2. Особенности двигательного режима синхронной машины

Ротор синхронного двигателя вращается с той же скоростью, что и магнитное поле машины. Синхронное вращение можно объяснить взаимодействием полюсов ротора и полюсов результирующего вращающегося поля. Вращающееся магнитное поле вследствие взаимодействия полей статора и ротора увлекает за собой ротор. При нагрузке двигателя под воздействием тормозного момента его ротор, продолжая вращаться синхронно, смещается относительно результирующего поля машины на угол θ. Чем больше нагрузка на валу, тем больше угол θ. Под углом θ, как и раньше, понимается угол между осью полюсов ротора и осью результирующего поля. Но в отличие от генератора, где ротор опережает поле, в двигателе он отстает от поля, т. е. является ведомым, поэтому для двигателей этот угол принимают отрицательным.

На рис. 2 даны две векторные диаграммы, одна из которых (рис. 2, а) соответствует режиму работы генератора параллельно с сетью, а другая (рис. 2,6) — двигательному режиму. На рис. 2, а ротор опережает результирующее поле (Е₀ опережает U_(г)), а на рис. 2,6 отстает от него (Е₀ отстает от U_(Д)). Под U_(г) и U_(Д) пони­маются напряжения на выводах машины, уравновешивающие напряжения сети U_(г)=—U_C и U_(Д)=—U_C.

Рис. 1. Распределение магнитного поля в воздушном зазоре синхронного двигателя при нагрузке

Рис. 2. Упрощенные векторные диаграммы синхронной машины для генераторного (а) и двигательного (б) режимов

На рис. 2,6 в соответствии с изменением фазы изменяется фаза тока I. Мощность, отдаваемая машиной в сеть, будет теперь отрицательной: , а мощность, поглощаемая из сети, положительной: . Эти неравенства подтверждают, что машина в данном случае (когда θ<0) будет работать двигателем. При построении векторных диаграмм синхронных двигателей принято фазу тока определять по отношению к вектору напряжения сети U_C. Построение векторных диаграмм синхронного двигателя при известных U_(Д), I и угле между ними выполняется так же, как и для генератора (левая часть рис. 3), исходя из уравнения

(1)

Если при построении диаграммы исходить из известного напряжения сети U_С =U, то уравнение (1) будет иметь вид

(2)

Диаграмма по уравнению (2) построена в правой части рис. 3, причем для опережающего тока якоря. На рис. 3 показаны векторы МДС обмотки возбуждения и составляющих реакции якоря.

Рис. 3. Векторная диаграмма явнополюсного синхронного двигателя

Первый вектор отложен в сто­рону опережения ЭДС E_Q на 90°, а два других - в фазе с токами I_d и I_q. Из рис. 3 видно, что продольная реакция якоря в синхронном двигателе при опережающем токе действует размагничивающим образом (F_ad направлен против F_B) . Аналогично можно показать, что при отстающем токе продольная реакция якоря будет оказывать намагничивающее действие.

Эти выводы расходятся с выводами о влиянии реакции якоря на поле возбуждения, которые были получены для генератора. Однако это расхождение не вызвано различием в физических явлениях, а связано с различным отсчетом фазы тока в двигателе и генераторе. В двигателе фаза тока определяется по отношению к напряжению сети , а в генераторе — по отношению к собственному напряжению, находящемуся в противофазе с напряжением U_C. Поэтому опережающему току в двигательном режиме соответствует отстающий ток в генераторном режиме.