Нормальным режимом работы генерирующего оборудования называют длительно-допустимый (без каких либо ограничений по времени) режим работы при котором параметры режима (напряжение, токи и частота) могут отличаться от номинальных значений. Допустимые границы отклонения параметров в таких режимах работы регламентируются нормативно-технической документацией. Так, например, допускается длительная работа турбогенератора при отклонении напряжения на статоре на величину ±5 % от номинального значения. Другими словами к нормальному режиму работы генерирующего оборудования относятся следующие режимы работы:
› режим работы с различной нагрузкой от минимально возможной по технологическим условиям до номинальной;
› режим работы с коэффициентом мощности, отличным от номинального;
› режим работы с отклонениями напряжения на выводах генератора;
› режим работы при отклонениях частоты в сети;
› режим работы при отклонении температуры охлаждающей среды от номинальной температуры и другие режимы.
Допустимая нагрузка турбогенераторов по активной и реактивной мощности ограничивается нормированной диаграммой мощности синхронной машины, которая учитывает следующие ограничения:
- ограничения по максимальному току статорной цепи (
) (ограничение по нагреву обмотки статора);
- ограничения по максимальному току в обмотке возбуждения (
) (ограничение по нагреву обмотки ротора);
- ограничения по минимальному току возбуждения (
) (ограничение по нагреву других конструктивных элементов статора и ограничение по условиям устойчивости работы генератора);
- ограничение по мощности турбины.
Первые два ограничения связаны с тем, что перегрузки генератора по току статора или ротора сверх номинальных значений оказывают отрицательное влияние на изоляцию обмоток, на прочность крепления обмоток и могут вызвать остаточные деформации и витковые замыкания. Перегрузка по току статора увеличивает потери и повышает температуру статора, вызывая ускоренное старение изоляции, чрезмерные температурные удлинения меди и деформацию лобовых частей. В аварийных ситуациях допускаются перегрузки генераторов по току статора.
Третье ограничение связано с сохранением устойчивой работы генератора, а также в современных крупных турбогенераторах режимы с недовозбуждением ограничиваются еще дополнительным нагревом крайних пакетов активной стали и конструктивных элементов торцевых зон статора. Этот дополнительный нагрев обусловлен повышенной результирующей индукцией в торцевых зонах, что объясняется слабой магнитной связью обмоток статора и ротора в этих зонах и недостаточной компенсацией потока рассеяния статора потоком ротора. Магнитная связь обеих обмоток слабее здесь потому, что поля, образуемые лобовыми частями обмоток статора и ротора, вынуждены замыкаться большей частью по воздуху.
1. Ограничение режима работы синхронной машины по номинальному току статора можно записать в следующем виде:
Полученное уравнение в осях координат «PQ» описывает окружность с центром в начале координат и радиусом 
. Данная окружность показана на рис.
2. Ограничение режима работы синхронной машины по номинальному току возбуждения можно записать в следующем виде:
Далее анализ лучше производить при условии, что мы рассматриваем неявнополюсный синхронный генератор у которого xq = xd, в результате получим:
Совместим напряжение на шинах генератора с вещественной осью, а также пренебрежем активным сопротивлением статорной обмотки и с учетом уравнения для мощности 
уравнение для определения Eq перепишется следующим образом:
Получили формулу аналогичную записанной для EQ ранее, что соответствует только для неявнополюсного синхронного генератора.
Модуль вектора Eq определяется по формуле:
Полагая, что 
, 
окончательно получим следующую запись:
Полученное уравнение в осях координат «PQ» описывает окружность с центром смещённым по оси Q на величину 
влево и радиусом 
. Данная окружность показана на рис.
3. Третье ограничение связано с тепловым режимами генератора, для многих из которых 
4. Также добавляется последнее ограничение связанное с тем, что активная мощность генератора не должна превышать ее номинального значения.
Рис.1. Диаграмма мощности синхронной машины
Таким образом, область допустимых режимов работы генератора в осях координат «PQ» ограничена справа номинальным током возбуждения, сверху – номинальной активной мощностью и слева – минимальной потребляемой реактивной мощностью. Диаграмма мощности синхронной машины предоставляется заводами-изготовителями, а при их отсутствии проводятся специальные испытания.
Следует отметить, что к аварийным режимам работы генераторов относятся режимы, связанные со значительными перегрузками, потерей возбуждения, потерей устойчивости параллельной работы, асинхронным ходом.
