Робота трифазної синхронної машини у режимі генератора

При використанні трифазної синхронної машини в режимі генератора ротор її необхідно обертати первинним двигуном зі швидкістю

або частотою обертання

де f – частота змінного струму;

р – число пар полюсів.

Крім цього в обмотці ротора, що обертається, повинний бути постійний струм I_в, зумовлюючий відповідну МРС і збудження основного магнітного потоку Ф_х, лінії якого перетинають провідники обмотки статора. Цей потік можна змінювати регулюючим реостатом R_p, що знаходиться в ланцюзі обмотки ротора.

Обертання ротора супроводжується перетинанням його магнітними силовими лініями провідників трифазної обмотки статора, у результаті чого в її фазах наводиться трифазна симетрична система ЕРС

де E_m – амплітуда ЕРС.

Діюча фазна ЕРС, як і в асинхронних машинах

де k_об – обмотувальний коефіцієнт обмотки статора;

Ф_х – основний магнітний потік;

f – частота генеруючих ЕРС;

w – число витків кожної фази обмотки статора.

У такому режимі синхронна машина не перетворює механічну енергію в електричну і знаходиться в режимі холостого ходу, при якому струм обмотки статора I=0 і первинний двигун покриває тільки механічні втрати, зв'язані з обертанням ротора. Зміна опору регулюючого реостата R_p приводить до зміни струму збудження I_в, основного магнітного потоку Ф_х а отже, і діючої фазної ЕРС E_х, що відображається характеристикою холостого ходу E_х (I_в), яка одержана при незмінній швидкості ротора W₀ і розімкнутій обмотці статора.

Цю криву, яка є магнітною характеристикою синхронної машини, одержують при зміні струму збудження від найбільшого значення, яке обумовлює генерування ЕРС, що перевищує номінальну напругу генератора U_ном на (20…25)%, до нульового, при якому генерується ЕРС Е₀=(2…5)% U_ном, внаслідок залишкової намагніченості полюсів ротора, а потім при зростанні струму збудження до початкового значення. Це дозволяє одержати вихідну і висхідну гілки характеристики холостого ходу, які мало відрізняються і не співпадають один з одним внаслідок явища магнітного гистерезиса. В нижній частині усереднення характеристика холостого ходу практично прямолінійна, а при значному струмі збудження вона починає відхилятися вбік осі абсцис внаслідок насичення сталі.

Якщо до обмотки статора збудженого синхронного генератора приєднати симетричне трифазне навантаження з коефіцієнтом потужності cos j, то у фазах цієї обмотки установляться струми

що збудять незмінне магнітне поле нерухомого статора, який обертається в просторі зі швидкістю ротора

Оскільки обертові магнітні поля нерухомого статора, а обертового ротора, однакові, то в навантаженому генераторі існує одне результуюче магнітне поле, яке обертається в просторі з тією ж синхронною швидкістю

якому при частоті перемінного струму f=50 Гц відповідає частота обертання