Вплив навантаження на синхронний двигун

Синхронний двигун працює на постійній синхронній швидкості, незалежно від навантаження. Тепер розглянемо вплив зміни навантаження на двигун. Припустимо, що синхронний двигун спочатку працює з опережаючим коефіцієнтом ефективності. Фазова діаграма, яка відповідає опережаючому коефіцієнту ефективності, представлена нижче:

При збільшенні навантаження на валу ротор тимчасово замедлюється. Це відбувається тому, що двигун потребує деякий час для отримання додаткової потужності з електричної лінії. Іншими словами, хоча ротор підтримує свою синхронну обертову швидкість, він фактично "відстає" у просторовому положенні через збільшення вимог до навантаження. Під час цього процесу кут моменту δ зростає, що, в свою чергу, призводить до збільшення викликаного моменту.

Рівняння для викликаного моменту виражається наступним чином:

Після цього збільшений момент прискорює ротор, дозволяючи двигуну знову досягти синхронної швидкості. Однак, це відновлення відбувається з більшим кутом моменту δ. Напруга запалювання Ef прямо пропорційна ϕω, залежить від струму поля і обертової швидкості двигуна. Оскільки двигун працює на постійній синхронній швидкості, а струм поля залишається незмінним, величина напруги |Ef| залишається сталою. Тому ми можемо зробити висновок, що

З вищезазначених рівнянь стає зрозуміло, що коли потужність P зростає, значення Ef sinδ та Ia cosϕ також зростають відповідно.Наступний малюнок ілюструє вплив збільшення навантаження на роботу синхронного двигуна.

Як показано на малюнку вище, зі збільшенням навантаження величина jIaXs поступово зростає, і рівняння V=Ef+jIaXs 

залишається дійсним. Одночасно струм обмотки також зростає. Кут коефіцієнта ефективності змінюється зі зміною навантаження; він поступово стає менше опережаючим, а потім все більше запізаючим, як чітко показано на малюнку.

В результаті, коли навантаження на синхронний двигун зростає, можна зробити наступні ключові спостереження:

• Двигун продовжує працювати на синхронній швидкості.

• Кут моменту δ зростає.

• Напруга запалювання Ef залишається сталою.

• Струм обмотки Ia, який отримується з мережі, зростає.

• Фазовий кут ϕ зміщується в бік запізаючого.

Варто звернути увагу, що існує межа механічного навантаження, яке може обробляти синхронний двигун. З постійним зростанням навантаження кут моменту δ продовжує зростати до критичної точки. На цьому етапі ротор виводиться з синхронізму, що призводить до зупинки двигуна.

Момент виведення з синхронізму визначається як максимальний момент, який може генерувати синхронний двигун при номінальній напругі та частоті, підтримуючи синхронізм. Зазвичай його значення становить від 1,5 до 3,5 разів повний навантажувальний момент.