При постоянных значениях U , Е , ω и xc момент двигателя прямо пропорционален sin θ. Зависимость М (θ) называется угловой характеристикой синхронного двигателя и приведена на рисунке 64 в первом квадранте. Максимальный момент, который в состоянии развивать двигатель, наступает при θ = 90 ° :
Если момент сопротивления Мс окажется больше момента М max, то двигатель будет не в состоянии его уравновесить и остановится. Отношение М max / М ном называется перегрузочной способностью двигателя и для различных двигателей лежит в пределах 2—3,2
Рассмотрим явления, происходящие при изменении нагрузки двигателя. Допустим, что двигатель работает с моментом М = Мс и углом θ (см. рис. 64). В результате изменения момента сопротивления, например от Мс до Мс > Мс, происходит кратковременное снижение частоты вращения ротора, что сопровождается соответствующим изменением частоты индуктированной ЭДС Е 0 и, следовательно, частоты вращения вектора ЭДС E 0 на векторной диаграмме. В результате этого возрастает угол сдвига фаз θ ЭДС E 0 относительно напряжения U – и, как следствие, увеличиваются ток I , падение напряжения U , момент М и мощности P φ и Р эм.
Рис. 64. Угловая характеристика синхронного двигателя
Рис. 65. Механическая характеристика синхронного двигателя
Так как при изменении нагрузки двигателя происходит лишь сравнительно небольшое смещение ротора относительно вращающегося поля, то механическая характеристика синхронного двигателя представляется линией, параллельной оси абсцисс (рис. 65). Двигатель имеет постоянную частоту вращения при изменении момента вплоть до максимального значения.
66. ПУСК СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Предположим, что обмотка якоря синхронного двигателя подключена к сети трехфазного тока, обмотка возбуждения – к источнику постоянного тока, а ротор неподвижен. МДС обмотки якоря будет создано вращающееся магнитное поле, благодаря взаимодействию которого с проводниками ротора на последний будет действовать момент. Направление момента зависит от положения вращающегося поля относительно ротора и при вращении поля будет изменяться. На рисунке 67 показано, где вращающееся поле якоря заменено вращающимся кольцевым магнитом, а ротор – постоянным магнитом. Независимо от числа полюсов синхронного двигателя при частоте сети 50 Гц направление момента, действующего на неподвижный ротор, изменяется 100 раз в секунду. Вследствие большой частоты изменения направления момента и значительной инерционности ротора последний не сможет прийти во вращение (см. рис. 66).
Рис. 66. Пояснение пуска синхронного двигателя