Электромагнитный момент синхронного двигателя. Угловая и механическая характеристики

Анализ синхронного двигателя проведем, пренебрегая потерями в обмотках якоря и в стали и считая, что магнитная цепь машины не насыщена. В двигательном режиме ток якоря потребляется из сети, ЭДС E ₀ направлена навстречу току I _я (противоЭДС E ₀). Схема замещения фазной обмотки якоря показана на рисунке а и для нее:

= ₀ + jX _сня.

Схема замещения обмотки якоря (а) и векторная диаграмма(б) синхронного двига- теля

В двигательном режиме ось поля ротора отстает на угол нагрузки θ от оси поля статора. Аналогично противо-ЭДС E ₀ отстает по фазе на угол θ от напряжения статора U.

Если пренебречь потерями, то можно приближенно считать, что механическая мощность P _мех на валу двигателя равна активной мощности P, потребляемой двигателем из сети, т. е.

,

где M – вращающий электромагнитный момент двигателя; W = π n /30 – угловая скорось ротора; U – фазное напряжение статора. Поскольку проекции векторов ₀ и jX _сня на горизонтальную ось одинаковы, т. е. X _сн I _яcosj = E ₀sinq, то для M

.

Зависимость M = f (θ) при U = const называют угловой характеристикой машины. Угловая характеристика (рис. 3.49) устойчива только в диапазоне –90° < θ < 90°, область θ > 0 соответствует двигательному режиму, а область θ < 0 – генераторному.

Угловая характеристики синхрон ного двигателя Механическая характеристика син- хронного двигателя

Механическая характеристика n = f (M) синхронного двигателя в режиме синхронизма (при M _с < M _{ma x} ) абсолютно жесткая, частота вращения не зависит от M _с. Если нагрузить двигатель так, что момент сопротивления M _с > M _max, то θ превысит 90° и рабочая точка окажется на неустойчивом участке угловой характеристики, на которой у двигателя отсутствует свойство саморегулирования момента. В результате двигатель выйдет из синхронизма, что может привести к тяжелой аварии в сети. Поэтому в номинальном режиме устанавливают θ_ном = 25÷35°, что обеспечивает запас по моменту K_M = M _max/ M _ном = = 2÷2,4.