Содержание  
< назад вперед >

§ 120. РАБОЧИЙ РЕЖИМ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛИ

При вращении возбужденного ротора с синхронной скоростью взаимодействие полюсов вращающегося магнитного поля с полюсами ротора создает электромагнитный момент, который в двигателе является вращающим моментом.

На риc. 284 показано взаимодействие полюсов магнитных полей статора и ротора при различных значениях момента сопротивления механической нагрузки на валу двигателя.

Для лучшего уяснения рассматриваемого вопроса статор и ротор показаны  в  развернутом  виде.

В положении а на рис. 284 оси полей статора и ротора совпадают и угол между осями = 0. Такое положение ротора возможно в том случае, когда момент сопротивления также равен нулю. Силы взаимодействия между полюсами действуют вдоль осей полю­сов. Касательные силы, способные создать момент вращения ротора, равны нулю. Пусть на валу двигателя возникла механическая на­грузка. Ротор при этом затормозится, ось его поля несколько смес­тится относительно оси поля статора на угол в, но скорость его вра­щения по-прежнему будет синхронной.

В положении б на рис. 284 угол  взят равным 45°. Учтены лишь взаимодействия между разноименными полюсами. Раскладывая силы взаимодействия между полюсами статора и ротора, мы видим, что, кроме радиальных составляющих Fp, возникли касательные составляющие силы F_K, под действием которых ротор будет разви­вать электромагнитный момент, направленный в сторону вращения поля статора.

При некоторой механической нагрузке на валу ротор синхрон­ного двигателя может сместиться на угол , равный 90°, вращаясь по-прежнему с синхронной скоростью.  Этот случай показан на

рис. 284, в. Из чертежа видно, что величины касательных сил F_K увеличились и электромагнитный момент, развиваемый ротором, также увеличится.

Если под действием увеличенной нагрузки ротор сместится, например, еще на 45° и угол будет равен уже 135°, то, как видно на рис. 284, г, величины касательных сил уменьшились. Электро­магнитный момент, развиваемый ротором, уменьшится. Таким обра­зом, при  > 90° с увеличением механической нагрузки на валу двигателя вращающий момент не увеличивается, а уменьшается.

В положении ротора, изображенном на рис. 284. д, угол =180°, касательные силы отсутствуют и момент ротора равен нулю. При угле >180° нетрудно убедиться, что момент враще­ния ротора изменит свой знак, т. е. он становится тормозным, как у генератора. Рассмотрев несколько положений ротора, мы можем прийти к следующему выводу.

Вращающий момент, развиваемый ротором синхронного дви­гателя, зависит от угла . С увеличением  момент двигателя сначала увеличивается, достигая максимального значения М_макс при  = 90°, а затем начинает уменьшаться, и при =180° электромагнитный     момент     двигателя становится равным  нулю.

Анализ показывает, что электро­магнитный вращающий момент син­хронного двигателя прямо пропор­ционален синусу угла в:

М_эм=М_макс sin

На рис. 285 представлена зави­симость Мэм от 6. Эта зависимость называется угловой характе­ристикой.

В зависимости от величины механической нагрузки на валу двигателя меняется угол . Тормозной момент нагрузки, соответ­ствующий углу = 90°, называется опрокидывающим моментом. Если момент сопротивления будет больше опро­кидывающего момента, то ротор двигателя не сможет вращаться синхронно с полем, двигатель выпадает из синхронизма и оста­навливается, так как при этом повышение нагрузочного момента сопровождается не увеличением Мэм, а его уменьшением.

При значениях угла, , близкого к 90°, работа синхронного двигателя становится неустойчивой. Обычно угол н при номи­нальной нагрузке находится в пределах 20 ÷ 30°. Перегрузочная способность синхронного двигателя равна