2.7. Характеристики синхронных электродвигателей

Схема включения синхронной машины приведена на рис.2.19. Отличительной особенностью синхронного электродвигателя является то, что на рабочем участке его скорость не зависит от нагрузки и определяется как

 = 2 f / р, (2.67)

Рис.2.19. Схема включения синхронной машины

где р – число пар полюсов;

f – частота напряжения питания.

Поэтому его механическая характеристика представляет из себя прямую линию, параллельную оси абсцисс (рис.2.20), то есть жесткость ее равна бесконечности. Однако мгновенные значения скорости синхронного двигателя могут отличаться от скорости идеального холостого хода в результате отставания ротора от поля статора, например, при набросе или сбросе нагрузки на валу.

Значительно больший интерес представляет собой угловая характеристика синхронной машины – это зависимость ее момента от угла  сдвига фаз между ЭДС двигателя и напряжением сети: М = f (), которая определяется из упрощенной векторной диаграммы, приведенной на рис.2.21.а, где

Рис.2.20. Механическая характеристика синхронной машины

I* - вектор фазного тока статора;

E*, U*c – векторы фазных ЭДС и напряжения статора соответственно;

Хс – индуктивное сопротивление фазы статора;

 - угол сдвига между током и напряжением статора;

 - угол сдвига между напряжением и ЭДС статора.

При построении диаграммы считается, что машина является неявнополюсной и активное сопротивление статора примерно равно нулю, то есть активная мощность, потребляемая из сети, полностью передается на ротор двигателя, следовательно

Рс= 3 Uс I cos.

М = Рс /  о = 3 Uc I cos /  о. (2.68)

Из рис. 2.21а следует

Uс cos = Е cos( -),

а из треугольника АВС получаем

cos( -) = Uc sin  / I Хс.

Следовательно

Uс cos = Е Uc sin  / I Хс.

Подставим это выражение в (2.68) и получим

М = 3Е Uc sin  / /  о Хс = Мм sin . (2.69)

Уравнение (2.69) описывает зависимость момента синхронной машины от угла  , график ее приведен на рис.2.21 б.

Здесь максимум момента имеет место при  =  /2. Величина этого момента характеризует перегрузочную способность синхронной машины. Обычно  = Ммакс / Мн = 2 – 3.

Зона при    /2 является зоной неустойчивой работы синхронного двигателя, когда он может выпасть из синхронизма. Номинальный угол  составляет 25 – 30 .

Если синхронная машина имеет явно выраженные полюса, то к моменту, определенному (2.69), добавляется реактивная составляющая и тогда общий момент определяется как

М = 3/  оUc E sin / Х d + Uс²/2 (1/Х d – 1 / Хq) sin 2 , (2.70)