§8. Внешняя характеристика.

Внешняя характеристика представляет зависимость напряжения генератора от нагрузки при постоянных значениях коэффициента мощности cosφ, тока возбуждения I_в и частоты вращения U=f(I) при cosφ=const, I_в=const, n=n_н=const.

Внешняя характеристика может быть для случая постепенного увеличения тока нагрузки от нуля до номинального (режимы понижения напряжения) и для случая постепенного снятия нагрузки от номинальной до нуля (режим повышения напряжения).

На рисунке изображены внешние характеристики синхронного генератора для случаев понижения напряжения (1 и 2) и повышения напряжения (3 и 4).

Как видно, напряжение генератора с изменением нагрузки не остается постоянным, меняясь вследствие падения напряжения в сопротивлениях обмотки якоря Ir_a и Ix_δ и влияния реакции якоря. Изменение напряжения тем больше, чем ниже cosφ нагрузки, т.к. в этом случае увеличивается продольная размагничивающая составляющая реакции якоря, ослабляющая магнитное поле машины (угол φ предполагается отстающим).

§9. Регулировочная характеристика.

Регулировочная характеристика представляет собой зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при постоянных значениях напряжения на зажимах генератора, коэффициента мощности нагрузки и частоты вращения: I_в=f(I) при U=U_н, cosφ=const, n=n_н=const.

Рис. Регулирование характеристики синхронного генератора.

Как видно из рисунка, при увеличении нагрузки для поддержания постоянного напряжения необходимо учитывать ток возбуждения, чтобы скомпенсировать падение напряжения в обмотке якоря и размагничивающее действие реакции якоря. Ток возбуждения необходимо учитывать тем больше, чем ниже cosφ (инд.) нагрузки, вследствие возрастания размагничивающего действия реакции якоря. По регулировочной характеристике можно найти относительное возбуждение , которое представляет собой отношение тока возбуждения при номинальном режиме к току возбуждения при холостом ходе. Это отношение служит мерой регулирования.

§10. Отношение короткого замыкания.

Отношением короткого замыкания (о.к.з.) согласно ГОСТу 183-66 называется отношение установившегося тока короткого замыкания к номинальному току обмотки якоря при возбуждении холостого хода, т.е. при возбуждении, которое при номинальной частоте вращения машины и разомкнутой обмотке якоря дает на зажимах машины номинальное напряжение

ОКЗ=

В соответствии с рисунком и §4 лекции

,

где х_d – насыщенное значение синхронного продольного индуктивного сопротивления. На основании этих выражений

ОКЗ= ,

т.е. ОКЗ равно обратному значению х_d*.

Если I_во* и I_вк* соответственно токи возбуждения при холостом ходе, когда U=U_н, и при установившемся коротком замыкании, когда I=I_н, то на основании подобия треугольников ОК^’К и ОА^’А

ОКЗ=

Если значение э.д.с. Е₀=U_н взято не по действительной характеристике холостого хода, а по спрямленной, получают ОКЗ при ненасыщенном состоянии машины

ОКЗ_ненас=

ОКЗ – представляет собой важный параметр синхронной машины. Малое значение ОКЗ получается при большем значении х_d, что определяет большое падение напряжения при нагрузке и снижение предельной мощности генератора при данном возбуждении. Но поскольку х_d=λ_d (магнитной проводимости), большое значение х_d означает, что воздушный зазор между статором и ротором мал и проведение основного магнитного потока не требует относительно большой намагничивающей силы возбуждения, что в свою очередь, определяет компактность размеров ротора, т.е. синхронная машина оказывается дешевле.

При большом значении ОКЗ воздушный зазор относительно большой, это требует развития обмотки возбуждения и размеров ротора, машина удорожается, но свойства ее улучшаются: меньшее значение х_d, меньшее снижение напряжения при нагрузке, выше максимальная мощность машины при данном возбуждении в статическом режиме работы.