Система синхронного вращения со вспомогательными синхронными машинами представлена на рисунке ниже:
В качестве главных приводных электрических машин могут использоваться электродвигатели как переменного, так и постоянного тока. Между собой соединяют обмотки статоров вспомогательных синхронных машин.
При наличии равных статических моментов и строго одинаковых механических характеристиках главных приводных электродвигателей обе оси будут вращаться с одинаковой скоростью, и роторы синхронных машин будут занимать синфазное положение. Отсюда следует, что ЭДС статоров машин СМ1 и СМ2 будут сдвинуты по фазе друг относительно друга на угол 1800 и одинаковы по величине. При этом в цепи статора тока не будет.
Любое нарушение режима работы системы из – за изменения статических моментов повлечет за собой взаимное смещение роторов главных и вспомогательных электродвигателей. При этом в цепи статоров последних появится некоторая результирующая ЭДС Еу, которая в свою очередь обусловит возникновение уравнительного тока. Допустим, что возрос момент на оси 1. Тогда ротор вспомогательной машины СМ1 сместится относительно ротора СМ2 на некоторый угол θ в сторону отставания. Соответственно ЭДС статоров вспомогательных машин разойдутся на угол π + θ, как это показано на векторной диаграмме ниже:
Так как сопротивление статорной цепи в основном носит индуктивный характер, то уравнительный ток будет отставать от вызвавшей его ЭДС почти на 900. Относительно вектора ЭДС синхронной машины СМ1 вектор уравнительного тока повернут на угол, близкий к 1800 (φ1 > 900). Следовательно, эта машина окажется в двигательном режиме и будет помогать приводному электродвигателю ПД1 преодолевать повышенный статический момент. Напротив векторы уравнительного тока и ЭДС второго вспомогательного электродвигателя СМ2 почти совпадают (φ2 < 900), что соответствует работе машины СМ2 в генераторном режиме.
Таким образом, вспомогательные машины за счет возникающих при рассогласовании роторов уравнительных токов и соответствующих им уравнительных моментов будут удерживать систему в режиме синхронного вращения. Уравнительные моменты, если пренебречь потерями в меди обмоток статоров, должны быть равны полуразности статических моментов. Именно поэтому мощность уравнительных машин должна выбираться в соответствии с ожидаемым различием статических моментов на осях механизма.
С ростом разности статических моментов возрастает угол рассогласования. Предельно возможный угол рассогласования, при котором система уже выпадет из режима синхронного вращения, естественно составляет 900. Однако, для того, чтобы система синхронного вращения обладала некоторой перегрузочной способностью и ее работа была достаточно надежной, не следует превосходить θ = 15 – 30.
Система синхронного вращения может охватывать не только две, а значительно большее число осей. При наличии различных статических моментов на этих осях одна часть синхронных машин будет работать в генераторном режиме, а другая в двигательном режиме.
Серьезным недостатком системы синхронного вращения со вспомогательными синхронными машинами является снижение синхронизирующих моментов с уменьшением скорости. Так как ЭДС синхронных машин пропорциональна скорости, то уравнительные токи и соответствующие им синхронизирующие моменты при малых скоростях могут оказаться недостаточными для удержания системы в синхронном режиме. В положении покоя синхронизирующие моменты вообще равны нулю. Поэтому в начальной стадии пуска, когда неравенство статических моментов наиболее вероятно, система оказывается неработоспособной, и возможно смещение осей механизма на большие углы.
К недостаткам такой системы также стоит отнести высокую стоимость синхронных машин и необходимость иметь источник постоянного тока для их возбуждения.
