Як зменшення ексцитації синхронного двигуна впливає на його споживання струму

Вплив зменшення ексцитації на споживання струму синхронними двигунами

Зменшення ексцитації синхронного двигуна має значний вплив на його споживання струму, головним чином впливаючи на кілька ключових аспектів:

1. Зміни струму якоря

Струм якоря (тобто статора) синхронного двигуна складається з двох компонентів: активного струму та реактивного струму. Разом вони визначають загальний струм якоря.

• Активний струм: пов'язаний з механічною потужністю виводу двигуна, зазвичай визначається навантаженням.

• Реактивний струм: використовується для створення магнітного поля, тісно пов'язаний з ексцитаційним струмом.

Коли ексцитаційний струм зменшується, сила магнітного поля двигуна послаблюється, що призводить до таких змін:

Збільшення реактивного струму: Для підтримки такого ж коефіцієнта потужності, двигун повинен отримати більше реактивного струму з мережі, щоб компенсувати слабке магнітне поле. Це призводить до збільшення загального струму якоря.

Нерівновага струму: Якщо ексцитація занадто низька, двигун може потрапити в стан недостатньої ексцитації, де він не тільки отримує активну потужність, але також потребує великої кількості реактивної потужності з мережі. Це може призвести до нерівноваги струму, коливань напруги або нестабільності.

2. Зміни коефіцієнта потужності

Коефіцієнт потужності синхронного двигуна є важливим індикатором його ефективності. Коефіцієнт потужності можна розбити на два стану:

Попередній коефіцієнт потужності (стан перевищеної ексцитації): Коли ексцитаційний струм високий, двигун генерує надлишковий магнітний потік, що призводить до повернення реактивної потужності назад у мережу, що призводить до попереднього коефіцієнта потужності.

Запізнілий коефіцієнт потужності (стан недостатньої ексцитації): Коли ексцитаційний струм зменшується, двигун не може генерувати достатній магнітний потік і повинен отримати реактивну потужність з мережі, що призводить до запізнілого коефіцієнта потужності.

Тому зменшення ексцитаційного струму погіршує коефіцієнт потужності двигуна (роблячи його більш запізнілим), що призводить до збільшення потреби в реактивному струмі та зростання загального споживання струму.

3. Зміни електромагнітного моменту

Електромагнітний момент синхронного двигуна пов'язаний як з ексцитаційним струмом, так і зі струмом якоря. Конкретно, електромагнітний момент T можна виразити як:

де:

T - електромагнітний момент, k - стала, ϕ - магнітний потік в повітряному зазорі (пропорційний ексцитаційному струму), Ia - струм якоря.

Коли ексцитаційний струм зменшується, магнітний потік ϕ в повітряному зазорі зменшується, що призводить до зменшення електромагнітного моменту. Для підтримки такого ж моменту навантаження, двигун повинен збільшити струм якоря, щоб компенсувати цю втрату. Тому зменшення ексцитаційного струму призводить до збільшення струму якоря, що збільшує загальне споживання струму.

4. Проблеми стабільності

Якщо ексцитаційний струм занадто зменшується, двигун може потрапити в стан недостатньої ексцитації, що може призвести до втрати синхронізації. У цьому стані двигун не може підтримувати синхронізацію з мережею, що може призвести до серйозних електричних та механічних аварій. Додатково, стабільність та динамічна відповідь двигуна погіршуються у стані недостатньої ексцитації.

5. Вплив на регулювання напруги

Синхронні двигуни можуть регулювати напругу мережі, змінюючи ексцитаційний струм. Якщо ексцитаційний струм зменшується, здатність двигуна підтримувати напругу мережі також зменшується, що може призвести до зниження напруги мережі, особливо при високих навантаженнях.

Висновок

Зменшення ексцитаційного струму синхронного двигуна впливає на його споживання струму наступними основними способами:

• Збільшення струму якоря: через потребу отримати більше реактивного струму з мережі для компенсації послабленого магнітного поля, загальний струм якоря збільшується.

• Погіршення коефіцієнта потужності: зменшення ексцитаційного струму погіршує коефіцієнт потужності (роблячи його більш запізнілим), що призводить до збільшення потреби в реактивному струмі.

• Зменшення електромагнітного моменту: для підтримки такого ж моменту навантаження, двигун повинен збільшити струм якоря, що призводить до збільшення споживання струму.

• Зниження стабільності та здатності до регулювання напруги: недостатня ексцитація може призвести до втрати синхронізації або нестабільності напруги.

Тому в практичних застосуваннях важливо правильно регулювати ексцитаційний струм залежно від вимог до навантаження, щоб забезпечити ефективну та стабільну роботу двигуна.