同步發電機的操作模式，發電機的操作特性

表徵同步發電機的主要量有：端電壓U、充電I、視在功率P(kVa)、轉子每分鐘轉數n、功率因數cosφ。

同步發電機最重要的特性如下：

• 閒置特性，

• 外部特徵，

• 調節特性。

同步發電機的空載特性

發電機的電動勢與勵磁電流iv產生的磁通量Ф的大小和發電機轉子每分鐘的轉數n成正比：

E = cnF,

其中 s——比例因子。

同步發電機電動勢的大小雖然取決於轉子的轉數，但不可能通過改變轉子的轉速來調節，因為電動勢的頻率與電機的轉數有關。發電機轉子的轉數，必須保持恆定。

因此，調整同步發電機電動勢大小的唯一方法就是改變主磁通F。後者通常是通過在勵磁電路中引入變阻器來調節勵磁電流iw來實現的。的發電機。如果勵磁線圈由與該同步發電機位於同一軸上的直流發電機供電，則通過改變直流發電機端子處的電壓來調節同步發電機的勵磁電流。

在恆定標稱轉子速度 (n = const) 和負載等於零 (1 = 0) 的情況下，同步發電機的電動勢 E 對勵磁電流 iw 的依賴性稱為發電機的空轉特性。

圖 1 顯示了發電機的空載特性。這裡，當電流 iv 從零增加到 ivm 時，曲線的上升分支 1 被移除，而曲線的下降分支 2 - 當 iv 從 ivm 變為 iv = 0 時。

米。 1. 同步發電機的怠速特性

上升 1 和下降 2 分支之間的分歧由剩磁解釋。這些分支所包圍的面積越大，磁化反轉同步發電機的鋼材中的能量損失就越大。

怠速曲線在其初始直線段上升的陡度表徵了同步發電機的磁路。在其他條件下，發電機氣隙中的安匝流量越低，發電機怠速特性將越陡。

發電機的外部特性

帶載同步發電機的端電壓取決於發電機的電動勢E、定子繞組有源電阻的壓降、耗散自感電動勢引起的壓降Es和由於發電機引起的壓降。電樞反應。

已知耗散電動勢Es取決於耗散磁通Fc，其不穿透發電機轉子的磁極，因此不會改變發電機的磁化程度。發電機的耗散自感電動勢Es相對較小，實際上可以忽略不計，因此，發電機電動勢中補償耗散自感電動勢Es的那部分電動勢可以認為實際上等於零.

電樞響應對同步發電機的運行模式有更顯著的影響，尤其是對其端子處的電壓。這種影響的程度不僅取決於發電機負載的大小，還取決於負載的性質。

讓我們首先考慮同步發電機電樞反應對發電機負載純有源情況的影響。為此，我們採用圖 1 所示的工作同步發電機電路的一部分。 2、一個。這裡顯示的是定子的一部分，電樞繞組上有一根有源導線，轉子的一部分有幾個磁極。

米。 2、負載下電樞反應的影響：a——有源，b——感性，c——容性

此時，其中一個隨轉子逆時針旋轉的電磁鐵的北極剛好從定子繞組的有源線下方經過。

在這根導線中感應的電動勢指向繪圖平面後面的我們。由於發電機負載是純有源的，電樞繞組電流 Iz 與電動勢同相。因此，在定子繞組的有源導體中，電流由於圖紙平面而流向我們。

電磁鐵產生的磁力線在這里以實線顯示，電樞繞組電流產生的磁力線在這裡顯示。 - 虛線。

下圖。在圖2中，a顯示了位於電磁鐵北極上方的合成磁場的磁感應強度矢量圖。這裡我們看到，電磁鐵產生的主磁場的磁感應強度V是徑向的，而電樞繞組電流磁場的磁感應強度VI是指向右方的，垂直於矢量V。

產生的磁感應強度 切口指向上方和右側。這意味著由於增加了磁場，底層磁場發生了一些畸變。在北極的左側，它有所減弱，而在北極的右側，它略有增強。

很容易看出，發電機的感應電動勢的大小基本上取決於所產生的磁感應矢量的徑向分量並沒有改變。因此，發電機純有功負載下的電樞反應不影響發電機電動勢的大小。這意味著如果我們忽略漏電自感電動勢，則帶有純有源負載的發電機兩端的電壓降完全是由於發電機有源電阻兩端的電壓降造成的。

現在讓我們假設同步發電機上的負載是純電感負載。在這種情況下，電流 Az 滯後於電動勢 E 的角度為 π / 2... 這意味著最大電流出現在導體中的時間比最大電動勢晚一點。因此，當電樞繞組導線中的電流達到最大值時，北極N將不再在該導線下方，而是沿轉子的旋轉方向進一步移動一點，如圖2所示。 2，乙。

在這種情況下，電樞繞組的磁通的磁力線（虛線）通過相鄰的兩個相反的磁極N和S閉合併指向磁極產生的發電機主磁場的磁力線。這導致主磁路不僅扭曲，而且稍微變弱。

在圖。 2.6 顯示了磁感應的矢量圖：主磁場 B、電樞反應產生的磁場 Vi 以及由此產生的磁場 Vres。

這裡我們看到，合成磁場的磁感應徑向分量比主磁場的磁感應 B 小了值 ΔV。因此，由於磁感應的徑向分量，感應電動勢也減小了。這意味著在其他條件相同的情況下，發電機端子處的電壓將小於純有源發電機負載處的電壓。

如果發電機具有純容性負載，則其中的電流超前電動勢的相位 π / 2 ... 發電機電樞繞組導線中的電流現在比電動勢更早達到最大值因此，當電錨（圖2，c）的繞組導線中的電流達到最大值時，N的北極仍然不會容納這根導線。

在這種情況下，電樞繞組的磁通量的磁力線（虛線）通過兩個相鄰的相反極N和S閉合併且沿著與發電機主磁場的磁力線的路徑定向。這導致發電機的主磁場不僅失真，而且還有些放大。

在圖。圖 2，c 顯示了磁感應強度的矢量圖：主磁場 V，由於電樞反應產生的磁場 Vya，以及由此產生的磁場 Bres。我們看到合成磁場的磁感應徑向分量已經比主磁場的磁感應 B 大 ΔB。因此，發電機的感應電動勢也增加了，這意味著在所有其他條件相同的情況下，發電機端子處的電壓將變得大於純感應發電機負載處的電壓。

確定電樞反應對不同性質負載的同步發電機電動勢的影響後，我們開始闡明發電機的外部特性。同步發電機的外部特性是在恆定轉子速度 (n = const)、恆定勵磁電流 (iv = const) 和功率因數恆定 (cos φ =常量）。

在圖。 3 給出了不同性質負載下同步發電機的外特性。曲線 1 表示有源負載下的外部特性 (cos φ = 1.0)。在這種情況下，當負載從空閒變為額定值時，發電機端電壓在空載發電機電壓的 10 - 20% 範圍內下降。

曲線 2 表示電阻-電感負載的外部特性 (cos φ = 0, 8)。在這種情況下，由於電樞反應的退磁效應，發電機端子處的電壓下降得更快。當發電機負載從空載變為額定時，電壓下降到空載電壓的20—30%以內。

曲線 3 表示同步發電機在有源容性負載 (cos φ = 0.8) 下的外部特性。在這種情況下，由於電樞反應的磁化作用，發電機端電壓有所升高。

米。 3. 交流發電機針對不同負載的外部特性：1——有源，2——感性，3 容性

同步發電機的控制特性

同步發電機的控制特性表示發電機中勵磁電流 i 對負載 I 的依賴性，其中發電機端子處的電壓有效值 (U = const) 恆定，轉子轉數恆定每分鐘發電機的數量 (n = const) 和功率因數的恆定性 (cos φ = const)。

在圖。4 給出了同步發電機的三個控制特性。曲線 1 指的是主動負載情況（因為 φ = 1）。

米。 4. 不同負載的交流發電機控制特性：1——有源，2——感性，3——容性

這裡我們看到隨著發電機負載 I 的增加，勵磁電流增加。這是可以理解的，因為隨著負載I的增大，發電機電樞繞組有源電阻的壓降增大，需要通過增大勵磁電流iv來增大發電機的電動勢E。保持電壓恆定 U 。

曲線 2 是指在 cos φ = 0.8 時有源電感負載的情況...由於電樞反應的退磁，該曲線比曲線 1 上升得更陡，這降低了電動勢 E 的大小，因此發電機端子上的電壓 U。

曲線 3 是指在 cos φ = 0.8 時有源電容負載的情況。該曲線表明，隨著發電機負載的增加，發電機需要較小的勵磁電流 i 來維持其端子兩端的電壓恆定。這是可以理解的，因為在這種情況下，電樞反應增加了主磁通量，因此有助於增加發電機的電動勢及其端子處的電壓。