ВРАЩАЮЩИЙ МОМЕНТ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Магнитное поле ротора Ф, вращаясь, пересекает проводники статорной обмотки и индуцирует в них ЭДС. Эта ЭДС, как и в генераторе, работающем параллельно с сетью, совпадает по фазе с напряжением сети (см. рис. 6.23,1,я) при отсутствии механической нагрузки на двигатель.

Величина ЭДС Е0, индуцируемой в статоре, зависит от величины магнитного потока ротора и может быть установлена произвольной посредством выбора соответствующей силы тока в обмотке возбуждения.

Создадим на валу двигателя тормозной момент. Тогда частота вращения ротора начнет уменьшаться. Между осью полюсов стато- ора и осью полюсов ротора образуется некоторый угол 9 (рис. 6.26.1),

Рис. 6.26.1

и максимум ЭДС в каждой фазе статорной обмотки будет наступать позднее, т.е. вектор Е0 повернется относительно вектора напряжения йс на такой же угол в сторону запаздывания. Возникнет электромагнитный вращающий момент, действующий на ротор. Когда электромагнитный вращающий момент достигнет значения тормозного Мт, то возрастание утла 9 прекратится и ротор станет вращаться со скоростью поля (природа образования электромагнитного вращающего момента показана на рисунке 6.26.1). При наличии тормозного момента число проводников, на которые действуют электромагнитные силы по направлению вращения ротора и которые создают вращающий момент М^, преобладает над числом проводников (в пределе углов р), создающих противодействующий момент М„р.

Электромагнитный момент синхронного двигателя имеет то же выражение, что и электромагнитный момент синхронного генератора:

Однако следует напомнить, что в генераторе этот момент был противодействующим вращающему моменту, создаваемому первичным двигателем, а в синхронном двигателе он является вращаю- Щим (Л/,„).

Магнитные потоки ротора и статора, взаимодействуя друг с другом, создают результирующий магнитный поток подобно тому, как это было в синхронном генераторе (см. рис. 6.19.3, 6.19.4). Этот поток индуцирует в статоре результирующую ЭДС Е, которая и уравновешивает напряжение сети Uc.

Результирующий магнитный поток искажен, и ось, проходящая через середины полюсов на поверхности статора, смещена в сторону вращения поля относительно оси, проходящей через полюсы ротора, на угол 9.

Результирующее магнитное поле машины показано на рисунке

6.26.2.

Рис. 6.26.2

При его вращении полюсы на поверхности статора идут впереди полюсов ротора.

Полюсы статора являются ведущими и увлекают за собой полюсы ротора, преодолевая момент внешних сил. В этом случае происходит преобразование электрической энергии в механическую. Активная мощность двигателя будет больше нуля, и в обмотке статора возникает активный ток.

Это можно показать на векторной диаграмме. Следует только учесть, что благодаря смещению оси полюсов ротора относительно оси полюсов статора на угол 0 в сторону, противоположную вращению, максимум ЭДС Е0 в соответствующих проводниках будет запаздывать относительно напряжения сети на время, необходимое для поворота ротора на угол 0. Поэтому и вектор ЭДС Ё0 будет повернут относительно вектора напряжения 0С сети на угол 0, что и показано на рисунке 6.26.3.

Рис. 6.26.3

Рис. 6.26.4

Если мы пренебрегаем активным сопротивлением фазы статора, то ток статора определится на основе уравнения

Вектор тока I отстает от вектора ДU на угол 90°. Из рассмотренной векторной диаграммы можно заключить, что с ростом механической нагрузки на двигатель (с ростом угла 0 ток / в статоре двигателя и активная составляющая тока возрастут. Однако это имеет место только до тех пор, пока с ростом нагрузки происходит и возрастание вращающего момента. Но так как каждый двигатель имеет предельное значение вращающего момента, то, когда тормозной момент (момент нагрузки) превысит это значение, двигатель выпадет из синхронизма и остановится. Зависимость частоты вращения от момента нагрузки М (механическая характеристика) показана на рисунке 6.26.4.

При каждом колебании нагрузки синхронного двигателя возникает кратковременное проскальзывание ротора относительно полюсов статора и изменение угла 0. Однако в установившемся режиме ротор всегда вращается синхронно с полем статора.

Зависимость вращающего момента от угла рассогласования Л/=/0) называется угловой характеристикой синхронного двигателя. При постоянных значениях U, ?0, со9Хэлектромагнитный момент прямо пропорционален sin0.

Угловая характеристика синхронного двигателя показана на рисунке 6.26.5.

Рис. 6.26.5

Часть характеристики в пределах q = 0...900 называется устойчивой. Для устойчивой части характеристики справедлив общий принцип саморегулирования электрических машин: увеличение момента нагрузки автоматически увеличивает вращающий момент двигателя. Часть характеристики в пределах q = 90... 180° называется неустойчивой. В этой части характеристики увеличение момента нагрузки вызывает уменьшение вращающего момента и остановку двигателя.

При номинальной нагрузке Л/и двигателя q = 20...30° обычно отношение MmJMH = 2...3,2. Это отношение называется перегрузочной способностью двигателя.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >