8. Механическая у угловая характеристики синхрон- ного двигателя

Угловая скорость синхронного двигателя при постоянстве частоты напряжения статора при работе в установившемся режиме при изменении момента от – М_МАХ до + М_МАХ остается строго постоянной и равна синхронной скорости

где f₁ – частота питающего статор напряжения, р – число пар полюсов.

Поэтому механическая характеристика синхронного двигателя – прямая линия, параллельная оси абсцисс. Если момент нагрузки превышает М_МАХ, то двигатель может выпасть из синхронизма и зависимость M = f() нарушится.

При пульсации нагрузки на валу двигателя в установив­шемся режиме значение мгновенной скорости колеблется около среднего значения. Эти колебания происходят за счет изменения угла между напряжением и ЭДС синхронной машины. Колебания скорости имеют практическое значение при работе синхронного двигателя на пульсирующую на­грузку, например на поршневой компрессор. Для решения вопроса об устойчивой работе двигателя в таких случаях необходимо знать зависимость момента М от угла между напряжением и ЭДС. Зависимость момента М синхронной машины от угла  носит название угловой характеристики. Этому углу соответствует простран­ственный угол сдвига между осью результирующего поля машины и осью полюсов (пространственный угол в р раз меньше угла ).

Для нахождения уравнения угловой характе­ристики обратимся к упрощенной векторной диаграмме неявнополюсной машины, представленной на рис. 3.40.

Если пренебречь потерями в активном сопротивлении ста­тора, считая R₁ = 0 (рис. 3.40), то подводимая к синхронному двигателю мощность, Вт, может быть принята равной электромагнитной мощности:

(3.82)

где I и U – фазные ток и напряжение.

Из векторной диаграммы (рис. 3.40) следует, что

(3.83)

Из рассмотрения вспомогательного треугольника АВС видно, что

следовательно

(3.84)

Теперь, подставив полученное выражение в (3.82), получим уравнение электромагнитной мощности, Вт,

(3.85)

где I_КЗ – ток короткого замыкания, .

Отсюда электромагнитный момент

(3.86)

В случае явнополюсной машины появляется еще допол­нительный реактивный момент. Однако для практических расчетов им можно пренебречь и пользоваться формулой (3.86). При  = 90° момент имеет максимальное значение:

(3.87)

Поэтому искомое уравнение угловой характеристики принимает следующий вид:

(3.88)

С увеличением нагрузки угол возрастает. Из (3.88) видно, что вначале с увеличением угла растет и развиваемый двигателем момент (рис. 3.42), что удовлетворяет требованию устойчивой работы двигателя. В правой части графика при  > 90° условие устойчивой работы двигателя нарушается, так как при увеличении нагрузки угол продолжает возрастать, а момент, развиваемый двигателем, уменьшается, вследствие чего двигатель выпадает из синхро­низма. Левая часть характеристики является рабочей частью, а правая, где угол изменяется от 90 до 180°, пред­ставляет собой неустойчивую часть характеристики

Номинальному моменту двигателя М_НОМ практически соответствует угол  = 25 – 30°. При этом кратность, максимального момента к номинальному составляет:

.

Однако в специальных случаях применяют синхронные машины и с большей кратностью максимального момента, достигающей 3,5 – 4.

Синхронный двигатель может работать и в режиме гене­ратора параллельно с сетью при синхронной угловой ско­рости, когда нагрузочный момент на его валу будет иметь отрицательное значение. Для торможения такой режим практи­ческого значения не имеет, так как при этом нельзя полу­чить снижения скорости.

Обычно применяется динамическое торможение синхрон­ных двигателей, при котором обмотки статора отключаются от сети и замыкаются на резисторы (рис. 3.43). Механиче­ские характеристики в этом случае подобны характеристи­кам асинхронного двигателя при динамическом торможении. Интенсивность торможения зависит от сопротивления статорной цепи и от потока, создаваемого током роторной об­мотки. Время торможения при питании цепей возбуждения от собственного возбудителя, находящегося на валу син­хронного двигателя, больше, чем при питании от независи­мого источника постоянного тока. Объясняется это тем, что при снижении угловой скорости возбудителя уменьша­ется его ЭДС, а, следовательно, уменьшаются ток возбужде­ния двигателя и тормозной момент.

Торможение синхронных двигателей противовключением практически не применяется, так как оно сопровож­дается большими толчками тока и ведет к усложнению управ­ления ввиду необходимости отключения двигателя при под­ходе к нулевой скорости.

Управление механической характеристикой СД осуществляется только изменением частоты питающего статор напряжения. При этом так как изменяется Х₁ необходимо изменять величину напряжения или ток возбуждения ротора.

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ

ПУСК И ТОРМОЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

ПУСК И ТОРМОЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ.