Что такое момент сопротивления синхронных двигателей

Вращающий момент синхронной машины

Электрическая мощность, отдаваемая трехфазным синхронным генератором при симметричной нагрузке,

. (7)

Механическая мощность, сообщаемая генератору первичным двигателем,

, (8)

где М – момент сопротивления вращению ротора;

ωр – угловая частота вращения ротора.

Эта мощность преобразуется в электрическую мощность, за вычетом потерь в генераторе.

Пренебрегая потерями в машине и приравнивая электрическую и механическую мощности, получим момент, преодолеваемый первичным двигателем

. (9)

В рассматриваемом случае, когда машина работает генератором, развиваемый ею момент противодействует вращению ротора, т.е. является тормозящим. Формула (9) справедлива и для случая работы машины двигателем, но при этом момент М становится движущим.

Из векторной диаграммы, приведенной на рис. 5, следует

. (10)

Угловая скорость вращения ротора

, (11)

где ω – угловая частота переменного тока.

Подставляя (10) и (11) в (9), имеем

, (12)

где максимальный момент

, (13)

где Iк – ток короткого замыкания генератора, устанавливающийся в генераторе при замыкании обмотки статора, в которой индуктируется ЭДС Е.

Согласно (12), вращающий момент синхронной машины и ее мощность пропорциональны синусу угла сдвига между осями полюсов ротора и результирующего магнитного поля машины.

Дата добавления: 2016-02-16 ; просмотров: 1361 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Синхронный двигатель

7.2.1. Основные понятия

Синхронный двигатель отличается от асинхронного конструкцией и источником питания ротора. Статор такого двигателя питается от трехфазной сети переменного тока, а ротор посредством щеток и колец от сети постоянного тока (Рис.7.18.).

Синхронный двигатель имеет постоянную частоту вращения, называемую синхронной частотой и заданную формулой ,

где: f – частота сети; p – число пар полюсов.

Статор синхронного двигателя аналогичен статору асинхронного, следовательно, его функция создание вращающегося с синхронной частотой nsмагнитного поля.

Синхронный двигатель не имеет собственного пускового момента и должен быть разогнан до синхронной частоты с помощью внешнего привода, который может быть, например, асинхронный двигатель малой мощности.

7.2.2 . Принцип действия

Принцип действия синхронного двигателя основан на эффекте притяжения разнополярных магнитных полюсов статора (N,S) и ротора (No,So).

Итак магнитное поле статора вращается с частотой ns(Рис.7.19.). Предположим, что ротор тоже вращается с частотойns,против часовой стрелки, т.е. полюса магнитного поля ротора будут вращаться с частотой ns.

Читайте также:  Какой двигатель подходить на опель

Без нагрузки магнитные оси полей статора и ротора совпадают, силы притяжения F1и F2будут радиальные и не создают никакого вращающего момента. Если возникает какой-либо момент сопротивления Мн (момент нагрузки, Рис.7.20.) на оси двигателя, то ось магнитного поля ротора поворачивается по часовой стрелке на угол Q.

В этом случае силы F1и F2имею радиальные и тангенциальные составляющие, причем последние Ft1и Ft2создают вращающий момент Мдви двигатель работает устойчиво при Мн = Мдв.

Можно объяснить принцип действия синхронного двигателя с помощью логической диаграммы (Рис.7.21).

1) Под действием трехфазного напряжения в каждой фазе обмотки статора протекает ток , который создает вращающийся с частотой nsмагнитный поток Ф1.

2) В обмотке ротора под действием напряжения возбуждения течет ток Iв,который создает поток Фвтакже вращающийся с частотой ns.

3) Эти потоки наводят ЭДС и , которые складываются .

4) В тоже время потоки Ф1 и Фвскладываются образуя рабочий поток Фр.

5) Ток взаимодействуя с магнитным потоком Фрсоздает электромагнитные силы (ЭМС)и вращающий момент Мдв, противодействующий моменту нагрузки.

Рис.7.21.

7.2.3. Основные уравнения двигателя

Определим уравнение статора, используя эквивалентную схему и векторную диаграмму (Рис.7.22.-7.24.).

Согласно IIзакону Кирхгофа (Рис.7.22.), имеем:

Зная, что и пренебрегая активным сопротивлением статора Rs,получим: .

Рис.7.22. Рис.7.23. Рис.7.24.

В этом случае эквивалентная схема представлена на рис.7.23., где Xsназывается синхронным сопротивлением. Векторная диаграмма (Рис.7.24.) показывает, что Qэто смещение оси магнитного поля ротора по отношению к оси поля статора, а угол jэто сдвиг по фазе между напряжениеми током статора . Определим уравнение вращающего момента синхронного двигателя, исходя из классической формулы механики: PДВ= МДВWs.

Пренебрегая потерями мощности можно записать, что PДВ= Pэл.

В свою очередь электрическая мощность трехфазного синхронного двигателя будет: Pэл= 3 U1I1cosj.

Воспользуемся геометрическими построениями на рис.10.24., где из треугольников Оса и abc следует ac = EosinQ = I1Xscosj.

Отсюда и как результат получим ,

или окончательно .

Если выражение величина постоянная, то формула вращающего момента синусоидальная функция: МДВ= МмаксsinQ.

Читайте также:  Схема двигателя fiat doblo

7.2.4. Характеристики двигателя

Угловая характеристика МДВ= f(Q) имеет два интервала функционирования (Рис.7.25.): I — интервал стабильной работы, II -интервал нестабильной работы.

Когда угол Q меньше 90°,двигатель работает стабильно (т.A), то есть двигатель находится в режиме авторегулирования. Если момент нагрузки увеличивается Мн +DМ, угол Q1увеличивается тоже Q1+ DQ. Согласно формуле вращающего момента МДВтакже увеличится и равновесие установится в точке B. Когда угол Q больше 90°,двигатель работает нестабильно (т.D), то есть двигатель теряет синхронизм. Поэтому угол Q = 90° называется критическим. Практически величина этого угла находится в пределах от 30° до 40°. Механическая характеристика М=f(n) синхронного двигателя – это прямая линия параллельная оси X (Рис.7.26.). В таком случае частота вращения постоянна и не зависит от нагрузки. Семейство U– образных характеристик наиболее важно для промышленного применения синхронных двигателей (Рис.7.27.).

Этот рис.10.27. показывает, что существует минимальный ток возбуждения Iв.миндля каждой кривой, при котором коэффициент мощности cosj=1, и что существуют интервалы недовозбуждения и перевозбуждения. В первом интервале синхронный двигатель работает, имея характер индуктивного сопротивления, а во втором емкостного.Это свойство позволяет использовать синхронный двигатель для коррекции коэффициента мощности в промышленных установках, применяя синхронный компенсатор вместо батареи конденсаторов.

Источник

Вращающий момент и характеристики синхронных

Электродвигателей

Электрическая мощность трехфазного синхронного двигателя может быть выражена, как

(4.19)

где U и I – напряжение и ток в фазной обмотке статора; φ – сдвиг фаз между напряжением U и током I; ЕС — ЭДС фазной обмотки статора, противодействующая изменению тока I; Θ > 0 — угол отставания оси магнитных полюсов ротора от оси полюсов вращающегося поля статора; ХФ – индуктивное сопротивление фазной обмотки статора.

Электромагнитный момент, возникающий при взаимодействии магнитных полей статора и ротора, будет равен:

(4.20)

где р – число пар полюсов магнитного поля статора; ω – угловая частота напряжения сети.

Так как РМЕХ = МЭМ ωР а ωР= ω / р, то механическая мощность двигателя

(4.21)

Сетевое напряжение U и частота ω постоянны. Тогда соотношения (14.5) и (14.6) будут выражать зависимости МЭМ = f(Θ) и РМЕХ = f(Θ). Эти зависимости называют угловыми характеристиками синхронного двигателя (Рис. 4.9).

Читайте также:  Как не снимая двигателя заменить набивку на двигателе змз

Угловые характеристики позволяют анализировать процессы в синхронном двигателе при изменении нагрузки.

Рис.4.9 – Угловые характеристики синхронного двигателя

Так, например, при увеличении тормозящего момента угловая частота вращения ротора ωР начнет уменьшаться. Это приведет к увеличению угла Θ > Θ1, что при неизменном токе возбуждения IB1 приведет к увеличению электромагнитного момента МЭМ от значения М1 до значения М2 Момент М2 уравновесит действие внешнего тормозящего момента и двигатель будет вращаться с той же угловой скоростью ωР, но при значении угла Θ, более близком по величине к углу Θ = π /2. Однако, если посмотреть на характеристику МЭМ = f(Θ) при токе возбуждения IB1 (Рис.4.9), то можно предположить, что при дальнейшем увеличении нагрузки угол отставания вращения ротора Θ может превысить значение π /2 и двигатель выйдет из устойчивого режима работы и остановится. Чтобы иметь запас устойчивости двигателя по электромагнитному моменту при увеличенной нагрузке необходимо увеличить ток возбуждения, например, установить IB2 > IB1 (см. рис.4.9). Важной особенностью синхронного двигателя является возможность регулировать с помощью тока возбуждения не только запас устойчивости, но и влиять на реактивный ток статора. Зависимость IC = f(IB) при постоянном тормозном моменте называется U – образной характеристикой синхронного двигателя (Рис. 4.10).

Активная мощность Р синхронного двигателя изменяется при изменении тормозного момента (нагрузки). Если нагрузку увеличивать, то будет расти ток статора IC . Для сохранения устойчивой работы двигателя необходимо увеличивать ток возбуждения IB. При этом характер сопротивления обмоток статора для внешней сети будет изменяться от активно-индуктивного к

активно-емкостному (см. рис.4.10).

Рис.4.10 – U-образная характеристика синхронного двигателя

При значении тока IB = IB ГР сопротивление обмоток статора будет иметь чисто активный характер, когда сдвиг фаз между током в обмотках и питающим напряжением φ = 0 (cosφ = 1). Если на валу двигателя нет нагрузки, то, пренебрегая потерями, можно считать активную мощность Р = 0. В этом случае ток в статорных обмотках будет чисто реактивным (на рис.4.10 нижняя кривая). В таком режиме при IB > IB ГР двигатель может использоваться в качестве синхронного компенсатора – регулируемого емкостного элемента. Синхронные компенсаторы позволяют улучшать коэффициент мощности (cos φ) в электрической энергосистеме.

Источник