Vliv zatížení na synchronní motor

Synchrónní motor pracuje s konstantní synchrónní rychlostí, bez ohledu na zatížení. Nyní se podívejme na vliv změny zatížení na motor. Předpokládejme, že synchrónní motor původně běží s vedoucím faktorem využití. Fázorový diagram odpovídající vedoucímu faktoru využití je následující:

Když se zatížení hřídele zvýší, rotor zažije krátkodobé zpomalení. To se stane, protože trvá nějaký čas, než motor z elektrické linky přijme dodatečnou energii. Jinak řečeno, i když rotor udržuje svou synchrónní otáčkovou rychlost, efektivně "zpozdí" ve své prostorové pozici kvůli zvýšenému požadavku na zatížení. Během tohoto procesu se úhel točivého momentu δ zvětší, což způsobí, že indukovaný točivý moment roste.

Rovnice pro indukovaný točivý moment je vyjádřena následovně:

Následně zvýšený točivý moment zrychluje rotor, což umožňuje motoru opět dosáhnout synchrónní rychlosti. Tato obnova však probíhá s větším úhlem točivého momentu δ. Vzbuzující napětí Ef je přímo úměrné ϕω, což závisí na proudě pole a otáčkové rychlosti motoru. Protože motor pracuje s konstantní synchrónní rychlostí a proud pole zůstává nezměněn, velikost napětí |Ef| zůstává konstantní. Můžeme tedy usoudit, že

Z výše uvedených rovnic je zřejmé, že když se výkon P zvyšuje, hodnoty Ef sinδ a Ia cosϕ také vzrůstají.Následující obrázek znázorňuje dopad zvýšení zatížení na chod synchrónního motoru.

Jak je znázorněno na obrázku výše, s rostoucím zatížením množství jIaXs postupně roste a rovnice V=Ef+jIaXs 

zůstává platná. Současně také stoupá proud v ovinutí. Úhel faktoru využití se mění s proměnou zatížení; postupně se stává méně vedoucím a pak stále více zpožděným, jak je jasně znázorněno na obrázku.

Zhruba řečeno, když se zatížení synchrónního motoru zvýší, lze udělat následující klíčové pozorování:

• Motor zachovává provoz při synchrónní rychlosti.

• Úhel točivého momentu δ se zvětší.

• Vzbuzující napětí Ef zůstává konstantní.

• Proud v ovinutí Ia získaný ze zdroje energie roste.

• Fázový úhel ϕ se posouvá dále do směru zpoždění.

Je důležité si uvědomit, že existuje limit mechanického zatížení, které synchrónní motor může snést. Jak zatížení pokračuje v růstu, úhel točivého momentu δ se stále zvětšuje, dokud není dosaženo kritického bodu. V tomto okamžiku je rotor vytržen z synchronismu, což způsobí, že motor zastaví.

Točivý moment vytržení je definován jako maximální točivý moment, který synchrónní motor může vygenerovat při nominálním napětí a frekvenci, zatímco stále udržuje synchronism. Typicky se jeho hodnoty pohybují od 1,5 do 3,5 násobku plného točivého momentu.