НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ СИНХРОННЫХ МАШИН
Синхронные машины - это такие машины переменного тока, у которых частота вращения ротора равна частоте вращения поля статора (n1 = n2), поэтому скольжение у синхронных машин равно нулю (s = 0).
Частота вращения ротора n2определяется частотой тока сети f1, т.е.
Угловая частота поля статора:
Синхронные машины обратимы, т. е. они могут быть как двигателями, так и генераторами.
Синхронные генераторы являются основными источниками электрической энергии в промышленных сетях электроснабжения, на транспорте, передвижных электростанциях и т. д.
Синхронные двигатели (СД) применяются в приводах большой мощности (несколько десятков мегаватт).
Синхронные двигатели приводят во вращение насосы, компрессоры. вентиляторы н другие механизмы, работающие с неизменной угловой скоростью.
Кроме того, синхронные двигатели используются в качестве синхронных компенсаторов для улучшения коэффициента мощности предприятия, так как они могут работать в отличие от асинхронных двигателей с различной реактивной мощностью - индуктивной или емкостной. Компенсаторы работают в режиме холостого хода (без нагрузки) и отдают в сеть только реактивную составляющую мощности, которая необходима для асинхронных двигателей.
Специальные СД малой мощности используются в устройствах, где требуется строгое постоянство угловой скорости - например, электрочасы, автоматические самопишущие приборы, устройства с программным управлением. Изготовление синхронных двигателей сложнее асинхронных и стоимость их выше.
УСТРОЙСТВО, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ПУСК СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Синхронный двигатель преобразует электрическую энергию переменного тока в механическую энергию при неизменной частоте вращения ротора, равной частоте вращения магнитного поля статора, не зависящей от нагрузки.
СД состоит из неподвижной части - статора и подвижной - ротора. Статор ничем не отличается от статора асинхронного двигателя, статорная обмотка также подключена к сети трехфазного переменного тока.
На роторе имеется обмотка, которая называется обмоткой возбуждения, она подключена через щетки н контактные кольца к независимому источнику постоянного тока - возбудителю.
Ротор СД бывает явнополюсный и неявнополюсный.
ЯВНОПОЛЮСНЫЕ. Четко видны полюса (катушки). Используют при малых скоростях и большом числе полюсов.
НЕЯВНОПОЛЮСНЫЕ – выглядит как круглая болванка, в прорези на которой уложены провода обмоток. Используют при больших скоростях вращения (3000, 1500 об/мин) и малом числе полюсов.
Рисунок 1
Синхронные машины проектируют так, чтобы количество полюсов магнитного поля ротора и магнитного поля статора было одинаковым.
Ротор синхронной машины имеет ОБМОТКУ ВОЗБУЖДЕНИЯ (ОВ), подключенную через два контактных кольца и щетки к источнику постоянного тока. Назначение обмотки возбуждения – создание в машине основного магнитного потока. Ротор вместе с обмоткой возбуждения называется ИНДУКТОРОМ.
Если обмотку возбуждения ОВ синхронного двигателя подключить к источнику постоянного тока, а статорную обмотку включить в сеть трехфазного тока, то СД вращаться не будет, так как возникающее магнитное поле статора будет вращаться с большей скоростью Ω1 относительно неподвижного пока ротора Ω2.
Скорость вращения ротора, равную скорости вращающегося магнитного поля, называют синхронной скоростью. При нагрузке ротор синхронного двигателя отстает на некоторый угол 
от вращающегося магнитного поля, причем с увеличением нагрузки угол увеличивается (рис. 2).
Рисунок 2 - Принцип действия синхронного двигателя: а) – при холостом ходе; б) – при нагрузке
Вращающий момент синхронного двигателя пропорционален приложенному напряжению. Ротор вращается с синхронной скоростью, не зависящей от нагрузки, а при увеличении нагрузки изменяется только угол .
Кратковременная перегрузочная способность синхронного двигателя зависит от величины угла . При работе двигателя с номинальной нагрузкой и номинальным током возбуждения угол обычно не превышает 25-30°. При этих значениях кратковременная перегрузочная способность синхронного двигателя составляет (2-2,5) Мн.
Синхронный двигатель не имеет начального пускового момента. Если его подключить к сети переменного тока, когда ротор неподвижен, а по обмотке возбуждения проходит постоянный ток, то за один период изменения тока электромагнитный момент будет дважды менять свое направление, т.е. средний момент за период будет равен нулю. При этих условиях двигатель не сможет прийти во вращение, так как ротор его, обладающий определенной инерцией, не может быть в течение одного полупериода разогнан до синхронной частоты вращения. Следовательно, для пуска в ход синхронного двигателя необходимо разогнать его ротор с помощью внешнего момента до частоты вращения, близкой к синхронной.
Электрическая схема синхронной машины показана на рис. 3.
Рисунок 3
Это объясняется тем, что вращающееся магнитное поле статора мгновенно набирает скорость, а ротор в силу механической инерции также мгновенно двигаться не может.
Поэтому ротор СД необходимо раскручивать тем или иным способом до частоты вращения, близкой к синхронной.