Вращающий момент и характеристики синхронных
Электродвигателей
Электрическая мощность трехфазного синхронного двигателя может быть выражена, как
(4.19)
где U и I – напряжение и ток в фазной обмотке статора; φ – сдвиг фаз между напряжением U и током I; ЕС - ЭДС фазной обмотки статора, противодействующая изменению тока I; Θ > 0 - угол отставания оси магнитных полюсов ротора от оси полюсов вращающегося поля статора; ХФ – индуктивное сопротивление фазной обмотки статора.
Электромагнитный момент, возникающий при взаимодействии магнитных полей статора и ротора, будет равен:
(4.20)
где р – число пар полюсов магнитного поля статора; ω – угловая частота напряжения сети.
Так как РМЕХ = МЭМ ωР а ωР= ω / р, то механическая мощность двигателя
(4.21)
Сетевое напряжение U и частота ω постоянны. Тогда соотношения (14.5) и (14.6) будут выражать зависимости МЭМ = f(Θ) и РМЕХ = f(Θ). Эти зависимости называют угловыми характеристиками синхронного двигателя (Рис. 4.9).
Угловые характеристики позволяют анализировать процессы в синхронном двигателе при изменении нагрузки.
Рис.4.9 – Угловые характеристики синхронного двигателя |
Так, например, при увеличении тормозящего момента угловая частота вращения ротора ωР начнет уменьшаться. Это приведет к увеличению угла Θ > Θ1, что при неизменном токе возбуждения IB1 приведет к увеличению электромагнитного момента МЭМ от значения М1 до значения М2 Момент М2 уравновесит действие внешнего тормозящего момента и двигатель будет вращаться с той же угловой скоростью ωР, но при значении угла Θ, более близком по величине к углу Θ = π /2. Однако, если посмотреть на характеристику МЭМ = f(Θ) при токе возбуждения IB1 (Рис.4.9), то можно предположить, что при дальнейшем увеличении нагрузки угол отставания вращения ротора Θ может превысить значение π /2 и двигатель выйдет из устойчивого режима работы и остановится. Чтобы иметь запас устойчивости двигателя по электромагнитному моменту при увеличенной нагрузке необходимо увеличить ток возбуждения, например, установить IB2 > IB1 (см. рис.4.9). Важной особенностью синхронного двигателя является возможность регулировать с помощью тока возбуждения не только запас устойчивости, но и влиять на реактивный ток статора. Зависимость IC = f(IB) при постоянном тормозном моменте называется U – образной характеристикой синхронного двигателя (Рис. 4.10).
Активная мощность Р синхронного двигателя изменяется при изменении тормозного момента (нагрузки). Если нагрузку увеличивать, то будет расти ток статора IC . Для сохранения устойчивой работы двигателя необходимо увеличивать ток возбуждения IB. При этом характер сопротивления обмоток статора для внешней сети будет изменяться от активно-индуктивного к
активно-емкостному (см. рис.4.10).
Рис.4.10 – U-образная характеристика синхронного двигателя |
При значении тока IB = IB ГР сопротивление обмоток статора будет иметь чисто активный характер, когда сдвиг фаз между током в обмотках и питающим напряжением φ = 0 (cosφ = 1). Если на валу двигателя нет нагрузки, то, пренебрегая потерями, можно считать активную мощность Р = 0. В этом случае ток в статорных обмотках будет чисто реактивным (на рис.4.10 нижняя кривая). В таком режиме при IB > IB ГР двигатель может использоваться в качестве синхронного компенсатора – регулируемого емкостного элемента. Синхронные компенсаторы позволяют улучшать коэффициент мощности (cos φ) в электрической энергосистеме.
Дата добавления: 2016-01-18; просмотров: 2036;