U – образные характеристики синхронного генератора
Рассмотрим работу синхронного генератора, если после подключения его к сети для параллельной работы изменить ток в его обмотке возбуждения, оставив неизменным вращающий момент приводного двигателя? Предположим, что генератор после подключения на сеть работает без нагрузки и его ЭДС 
уравновешивает напряжение сети 
. Если при этом увеличить ток в обмотке возбуждения, т. е. перевозбудить машину, то ЭДС увеличится до значения 
в цепи генератора появится избыточная ЭДС 
(рис. 97, а), вектор которой совпадает по направлению с вектором ЭДС 
. Ток 
, вызванный ЭДС 
, будет отставать от нее по фазе на 90° (поскольку 
). По отношению к ЭДС этот ток также будет отстающим (индуктивным). С увеличением перевозбуждения значение реактивного (индуктивного) тока увеличится.
Если же после того, как генератор подключен к сети, уменьшить ток возбуждения, т. е. недовозбудить машину, то ЭДС уменьшится до значения 
и в цепи генератора опять будет действовать избыточная ЭДС 
. Теперь вектор этой ЭДС будет совпадать по направлению с вектором напряжения сети (рис. 97, б), и поэтому ток , вызванный этой ЭДС и отстающий от нее по фазе на 90°, будет опережающим (емкостным) по отношению к ЭДС генератора .
Рис. 97. Векторные диаграммы ЭДС синхронного генератора,
включенного на параллельную работу
Показанное на векторных диаграммах можно объяснить следующим. При перевозбуждении генератора увеличивается МДС возбуждения 
. Это сопровождается появлением в обмотке статора реактивного тока 
, который по отношению к ЭДС является отстающим (индуктивным). Вызванная этим током продольно-размагничивающая реакция якоря компенсирует избыточную МДС возбуждения так, что ЭДС генератора остается неизменной. Такой же процесс происходит и при недовозбуждении генератора с той лишь разницей, что в обмотке появляется опережающий (емкостный) ток , а вызванная этим током продольно-намагничивающая реакция якоря компенсирует недостающую МДС возбуждения.
Следует иметь в виду, что ток , отстающий по фазе от ЭДС , по отношению к напряжению сети является опережающим током и, наоборот, ток , опережающий по фазе ЭДС , является отстающим по отношению к напряжению .
Из этого выражения следует, что при 
активная составляющая тока статора 
.
Таким образом, степень возбуждения синхронного генератора влияет только на реактивную составляющую тока статора. Что же касается активной составляющей тока 
, то она остается неизменной.
Зависимость тока статора 
от тока в обмотке возбуждения 
при неизменной активной нагрузке генератора выражается графически U – образной кривой. На рис. 98 представлены U – образные характеристики 
при 
, построенные для разных значений активной нагрузки: 
; 
и 
. U – образные характеристики синхронного генератора показывают, что любой нагрузке генератора соответствует такое значение тока возбуждения 
, при котором ток статора , становится минимальным и равным только активной составляющей: 
. В этом случае генератор работает при коэффициенте мощности 
. Значения тока возбуждения, соответствующие при различной нагрузке генератора, показаны на рис. 98 пунктирной кривой. Некоторое отклонение этой кривой вправо указывает на то, что при увеличении нагрузки ток возбуждения, соответствующий , несколько возрастает. Объясняется это тем, что при росте нагрузки необходимо некоторое увеличение тока возбуждения, компенсирующее активное падение напряжения.
Необходимо иметь в виду, что при постепенном уменьшении тока возбуждения наступает такое минимальное его значение, при котором магнитный поток обмотки возбуждения оказывается настолько ослабленным, что синхронный генератор выпадает из синхронизма – нарушается магнитная связь между возбужденными полюсами ротора и вращающимся полем статора. Если соединить все точки минимально допустимых значений тока возбуждения на U – образных характеристиках (штриховая линия в левой части рис. 98), то получим линию предела устойчивости работы синхронного генератора при недовозбуждении.
С точки зрения уменьшения потерь генератора наиболее выгодным является возбуждение, соответствующее минимальному току статора, т. е. когда . Но в большинстве случаев нагрузка генератора имеет индуктивный характер и для компенсации индуктивных токов (отстающих по фазе от напряжения сети) приходится несколько перевозбуждать генератор, создавая условия, при которых ток статора 
, опережает по фазе напряжение сети . Следует отметить, что для сохранения 
, неизменным при изменениях активной нагрузки генератора требуется одновременное изменение тока возбуждения генератора.
Лекция № 17