Как влияет уменьшение возбуждения синхронного двигателя на его потребление тока

Влияние уменьшения возбуждения на потребление тока синхронными двигателями

Уменьшение возбуждения синхронного двигателя оказывает значительное влияние на его потребление тока, в основном затрагивая несколько ключевых аспектов:

1. Изменение тока якоря

Ток якоря (то есть ток статора) синхронного двигателя состоит из двух компонентов: активного и реактивного тока. Вместе они определяют общий ток якоря.

• Активный ток: связан с механической мощностью, вырабатываемой двигателем, обычно определяется нагрузкой.

• Реактивный ток: используется для создания магнитного поля, тесно связан с током возбуждения.

Когда ток возбуждения уменьшается, сила магнитного поля двигателя ослабевает, что приводит к следующим изменениям:

Увеличение реактивного тока: чтобы поддерживать тот же коэффициент мощности, двигатель должен забирать больше реактивного тока из сети, чтобы компенсировать более слабое магнитное поле. Это приводит к увеличению общего тока якоря.

Неравномерность тока: если возбуждение слишком низкое, двигатель может войти в состояние недовозбуждения, где он не только потребляет активную мощность, но и требует большое количество реактивной мощности от сети. Это может привести к неравномерности тока, колебаниям напряжения или нестабильности.

2. Изменение коэффициента мощности

Коэффициент мощности синхронного двигателя является важным показателем его эффективности. Коэффициент мощности можно разделить на два состояния:

Передовой коэффициент мощности (состояние перенапряжения): когда ток возбуждения высокий, двигатель генерирует избыточный магнитный поток, что приводит к тому, что он подает реактивную мощность обратно в сеть, создавая передовой коэффициент мощности.

Задний коэффициент мощности (состояние недовозбуждения): когда ток возбуждения уменьшается, двигатель не может генерировать достаточный магнитный поток и должен забирать реактивную мощность из сети, что приводит к заднему коэффициенту мощности.

Следовательно, уменьшение тока возбуждения ухудшает коэффициент мощности двигателя (делает его более запаздывающим), что приводит к увеличению спроса на реактивный ток и увеличению общего потребления тока.

3. Изменение электромагнитного момента

Электромагнитный момент синхронного двигателя связан как с током возбуждения, так и с током якоря. Конкретно, электромагнитный момент T можно выразить как:

где:

T — электромагнитный момент, k — постоянная, ϕ — магнитный поток в воздушном зазоре (пропорционален току возбуждения), Ia — ток якоря.

Когда ток возбуждения уменьшается, магнитный поток ϕ в воздушном зазоре уменьшается, что приводит к снижению электромагнитного момента. Чтобы поддерживать ту же нагрузку, двигатель должен увеличить ток якоря, чтобы компенсировать эту потерю. Следовательно, уменьшение тока возбуждения приводит к увеличению тока якоря, что, в свою очередь, увеличивает общее потребление тока.

4. Проблемы со стабильностью

Если ток возбуждения уменьшается слишком сильно, двигатель может войти в состояние недовозбуждения, что может привести к потере синхронизма. В этом состоянии двигатель не может поддерживать синхронизм с сетью, что может вызвать серьезные электрические и механические отказы. Кроме того, стабильность и динамическая реакция двигателя ухудшаются в состоянии недовозбуждения.

5. Влияние на регулирование напряжения

Синхронные двигатели могут регулировать напряжение сети, изменяя ток возбуждения. Если ток возбуждения уменьшается, способность двигателя поддерживать напряжение сети также уменьшается, что может привести к падению напряжения сети, особенно при больших нагрузках.

Резюме

Уменьшение тока возбуждения синхронного двигателя влияет на его потребление тока следующими основными способами:

• Увеличение тока якоря: из-за необходимости забирать больше реактивного тока из сети, чтобы компенсировать ослабленное магнитное поле, общий ток якоря увеличивается.

• Ухудшение коэффициента мощности: уменьшение тока возбуждения ухудшает коэффициент мощности (делает его более запаздывающим), что еще больше увеличивает спрос на реактивный ток.

• Снижение электромагнитного момента: чтобы поддерживать ту же нагрузку, двигатель должен увеличить ток якоря, что приводит к увеличению потребления тока.

• Уменьшение стабильности и способности к регулированию напряжения: недостаточное возбуждение может привести к потере синхронизма или нестабильности напряжения.

Следовательно, в практических применениях важно корректировать ток возбуждения в соответствии с требованиями нагрузки, чтобы обеспечить эффективную и стабильную работу двигателя.