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:
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:
Где m – количество фаз питающего напряжения, U,I – фазные токи и напряжения, cosφ – коэффициент мощности сети.
Проанализировав векторную диаграмму можно получить следующие выражения:
Подставив в формулу мощности значение угла φ получим:
Определи значения Iq и Id из формул выше и подставив в выражения мощности и упростив выражение получим:
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:
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:
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:
Из приведенной зависимости видно, что электродвигателя с явнополюсной конструкцией за счет влияния реактивного момента максимальное значение электромагнитного момента могут достигнуть в случае θмакс<900.
