Порядок виконання роботи. 1. Вивчити конструкцію синхронної машини

1. Вивчити конструкцію синхронної машини. Синхронні генератори мають нерухомий якір і рухому систему збудження (індуктор). Обмотки якоря з’єднані в “зірку” з нульовим проводом. Обмотка збудження живиться постійним струмом від перетворювача, що складається з індукційного регулятора і випрямляча. Регулювання струму збудження здійснюється зміною напруги, що подається на випрямляч.

Генератор обертають асинхронним двигуном, або двигуном постійного струму паралельного збудження. У якості навантаження генератора використовуються активний та індуктивний опори.

2. Зібрати схему включення машини для дослідження характеристик синхронного генератора (рисунок 1.1).

а) б)

Рисунок 1.1 – Схема установки для проведення дослідів: а) робота на активне навантаження (); б) робота на індуктивне навантаження ().

Обмотка якоря синхронного генератора приєднується до затискачів А_Г, В_Г, С_Г комплекта вимірювальних приладів К-50. У досліді холостого ходу до затискачів А_Н, В_Н, С_Н навантаження не приєднувати. Для вимірювання струму і напруги в колі якоря синхронного генератора перемикачі границь вимірювання К-50 повинні бути встановлені у положення, що відповідають паспортним даним машини.

Активний R_НВ і індуктивний X_НВ опори навантаження приєднуються до затискачів А_Н, В_Н, С_Н комплекта вимірювальних приладів К-50 для зняття зовнішніх і регулювальних характеристик. Активний опір становить собою трифазний реостат, індуктивний опір становить автотрансформатор РНТ-220-6.

3. Зняти характеристики

3.1. Характеристика холостого ходу

Включити приводний двигун М, встановити струм збудження при якому електрорушійна сила генератора (ЕРС) буде дорівнювати В. Записати струм збудження і ЕРС у табл. 1.1. Для отримання наступних точок характеристики необхідно знижувати струм збудження із шагом 1 А і записувати отримане значення струму збудження і відповідне йому значення електрорушійної сили. Залишкову ЕРС при (точка 2 ^/ на рис. 1.2), наведену залишковим магнітним потоком, вимірювати вольтметром електромагнітної системи з діапазоном вимірювання (0-30) В.

Таблиця 1.1 – До побудови характеристики холостого ходу

(дослід), А
, В
= (дослід) + , А

2

2^/

, В

, А

Рисунок 1.2 – Характеристики синхронного генератора: 1 – дослідна холостого ходу; 2 – індукційна навантажувальна

3.2. Індукційна навантажувальна характеристика (крива 2 на рис. 1.2)

Ця характеристика не зв’язана з будь-яким експлуатаційним режимом роботи синхронного генератора. Вона використовується для визначення розрахункового індуктивного опору Потьє ().

Характеристику знімати у наступній послідовності:

синхронний генератор обертати приводним двигуном із номінальною частотою обертання; на обмотці якоря синхронного генератора зміною струму збудження встановити напругу В і ввести індуктивний опір (використавши вторинну обмотку автотрансформатора (АТ) (затискачі А₁, В₁, С₁).

УВАГА!!! При подачі напруги на АТ рукоятка регулювання напруги АТ повинна бути встановлена у положення, при якому струм генератора при вмиканні останнього, буде найменшим, тобто повинні бути введені всі витки АТ, для чого рукоятку АТ повернути по зазначеній стрілці до упору.

Після подачі напруги на АТ встановити рукояткою АТ струм якоря синхронного генератора рівним 5 А. Записати значення і у табл. 1.2. Для отримання наступних точок характеристики необхідно знижувати , підтримуючі автотрансформатором струм навантаження на попередньому рівні. Записати значення і у табл. 1.2. Дослід проводити, доки значення напруги на затискачах якоря синхронного генератора стане дорівнювати нулю при струмі у обмотці якоря на попередньому рівні.

Таблиця 1.2 – До побудови індукційної навантажувальної характеристики при А

, В
, А

3.3. Зовнішня характеристика

Зовнішня характеристика показує, як змінюється напруга на затискачах генератора із зміною струму навантаження при постійному значенні струму збудження.

В умовах лабораторії дослід виконувати у наступній послідовності.

1. Зібрати схему (рис. 1.1 а);

2. Увімкнути приводний двигун і обертати індуктор генератора з номінальною частотою обертання;

3. Зміною струму збудження встановити напругу якоря В при струмі навантаження рівному нулю. Записати значення напруги і струму навантаження у табл. 1.3, це буде перша точка характеристики;

4. Для отримання наступних точок характеристики при попередньому значенні струму збудження зменшувати опір трифазного реостата, що приведе до зростання струму якоря (струму навантаження) і зменшення напруги. Струм і напругу записати у табл. 1.3. Таким чином записати 4–5 точок при зростанні навантаження та на їх основі побудувати залежність .

Таблиця 1.3 – До побудови зовнішніх характеристик

При зростанні навантаження	При зменшуванні навантаження
, В
, А

Для отримання першої точки зовнішньої характеристики при скиданні (зменшуванні) навантаження врахувати, що кінцевий результат попереднього досліду при зростанні навантаження є першою точкою залежності при скиданні навантаження. Потім при попередньому значенні струму збудження знижати струм навантаження і записати 4–5 точок у табл. 1.3.

Характер залежності при наведений на рис. 1.3.

   

, В  

, А    

   

Рисунок 1.3 – Зовнішні характеристики при : 1 – при зростанні навантаження; 2 – при скиданні навантаження

При зростанні навантаження (крива 1) напруга на затискачах генератора знижується внаслідок зміни напруги в активному і індуктивному опорах обмотки якоря і під впливом розмагничувальної дії реакції якоря.

При зменшенні навантаження (крива 2) напруга генератора зростає менше внаслідок насичення магнітного кола.

3.4. Регулювальна характеристика

Регулювальна характеристика показує, як необхідно змінювати струм збудження генератора , щоб при зміні навантаження напруга на затискачах була постійною .

Характеристику при знімати у наступній послідовності: генератор обертати приводним двигуном, при струмом збудження установити напругу на затискачах генератора В. Записати , і у табл. 1.4. Для отримання наступних точок характеристики зменшити опір навантаження (рис. 1.1-а), при цьому струм зростає, напруга зменшиться. Струмом встановити попереднє значення . Записати і у табл. 1.4. Таким чином зняти 4–5 точок характеристики. Побудувати характеристику, вигляд якої показано на рис. 1.4.

Таблиця 1.4 – До побудови регулювальних характеристик

Напруга на затискачах генератора
Навантаження при
, А
, А

, А      

, А    

   

   

Рисунок 1.4 – Регулювальна характеристика при активному струмі навантаження

3.5. Характеристики короткого замикання

Характеристика короткого замикання показує, як змінюється струм якоря синхронного генератора від струму збудження при різних видах короткого замикання (трьох-, двох-, однофазного).

Трифазне коротке замикання. Після досліду зняття регулювальної характеристики встановити , відключити приводний двигун від мережі. Вихідні затискачі комплекта вимірювальних приладів К-50 – А_Н, В_Н, С_Н замкнути накоротко (рис.1.5 а); перемикачі границь вимірювання К-50 повинні бути встановлені у положення відповідно номінальним даним генератора.

Зібравши схему рис. 1.5 а, включити приводний двигун і записати струм , який буде визначатись величиною залишкового магнітного потоку, у табл. 1.5. Потім повільно збільшувати до значення А і записати і у табл. 1.5. Після цього струм збудження встановити рівним нулю, відключити приводний двигун.

По двом точкам, одержаним у досліді, побудувати характеристику трифазного короткого замикання . Вид характеристики наведений на рис. 1.6. (характеристика 3).

Двофазне коротке замикання. Зібрати схему рис. 1.5 б, рукоятку перемикача фаз поставити у положення фази “А” або “В”. Виконання досліду: включити приводний двигун і при записати значення у табл. 1.5. Для отримання наступної точки характеристики повільно збільшувати до величини, при якій струм , записати і у табл. 1.5.

Після цього струм збудження встановити рівним нулю, відключити привідний двигун.

По даним досліду побудувати залежність , (див. рис. 1.6, характеристика 2).

Однофазне коротке замикання. Зібрати схему рис. 1.5 в, рукоятку перемикача фаз поставити у положення фази “А”. Послідовність досліду: включити приводний двигун і записати показання амперметра К-50 у табл. 1.5. Для отримання наступної точки характеристики повільно збільшити до величини, при якій , і записати і у табл. 1.5. Побудувати , (рис. 1.6, характеристика 3).

а) б) в)

Рисунок 1.5 – Схеми для досліду короткого замикання: а) трифазне к.з.; б) двофазне к.з.; в) однофазне к.з.

Таблиця 1.5 – До побудови характеристик короткого замикання

а) трифазне к.з.	б) двофазне к.з.	в) однофазне к.з.
, А			, А			, А
, А			, А			, А

, А    

, А

Рисунок 1.6 – Характеристики короткого замикання: 3 - трифазного к.з.; 2 - двофазного к.з.; 1 - однофазного к.з.

При одному і тому ж при різних видах к.з. значення струмів у обмотці якоря різне: . Це пояснюється різною розмагнічувальною дією реакції якоря.

При одному і тому ж значенні струму короткого замикання значення струмів прямої послідовності, в залежності від виду к.з., дорівнюються [3]:

- при трифазному короткому замиканні ;

- при двофазному короткому замиканні ;

- при однофазному короткому замиканні .

Оскільки розмагничуювальна дія реакції якоря створюється тільки струмами прямої послідовності, то струм збудження при однофазному короткому замиканні буде найменшим, а при трифазному короткому замиканні – найбільшим.

4. Обробка і аналіз експериментальних даних

В теорії усталених і, в особливості, перехідних процесів роботи синхронної машини широко користуються відносними одиницями. При цьому за базисні величини струму, напруги, опору і індуктивності кола якоря приймаються їх номінальні фазні значення , , , .

Відносні значення опорів , , і індуктивності кола якоря:

; ; ; .

Діючі значення струму і напруги якоря у відносних одиницях:

, .

Якщо характеристики холостого ходу різних синхронних генераторів зображати в відносних одиницях, враховуючи, що:

; ,

де – струм збудження при , то вони будуть мало відрізнятися одна від одної, тому при розрахунках різних режимів роботи енергосистем, в яких працює багато генераторів, для спрощення розрахунків приймається, що характерстики ХХ всіх турбо- і гідрогенераторів, що виражені в відносних одиницях, однакові і відповідають середнім даним дійсних характеристик генераторів. Такі характеристики називаються нормальними.

Подалі символ відносної величини (*) опустимо.

4.1. Обробка даних досліду холостого ходу і побудова розрахункової характеристики

Дані табл. 1.1 порахувати у системі відносних одиниць.

За базисні величини напруги якоря і струму збудження прийняти значення В і , який забеспечує по характеристиці холостого ходу .

За результатами розрахунків побудувати дослідну характеристику холостого ходу (рис. 1.7, крива 1). Для отримання розрахункової характеристики холостого ходу (рис. 1.7, крива 2) необхідно зсунути дослідну характеристику на величину , значення отримують графічно або аналітично екстраполяцією характеристики 1 до перетину з віссю абсцис.

Рисунок 1.7 – Характеристика холостого ходу: 1 – дослідна; 2 – розрахункова; 3 – спрямлена, ненасичена

Побудовану характеристику холостого ходу (крива 2), порівняти з графіком нормальної характеристики холостого ходу, що будується за даними табл. 1.6.

Таблиця 1.6 – Нормальна характеристика холостого ходу

, в.о.		0,53	1,0	1,23	1,3	1,4	1,46	1,51
, в.о.		0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5

4.2 Обробка даних досліду індукційної навантажувальної характеристики і визначення характеристик синхронного генератора

4.2.1 Визначення опіру розсіювання

За даними табл. 1.2 побудувати у відносних одиницях характеристику в одній системі координат з характеристикою холостого ходу (рис. 1.8).

О₁

В₁

С₁

А₁

А

В

О

С

С^/

О^/

А^/

,

, А

Рисунок 1.8 – До побудови реактивного трикутника і визначення опору розсіювання: 1 – розрахункова (нормальна) характеристика холдостого ходу; 2 – індукційна навантажувальна характеристика

По характеристикам і будуємо реактивний трикутник АВС. Для чого на залежності беремо точку С і проводимо пряму паралельно вісі абсцис, відкладаємо відрізок О`С=ОС<sub>1</sub>. Через точку О` проводимо пряму паралельно прямолінійній частині характеристики до перетину з нею у точці А. Опускаємо перпендикуляр із точки А на відрізок О`С, отримаємо точку В. З`єднав точки АВС, отримаємо реактивний трикутник у якому катет АВ рівний падінню напруги в опорі розсіювання якоря (), а катет ВС дорівнює магніторушійній силі реакції якоря у масштабі струму збудження, в якому побудовані характеристика холостого ходу і індукційна навантажувальна характеристика (рис. 1.8).

Опір розсіювання визначається за формулою:

, в.о.

де – значення струму якоря, при якому досліджувалась характеристика 2, у відносних одиницях.

Якщо відомі катети реактивного трикутника, то за допомогою характеристики холостого ходу і трикутника можна побудувати індуктивну навантажувальну характеристику 2, зсовуючи реактивний трикутник паралельно самому собі. Вершина С ^/ ₁ трикутника опише навантажувальну характеристику.

4.2.2 Визначення індуктивного опору Потьє

Досліди показують, що індукційна навантажувальна характеристика у дійсності не зовсім збігає з характеристикою 2 (рис. 1.8), побудованою вище зазначеним способом, а відхиляється від неї вправо, тим більше, чим більше струм (штрихова крива на рис. 1.8). При зростанні струму потік розсіювання обмотки збудження зростає, зростає насичення полюсів і ярма індуктора. Тому, замість відрізка ВС=В₁С₁ у дійсності відкладають відрізок С ^/ B ^/ =С₁В₁ і знаходять відрізок А ^/ B ^/ `>АВ. Внаслідок чого замість отримаємо опір, який називається індуктивним опором Потьє.

Опір використовується для більш точного розрахунку і побудов векторних діаграм напруг.

4.2.3 Визначення коефіцієнта насичення

Визначення коефіцієнта насичення і його залежності від струму виконується за допомогою характеристики холостого ходу, рис. 1.9.

Для ненасиченої машини коефіцієнт насичення .

З зростанням насичення магнітного кола зростає, зростає і коефіцієнт насичення. Коефіцієнт насичення відповідно з рис. 1.9 розраховується таким чином: для точки А ^/

.

Для будь якій іншій точки характеристики холостого ходу коефіцієнт насичення буде визначатись відношенням струму збудження, який забезпечує відповідну ЕРС по нормальній характеристиці, до струму збудження, який создає ту ж ЕРС по спрямованій ненасиченої характеристики. Крива зображена на рис. 1.9 (крива 4).

4.2.4 Визначення насичених і ненасичених синхронних індуктивних опорів ,

По характеристикам холостого ходу і трифазного короткого замикання визначаються значення насичених і ненасичених опорів синхронної машини.

Відповідно з рис. 1.9 для будь-якій точки характеристики холостого ходу:

– ненасичене значення ,

– насичене значення .

Порахувавши 5-6 значень при різних по величині струмів збудження, побудувати залежність .

I_кз

Рисунок 1.9 – Характеристики: 1 – холостого ходу; 2 – трифазного короткого замикання; 3 – ненасиченої спрямленої характеристики холостого ходу; 4 – зміни коефіцієнта насичення; 5 – зміни синхронного індуктивного опору

---

Дата добавления: 2015-10-24