Внешние и регулировочные характеристики генератора

Внешние характеристики. Зависимости напряжения U от тока нагрузки I_а при неизменных токе возбуждения I _в, угле φ и частоте f ₁ (постоянной частоте вращения ротора п ₂) называют внешними характеристиками генератора. Их можно построить с помощью векторных диаграмм. Допустим, что при номинальной нагрузке I _{а ном} генератор имеет номинальное напряжение U _ном, что достигается путем соответствующего выбора тока возбуждения. При уменьшении тока нагрузки до нуля напряжение генератора становится равным ЭДС холостого хода Е ₀. Следовательно, векторная диаграмма, построенная при номинальной нагрузке, сразу дает две точки внешней характеристики. Форма внешней характеристики зависит от характера нагрузки, т. е. от угла сдвига фаз φ между Ú и Í _а, так как в зависимости от этого изменяется вектор É ₀ (при заданном значении U = U _ном).

На рис. 6.27 показаны упрощенные векторные диаграммы генератора с неявно выраженными полюсами для активной (а), активно-индуктивной (б) и активноемкостной (в) нагрузок. При активной и активно-индуктивной нагрузках ЭДС Е ₀ > U; при активно-емкостной нагрузке ЭДС Е ₀ < U. Таким образом, в первых двух случаях при увеличении нагрузки напряжение генератора уменьшается, в третьем — увеличивается. Это объясняется тем, что при активно-емкостной нагрузке имеется продольная намагничивающая составляющая реакции якоря, а при активной иактивно-индуктивной нагрузках — продольная размагничивающая составляющая (при чисто активной нагрузке угол ψ > 0).

Рис. 6.27. Упрощенные векторные диаграммы синхронного неявнополюсного генератора при различных видах нагрузки

Рис. 6.28. Внешние характеристики синхронного генератора при различных видах нагрузки

На рис. 6.28, а изображены внешние характеристики генератора при различных видах нагрузки, полученные при одинаковом для всех характеристик значении U _ном а на рис. 6.28, б - при одинаковом значении U ₀ = E ₀. При U = 0 (короткое замыкание) все характеристики пересекаются в одной точке, соответствующей значению тока I _к.

При переходе от режима холостого хода к режиму номинальной нагрузки изменение напряжения характеризуется величиной (%)

(6.22)

Δ u = [(U ₀ - U _ном )/U _ном ]100.

Обычно генераторы работают с cos φ = 0,9 ÷ 0,85 при отстающем токе. В этом случае Δ u = 25 ÷ 35 %. Чтобы подключенные к генератору потребители работали при напряжении, близком к номинальному, применяют специальные устройства, стабилизирующие его выходное напряжение U, например быстродействующие регуляторы тока возбуждения. Чем больше Δ u, тем более сложным получается регулирующее устройство, а поэтому желательно иметь генераторы с небольшой величиной Δ u. Однако для получения небольшого изменения Δ u

Рис. 6.29. Регулировочные характеристики синхронного генератора при различных видах нагрузки

необходимо снижать синхронное индуктивное сопротивление Х _сн (в неявнополюсных машинах) или соответственно Х _d и X _q (в явнополюсных машинах), для чего требуется увеличивать воздушный зазор между ротором и статором. Это, в свою очередь, требует увеличения МДС обмотки возбуждения, т. е. ее размеров, что в конечном итоге делает синхронную машину более дорогой.

В турбогенераторах большой мощности мощность ограничивается именно размерами ротора, на котором размещена обмотка возбуждения. Поэтому в современных турбогенераторах с повышением мощности машины одновременно возрастает и изменение напряжения Δ u. В гидрогенераторах (по сравнению с турбогенераторами) воздушный зазор обычно имеет гораздо большую величину, поэтому у них относительно слабее проявляется реакция якоря, т. е. они имеют меньшие синхронные индуктивные сопротивления, выраженные в относительных единицах, что обусловливает и меньшее изменение напряжения Δu.

Регулировочные характеристики. Зависимости тока возбуждения I _в от тока нагрузки I _а при неизменных напряжении U, угле φ и частоте f ₁ называют регулировочными характеристиками (рис. 6.29). Они показывают, как надо изменять ток возбуждения генератора, чтобы поддерживать его напряжение неизменным при изменении тока нагрузки. Очевидно, что с возрастанием нагрузки при φ > 0 необходимо увеличивать ток возбуждения, а при φ < 0 - уменьшать его. Чем больше угол φ по абсолютной величине, тем в большей степени требуется изменять ток возбуждения.