Векторные диаграммы и угловые характеристики синхронного двигателя

Синхронные двигатели

В электроприводах, где не требуются частые пуски и регулирования скорости целесообразно применять синхронные двигатели вместо короткозамкнутых. При мощности выше 300 КВт, синхронные двигатели имеют по сравнению с асинхронными большое преимущество, заключающееся в том, что благодаря возбуждению постоянным током они могут работать с cosφ = 1 и не потребляют при этом реактивной мощности из сети, а при работе с перевозбуждением даже отдавать реактивную мощность в сеть. В результате улучшается коэффициент мощности сети и уменьшается падение напряжения и потери в ней. С другой стороны, конструкция синхронных двигателей сложнее, чем короткозамкнутых асинхронных двигателей, кроме того, синхронные двигатели должны иметь электромагнитный возбудитель для питания обмотки возбуждения постоянным током. Вследствие этого синхронные двигатели в большинстве случаев дороже асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, однако, при мощности более 300 КВт они экономически выгодны при совместной работе с сетью. Пуск синхронных двигателей намного сложнее асинхронных.

При работе синхронной машины в режиме генератора напряжение на его зажимах равно разности между ЭДС Е₀ и падениями напряжений на различных индуктивных сопротивлениях, а при работе в режиме двигателя напряжение Uс равно сумме ЭДС и падений напряжения на индуктивных сопротивлениях. Покажем векторную диаграмму для явнополюсного синхронного двигателя в перевозбужденном режиме при известных параметрах r, Xd, Xq.

При перевозбужденном режиме (рис. 305) ток опережает напряжение на угол φ. Ток якоря I разложим по осям d,q относительно вектора Е₀. Токи Id, Iq создают потоки, а они создают ЭДС Ea= = -Ir, сумма ЭДС дает нам вектор напряжения Uc. Угол θ – угол между вектором напряжения сети Uc и составляющей напряжения – Е₀, которая уравновешивает ЭДС Е₀.

На рис. 306 представлена упрощенная диаграмма синхронного двигателя для неявнополюсной машины.

В синхронном неявнополюсном двигателе ток по осям не разлагается. Синхронное индуктивное сопротивление Xc=Xd=Xs+Xad. Ток статора создает поток рассеяния и поток якоря. Оба этих потока создают ЭДС – jIXc отстающей от вектора тока на 90⁰. Напряжение сети Uс уравновешивается суммой ЭДС ΣЕ=-Uc. Если из этой суммы вычесть ЭДС – jIXc, то получим вектор ЭДС Е₀. ЭДС Е₀ и –jIXc уравновешиваются составляющими напряжения –Е₀ и jIXc. Угол θ есть угол сдвига между вектором напряжения сети Uc и составляющей напряжения –Е₀.