1.5 Szinkrongép görbéi

A szinkrongépek vizsgálatára, illetve működésének leírására különböző jelleggörbéket vehetünk fel. ezek közül csak a legfontosabbakat vizsgáljuk meg.

V-görbék

A V-görbék a merev hálózatra kapcsolt gép armatúra áramát ábrázolják a gerjesztés függvényében. A vizsgálat során nem változik a feszültség a teljesítmény és a frekvencia, valamint elhanyagoljuk a vastelítést és az armatúra tekercselés ohmos ellenállását (R).

A teljesítmény állandósága a P=U·I·cosφ alapján csak az I·cosφ szorzattól függ. A szerkesztés egyszerűsége érdekében nem a teljes vektorábrát rajzoltuk meg, hanem csak az áramokat ábrázoló részét (21. ábra). (Látható, hogy hasonló gondolat menet alapján vezettük le azt a szabályt, miszerint a gép hatásos teljesítménye csakis a nyomatékkal szabályozható, a meddő teljesítménye pedig a gerjesztéssel.) Ez alapján már megrajzolhatjuk a jelleggörbét.

Az ábrán további görbéket is berajzoltunk nagyobb hatásos teljesítményeknek megfelelően. Ezen görbék minimum pontja a normál gerjesztés állapotában van, ilyenkor a gép nem is ad és nem is vesz fel meddőt a hálózatból. A cosφ=1 görbétől jobbra eső rész induktív jellegű, míg a balra eső rész a kapacitív generátorra vonatkozik. Bejelöltük továbbá a stabilitás határát ami a kapacitív jellegnél fordul elő, hiszen itt éri el - a 15. ábra alapján belátható - a terhelési szög a 90°-ot. Ha a teljesítmény nulla, akkor a gép veszteség nélkül üresen jár. ilyenkor az áram vektorok a j tengely irányába esnek.

Ebben a helyzetben két szélsőséges esetet vizsgálva; I_a=0 esetben az áramegyenlet szerint a gép gerjesztése:

illetve I_g=0 esetén:

tehát a görbe egyenes lesz. Megállapíthatjuk, hogy a V-görbéből szerzett információk nem mondanak ellen az eddigieknek.

Szabályzási görbe

A szabályzási jelleggörbe megmutatja, hogy a gép gerjesztését mennyivel kell megváltoztatni terhelésváltozás esetén, hogy a kapocsfeszültség állandó maradjon. A vizsgálat során a cosφ sem változhat. A görbe felvételéhez ismét csak az áramokat tartalmazó részt rajzoljuk meg a vektorábrából.

Ezek alapján már megrajzolhatjuk a szabályzási görbét.

A gyakorlatban használják azt a megoldást is, hogy az egyes tengelyekre viszonylagos értékeket vesznek fel. I_g helyett I_g/I_g0-t, I_a helyett pedig I_a/I_n-t. Így arról kaphatunk tájékoztatást, hogy adott cosφ és I_a esetén mennyivel kell megváltoztatni a gerjesztést az üresjárási állapothoz viszonyítva ahhoz, hogy a kapocsfeszültség állandó maradjon. I_g0 az üresjárási, I_g pedig a terhelési áramhoz tartozó gerjesztő áramot jelenti.

Külső terhelési jelleggörbe

A külső terhelési jelleggörbe az egyedül járó generátor kapocsfeszültségének változását mutatja a terhelési áram függvényében. A vizsgálat során nem változhat a gerjesztő áram a frekvencia és a terhelés jellege. Matematikailag bizonyítható, hogy ezek a görbék ellipszisek. Most a bizonyítást mellőzve rajzoljuk fel a jelleggörbét.

Látható, hogy hatásos valamint induktív terhelés esetén a feszültség monoton csökken, míg kapacitív jellegű terhelés esetén a kapocsfeszültség először növekszik majd a rövidzárási áramnak megfelelő pontba. Itt is használatos módszer a viszonyított értékek felvétele, U helyett U/U₀ és I_a helyett I_a/I_z.

Jól nyomon követhetjük a szinkrongép terhelési viszonyait, ha a szabályzási és külső terhelési jelleggörbét összevetjük egy közös diagrammban. Így az egyes terhelési állapotokban a megengedett feszültségesést - növekedést - túllépve megtudhatjuk mennyi gerjesztéstöbblet - csökkentés - szükséges az előírt üzemi viszonyok fenntartásához.