузки С. д. вращающий момент, развиваемый им, несмотря на увеличение в уже не возрастает, а уменьшается, т. е. С. д. не может преодолеть даваемой ему нагрузки и выпадает из синхронизма. Для увеличения перегрузочной способности С. д. необходимо стремиться, с одной стороны, к уменьшению его Za, а,

с другой стороны, к увеличению отношения -

а

(к увеличению v.t). Уменьшение г а должно следовательно достигаться за счет гл. обр. уменьшения активного сопротивления якоря г а.

Выражение (16) показывает, что максимальный вращающий момент С. д. зависит от его возбуждения. Для того чтобы убедиться, какое влияние на Ма имеет возбуждение двигателя (т. е, величина Е^), следует воспользоваться не приближенным выражением (16), а точным его выражением (15), взяв первую производную его по JE; при этом находят, что это выражение дает максимум при

Так что

2 cos у>]е

\ max ) max

4£0Гя

(17)

2 wza- cos y>k\

так как

Za cos V = Га.

Из этого выражения видно, что максимум опрокидывающего момента не зависит от реактивного сопротивления якоря и что он обратно пропорционален активному сопротивлению якоря. Следует заметить, что под Гд необходимо понимать не только активное сопротивление самого якоря, но и всей цепи от тех точек, между к-рыми поддерживается генератором, питающим двигатель, постоянное напряжение U.

Влияние возбуждения на работу С. д. У С. д., как у всякой параллельно работающей синхронной машины, при регулировке возбуждения изменяется только реактивный ток. Здесь можно различать три случая: 1) С. д. не возбужден (Е, < U), при этом для всех нагрузок (от холостого хода до полной) двигатель потребляет из сети кроме активного тока реактивный отстающий ток; 2) С. д. возбужден нормально (.Б^= С7), при этом двигатель для всех нагрузок берет из сети небольшой реактивный опережающий ток; 3) С. д. перевозбужден (Е^ > U), он потребляет реактивный опережающий ток, величина к-рого в пределах нормальной нагрузки колеблется мало; при этом усиление перевозбуждения вызывает увеличение реактивного тока. Что касается максимальной мощности С. д. Ра.ах ® невозбуисденном двигателе растет по мере увеличения возбуждения (с увеличением Е^); после же достижения нормального возбуждения Рад^, сперва несколько растет с увеличением Е^, а затем уменьшается. В этом можно убедиться и аналитически. Из выражения для электромагнитной мощности (10) получается:

<шax -=IU-E COS щ] ПрИ в = Vft.

Это выражение достигает максимума при Е^ =

2 cos щ

\ max ) max

Следовательно максимальный вращаюпщй момент (-яд^дадд. достигает своего наибо.чьшего значения:

(Мд ) =-. \ max} max 4шГв

Из (17) ВИДИМ, ЧТО (-аотаа;)даож нзменяется обратно пропорционально Гд, т. е., что активное сопротивление в цепи С. д. сильно влияет на значение его максимального вращающего момента. Отсюда становится понятным, почему перегружаемость С. д., питаемого от станции по длинной линии (с большим активным сопротивлением), м. б. весьма незначительна несмотря на то, что С. д. сам по себе является впол-

не нормальным в отношении его способности перегрузки. Нормально С. д. строятся так, чтобы юс максимальный вращаюший момент превосходил номинальный вращающий момент приблизительно в два раза (коэф. перегрузки = = 2). Случайные перегрузки, всегда практически могупще иметь место, обьгано не достигают 100%, а потому выпадения из синхронизма от перегрузки нормально не могут встречаться. Это справедливо, когда С. д. связан с генератором проводами с относительно малым активным сопротивлением. Из упрощенной диаграммы напряжений д.чя С. д. можно установить, что

и^-Е1- Пта - 2 Р„. = 2 ж„ ViEiy - PI. (18)

Это выражение связывает между собой и с постоянными параметрами машины (га, х^, все величины, характеризующие условия работы С. д., а потому оно носит название основного уравнения работы С. д. В основное ур-ие входят величины Е, и, I, Ра, которые могут изменяться. Если подцержйвать постоянными и и Е^, то по-л^чающаяся при изменении Ра связь между Ра

и I представляет рабочую характеристику С. д. Поддерживая постоянной электромагнитную мощность Рд при постоянном напряжении U, получают 1=/ (JB). Кривая, изображающая эту зависимость, походит на латинскую букву V и носит название V-образной кривой. Д.тя каждого значения Рд получается своя V-образная характеристика. Из уравнения следует, что при Ра=0

и^-Е1-1Ч1==±2ха -Е^-1. (19)

Последнее выражение представляет ур-ие эл-Л1шса (два эллипса: один при знаке -f-, а другой при знаке -). Эти эллипсы представлены на фиг. 27, причем их ветви ОуО и 00 образуют V-образную кривую для Ра = 0, соответствующую устойчивому режиму работы С. д. Обычно V - образные кривые строятся не как i=f (Егп), а как 2= =?(*т).где V-ток возбуждения, так как при экспери-ментальн. исследовании С. д. не представляется возможным измерение напряжения В^. Кривые 1=9? (ijn) несколько отличаются от кривых I=f(Efn) Зависимость между током в якоре и током возбуждения

для С. д. графически также представляется в виде V-образных кривых (кривых Морлея). Типичные V-образные кривые приведены на фиг. 28 и 29. Значения* кривых на фиг. 28 и 29:1-кривая при холостом ходе, II-кривая при полной нагрузке, III-линия для cos q> = = 1, IV - опрокидывание (двигатель выпадает из синхронизма). Из V - образных кривых видим, что С. д. может служить в качестве

о 20 40 во 80 юо еошт тт%

Таи возбумденыя Фиг. 28.

синхронного компенсатора фаз тока, т. е. он может посылать в сеть реактивные отстающие токи. Перевозбужденный С. д., предназначаемый для компенсаций реактивных отстающих токов и играющий т. о. роль емкости, называется синхронным конденсатором. Генерирование отстающего (относительно напряжения сети U) тока производится ббльшим или меньшим перевозбуждением двигателя. Такое свойство С. д. часто используется практически. При этом предназначенная для такой цели синхронная махпи-на может одновременно с работой компенсатором служить и в качестве двигателя. Довольно часто С. д. устанавливают с исключительной целью для работы в качестве фазных компенсаторов. Такие применения имеют особенно важное значение при длинных линиях передач. Устанавливая синхронные компенсаторы на подстанции в конце линии передач, мы получаем возможность генерировать в линию передачи отстаюпщо (от напряжения сети) реактивные токи, потребные для линии, и освобождать или хотя бы уменьшать т. о. для станционных генераторов необходимость работать при низком cos 93. Вместе с тем при этом уменьшается и падение напряжения в самой линии передачи, что, с одной стороны, уменьшает расход меди на линию передачи,и, с другой стороны, уменьшает потери энергии в линии, т. е. повышает кпд линии.

Влияние изменения напряжения и частоты на опрокидывающий момент. При падении напряжения опрокидывающий момент Ма уменьшается:

80 120 ВозбумВение

Фиг. 29.

ж; = Ма max max

10О

(20)

где е„- %-ное падение напряжения. Отношение опрокидьшающего момента к номинальному:

100-е,;

(21)

(22)

7с' = к

нормально при

cos 93 = 0,8 cos 93 = 0,9 cos 93 = 1,0

Изменение частоты на величину ef вызывает ускоряющие моменты , равные

Свободный опрокидывающий момент под действием изменения частоты и напряжения равен

100-S

max 1

Для устойчивой работы необходимо, чтобы

Ма > Ма .

max max

Устойчивость работы С. д. Под действием изменения внешнего момента сопротивления система ротора смещается относительно вращающегося поля статора, при этом при изменении внешнего момента на ДМ угол смещения вырастает на величину Д9, обусловленную