同步電動機負載變化的影響


在感應電動機和直流電動機中,當連線到電動機軸上的機械負載增加時,電動機的速度會下降。速度的下降會降低反電動勢,因此會從電源汲取額外的電流,以降低速度來承載增加的負載。但是,這種作用不會發生在同步電動機中,因為它在所有負載下都以恆定速度(即同步速度)執行。

對於同步電動機,每相電樞電流由下式給出:

$$\mathrm{I_{a}=\frac{V-E_{f}}{Z_{s}}=\frac{E_{r}}{Z_{s}}\:\:\:\:\:\:...(1)}$$

當我們對同步電動機施加機械負載時,轉子磁極會在空間中略微落後於定子磁極(如圖1所示),而電動機繼續以同步速度執行。在這個過程中,定子和轉子磁極之間的角度位移(稱為轉矩角 (δ),以電角度測量)導致勵磁電壓 (Ef) 的相位相對於電源電壓 (V) 增加。這增加了電動機電樞繞組中的合成電壓 (Er)。因此,從公式 (1) 可以看出,電樞電流 (Ia) 增加以承載負載。

此外,勵磁電壓 (Ef) 與 ωφ 成正比,因此它僅取決於勵磁電流和電動機的速度。由於電動機以恆定速度執行,並且勵磁電流也恆定,因此勵磁電壓 (Ef) 的大小在電動機軸上的負載發生變化時保持不變。

如果電動機的負載進一步增加,則轉矩角 (δ) 也將增加,即轉子磁極以更大的角度落後於定子磁極(見圖2),但電動機繼續以同步速度執行。轉矩角 (δ) 的增加導致勵磁電壓 (Ef) 相對於電源電壓 (V) 的相位位移更大。這增加了機器電樞繞組中的合成電壓 (Er)。因此,從公式 (1) 可以看出,電樞電流 (Ia) 增加以滿足負載需求。

同樣,如果同步電動機軸上的機械負載減小,則轉矩角 (δ) 也減小。這導致勵磁電壓 (Ef) 的相位相對於電源電壓 (V) 減小。結果,電樞繞組中的合成電壓 (Er) 減小,因此電樞電流 (Ia) 也減小。

結論

當同步電動機的負載增加時,

  • 電動機繼續以同步速度執行

  • 轉矩角 (δ) 增加。

  • 勵磁電壓 (Ef) 的大小保持不變

  • 從電源汲取的電樞電流 (Ia) 增加。

當同步電動機的負載減小時,

  • 電動機繼續以同步速度執行。

  • 轉矩角 (Ia) 減小。

  • 勵磁電壓 (Ef) 的大小保持不變。

  • 從電源汲取的電樞電流 (Ia) 減小。

此外,可以施加到同步電動機的機械負載也是有限的。隨著電動機負載的增加,轉矩角 (δ) 也增加,直到達到電動機失去同步並停止的階段。

更新於:2021年10月28日

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