同步电动机负载变化的影响
在感应电动机和直流电动机中,当连接到电动机轴上的机械负载增加时,电动机的速度会下降。速度的下降会降低反电动势,因此会从电源汲取额外的电流,以降低速度来承载增加的负载。但是,这种作用不会发生在同步电动机中,因为它在所有负载下都以恒定速度(即同步速度)运行。
对于同步电动机,每相电枢电流由下式给出:
$$\mathrm{I_{a}=\frac{V-E_{f}}{Z_{s}}=\frac{E_{r}}{Z_{s}}\:\:\:\:\:\:...(1)}$$
当我们对同步电动机施加机械负载时,转子磁极会在空间中略微落后于定子磁极(如图1所示),而电动机继续以同步速度运行。在这个过程中,定子和转子磁极之间的角度位移(称为转矩角 (δ),以电角度测量)导致励磁电压 (Ef) 的相位相对于电源电压 (V) 增加。这增加了电动机电枢绕组中的合成电压 (Er)。因此,从公式 (1) 可以看出,电枢电流 (Ia) 增加以承载负载。
此外,励磁电压 (Ef) 与 ωφ 成正比,因此它仅取决于励磁电流和电动机的速度。由于电动机以恒定速度运行,并且励磁电流也恒定,因此励磁电压 (Ef) 的大小在电动机轴上的负载发生变化时保持不变。
如果电动机的负载进一步增加,则转矩角 (δ) 也将增加,即转子磁极以更大的角度落后于定子磁极(见图2),但电动机继续以同步速度运行。转矩角 (δ) 的增加导致励磁电压 (Ef) 相对于电源电压 (V) 的相位位移更大。这增加了机器电枢绕组中的合成电压 (Er)。因此,从公式 (1) 可以看出,电枢电流 (Ia) 增加以满足负载需求。
同样,如果同步电动机轴上的机械负载减小,则转矩角 (δ) 也减小。这导致励磁电压 (Ef) 的相位相对于电源电压 (V) 减小。结果,电枢绕组中的合成电压 (Er) 减小,因此电枢电流 (Ia) 也减小。
结论
当同步电动机的负载增加时,
电动机继续以同步速度运行
转矩角 (δ) 增加。
励磁电压 (Ef) 的大小保持不变
从电源汲取的电枢电流 (Ia) 增加。
当同步电动机的负载减小时,
电动机继续以同步速度运行。
转矩角 (Ia) 减小。
励磁电压 (Ef) 的大小保持不变。
从电源汲取的电枢电流 (Ia) 减小。
此外,可以施加到同步电动机的机械负载也是有限的。随着电动机负载的增加,转矩角 (δ) 也增加,直到达到电动机失去同步并停止的阶段。