Исследование работы генератора при постоянном возбуждении

Если при неизменном токе возбуждения параллельно работающего генератора изменять активную мощность, то вместе с ней будут изменяться реактивная мощность и угол .

Опыт проводят в следующем порядке.

• В обмотке возбуждения генератора устанавливают ток, при котором ток статора равен нулю.

• Сохраняя этот ток возбуждения неизменным, генератор постепенно нагружают активной мощностью от режима холостого хода до выпадения из синхронизма и записывают показания ваттметров, амперметра в цепи статора и значения угла .

При выпадении из синхронизма генератор следует быстро отключить от сети. Данные опыта заносят в табл. 11.3.

Таблица 11.3

Данные работы генератора при постоянном возбуждении

U1л	I,	РА,	РВ,	РС,	Р1,	,	,	Q,
В	А	Вт	Вт	Вт	Вт	геом. град.	эл.град.

Измерение угла осуществляют стробоскопическим методом. Для этого макет полюсов генератора, расположенный на конце вала, освещают неоновой лампой, питаемой от сети. Макет кажется неподвижным. При изменении активной нагрузки генератора макет полюсов поворачивается на определенный угол, который можно измерить по делениям круга, помещенного на статоре. За исходное положение макета полюсов принимается момент, когда мощность, отдаваемая генератором в сеть, равна нулю.

Изменение активной нагрузки проводят при помощи изменения тока возбуждения двигателя постоянного тока, приводящего генератор во вращение.

4. Оформление отчета и анализ полученных результатов Построение u – образных характеристик синхронного генератора

По данным табл. 11.1 строят U – образные характеристики синхронного генератора

при ,

где – коэффициент мощности.

Примерный вид этих характеристик представлен на рис. 11.3.

Рис. 11.3. U – образные характеристики:

1,2 – зависимости cosφ=f(i_в) при P₂=0 и P₂=0,5P_2н соответственно;

4,3 – зависимости I=f(i_в) при P₂=0 и P₂=0,5P_2н соответственно.

Построение характеристик генератора, работающего при постоянном возбуждении

По данным табл.11.3 строят зависимости

,

где – угол нагрузки, эл. град;

Q – реактивная мощность генератора.

;

.

5. Контрольные вопросы

1. Что называется углом нагрузки и внутренним углом нагрузки синхронного генератора?

2. В каких пределах находятся значение угла нагрузки при номинальном режиме в явнополюсных синхронных генераторах?

3. Что называется синхронизирующей мощностью и как она зависит от угла в явнополюсной и неявнополюсной синхронных машинах?

4. Понятие статической перегружаемости синхронной машины, ее примерная величина и зависимость от величины воздушного зазора.

5. Способы синхронизации генератора с сетью и их сравнительная оценка.

6. Укажите все возможные причины, по которым синхронный генератор может выпасть из синхронизма.

7. Для каких целей в синхронном генераторе применяют успокоительную обмотку?

8. Может ли явнополюсный синхронный генератор отдавать в сеть активную мощность при отсутствии возбуждения?

9. Как перевести синхронный генератор в режим синхронного двигателя или синхронного компенсатора?

Работа № 12

Исследование трёхфазного синхронного двигателя

12.1. Цель работы

Ознакомление с асинхронным способом пуска трехфазного синхронного двигателя и исследование его рабочих свойств путем снятия опытных характеристик.

12.2. Программа работы

1. Запустить синхронный двигатель асинхронным пуском.

2. Снять U - образные характеристики синхронного двигателя.

3. Снять рабочие характеристики синхронного двигателя.

12.3. Экспериментальные исследования

Пуск в ход синхронного двигателя

Синхронный двигатель не имеет пускового момента. И это обстоятельство в значительной мере усложняет задачу пуска.

Для создания синхронного вращающего момента необходимо, чтобы поле ротора и синхронно вращающееся поле статора было взаимно неподвижны, т.е. чтобы ротор вращался синхронно с полем статора. Если ротор привести во вращение с частотой вращения, близкой к синхронной, и на обмотку возбуждения подать напряжение, то двигатель может втянуться в синхронизм. В настоящее время применяются следующие методы пуска в ход синхронных двигателей:

1. Асинхронный пуск;

2. Частотный пуск от отдельного генератора;

3. При помощи вспомогательного асинхронного двигателя;

4. Метод точной синхронизации.

Наибольшее распространение на практике получил асинхронный пycк синхронного двигателя, сущность которого заключается в следующем.

• На обмотку статора подают полное или пониженное напряжение сети.

• Обмотку возбуждения замыкают на активное сопротивление, в 10-15 раз большее, чем собственное сопротивление обмотки, так как в последней при пуске могут индуктироваться большие напряжения, опасные для обслуживающего персонала и изоляции обмотки.

• Под действием асинхронных моментов, обусловленных взаимодействием поля статора с токами в пусковой (демпферной) обмотке, а также с вихревыми токами в стали ротора, двигатель придет во вращение.

• При достижении частоты вращения, близкой к синхронной, обмотку возбуждения переключают на постоянное напряжение и двигатель втягивается в синхронизм.

В последнее время при условии легкого пуска (при отсутствии нагрузки на валу двигателя) стали применять способ асинхронного пуска с приключенным возбуждением. В этом случае двигатель сам автоматически впадает в синхронизм при достижении частоты вращения близкой к синхронной, так как ток в обмотке возбуждения возрастает постепенно при разгоне двигателя.

Для асинхронного пуска очень важно иметь на роторе специальную пусковую (демпферную) обмотку. Двигатели небольшой мощности обычно не имеют такой обмотки, но они могут разогнаться за счет вихревых токов в роторе. Двигатель может втянуться в синхронизм также под действием синхронного реактивного момента.

О приближении частоты вращения двигателя к синхронной можно судить по амперметрам, включенным в цепь статора, стрелки которых вблизи синхронизма будут колебаться с частотой скольжения.

После приключения обмотки возбуждения к источнику постоянного тока необходимо установить минимальный ток статора, регулируя ток обмотки возбуждения. Схема соединений синхронного двигателя при асинхронном пуске представлена на рис. 12.1.

Рис. 12.1. Схема соединения синхронного двигателя

U – образные характеристики синхронного двигателя

U – образные характеристики синхронного двигателя представляют собой зависимости тока статора и коэффициента мощности от тока возбуждения при постоянном моменте (мощности) на валу двигателя

при М=const, U₁=const.

U – образные характеристики синхронного двигателя снимают при холостом ходе:Р₂=0 и при .

В качестве нагрузки двигателя обычно в лабораторных условиях используется механически соединенный с ним генератор постоянного тока.

U – образные характеристики синхронного двигателя снимают в следующей последовательности:

• Снятие U – образных характеристик удобнее начинать с максимального тока возбуждения , соответствующего , где – номинальное значение тока статора.

• Постепенно уменьшая ток возбуждения, записывают показания приборов. Диапазон изменения возбуждения выбирают таким, чтобы ток статора не превышал .

• При этом желательно фиксировать точку, где ток статора минимальный.

• Измерение активной мощности трехфазного тока может производиться как по схеме двух ваттметров, так и с помощью серийных измерительных комплектов (рис.12.1).

• Результаты измерений записывают в табл. 12.1, 12.2.

Таблица 12.1

U - образные характеристики при Р₂=0

,	I,	U1	РА,	РВ,	РС,	Р1,
А	А	В	Вт	Вт	Вт	Вт

Таблица 12.2

U - образные характеристики при

,	I,	U1,	РА,	РВ,	РС,	Р1,
А	А	В	Вт	Вт	Вт	Вт

В табл. 12.1 и 12.2 приняты следующие обозначения:

– ток возбуждения двигателя;

I – ток якоря двигателя;

U₁ – фазное напряжение якоря двигателя;

Р_А, Р_В, Р_С – потребляемые мощности фаз А,В,С;

Р₁ –мощность, потребляемая двигателем из сети, ;

– коэффициент мощности.