V - образные характеристики

V- образные характеристики представляют собой зависимость тока якоря I и коэффициента мощности cosj двигателя от тока воз­буждения i_в при постоянных значениях напряжения обмотки якоря U и его частоты f и постоянной отдаваемой механической мощности P₂ . Эти характеристики отражают важную особенность синх­ронных двигателей -возможность регулирования их реактивной мощности и cosj.

Рассмотрим V - образные характеристики двигателей на при­мере неявнополюсной машины. Необходимые пояснения даны с помощью упрощенных векторных диаграмм синхронного двигателя, представленных на рис. 12.3.

Если принять потери в обмотке и стали якоря, механические и добавочные потери постоянными, то при P₂= const подводимая к обмотке якоря мощность также постоянна, P₁= mUIcosj = const, и, следовательно, активная составляющая тока якоря также неизменна - I_а=Icosj =const. Поэтому на векторной диаграмме (рис.12.3) конец вектора тока якоря I при разных значениях тока возбуждения i_в скользит по прямой АВ. Для каждого значения I величина i_в может быть определена из уравнения токов синхронной машины , отра­жающего уравнение МДC . Так, i_вd пред­ставляет собой результирую­щую МДС в зазоре F_d в масштабе тока возбуждения, I¢ - МДС реакции якоря F¢_a в масштабе тока возбуждения или приведенный ток якоря. Ток возбуждения прямо пропорционален МДС F_в обмотки возбуждения.

Величина i_вd может быть определена по результирующей ЭДС E_d обмотки якоря , индуктированной резуль­тирующим магнитным полем воздушного зазора. Если пренебречь для простоты сопротивлениями рассеяния x_sa= 0 и активным r_a= 0, то и, следова -

Рис. 12.3. Упрощённые векторные диаграммы синхронного двигателя

тельно, i_вd » const. Вектор , как и вектор результирующего потока в зазоре , опережает на 90 ^о. Вектор совпадает по направлению с током якоря, и конец его скользит по прямой A'B', параллельной линии АВ, так как I' прямо пропорционален току якоря.

На рис. 12.3 построены векторные диаграммы токов для четырёх то­чек V-образной характеристики и получены токи возбуждения для соответствующих им токов якоря. Для точки 1 на рис.12.3 вы­полнено также построение векторной диаграммы напряжений по урав­нению , где Е - ЭДС, индуктированная в обмотке якоря полем обмотки возбуждения; x_c - синхронное индуктивное сопротивление.

На рис. 12.4 представлены V- образные характеристики I = f(i_в) и cosj = f(i_в) для P₂= 0 (холостой ход) и P₂= const ¹ 0.

На рис.12.3 и на характеристиках рис. 12.4 точка 1соответству­ет перевозбуждению двигателя, когда реактивная мощность отдает­ся в сеть, Q>0; точка 2 - нормальному возбуждению, когда Q = 0 и cosj = 1; точка 3- недовозбуждению, когда реактивная мощ­ность потребляется из сети, Q < 0; точка 4соответствует недовозбуждению и пределу статической устойчивости синхронного дви­гателя, когда угол нагрузки Q равен критическому значению Q_кр. Угол Q - это угол между векторами U и E.

Рис. 12.4.V-образные характеристики

Угол Q называют углом нагрузки, так как он характеризует уровень нагрузки синх­ронного двигателя. Как видно из рис. 12.3, при уменьшении тока воз­буждения и P₂ =const ¹ 0 угол нагрузки Q увеличивается и в точ­ке 4 достигает критического значения - Q_кр=90°. Точка 4 лежит на линии CD рис.12.4, которая является границей устойчивой работы синхронного двигателя. При i_в < i_в4 двигатель выпадает из синхро­низма.