Влияние нагрузки на синхронный двигатель
Синхронный двигатель работает на постоянной синхронной скорости, независимо от нагрузки. Теперь рассмотрим влияние изменения нагрузки на двигатель. Предположим, что синхронный двигатель изначально работает с опережающим коэффициентом мощности. Векторная диаграмма, соответствующая опережающему коэффициенту мощности, представлена ниже:
При увеличении нагрузки на валу ротор испытывает кратковременное замедление. Это происходит потому, что требуется некоторое время для того, чтобы двигатель мог извлечь дополнительную мощность из электрической сети. Другими словами, хотя ротор поддерживает свою синхронную скорость вращения, он фактически "отстает" по пространственному положению из-за увеличения требований нагрузки. В процессе этого угол момента δ увеличивается, что, в свою очередь, приводит к увеличению индуцированного момента.
Уравнение для индуцированного момента выражается следующим образом:
После этого увеличенный момент ускоряет ротор, позволяя двигателю снова достичь синхронной скорости. Однако это восстановление происходит при большем угле момента δ. Напряжение возбуждения Ef пропорционально ϕω, зависящее как от тока возбуждения, так и от скорости вращения двигателя. Поскольку двигатель работает на постоянной синхронной скорости и ток возбуждения остается неизменным, величина напряжения |Ef| остается постоянной. Следовательно, мы можем сделать вывод, что
Из приведенных выше уравнений становится ясно, что когда мощность P увеличивается, значения Ef sinδ и Ia cosϕ также увеличиваются соответственно. На следующем рисунке показано влияние увеличения нагрузки на работу синхронного двигателя.
Как показано на рисунке выше, при увеличении нагрузки величина jIaXs постоянно растет, и уравнение V=Ef+jIaXs остается действительным. Одновременно возрастает ток обмотки якоря. Угол коэффициента мощности изменяется с изменением нагрузки; он постепенно становится менее опережающим и затем все более запаздывающим, как четко показано на рисунке.
В заключение, когда нагрузка на синхронном двигателе увеличивается, можно сделать следующие ключевые наблюдения:
Важно отметить, что существует предел механической нагрузки, которую может выдержать синхронный двигатель. По мере дальнейшего увеличения нагрузки угол момента δ продолжает увеличиваться до достижения критической точки. В этот момент ротор выходит из синхронизма, что приводит к остановке двигателя.
Выдергивающий момент определяется как максимальный момент, который синхронный двигатель может генерировать при номинальном напряжении и частоте, сохраняя синхронизм. Обычно его значения находятся в диапазоне от 1,5 до 3,5 раз полного нагрузочного момента.
