Характеристики синхронных генераторов

Среди разнообразных характеристик СГ отдельную группу составляют характеристики, которые определяют зависимости между напряжением на зажимах генератора, током якоря и током возбуждения при постоянных и номинальных значениях скорости вращения ротора, частоты индуктирован­ной в обмотке якоря ЭДС и неизменном характере нагрузки. Эти характери­стики дают наглядное представление об основных свойствах СГ. Они могут быть построены по расчетным данным, с помощью векторных диаграмм, или по данным соответствующих опытов. Характеристики явнополюсных и не­явнополюсных СГ в основном идентичны. К таким характеристика отно­сятся: характеристика холостого хода, характеристика короткого замыкания, внешняя характеристика, регулировочная характеристика и нагрузочная.

1. Характеристика холостого хода. Эта характеристика определяет за­висимость  при  Эта характеристика подробно рас­смотрена в §1.

2.Характеристика короткого замыкания. Эта характеристика снима­ется при замыкании зажимов всех фаз обмотки статора накоротко (симмет­ричное короткое замыкание) и определяет зависимость  при  и .

Если пренебречь относительно малым актив­ным сопротивлением об­мотки якоря, то со­противление цепи якоря в режиме короткого за­мыкания будет чисто индуктивным и следова­тельно, реакция якоря носит чисто раз­магничи­вающий характер. Вследствие этого результи­рующий магнитный по­ток мал, магнитная система генератора не насыщена и характеристика корот­кого замыкания – прямолинейна, рис.72.     

Отношением короткого замыкания (ОКЗ) называется отношение устано­вившегося тока короткого замыкания  при токе возбуждения , который в режиме холостого хода и номинальной скорости вращения ротора обеспечивает ЭДС обмотки статора численно равной номинальному напря­жению, к номинальному току статора : . Следовательно, устано­вившийся ток короткого замыкания СГ меньше номинального. Что объясня­ется сильной размаг­ничивающей реакцией якоря.

Величина ОКЗ определяет предельное значе­ние нагрузки, которую спо­собен нести гене­ратор при установившемся режиме работы, при­чем, чем больше ОКЗ, тем больше предельная на­грузка.

3.Внешняя характеристика. Она определяет зависимость  при  и показывает, как изменяется напряже­ние на зажимах генератора при изменении нагрузки и неизменном токе воз­буждения.

При снятии внешних характеристик предпо­лагается, что в каждом из приведенных слу­чаях, ток возбуждения отрегулирован так, что при , напряжение на зажимах генера­тора равно номинальному. Вид внешних ха­рактеристик СГ объясняется различным ха­рактером реакции якоря при раз­личных на­грузках. При индуктивной нагрузке (кривая 1 рис.73), в генераторе действует значительная продольная размагничивающая реакция якоря, кото­рая растет при увеличе­нии тока нагрузки, в связи с чем напряжение на зажи­мах генератора умень­шается достаточно значительно. При чисто активной нагрузке (кривая 2 рис.73), в генераторе также действует продольная размагничивающая реак­ция якоря (вызванная наличием индуктив­ным сопротивлением обмотки якоря). Но угол  между ЭДС и током обмотки статора меньше, чем в преды­дущем случае, поэтому продольная размагничивающая реакция якоря слабее и уменьшение напряжения на зажимах генератора с увеличением тока на­грузки про­исходит медленнее.

, рис.73, - это изменение напряжения на зажимах генератора при из­менении нагрузки от холостого хода до номинального значения при неиз­менном токе возбуждения. Для СГ эта величина обычно находится в преде­лах 25-35%.        

4. Регулировочная характеристика. Это зависимость  при и показывает как нужно регулировать ток возбуждения генератора, чтобы при изменении нагрузки напряжение на его зажимах оставалось постоянным.

Вид регулировочных характеристик, рис.74, объясняется характером ре­акции якоря. При индук­тивной нагрузки (кривая 1, рис.74) продольная ре­акция якоря является размагничивающей и для компенсации ее влияния на величину магнит­ного потока, а следовательно, и напряжения на зажимах генератора с увеличением нагрузки не­обходимо значительно увеличивать ток возбуж­дения. При ак­тивной нагрузке (кривая 2,рис.74) размагничивающая продольная реакция якоря слабее и требуется меньшее увеличение тока возбуждения.

5. Нагрузочная характеристика. Она определяет зависимость

 при  и показывает, как изменя­ется напряжение на зажимах генератора с изменением тока возбужде­ния.

На рис.75  изображены характери­стика холостого хода и нагрузочная ха­рактеристика при индуктивной нагрузки. Причем принято, что активное сопротив­ление обмотки якоря пренебрежимо мало и следовательно, в генера­торе существует чисто продольная раз­магничивающая ре­акция якоря. Точка на рис.75 соответст­вует симметрич­ному установившемуся короткому замы­канию генератора при .  на­зывается реактивным треугольником СГ, вертикальный катет  которого равен падению напряже­ния на сопротивлении рассеяния якоря , а горизонталь­ный катет равен МДС реакции якоря в масштабе тока возбуждения. Со­ставляю­щая  тока возбуждения при коротком замыкании индуктирует ЭДС рассеяния, а составляющая  компенсирует размагни­чивающее дейст­вие реакции якоря.

Нагрузочную характеристику при индуктивной нагрузки можно постро­ить с помощью характеристики холостого хода и реактивного тре­угольника , передвигая его параллельно самому себе так, чтобы его вер­шина  скользила по кривой холостого хода. В этом случае вершина  опи­шет нагрузочную характеристику. Одно из положений этого треугольника  при , показано на рис.75.