Исследование трехфазного синхронного генератора

Схема соединений. На рис.36 представлена схема соединений синхронного генератора. Для привода генератора применен двигатель постоянного тока параллель­ного возбуждения. Свойства этого двигателя позволяют путем изме­нения тока в обмотке возбуждения ОВ с помощью регулировочного реостата r_рг изменять частоту вращения так, чтобы она при любой нагрузке генератора оставалась равной синхронной частоте вращения

Пуск двигателя выполняется следующим образом: поставить рукоятку пускового реостата ПР в положение «Пуск», а движок регулировочного реостата г_рг в положение, соответствующее минимальному сопротивлению; затем включить рубильник Р1 и рычаг ПР медленно перевести в положение «Работа». Затем движок реостата г_рг поставить в положение, соответствующее синхронной частоте вращения. После включения цепи возбуждения генератора рубильником Р2 контроль за частотой вращения удобно вести по показанию частотомеpa Hz, показание которого не должно отличаться от номинальной частоты тока в обмотке статора, например 50 Гц.

Для остановки двигателя необходимо разомкнуть рубильник Р1 и поставить рычаг ПР в положение «Пуск».

После сборки схемы (рис.36) и проверки ее руководителем выполняют пробный пуск генератора. Для этого пускают приводной двигатель и, замкнув рубильник Р2, постепенно увеличивают ток в обмотке возбуждения генератора I_в, наблюдая за показаниями вольтметра V и частотомера Hz. Затем, увеличивая сопротивление реостата r_рг в цепи возбуждения приводного двигателя, устанавливают синхронную частоту вращения. После этого, регулируя величину тока возбуждения генератора I_в, потенциометром R_п устанавливают на выходе генератора номинальное напряжение U_1ном.

Характеристика холостого хода. Эта характеристика представляет собой зависимость ЭДС генератора в режиме х-х. Е_о от тока возбуждения I_в при номинальной частоте вращения n₂ =n₁. Характеристику х. х. принято строить в относительных величинах ЭДС Е₀ и. тока возбуждения I_в : E₀ = f(I_в), где Е_о =Е₀: U_1ном и I_в = I_в/ I_в0ном. За базовые величины при определении относительных значении ЭДС и тока возбуждения принимают соответственно поминальное значение напряжения на выходе генератора U_1ном и ток возбуждения U_в0ном, соответствующий ЭДС х. х., рав­ной номинальному напряжению генератора U_1ном.

После пуска приводного двигателя и установки номинальной частоты вращения доводят величину тока возбуждения генератора I_в до значения, при котором ЭДС х. х. Е₀ = 1,3 U_1ном, а затем по­степенно уменьшают ток возбуждения до нуля. При этом через приб­лизительно одинаковые интервалы ЭДС Е₀ снимают показания при­боров (амперметра А2 и вольтметра V) и заносят их в табл. 11.1,

Таблица 11.1

Показания приборов, снятые при увеличении тока возбуждения (при намагничивании), соответствуют восходящей ветви характерис­тики х. х., а показания, снятые при уменьшении тока возбуждения (при размагничивании), — нисходящей ветви этой характеристики. За характеристику х. х. принимают среднюю линию, проведенную между восходящей и нисходящей ветвями. При снятии данных восходящей ветви характеристики х. х. необходимо, чтобы изменение тока возбуждения I_в происходило только в направлении нарастания, при снятии данных нисходящей ветви — только в направлении убывания. Для сравнения характеристики х. х. полученной опытным путем, с нормальной характеристикой х. х. синхронной машины следует обе характеристики строить в одних осях координат.

Ниже приведены данные нормальной характеристики х. х. синхронной машины:

I_в .... 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

Е_о .... 0,58 1,0 1,21 1,33 1,10 1,46 1,51

Внешняя характеристика — это зависимость напряжения на выходе генератора U₁ от тока нагрузки I₁ при неизменных частоте вращения (п₂ = п₁), токе возбуждения I_в =соnst и коэффициенте мощности cosφ₁ = const.

Опыт проводят следующим образом. Включают приводной двигатель, устанавливают синхронную частоту вращения п₂ = п₁ и поддерживают ее неизменной в течение всего опыта. Затем подключают активную нагрузку (включением рубильника РЗ) и регулируют сопротивление нагрузки R_н и величину тока возбуждения таким образом, чтобы при номинальном напряжении (U₁ = U_1ном ) ток нагрузки генератора был номинальным (1₁ = I_1ном). Потом постепенно разгружают генератор до х. х. (I₁ = 0) и получают данные внешней характеристики при активной нагрузке (cosφ₁ = 1). После этого опыт повторяют при активно-индуктивной нагрузке (РЗ разомкнут, Р4 замкнут). Показания амперметра А1 и вольтметра V заносят в табл. 11.2 и строят две внешние характеристики генератора в одних осях коор­динат.

Таблица 11.2

Таблица 11.3

При cosφ₁ = 1 и cosφ₁ < 1 номинальное изменение напряжения генератора (%) при сбросе нагрузки

ΔU_ном = (11.1)

где U_o = E₀ — напряжение генератора в режиме х. х., В.

Регулировочная характеристика — это за­висимость тока возбуждения генератора I_в от тока нагрузки I₁ ПРИ неизменных частоте вращении п₂ = п₁ и напряжении U₁ = U_1ном

Генератор постепенно нагружают на активную нагрузку (РЗ зам­кнут) и регулируют ток возбуждения I_в таким образом, чтобы напряжение на выходе генератора в течение всего опыта оставалось неиз­менным и равным номинальному. При этом через приблизительно одинаковые интервалы тока нагрузки (амперметр А1) измеряют ток возбуждения генератора (амперметр А2). Показания приборов занося в табл. 11.3. Опыт повторяют при активно-индуктиивной нагрузке (РЗ отключен, Р4 включен).

По регулировочным характеристикам определяют номинальное изменение тока возбуждения (%)

ΔI_в.ном. = (11.2)

где I_в.ном и I_в0ном — значения токов возбуждения, соответствующие номинальному напряжению генератора U_1ном при номинальной грузке и в режиме х. х. соответственно, А.

Характеристика короткого замыкания— зависимость тока статора при опыте к. з. I_1к и от тока возбуждения I_в при неизменной частоте вращения п₂ — п₁ Характеристику к. з. принято строить в относительных единицах: I_1к = f(I_в), где I_1к/I_1ном, а I_в = I_в/I_вном.

Собирают схему опыта трехфазного к з. синхронного генератора (рис 37) и после проверки ее руководителем включают приводной двигатель при отключенном возбуждения генератора (Р2 разомкнут). Установив номинальную частоту вращения (п₂ = п₁) и поддерживая ее в течение всего опыта неизменной, включают рубильник Р2 и потенциометром R_п постепенно увеличивают ток возбуждения генератора до значения, при котором ток к. з. I_1к = 1,2 I_1ном. При этом через приблизи­тельно одинаковые интервалы тока I_1к (амперметр А1) измеряют ток возбуждения I_в (амперметр А2). Одно измерение должно соответство­вать току I_1к = I_1ном . Показания приборов заносят в таблицу;

Рис. 11.2. Схема включения трех­фазного синхронного генератора при опыте трехфазного к. з.

Затем показания приборов пересчитывают на относительные значения и строят характеристику к. з.

Отношение короткого замыкания

ОКЗ = I_{в о ном} /I_в.к.ном (11.3)

Где I_в.к.ном — ток возбуждения генератора при опыте к. з., соответствующий номинальному току статора (I_1к = I_1ном), А.

Для явнополюсных синхронных машин ОКЗ = 0,9 ÷ 1,9.

Анализ результатов лабораторной работы. Анализируя результаты лабораторной работы, дают, заключение о соответствии характеристик генератора, полученных опытным путем, типовым характеристикам, приведенным в учебнике. При этом объясняют физические процессы, обуславливающие форму того или иного графика. Например, объясняют, почему характеристика х. х. имеет криволинейный вид, а ее ветви при намагничивании и размагничивании не совпадают. При сравнении опытной характеристики х. х. с нормальной следует дать количественную оценку расхождению этих характеристик, рассчитав наибольшую величину этого расхождения (%):

Е_{0 наиб} = (Е_{0 оп} – Е_{0 нор}) 100, (11.4)

где Е_{0 оп} и Е_{0 нор} — относительные значения напряжений х. х., взятых по опытной и нормальной характеристикам х. х. соответственно при токе возбуждения I_в, соответствующем наибольшему расхождению этих характеристик.

При анализе внешних и регулировочных характеристик генератора следует объяснить причины, вызвавшие их расхождение при активной и активно-реактивной видах нагрузки. Анализируя свойства генератора, целесообразно воспользоваться понятиями номинального изменения напряжения при сбросе нагрузки (11.1) и номинального изменения тока возбуждения (11.2).

Анализируя результат опыта к. з., необходимо объяснить прямолинейный вид характеристики к. з.