Механические характеристики синхронных машин

Одним из главных свойств синхронных электродвигателей является то, что они вращаются со строго постоянной скоростью. И эта скорость определяется частотой сети и количеством пар полюсов машины. Механическая характеристика синхронного электродвигателя n=f(M) в пределах от холостого хода до выпадения двигателя из синхронизма представлена горизонтальной прямой (n0=const).

Момент, который развивает электродвигатель, определяется электромагнитным взаимодействием МДС статора с МДС ротора. Вращающееся магнитное поле статора «тянет» за собой постоянное магнитное поле ротора. Таким образом происходит вращение вала двигателя.

Векторная упрощенная диаграмма напряжений синхронной машины показана ниже:

Векторная диаграмма синхронной машины

Данная диаграмма не учитывает падение активного напряжения статора, но такое допущение при определении момента и мощности не вносит значительных ошибок в расчет. При таком допущении электромагнитная мощность машины будет равна мощности, потребляемой из сети:

Электромагнитная мощность синхронного электродвигателя

Где m – количество фаз питающего напряжения, U,I – фазные токи и напряжения, cosφ – коэффициент мощности сети.

Проанализировав векторную диаграмму можно получить следующие выражения:

Напряжение, ток и косинус фи синхронной машины

Подставив в формулу мощности значение угла φ получим:

Электромагнитная мощность синхронного электродвигателя выраженная через косинус фи

Определи значения Iq и Id из формул выше и подставив в выражения мощности и упростив выражение получим:

Упрощенное значение электромагнитной мощности синхронной машины

Где: Р=Рэм – мощность электромагнитная или потребляемая;

U – напряжение в питающей сети;

E – ЭДС индуктированная;

Xd и Xq – сопротивление индуктивное продольной и поперечной оси;

Iq и Id  — соответственно токи поперечных и продольных осей;

Выражение электромагнитного момента выглядит следующим образом:

Электромагнитный момент синхронного электродвигателя

Он состоит из двух слагаемых:

  • ЭДС пропорционально индуктированной и sinθ, так называемого синхронного момента Мсин;
  • Реактивного момента, который возникает в двигателях без возбуждения имеющих явнополюсную конструкцию;

В двигателях с неявнополюсной системой Xd = Xq, поэтому реактивный момент равен нулю.

При увеличении угла θ синхронный момент тоже будет расти. Его максимальное значение будет при θ=900, при дальнейшем увеличении θ момент синхронный будет уменьшатся. Можно сделать вывод, что устойчивая работа электродвигателя возможна при θ не более 900.

Если учесть возможность резкой неравномерности в нагрузке (изменения момента на валу), то угол θ стараются иметь в пределах θ=20÷300. При выполнении этого условия перегрузочная способность машины будет лежать в пределах:

Перегрузочная способность синхронной машины

В отличии от асинхронного двигателя момент синхронной машины пропорционален первой степени напряжения и первой степени ЭДС от магнитодвижущей силы основного возбуждения, соответственно в момент пиковых нагрузок перегрузочная способность синхронной машины может быть повышена путем увеличения тока возбуждения.

Зависимость электромагнитного момента и его составляющих – реактивного и синхронного, от угла θ показана ниже:

зависимость электромагнитного момента синхронной машины и его составляющих от угла тета

Из приведенной зависимости видно, что электродвигателя с явнополюсной конструкцией за счет влияния реактивного момента максимальное значение электромагнитного момента могут достигнуть в случае θмакс<900.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Подтвердите, что Вы не бот — выберите человечка с поднятой рукой: