Характеристики синхронного генератора при автономной   

           работе

Характеристика холостого хода- зависимость ЭДС Е₀ от тока возбуждения при I=0, n₀=const (рис 3.6). Характеристика в начальной части при небольших токах возбуждения линейна, а затем из-за насыщения магнитопровода принимает вид кривой намагничивания. Иначе говоря, в другом масштабе - это характеристика магнитной цепи машины При изменении тока возбуждения от нуля до максимального значения увеличивается магнитный поток Ф₀ , а следовательно и ЭДС обмотки статора. Эта кривая является магнитной характеристикой СМ и повторяет кривую намагничивания 

Рис. 3.6.  Характеристика холостого хода синхронного генератора.

Внешняя характеристика – это зависимость напряжения генератора от тока нагрузки , при , .

При активно-индуктивной нагрузке напряжение генератора с ростом тока нагрузки будет уменьшаться (рис 3.7). В соответствии с векторной диаграммой с увеличением тока I возрастет , увеличивается угол θ и уменьшается U.

При активной нагрузке ( , ) напряжение генератора также будет уменьшаться, но по сравнению с активно-индуктивной нагрузкой напряжение будет уменьшаться менее значительно.

Рис 3.7 Внешние характеристики генератора при различных cosφ:

1˗cosφ=0.8, φ>0; 2˗ cosφ=1, φ=0; 3˗ cosφ=0.8, φ<0.

При активно-ёмкостной нагрузке напряжение генератора с ростом тока нагрузки увеличивается. Этот вывод поясняется векторной диаграммой (рис 3.5).

Регулировочная характеристика ˗ это зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при  и . Регулировочная характеристика показывает, как надо изменять ток возбуждения, чтобы поддерживать неизменным напряжение генератора независимо от величины и характера нагрузки. При активной и активно-индуктивной нагрузке, чтобы поддерживать напряжение постоянным, c ростом тока нагрузки надо увеличить ток возбуждения, чтобы компенсировать размагничивающее действие реакции якоря (рис 3.8 кривые 1 и 2), а при активно-емкостной нагрузке подмагничивающее действие реакции якоря компенсируется, если уменьшать ток возбуждения (рис 3.8, кривая 3). Регулировочная характеристика помогает выбрать аппаратуру для автоматического управления режимом работы синхронного генератора.

Рис 3.8 Регулировочные характеристики генератора при различных cosφ:

1 ˗ cosφ=0.8, φ>0; 2 ˗ cosφ=1, φ=0; 3 ˗ cosφ=0.8, φ<0.

На рисунке 3.9 изображена схема синхронного генератора с самовозбуждением и автоматическим регулированием тока возбуждения.

Благодаря остаточному магнитному потоку при вращении генератора в цепи нагрузки возникает небольшой переменный ток, который через вольтодобавочный Т1 и согласующий Т2 трансформаторы выпрямляется трехфазной мостовой схемой и поступает на обмотку возбуждения, усиливая остаточный магнитный поток. Процесс увеличения тока возбуждения происходит лавинообразно и СГ самовозбуждается.

Рис. 3.9 Схема синхронного генератора с самовозбуждением

Эта схема позволяет автоматически поддерживать напряжение генератора при изменении нагрузки. Например, при увеличении тока нагрузки во вторичной обмотке трансформатора Т1 наводится большая ЭДС, в результате чего увеличиваются напряжение на обмотках трансформатора Т2 и повышается напряжение на выходе выпрямителя. Этим напряжением через регулировочный резистор R_рег питается обмотка возбуждения СГ и увеличение тока в обмотке возбуждения вызывает увеличение ЭДС и таким образом, компенсируется увеличение падения напряжения в обмотках статора. При этом напряжение на выходе синхронного генератора практически остается постоянным.

Угловая характеристика  - это зависимость мощности генератора от угла , при U=const и n₀=const, а частота равна 50 Гц.

Электрическая мощность отдаваемая генератором во внешнюю цепь, т.е нагрузку , где U и I - фазные значения напряжения и тока, а  - коэффициент мощности нагрузки. Мощность первичного двигателя (турбины) P₁ должна быть больше P на величину потерь в обмотке статора. Если пренебречь этими потерями, можно считать, что . Преобразуем эту формулу так, чтобы связать мощность с углом . Из векторной диаграммы (рис 3.10) катет . С другой стороны ,Приравняв правые части, получим: . Откуда . Подставляя это выражение в формулу активной мощности, получим:

При параллельной работе генератора с сетью . Если ток возбуждения постоянный (т.е Е₀=const), то мощность генератора зависит только от угла  и угловая характеристика  представляет собой синусоиду с амплитудой  (рис 3.11).

Синусоидальную форму имеет также зависимость электромагнитного момента от угла θ. Действительно, , где . Так как частота вращения ротора синхронного генератора постоянна, то момент будет пропорционален мощности:

Рис 3.10.  Векторная диаграмма синхронного генератора

Рис 3.11 Угловая характеристика синхронного генератора

Номинальная мощность синхронного генератора соответствует значениям угла θ, не превышающему . При таком условии генератор работает устойчиво при колебаниях нагрузки.