Исследование трехфазного синхронного генератора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа № 7

“Исследование трехфазного синхронного генератора”

Цель работы: Изучить устройство синхронного генератора и приобрести практические навыки в сборке схем и снятии характеристик, получить экспериментальное подтверждение его свойств теоретическим сведениям.

Основные теоретические сведения

Общие положения. Синхронные машины -- это машины переменного тока. По своему устройству они отличаются от асинхронных машин лишь конструкцией ротора, который может быть явнополюсным или неявнополюсным. Что же касается свойств, то синхронные машины отличаются от асинхронных синхронной скоростью вращения ротора (n₂=n₁=const) при любой нагрузке, а также возможностью регулирования коэффициента мощности.

Синхронные машины обратимы и могут работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя.

Синхронные генераторы составляют основу электротехнического оборудования электростанций, т. е. практически вся электроэнергия вырабатывается синхронными генераторами. Единичная мощность современных синхронных генераторов достигает миллиона киловатт и более. В крупных электроэнергетических установках синхронные машины иногда используются в качестве компенсаторов -- генераторов реактивной мощности, позволяющих повысить коэффициент мощности всей установки.

Синхронная машина состоит из неподвижной части -- статора -- и вращающейся части -- ротора. Статоры синхронных машин в принципе не отличаются от статоров асинхронных двигателей, т. е. состоят из корпуса, сердечника и обмотки.

Конструктивное исполнение статора синхронной машины может быть различным в зависимости от назначения и габаритов машины. Так, в многополюсных машинах большой мощности при наружном диаметре сердечника статора более 900 мм пластины сердечника делают из отдельных сегментов, которые при сборке образуют цилиндр сердечника статора. Корпуса статоров крупногабаритных машин делают разъемными, что необходимо для удобства транспортировки и монтажа этих машин.

Роторы синхронных машин могут иметь две принципиальные различающиеся конструкции: явнополюсную и неявнополюсную.

Внешний вид явнополюсного ротора.

1 -- остов ротора; 2 -- обод ротора; 3 -- контактные кольца; 4 -- вал; 5 -- катушка обмотки возбуждения: 6 -- сегмент демпферной обмотки; 7 -- стержень демпферной обмотки; 8 -- пакет сердечника полюса; 9 -- вентиляционный канал в полюсе.

В энергетических установках по производству электроэнергии переменного тока в качестве первичных (приводных) двигателей синхронных генераторов применяют в основном три вида двигателей: паровые турбины, гидравлические турбины либо двигатели внутреннего сгорания (дизели). Применение любого из перечисленных двигателей принципиально влияет на конструкцию синхронного генератора.

Если приводным двигателем является гидравлическая турбина, то синхронный генератор называют гидрогенератором. Гидравлическая турбина обычно развивает небольшую частоту вращения (60--500об/мин), поэтому для получения переменного тока промышленной частоты (50 Гц) в гидрогенераторе применяют ротор с большим числом полюсов. Ротор гидрогенератора имеет явнополюсную конструкцию, т. е. с явно выраженными полюсами, при которой каждый полюс выполняют в виде отдельного узла, состоящего из сердечника, полюсного наконечника и полюсной катушки. Все полюсы ротора закреплены на ободе, являющемся также и ярмом магнитной системы машины в котором замыкаются потоки полюсов. Гидрогенераторы обычно изготавливаются с вертикальным расположением вала.

Паровая турбина работает при большой скорости вращения, поэтому приводимый ею во вращение генератор, называемый турбогенератором, является быстроходной синхронной машиной. Ротор этих генераторов выполняют либо двухполюсным (n₁=3000 об/мин), либо четырехполюсным (n₁=1500 об/мин).

Рисунок 7.1 - Синхронный генератор

1-- корпус статора; 2 --сердечник статора; 3 -- полюса ротора; 4 -- вал; 5 -- возбудитель; 6 -- контактные кольца; 7 -- подшипниковый щит; 8 -- коробка выводов

В процессе работы турбогенератора на его ротор действуют значительные центробежные силы. Поэтому по условиям механической прочности в турбогенераторах применяют неявнополюсный ротор, имеющий вид удлиненного стального цилиндра с профрезерованными на поверхности продольными пазами для обмотки возбуждения. Сердечник неявнополюсного ротора изготавливают в виде цельной стальной поковки вместе с хвостовиками (концами вала) или же делают сборным. Обмотка возбуждения неявнополюсного ротора занимает лишь две трети его поверхности (по периметру). Оставшаяся поверхность образует полюсы. Для защиты лобовых частей обмотки ротора от разрушения действием центробежных сил ротор с двух сторон прикрывают стальными бандажными кольцами (каппами), изготавливаемыми обычно из немагнитной стали.

Турбогенераторы и дизель - генераторы изготавливают с горизонтальным расположением вала. Дизель - генераторы рассчитывают на частоту вращения 600--1500 об/мин и выполняют с явнополюсным ротором. Сердечник статора, запрессованный в стальной корпус, состоит из пакетов-сегментов, собранных из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Для лучшего охлаждения двигателя пакеты разделены радиальными вентиляционными каналами шириной по 10 мм. Обмотка статора двухслойная с укороченным шагом.

Турбогенератор:

1 -- возбудитель; 2--корпус; 3 -- сердечник статора;

4 -- секции водородного охлаждения; 5--ротор Гидрогенератор Куйбышевской ГЭС, мощность 105 тыс. кВт, напряжение 13,8 кВ:

1 -- возбудитель; 2 -- корпус статора;

3 -- сердечник статора; 4 -- полюс ротора;

5 --спицы ротора; 6 -- втулка ротора;

7 -- грузонесущая крестовина

Сердечники полюсов ротора крепятся к корпусу шпильками. Обмотка ротора состоит из полюсных катушек. Контактные кольца крепятся на конце вала. На роторе имеются лопатки центробежного вентилятора. Подшипники скольжения установлены на подшипниковых полущитах. Генератор с торцовых сторон прикрыт стальными щитами. В обшивке корпуса имеются вентиляционные окна, прикрытые жалюзями. На боковой поверхности корпуса расположена коробка выводов.

Между наружной поверхностью полюсного наконечника и внутренней поверхностью сердечника статора имеется воздушный зазор. По оси полюса этот зазор минимален, а на краях -- максимален. Такая конфигурация полюсного наконечника необходима для синусоидального распределения магнитной индукции в воздушном зазоре

Основным способом возбуждения синхронных машин является электромагнитное возбуждение.

В современных синхронных генераторах получила применение бесконтактная система электромагнитного возбуждения, при которой синхронный генератор не имеет контактных колец на роторе.

В качестве возбудителя и в этом случае применяют генератор переменного тока, у которого обмотка, в которой наводится ЭДС (обмотка якоря), расположена на роторе, а обмотка возбуждения расположена на статоре. В результате обмотка якоря возбудителя и обмотка возбуждения синхронной машины оказываются вращающимися и их электрическое соединение осуществляется непосредственно, без контактных колец и щеток. Но так как возбудитель является генератором переменного тока, а обмотку возбуждения необходимо питать постоянным током, то на выходе обмотки якоря возбудителя включают полупроводниковый преобразователь, закрепленный на валу синхронной машины и вращающийся вместе с обмоткой возбуждения синхронной машины и обмоткой якоря возбудителя. Питание постоянным током обмотки возбуждения возбудителя осуществляется от подвозбудителя -- генератора постоянного тока.

Отсутствие скользящих контактов в цепи возбуждения синхронной машины позволяет повысить ее эксплуатационную надежность и увеличить КПД.

В синхронных генераторах, в том числе гидрогенераторах, получил распространение принцип самовозбуждения, когда энергия переменного тока, необходимая для возбуждения, отбирается от обмотки статора синхронного генератора и через понижающий трансформатор и выпрямительный полупроводниковый преобразователь преобразуется в энергию постоянного тока. Принцип самовозбуждения основан на том, что первоначальное возбуждение генератора происходит за счет остаточного магнетизма магнитопровода машины.

В современных синхронных двигателях для возбуждения применяют тиристорные возбудительные устройства, включаемые в сеть переменного тока и осуществляющие автоматическое управление током возбуждения во всевозможных режимах работы двигателя, в том числе и переходных. Такой способ возбуждения является наиболее надежным и экономичным, так как КПД тиристорных возбудительных устройств выше, чем у генераторов постоянного тока. Промышленностью выпускаются тиристорные возбудительные устройства на различные напряжения возбуждения.

В синхронных машинах малой мощности находит применение принцип возбуждения постоянными магнитами, когда на роторе машины располагаются постоянные магниты. Такой способ возбуждения дает возможность избавить машину от обмотки возбуждения. В результате конструкция машины упрощается, становится более экономичной и надежной.

Однако из-за дефицитности материалов для изготовления постоянных магнитов с большим запасом магнитной энергии и сложности их обработки применение возбуждения постоянными магнитами ограничивается лишь машинами мощностью не более нескольких киловатт.



Характеристики синхронного генератора

Основными характеристиками синхронного генератора, работающего на автономную нагрузку, являются характеристики: холостого хода, короткого замыкания, внешняя, регулировочная и нагрузочная.

Характеристика холостого хода синхронного генератора

Характеристику холостого хода снимают при постоянной номинальной скорости вращения ротора в функции тока возбуждения Е=U=f(I_f) (рисунок 7.2). При изменении тока возбуждения от нуля, ЭДС и поток сначала изменяются по линейному закону, а затем, при близких к номинальным значениям тока возбуждения и ЭДС, из-за насыщения магнитной цепи характеристика холостого хода отклоняется от линейного закона. При больших насыщениях характеристика холостого хода снова становится линейной.

Рисунок 7.2 - Характеристика холостого хода

По характеристике холостого хода определяют коэффициент насыщения:

(7.1)

Отрезок bс определяет МДС, приходящуюся на стальные участки магнитной системы. Если машина ненасыщенная, то характеристика холостого хода линейная. Чтобы обеспечить лучшее использование материалов, при проектировании рабочая точка выбирается на изгибе характеристики холостого хода (точка с) на рисунке 7.2.

При идеальном холостом ходе ток в обмотке статора равен нулю. Поле в воздушном зазоре создается током возбуждения, протекающим в обмотке возбуждения, и при вращении ротора в обмотке статора наводится ЭДС:

, В. (7.2)

В этой формуле не учитываются высшие гармоники. Коэффициент k_В принимается с учетом насыщения и формы воздушного зазора.

При синусоидальном поле коэффициент формы ЭДС определяется по формуле:

(7.3)

Полный поток возбуждения равен:

, Вб. (7.4)

Расчетный коэффициент полюсного перекрытия:

(7.5)

где - средняя индукция в воздушном зазоре.

При исследовании характеристики холостого хода сначала при увеличении тока возбуждения строят восходящую ветвь, а затем при уменьшении -- нисходящую. При расчетах используется средняя кривая.

Гистерезис в синхронных машинах имеет место из-за того, что ротор не перемагничивается и по его сердечнику замыкается постоянный поток возбуждения.

Характеристика короткого замыкания синхронного генератора

Одной из важных характеристик синхронного генератора является характеристика короткого замыкания -- зависимость тока статора от тока возбуждения I_к=f(I_f) при симметричном коротком замыкании на выводах статора при номинальной скорости вращения ротора.

Зависимость тока короткого замыкания в обмотке статора от тока возбуждения снимается при постепенном повышении тока возбуждения. Ток статора изменяется от нуля до значения 1,25•I_ном. Эта зависимость линейная, так как генератор не насыщен.

Индуктивный характер тока при коротком замыкании определяется индуктивным сопротивлением обмотки статора, которое значительно больше активного сопротивления обмотки (в относительных единицах R=0,01-0,001, а X=1,0-2,5).

Ток короткого замыкания может быть определен как:

, А; (7.6)

где E₀ -- ЭДС, соответствующая току возбуждения I_f0, которая определяется по характеристике холостого хода.



Рисунок 7.3 - Характеристики холостого хода и короткого замыкания

Пренебрегая активным сопротивлением, ток короткого замыкания можно считать чисто индуктивным:

, А. (7.7)

Таким образом, по характеристике холостого хода и характеристике короткого замыкания можно определить опытным путем значение индуктивного сопротивления обмотки статора Х:

(7.8)

Отношение короткого замыкания представляет собой отношение тока возбуждения соответствующего номинальному напряжению при холостом ходе, к току возбуждения соответствующему номинальному току статора при опыте короткого замыкания.

(7.9)



Рисунок 7.4 - К определению кратности тока короткого замыкания

Характеристики холостого хода и короткого замыкания дают возможность определить значения токов возбуждения двух составляющих: одна компенсирует падения напряжения в цепи статора I_вх , а другая компенсирует размагничивающее влияние реакции статора I_вd.

Отношение короткого замыкания, так же, как и индуктивное сопротивление обмотки статора Х определяет перегрузочную способность синхронной машины. Чем больше , тем больше предельная нагрузка. тем больше, чем больше воздушный зазор, т.е. при той же мощности меньше концентрация энергии магнитного поля. Такие машины требуют больших вложений материалов, что увеличивает их стоимость. У турбогенераторов =0,4-1,0 , а гидрогенераторов =0,8-1,8.

(7.10)

Отношение короткого замыкания имеет большое практическое значение при оценке свойств синхронной машины. Машины с малым менее устойчивы при параллельной работе с сетью и имеют значительные колебания напряжения при изменениях нагрузки. Но такие машины имеют меньшие габариты и, следовательно, дешевле, чем машины с большим .



Внешние характеристики синхронного генератора

Внешними характеристиками синхронного генератора называются зависимости U=f(Ia) при n=const, cosц=const, снятые при неизменном токе возбуждения I_f=const.

На рисунке 7.5 показаны внешние характеристики синхронного генератора в относительных единицах при активной (R), индуктивной (L) и емкостной (С) нагрузках.

При увеличении тока активной нагрузки I_a напряжение на выходе генератора уменьшается вследствие падения напряжения на внутреннем сопротивлении машины z_a=r_a+jx_уa, и влияния поперечной реакции статора.

При индуктивной нагрузке за счет более сильного размагничивающего действия продольной реакции статора внешняя характеристика идет ниже внешней характеристики при активной нагрузке.

При емкостной нагрузке реакция статора подмагничивающая, поэтому с ростом нагрузки растет напряжение на выводах генератора.

Рисунок 7.5 - Внешние характеристики синхронного генератора при разных видах нагрузки

В процентном отношении внутреннее сопротивление машины по отношению к сопротивлению нагрузки обычно составляет небольшое значение, поэтому можно реакцию статора при активной нагрузке считать без учета индуктивного сопротивления рассеяния обмотки статора. В машинах небольшой мощности поперечная реакция статора (чисто активный ток) будет при наличии в нагрузке небольшой емкости, компенсирующей индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора машины.

Номинальным изменением напряжения синхронного генератора ДU_ном называется изменение напряжения при изменении нагрузки от нуля до номинальной при неизменном токе возбуждения.

Номинальное изменение напряжения определяется по формуле:

, %. (7.11)

Регулировочная характеристика синхронного генератора

Регулировочная характеристика--это зависимость тока возбуждения от тока статора I_f=f(I_a) при постоянном напряжении U=const, постоянной скорости вращения n=const и неизменном cosц нагрузки.

Регулировочные характеристики показывают, как нужно изменять ток возбуждения при изменении нагрузки, чтобы напряжение на выводах генератора оставалось постоянным (рисунок 7.6).

Рисунок 7.6 - Регулировочные характеристики синхронного генератора при разных видах нагрузки

Регулировочные характеристики могут быть построены, если известны внешние характеристики. При увеличении нагрузки при индуктивной нагрузке напряжение уменьшается. Чтобы напряжение оставалось неизменным, надо увеличивать ток возбуждения. При емкостной нагрузке при увеличении тока в статоре машины напряжение на выводах генератора растет. Чтобы оно оставалось неизменным, надо уменьшать ток возбуждения.

Так же, как и внешние характеристики, регулировочные характеристики при небольших нагрузках линейны. При нагрузках, близких к номинальному значению, из-за насыщения регулировочные характеристики становятся нелинейными.

При работе синхронного генератора на емкостную нагрузку магнитное поле в машине создается током возбуждения и реактивными токами, протекающими в статоре. При небольших зазорах в синхронной машине, работающей на емкостную нагрузку, может наступить самовозбуждение, когда при отключенной обмотке возбуждения (I_f=0) на выводах генератора появится напряжение. Это явление называется самовозбуждением синхронной машины.

Нагрузочная характеристика синхронного генератора

Нагрузочная характеристика -- это зависимость напряжения на генераторе от тока возбуждения U=f(I_f) при постоянных значениях тока статора I=const, cosц=const нагрузки и скорости вращения n=const (рисунок 7.7). При изменении напряжения ток в статоре поддерживается неизменным путем регулирования сопротивления нагрузки. Нагрузочные характеристики снимают только при индуктивной нагрузке. Поэтому и называют зависимость U=f(I_f) при cosц=0=const индукционной нагрузочной характеристикой.

Индукционная нагрузочная характеристика является вспомогательной характеристикой и используется для определения индуктивного сопротивления рассеяния. Для этого необходимо иметь характеристику холостого хода и индукционную нагрузочную характеристику, снятые опытным путем. Имея эти характеристики, можно построить реактивный треугольник АВС. В треугольнике АВС катет АВ равен падению напряжения в сопротивлении рассеяния статора (I_а•X_уa), a горизонтальный катет ВС равен МДС реакции статора в масштабе тока возбуждения, в котором построены характеристика холостого хода и нагрузочная характеристика.

Реактивный треугольник показывает, что уменьшение напряжения при снятии нагрузочной характеристики происходит вследствие падения напряжения на индуктивном сопротивлении рассеяния Х_уа (катет АВ) и размагничивающего действия реакции статора (катет ВС).

Рисунок 7.7 - Нагрузочная характеристика и реактивный треугольник

Если известны катеты реактивного треугольника, то по характеристике холостого хода XXX можно построить нагрузочную характеристику, передвигая реактивный треугольник параллельно самому себе (треугольник А₁В₁С₁). Если имеются снятые опытным путем XXX и нагрузочная характеристика, можно определить Х_уа , зная продольную реакции статора (катет ВС в масштабе тока возбуждения).

(7.12)

Приближенно катеты реактивного треугольника определяются по спрямленной XXX так, как это показано на рисунке 7.7.

Рассмотренные характеристики дают возможность судить об основных электромагнитных показателях машины. Однако о КПД и распределении тепловых полей по ним судить нельзя.



Потери и КПД синхронного генератора

Преобразование энергии в синхронном генераторе происходит следующим образом.

К валу синхронного генератора от первичного двигателя подводится механическая мощность P₁. Часть этой мощности расходуется на механические потери Р_МЕХ в генераторе, на магнитные потери в стали статора Р_СТ, добавочные потери в стали статора и ротора Р_ДОБ. Остальная часть мощности преобразуется в электрическую мощность и передается магнитным полем в статор.

Полная электрическая мощность, получаемая в результате преобразования механической мощности, называется электромагнитной мощностью. Магнитные потери в сердечнике статора у генератора покрываются непосредственно за счет механической мощности со стороны вала и в электромагнитную мощность не входят.

Электромагнитная мощность трехфазного синхронного генератора равна:

, Вт (7.13)

Преобразование энергии в синхронном генераторе связано с потерями энергии. Все виды потерь в синхронной машине разделяются на основные и добавочные.

Основные потери в синхронном генераторе слагаются из электрических потерь в обмотке статора, потерь на возбуждение, магнитных потерь и механических потерь.

Электрические потери в обмотке статора:

, Вт (7.14)



где -- активное сопротивление одной фазы обмотки статора при расчетной рабочей температуре:

, Ом (7.15)

где -- активное сопротивление одной фазы обмотки статора при температуре Т₁ , отличающейся от расчетной рабочей; б=0,004.

Потери на возбуждение:

а) при возбуждении от отдельного возбудительного устройства:

, Вт (7.16)

где -- активное сопротивление обмотки возбуждения при расчетной рабочей температуре;

=2В -- падение напряжения в контакте щеток;

Сопротивление обмотки возбуждения без учета вытеснения тока определяют по формуле и приводят к расчетной температуре:

, Ом (7.17)

где -- активное сопротивление при температуре Т₁ , отличающейся от расчетной рабочей.

б) при возбуждении от генератора постоянного тока (возбуди теля), сочлененного с валом синхронной машины:

, Вт (7.18)



где - КПД возбудителя (=0,8-0,85).

Если обмотка возбуждения питается от собственного возбудителя, расположенного на валу приводного двигателя, то мощность, идущая на возбуждение генератора, а также на потери в возбудителе, следует прибавить к мощности P₁. При независимом возбуждении к P₁ прибавляется мощность, расходуемая в обмотке возбуждения генератора. Для схем с самовозбуждением мощность возбуждения вычитается из , так как на возбуждение машины расходуется часть электрической мощности.

Если возбуждение бесконтактное, эта составляющая потерь отсутствует

Магнитные потери в синхронном генераторе происходят в сердечнике статора, который подвержен перемагничиванию вращающимся магнитным полем. Эти потери состоят из потерь от гистерезиса и потерь от вихревых токов:

, Вт (7.19)

Механические потери (Вт), равные сумме потерь на трение в подшипниках и потерь на вентиляцию (при самовентиляции машины):

, Вт (7.20)

где -- окружная скорость на поверхности полюсного наконечника ротора, м/с;

-- конструктивная длина сердечника статора, мм.

Добавочные потери при нагрузке в синхронном генераторе определяют в процентах от полезной мощности генератора. Для синхронных машин мощностью до 1000кВт добавочные потери при нагрузке принимают равными 0,5%, а для машин мощностью более 1000кВт -- 0,25--0,4%.

Суммарные потери в синхронном генераторе

, Вт (7.21)

Оставшаяся мощность отдается генератором в сеть (активная мощность, отбираемая от генератора при его номинальной нагрузке).

Мощность Р₂ является полезной мощностью генератора:

(7.22)

Здесь U₁ и I₁ -- фазные значения напряжения и тока статора.

Коэффициент полезного действия для синхронного генератора:

, Вт (7.23)

КПД синхронного генератора зависит от величины нагрузки и от ее характера (cosц). Графики этой зависимости представлен на рисунке 7.8.

КПД синхронных машин мощностью до 100кВт составляет 80--90%, у более мощных машин КПД достигает 92--99%. Более высокие значения КПД относятся к турбо и гидрогенераторам мощностью в десятки и даже сотни тысяч киловатт.

Подводимая механическая мощность определяется по формуле:



(7.24)

Рисунок 7.8 - График зависимости КПД и cosц от величины нагрузки в.

Задание на выполнение лабораторной работы

Записать паспортные данные электрических машин и измерительных приборов.

Ознакомиться со схемой и порядком включения стенда.

Снять и построить характеристику холостого хода синхронного генератора. Определить коэффициент насыщения при номинальном значении тока возбуждения.

Снять и построить характеристику короткого замыкания синхронного генератора. По характеристике холостого хода и характеристике короткого замыкания определить опытным путем значение Е₀ и рассчитать значение индуктивного сопротивления обмотки статора Х. Определить отношение короткого замыкания синхронного генератора при Е₀=U_ном.

Снять и построить внешние характеристики синхронного генератора. Определить номинальное изменение напряжения синхронного генератора.

Снять и построить регулировочные характеристики синхронного генератора. Снять и построить нагрузочную характеристику синхронного генератора. Построить реактивный треугольник. Определить индуктивное сопротивление рассеяния Х_уа.

Рассчитать потери синхронного генератора при различны значениях тока нагрузки и построить график зависимости КПД от тока нагрузки. Определить потери и КПД синхронного генератора при номинальной нагрузке. Сделать обработку полученных данных. Провести анализ результатов лабораторной работы и составить подробный отчет.

При анализе результатов лабораторной работы следует сравнить полученную в лабораторной работе величину КПД синхронного генератора при номинальной нагрузке со значением КПД, указанным в паспорте машины.

Опыт холостого хода синхронного генератора

Изучить принципиальную схему стенда.

Для исследования синхронного генератора (машина М1) собрать схему, представленную на рисунке 7.9.

Опыт проводить в следующей последовательности:

- включить автоматический выключатель “СЕТЬ”;

- включить выключатель SA1;

- установить переключатель SА4 в положение “Включено”, подключив обмотку возбуждения машины М1 к источнику постоянного тока (ШИП3).

- включить ШИП3 выключатель SA24;

- с помощью регулятора “Задание тока” ШИП3 установить значение равное нулю (контролировать по прибору РА7);

- включить ШИП2 и установить с помощью регулятора “Задание тока” ток в обмотке возбуждения машины М3 равный 0,4А (контролировать по прибору РА6);

- включить режим работы ШИП1 “задание скорости” и “включить замкнутую СУ”;

- включить ШИП1

- с помощью регулятора “задание скорости” ШИП1 установить синхронную скорость вращения ротора машины М1 равную 104рад/с (контролировать по прибору BR1);

- с помощью регулятора “Задание тока” ШИП3 увеличивать значение тока возбуждения машины М1 до значения, при котором ЭДС холостого хода Е₀ = 1,3•U_н (контролировать по прибору РV1), а затем постепенно уменьшать ток возбуждения машины М1 до нуля (контролировать по прибору PA7).

- измерить ЭДС синхронного генератора (машины М1) при разных зачтениях тока возбуждения машины М1 (при намагничивании и размагничивании);

- данные занести в таблицу 7.1.

Таблица 7.1 - Данные опыта холостого хода

	Намагничивание	Размагничивание
№	Iв А	Eо,В	I*в	Е*о	Iв,А	Ео,В	I*в	Е*о
1
2
3
4
5

Завершив эксперимент, необходимо:

- с помощью регулятора “задание скорости” ШИП1 установить скорость вращения ротора машины М1 равную нулю (контролировать по прибору BR1);

- выключить ШИП1;

- установить с помощью регулятора “Задание тока” ток в обмотке возбуждения машины М3 равный нулю (контролировать по прибору РА6);

- выключить ШИП2;

- выключить выключатель SA1;

- выключить выключатель “СЕТЬ”.

По результатам измерений и вычислений построить характеристики холостого хода.

Снятые показания приборов при увеличении тока возбуждения (при намагничивании), соответствуют восходящей ветви характеристики холостого хода, а при уменьшении тока возбуждения (при размагничивании) - нисходящей ветви.

Характеристика холостого хода представляет собой зависимость ЭДС генератора в режиме холостого хода Е₀ от тока возбуждения I_в при номинальной скорости вращения n₂=n₁.

Характеристику холостого хода принято строить в относительных единицах:

, (7.25)

где ,

За характеристику холостого хода принимают среднюю линию, проведенную между восходящей и нисходящей ветвями характеристики.

ВНИМАНИЕ! При снятии данных восходящей ветви характеристики холостого хода необходимо, чтобы изменение тока возбуждения происходило только в направлении нарастания, при снятии данных нисходящей ветви -- только в направлении убывания. Для сравнения характеристики холостого хода, полученной опытным путем, с нормальной характеристикой холостого хода синхронной машины следует строить обе характеристики в одних координатных осях.



Рис.7.9.

Опыт короткого замыкания синхронного генератора

Опыт проводить по схеме (рисунок 7.10) в следующей последовательности:

- включить автоматический выключатель “СЕТЬ”;

- включить выключатель SA1;

- установить переключатель SА4 в положение “Включено” и подключить обмотку возбуждения машины М1 к источнику постоянного тока (ШИП3).

- с помощью регулятора “Задание тока” ШИП3 установить значение равное нулю (контролировать по прибору РА7);

- включить ШИП3

- включить ШИП2 и установить с помощью регулятора “Задание тока” ток в обмотке возбуждения машины М3 равный 0,4А (контролировать по прибору РА6);

- включить режим работы ШИП1 “задание скорости” и “включить замкнутую СУ”;

- включить ШИП1

- с помощью регулятора “задание скорости” ШИП1 установить синхронную скорость вращения ротора машины М1 равную 104рад/с (контролировать по прибору BR1);

- с помощью регулятора “Задание тока” ШИП3 увеличивать значение тока возбуждения машины М1 до значения, при котором ток статора достигнет значения 1,25•Iном (контролировать по прибору РА7);

- через приблизительно одинаковые интервалы тока возбуждения (контролировать по прибору РА7) измеряют ток статора (контролировать по прибору РА1). При этом одно измерение должно соответствовать току I_1к=I_1ном;

- данные занести в таблицу 7.2.

Таблица 7.2 - Данные опыта короткого замыкания

№	Iв ,А	I1к ,А	I*в	I1к*
1
2
3
4
5

Завершив эксперимент, необходимо:

- с помощью регулятора “задание скорости” ШИП1 установить скорость вращения ротора машины М1 равную нулю (контролировать по прибору BR1);

- выключить ШИП1;

- установить с помощью регулятора “Задание тока” ток в обмотке возбуждения машины М3 равный нулю (контролировать по прибору РА6);

- выключить ШИП2;

- выключить выключатель SA1;

- выключить выключатель “СЕТЬ”.

По результатам измерений построить характеристику короткого замыкания.

По характеристике холостого хода и характеристике короткого замыкания определить (отношение короткого замыкания) и значение индуктивного сопротивления обмотки статора Х.

ВНИМАНИЕ!

Ток статора не должен превысить 1,5•I_н исследуемого синхронного генератора.

Продолжительность каждого отсчёта не должна превышать 10 с.

Опыт требует хорошей организации и слаженной работы бригады студентов. На каждого наблюдателя возлагается наблюдение за одним - двумя приборами в момент отсчёта (времени включения).

Рис.7.10.

Исследование внешних характеристик синхронного генератора

Для исследования внешних характеристик синхронного генератора (машина М1) собрать схему, представленную на рисунке 7.11.

Опыт проводить в следующей последовательности:

- включить автоматический выключатель “СЕТЬ”;

- включить выключатель SA1;

- установить переключатель SА4 в положение “Включено” и подключить обмотку возбуждения машины М1 к источнику постоянного тока (ШИП3).

- с помощью регулятора “Задание тока” ШИП3 установить значение равное нулю (контролировать по прибору РА7);

- включить ШИП2 и установить с помощью регулятора “Задание тока” ток в обмотке возбуждения машины М3 равный 0,4А (контролировать по прибору РА6);

- включить режим работы ШИП1 “задание скорости” и “включить замкнутую СУ”;

- включить ШИП1

- с помощью регулятора “задание скорости” ШИП1 установить синхронную скорость вращения ротора машины М1 равную 104рад/с (контролировать по прибору BR1);

- с помощью регулятора “Задание тока” ШИП3 увеличить значение тока возбуждения машины М1 до значения, при котором ЭДС холостого хода Е₀=U_ном (контролировать по прибору PV1);

- с помощью переключателя изменять величину активной нагрузки и измерять ток (контролировать по прибору PА1) и напряжение синхронного генератора (машины М1) (контролировать по прибору PV1);

- с помощью переключателя изменять величину индуктивной нагрузки и измерять ток (контролировать по прибору PА1) и напряжение синхронного генератора (машины М1) (контролировать по прибору PV1);

- с помощью переключателя изменять величину емкостной нагрузки и измерять ток (контролировать по прибору PА1) и напряжение синхронного генератора (машины М1) (контролировать по прибору PV1);

- данные занести в таблицу 7.3.



Таблица 7.3 - Данные опыта внешних характеристик

	Активная	Индуктивная	Емкостная
№	I1 ,А	U ,В	Р2,Вт	I1 ,А	U ,В	Р2,Вт	I1 ,А	U ,В	Р2,Вт
1
2
3
4
5

Завершив эксперимент, необходимо:

- с помощью регулятора “задание скорости” ШИП1 установить скорость вращения ротора машины М1 равную нулю (контролировать по прибору BR1);

- выключить ШИП1;

- установить с помощью регулятора “Задание тока” ток в обмотке возбуждения машины М3 равный нулю (контролировать по прибору РА6);

- выключить ШИП2;

- выключить выключатель SA1;

- выключить выключатель “СЕТЬ”.

По результатам измерений построить внешние характеристики синхронного генератора.

По внешним характеристикам определить номинальное изменение напряжения синхронного генератора в % по формуле (7.11).

синхронный генератор ток нагрузка



Рис.7.11.

Исследование регулировочных характеристик синхронного генератора

Для исследования регулировочных характеристик синхронного генератора собрать схему, представленную на рисунке 7.11.

Опыт проводить в следующей последовательности:

- включить автоматический выключатель “СЕТЬ”;

- включить выключатель SA1;

- установить переключатель SА4 в положение “Включено” и подключить обмотку возбуждения машины М1 к источнику постоянного тока (ШИП3).

- с помощью регулятора “Задание тока” ШИП3 установить значение равное нулю (контролировать по прибору РА7);

- включить ШИП2 и установить с помощью регулятора “Задание тока” ток в обмотке возбуждения машины М3 равный 0,4А (контролировать по прибору РА6);

- включить режим работы ШИП1 “задание скорости” и “включить замкнутую СУ”;

- включить ШИП1

- с помощью регулятора “задание скорости” ШИП1 установить синхронную скорость вращения ротора машины М1 равную 104рад/с (контролировать по прибору BR1);

- с помощью регулятора “Задание тока” ШИП3 увеличить значение тока возбуждения машины М1 до значения, при котором ЭДС холостого хода Е₀=U_ном (контролировать по прибору PV1);

- с помощью переключателя изменять величину активной нагрузки синхронного генератора (машины М1);

- с помощью регулятора “Задание тока” ШИП3 изменять значение тока возбуждения машины М1 так, чтобы напряжение на выходе генератора в течение опыта оставалось неизменным и равным номинальному U₁=U_ном (контролировать по прибору PV1);

- измерить ток нагрузки (контролировать по прибору PА1)и ток возбуждения синхронного генератора (контролировать по прибору PА7);

- с помощью переключателя изменять величину индуктивной нагрузки синхронного генератора (машины М1);

- с помощью регулятора “Задание тока” ШИП3 изменять значение тока возбуждения машины М1 так, чтобы напряжение на выходе генератора в течение опыта оставалось неизменным и равным номинальному U₁=U_ном (контролировать по прибору PV1);

- измерить ток нагрузки (контролировать по прибору PА1)и ток возбуждения синхронного генератора (контролировать по прибору PА7);

- с помощью переключателя изменять величину емкостной нагрузки синхронного генератора (машины М1);

- с помощью регулятора “Задание тока” ШИП3 изменять значение тока возбуждения машины М1 так, чтобы напряжение на выходе генератора в течение опыта оставалось неизменным и равным номинальному U₁=U_ном (контролировать по прибору PV1);

- измерить ток нагрузки (контролировать по прибору PА1)и ток возбуждения синхронного генератора (контролировать по прибору PА7);

- данные занести в таблицу 7.4.

Таблица 7.4 - Данные опыта регулировочных характеристик

	Активная	Индуктивная	Емкостная
№	I1 ,А	IВ ,А	I1 ,А	IВ ,А	I1 ,А	IВ ,А
1
2
3
4
5

Завершив эксперимент, необходимо:

- с помощью регулятора “задание скорости” ШИП1 установить скорость вращения ротора машины М1 равную нулю (контролировать по прибору BR1);

- выключить ШИП1;

- установить с помощью регулятора “Задание тока” ток в обмотке возбуждения машины М3 равный нулю (контролировать по прибору РА6);

- выключить ШИП2;

- выключить выключатель SA1;

- выключить выключатель “СЕТЬ”.

По результатам измерений построить регулировочные характеристики.

По регулировочным характеристикам определяют номинальное изменение тока возбуждения в % :

%, (7.26)

где и - значения токов возбуждения, соответствующие номинальному напряжению генератора U_ном при номинальной нагрузке и в режиме холостого хода соответственно.

Исследование индукционной нагрузочной характеристики синхронного генератора

Опыт проводить по схеме (рисунок 7.11) в следующей последовательности:

- включить автоматический выключатель “СЕТЬ”;

- включить выключатель SA1;

- установить переключатель SА4 в положение “Включено” и подключить обмотку возбуждения машины М1 к источнику постоянного тока (ШИП3).

- с помощью регулятора “Задание тока” ШИП3 установить значение равное нулю (контролировать по прибору РА7);

- включить ШИП2 и установить с помощью регулятора “Задание тока” ток в обмотке возбуждения машины М3 равный 0,4А (контролировать по прибору РА6);

- включить режим работы ШИП1 “задание скорости” и “включить замкнутую СУ”;

- включить ШИП1

- с помощью регулятора “задание скорости” ШИП1 установить синхронную скорость вращения ротора машины М1 равную 104рад/с (контролировать по прибору BR1);

- с помощью регулятора “Задание тока” ШИП3 увеличить значение тока возбуждения машины М1 до значения, при котором ЭДС холостого хода U1=Uном (контролировать по прибору PV1);

- с помощью индуктивной нагрузки нагрузить генератор (машину М1) до значения, при котором ток статора станет равным I₁=0,5•I_ном (контролировать по прибору PА1);

- затем постепенно уменьшать ток возбуждения генератора (машины М1) до нуля, поддерживая постоянным с помощью индуктивной нагрузки ток статора равным I₁=0,5•I_ном (контролировать по прибору PА1);

- измерить напряжение генератора (машины М1) (контролировать по прибору PV1) при разных значениях тока возбуждения (контролировать по прибору РА7);

- данные занести в таблицу 7.5.

Таблица 7.5 - Данные опыта индукционной нагрузочной характеристики

№	1	2	3	4	5
Iв, А
U, В

Завершив эксперимент, необходимо:

- с помощью регулятора “задание скорости” ШИП1 установить скорость вращения ротора машины М1 равную нулю (контролировать по прибору BR1);

- выключить ШИП1;

- установить с помощью регулятора “Задание тока” ток в обмотке возбуждения машины М3 равный нулю (контролировать по прибору РА6);

- выключить ШИП2;

- выключить выключатель SA1;

- выключить выключатель “СЕТЬ”.

По результатам измерений построить индукционную нагрузочную характеристику и реактивный треугольник. Определить по формуле (7.12) индуктивное сопротивление рассеяния Х_уа.

Контрольные вопросы

Какие существуют способы возбуждения синхронных машин?

Объясните назначение тиристорного преобразователя в системе самовозбуждения синхронного генератора.

Объясните устройство явнополюсных и неявнополюсных роторов

Объясните устройство синхронного генератора.

Какие применяются способы крепления полюсов в явнополюсных синхронных машинах?

Чем обеспечивается неравномерный воздушный зазор в синхронных машинах?

Из каких участков состоит магнитная цепь явнополюсной синхронной машины?

В чем состоит явление реакции статора?

Каково действие реакции статора синхронного генератора при активной, индуктивной и емкостной нагрузках?

Почему характеристика короткого замыкания синхронной машины имеет вид прямой линии?

Что такое ОКЗ и как влияет этот параметр на свойства синхронного генератора?

Что такое номинальное изменение напряжения при сбросе нагрузки и почему при емкостной нагрузке его величина отрицательна?

Какие виды потерь имеют место в синхронной машине?

Можно ли регулировать напряжение синхронного генератора изменением скорости вращения ротора?

Почему характеристики холостого хода синхронного генератора при намагничивании и размагничивании не совпадают?

Почему внешние и регулировочные характеристики синхронного генератора, снятые при разных видах нагрузки, не совпадают?

Размещено на Allbest.ru