Характеристики синхронного генератора в автономном режиме

Работа синхронного генератора в автономном режиме характеризуется:

• характеристикой холостого хода, показывающей изменение действующего значения ЭДС Е₀в зависимости от тока обмотки возбужденияI_В;

• внешними характеристиками, показывающими характер изменения напряжения Uот тока нагрузкиI;

• регулировочными характеристиками, показывающими, как следует изменять ток возбуждения I_вс ростом тока нагрузкиI, чтобы напряжениеUоставалось постояннымU = const.

Рис. 5

Характеристика холостого ходапредставляет собой зависимость действующего значения ЭДС E₀от тока возбужденияI_впри номинальной частоте вращения ротора=const. При разомкнутой обмотке статора и токе статора, равном нулю I= 0, магнитное поле машины создается только током, а напряжение на выводах обмоткиU согласно (3) совпадает сE₀. Регулируя ток возбуждения, можно изменять величину магнитного потокаФ_0m. Из соотношения (1) следует, что в этом случае величина ЭДСE₀будет прямо пропорциональна амплитуде магнитного потокаФ_0m. При небольших токах возбуждения напряжение, проходящее по обмотке возбуждения ротора, линейно возрастает (рис. 5).

При больших токах возбуждения сказывается насыщение магнитной системы и пропорциональность между Ф_0mиI_внарушается. Кривая характеристики холостого хода напоминает по форме кривую намагничивания.

Внешняя характеристика синхронногогенератора представляет собой зависимость напряжения на нагрузке от токаU(I) приI_в=const,=const, cos =const. Рассмотрим, как меняется напряжение на зажимах генератора с изменением тока нагрузки от нуля до номинального значения при различных характерах нагрузки. При активной нагрузке:

векторная диаграмма принимает вид, приведенный на рис. 6, а.значение ЭДСE₀, индуцируемой в обмотке статора результирующим потоком, можно считать постоянным (I_в=constпо условию). При изменении тока изменяется длина вектора ЭДС, пропорциональная току,E_СИН = X_СИНI, точкаn пересечения перпендикуляра, опущенного из точкиmна вектор тока, с вектором напряжения смещается по окружности, диаметр которой совпадает с длиной отрезка0m. Из треугольника0mnполучаем

.

С ростом тока нагрузки Iнапряжение обмотки генератора будет уменьшаться незначительно (реакция якоря при активной нагрузке не приводит к сильному изменению результирующего магнитного поля). Соответствующая характеристика приведена на рис. 7,а(кривая 1).

а)б)в)

Рис. 6

При активно-индуктивном характере нагрузки:

,

векторная диаграмма принимает вид, приведенный на рис. 6, б. В этом случае перпендикуляр, опущенный из точкиmна вектор тока, пересекает вершину вектора напряженияnвнутри окружности, вектор напряжения при тех же токах будет меньше и быстрее падает с ростом тока, чем при активной нагрузке (реакция якоря при активно-индуктивной нагрузке приводит к уменьшению результирующего магнитного поля). Соответствующая характеристика приведена на рис. 7,а(кривая 2).

При активно-емкостном характере нагрузки:

,

векторная диаграмма принимает вид, приведенный на рис. 6, в. В этом случае перпендикуляр, опущенный из точкиmна вектор тока, пересекает вершину вектора напряженияnвне окружности, вектор напряжения при тех же токах будет больше, чем при активной нагрузке и будет даже увеличиваться с ростом тока (реакция якоря при активно-емкостном характере нагрузки намагничивает машину). Соответствующая характеристика приведена на рис. 7,а(кривая 3).

Регулировочные характеристики, показывающие, как следует изменять ток возбужденияI_вс ростом тока нагрузкиI, чтобы напряжениеUоставалось постоянным:U = const, приведены на рис. 7,бдля активной (1), индуктивной (2) и емкостной (3) нагрузок.

а)б)

Рис. 7