§ 6.8. Характеристики синхронных генераторов

Свойства синхронных генераторов выражены основными характеристиками: холостого хода, короткого трехфазного замыкания, внешней и регулировочной.

Характеристика холостого хода показывает зависимость э. д. е, генератора от тока возбуждения, т. е. , при частоте, а следовательно, и скорости вращенияи токе нагрузки, равном нулю ().

Характеристика холостого хода синхронного генератора практически снимается так же, как и у генераторов постоянного тока.

На рис. 6.17 дана характеристика холостого хода синхронного генератора, выраженная в относительных единицах. При построении характеристики за единицу напряжения принято номинальное напряжение, а за единицу тока возбуждения — такой ток , который при холостом ходе генератора обеспечивает номинальное напряжение, т. е.. В табл. 6.2 приведены данные номинальной характеристики холостого хода синхронной машины в относительных единицах. По этой характеристике можно судить о степени насыщения стали машины.

Таблица 6.2

Ток возбуждения	0	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5
Э. д. с. ..	0	0,53 – 0,58	1,0	1,21 – 1,23	1,30 – 1,33	1,40

Характеристика трехфазного короткого замыкания представляет собой зависимость между током короткого замыкания и током возбуждения при постоянной частотеи. Для опыта короткого замыкания генератор включают по схеме, представленной на рис. 6.18. Генератор приводят во вращение с номинальной скоростью, которую поддерживают постоянной. Постепенно увеличивая ток возбуждения, записывают показания амперметров в цепи возбуждения () и в цепи обмотки статора (). При опыте трехфазного короткого замыкания ток статора доводят до 1,25. Активное сопротивление обмотки статора очень невелико, оно значительно меньше индуктивного. Поэтому при коротком замыкании обмотка статора обладает практически чисто индуктивным сопротивлением. Соответственно поперечная составляющая тока. Ток короткого замыкания по существу является индуктивным и отстает от э. д. с. на угол (рис. 6.19, а).

Величина тока определяется величиной э. д. с., т. е. током возбуждения и синхронным сопротивлением по продольной оси. Этот ток создает только продольную размагничивающую м. д. с. реакции якоря , которой соответствует продольно-размагничивающий поток реакции якоря и э. д. с. реакции якоря

.

Кроме потока реакции якоря , в машине существует еще поток рассеяния , который наводит э. д. с. рассеяния

.

Продольно-размагничивающий поток реакции якоря направлен навстречу потоку и поток рассеяния составляет всего 10—15% от потока. Поэтому при коротком замыкании генератор насыщен слабо. Характеристика1 короткого замыкания имеет вид прямой, проходящей через начало координат (рис. 6.19, б). Эта характеристика является одной из важнейших, так как позволяет определить, какая часть тока возбуждения компенсирует продольно-размагничивающую реакцию якоря синхронного генератора.

Для этого на оси ординат откладывают отрезок . Точку А проектируют на характеристику 2 холостого хода — точка А'. Из точки А' опускают перпендикуляр на ось абсцисс. Полученный отрезок 0В соответствует току , создающему поток рассеяния .

Ток возбуждения, уравновешивающий продольно-размагничивающую реакцию якоря, .

Для оценки свойств синхронной машины служит параметр, характеризующий влияние реакции якоря на обмотку возбуждения и называемый отношением короткого замыкания. Этот параметр представляет собой отношение тока возбуждения , соответствующего номинальному напряжению, к току возбуждения — току короткого замыкания при трехфазном коротком замыкании, т. е.

.

Численные значения 6₀.к.з для синхронных машин составляют: для турбогенераторов 0,6—0,96, для гидрогенераторов 0,9—1,88.

У синхронных машин с малым значением при колебаниях нагрузки изменение напряжения происходит в несколько большей степени и поэтому при параллельной работе они менее устойчивы. В то же время они имеют более высокий к. п. д. и меньшие габариты и массу.

Увеличение связано с увеличением воздушного зазора, что приводит к уменьшению синхронного сопротивления и несколько повышает устойчивость машин при параллельной работе, но приводит к снижению к. п. д. и увеличению габаритов и массы машин.

Внешняя характеристика показывает зависимость напряжения на зажимах генератора от тока нагрузки, т. е. , при скорости, токе возбужденияи коэффициенте мощности.

Вид характеристики определяется характером нагрузки генератора. На рис. 6.20 показаны три внешние характеристики генератора: кривая 1 — при активной нагрузке, кривая 2 — при индуктивной нагрузке и кривая 3 — при емкостной нагрузке. При увеличении активной нагрузки напряжение на зажимах генератора уменьшается незначительно под влиянием падения напряжения в обмотках машины и частично из-за размагничивающего действия реакции якоря. При индуктивной нагрузке размагничивающее действие продольной составляющей реакции якоря проявляется сильнее, и напряжение на зажимах генератора уменьшается в значительно большей степени. При емкостной нагрузке с ее увеличением происходит подмагничивание машины, и напряжение на зажимах машины увеличивается.

Регулировочная характеристика показывает зависимость тока возбуждения, от нагрузки, т. е. , при скорости вращения, напряжениии коэффициенте мощности.

При эксплуатации генератора важно поддерживать напряжение на его зажимах неизменным. Этого можно достигнуть за счет регулирования величины тока в цепи возбуждения.

Регулировочные характеристики позволяют определить пределы изменения тока возбуждения. Как видно из характеристик (рис. 6.21), при активной и индуктивной нагрузках при росте нагрузок необходимо увеличивать ток возбуждения, а при емкостной нагрузке, наоборот, его следует уменьшать.

Ток возбуждения у синхронных генераторов можно регулировать двумя реостатами, включенными один последовательно с обмоткой возбуждения самого генератора и другой последовательно с обмоткой возбуждения возбудителя. Первым реостатом непосредственно регулируется поток возбуждения генератора.

Регулирование напряжения приходится производить в широких пределах, и реостаты, включаемые в цепь возбуждения генератора, должны иметь широкий диапазон регулирования. У мощных генераторов ток возбуждения достаточно велик и реостаты получаются довольно громоздкими. Поэтому вводится второй реостат в цепь возбуждения возбудителя, ток возбуждения которого незначителен. Этот реостат является основным и рассчитывается на весь диапазон регулирования. Реостат в цепи возбуждения генератора в данном случае служит для дополнительного регулирования напряжения генератора в незначительных пределах.

96