同步发电机的操作模式，发电机的操作特性

表征同步发电机的主要量有：端电压U、充电I、视在功率P(kVa)、转子每分钟转数n、功率因数cosφ。

同步发电机最重要的特性如下：

• 闲置特性，

• 外部特征，

• 调节特性。

同步发电机的空载特性

发电机的电动势与励磁电流iv产生的磁通量Ф的大小和发电机转子每分钟的转数n成正比：

E = cnF,

其中 s——比例因子。

同步发电机电动势的大小虽然取决于转子的转数，但不可能通过改变转子的转速来调节，因为电动势的频率与电机的转数有关。发电机转子的转数，必须保持恒定。

因此，调整同步发电机电动势大小的唯一方法就是改变主磁通F。后者通常是通过在励磁电路中引入变阻器来调节励磁电流iw来实现的。的发电机。如果励磁线圈由与该同步发电机位于同一轴上的直流发电机供电，则通过改变直流发电机端子处的电压来调节同步发电机的励磁电流。

在恒定标称转子速度 (n = const) 和负载等于零 (1 = 0) 的情况下，同步发电机的电动势 E 对励磁电流 iw 的依赖性称为发电机的空转特性。

图 1 显示了发电机的空载特性。这里，当电流 iv 从零增加到 ivm 时，曲线的上升分支 1 被移除，当 iv 从 ivm 变为 iv = 0 时，曲线的下降分支 2 被移除。

米。 1. 同步发电机的怠速特性

上升 1 和下降 2 分支之间的分歧由剩磁解释。这些分支所包围的面积越大，磁化反转同步发电机的钢材中的能量损失就越大。

怠速曲线在其初始直线段上升的陡度表征了同步发电机的磁路。在其他条件下，发电机气隙中的安匝流量越低，发电机怠速特性将越陡。

发电机的外部特性

带载同步发电机的端电压取决于发电机的电动势E、定子绕组有源电阻的压降、耗散自感电动势引起的压降Es和由于发电机引起的压降。电枢反应。

已知耗散电动势Es取决于耗散磁通Fc，其不穿透发电机转子的磁极，因此不会改变发电机的磁化程度。发电机的耗散自感电动势Es相对较小，实际上可以忽略不计，因此，发电机电动势中补偿耗散自感电动势Es的那部分电动势可以认为实际上等于零.

电枢响应对同步发电机的运行模式有更显着的影响，尤其是对其端子处的电压。这种影响的程度不仅取决于发电机负载的大小，还取决于负载的性质。

让我们首先考虑同步发电机电枢反应对发电机负载纯有功情况的影响。为此，我们采用图 1 所示的工作同步发电机电路的一部分。 2、一个。这里显示的是定子的一部分，电枢绕组上有一根有源导线，转子的一部分有几个磁极。

米。 2、负载下电枢反应的影响：a——有源，b——感性，c——容性

此时，其中一个随转子逆时针旋转的电磁铁的北极刚好从定子绕组的有源线下方经过。

在这根导线中感应的电动势指向绘图平面后面的我们。由于发电机负载是纯有源的，电枢绕组电流 Iz 与电动势同相。因此，在定子绕组的有源导体中，电流由于图纸平面而流向我们。

电磁铁产生的磁力线在这里以实线显示，电枢绕组电流产生的磁力线在这里显示。 - 虚线。

下图。在图2中，a显示了位于电磁铁北极上方的合成磁场的磁感应强度矢量图。这里我们看到，电磁铁产生的主磁场的磁感应强度V是径向的，而电枢绕组电流磁场的磁感应强度VI是指向右方的，垂直于矢量V。

产生的磁感应强度 切口指向上方和右侧。这意味着由于增加了磁场，底层磁场发生了一些畸变。在北极的左侧，它有所减弱，而在北极的右侧，它略有增强。

很容易看出，发电机的感应电动势的大小基本上取决于所产生的磁感应矢量的径向分量并没有改变。因此，发电机纯有功负载下的电枢反应不影响发电机电动势的大小。这意味着如果我们忽略漏电自感电动势，纯有源负载发电机两端的压降完全是由于发电机有源电阻两端的压降造成的。

现在让我们假设同步发电机上的负载是纯电感负载。在这种情况下，电流 Az 滞后于电动势 E 的角度为 π / 2... 这意味着最大电流出现在导体中的时间比最大电动势晚一点。因此，当电枢绕组导线中的电流达到最大值时，北极N将不再在该导线下方，而是沿转子的旋转方向进一步移动一点，如图2所示。 2，乙。

在这种情况下，电枢绕组的磁通的磁力线（虚线）通过两个相邻的相反极N和S闭合并指向磁极产生的发电机主磁场的磁力线。这导致主磁路不仅扭曲，而且略微变弱。

在图。 2.6 显示了磁感应的矢量图：主磁场 B、电枢反应产生的磁场 Vi 以及由此产生的磁场 Vres。

这里我们看到，合成磁场的磁感应径向分量变得比主磁场的磁感应 B 小了值 ΔV。因此，由于磁感应的径向分量，感应电动势也减小了。这意味着在其他条件相同的情况下，发电机端子处的电压将小于纯有源发电机负载处的电压。

如果发电机具有纯容性负载，则其中的电流超前电动势的相位 π / 2 ... 发电机电枢绕组导线中的电流现在比电动势更早达到最大值因此，当电锚（图2，c）的绕组导线中的电流达到最大值时，N的北极仍然不会容纳这根导线。

在这种情况下，电枢绕组的磁通量的磁力线（虚线）通过两个相邻的相反极N和S闭合并且沿着与发电机主磁场的磁力线的路径定向。这导致发电机的主磁场不仅失真，而且还有些放大。

在图。图 2，c 显示了磁感应强度的矢量图：主磁场 V，由于电枢反应产生的磁场 Vya，以及由此产生的磁场 Bres。我们看到合成磁场的磁感应径向分量已经比主磁场的磁感应 B 大 ΔB。因此，发电机的感应电动势也增加了，这意味着在所有其他条件相同的情况下，发电机端子处的电压将变得大于纯感应发电机负载处的电压。

确定电枢反应对不同性质负载的同步发电机电动势的影响后，我们开始阐明发电机的外部特性。同步发电机的外部特性是在恒定转子速度 (n = const)、恒定励磁电流 (iv = const) 和功率因数恒定 (cos φ =常量）。

在图。 3 给出了不同性质负载下同步发电机的外特性。曲线 1 表示有源负载下的外部特性 (cos φ = 1.0)。在这种情况下，当负载从空闲变为额定值时，发电机端电压在空载发电机电压的 10 - 20% 范围内下降。

曲线 2 表示电阻-电感负载的外部特性 (cos φ = 0, 8)。在这种情况下，由于电枢反应的退磁效应，发电机端子处的电压下降得更快。当发电机负载从空载变为额定时，电压下降到空载电压的20—30%以内。

曲线 3 表示同步发电机在有源容性负载 (cos φ = 0.8) 下的外部特性。在这种情况下，由于电枢反应的磁化作用，发电机端电压有所升高。

米。 3. 交流发电机针对不同负载的外部特性：1——有源，2——感性，3 容性

同步发电机的控制特性

同步发电机的控制特性表示发电机中励磁电流 i 对负载 I 的依赖性，其中发电机端子处的电压有效值 (U = const) 恒定，转子转数恒定每分钟发电机的数量 (n = const) 和功率因数的恒定性 (cos φ = const)。

在图。4 给出了同步发电机的三种控制特性。曲线 1 指的是主动负载情况（因为 φ = 1）。

米。 4. 不同负载的交流发电机控制特性：1——有源，2——感性，3——容性

这里我们看到随着发电机负载 I 的增加，励磁电流增加。这是可以理解的，因为随着负载I的增大，发电机电枢绕组有源电阻的压降增大，需要通过增大励磁电流iv来增大发电机的电动势E。保持电压恒定 U 。

曲线 2 是指在 cos φ = 0.8 时的有源电感负载的情况...由于电枢反应的退磁，该曲线比曲线 1 上升得更陡，这降低了电动势 E 的大小，因此发电机端子上的电压 U。

曲线 3 是指在 cos φ = 0.8 时有源电容负载的情况。该曲线表明，随着发电机负载的增加，发电机需要较小的励磁电流 i 来维持其端子两端的电压恒定。这是可以理解的，因为在这种情况下，电枢反应增加了主磁通量，因此有助于增加发电机的电动势及其端子处的电压。