Будь-приймач електричної енергії вимагає сталості напруги мережі. Щоб забезпечити постійну напругу мережі при зміні навантаження в синхронному генераторі, змінюють і струм збудження.
Залежність, що показує, яким чином необхідно изме-нитка струм в обмотці збудження для того, щоб при зміні навантаження генератора напруга на його затискачах залишалося нез-менним, називається регулювальної характеристикою (рис. 129), При активному навантаженні збільшення струму в статорі викликає незна- чительное зниження напруги, так як реакція якоря незначи-кові зменшує магнітний потік. При цьому навантаженні потрібно трохи збільшити струм збудження для забезпечення по-стоянства напруги. При індуктивному навантаженні створюється про-Дольни розмагнічуюче поле реакції якоря, що зменшує потік полюсів. Тому, щоб створити сталість напруги (т. Е. Для сталості результуючого магнітного потоку), необ-ходимо більш значно збільшити струм збудження для компен-сації розмагнічуючого поля реакції якоря. При ємнісний навантаження відбувається посилення магнітного поля і для сталості напруги необхідно зменшити струм збудження при збільшен-ня струму в статорі.
Найбільш часто синхронні генератори працюють на загальну потужну мережу електростанції або енергосистеми. Напруга такої мережі Uc частота струму в ній незмінні. Напруга на зажи-мах генератора одно і протилежно напрузі мережі Uг = -Uс.
Результуюче магнітне поле ФР статора, що обертається з числом оборотів в просторі, випереджає напругу Uг на 90 ° (рис. 130).
При постійній напрузі мережі UС амплітуда магнітного потоку Фр результуючого магнітного поля ста-тора також незмінна. При активному навантаженні генератора струм статора сов-падає по фазі з напругою Uг. Як і ток реакції якоря ФЯ збігається по фазі з струмом I, так що вектор струму в статорі I в іншому масштабі визначить вектор ФЯ. Результуючий магніт-ний потік створюється дією потоку полюсів Фт і потоку реакції якоря ФЯ і може бути представлений геометричний-ської сумою цих магнітних потоків.
Зміна струму збудження гені-ратора не викликає зміни його активної потужності, так як потужність, споживана їм від первинного двигуна, залишається незмінною (крутний момент первинного двигуна і швидкість обертання постійні). Тому актив-ная складова струму статора постійна і кінець вектора I (ФЯ) знаходиться на прямій АВ, паралельної горизонтальній осі. Якщо збільшити струм збудження, то збільшиться потік полюсів Ф'т. вектор якого знаходиться між прямою АВ і кінцем неіз-ного вектора Фр.
В цьому випадку зміниться як за величиною, так і за направле-ня вектор I 'і Ф'я, т. Е. Струм виявиться відстаючим по фазі від на-напруги генератора.
При зменшенні струму збудження зменшиться також і потім полюсів Ф "т, що призведе до зміни струму в статорі I" (Ф "я) як за величиною, так і за фазою. Таким чином, зміна струму збудження генератора, що працює на потужну мережу, викликає зміна реактивної складової струму в статорі, т. е. змінюємо реактивну потужність, що виробляється генератором.
Для зміни активної потужності необхідно змінити крутний момент первинного двигуна, який приводить в обертання ротор синхронного генератора. Під дією крутного моменту первинного двигуна М1 ротор машини з поміщеними на ній полюсами приводиться в обертання з числом оборотів в хвилину n. Результуюче поле статора обертається в тому ж напрямку з числом оборотів n1 = n (рис. 131, а). Отже, поле полюсів і результуюче поле статора обертаються синхронно, залишаючись нерухомими один щодо одного, і між цими полями встановлюється взаємодія. Магнітні лінії, розтягуючись прагнуть наблизити поле ротора до поля статора, створюючи електромагнітний гальмівний момент Ме, врівноважує момент первинного двигуна.
При рівновазі момент М1 = МЕ кут між осями магнітних полів в залишається незмінним.
Якщо збільшити момент первинного двигуна М'1 (рис. 131, б), то він виявиться більше гальмівного, і ротор, отримавши деяке прискорення, почне переміщатися щодо поля статора, що обертається з постійною швидкістю (частота струму мережі постійна). При цьому кут між осями магнітних полів ротора і статора 61 збільшиться, і магнітні лінії, розтягуючись в біль-ший ступеня, збільшать гальмівний електромагнітний момент М'е так, що знову відновиться рівновага моментів, т. Е. М1 = Ме. Для включення генератора в мережу необхідно:
1) однакове чергування фаз в мережі і генераторі;
2) рівність напруги мережі і е. д. з. генератора;
3) рівність частот е. д. з. генератора і струму мережі;
4) включати генератор в той момент, коли е. д.с. генератора в кожній фазі спрямована зустрічно напрузі мережі.
Невиконання цих умов веде до того, що в момент вклю-чення генератора в мережу виникають струми, які можуть виявитися більшими і небезпечними для генератора. При включенні генерато-рів в мережу використовують спеціальні пристрої - синхроноскопи. Найпростішим Синхроноскопи є три лампи розжарювання, що включаються між зажимами генератора і мережі. Лампи повинні бути розраховані на подвійне напруга мережі і до включення гені-ратора будуть одночасно загорятися і згасати.
У момент, коли е. д. з. генератора дорівнює і направлена зустрічей-но напрузі мережі, лампи згаснуть, так як напруга на лам-пе дорівнює нулю. При згасанні ламп замиканням рубильника ге-нератор включається в мережу.
До включення генератора в мережу е. д.с. його вимірюється вольт-метром і регулюванням струму збудження встановлюється рав-ної напруги мережі. Частота е. д.с. генератора регулюється через трансформаційних змін швидкості обертання первинного двигуна.
§ 103. синхронними двигунами
Синхронний двигун не має принципових конструктив-них відмінностей від синхронного генератора. Так само як і в генера-торі, на статорі синхронного двигуна поміщається трифазна обмотка, при включенні якої в мережу трифазного змінного струму буде створено обертове магнітне поле, число оборотів в хвилину якого
На роторі двигуна поміщена обмотка збудження, включае-травня в мережу джерела постійного струму. Струм збудження створює магнітний потік полюсів. Обертове магнітне поле, напів-ного струмами обмотки статора, захоплює за собою полюса ротора. При цьому ротор може обертатися тільки з синхронної швидкістю, т. Е. Зі швидкістю, що дорівнює швидкості обертання поля статора. Таким чином, швидкість синхронного двигуна строго постійна, якщо незмінна частота струму мережі живлення.
Основною перевагою синхронних двигунів є мож-ливість їх роботи зі споживанням випереджаючого струму, т. Е. Двигун може являти собою ємнісне навантаження для мережі. Такий двигун підвищує ство # 61546; всього підприємства, компенсуючи реактивну потужність інших приймачів енергії.
Так само як і в генераторах, в синхронних двигунах зміна реактивної потужності, т. Е. Зміна соs # 61546 ;, досягається регу-воджується струму збудження. При деякому струмі збудження, відповідному нормальній порушення, соs # 61546; = 1. Уменьше-ня струму збудження викликає поява відстає (індуктив-ного) струму в статорі, а при збільшенні струму збудження (пере-збуджений двигун) - випереджаючого (ємнісного) струму в статорі.
Перевагою синхронних двигунів є також менша, ніж у асинхронних, чутливість до зміни напруги мережі живлення. У синхронних двигунів крутний момент про-порціонален напрузі мережі в першого ступеня, тоді як у асинхрон-хронних- квадрату напруги.
Момент, що обертає синхронного двигуна створюється в резуль-таті взаємодії магнітного поля статора з магнітним полем полюсів. Від напруги живильної мережі залежить тільки магнітний потік поля статора.
Синхронні двигуни виконують переважно з явно битв полюсами, і працюють вони в нормальному режимі при випереджальному соs # 61546; = 0,8. Порушення синхронні двигуни отримують або від збудника, або від мережі змінного струму через напівпровідникові випрямлячі.
Пуск в хід синхронного двигуна безпосереднім включе-ням його в мережу неможливий, так як при включенні обмотки статора в мережу створюється обертове магнітне поле, а ротор в момент включення нерухомий, і отже, взаємодії магнітних полів статора і ротора немає, т. Е. Двигун не розвиває крутного моменту. Тому для пуску в хід двигуна необ-обхідно попередньо збільшити число обертів ротора його до сін-Хроні швидкості або близькою до неї.
В даний час виключне застосування має так на-зване асинхронний пуск синхронних двигунів, сутність ко-торого полягає в наступному. У полюсних наконечниках ротора синхронного двигуна укладається пускова обмотка, ви-конання у вигляді білячого колеса, на зразок короткозамкненою обмотки ротора асинхронної машини.