Характеристикой машины называют зависимость одной величины от другой при определенных условиях. Характеристики часто строят в относительных единицах. В системе относительных единиц электрические величины выражают не в амперах, вольтах и т. д., а в частях, долях или процентах от величин, условно принятых за единицу или 100 %.
Так, за единицу напряжения принимается номинальное фазное напряжение синхронного генератора. Если генератор с линейным номинальным напряжением 400 в, то его фазное напряжение 230 в принимают за единицу напряжения. Напряжение 115 в будет соответствовать 0,5 относительной единицы.
За единицу тока якоря в системе относительных единиц принимается номинальный фазный ток генератора. За единицу мощности принимают номинальную мощность синхронного генератора. За единицу тока возбуждения принимают такой ток в роторе когда на зажимах генератора при холостом ходе и номинальной скорости вращения получается номинальное напряжение. За единицу скорости принимают синхронную скорость.
Характеристика холостого хода — зависимость напряжения при холостом ходе генератора от тока возбуждения при постоянной скорости вращения ротора (рис. 49).
Если характеристики холостого хода современных синхронных генераторов построить в относительных единицах, то они будут совпадать, что дает возможность ввести нормальную характеристику холостого хода:прямолинейную, область перегиба и пологую, почти прямолинейную часть.
Первая прямолинейная часть соответствует очень слабому насыщению магнитной системы машины, когда магнитный поток встречает постоянное сопротивление, обусловленное практически только воздушным зазором. На этой части характеристики с увеличением тока возбуждения пропорционально увеличивается и напряжение холостого хода генератора.
Рис. 49. Характеристика холостого хода синхронного генератора.
В области перегиба характеристики напряжение растет медленнее увеличения тока возбуждения. В этом случае к сопротивлению магнитного потока, обусловленному воздушным зазором, прибавляется все увеличивающееся с ростом тока сопротивление магнитной цепи на участках со сталью. В области перегиба насыщение магнитной системы все более и более увеличивается.
Третья, почти прямолинейная часть характеристики соответствует полному насыщению магнитной системы, на которой участки магнитной цепи оказывают магнитному потоку примерно такое же сопротивление, как и участки с воздушным зазором. На этой части характеристики напряжение очень медленно увеличивается с возрастанием тока возбуждения.
В синхронных генераторах точка номинальной э. д. с. — в области перегиба характеристики холостого хода. Это позволяет избежать резкого изменения напряжения при незначительных колебаниях тока возбуждения, дает возможность регулировать напряжение.
Рис. 50. Внешние характеристики синхронного генератора: 1— при активной нагрузке; 2 — при активно-индуктивной; 3 — при активно-емкостной.
Внешняя характеристика представляет зависимость напряжения генератора U от тока нагрузки при постоянном токе возбуждения, скорости вращения п (или частоте) и коэффициенте мощности cos φ.
На рисунке 50 показаны внешние характеристики синхронного генератора при активной (/), активно-индуктивной (2) и активно-емкостной (5) нагрузке, снятые на понижение напряжения, то есть при увеличении нагрузок от холостого хода до номинальной или несколько большей. При росте активной нагрузки напряжение генератора уменьшается.
При увеличении активно-индуктивной нагрузки напряжение генератора уменьшается более интенсивно, чем при активной. Чем ниже коэффициент мощности потребителя, тем резче снижается напряжение генератора.
Внешние характеристики на понижение напряжения позволяют подсчитать процентное снижение напряжения генератора. При активной и активно-индуктивной нагрузках понижение напряжения положительное. При активно-емкостной нагрузке понижение напряжения может оказаться отрицательным, что указывает не на уменьшение, а на увеличение напряжения генератора.
Рис. 51. Регулировочные характеристики синхронного генератора:
1 — при активной; 2 при активно-индуктивной; 3 — при активно-емкостной нагрузке.
Внешние характеристики можно снять и на повышение напряжения. Для этого генератор загружают при номинальном напряжении на номинальный ток при заданном коэффициенте мощности, а затем уменьшают нагрузку до нуля. Напряжение генератора будет увеличиваться при активной и активно-индуктивной нагрузке, и оно может уменьшиться при активно-емкостной нагрузке. Эти внешние характеристики дают возможность подсчитать повышение напряжения, которое не должно превышать 50%.
Регулировочная характеристика — зависимость тока возбуждения от тока нагрузки генератора при постоянном напряжении U, скорости вращения п и коэффициенте мощности. На рисунке 51 показаны регулировочные характеристики синхронного генератора при активной (1), активно-индуктивной (2) и активно-емкостной (3) нагрузках.
Регулировочные характеристики показывают, какой ток возбуждения должен быть, чтобы при заданной нагрузке напряжение генератора оставалось постоянным, равным номинальному. При активной и активно-индуктивной нагрузке с ростом тока якоря ток возбуждения должен возрастать, чтобы поддерживать заданную величину напряжения. При одном и том же токе нагрузки ток возбуждения должен быть большим при активно-индуктивной нагрузке, чем при активной.
При активно-емкостной нагрузке с увеличением тока якоря ток возбуждения при постоянном напряжении может уменьшаться или увеличиваться.
В ряде случаев при часто изменяющейся нагрузке ручное регулирование напряжения генератора оказывается неудовлетворительным. Поэтому синхронные генераторы снабжают специальными устройствами для автоматического регулирования напряжения.
