7.2.11. Электромагнитный момент и угловая характеристика

синхронного двигателя

Электрическая мощность трехфазного синхронного двигателя определяется, как и мощность трехфазного синхронного генератора [см. (7.33)]:

Р = 3UIcosφ = 3E₀Icosφ₀ = 3E₀ Icos(φ - ). (7.41)

где для синхронного двигателя > 0.

Преобразуя (7.41) аналогично (7.33) и учитывая, что > 0, получаем выражение для электромагнитного момента синхронного двигателя, совпадающее с выражением электромагнитного момента синхронного генератора (7.35):

(7.42)

Так как механическая мощность синхронного двигателя

Р_мех = Р= М_эмω_р, то, учитывая (7.42), имеем

(7.43)

Напряжение U и частота f₀ в электрической системе большой мощности — постоянные величины. Учитывая это обстоятельство, можно сделать вывод, что значения электромагнитного момента М_эм и мощности Р синхронного двигателя, подключенного к такой системе, при постоянном токе возбуждения I_в = const зависят только от угла . Такие зависимости М_эм( ) и Р( ) называются угловыми характеристиками синхронного двигателя и имеют вид, аналогичный угловым характеристикам синхронного генератора на рис. 7.40.

Угловые характеристики позволяют анализировать процессы в синхронном двигателе при изменении нагрузки. При увеличении тормозного момента на валу синхронного двигателя М_тр2 > М_тор1 = М_эм1 частота вращения ротора машины уменьшается и значения угла и электромагнитного момента М_эм начинают возрастать. Равновесие тормозного и электромагнитного моментов восстановится (М_тр2 = М_эм2) через некоторый промежуток времени при новом значении угла > . Для того чтобы сохранить запас устойчивости π/2 - при возросшем тормозном моменте, необходимо увеличить ток возбуждения.

7.2.12. Регулирование активной и реактивной мощностей

синхронного двигателя

Изменение активной мощности синхронного двигателя Р_мех = Р =

=3UI_а = ω_рМ_тор, подключенного к системе большой мощности ( U = const), происходит при изменении значения тормозного момента на валу (М_тор = var). При увеличении тормозного момента мощность синхронного двигателя возрастает, одновременно увеличивается и угол , что понижает запас устойчивости двигателя π/2 — . Для того чтобы синхронный двигатель не терял запаса устойчивости при увеличении активной мощности, необходимо одновременно увеличивать ток возбуждения. Синхронные двигатели большой мощности снабжены специальной регулирующей аппаратурой, при помощи которой при изменении активной мощности двигателя обеспечивается требуемый уровень запаса устойчивости.

Реактивная мощность синхронного двигателя Q = 3UIsinφ, подключенного к системе большой мощности U = const, при постоянной активной мощности Р регулируется изменением тока возбуждения I_в. При токе возбуждения I_в < I_в.гр(Р) или I_в > I_в.гр(Р) реактивная мощность двигателя имеет соответственно индуктивный ( Q_L = 3 UI_pL) или емкостный ( Q_C = —3 UI_pC) характер.

Обычно режим возбуждения синхронного двигателя соответствует емкостной реактивной мощности, что позволяет компенсировать индуктивную реактивную мощность асинхронных двигателей и этим разгрузить электрическую систему от реактивного тока.

Практический интерес представляет применение синхронного двигателя в режиме регулируемого емкостного элемента, Р = 0 и I_в > I_в.гр(Р) — синхронного компенсатора. Синхронные компенсаторы позволяют улучшить коэффициент мощности cosφ электрической системы.