Töltés hatása a szinkronmotorra

A szinkronmotor állandó szinkronsebességen működik, függetlenül a terheléstől. Most vizsgáljuk meg a terhelés-változás hatását a motorra. Tegyük fel, hogy a szinkronmotor kezdetben vezető teljesítményfokozat mellett működik. A vezető teljesítményfokozathoz tartozó fázordiagram a következő:

Amikor a tengelyen lévő terhelés növekszik, a rotor rövid ideig lassul. Ez azért történik, mert a motornek időre van szüksége, hogy további energiát vonjon le az elektromos hálóból. Más szavakkal, bár a rotor fenntartja a szinkron forgási sebességét, a növekedett terhelés miatt térbelileg "hanyatlani" látszik. Ez a folyamat során a nyomaték szöge δ kinyúlik, ami visszafelé a nyomóerő növekedését okozza.

A nyomóerő egyenlete a következőképpen fejezhető ki:

A növekedett nyomóerő gyorsítja a rotort, lehetővé téve, hogy a motor újra elérje a szinkron sebességet. Azonban ez a helyreállítás nagyobb nyomaték szögével, δ-val történik. A meghajtó feszültség Ef arányos ϕω-val, amely a mező áramától és a motor forgási sebességétől függ. Mivel a motor állandó szinkron sebességen működik, és a mező áram nem változik, a feszültség |Ef| értéke állandó marad. Tehát következtethetünk, hogy

A fenti egyenletekből látható, hogy amikor a P teljesítmény növekszik, az Ef sinδ és Ia cosϕ értékei is megfelelően emelkednek. A következő ábra illusztrálja a terhelés-növekedés hatását a szinkronmotor működésére.

Ahogy az ábrán látható, ahogy a terhelés növekszik, a jIaXs mértéke folyamatosan növekszik, és az V=Ef+jIaXs  egyenlet érvényes marad. Ugyanakkor a csavarhenger-áram is növekszik. A teljesítményfokozat szöge a terhelés-változással együtt átalakul; kezdetben kevésbé vezető, majd egyre inkább követő lesz, ahogyan az ábrán jól látható.

Összefoglalva, amikor a szinkronmotor terhelése növekszik, a következő fontos megfigyelések tehetők:

• A motor állandó szinkronsebességen működik.

• A nyomaték szöge δ kinyúlik.

• A meghajtó feszültség Ef állandó marad.

• A csavarhenger-áram Ia, amit a tápegységből von le, növekszik.

• A fázis szög ϕ tovább tolódik a követő irányba.

Fontos megjegyezni, hogy van korlát a mechanikai terhelésre, amit a szinkronmotor képes kezelni. Ahogy a terhelés folyamatosan növekszik, a nyomaték szöge δ is növekszik, amíg egy kritikus pontot nem ér. Ezen a ponton a rotor kiesik a szinkronizációból, és a motor leáll.

A kiesési nyomóerő definíció szerint a maximális nyomóerő, amit a szinkronmotor képes generálni a nominális feszültség és frekvencia mellett, miközben a szinkronizációt fenntartja. Általában értéke 1,5 és 3,5 közötti a teljes terhelésnyomóerőtől.