V - образные характеристики
V- образные характеристики представляют собой зависимость тока якоря I и коэффициента мощности cosj двигателя от тока возбуждения iв при постоянных значениях напряжения обмотки якоря U и его частоты f и постоянной отдаваемой механической мощности P2 . Эти характеристики отражают важную особенность синхронных двигателей -возможность регулирования их реактивной мощности и cosj.
Рассмотрим V - образные характеристики двигателей на примере неявнополюсной машины. Необходимые пояснения даны с помощью упрощенных векторных диаграмм синхронного двигателя, представленных на рис. 12.3.
Если принять потери в обмотке и стали якоря, механические и добавочные потери постоянными, то при P2= const подводимая к обмотке якоря мощность также постоянна, P1= mUIcosj = const, и, следовательно, активная составляющая тока якоря также неизменна - Iа=Icosj =const. Поэтому на векторной диаграмме (рис.12.3) конец вектора тока якоря I при разных значениях тока возбуждения iв скользит по прямой АВ. Для каждого значения I величина iв может быть определена из уравнения токов синхронной машины 
, отражающего уравнение МДC 
. Так, iвd представляет собой результирующую МДС в зазоре Fd в масштабе тока возбуждения, I¢ - МДС реакции якоря F¢a в масштабе тока возбуждения или приведенный ток якоря. Ток возбуждения прямо пропорционален МДС Fв обмотки возбуждения.
Величина iвd может быть определена по результирующей ЭДС Ed обмотки якоря 
, индуктированной результирующим магнитным полем воздушного зазора. Если пренебречь для простоты сопротивлениями рассеяния xsa= 0 и активным ra= 0, то 
и, следова -
Рис. 12.3. Упрощённые векторные диаграммы синхронного двигателя
тельно, iвd » const. Вектор 
, как и вектор результирующего потока в зазоре 
, опережает 
на 90 о. Вектор 
совпадает по направлению с током якоря, и конец его скользит по прямой A'B', параллельной линии АВ, так как I' прямо пропорционален току якоря.
На рис. 12.3 построены векторные диаграммы токов для четырёх точек V-образной характеристики и получены токи возбуждения для соответствующих им токов якоря. Для точки 1 на рис.12.3 выполнено также построение векторной диаграммы напряжений по уравнению 
, где Е - ЭДС, индуктированная в обмотке якоря полем обмотки возбуждения; xc - синхронное индуктивное сопротивление.
На рис. 12.4 представлены V- образные характеристики I = f(iв) и cosj = f(iв) для P2= 0 (холостой ход) и P2= const ¹ 0.
На рис.12.3 и на характеристиках рис. 12.4 точка 1соответствует перевозбуждению двигателя, когда реактивная мощность отдается в сеть, Q>0; точка 2 - нормальному возбуждению, когда Q = 0 и cosj = 1; точка 3- недовозбуждению, когда реактивная мощность потребляется из сети, Q < 0; точка 4соответствует недовозбуждению и пределу статической устойчивости синхронного двигателя, когда угол нагрузки Q равен критическому значению Qкр. Угол Q - это угол между векторами U и E.
Рис. 12.4.V-образные характеристики
Угол Q называют углом нагрузки, так как он характеризует уровень нагрузки синхронного двигателя. Как видно из рис. 12.3, при уменьшении тока возбуждения и P2 =const ¹ 0 угол нагрузки Q увеличивается и в точке 4 достигает критического значения - Qкр=90°. Точка 4 лежит на линии CD рис.12.4, которая является границей устойчивой работы синхронного двигателя. При iв < iв4 двигатель выпадает из синхронизма.