Известно, что лепесток железа, находящийся в неравномерном поле, устанавливается по направлению максимальной интенсивности поля. Ротор синхроноскопа состоит из двух лепестков и замыкающей втулки, расположенных в виде буквы Z и изготовленных из магнитомягкого материала. Ротор охватывается неподвижной катушкой с обмоткой возбуждения. Неподвижная часть измерительного механизма представляет собой статор с пазами, в которые уложена трехфазная обмотка.
Рис. 1. Схема включения электромагнитного синхроноскопа в сеть напряжением 380 В
Схема включения прибора показана на рис. 1. Через добавочные резисторы трехфазная обмотка включается на напряжение синхронизируемого генератора II, а обмотка возбуждения — на два фазы работающего генератора I. В этом случае обмотка статора создает вращающееся (частотой вращения 2πf1 об/с) магнитное поле, неизменное по величине (f1 — частота подключаемого генератора).
Обмотка возбуждения (обмотка ротора) создает переменное синусоидальное магнитное поле, направленное по оси ротора перпендикулярно вращающемуся полю статора. Результирующее (от сложения магнитных полей статора и ротора) магнитное поле действует на лепестки ротора. Как показывает расчет, результирующее поле неизменно по величине и вращается с частотой, пропорциональной разности частот f1—f подключаемого генератора и сети. Это вращающееся поле увлекает за собой ротор, лишенный противодействующего момента. Если частота подключаемого генератора f1 больше частоты сети f, то ротор вращается по часовой стрелке — в направлении быстрее.
Если же частота сети f больше частоты подключаемого генератора f1, то ротор вращается против часовой стрелки — в направлении медленнее. При равенстве частот ротор устанавливается на отметку синхронизации. В этот момент можно произвести подключение генератора к сети. Для более плавного движения подвижной части в приборах предусмотрен магнитоиндукционный успокоитель.
На некоторых судах установлены щитовые синхроноскопы типа Д430 ферродинамической системы. Из-за необходимости иметь круговое вращение стрелки в синхроноскопе применен миниатюрный синхронный двигатель — сельсин. Принцип его использования в приборе основан на следующем. Если обмотку ротора синхронного двигателя питать постоянным током, а обмотки статора — трехфазным, то ротор будет вращаться с постоянной частотой вращения, пропорциональной частоте трехфазного тока, np=2πf.
Причиной вращения ротора является взаимодействие поля статора с током в обмотке ротора, которое создает необходимый вращающий момент. Если обмотки статора питать током частотой f1, а в обмотку ротора подать переменный ток частотой f2 < f1, то ротор будет иметь частоту вращения, пропорциональную разности частот f1 и f2. Причем если частота f1 больше частоты f2, то ротор будет вращаться по часовой стрелке, если же частота f2 больше частоты f1, то вращаться он будет против часовой стрелки. В том случае, если частоты токов в статоре f1 и в роторе f2 одинаковы, ротор будет неподвижен.
Рис. 2. Принципиальная схема (а) и схема включения (б) синхроноскопа
Эти свойства синхронного двигателя использованы для применения его в качестве измерительного механизма стрелочного синхроноскопа типа Д340. Ротор сельсина включается в сеть на две фазы работающего генератора, а его статор включается на напряжения синхронизируемого генератора (рис. 2).
Измерительным механизмом прибора является миниатюрный сельсин типа А7. Ротор с двумя явно выраженными полюсами имеет однофазную обмотку. Обмотка ротора посредством встроенного понижающего трансформатора включается на зажимы И1 и И2 прибора, к которым подводится линейное напряжение работающего генератора II. Статор с неявновыраженными полюсами имеет трехфазную обмотку, соединенную звездой. Концы статорной обмотки через понижающие трансформаторы выведены к зажимам А, В и С прибора и включаются на линейное напряжение синхронизируемого генератора I.
При протекании тока по статорной обмотке создается вращающееся магнитное поле. Если частота изменения поля ротора и частота вращения поля статора одинаковы, вращающий момент сельсина равен нулю и стрелка прибора, закрепленная на оси ротора, остановится. Положение стрелки относительно отметки синхронизации зависит от угла сдвига одноименных фаз работающего и синхронизируемого генераторов.
Для включения генераторов переменного тока на параллельную работу необходимы не только равенство их частот (синхронность), но и совпадение фаз их напряжений (синфазность). При несовпадении фаз и совпадении частот стрелка остановится в положении, не совпадающем с отметкой синхронизации на 120°. Для удобства определения необходимого изменения частоты вращения синхронизируемого генератора на шкале прибора, справа от средней отметки, сделана надпись «Быстрее», а слева — «Медленнее», что указывает, быстрее или медленнее синхронной частоты вращения вращается ротор синхронизируемого генератора.
Рис. 3. Общий вид (а), схема (б) лампового синхроноскопа
На некоторых судах с электростанцией малой мощности применяют ламповый синхроноскоп (рис. 3), состоящий из трех ламп накаливания. Лампа Л1 (см. рис. 3,б) включается «на темноту» и в момент синхронизации гаснет, а лампы Л2 и ЛЗ включаются «на светлое», параллельно автомату в разные фазы, и в момент синхронизации горят в полный накал. Лампы размещают по вершинам равностороннего треугольника, закрывают матовым стеклом и помещают в кожух.
При неравенстве частот вращения генераторов лампы будут зажигаться и гаснуть в определенном порядке. Это создает впечатление вращающегося светового пятна. Чем меньше отличаются частоты вращения генераторов, тем медленнее вращается световое пятно. В момент синхронизации, когда вращение пятна прекращается, включают синхронизируемый генератор.
