Wpływ obciążenia na silnik synchroniczny
Silnik synchroniczny działa z stałą prędkością synchroniczną, niezależnie od obciążenia. Teraz przeanalizujmy wpływ zmiany obciążenia na silnik. Załóżmy, że silnik synchroniczny początkowo pracuje z przewodzącym współczynnikiem mocy. Diagram fazowy odpowiadający przewodzącemu współczynnikowi mocy przedstawiono poniżej:
Gdy obciążenie na wale jest zwiększone, rotor doświadcza chwilowego spowolnienia. To następuje, ponieważ potrzeba trochę czasu, aby silnik pobierał dodatkową moc z linii elektrycznej. Innymi słowy, choć rotor utrzymuje swoją synchroniczną prędkość obrotową, faktycznie "cofnie się" w położeniu przestrzennym ze względu na zwiększone wymagania obciążenia. W trakcie tego procesu kąt momentu δ się powiększa, co z kolei powoduje wzrost indukowanego momentu.
Równanie dla indukowanego momentu wyraża się następująco:
Następnie, zwiększenie momentu przyspiesza rotor, umożliwiając silnikowi ponowne osiągnięcie prędkości synchronicznej. Jednak ta rekonstrukcja następuje przy większym kącie momentu δ. Napięcie wzbudzenia Ef jest bezpośrednio proporcjonalne do ϕω, zależne zarówno od prądu pola, jak i prędkości obrotowej silnika. Ponieważ silnik działa z stałą prędkością synchroniczną, a prąd pola pozostaje niezmieniony, wartość napięcia |Ef| pomimo to pozostaje stała. Stąd możemy wnioskować, że
Z powyższych równań wynika, że gdy moc P zwiększa się, wartości Ef sinδ i Ia cosϕ również rosną odpowiednio. Poniższy rysunek ilustruje wpływ zwiększenia obciążenia na działanie silnika synchronicznego.
Jak pokazano na powyższym rysunku, gdy obciążenie zwiększa się, ilość jIaXs stale rośnie, a równanie V=Ef+jIaXs
pozostaje prawidłowe. Jednocześnie prąd armatury również rośnie. Kąt współczynnika mocy ulega transformacji wraz z zmianą obciążenia; stopniowo staje się mniej przewodzący, a następnie coraz bardziej opóźniony, jak jasno pokazano na rysunku.
Podsumowując, gdy obciążenie na silniku synchronicznym zwiększa się, można zauważyć następujące kluczowe stwierdzenia:
Warto zauważyć, że istnieje limit mechanicznego obciążenia, jakie silnik synchroniczny może obsłużyć. Gdy obciążenie nadal rośnie, kąt momentu δ ciągle się zwiększa, aż dojdzie do krytycznego punktu. W tym momencie rotor zostaje wyrwany z synchronizmu, powodując zatrzymanie silnika.
Moment wyrwania definiuje się jako maksymalny moment, jaki silnik synchroniczny może wygenerować przy znamionowym napięciu i częstotliwości, jednocześnie utrzymując synchronizm. Zwykle jego wartości mieszczą się w zakresie od 1,5 do 3,5 razy pełny moment obciążenia.
