Внешние характеристики

Внешняя характеристика СГ представляет собой зависимость напряжения на выводах обмотки якоря от тока якоря при синхронной частоте вращения, неизменных значениях тока возбуждения и коэффициента мощности нагрузки:

U_а= f (I_а) при n=n_н=const, i_в=const, cosφ= const.

Для снятия внешней характеристики СГ необходимо в режиме холостого хода, регулируя величину тока возбуждения, установить на выводах обмотки якоря номинальное значение ЭДС. Значение тока возбуждения, которое при этом получится, необходимо поддерживать неизменным (i_в=const). Ток якоря меняют от нуля до номинального путём изменения сопротивления нагрузочного реостата; величина cosφ будет практически неизменной и близкой к единице. Вторую внешнюю характеристику снимают при индуктивном характере нагрузки, при этом величина cosφ будет близка к нулю (отстающий ток).

Результаты опыта записывают в таблицу 2, форма которой приведена ниже. Примерный вид внешних характеристик показан на рисунке 5.

Таблица 2 – Внешние характеристики трёхфазного СГ

n = n_н =…мин^-1=const, i_в=…А = const

Uа, В						cosφ=1
Iа, А
Uа, В						cosφ=0
Iа, А

Рисунок 5 – Внешние характеристики трёхфазного СГ

Поведение внешней характеристики определяется характером влияния реакции якоря (магнитного потока, созданного обмоткой якоря Ф_а) на магнитный поток обмотки возбуждения Ф_в и результирующий поток через обмотку якоря.

Для выяснения механизма влияния тока якоря на выходное напряжение СГ рассмотрим соответствующие векторные диаграммы для обмотки якоря при cosφ=1 (φ=0 – активная нагрузка) и cosφ=0 (φ=90 – индуктивная нагрузка). Для упрощения будем считать, что активное сопротивление обмотки якоря равно 0. Будем также помнить, что каждой составляющей потока в СГ соответствует переменная ЭДС якорной обмотки:

, , а также .

При r_а=0 уравнение для обмотки якоря имеет вид

, т.е. .

Для записанного уравнения на рисунке 6,а показана совмещенная векторная диаграмма напряжений и магнитных потоков для случая активной нагрузки (φ=0) генератора.

Точка 0 соответствует режиму холостого хода, точка 1 – 50 % номинальной нагрузки и 2 – номинальному режиму генератора. Из рисунка видно, что по мере увеличения тока якоря и соответственно потока реакции якоря снижаются результирующий поток через обмотку якоря , результирующая ЭДС и напряжение на выводах генератора .

а)

б)

Рисунок 6 – Пояснение к внешним характеристикам СГ:

а – активная нагрузка ( ); б – индуктивная нагрузка ( )

На рисунке 6б представлена аналогичная совмещенная диаграмма для случая индуктивной нагрузки ( ). Из рисунка видно, что поток реакции якоря направлен против потока, созданного обмоткой возбуждения . В сравнении с режимом активной нагрузки в рассматриваемом случае реакция якоря направлена строго по продольной оси d, в большей степени влияет на результирующий поток обмотки якоря и снижает выходное напряжение СГ.

В рассмотренных случаях (cosφ=1 и cosφ=0) реакция якоря носит размагничивающий характер – уменьшает результирующий магнитный поток.