Auswirkung der Last auf einen Synchronmotor
Ein Synchronmotor arbeitet mit konstanter synchroner Geschwindigkeit, unabhängig von der Last. Nun betrachten wir den Einfluss von Laständerungen auf den Motor. Angenommen, ein Synchronmotor läuft zunächst mit einem überwiegenden Leistungsfaktor. Das Phasendiagramm, das dem überwiegenden Leistungsfaktor entspricht, ist wie folgt dargestellt:
Wenn die Last am Welle angehoben wird, erlebt der Rotor eine vorübergehende Verlangsamung. Dies geschieht, weil es einige Zeit dauert, bis der Motor die zusätzliche Energie aus der Stromleitung zieht. Mit anderen Worten, obwohl der Rotor seine synchrone Drehgeschwindigkeit beibehält, rutscht er effektiv in seiner räumlichen Position zurück, aufgrund des erhöhten Lastbedarfs. Während dieses Prozesses dehnt sich der Drehmomentwinkel δ aus, was wiederum dazu führt, dass der induzierte Drehmoment zunimmt.
Die Gleichung für den induzierten Drehmoment lautet wie folgt:
Anschließend beschleunigt der erhöhte Drehmoment den Rotor, wodurch der Motor erneut die synchrone Geschwindigkeit erreicht. Allerdings erfolgt diese Wiederherstellung mit einem größeren Drehmomentwinkel δ. Die Erregerspannung Ef ist direkt proportional zu ϕ&ω;, abhängig sowohl vom Feldstrom als auch von der Drehgeschwindigkeit des Motors. Da der Motor bei konstanter synchroner Geschwindigkeit arbeitet und der Feldstrom unverändert bleibt, bleibt die Größe der Spannung |Ef| konstant. Daher können wir schließen, dass
Aus den oben genannten Gleichungen wird deutlich, dass, wenn die Leistung P zunimmt, die Werte von Ef sin&δ; und Ia cosϕ entsprechend ansteigen. Der nachfolgende Plan illustriert den Einfluss einer Laststeigerung auf den Betrieb eines Synchronmotors.
Wie in der obigen Abbildung dargestellt, nimmt die Größe jIaXs stetig zu, und die Gleichung V=Ef+jIaXs
bleibt gültig. Gleichzeitig steigt auch der Armaturstrom. Der Winkel des Leistungsfaktors wandelt sich mit der Laständerung; er wird allmählich weniger überwiegend und dann zunehmend verlustbehaftet, wie in der Abbildung klar dargestellt.
Zusammengefasst kann bei einer Steigerung der Last auf einem Synchronmotor festgestellt werden:
Es ist wichtig zu beachten, dass es einen Grenzwert für die mechanische Last gibt, die ein Synchronmotor bewältigen kann. Wenn die Last weiter steigt, nimmt der Drehmomentwinkel &δ; weiter zu, bis ein kritischer Punkt erreicht wird. An diesem Punkt wird der Rotor aus der Synchronisation gezogen, wodurch der Motor zum Stillstand kommt.
Der Ausreißdrehmoment wird definiert als das maximale Drehmoment, das ein Synchronmotor bei der Nennspannung und Frequenz erzeugen kann, während er die Synchronisation beibehält. Typischerweise liegen seine Werte zwischen 1,5 und 3,5 Mal dem Vollastdrehmoment.
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