Внешняя и регулировочная характеристики генератора

Внешней характеристикой генератора называют зависи­мость напряжения U₁ от тока нагрузки I₁ при неизменных токе возбуждения I_в, угле φ и частоте ƒ₁ т. е. при постоянной частоте вращения его ротора n₂. При номинальной нагрузке I_1н гене­ратор имеет номинальное напряжение U_1н, что достигается соответствующим выбором тока возбуждения. При уменьше­нии тока нагрузки до нуля напряжение генератора становится равным ЭДС холостого хода Е₀. Форма внешней характеристики зависит от характера нагрузки, т. е. от угла сдвига фаз между напряжением и током якоря.

При активной и активно-индуктивной нагрузках ЭДС Е₀ > U; при активно-емкостной нагрузке ЭДС Е₀ < U. Таким образом, в первых двух случаях при увеличении нагрузки напряжение генератора уменьшается, в третьем — увеличивается. Это объясняется тем, что при активной и активно-индуктивной на­грузках имеется продольная размагничивающая составляю­щая (при чисто активной нагрузке угол φ > 0), а при активно-емкостной нагрузке — продольная намагничивающая состав­ляющая реакции якоря.

Внешние характеристики генератора при различных видах нагрузки, полученные при одинаковом для всех характеристик значении U_1н изображены на рис. 4.14,а и при одинаковом значении U₀ = Е₀ — на рис. 4.14,а При U₁ = 0 (короткое замыкание) все характеристики пересекаются в одной точке, соответствующей значению тока короткого замыкания I_1k.

Рис. 4.14. Внешние характеристики синхронного генератора при различных характерах нагрузки

При переходе от режима холостого хода к режиму номи­нальной нагрузки происходит снижение напряжения. Это из­менение напряжения характеризуется величиной (%):

.

Коэффициент мощности синхронных генераторов в рабо­чем режиме обычно составляет cosφ = 0,9...0,85 при отстаю­щем токе. В этом случае Δи_% = 25...35%. Чтобы потребители, подключенные к генератору, работали при напряжении, близком к номинальному, применяют специальные устройства, стабили­зирующие его выходное напряжение, например быстродействующие регуляторы тока возбуждения. Чем больше Δи_%, тем более сложным получается регулирующее устройство, а поэто­му желательно иметь генераторы с небольшой величиной Δи_%. Но для этого необходимо в неявнополюсных машинах сни­жать синхронное индуктивное сопротивление, а в явнополюсных машинах — X_d и X_q путем увеличения воздушного зазора между ротором и статором. Однако это требует увеличения МДС обмотки возбуждения, что влечет за собой увеличение ее размеров и в конечном итоге делает синхронную машину бо­лее дорогой.

Зависимости тока возбуждения от тока нагрузки I_в=ƒ(I₁) при неизменных напряжении U₁ угле φ и частоте f₁ называют регулировочными характеристиками (рис. 4.15).

Рис. 4.15. Регулировочные характеристики синхронного генератора

Регулировочные характеристики показывают, как надо из­менять ток возбуждения генератора, чтобы поддерживать его напряжение неизменным при изменении тока нагрузки. Из них следует, что с возрастанием индуктивно-активной нагрузки (φ > 0) необходимо увеличивать ток возбуждения, а с возрас­танием активно-емкостной (φ < 0) — уменьшать его.