Машины 5 семестр / лекции / 30. Синхронные машины

Электромагнитный момент. В СМ большой и средней мощности потери мощности в обмотке якоря малы по сравнению с электрической мощностью Р, отдаваемой (в генераторе) или потребляемой (в двигателе) обмоткой якоря. Можно считать, что электромагнитная мощность машины РЭМ = Р. Электромагнитный момент пропорционален мощности и Рэм, поэтому для неявнополюсной и явнополюсной машин соответственно

Для неявнополюсноймашины зависимость Μ =f(θ) представляет собой синусоиду,симметричную относительноосей координат (1)

При явнополюсной машине из-за неодинаковой магнитной проводимости по различным осям (Xd Xq) возникает реактивный момент(3),

что несколько искажает синусоидальную зависимость Μ= f(θ) (2).

Так как Рэм пропорциональна моменту, то приведенные характеристики в другом масштабе представляют собой зависимости Pэм = f(θ) или— зависимости P = f(θ). Кривые М=f(θ) и РЭМ = f(θ)

называют угловымихарактеристиками.

При θ > 0 (генераторный режим) электромагнитные силы создают электромагнитный тормозной момент Μ. Максимум момента соответствует значению θ = 90°, когда ось полюсов ротора расположена между осями «полюсов» суммарного потока ΣΦ. При θ < 0 (двигательный режим) составляющие электромагнитных сил, возникающие между ротором и статором, создают электромагнитный вращающий момент М.

СТАТИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ

Под статической устойчивостью синхронной машины, работающей параллельно с сетью, понимают ее способность сохранять синхронное вращение (т. е. условие n2 = n1) при изменении внешнего вращающего или тормозного момента Мвн, приложенного к ее валу. Статическая устойчивость обеспечивается только при углах θ

<π/2.

Угловые характеристики при различных значениях E0

Если моментМвн возрастает, то ротор генератора ускоряется, что приводит к увеличениюуглаθ до значения θ + Δθ. При работе машины в точкеА возрастание угла θ вызываетувеличение электромагнитногомомента до значенияМ+ М (точка В); в результате равновесие моментов, действующих на вал ротора, восстанавливаетсяи машина после некоторогоколебательного процесса продолжаетработать с синхроннойчастотой вращения.

При уменьшении Мвн уменьшаются угол θ и момент М, а следовательно, равновесие моментов также восстанавливается. Если машина работает при π/2 < θ < π (точка С), то увеличение угла θ вызывает уменьшение электромагнитного момента до значения Μ— Μ (точка D). В результате равновесие моментов, действующих на вал ротора, нарушается, ротор продолжает ускоряться, а угол θ возрастать. Возрастание угла θ может привести к двум результатам: 1) машина переходит в точку устойчивой работы (аналогичную точке А) на последующих положительных полуволнах; 2) ротор по инерции проскакивает устойчивое положение, при этом происходит выпадение из синхронизма, т. е. ротор начинает вращаться с частотой, отличающейся от частотывращениямагнитногополястатора.

Выпадение из синхронизма — аварийный режим, так как сопровождается прохождением по обмотке якоря больших токов. Это объясняется тем, что ЭДС генератора Ε и напряжение сети Uc могут складываться по контуру «генератор — сеть», а не вычитаться, как при нормальной работе.

Если внешний момент по какой-либо причине снижается, то при работе машины в точке С угол θ уменьшается, электромагнитный момент возрастает, что приводит к дальнейшему уменьшению угла θ и переходу к работе в устойчивой точке А.

Синхронная машина работает устойчиво, если dM/dθ > 0, и неустойчиво, если dM/dθ < 0; чем меньше угол θ, тем больший запас по устойчивости имеет машина.