Cosa sono l'angolo di potenza e il carico nel caso di un motore sincrono?

Angolo di potenza e carico nei motori sincroni

L'angolo di potenza (Power Angle) e il carico nei motori sincroni hanno una stretta relazione. Comprendere questi concetti aiuta a comprendere meglio il principio di funzionamento e le prestazioni dei motori sincroni. Ecco una spiegazione dettagliata:

1. Angolo di potenza (Power Angle)

Definizione

L'angolo di potenza (anche noto come angolo di coppia o angolo elettrico, denotato come δ) è la differenza di fase tra l'asse del campo magnetico del rotore e l'asse del campo magnetico dello statore. Rappresenta la posizione del campo magnetico del rotore rispetto al campo magnetico dello statore.

Impatto

• Trasferimento di potenza: L'angolo di potenza influenza direttamente la potenza attiva assorbita dal motore sincrono dalla rete. Più grande è l'angolo di potenza, maggiore è la potenza attiva assorbita dal motore.

• Stabilità: Un angolo di potenza eccessivamente grande può causare la perdita di sincronismo del motore, portando al fenomeno dello "slip".

2. Carico

Definizione

Il carico si riferisce al carico meccanico azionato dal motore sincrono, tipicamente espresso in unità di potenza (chilowatt o cavalli vapore).

Relazione

Relazione tra angolo di potenza e carico: L'angolo di potenza δ e il carico P di un motore sincrono hanno una relazione non lineare, che può essere espressa dalla seguente formula:

Dove:

• P è la potenza attiva assorbita dal motore (watt o chilowatt).

• E è la FME (forza elettromotrice) a vuoto del motore (volt).

• V è la tensione della rete (volt).

• Xs è la reattività sincrona del motore (ohm).

• δ è l'angolo di potenza (radianti).

3. Rappresentazione grafica delle caratteristiche dell'angolo di potenza

Curva caratteristica

• Curva caratteristica: La relazione tra l'angolo di potenza e il carico può essere rappresentata da una curva caratteristica. Questa curva è tipicamente non lineare e segue una funzione seno.

• Punto di massima potenza: Quando l'angolo di potenza δ raggiunge 90 gradi (π/2 radianti), il motore assorbe la massima potenza attiva Pmax:

Punto di slip: Quando l'angolo di potenza supera 90 gradi, il motore può perdere il sincronismo, portando a una condizione di "slip".

4. Fattori influenti

Tensione della rete

Variazione della tensione: Le variazioni della tensione della rete V influenzano la relazione tra l'angolo di potenza e il carico. Un aumento della tensione permette al motore di assorbire più potenza attiva.

Parametri del motore

Reattività sincrona: La reattività sincrona Xs è un parametro interno importante del motore, che influenza la relazione tra l'angolo di potenza e il carico. Una reattività sincrona più alta comporta una minore assorbimento di potenza attiva da parte del motore.

Variazione del carico

Aumento del carico: Quando il carico aumenta, il motore regola automaticamente l'angolo di potenza per assorbire più potenza attiva fino a raggiungere un nuovo punto di equilibrio.

5. Riassunto

• Angolo di potenza δ: Rappresenta la differenza di fase tra il campo magnetico del rotore e quello dello statore, influenzando direttamente la potenza attiva assorbita dal motore.

• Carico P: Il carico meccanico azionato dal motore, ha una relazione non lineare con l'angolo di potenza.

• Formula della relazione: P=（EV/Xs） sin(δ) descrive la relazione tra l'angolo di potenza e il carico.

• Punto di massima potenza: Quando l'angolo di potenza δ raggiunge 90 gradi, il motore assorbe la massima potenza attiva Pmax=EV/ Xs.

• Punto di slip: Quando l'angolo di potenza supera 90 gradi, il motore può perdere il sincronismo.

Comprendere questi concetti aiuta a progettare e operare meglio i motori sincroni, garantendo la loro stabilità in diverse condizioni.