Мощность и электромагнитный момент

Электромагнитная мощность неявнополюсного синхронного генератора:

где - угол между осью поля статора и осью полюсов.

При работе без нагрузки векторы этих МДС, вращаясь с одинаковой (синхронной) частотой, совпадают по направлению (), при этом . Но с появлением нагрузки генератора (), т.е. с возникновением электромагнитного момента на роторе, вектор МДС ротора, продолжая вращаться с прежней скоростью, смещается относительно вектора МДС статора на уголв направлении вращения, при этом.

Разделив на синхронную угловую частоту получим выражения электромагнитных моментов неявнополюсной синхронной машины:

Рабочие характеристики синхронного двигателя

Рабочие характеристики СД представляют собой зависимости первичной (потребляемой) мощности , тока ста­тора , КПД η и (график 1), полезного моментаот полезной мощности на валу при постоянных значениях напряжения () и частоты () питающей сети.

а) Скорость вращения .Скорость вращения СД при остается строго постоянной и, следовательно, от измененияне зависит.

б) Коэффициент мощности При постоянном токе возбуждения увеличение нагрузки на валу вызывает уменьшение cosφ, что объясняется увеличением реактивного падения напряжения при возрастании потребляемого от сети тока.

в) Потребляемая мощность . Потребляемая мощность растёт быстрее, чем полезная мощность, т.к. при увеличении нагрузки сказывается увеличение электрических потерь в двигателе, которые пропорциональны квадрату тока.

г) КПД η.

–потери холостого хода состоящие из механических потерь, магнитных потерь в стали ротора, потерь на возбуждение.

- электрические потери обусловленные нагревом обмотки статора,

- слагаемые из потерь в поверхностном слое ротора, вызванных пульсациями вследствие зубчатости поверхностей ротора и статора, а также потерь вызванных полями рассеяния.

КПД с увеличением нагрузки быстро увеличивается и достигает максимума, когда не зависящие от нагрузки механические потери и потери в стали становятся равными зависящим от нагрузки потерям в меди обмоток.

д) Полезный момент . Т.к., а характеристики снимаются при условии постоянной частоты сети, то графикимеет вид прямой выходящей из начала координат.

е) Ток статора . Величина тока статора определяется из соотношения.Из этого соотношения видно что токс увеличением нагрузкирастет быстрее чем мощностьвследствие уменьшения

При постоянном токе возбуждения увеличение нагрузки на валу вызывает уменьшение cosφ, что объясняется увеличением реактивного падения напряжения при возрастании потребляемого от сети тока

Достоинства синхронных электродвигателей

Синхронный двигатель несколько сложнее, чем асинхронный, но обладает рядом преимуществ, что позволяет применять его в ряде случаев вместо асинхронного.

1. Основным достоинством синхронного электродвигателя является возможность получения оптимального режима по реактивной энергии, который осуществляется путем автоматического регулирования тока возбуждения двигателя. Синхронный двигатель может работать, не потребляя и не отдавая реактивной энергии в сеть, при коэффициенте мощности () равным единице. Если для предприятия необходима выработка реактивной энергии, то синхронный электродвигатель, работая с перевозбуждением, может отдавать ее в сеть.

2. Синхронные электродвигатели менее чувствительны к колебаниям напряжения сети, чем асинхронные электродвигатели. Их максимальный момент пропорционален напряжению сети, в то время как критический момент асинхронного электродвигателя пропорционален квадрату напряжения.

3. Синхронные электродвигатели имеют высокую перегрузочную способность. Кроме того, перегрузочная способность синхронного двигателя может быть автоматически увеличена за счет повышения тока возбуждения, например, при резком кратковременном повышении нагрузки на валу двигателя.

4. Скорость вращения синхронного двигателя остается неизменной при любой нагрузке на валу в пределах его перегрузочной способности.