Электромагнитный момент синхронного двигателя

Электромагнитный момент синхронного двигателя с явнополюсным ротором определяется выражением

(4.4)

где – число фаз обмотки статора; – э.д.с. обмотки статора; ; – напряжение (фазное), подведенное к обмотке статора; и – индуктивные сопротивления обмотки статора по продольной и поперечной осям. Ом; – угол между осью результирующего магнитного потока и осью полюсов ротора, град; – угловая синхронная скорость;

Анализ выражения (4.4) показывает, что электромагнитный момент синхронного двигателя с явнополюсным ротором представляет собой сумму двух моментов – основного момента

(4.5)

и реактивного момента

(4.6)

Основной момент М_ОСН „ зависит от величины магнитного потока возбуждения () и от напряжения питания U₁. Реактивный момент не зависит от Ф_B, поэтому он имеет место даже при отсутствии возбуждения синхронной машины.

Таким образом, результирующий электромагнитный момент синхронного двигателя

Появление реактивного момента обусловлено разностью магнитных сопротивлений явнополюсной синхронной машины по продольной и поперечной осям (см. рис. 4.4, а). Даже при отсутствии возбуждения в синхронной явнополюсной машине магнитное поле статора за счет притяжения явно выраженных полюсов ротора создает силы F_М, тангенциальные составляющие которых стремятся повернуть ротор в положение, при котором магнитный поток статора имеет на своем пути минимальное магнитное сопротивление (рис. 4.10). Магнитное поле статора вращается, а поэтому между осью полюса и осью потока статора появляется пространственный угол сдвига , который и обусловливает появление составляющей . Совокупность сил , действующих на каждый полюс ротора, создаст реактивный момент М_P, направленный в сторону вращения поля статора.

Рис. 4.10. К понятию о реактивном моменте

Если ротор двигателя неявнополюсный , то реактивного момента не возникает, так как магнитное сопротивление ротора по продольной и поперечной осям одинаково (см. рис. 4.4. б).

Из выражений (4.5) и (4.6) следует, что как основной, так и реактивный моменты зависят от угла (рис. 4.11). Зависимость основного момента от угла представляет собой синусоиду с максимальным значением момента при = 90°. Зависимость реактивного момента также синусоидальна, но с двумя максимальными значениями момента в пределах изменения угла от 0 до 180°: положительным (при °) и отрицательным (при °). Зависимость электромагнитного момента , полученная путем сложения составляющих моментов, называется угловой характеристикой синхронного двигателя.

Рис. 4.11. Угловая характеристика синхронного двигателя

С увеличением нагрузочного момента растет угол сдвига между осью потока статора и осью полюсов ротора (угол ). В этом случае увеличивается электромагнитный момент М. При угле , равном некоторому критическому значению , электромагнитный момент становится максимальным M_MAX. Дальнейший рост нагрузки (угла ) обусловливает уменьшение электромагнитного момента. При этом неуравновешенная часть нагрузочного момента вызывает снижение частоты вращения ротора, что ведет к «выпадению» двигателя из синхронизма и к его остановке.

Таким образом, работа синхронного двигателя будет устойчивой лишь при нагрузках, соответствующих значениям угла , не превышающим . Максимальный момент синхронного двигателя принято называть моментом выхода из синхронизма.

Отношение максимального электромагнитного момента к номинальному называется перегрузочной способностью синхронного двигателя. Обычно перегрузочная способность синхронных двигателей

Если ротор синхронного двигателя неявнополюсный, то момент двигателя М равен основному моменту М_ОСН, так как вследствие равенства и реактивный момент в этом случае равен нулю.