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.