36. Работа синхронной машины в режиме генератора. Основные характеристики.

Работа синхронного генератора основана на явлении электромагнитной индукции. При холостом ходе обмотка якоря (статора) разомкнута, и магнитное поле машины образуется только обмоткой возбуждения ротора (рис 4.4). При вращении ротора синхронного генератора от проводного двигателя ПД с постоянной частотой n_о магнитное поле ротора, пересекая проводники фазных обмоток статора AX, BY, CZ (рис.4.4,а) наводит в них ЭДС   , где B – магнитная индукция в воздушном зазоре между статором и ротором;  l – активная длина проводника;    – линейная скорость пересечения проводников магнитным полем.

индукция В в воздушном зазоре распределена по синусоидальному закону  , где  - угол, отсчитываемый от нейтральной линии, поэтому ЭДС в одном проводнике  .

Обозначив  , получим  , т.е. ЭДС в проводниках обмоток статора изменяется по синусоидальному закону.

ЭДС отдельных проводников каждой обмотки статора сдвинуты по фазе относительно друг друга, поэтому они суммируются геометрически Действующее значение ЭДС одной фазы определяется выражением:

г де    – обмоточный коэффициент;   – частота синусоидальных ЭДС;  - число витков одной фазы обмотки статора;  - число пар полюсов;   – максимальный магнитный поток полюса ротора;   – синхронная частота вращения.

Катушки отдельных фаз статора сдвинуты в пространстве на электрический угол, равный 120⁰, и их ЭДС образуют симметричную трёхфазную систему.

Изменяя ток возбуждения  , можно регулировать магнитный поток ротора   и пропорциональную ему ЭДС   генератора. На рис. 4.5 представлена зависимость  , снятая при номинальной частоте вращения  .

Эта зависимость называется характеристикой холостого хода. Форма характеристики напоминает форму кривой намагничивания ферромагнитного сердечника. Характерной особенностью её является отсутствие пропорциональности между магнитным потоком  и током возбуждения  , что обусловлено явлением насыщения магнитной системы машины.

Основные характеристики синхронного генератора

Характеристика холостого хода. Основной магнитный поток синхронного генератора является функцией тока возбуждения, т. е. Ф₀ (I_в).

Е0 = 4,44kw	рn	Ф0(Iв).
	60

Изменяя с помощью реостата r_р ток I_в , можно менять тем самым поток Ф₀ и, следовательно, ЭДСЕ₀. Характеристика холостого хода синхронного генератораЕ₀ (I_в) не отличается от характеристики холостого хода генераторов постоянного тока и определяется при тех же условиях, т. е. при I = 0 и n = const.

11.5.2. Внешние характеристики. Как говорилось ранее, внешняя характеристика генератора независимого возбуждения U(I) определяется при следующих условиях: n = const и I_в = const. Так как напряжение синхронного генератора зависит при прочих равных условиях еще от характера нагрузки, то дополнительным условием, при котором следует определять внешнюю характеристику синхронного генератора, должно быть постоянство коэффициента мощности, т. е. cos φ = const.

Внешние характеристики синхронного генератора при активной (φ = 0), активно-индуктивной (φ > 0) и активно-емкостной (φ < 0) нагрузках приведены на рис. 11.6.

Относительное изменение напряжения генератора, %, оценивают по формуле

Δuном =	Uх - Uном	100 =	ΔUном	100,
	Uном		Uном

где U_х — напряжение генератора при холостом ходе (I = 0), равное ЭДС; U_ном — напряжение при номинальной нагрузке (I = I_ном).

В случае наиболее часто встречающейся активно-индуктивной нагрузки при cos φ ≈ 0,8 относительное изменение напряжения Δu_ном у некоторых генераторов доходит до  35 — 45%.

11.5.3. Регулировочные характеристики. Естественно, что поскольку напряжение синхронного генератора изменяется при изменении нагрузки в значительных пределах, необходимо принимать меры для уменьшения изменения напряжения. Этого можно добиться, очевидно, за счет соответствующего изменения ЭДС генератора E₀ путем воздействия на его ток возбуждения I_в. О том, как и в каких пределах необходимо изменять ток возбуждения при изменении тока нагрузки генератора, чтобы поддерживать U = const, и дают представление регулировочные характеристики (рис. 11.7).

Дополнительным условием, при котором должна определяться каждая из характеристик (кроме n = const), является cos φ = const.

Следует обратить внимание на то, что для нормальных условий работы приемников электрической энергии необходимо поддерживать напряжение и частоту синхронного генератора на заданных уровнях. Для этого синхронные генераторы снабжаются в большинстве случаев регуляторами, управляющими напряжением и частотой вращения генераторов и воздействующими на ток возбуждения генераторов и момент первичного двигателя.

Рис.   11.6.   Внешние  характеристики синхронного генератора

Рис. 11.7. Регулировочные характеристики синхронного генератора