Угловая характеристика синхронного электродвигателя

Угловой характеристикой СД называется зависимость электромагнитного момента М_эм двигателя от угла рассогласования 0: М_эм(0).

Для получения уравнения угловой характеристики СД запишем активную мощность, потребляемую электродвигателем из сети.

Электромагнитная мощность Р_эм меньше потребляемой мощности на величину магнитных потерь в статоре ДР_М и электрических потерь в активном сопротивлении обмотки статора ЛР_эл1 = IiR- Пренебрегая этими потерями (АР_м = АР_эл1 = 0), получим.

где |/ — угол меду ЭДС Е₀ и током I статора СД.

Преобразуем (12.62) выразив мощность Р_эм через угол рассогласования 0. Для этого обратимся к векторной диаграмме СД. Из рассмотрения на векторнойдиаграмме (рис. 12.21) треугольников О_са и асЪ следует что отрезок ас = т_у[/ sin Q = m_uIx cos г. Выразим из этого выражения / cos р и подставив его в (12.62) получим.

Рис. 12.20. Схема замещения синхронного двигателя.

Электромагнитный момент на валу двигателя равен.

ЗЕ U.

где М_тах =—-—максимальный момент СД.

co₀x.

Рис. 12.21. Векторная диаграмма фазы синхронного двигателя.

Угловая характеристика СД для номинального тока возбуждения представлена на рис. 12.22, кривая 1.

Рис. 12.22. Угловые характеристики синхронного двигателя.

Максимальный момент М_тах СД соответствует углу рассогласования.

К

0 = —. Номинальный момент М_ном СД обычно соответствует углу рассогласования 0_НОМ =25н-30°. Поэтому перегрузочная способность СД всегда больше двух:

Если увеличить ток возбуждения СД, то увеличивается величина ЭДС — Е₀ и возрастает момент М_тах. Поэтому угловая характеристика СД при токе возбуждения 1_В1 >1_Вном будет иметь вид кривой 2 на рис. 12.22. В этом случае M_maxi > M_maxi_H0M.

Явление увеличения момента СД с увеличением тока возбуждения используется для увеличения момента СД при снижении напряжения сети путем «форсировки» (увеличения) тока возбуждения.

Механическая харктеристика синхронного электродвигателя. Пуск электродвигателя

Механическая характеристика СД представляет собой прямую параллельную оси моментов, (рис. 12.23), и пересекает ось частот в точке — ш₀ прямая I.

Точка 1 на механической характеристике соответствует номинальному режиму, а точка 2 — соответствует максимальному моменту М_тах. Особенность механической характеристики СД — независимость частоты вращения ротора от момента сопротивления на его валу, вплоть до М_тах. Частота вращения ротора всегда равна частоте вращения магнитного поля машины — ш₀.

Для пуска СД его ротор кроме основной обмотки возбуждения имеет специальную пусковую короткозамкнутую обмотку подобную «беличьему колесу» асинхронных двигателей. Стержни этой обмотки укладывают в специальные пазы полюсов и соединяют по торцам ротора. При пуске СД обмотку статора подключают к трехфазной сети, а обмотку возбуждения отключают от источника питания и замыкают на резистор, сопротивление которого в 10—15 раз превышает сопротивление самой обмотки.

Рис. 12.23. Механические характеристики синхронного двигателя.

Если обмотку оставить разомкнутой, то в начале пуска в ней вращающимся магнитным полем будет индуцироваться большая ЭДС, опасная для изоляции.

Под действием асинхронного момента ротор разгоняется по механической характеристике соответствующей АД (см. рис. 12.23, кривая II) до частоты вращения близкой к синхронной, со = 0,95со₀. Разгон осуществляется от точки 3 до точки 4, затем обмотку возбуждения подключают к источнику постоянного напряжения. Возникает синхронный электромагнитный момент и двигатель втягивается в синхронизм (частота вращения ротора становится равной w₀). Переход двигателя в процессе пуска с асинхронной на синхронную механические характеристики иллюстрируются на рис. 12.23, точки 3—4—1.