Конструкція синхронного двигуна така ж, як і у синхронного генератора. При подачі струму в трифазну обмотку статора в ньому виникає обертове магнітне поле. Частота обертання його визначається формулою: n = 60 f / p, де f - частота струму мережі живлення, р - число пар полюсів на статорі.
Принцип дії синхронного двигуна
Ротор, часто є електромагнітом, буде строго слідувати за обертовим магнітним полем, тобто його частота обертання n2 = n1. Розглянемо принцип дії синхронного двигуна на наступній умовної моделі (рис. 1). Нехай магнітне поле статора буде змодельовано системою обертових магнітних полюсів N - S.
Принцип дії синхронного двигуна
Ротор двигуна теж являє собою систему електромагнітів S - N, які зчеплені з полюсами на статорі. Якщо навантаження на двигуні відсутній, то осі полюсів статора будуть збігатися з осями полюсів ротора (θ = 0). Якщо ж до ротора підключена механічне навантаження, то осі полюсів статора і ротора можуть розходитися на деякий кут θ. Однак магнітне зчеплення ротора зі статором триватиме, і частота обертання ротора буде дорівнює синхронної частоті статора (n2 = n1). При великих значеннях ротор може вийти з зчеплення і двигун зупиниться.
Головна перевага синхронного двигуна перед асинхронним - це забезпечення синхронної швидкості обертання ротора при значних коливаннях навантаження.
Пуск синхронного двигуна
Як ми показали вище, синхронне обертання ротора забезпечується магнітним зчепленням полюсів ротора з обертовим магнітним полем статора. У перший момент пуску двигуна обертове магнітне поле статора виникає практично миттєво. Ротор ж, володіючи значною інерційної масою, прийти в синхронне обертання відразу не зможе. Його треба розігнати до підсинхронних швидкості якимось додатковим пристроєм.
Довгий час роль розгінного двигуна грав звичайний асинхронний двигун. механічно з'єднаний з синхронним. Ротор синхронного двигуна приводиться в обертання до підсинхронних швидкості. Далі двигун сам втягується в синхронізм. Зазвичай потужність пускового двигуна становить 5-15% від потужності синхронного двигуна. Це дозволяє пускати в хід синхронний двигун тільки вхолосту або при малому навантаженні на валу.
Застосування пускового двигуна потужністю, достатньою для пуску синхронного двигуна під навантаженням робить таку установку громіздкою і дорогою. Останнім часом використовується так звана система асинхронного пуску синхронних двигунів. З цією метою в полюсні наконечники забивають стрижні, що нагадують собою короткозамкненим обмотку асинхронного двигуна.
Система асинхронного пуску синхронного двигуна
У початковий період пуску синхронний двигун працює як асинхронний, а в подальшому - як синхронний. З метою безпеки обмотку збудження в початковому періоді пуску закорачивается, а на заключному підключають до джерела постійного струму.