Синхронные электродвигатели: устройство, принцип работы и ремонт

Синхронный электродвигатель — это электрическая машина переменного тока, ротор которой в установившемся режиме вращается синхронно с магнитным полем статора. Синхронная скорость определяется частотой питания и числом полюсов:

nₛ = 120f / P

где:

• nₛ — синхронная скорость, об/мин;
• f — частота питания, Гц;
• P — число полюсов.

Например, при частоте 50 Гц:

В нормальном синхронном режиме фактическая скорость ротора равна этим значениям и практически не зависит от механической нагрузки, пока двигатель не теряет синхронизм. Магнитное поле ротора может создаваться обмоткой постоянного тока, постоянными магнитами, реактивной конструкцией ротора или комбинированной магнитной системой.

Основные типы синхронных двигателей:

• с электромагнитным возбуждением;
• со щёточной системой возбуждения;
• с бесщёточным возбуждением;
• с постоянными магнитами;
• реактивные синхронные;
• гистерезисные;
• с явнополюсным ротором;
• с неявнополюсным ротором;
• низкоскоростные и высокоскоростные;
• высоковольтные и взрывозащищённые;
• двигатели с частотным регулированием;
• синхронные компенсаторы.

Общие номинальные характеристики, режимы работы и требования к большинству вращающихся электрических машин определяет IEC 60034-1:2026. Методы определения параметров электрически возбуждаемых синхронных машин по результатам испытаний рассматриваются в IEC 60034-4 и IEC 60034-4-1.

Слово «синхронный» означает, что ротор и магнитное поле статора движутся с одинаковой угловой скоростью. Статор создаёт вращающееся магнитное поле, а ротор имеет собственное магнитное поле. В рабочем режиме поле ротора как бы «сцепляется» с полем статора, и ротор вращается вместе с ним.

В отличие от асинхронного двигателя:

• синхронному двигателю не требуется постоянное скольжение для создания момента;
• ток или магнитный поток ротора создаётся отдельной системой;
• скорость ротора точно соответствует частоте поля статора;
• изменение нагрузки меняет преимущественно угол между полями, а не скорость.

Работу электромагнитно возбуждаемого трёхфазного синхронного двигателя можно описать так:

1. 01Трёхфазное напряжение подаётся на обмотку статора.
2. 02В фазах статора протекают токи, смещённые во времени.
3. 03Статорная обмотка создаёт вращающееся магнитное поле.
4. 04На ротор подаётся постоянный ток возбуждения.
5. 05Обмотка ротора создаёт постоянное относительно ротора магнитное поле.
6. 06После разгона ротора до скорости, близкой к синхронной, поле ротора входит в синхронизм с полем статора.
7. 07Взаимодействие двух магнитных полей создаёт электромагнитный момент.
8. 08Ротор продолжает вращаться точно с синхронной скоростью.

При увеличении нагрузки ротор не начинает постоянно вращаться медленнее, как асинхронный двигатель. Вместо этого увеличивается угловое отставание магнитной оси ротора от магнитного поля статора. Этот угол называют углом нагрузки, углом момента, углом мощности или электрическим углом δ. Пока угол остаётся в допустимых пределах, двигатель сохраняет синхронизм.

Синхронный двигатель может включать:

• корпус, сердечник статора, статорную обмотку;
• ротор, полюса ротора, обмотку возбуждения;
• демпферную клетку;
• контактные кольца и щёточный аппарат;
• бесщёточный возбудитель и вращающийся выпрямитель;
• систему автоматического регулирования возбуждения;
• вал, подшипники, подшипниковые щиты или стояковые подшипники;
• вентиляторы, теплообменники;
• клеммную коробку, датчики температуры, вибрации и положения ротора;
• систему пуска и систему защиты.

Статор синхронного двигателя

По общей конструкции статор синхронного двигателя подобен статору асинхронной машины: корпус, пакет электротехнической стали, пазы, зубцы, статорная обмотка, изоляция, клинья, бандажи, вентиляционные каналы, температурные датчики.

Статорная обмотка обычно трёхфазная и может быть всыпной или формованной, однослойной или двухслойной, петлевой или волновой, с круглым или прямоугольным проводом, низковольтной или высоковольтной. В крупных высоковольтных двигателях применяют формованные катушки или стержни с многослойной слюдяной корпусной изоляцией.

Сердечник статора

Сердечник изготавливают из тонких листов электротехнической стали, изолированных друг от друга для ограничения вихревых токов. В крупных машинах сердечник может состоять из сегментов с радиальными вентиляционными каналами между пакетами.

Состояние сердечника влияет на потери в стали, ток холостого хода, нагрев, магнитную симметрию, уровень вибрации, локальные горячие точки и устойчивость синхронной работы.

Повреждение межлистовой изоляции особенно опасно после трения ротора о статор, короткого замыкания, неконтролируемого выжигания обмотки, механического удаления проводников или сварочных работ на пакете.

Ротор создаёт магнитное поле, которое взаимодействует с полем статора. По принципу образования магнитного потока роторы делят на электромагнитно возбуждаемые, с постоянными магнитами, реактивные, гистерезисные и комбинированные. По геометрии магнитной системы они бывают явнополюсные или неявнополюсные (цилиндрические).

Явнополюсный ротор

Явнополюсный ротор имеет отдельно выраженные магнитные полюса. Каждый полюс обычно состоит из сердечника, полюсного наконечника, катушки возбуждения, изоляции, крепления, демпферных стержней и межполюсных соединений.

Явнополюсная конструкция характерна для тихоходных, многополюсных двигателей — приводов мельниц, насосов, компрессоров, низкоскоростных промышленных механизмов и синхронных компенсаторов.

Преимущества:

• возможность размещения большого числа полюсов;
• относительно простой доступ к катушкам и удобство ремонта отдельных полюсов;
• возможность создания значительного диаметра ротора;
• пригодность для низких скоростей без редуктора.

Недостатки:

• более сложная механическая конструкция;
• неравномерный воздушный зазор;
• значительные центробежные силы в полюсных креплениях;
• ограничения по очень высоким скоростям.

Полюсный наконечник и катушка полюса

Полюсный наконечник распределяет магнитный поток, формирует нужный воздушный зазор, влияет на форму магнитного поля и поддерживает демпферные стержни. Его повреждение может вызвать несимметрию магнитного поля, вибрацию, неравномерный нагрев, пульсации момента и риск задевания статора.

Обмотка возбуждения явнополюсного ротора может изготавливаться из прямоугольного медного провода, медной шины, ленточного проводника или жёсткой многовитковой конструкции. Катушки соединяют так, чтобы соседние полюса чередовались: N, S, N... При ремонте необходимо точно восстановить число витков, направление намотки, полярность, сечение проводника, активное сопротивление, изоляцию, геометрию, межполюсные соединения и механическое крепление.

Неявнополюсный (цилиндрический) ротор

Неявнополюсный, гладкий или цилиндрический ротор не имеет отдельных выступающих полюсов — обмотка возбуждения размещается в пазах массивного ротора. Такая конструкция применяется преимущественно в высокоскоростных синхронных машинах, двухполюсных и четырёхполюсных двигателях, приводах компрессоров и турбомашинах.

Преимущества:

• высокая механическая прочность;
• хорошая пригодность к высокой скорости;
• относительно равномерный воздушный зазор;
• меньшее аэродинамическое сопротивление и более низкие пульсации поля.

Недостатки:

• сложная конструкция ротора и ремонта обмотки;
• высокие требования к балансировке;
• значительные механические напряжения;
• сложное крепление лобовых частей обмотки.

Выбор между явнополюсной и цилиндрической конструкцией зависит прежде всего от скорости, мощности, механических нагрузок и необходимого числа полюсов.

Обмотка возбуждения создаёт постоянное магнитное поле ротора. Ток возбуждения определяет магнитный поток, внутреннюю электродвижущую силу, реактивную мощность, коэффициент мощности, запас статической устойчивости и нагрев ротора. Слишком малый ток возбуждения вызывает недовозбуждение, слишком большой — перевозбуждение.

Основные варианты систем возбуждения:

1. 01Щёточное возбуждение от внешнего источника постоянного тока.
2. 02Возбуждение от статического тиристорного или транзисторного преобразователя.
3. 03Бесщёточное возбуждение.
4. 04Возбуждение от вспомогательного генератора.
5. 05Постоянные магниты.
6. 06Комбинированные системы.

Щёточная система возбуждения

Постоянный ток передаётся к обмотке ротора через контактные кольца, щётки, щёткодержатели и токопроводящие шины.

Преимущества:

• относительно простая электрическая схема;
• прямой контроль тока ротора;
• возможность быстро измерять параметры возбуждения;
• удобство форсирования и гашения поля.

Недостатки:

• износ щёток, образование пыли, искрение;
• потребность в регулярном обслуживании;
• износ контактных колец, чувствительность к загрязнению;
• ограничения во взрывоопасных средах.

Контактные кольца могут изготавливаться из меди, бронзы, стали или специальных сплавов и должны иметь правильную геометрию, минимальное радиальное биение, ровную рабочую поверхность, надёжную изоляцию и стабильное электрическое соединение с обмоткой. Типовые дефекты: канавки, подгар, овальность, волнистость, трещины, ослабление крепления, пробой изоляции, загрязнение медно-графитовой пылью.

В щёточный аппарат входят щётки, щёткодержатели, пружины, траверса, гибкие проводники, изоляторы. При обслуживании контролируют марку щёток, давление, прилегание, высоту, свободное перемещение, температуру, искрение и равномерность распределения тока. Чрезмерное давление вызывает механический износ и нагрев; недостаточное — искрение, нестабильный контакт и подгорание кольца.

Бесщёточная система возбуждения

В бесщёточной системе на одном валу с основной машиной устанавливается возбудитель: статорная обмотка возбуждения возбудителя, вращающаяся якорная обмотка, вращающийся диодный выпрямитель, обмотка возбуждения главного ротора, иногда подвозбудитель с постоянными магнитами. Переменный ток, создаваемый вращающейся обмоткой возбудителя, выпрямляется диодами непосредственно на роторе и поступает к главной обмотке возбуждения.

Преимущества:

• отсутствие рабочих щёток и щёточной пыли;
• меньше регулярного обслуживания;
• пригодность к тяжёлым условиям;
• более высокая эксплуатационная надёжность при правильном обслуживании.

Недостатки:

• более сложная диагностика;
• вращающиеся диоды, сложность прямого измерения тока ротора;
• необходимость проверки вращающегося выпрямителя;
• большая сложность ремонта.

Статическая система возбуждения и АРВ

В статической системе постоянный ток создаётся неподвижным управляемым выпрямителем и подаётся на ротор через контактные кольца. Это обеспечивает быстрое регулирование, возможность форсирования, точный контроль и быстрое гашение поля, но сохраняет щёточный аппарат и зависит от силовой электроники и системы управления.

Автоматический регулятор возбуждения (АРВ) может управлять током возбуждения, коэффициентом мощности, реактивной мощностью, напряжением, запасом устойчивости, форсированием поля и ограничением тока ротора — поддерживая заданный cos φ, реактивную мощность, ток возбуждения или напряжение на шине.

В синхронных двигателях с постоянными магнитами поле ротора создаётся магнитами — неодим-железо-бор, самарий-кобальт, ферритовые или другие магнитные материалы. Магниты могут располагаться на поверхности ротора, внутри ротора, в специальных магнитных барьерах или в комбинированной реактивно-магнитной конструкции.

Преимущества:

• отсутствие потерь в медной обмотке возбуждения;
• высокий КПД и высокая удельная мощность;
• компактность, высокий коэффициент мощности;
• точное регулирование скорости и хорошие динамические характеристики.

Недостатки:

• высокая стоимость магнитов, риск размагничивания;
• сложность ремонта ротора;
• опасные силы притяжения при сборке;
• зависимость свойств от температуры;
• необходимость частотного преобразователя в большинстве промышленных приводов.

Поверхностные и встроенные магниты

Поверхностные магниты располагаются на внешней поверхности ротора: простая магнитная схема, небольшая индуктивная асимметрия, но сложность механического удержания и риск отрыва на высокой скорости требуют бандажа или защитной втулки.

Встроенные магниты размещены внутри пакета ротора: лучшая механическая защита и возможность использовать реактивную составляющую момента, но более сложная геометрия, более сложный ремонт и высокие требования к сборке.

Размагничивание постоянных магнитов

Может возникать из-за перегрева, чрезмерного тока статора, неправильного угла тока, короткого замыкания, сильного встречного магнитного поля, механического повреждения, старения или коррозии магнита.

Признаки: снижение момента, увеличение тока, неравномерная обратная ЭДС, вибрация, пульсации момента, асимметрия фазных параметров.

В реактивном синхронном двигателе ротор не обязательно имеет постоянные магниты или обмотку возбуждения — момент возникает из-за стремления ротора занять положение с минимальным магнитным сопротивлением. Ротор имеет разные магнитные проводимости вдоль продольной оси d и поперечной оси q; эта разница создаётся магнитными барьерами, специальной формой ротора, анизотропной структурой, вырезами и перемычками.

Преимущества реактивных синхронных двигателей:

• отсутствие роторной обмотки и постоянных магнитов;
• низкие потери в роторе, высокий КПД;
• относительно простая активная часть, отсутствие щёток;
• пригодность к частотному регулированию.

Недостатки:

• потребность в частотном преобразователе;
• пульсации момента, акустический шум;
• сложный электромагнитный расчёт и высокие требования к геометрии ротора;
• более низкая удельная мощность по сравнению с некоторыми магнитными двигателями.

В гистерезисном синхронном двигателе момент создаётся благодаря магнитному гистерезису ротора. Преимущества: плавный пуск, низкий шум, равномерный момент, точная синхронная скорость. Применяется преимущественно в маломощных приводах, часовых механизмах, приборах, аудиотехнике и специальных точных установках.

Демпферная обмотка, или пусковая клетка, располагается в полюсных наконечниках явнополюсного ротора и состоит из стержней, соединённых короткозамыкающими кольцами или сегментами. Её функции: асинхронный пуск, гашение колебаний ротора, уменьшение пульсаций скорости, повышение динамической устойчивости, демпфирование качаний и стабилизация при изменении нагрузки. По принципу работы во время пуска демпферная клетка подобна короткозамкнутому ротору асинхронного двигателя.

Асинхронный пуск

Если синхронный двигатель имеет демпферную клетку, он может запускаться как асинхронный:

1. 01Статор подключается к сети.
2. 02Вращающееся поле индуцирует ток в демпферной клетке.
3. 03Возникает асинхронный момент.
4. 04Ротор разгоняется до скорости, близкой к синхронной.
5. 05В нужный момент подаётся ток возбуждения.
6. 06Ротор втягивается в синхронизм.

Успешность вхождения в синхронизм зависит от момента нагрузки, инерции механизма, напряжения, состояния демпферной клетки, тока возбуждения, момента подачи возбуждения, угла ротора и времени разгона.

Почему синхронный двигатель не всегда самозапускается

Если неподвижный ротор имеет только постоянное магнитное поле, вращающееся поле статора быстро меняет направление электромагнитного момента относительно ротора, и средний пусковой момент может быть недостаточным или близким к нулю. Поэтому для пуска используют демпферную клетку, вспомогательный двигатель, частотный преобразователь, специальную систему разгона, пусковую асинхронную обмотку или изменение частоты от нуля.

Пуск от частотного преобразователя

Преобразователь начинает питание с низкой частоты — магнитное поле статора вращается медленно, и ротор может оставаться синхронизированным с ним в процессе разгона. Это обеспечивает плавный пуск, ограничение тока, контроль момента и возможность пуска под нагрузкой, и особенно важно для двигателей с постоянными магнитами, реактивных синхронных двигателей, крупных компрессоров, мельниц и сервосистем.

Альтернативно ротор может разгоняться вспомогательным двигателем примерно до синхронной скорости, после чего подаётся возбуждение, синхронный двигатель подключается к сети, а вспомогательный привод отключается. Для облегчения пуска также могут закрывать направляющие аппараты, разгружать компрессор, отключать технологическую нагрузку или запускать насос при закрытой арматуре.

Вхождение в синхронизм

Для успешного вхождения в синхронизм нужны достаточно малая разница скоростей, правильный ток возбуждения, допустимая нагрузка, достаточный синхронизирующий момент, исправная демпферная система и правильное управление. Если двигатель не входит в синхронизм, он может продолжать работать асинхронно, потреблять большой ток, нагревать демпферную клетку, создавать пульсации момента и вызывать срабатывание защиты.

В установившемся синхронном режиме скольжение s = 0, поскольку n = nₛ. Но во время асинхронного пуска, переходного процесса, потери синхронизма или качаний ротора мгновенная скорость может отличаться от скорости поля — это не является нормальным постоянным рабочим скольжением, характерным для асинхронного двигателя.

В отличие от асинхронного двигателя, номинальная скорость синхронного двигателя не составит, например, 1480 об/мин при четырёх полюсах и 50 Гц — она будет близкой именно к 1500 об/мин с учётом допустимой погрешности измерения и частоты сети.

Угол нагрузки δ

Угол δ — это угол между магнитной осью поля ротора и результирующим вращающимся полем статора. На холостом ходу угол небольшой; при увеличении механической нагрузки угол растёт — чем больший момент требуется на валу, тем больше поле ротора отстаёт от поля статора. До определённого значения увеличение угла увеличивает электромагнитный момент, но после превышения предела устойчивости двигатель может выйти из синхронизма.

В упрощённом случае цилиндрической синхронной машины электромагнитная мощность приблизительно зависит от:

P ∼ (UE / Xₛ) sin δ

где:

• U — напряжение статора;
• E — внутренняя ЭДС, связанная с возбуждением;
• Xₛ — синхронное реактивное сопротивление;
• δ — угол нагрузки.

Это показывает, что передаваемая мощность зависит от напряжения сети, тока возбуждения, параметров машины и угла между полями. Для явнополюсной машины дополнительно существует реактивная составляющая момента, связанная с разницей реактивных сопротивлений по осям d и q.

Максимальный момент и потеря синхронизма

Максимальный момент, после которого двигатель теряет синхронизм, называют предельным моментом, моментом выпадения из синхронизма, pull-out torque или максимальным синхронным моментом. Если нагрузка превышает этот предел, угол δ продолжает увеличиваться, ротор больше не удерживается полем, возникают удары момента, скорость становится нестабильной, ток статора растёт, и защита должна отключить машину.

Причины потери синхронизма: резкая перегрузка, снижение напряжения, потеря возбуждения, короткое замыкание в роторе, неправильная работа регулятора, неисправность вращающихся диодов, слишком большой угол нагрузки, нарушение питания, механический удар или заклинивание механизма.

Признаки: пульсации тока, сильный шум, удары момента, колебания активной и реактивной мощности, вибрация, неустойчивая скорость, нагрев демпферной клетки, срабатывание защиты от асинхронного режима.

Качания ротора

После изменения нагрузки ротор может совершать угловые колебания относительно поля статора — качания, «охоту» (hunting) или электромеханические колебания. Причины: резкие изменения нагрузки, пульсирующий момент механизма, слабое демпфирование, неисправная демпферная клетка, неустойчивое регулирование возбуждения, колебания сети. Демпферная клетка должна гасить такие колебания.

Механическая нагрузка на валу определяет преимущественно активную мощность, потребляемую двигателем. Ток возбуждения в значительной мере определяет реактивную мощность. Изменяя возбуждение, синхронный двигатель может работать с отстающим током, приблизительно при единичном коэффициенте мощности или с опережающим током — это одно из ключевых преимуществ электромагнитно возбуждаемого синхронного двигателя.

Недовозбуждение, нормальное возбуждение, перевозбуждение

При недостаточном токе ротора двигатель потребляет из сети реактивную мощность, и ток статора обычно отстаёт от напряжения. Чрезмерное недовозбуждение повышает ток статора, нагрев статора, уменьшает запас устойчивости и может вызвать срабатывание защиты от потери возбуждения.

При определённом токе возбуждения реактивная составляющая тока может быть минимальной, коэффициент мощности приближается к единице, и для заданной активной мощности ток статора имеет минимальное значение.

При повышенном токе возбуждения синхронный двигатель может отдавать реактивную мощность в сеть — ток статора опережает напряжение. Это позволяет компенсировать реактивную мощность асинхронных двигателей, уменьшать нагрузку сети реактивным током и улучшать cos φ предприятия. Чрезмерное перевозбуждение может вызвать перегрузку обмотки ротора, нагрев статора, превышение допустимого тока возбуждения и сокращение ресурса изоляции.

V-образные характеристики

V-образная характеристика показывает зависимость тока статора от тока возбуждения при постоянной механической нагрузке: при малом возбуждении ток статора повышен, и двигатель потребляет реактивную мощность; при оптимальном возбуждении ток статора минимален, а cos φ приближается к единице; при избыточном возбуждении ток снова растёт, и двигатель отдаёт реактивную мощность. График напоминает букву V.

Синхронный компенсатор

Синхронный компенсатор — это синхронная машина, которая работает практически без полезной механической нагрузки и регулирует реактивную мощность: поддерживает напряжение, компенсирует реактивную мощность, повышает мощность короткого замыкания, обеспечивает электромеханическую инерцию и улучшает устойчивость сети, в частности при большой доле преобразовательных источников. После синхронизации с сетью такая машина электрически ведёт себя как синхронный двигатель без полезной нагрузки, но управляемое возбуждение позволяет ей регулировать реактивную мощность.

КПД синхронного двигателя

Синхронные двигатели большой мощности могут иметь очень высокий КПД. Потери включают потери в меди статора, потери в обмотке возбуждения, потери в стали, механические и вентиляционные потери, потери в щёточном контакте, в возбудителе и вращающемся выпрямителе, а также добавочные нагрузочные потери. В двигателях с постоянными магнитами нет постоянных медных потерь в обмотке возбуждения, но могут быть потери от вихревых токов в магнитах, в бандаже и дополнительные гармонические потери от преобразователя.

Преимущества синхронных двигателей:

• точная постоянная скорость, отсутствие номинального скольжения;
• высокий КПД, возможность работы с cos φ, близким к единице;
• возможность генерации реактивной мощности;
• высокая эффективность на большой мощности;
• возможность прямого низкоскоростного привода без редуктора;
• высокий момент в регулируемых приводах, точное управление положением;
• возможность использования как компенсатора.

Недостатки:

• более сложный пуск от сети;
• необходимость системы возбуждения для электромагнитных машин;
• более сложная конструкция ротора, риск потери синхронизма;
• более сложная защита и потребность в регулировании возбуждения;
• щёточное обслуживание или вращающиеся диоды в зависимости от исполнения;
• высокие требования к настройке частотного преобразователя;
• сложный ремонт постоянных магнитов;
• повышенные требования к балансировке.

Высоковольтные синхронные двигатели

Промышленные синхронные двигатели могут работать при напряжении 3, 6, 10, 11, 13,8 кВ и других специальных значениях, приводя компрессоры, насосы, мельницы, воздуходувки, эксгаустеры, прокатное оборудование и крупные вентиляторы. Особенности: формованные статорные катушки, слюдяная корпусная изоляция, вакуум-нагнетательная пропитка, коронозащитные покрытия, контроль частичных разрядов, развитая система охлаждения, отдельная система возбуждения и сложные релейные защиты.

Низкоскоростные и высокоскоростные синхронные двигатели

Низкоскоростной двигатель имеет большое число полюсов и может напрямую соединяться с мельницей, компрессором, насосом или дробилкой — это устраняет редуктор и уменьшает механические потери и обслуживание, но требует большого диаметра, значительной массы и усиленного фундамента.

Высокоскоростные синхронные двигатели применяются для центробежных и турбокомпрессоров и других высокоскоростных агрегатов. Особенности: неявнополюсный или специальный ротор, высокоточная балансировка, контроль критических скоростей, усиленные бандажи, подшипники скольжения или специальные качения, сложное охлаждение и точная система управления.

Вертикальные синхронные двигатели

Применяются преимущественно в крупных вертикальных насосах, насосных станциях, системах водоснабжения, ирригации и гидротехнических сооружениях. Могут иметь верхний и нижний направляющий подшипник, подпятник, отдельную маслосистему, водяное охлаждение и полый вал. Подпятник воспринимает массу ротора, осевое усилие насоса и гидравлическую нагрузку.

Взрывозащищённые синхронные двигатели

При ремонте взрывозащищённой машины нельзя произвольно менять взрывозащитные зазоры, материалы корпуса, крепление, тип уплотнения, кабельные вводы, вентилятор, максимальную температуру, обмоточные данные, систему пропитки, подшипниковое исполнение или способ возбуждения — ремонт должен выполняться в соответствии с документацией и требованиями применимой взрывозащитной сертификации.

Синхронные двигатели с частотным регулированием

Преобразователь может управлять частотой, напряжением, током статора, моментом, потоком, углом нагрузки, положением ротора, скоростью и током возбуждения с помощью скалярного или векторного управления, прямого управления моментом, бездатчикового управления или управления с энкодером или резольвером.

Для точного управления применяют энкодеры, резольверы, датчики Холла, индуктивные или магнитные датчики, а также бездатчиковые алгоритмы. Неправильная фазировка датчика положения ротора может вызвать отсутствие пуска, обратный момент, сверхток, вибрацию, рывки, размагничивание магнитов или аварию преобразователя.

Для работы выше базовой скорости нужно уменьшать эффективный магнитный поток (ослабление поля) — в электромагнитно возбуждаемой машине это выполняется уменьшением тока ротора, а в магнитной машине преобразователь создаёт составляющую тока, которая частично противодействует полю магнитов. Ограничения: напряжение преобразователя, ток статора, механическая прочность ротора, нагрев, риск размагничивания, критические скорости и подшипники.

Возможные системы охлаждения:

• естественное воздушное, самовентиляция, независимая вентиляция;
• замкнутое воздушное с воздушно-воздушным теплообменником;
• воздушно-водяной теплообменник;
• водяное охлаждение статора или ротора;
• специальное газовое или комбинированное охлаждение.

Нужно контролировать расход воздуха, температуру воды, чистоту теплообменника, направление вращения вентилятора, работу насосов, состояние фильтров, протечки и конденсацию.

Для синхронных двигателей применяются режимы серии S: S1 (продолжительный), S2 (кратковременный), S3 (повторно-кратковременный), S4 (с частыми пусками), S5 (с пусками и электрическим торможением), S6 (продолжительный периодический), S7 (с пусками и торможением без остановки), S8 (с изменением скорости и нагрузки), S9 (непериодический режим с перегрузками), S10 (работа с дискретными нагрузками). Общие требования к номинальным режимам и характеристикам машин содержатся в IEC 60034-1:2026.

Неисправности можно разделить на статорные, роторные, возбудительные, демпферные, механические, подшипниковые, вентиляционные, управленческие, эксплуатационные и изоляционные.

Неисправности статора

Межвитковое замыкание статора возникает из-за старения изоляции, перегрева, импульсных перенапряжений, частичных разрядов, вибрации, слабой пропитки, загрязнения или смещения катушек, и приводит к локальному циркуляционному току, перегреву, разрушению проводника, межфазному замыканию или пробою на корпус.

Межфазное замыкание может возникнуть в пазу, в лобовых частях, в межкатушечных соединениях, в клеммной коробке или в зоне выхода катушки из паза — особенно опасно для высоковольтных формованных обмоток. Замыкание статора на корпус вызывают повреждённая пазовая изоляция, влага, загрязнение, острый край сердечника, вибрация катушки, частичные разряды, повреждение вывода или перегрев. Обрыв фазы статора проявляется несимметрией токов, снижением момента, пульсациями, перегревом и невозможностью вхождения в синхронизм.

Неисправности обмотки возбуждения и демпферной клетки

Замыкание обмотки возбуждения на корпус возможно относительно сердечника полюса, корпуса ротора, вала, межполюсного соединения или контактного кольца. Одиночное замыкание на землю не всегда сразу прекращает работу, но создаёт опасную предпосылку для двойного замыкания, которое может коротко замкнуть часть витков, вызвать несимметрию поля, спровоцировать вибрацию и повредить ротор.

Межвитковое замыкание обмотки возбуждения проявляется уменьшением активного сопротивления, увеличением тока при том же напряжении, несимметрией магнитного поля, вибрацией и локальным перегревом полюса. Обрыв обмотки возбуждения (из-за усталости межполюсного соединения, плохой пайки, трещины проводника, центробежной нагрузки или перегрева) приводит к потере поля, резкому росту реактивного тока, потере синхронизма и нагреву ротора.

Потеря возбуждения — одна из самых опасных неисправностей: причины — отказ возбудителя, обрыв ротора, неисправность щёток, повреждение диодов, отключение питания регулятора, неисправность тиристорного выпрямителя или ошибка автоматики. Последствия: переход в асинхронный режим, потребление значительной реактивной мощности, нагрев демпферной клетки и полюсов, пульсации момента, потеря синхронизма, повреждение ротора.

Неисправность вращающихся диодов (обрыв, пробой, повышенное прямое сопротивление, тепловой контакт с радиатором, трещина вывода, ослабленное болтовое соединение) проявляется нестабильным возбуждением, повышенной вибрацией, нагревом возбудителя, пульсациями тока и недостаточным моментом.

Обрыв демпферного стержня (из-за частых или затяжных пусков, асинхронного режима, тепловых циклов, усталости металла или дефекта пайки) ухудшает пуск, увеличивает время вхождения в синхронизм и вызывает качания и локальный перегрев полюсного наконечника. Трещина короткозамыкающего сегмента вызывает неравномерное распределение тока, нагрев соседних стержней, снижение демпфирования и разрушение соединений.

Механические неисправности и неисправности постоянных магнитов

Ослабление полюса — опасный механический дефект (ослабление болтов, разрушение клиньев, усталость крепления, коррозия, неправильная сборка, превышение скорости), вызывающий изменение воздушного зазора, вибрацию, трение о статор и катастрофическое разрушение ротора. Деформация полюсной катушки (центробежные силы, короткое замыкание, слабое крепление, термическое расширение) может привести к трению, пробою на сердечник и замыканию витков.

Неисправности постоянных магнитов: размагничивание, трещины, коррозия, отслоение, смещение, отрыв, повреждение бандажа, неоднородность магнитного потока. Неисправности контактных колец: износ, канавки, подгар, овальность, биение, трещины, пробой изоляции, ослабление крепления, загрязнение.

Чрезмерное искрение щёток вызывают неправильная марка щётки, недостаточное или чрезмерное давление, биение кольца, загрязнение, неровная поверхность, вибрация, неравномерное распределение тока, плохая притирка, повреждение гибкого проводника.

Неравномерный воздушный зазор (износ подшипников, ослабление полюса, изгиб вала, перекос корпуса, неправильная сборка) вызывает несимметрию магнитного поля, одностороннее магнитное притяжение, вибрацию, локальный нагрев и трение.

Перегрев синхронного двигателя может иметь причины: перегрузка, неправильное возбуждение, несимметрия напряжений, загрязнение охлаждения, неисправность вентилятора, дефект статора, межвитковое замыкание ротора, неисправность диодов, асинхронный режим, частые пуски, повышенные гармоники, механическое трение.

Повышенная вибрация может быть вызвана дисбалансом, несоосностью, мягкой лапой, изогнутым валом, неравномерным зазором, несимметрией поля ротора, короткозамкнутыми витками, дефектом демпферной клетки, качаниями, ослабленным полюсом, подшипниковым дефектом, резонансом или пульсирующей нагрузкой.

Если двигатель не входит в синхронизм, проверяют напряжение сети, момент нагрузки, время разгона, демпферную клетку, ток возбуждения, момент подачи возбуждения, вращающиеся диоды, регулятор, фазировку, механическое заклинивание и инерцию агрегата. Если двигатель выпадает из синхронизма под нагрузкой, возможные причины — чрезмерная нагрузка, недостаточное возбуждение, пониженное напряжение, дефект обмотки ротора, неисправные диоды, слабая демпферная клетка, колебания механического момента, неправильная настройка регулятора или короткое замыкание в сети.

Диагностика должна охватывать статор, ротор, систему возбуждения, демпферную обмотку, механическую часть, систему охлаждения, систему управления и агрегат в целом.

Визуальный осмотр

Проверяют лобовые части статора, бандажи, клинья, выводы, загрязнения, следы частичных разрядов, полюсные катушки, межполюсные соединения, демпферные стержни, крепление полюсов, контактные кольца, щётки, диоды, вентиляторы, подшипники, теплообменники.

Электрические измерения

Сопротивление изоляции статора измеряют между фазами и относительно корпуса, а также для вспомогательных обмоток и датчиков, с учётом температуры, влажности, номинального напряжения и предыдущих измерений. Сопротивление изоляции ротора проверяют для обмотки возбуждения относительно корпуса, контактных колец относительно вала, возбудителя, вращающегося выпрямителя и межполюсных соединений.

Активное сопротивление измеряют для фаз статора, обмотки возбуждения, полюсных катушек, межполюсных соединений и обмотки возбудителя, приводя результаты к одинаковой температуре — несимметрия может указывать на обрыв, плохое соединение, короткозамкнутые витки или ошибку перемотки.

Импульсное межвитковое испытание применяется для статорной обмотки, отдельных катушек, полюсных катушек и обмотки возбудителя и позволяет выявить межвитковые замыкания, ослабленную изоляцию, отличие числа витков или неправильное соединение. Испытание повышенным напряжением проверяет электрическую прочность изоляции статора, ротора, вспомогательных цепей и возбудителя по контролируемой методике с учётом состояния и истории изоляции.

Контроль частичных разрядов особенно важен для высоковольтных обмоток и может выполняться офлайн или онлайн, во время эксплуатации или после ремонта — помогает выявить внутренние полости, отслоения, дефекты пазовой части, ослабление коронозащиты и загрязнения. Для машин со статорными или роторными обмотками, питаемыми от преобразователей, в 2026 году выпущен IEC TS 60034-27-6 по онлайн-обнаружению и мониторингу частичных разрядов.

После ремонта необходимо убедиться, что полюса чередуются правильно — ошибка полярности одного полюса вызывает грубую несимметрию поля, отсутствие нормального момента, вибрацию, повышенный ток и невозможность синхронной работы.

Короткозамкнутые витки ротора определяют сравнением активного сопротивления, измерением падения напряжения на катушках, контролем магнитного потока, тепловизионным контролем, анализом вибрации, измерением индукции, специальными импульсными методами или контролем тока возбуждения.

Вращающиеся диоды проверяют на прямой переход, обратную блокировку, утечку, пробой, тепловой контакт и механическое крепление — проверка только обычным мультиметром не всегда достаточна для выявления дефекта, проявляющегося под рабочим током или температурой.

Механическая и тепловая диагностика

Демпферную клетку контролируют визуальным осмотром, капиллярным и вихретоковым контролем, ультразвуковым контролем, измерением электрической непрерывности, тепловизией во время испытаний и анализом пусковой характеристики и колебаний.

Воздушный зазор измеряют в нескольких точках по окружности и длине, для явнополюсной машины учитывая геометрию каждого полюса, положение ротора, осевое смещение и биение. Большая асимметрия может указывать на смещение ротора, изгиб вала, ослабление полюса, деформацию статора или износ подшипников.

Вибрационная диагностика позволяет оценить дисбаланс, несоосность, мягкую лапу, резонанс, подшипники, электромагнитную несимметрию, качания, пульсирующий момент, ослабление фундамента и дефекты муфты. Тепловизионный контроль выявляет горячие полюса, перегретые щётки, неравномерный нагрев контактных колец, дефектные клеммы, перегретые подшипники, неисправность теплообменника, асимметрию статора и дефект диода.

Анализ тока и мощности контролирует фазные токи, активную и реактивную мощность, cos φ, ток и напряжение возбуждения, гармонические составляющие и колебания при изменении нагрузки. Нестабильная реактивная мощность может свидетельствовать о неисправности регулятора, дефекте возбуждения, качаниях, нестабильности сети или механических колебаниях.

1. 01Приёмка оборудования и фиксация комплектности.
2. 02Анализ истории аварии и считывание заводской таблички.
3. 03Анализ схемы возбуждения и начальные электрические измерения.
4. 04Осмотр щёточного или бесщёточного узла.
5. 05Контроль вибрации, если запуск возможен.
6. 06Маркировка положения деталей.
7. 07Отключение и разрядка цепей возбуждения.
8. 08Демонтаж щёточного аппарата и разборка корпуса.
9. 09Демонтаж ротора.
10. 10Дефектация статора и ротора, проверка полюсов.
11. 11Контроль демпферной клетки и контактных колец.
12. 12Проверка возбудителя и вращающихся диодов.
13. 13Контроль вала, подшипниковых узлов и воздушного зазора.
14. 14Контроль сердечника статора.
15. 15Ремонт или перемотка обмоток.
16. 16Восстановление механических деталей.
17. 17Пропитка и полимеризация.
18. 18Проверка полярности и восстановление межполюсных соединений.
19. 19Балансировка ротора.
20. 20Монтаж подшипников и сборка.
21. 21Регулировка осевого положения и контроль зазора.
22. 22Наладка возбуждения.
23. 23Испытание пуска и вхождения в синхронизм.
24. 24Контроль токов и cos φ.
25. 25Вибрационные и температурные испытания.
26. 26Оформление протокола.

Ремонт статора

Может включать очистку, сушку, локальный ремонт изоляции, замену клиньев, восстановление бандажей, ремонт выводов, замену датчиков, перемотку, изготовление формованных катушек, вакуумную или вакуум-нагнетательную пропитку и ремонт сердечника.

При снятии обмоточных данных статора нужно зафиксировать число пазов, полюсов и фаз, шаг обмотки, число витков, сечение провода, число параллельных проводников и ветвей, схему соединения, направление групп, межфазные соединения, расположение датчиков, размеры катушек, конструкцию изоляции, коронозащиту и массу меди.

Ремонт ротора и системы возбуждения

Ремонт полюсных катушек может включать очистку, замену витковой и корпусной изоляции, изготовление новой катушки, восстановление выводов, ремонт межполюсных перемычек, пропитку, испытание и контроль геометрии. При изготовлении новой катушки нужно восстановить число витков, сечение меди, направление намотки, активное сопротивление, габариты, положение выводов, систему охлаждения и класс изоляции.

Межполюсные соединения подвергаются центробежным силам, вибрации, тепловому расширению и электродинамическим нагрузкам — нужно обеспечить достаточное сечение, гибкость, механическую фиксацию, электрический контакт, изоляцию и стойкость к циклам.

Ремонт демпферной клетки может включать замену стержня, восстановление пайки, ремонт короткозамыкающего сегмента, замену гибких перемычек и восстановление полюсного наконечника — локальная замена одного стержня без проверки всей клетки может не устранить первопричину.

Ремонт контактных колец включает проточку, шлифовку, полировку, восстановление изоляции, замену кольца, восстановление выводов, балансировку и контроль биения; после механической обработки нужно обеспечить допустимый диаметр, чистоту поверхности, отсутствие волнистости и минимальное биение.

Ремонт бесщёточного возбудителя включает проверку статорной и вращающейся обмотки, контроль диодов и предохранителей, ремонт соединений, контроль изоляции, балансировку и проверку системы регулирования.

Ремонт ротора с постоянными магнитами требует специальных мер безопасности из-за сильных сил притяжения, риска повреждения инструмента и опасности для электронных приборов; возможные работы — контроль магнитного потока, проверка магнитов, замена повреждённых сегментов, восстановление клея, ремонт бандажа, восстановление защитной втулки, балансировка и контроль обратной ЭДС.

Балансировка и подшипниковые узлы

Балансировка обязательна после ремонта полюса, замены катушки, ремонта демпферной клетки, замены диодов или радиаторов, ремонта контактных колец, замены вентилятора, ремонта бандажа, механической обработки, замены магнитов или ремонта вала. Для крупных роторов могут применять низкоскоростную и высокоскоростную балансировку, балансировку в нескольких плоскостях и проверку механического состояния на рабочей скорости.

При ремонте подшипниковых узлов проверяют шейки вала, посадки, подшипниковые щиты, стояки, вкладыши, масляные кольца, уплотнения, смазочные каналы, осевое положение и электрическую изоляцию. В крупных синхронных двигателях часто применяют подшипники скольжения — преимущества: высокая грузоподъёмность, пригодность для крупных валов, хорошее демпфирование, возможность работы на высоких скоростях, ремонтопригодность вкладыша; неисправности: износ баббита, перегрев, задир, разрушение масляной плёнки, загрязнение масла, неправильный зазор, несоосность, электрическая эрозия.

Токи через подшипники могут возникать из-за магнитной несимметрии, напряжения вала, преобразовательного питания, неправильного заземления или повреждения изоляции подшипника. Применяют изолированные подшипники и вкладыши, заземление вала, щётки заземления, правильное экранирование кабелей и фильтры преобразователя.

Могут включать сопротивление изоляции статора и ротора, коэффициент абсорбции, индекс поляризации, активное сопротивление фаз и возбуждения, импульсное испытание, испытание повышенным напряжением, проверку полярности, проверку диодов и демпферной клетки, контроль воздушного зазора, балансировку, контроль направления вращения, пусковое испытание, проверку вхождения в синхронизм, контроль тока возбуждения и cos φ, измерение реактивной мощности, вибрационный и температурный контроль и проверку под нагрузкой.

1. 01Демонтаж полюсов без маркировки.
2. 02Потеря данных о полярности.
3. 03Изменение числа витков катушки возбуждения.
4. 04Уменьшение сечения проводника.
5. 05Неправильное соединение полюсов.
6. 06Слабое крепление катушки.
7. 07Игнорирование демпферной клетки.
8. 08Ремонт одного стержня без проверки остальных.
9. 09Установка диодов с неправильными параметрами.
10. 10Неправильная полярность диода.
11. 11Отсутствие проверки диодов под нагрузкой.
12. 12Чрезмерная проточка контактных колец.
13. 13Неправильная марка щёток.
14. 14Неравномерное давление щёток.
15. 15Отсутствие балансировки.
16. 16Игнорирование воздушного зазора.
17. 17Неконтролируемое выжигание статора.
18. 18Отсутствие контроля сердечника.
19. 19Установка ротора со смещённым полюсом.
20. 20Отсутствие проверки межполюсных перемычек.
21. 21Неправильное осевое положение.
22. 22Игнорирование изоляции подшипников.
23. 23Отсутствие наладки регулятора возбуждения.
24. 24Пуск под чрезмерной нагрузкой.
25. 25Отсутствие защиты от потери возбуждения.
26. 26Отсутствие проверки вхождения в синхронизм.
27. 27Неправильная фазировка датчика положения.
28. 28Превышение допустимой температуры магнитов.
29. 29Сборка магнитного ротора без специальной оснастки.
30. 30Испытание только мегомметром.

Чего не следует делать:

• менять полярность полюсов без электромагнитного расчёта;
• подавать возбуждение по случайной схеме;
• обходить защиту от потери возбуждения;
• запускать двигатель с неисправной демпферной клеткой;
• использовать случайные диоды;
• заменять щётки только по геометрическому размеру;
• эксплуатировать двигатель с повышенным биением колец;
• игнорировать ослабленный полюс;
• шлифовать магниты без специальной технологии;
• нагревать магнитный ротор до неизвестной температуры;
• увеличивать скорость без проверки механической прочности;
• менять систему охлаждения без теплового расчёта;
• выжигать статор открытым пламенем;
• ограничивать испытание измерением сопротивления изоляции.

Двигатель не входит в синхронизм после ремонта ротора

Проверяют полярность всех полюсов, число витков, активное сопротивление катушек, межполюсные соединения, демпферную клетку, диоды, ток возбуждения, момент подачи возбуждения и механическую нагрузку.

Двигатель после перемотки статора имеет повышенный ток

Проверяют число витков, шаг, схему, параллельные ветви, фазировку, состояние сердечника, воздушный зазор, напряжение, ток возбуждения и механическую нагрузку.

Один полюс нагревается сильнее

Возможные причины: межвитковое замыкание, плохое межполюсное соединение, неправильное сечение проводника, дефект контакта, частично короткозамкнутая катушка, нарушение охлаждения.

Двигатель работает, но cos φ резко ухудшился

Проверяют ток возбуждения, автоматический регулятор, щётки, кольца, диоды, обмотку возбудителя, короткозамкнутые витки и напряжение сети.

После замены щёток появилось искрение

Возможные причины: неправильная марка, недостаточная притирка, неправильное давление, заклинивание в щёткодержателе, неровная поверхность кольца, неодинаковая длина, неправильная полярность материала для условий работы.

Двигатель периодически выпадает из синхронизма

Проверяют пики нагрузки, провалы напряжения, работу регулятора, потерю контакта щётки, вращающиеся диоды, колебания механизма, пульсации компрессора, защиту и демпферную клетку.

1. 01Определить механическую мощность.
2. 02Определить требуемую скорость.
3. 03Определить число полюсов.
4. 04Оценить момент нагрузки.
5. 05Определить инерцию агрегата.
6. 06Проанализировать пуск.
7. 07Выбрать тип ротора.
8. 08Выбрать систему возбуждения.
9. 09Определить потребность в компенсации реактивной мощности.
10. 10Выбрать напряжение.
11. 11Определить способ управления.
12. 12Проверить потребность в частотном преобразователе.
13. 13Выбрать систему охлаждения.
14. 14Учесть монтажное положение.
15. 15Определить степень защиты.
16. 16Учесть взрывоопасность.
17. 17Выбрать подшипники.
18. 18Предусмотреть датчики.
19. 19Рассчитать устойчивость и перегрузку.
20. 20Предусмотреть сервисное обслуживание.

Защита синхронного двигателя может включать:

• максимальную токовую и дифференциальную защиту;
• защиту от замыкания на землю;
• тепловую защиту статора и ротора;
• защиту от потери возбуждения и от выпадения из синхронизма;
• защиту от затяжного пуска и блокировки ротора;
• защиту от несимметрии фаз, пониженного напряжения и перенапряжения;
• контроль температуры подшипников, вибрации, охлаждения, щёточного аппарата, диодов и изоляции ротора.

Системы мониторинга могут применять датчики Pt100/Pt1000, термопары, PTC, датчики вибрации, осевого перемещения, воздушного зазора, тока возбуждения, напряжения вала, частичных разрядов, расхода воды, давления масла и положения ротора.

При техническом обслуживании регулярно контролируют токи статора, ток и напряжение возбуждения, активную и реактивную мощность, cos φ, температуру статора и ротора, подшипники, вибрацию, щётки, кольца, диоды, систему охлаждения, сопротивление изоляции, воздушный зазор, фундамент, центровку и работу регулятора.

• производитель, тип машины, заводской номер;
• мощность, напряжение, ток, частота, скорость, число полюсов, cos φ;
• ток и напряжение возбуждения, тип возбудителя, тип ротора;
• обмоточные данные статора, данные полюсных катушек;
• результаты проверки демпферной клетки, диодов, контактных колец и щёток;
• результаты контроля сердечника и балансировки, данные подшипников;
• воздушный зазор, сопротивление изоляции, активные сопротивления;
• импульсные испытания, испытание повышенным напряжением;
• ток холостого хода, реактивная мощность, вибрация, температура;
• результат вхождения в синхронизм и заключение.

• Чем синхронный двигатель отличается от асинхронного?Скоро
• Что такое синхронная скорость?Скоро
• Что такое угол нагрузки?Скоро
• Как работает бесщёточное возбуждение?Скоро
• Как проверить вращающиеся диоды?Скоро
• Что такое демпферная обмотка?Скоро
• Что такое потеря возбуждения?Скоро
• Что такое V-образные характеристики?Скоро
• Что такое синхронный компенсатор?Скоро
• Как ремонтируют полюсные катушки?
• Как ремонтируют демпферную клетку?
• Как перематывают синхронные роторы?
• Как выполняется балансировка ротора?
• Как диагностируют воздушный зазор?
• Как устроен турбогенератор?
• Как устроен гидрогенератор?

ООО ВКФ «Электропромремонт» выполняет комплексную диагностику, ремонт, перемотку и испытания синхронных электрических машин промышленного назначения.

В состав работ могут входить:

• приёмная диагностика, разборка, дефектация, анализ причин аварии;
• проверка статора, ротора, системы возбуждения;
• контроль контактных колец, щёточного аппарата и бесщёточного возбудителя;
• контроль вращающихся диодов и демпферной клетки, проверка крепления полюсов;
• контроль воздушного зазора;
• перемотка статора, изготовление статорных катушек, ремонт высоковольтной изоляции;
• перемотка полюсных катушек, изготовление катушек возбуждения;
• восстановление межполюсных соединений, ремонт демпферных стержней и короткозамыкающих сегментов;
• ремонт контактных колец, проточка и шлифовка, ремонт щёткодержателей;
• ремонт обмотки возбудителя, замена вращающихся диодов, ремонт обмотки ротора;
• вакуумная и вакуум-нагнетательная пропитка, ремонт активной стали, проверка сердечника;
• ремонт вала, восстановление посадочных мест, ремонт подшипниковых щитов и стояковых подшипников;
• восстановление вкладышей, замена подшипников, восстановление изоляции подшипниковых узлов;
• ремонт системы смазки, вентилятора, теплообменников, динамическая балансировка;
• монтаж температурных датчиков, измерение сопротивления изоляции и активного сопротивления;
• импульсные межвитковые испытания, испытание повышенным напряжением;
• контроль полярности полюсов, проверка диодов и вхождения в синхронизм;
• контроль тока возбуждения, измерение коэффициента мощности и реактивной мощности;
• вибрационные и температурные испытания, подготовка ремонтного протокола.

Синхронный электродвигатель — это электрическая машина переменного тока, в которой ротор в установившемся режиме вращается точно со скоростью магнитного поля статора. Его главной особенностью является отсутствие рабочего скольжения. Электромагнитный момент создаётся благодаря взаимодействию вращающегося поля статора и магнитного поля ротора; при изменении механической нагрузки меняется не скорость, а угловое положение ротора относительно поля статора.

Синхронные двигатели имеют важные преимущества:

1. 01Точная постоянная скорость.
2. 02Высокий КПД.
3. 03Возможность работы с высоким коэффициентом мощности.
4. 04Возможность компенсации реактивной мощности.
5. 05Эффективность в крупных низкоскоростных приводах.
6. 06Возможность точного частотного и позиционного управления.

При этом такая машина требует контроля статорной обмотки, полюсных катушек, демпферной клетки, системы возбуждения, контактных колец, щёток, вращающихся диодов, воздушного зазора, балансировки, подшипников, системы охлаждения, регулятора возбуждения и защиты от потери синхронизма.

Замена подшипников без проверки воздушного зазора, перемотка статора без диагностики ротора или ремонт возбуждения без испытания вхождения в синхронизм не обеспечивают прогнозируемой надёжности.

Полноценный ремонт должен включать:

• определение первопричины неисправности;
• комплексную дефектацию;
• проверку статора, полюсов, демпферной клетки;
• диагностику возбудителя и проверку диодов;
• восстановление механической геометрии и балансировку;
• электрические испытания и наладку возбуждения;
• проверку синхронной работы;
• документирование результатов.

Отказ от ответственности

Статья носит общий информационный характер. Конкретный выбор синхронного двигателя, системы возбуждения, способа пуска, защиты, обмоточных данных, тока ротора, способа охлаждения и технологии ремонта должен определяться на основании документации производителя, заводских чертежей, номинальной таблички, электромагнитного расчёта, схемы системы возбуждения, характеристик механизма, условий сети, фактического режима работы, условий окружающей среды, требований взрывозащиты, применимых стандартов и результатов профессиональной диагностики.

Без инженерного обоснования не допускается менять число витков статора или полюсов, сечение проводника, полярность, схему возбуждения, устанавливать диоды с другими параметрами, увеличивать ток ротора или скорость, менять воздушный зазор, конструкцию демпферной клетки, систему охлаждения, материалы постоянных магнитов или настройки защиты, а также эксплуатировать машину без защиты от потери возбуждения и синхронизма.

Работы с высоковольтными, взрывозащищёнными, высокоскоростными, магнитными и крупногабаритными синхронными двигателями должны выполняться квалифицированным персоналом с применением специальной оснастки, контролируемых технологий, поверенных средств измерения и соответствующих испытательных установок.