什么是同步转矩系数?
同步转矩系数定义为:在同步速度下产生同步功率的转矩。如果用表示同步转矩系数,则
$$\mathrm{𝜏_{𝑠𝑦𝑛} =\frac{1}{𝜔_{𝑠}}𝑚\frac{𝑑𝑃}{𝑑𝛿}\:Nm/电角度 …(1)}$$
此外,
$$\mathrm{𝜏_{𝑠𝑦𝑛} =\left (\frac{1}{𝜔_{𝑠}}𝑚\frac{𝑑𝑃}{𝑑𝛿} \right)\cdot \frac{𝜋𝑝}{180°}\:Nm/机械角度 …(2)}$$
其中,
m 是电机相数,
𝜔𝑠 = 2𝜋𝑛𝑠 是角同步速度,
𝑛𝑠 是以转/秒表示的同步速度。
𝑝 是电机极对数。
同步转矩系数也可以表示为:
$$\mathrm{𝜏_{𝑠𝑦𝑛} =\frac{𝑑𝜏}{𝑑𝛿}=\frac{1}{2𝜋𝑛_{𝑠}}\frac{𝑑𝑃}{𝑑𝛿}… (3)}$$
$$\mathrm{∵\:\frac{𝑑𝑃}{𝑑𝛿}=𝑃_{𝑠𝑦𝑛} =\frac{𝑉𝐸_{𝑓}}{𝑍_{𝑠}}sin(𝜃_{𝑧} − 𝛿)}$$
$$\mathrm{∴\:𝜏_{𝑠𝑦𝑛} =\frac{𝑉𝐸_{𝑓}}{2𝜋𝑛_{𝑠 }\cdot 𝑍_{𝑠}}sin(𝜃_{𝑧} − 𝛿) … (4)}$$
在许多同步电机中,Xs >> R。因此,对于圆柱转子电机,忽略饱和和定子电阻,公式 (4) 变为:
$$\mathrm{𝜏_{𝑠𝑦𝑛} =\frac{𝑉𝐸_{𝑓}}{2𝜋𝑛_{𝑠} \cdot 𝑋_{𝑠}}cos \:𝛿 … (5)}$$
因为,
$$\mathrm{𝑃_{𝑠𝑦𝑛} =\frac{𝑉𝐸_{𝑓}}{𝑍_{𝑠}}sin(𝜃_{𝑧 }− 𝛿)\:\:\:and\:\:\:𝜔_{𝑠} = 2𝜋𝑛_{𝑠}}$$
因此,公式 (4) 也可以写成:
$$\mathrm{𝜏_{𝑠𝑦𝑛} =\frac{𝑃_{𝑠𝑦𝑛}}{2𝜋𝑛_{𝑠}}=\frac{𝑃_{𝑠𝑦𝑛}}{𝜔_{𝑠}}… (6)}$$
数值例子
一台四极、50 Hz、三相涡轮发电机在空载时励磁产生11 kV的母线电压。该电机为星形连接,每机械度同步功率为332.48 kW。计算该电机的同步转矩。
解答
电机的同步速度(转/秒)为:
$$\mathrm{𝑛_{𝑠} =\frac{2𝑓}{𝑃}=\frac{2 × 50}{4}= 25 转/秒}$$
同步转矩为:
$$\mathrm{𝜏_{𝑠𝑦𝑛} =\frac{𝑃_{𝑠𝑦𝑛}}{2𝜋𝑛_{𝑠}}=\frac{332.48 × 1000}{2𝜋 × 25}= 2117.71\:Nm}$$