U-образные характеристики

Для анализа свойств синхронной машины, работающей параллельно с сетью, наряду с угловой характеристикой важное значение имеют U-образные характеристики, представляющие зависимость тока якоря в функции тока возбуждения при постоянных активной мощности, напряжении и частоте сети (, , ). U-образные характеристики могут быть построены с помощью векторных диаграмм, учитывающих насыщение стали. На рис. 5.41 приведены векторные диаграммы неявнополюсного синхронного генератора ().

В соответствии с условием активная составляющая тока якоря

,

поэтому концы вектора тока будут лежать на линии I, перпендикулярной вектору напряжения , а концы вектора результирующей ЭДС

будут лежать на линии II, параллельной вектору напряжения. Цифрами на этих линиях отмечены расчетные точки U-образной характеристики для мощности , соответствующей току

Модуль ЭДС определяет по характеристике холостого хода суммарную МДС . Вектор опережает ЭДС на 90°. Вычитая из него вектор МДС реакции поля , находим вектор МДС обмотки возбуждения

и соответствующий ему ток возбуждения

.

Геометрическим местом концов вектора МДС является линия IV, на которой цифрами указаны расчетные точки, соответствующие заданным токам якоря на линии I.

Полученная таким образом зависимость представлена на рис. 5.42 с отмеченными на ней расчетными точками.

Аналогично производится построение U-образных характеристик для других значений активной мощности. Минимумы U-образных характеристик соответствуют активным составляющим тока якоря, поэтому линия, соединяющая минимумы, представляет собой регулировочную характеристику генератора при . Точки U-образной характеристики, лежащие правее ее минимума, соответствуют режиму перевозбуждения, а левее - режиму недовозбуждения.

В режиме перевозбуждения ток якоря отстает от напряжения , машина отдает в сеть реактивную мощность (). В режиме недовозбуждения ток опережает вектор напряжения , синхронная машина потребляет из сети реактивную мощность ().

Минимальное значение тока возбуждения ограничивается пределом статической устойчивости генератора , равным мощности , при которой построена U-образная характеристика. Максимальная величина тока определяется допустимым перегревом обмотки возбуждения.