Мощность и механический момент синхронного двигателя

Связь между электромагнитным моментом и мощностью двигателя выражается уравнением

,

где – угловая синхронная скорость ротора.

Переход синхронной машины от генераторного режима работы к работе машины в режиме двигателя вызывает изменение знака угла . Можно получить выражение мощности и момента синхронной машины, работающей в режиме двигателя, исходя из соответствующего выражения для генератора, введя в него отрицательные значения угла . Изменение знака мощности означает изменение направления потока энергии. Для двигателя с явно выраженными полюсами, пренебрегая потерями в статорной обмотке, получают

.

Электромагнитный момент синхронного двигателя

.

Синхронизирующий момент, который определяет способность машины оставаться в синхронизме с сетью

,

и мощность синхронизации .

Рис. 8.3

На рис. 8.3 представлена связь и . В соответствии с угловой характеристикой двигателя можно сказать, что область стабильного функционирования синхронной машины определяется величиной угла , при котором синхронизирующий момент имеет положительные значения. Для двигателя с неявно выраженными полюсами .

Для двигателя с неявно выраженными полюсами:

: .

Для синхронного двигателя, как и для генератора, может быть построена векторная диаграмма для различных значений тока
возбуждения, когда активная мощность остается неизменной .

8.4. V -образные характеристики синхронных двигателей

Сами по себе векторные диаграммы синхронных двигателей не представляют особого интереса.

Особый интерес представляют так называемые «»-образные характеристики синхронного двигателя, аналогичные -образным характеристикам генератора по внешнему виду, однако имеют совершенно другой смысл.

Рис. 8.4

Если произвести изменение тока возбуждения синхронного двигателя с неявно выраженными полюсами, то векторная диаграмма изменится при постоянстве напряжения сети так, как это показано на векторной диаграмме (рис. 8.4). При недовозбужденной машине ток двигателя отстает от напряжения на некоторый угол. Конец вектора тока находится на прямой . При постоянной развиваемой мощности и при увеличении тока возбуждения ЭДС двигателя увеличится до значения . При таком значении ЭДС ток двигате-
ля совпадает с напряжением сети по фазе. Это оптимальное значение тока возбуждения. При дальнейшем увеличении тока возбуждения ЭДС двигателя увеличится. Одновременно увеличится ток двигателя. При этом ток будет опережать напряжение на некоторый угол. Трем значениям тока возбуждения на векторной диаграмме соответствуют векторы с одним штрихом, двумя и тремя штрихами.

Рис. 8.5

Для синхронных двигателей обычно строят -образные характеристики, которые показывают, каким образом необходимо изменять ток возбуждения для получения номинального режима работы двигателя (рис. 8.5).

Необходимо отметить, что в области недовозбуждения имеется ограничение ме­ханической стабильности, когда двигатель не может обеспечить необходимого механического момента.

Максимальный момент, развиваемый двигателем, может быть определен из выражения (для )

и зависит от величины ЭДС . Уменьшая ток возбуждения, уменьшают и соответствующим образом сокращают максимальный момент (рис. 8.5). Точка, для которой равен моменту сопротивления, определяет предел механической стабильности.