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。

更新于:2021年10月28日

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