3. Угловые характеристики реактивной мощности

Если генератор работает параллельно с сетью при U=const, E₀=const, то при изменении угла θ одновременно с активной мощностью будет изменяться и реактивная мощность Q. Зависимость реактивной мощности от угла θ, полученная при указанных условиях, носит название угловой характеристики реактивной мощности. Аналитическое вы­ражение этой угловой характеристики получим для наиболее общего случая — явнополюсной машины. Реактивная мощность в соответствии с векторной диаграммой (см. рис. 9)

(10)

Подставив в (10) I_d и I_q из (7) и заменив cos²θ и sin²θ функциями двойного угла, получим

Угловая характеристика Q=f(θ) приведена на рис. 6. Характеристика охватывает диапазон устойчивой параллельной работы.

Рис. 6. Угловая характеристика реактивной мощности явнополюсного генератора

При холостом ходе (θ=0) реактивная мощность достигает максимального значения:

Если E₀ больше U, мощность Q_MAX>0, т.е. отдается в систему. При увеличении θ мощность Q уменьшается и при некотором θ изменяет знак, т. е. машина начинает потреблять реактивную мощность из сети.

4. U-образные характеристики

При уменьшении I_B и Ф_B для сохранения неизменным результирующего потока появляется намагничивающая реакция якоря, которую создает опережающий ток якоря. Следовательно, при уменьшении тока возбуждения должен расти реактивный опережающий ток в якоре.

Рост реактивной составляющей тока якоря при измене­нии тока возбуждения I_B будет происходить не только при холостом ходе, но и при активной нагрузке генератора. В этом можно убедиться, рассмотрев векторные диаграммы, представленные на рис. 7. Для упрощения построения представлены диаграммы неявнополюсного ненасыщенного генератора. Примем, что активная нагрузка генератора по­стоянная, т.е. . Тогда при U=const и геометрическим местом конца вектора то­ка будет являться прямая CD, перпендикулярная вектору U. На рис. 7 построены три векторные диаграммы. Пер­вая соответствует cosφ=l (φ=0); в этом случае ток в машине будет иметь минимальное значение I₍₁₎. Этот ток является чисто активным, и на векторной диаграмме ему соответствует ЭДС E₀₍₁₎, для которой по характеристике холостого хода можно найти ток возбуждения I_B(1). Вторая диаграмма построена для отстающего тока I₍₂₎. Этому току по диаграмме соответствует ЭДС . Следователь­но, и . При опережающем токе I₍₃₎ построена третья диаграмма, для которой , откуда . Следует обратить внимание, что в ненасыщенной машине концы векторов ЭДС лежат на одной прямой АВ, так как , и, следовательно, .

По полученным результатам можно построить U-образную характеристику (рис. 4).

Рис. 7. Векторные диаграммы ненасыщенного неявнополюсного ге­нератора при P=const

Рис. 8. U-образные характеристики синхронного генератора при различных значениях Р

Изменяя ток возбуждения, можно регулировать cosφ синхронного генератора, работающего па­раллельно с сетью. Минимуму тока якоря на U-образной характеристике соответствует cosφ=1. При увеличении .активной мощности, отдаваемой генератором в сеть, U-образные характеристики будут располагаться выше (рис. 8), при этом точки, соответствующие минимальному току якоря (активному току I_a) и cosφ=1, будут перемещаться вправо. Объясняется это тем, что при увеличении I_а возрастает падение напряжения в якоре I_ах_C, и при U=const, чтобы уравновесить это падение напряжения, потребуется увеличение E₀ и тока I_B, так как