Effect van belasting op een synchrone motor
Een synchrone motor werkt met een constante synchrone snelheid, ongeacht de belasting. Laten we nu het effect van variaties in de belasting op de motor onderzoeken. Stel dat een synchrone motor eerst werkt met een vooruitlopende vermogensfactor. Het fasor diagram dat overeenkomt met de vooruitlopende vermogensfactor wordt als volgt weergegeven:
Wanneer de belasting op de as wordt verhoogd, ervaart de rotor tijdelijk een vertraging. Dit komt omdat er enige tijd nodig is voordat de motor de extra energie uit het elektrische net kan trekken. Met andere woorden, hoewel de rotor zijn synchrone rotatiesnelheid behoudt, "valt" hij effectief achter in ruimtelijke positie door de toegenomen belastingsvraag. Tijdens dit proces breidt de koppelhoek δ zich uit, wat op zijn beurt leidt tot een toename van het geïnduceerde koppel.
De vergelijking voor het geïnduceerde koppel wordt als volgt uitgedrukt:
Vervolgens versnelt het toegenomen koppel de rotor, waardoor de motor opnieuw de synchrone snelheid kan bereiken. Echter, deze herstel gebeurt met een grotere koppelhoek δ. De opwekspanning Ef is recht evenredig met ϕω, afhankelijk van zowel de veldstroom als de rotatiesnelheid van de motor. Aangezien de motor op een constante synchrone snelheid werkt en de veldstroom onveranderd blijft, blijft de grootte van de spanning |Ef| constant. Daarom kunnen we concluderen dat
Uit de bovenstaande vergelijkingen wordt duidelijk dat wanneer de vermogen P toeneemt, de waarden van Ef sinδ en Ia cosϕ ook overeenkomstig stijgen. Het volgende figuur illustreert het effect van een toename van de belasting op de werking van een synchrone motor.
Zoals in het bovenstaande figuur wordt getoond, neemt bij toenemende belasting de hoeveelheid jIaXs gestaag toe, en de vergelijking V=Ef+jIaXs
blijft geldig. Tegelijkertijd neemt de armatuurstroom ook toe. De fasehoek ondergaat een transformatie met de variatie in belasting; deze wordt geleidelijk minder vooruitlopend en vervolgens steeds meer achterlopend, zoals duidelijk wordt weergegeven in het figuur.
Samenvattend, wanneer de belasting op een synchrone motor toeneemt, kunnen de volgende belangrijke observaties worden gemaakt:
Het is belangrijk om te noteren dat er een limiet is aan de mechanische belasting die een synchrone motor kan hanteren. Naarmate de belasting blijft toenemen, blijft de koppelhoek δ toenemen tot een kritisch punt wordt bereikt. Op dat moment wordt de rotor uit synchronisatie getrokken, waardoor de motor tot stilstand komt.
Het uitschuifkoppel wordt gedefinieerd als het maximale koppel dat een synchrone motor kan genereren bij de genoemde spanning en frequentie, terwijl de synchronisatie wordt behouden. Over het algemeen liggen de waarden hiervan tussen 1,5 en 3,5 keer het volledige belastingskoppel.
