12.6. Потужність і електромагнітний момент синхронної маншини

Активна потужність.Розглянемо векторну діаграму на рис. 12.4б, на котрій зсув між векторами напруги і ЕРС визначається кутом навантаження, а проекція вектора на продовження вектора дорівнює, відрізкуОВ. Отриманий в результаті побудови трикутникАВС подібний трикутникуСDО, отже,.

Спільна сторона двох трикутників ОВА і СВА

або з урахуванням модулів відповідних векторів , звідси.

Отже, активна потужність-фазної машини(12.7)

вона пропорційна .

Рис.12.6. Кутові характеристики неявнополюсної синхронної машини прн різних струмах збудження

Електромагнітний момент. У синхронних машинах великої і середньої потужності втрати в обмотках статора незначні в порівнянні з потужністющо віддається (в генераторі) або споживається (у двигуні) цією обмоткою.Тому можна вважати, що електромагнітна потужність; тоді електромагнітний момент [див. рівняння (11.16)] з урахуванням (12.7)

(12.8)

З рівняння (12.8) випливає, що у неявнополюсної машини залежність є синусоїда, симетрична відносно осей координат. Відзначимо, що у явнополюсної машини ця залежність трохи спотворюється, але подальше пояснення процесу зручно проводити на прикладі неявнополюсної машини.

Форма кривої - її називаютькутовою характеристикою(рис. 12.6) - обумовлена тим, що основний і результуючиймагнітні потоки зсунуті як і вектори на кут. Якщо(холостий хід), то між ротором і статором існують тільки сили притягання і моментМ=0. При(режим генератора) вісь потокуФ₀ випереджує вісь потокуФ_рез на кут. Пружні магнітні силові лінії "розтягуються", причому тим сильніше, чим більше навантаження, тобто поперечна реакція якоря. Ротор ніби "веде''' за собою статор. При цьому створюється гальмівний моментМ. Максимум моменту відповідає значенню, коли вісь полюсів розміщена між осями результуючого потоку.

При (режим двигуна) вісь потокуФ₀ відстає від осі потоку ротор є "веденим", "розтягнуті" магнітні силові лінії, тягнучі його за собою, створюють обертальний момент.

Відношення максимального моменту (при ) до номінального ( при) характеризуєперевантажувальну здатність машини, тим більша перевантажувальна здатність. При магнітні силові лінії, що зв'язують статор і ротор "розриваються", момент падає, стійка робота стає неможливою.

Якщо генератор працював паралельно з мережею, то при розриві магнітних силових ліній магнітні поля ротора і статора, почнуть обертатися з різними частотами, їх взаємодія буде порушена; відбувається випадання з синхронності, котре є аварійним режимом, бо супроводжується протіканням через обмотку якоря значних струмів.

Стійкість генератора можна підвищити, збільшивши струм збудження; при цьому зростають ЕРС і, згідно (12.6), момент. На рис. 12.6 зображені кутові характеристики при різних струмах збудження, причомузвідки випливає, що при заданому навантаженні кутзменшується зі зростанням струму збудження; значить, росте і значення.

Реактивна потужність. Розглянемо на прикладі неявнополюсної машини залежність реактивної потужностіQ від кута. На рис. 12.4б сторона трикутника, або з урахуванням модулів відповідних векторівзвідки.

Отже, реактивна потужність -фазної машини

(12.9)

вона є функцією кута і максимальна при, тобто при холостому ході

(12.10)

Зміною значення можна регулювати реактивну потужність. Якщо генератор працює паралельно з мережею, напруга , на якій, то можливі три випадки регулювання:

Струм збудження при якомуназиваєтьсянормальним; при цьому

Якщо струм збудження більший від нормального, тобто (машина сильно збуджена), то, тобто реактивна потужність додатна, а синхронна по відношенню до мережі еквівалентна ємності (конденсатору).

Якщо , то, і, тобто реактивна потужність від'ємна, а машина по відношенню до мережі еквівалентна індуктивності.

Таким чином, синхронна машина без активного навантаження може використовуватися для регулювання коефіцієнта потужності і підтримання нормального рівня напруги в мережі; така машина називається синхронним компенсатором.

Можна показати, що і в режимі активного навантаження синхронна машина володіє такою ж хорошою властивістю - здатністю змінювати свою реактивну потужність і тим самим регулювати мереж.

Коливання синхронних машин. Деякі коливальні рухи ротора, що обертається на пружних магнітних силових лініях, що зв’язують його зі статором, можливі при порушенні рівноваги між розвинутим електромагнітним моментом і моментом, прикладеним до вала. Коливання пов’язані зі зміною кутавід одного значення до іншого. Такі коливання називаютьсявласними.

Коливання ротора призводять до перетину стержнями заспокійливої обмотки (див. п. 12.2) магнітного поля, в результаті чого в ній і в осерді ротора течуть вихрові струми, котрі, взаємодіючи з магнітним полем «заспокоюють» коливання.

Особливу небезпеку становлять вимушені коливання, викликані нерівномірним обертальним моментом провідного двигуна (наприклад, дизеля на тепловозах). Якщо виникає резонанс коливань (спів падання власних і вимушених частот), то генератор може випасти із синхронності і може статися пошкодження його вала. Коливанням підвладні також синхроні двигуни.