Угловая характеристика синхронной машины

Угловой характеристикой синхронной машины называют зависимость при постоянных токе возбуждения, напряжении и частоте сети ( , , ). Знание этой характеристики позволяет установить ряд важных свойств синхронной машины, определяющих устойчивость ее работы параллельно с сетью.

Найдем эту зависимость для синхронной машины с явнополюсным ротором, полагая, что сопротивление якоря равно нулю ( ) и машина не насыщена.

Активная мощность синхронной машины определяется выражением

.

Для преобразования этого выражения в искомую зависимость воспользуемся векторной диаграммой синхронной машины, включенной в мощную сеть с напряжением и и работающей в режиме генератора с выдачей реактивной мощности в сеть (рис. 5.37).

Согласно векторной диаграмме

.

С учетом этого соотношения выражение для активной мощности преобразуется к виду

.

Учитывая, что

, ,

выразим активную мощность через продольную и поперечную составляющие тока якоря:

.

Из векторной диаграммы находим выражения для продольной и поперечной составляющих тока якоря:

; .

Подставляя эти выражения в формулу для активной мощности, получим

.

Если синхронная машина имеет неявнополюсный ротор ( ), то второе слагаемое обращается в нуль и

.

Согласно этому выражению угловая характеристика неявнополюсной машины является синусоидальной функцией угла q (рис. 5.38). При мощность , машина работает в генераторном режиме. При мощность , машина работает в режиме двигателя. При синхронная машина развивает максимальную по модулю мощность

.

Величина максимальной мощности прямо пропорциональна току возбуждения (определяющему ЭДС ) и обратно пропорциональна полному индуктивному сопротивлению якоря по продольной оси . При проектировании синхронной машины сопротивление выбирают так, чтобы при номинальном токе возбуждения кратность максимального момента была не менее 1,7,

.

Выражение для угловой характеристики явнополюсной синхронной машины содержит составляющую, зависящую от (рис. 5.39). Эта составляющая обусловлена магнитной несимметрией ротора и появлением в связи с этим в явнополюсной машине чисто магнитного вращающего момента из-за стремления ротора ориентироваться по оси магнитного поля (подобно магнитной стрелке компаса). Этот эффект существует даже при отсутствии возбуждения ( ).

Синхронные машины, работающие без возбуждения, называются реактивными. Они имеют небольшую мощность (несколько киловатт). С целью повышения мощности в них стремятся конструктивными мерами увеличить разницу между сопротивлениями и , так чтобы отношение . В синхронных машинах нормального исполнения отношение . Поэтому амплитуда второй гармоники мощности не превышает 25% от амплитуды первой гармонической составляющей.