Караулов В.Н., Громов А.К.: Испытания синхронных машин. Методические указания к лабораторным работам
Подождите немного. Документ загружается.
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ивановский государственный энергетический университет
им. В. И. Ленина»
Кафедра электромеханики
Испытания синхронных машин
Методические указания к лабораторным работам
Иваново 2006
Составители: А.К. ГРОМОВ
В.Н. КАРАУЛОВ
Редактор Н.А. МОРОЗОВ
Методические указания к лабораторным работам по испытаниям
синхронных машин относятся к курсам «Электрические машины» (I и II
части) и «Электромеханика» (I и II части). Указания предназначены для
студентов специальностей и направлений подготовки электромеханического
и электроэнергетического факультетов.
Рецензент
кафедра электромеханики Ивановского государственного энергетического
университета
Испытания синхронных машин
Методические указания к лабораторным работам
Составители: ГРОМОВ Аркадий Константинович
КАРАУЛОВ Виктор Николаевич
2
ВВЕДЕНИЕ
Синхронные машины – замечательные электромеханические
преобразователи энергии. Они используются как генераторы, двигатели и
компенсаторы. Синхронные машины представляют основные генерирующие
преобразователи в энергосистемах – турбо- и гидрогенераторы.
Конструктивно синхронная машина состоит из двух основных частей:
неподвижный статор с многофазной обмоткой (обычно обмотка -
трехфазная), уложенной в пазы пакета из электротехнической стали, и
вращающийся внутри статора ротор. Ротор имеет обмотку возбуждения; ток
в обмотке возбуждения - постоянный. Часть синхронной машины, на которой
располагается обмотка, соединенная с внешней энергетической сетью,
принято называть якорем. Полюсная система ротора может называться
индуктором.
Ротор кроме обмотки возбуждения имеет также короткозамкнутую
демпферную обмотку. Она состоит из стержней, расположенных в пазах
ротора и замыкающих сегментов, соединенных в кольца, с обеих сторон
ротора.
В неявнополюсных машинах роль демпферной системы может
выполнять массив ротора.
Обозначения выводов трехфазных синхронных машин установлены
ГОСТ 183-74 для машин, разработанных до 1987 г., и ГОСТ 26772-85 для
вновь разрабатываемых машин. Обозначения выводов приведены в табл. 1.
Таблица В1.
Обозначения выводов трехфазных синхронных
машин
Обозначение выводов
ГОСТ 183-74
Обозначение выводов
ГОСТ 26772-85
Наименование.
Схема
Число
выводов
Фаза или вывод
начало конец начало конец
Обмотка статора
Открытая схема
6 Первая
Вторая
Третья
С1
С2
С3
С4
С5
С6
U1
V1
W1
U2
V2
W2
Обмотка статора
Звезда
3 или
4
Первая
Вторая
Третья
Нулевая
С1
С2
С3
0
–
U
V
W
N
Обмотка статора
Треугольник
3 Первый
Второй
Третий
С1
С2
С3
–
U
V
W
Обмотка
возбуждения
(индуктора)
2
–
И1
И2
F1
F2
3
1. ИСПЫТАНИЯ ТРЕХФАЗНОГО СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА (1С)
1.1. Программа испытаний
1. Записать паспорт генератора и приводного двигателя.
2. Определить характеристику холостого хода.
3. Определить индукционную нагрузочную характеристику в автономном
режиме.
4. Определить внешние характеристики генератора при автономной нагрузке
в следующих режимах:
4.1. ток якоря увеличивается от нуля до I=I
н
при cos ϕ = 1 и при cos ϕ = 0,8
(акт.-инд.);
4.2. ток якоря уменьшается от I=I
н
до нуля при cos ϕ = 1 и при cos ϕ = 0,8
(акт.-инд.).
Определить изменения напряжения при росте и сбросе нагрузки.
5. Определить регулировочные характеристики при автономной нагрузке в
следующих режимах:
5.1. при cos ϕ = 1;
5.2. при cos ϕ = 0,8 (акт.-инд.).
6. Определить характеристики установившегося однофазного, двухфазного и
трехфазного коротких замыканий.
7. Определить синхронное индуктивное сопротивление х
d ненас
в
ненасыщенном состоянии магнитной цепи, отношение короткого
замыкания и расчетное индуктивное сопротивление х
р
.
8. Методом графического построения определить ток возбуждения при U=U
н
,
I=I
н
, cos ϕ = 1 или cos ϕ = 0,8 – по указанию преподавателя. Определить
изменения напряжения при сбросе нагрузки и сравнить с опытными,
полученными из внешних характеристик. Вычислить насыщенное
значение синхронного индуктивного сопротивления х
d нас
.
Рекомендуется строить все характеристики в относительных единицах.
1.2. Определение характеристики холостого хода
Характеристика холостого хода (ХХХ) представляет зависимость
напряжения обмотки якоря U
о
от тока возбуждения i
f
при холостом ходе и
постоянной частоте вращения в режиме генератора: U
о
= f(i
f
) при I = 0, n =
n
ном
= const. Напряжение обмотки якоря U
о
и ток возбуждения i
f
могут быть
выражены либо, соответственно, в вольтах и амперах, либо в относительных
единицах. В последнем случае указанные величины обозначаются буквами
со звездочкой: U
0
*= f(i
f
*).
4
5
Они определяются, о.е.,
н
о
*
U
U
Uo =
;
0
f
f
f
i
i
*i =
, (1.1)
где U
н
- номинальное напряжение машины (по паспорту);
i
fо
- ток возбуждения, при котором напряжение обмотки якоря при холостом
ходе имеет номинальное значение.
Схема опыта для определения характеристики холостого хода
представлена на рис. 1.1; выключатели В1 и В2 отключены.
Рис. 1.1. Схема исследования синхронного генератора
Обмотка возбуждения генератора получает питание =U от статического
выпрямителя.
Порядок снятия ХХХ следующий. Ротор исследуемого генератора
вращается асинхронным двигателем АД со скоростью, близкой к
номинальной; возбуждают генератор (увеличивают ток возбуждения i
f
) до
состояния, когда напряжение на зажимах обмотки якоря достигает величины
(1,2 − 1,3) U
н
, и затем плавно уменьшают ток возбуждения до нуля, отмечая
5–7 значений i
f
и U
0
.
Изменение тока возбуждения i
f при снятии ХХХ следует производить
только в одном направлении – уменьшая ток.
Точки, по которым производятся отсчеты по приборам, должны
распределяться по характеристике по возможности равномерно. Напряжение
А
1
V
C1
C3
C2
И1
И2
ИР
B
1
0
=U
B
2
R
Н
L
Н
B
3
А
3
АД
А
2
А
4
φ
6
∆U
о
, наведенное остаточным магнитным потоком при i
f
=0, измеряют
вольтметром с пределами измерения 0-15 В. Соответствующие точкам пары
значений U
о
и i
f
записывают в табл. 1.1.
Таблица 1.1.
Характеристика холостого хода
i
f
, А
U
о
, В
U
оф
, В
i
f
*, о.е.
U*
оф
, о.е.
Экспериментальную ХХХ экстраполируют до пересечения с осью
абсцисс и находят величину ∆i
f
* (рис. 1.2). Для получения ХХХ, проходящей
через начало координат, снятую характеристику U
0
*= f(i
f
*) необходимо
сместить по оси абсцисс на величину ∆i
f
*.
Рис. 1.2. Характеристика холостого хода Рис. 1.3. Индукционная нагрузочная
характеристика
1.3. Определение индукционной нагрузочной характеристики в
автономном режиме
Индукционной нагрузочной характеристикой (ИНХ) называется
зависимость напряжения U на зажимах генератора от тока возбуждения i
f
,
снятая при постоянных значениях тока якоря I, коэффициента мощности
cosϕ= 0 и при постоянной скорости вращения генератора n
н
.
O
A
O
U
*
0
∆i
f
*
∆i
f
*
i
f
*
i
f
*
ХХХ
ИНХ
U
*
Для нагрузки генератора в работе применяется индукционный
регулятор ИР, имеющий активные потери мощности в стали и меди обмотки.
Поэтому такая нагрузка не является строго индуктивной. Но получаемая при
этом кривая незначительно отклоняется от чисто индукционной
характеристики.
Эта характеристика не связана с каким-либо эксплуатационным
режимом работы синхронной машины; она используется для
определения
расчетного индуктивного сопротивления x
p
, близкого по значению к
индуктивному сопротивлению рассеяния x
σ1
.
Схема для снятия ИНХ показана на рис.1.1. Опыт производится в
следующем порядке:
1. ротор синхронного генератора приводят во вращение (включают АД);
2. регулируя ток возбуждения i
f
(изменяя величину напряжения,
подключенного к обмотке возбуждения) и ток якоря (вращая ручку
индукционного регулятора), устанавливают напряжение на зажимах
генератора U
Л
≈ 1,2 U
н
при номинальной величине тока якоря I = I
н
;
3. постепенно уменьшая ток возбуждения, снижают напряжение на зажимах
генератора; при этом с помощью индукционного регулятора ток в обмотке
якоря нужно поддерживать неизменным и равным I = I
н
.
В табл. 1.2 записываются значения напряжений U
Л
и тока возбуждения i
f
для
4–5 точек характеристики. Опыт продолжается до значения уменьшающегося
тока возбуждения i
f
, которое позволяет устанавливать ток в якоре I = I
н
.
По данным табл. 1.2 необходимо построить ИНХ U
ф
= f(i
f
) на одном
рисунке с ХХХ U
оф
= f(i
f
).
Таблица 1.2.
Индукционная нагрузочная характеристика
i
f
, А
U
Л
, В
U
Ф
, В
U
Ф
*, о.е.
i
f
*, о.е.
На рис. 1.3. представлены ИНХ U
ф
= f(i
f
) и ХХХ U
оф
= f(i
f
).
Поскольку при снятии индукционной характеристики значительное
снижение тока возбуждения i
f
не позволяет поддержать ток якоря
постоянным, равным номинальному, то точку "А" следует определить по
характеристике трехфазного короткого замыкания при I
кз
= I
н
(показана далее
на рис. 1.7).
7
1.4. Определение внешних характеристик при автономной нагрузке
Внешней характеристикой называется зависимость напряжения на
зажимах генератора от тока якоря U
ф
=f (I), снятая при постоянных значениях
тока возбуждения i
f
, скорости вращения n и коэффициента мощности cos ϕ.
Для снятия внешних характеристик используется схема рис. 1.1.
Изменение тока якоря (изменение нагрузки) при заданном cos ϕ может
быть определено либо как увеличение тока I от нуля (при этом U=U
н
) до
номинального значения (рост нагрузки), либо как уменьшение I от
номинального значения до нуля при том же начальном значении напряжения
обмотки якоря U=U
н
(сброс нагрузки). В обоих случаях начальный
установленный ток обмотки возбуждения, соответствующий U=U
н
, должен
оставаться постоянным при изменении нагрузки.
Порядок определения внешней характеристики при cos ϕ =1:
• ротор синхронного генератора приводят во вращение (включают АД);
• установить ток возбуждения i
f
такой величины, чтобы напряжение на
зажимах генератора при холостом ходе было равно номинальному U=U
н
;
• подключить активную нагрузку (включить В2) и, изменяя ток якоря от I =
0 до I = I
н
при неизменном токе возбуждения i
f
= const, записать 5–6
значений напряжений U
ф
и токов I в табл. 1.3.
После этого можно сразу же определить внешнюю характеристику при
уменьшении тока нагрузки. Для этого не отключая активную нагрузку, но
изменив ток возбуждения так, чтобы на зажимах генератора установилось
напряжение U = U
н
при I = I
н
, постепенно уменьшают нагрузку до значения
тока якоря I=0, снимая при этом 5–6 точек характеристики при i
f
= const и
записывая их в табл. 1.3.
Определяя внешние характеристики при cos ϕ = 0,8, к генератору
подключают не только активную нагрузку, но и индуктивную -
индукционный регулятор ИР. Значение cos ϕ = 0,8 устанавливается по
фазометру. Порядок проведения опыта тот же, что при cos ϕ = 1. Показания
приборов записывают в табл. 1.4.
По данным табл. 1.3 и 1.4 нужно построить все четыре внешние
характеристики U = f (I) или U* = f(I*) на одном рисунке и определить
процентное изменение напряжения:
при увеличении нагрузки
0
0
100
Uн
UUн
U ⋅
−
=∆
, (1.2)
где U
Н
при I=0, U – напряжение обмотки якоря при I=I
н
;
при снижении нагрузки
0
0
100
Uн
UнUо
U ⋅
−
=
′
∆
, (1.3)
где U
о
и U
Н
– напряжения обмотки якоря при I=0 и I=I
Н
соответственно.
8
9
Таблица 1.3.
Внешние характеристики при cos ϕ = 1
I, А
U
Л
, В
U
Ф
, В
I*, о.е.
U*, о.е.
Увеличение
нагрузки
i
f
=……А
I, А
U
Л
, В
U
ф
, В
I*, о.е.
U*, о.е.
Снижение
нагрузки
i
f
=……А
Таблица 1.4.
Внешние характеристики при cos ϕ = 0,8
I, А
U
Л
, В
U
Ф
, В
I*, о.е.
U*, о.е.
Увеличение
нагрузки
i
f
=……А
I, А
U
Л
, В
U
ф
, В
I*, о.е.
U*, о.е.
Снижение
нагрузки
i
f
=……А
Примерный вид внешних характеристик показан на рис. 1.4.
Рис. 1.4. Внешние характеристики:
1,3-cos φ=1; 2,4-cos φ=0,8(инд.)
Рис. 1.5. Регулировочные характеристики:
1-cos φ=1; 2-cos φ=0,8(инд)
U
U
0
Uн
3
U
I
н
I
I
н
2
1
I
1
2
4
i
f
0
0
1.5. Определение регулировочных характеристик при автономной
нагрузке
Регулировочная характеристика представляет зависимость тока
возбуждения i
f
от тока якоря I (i
f
= f(I)) при постоянных значениях скорости
вращения n = n
Н
, напряжения U = U
Н
и cos ϕ .
Регулировочные характеристики при активной (cos ϕ = 1) и смешанной
индуктивной (cosϕ = 0,8) нагрузках определяются с помощью схемы рис. 1.1.
Порядок определения регулировочных характеристик соответствует
случаю увеличения нагрузки (см. п. 1.4). Ток возбуждения i
f
при I=0
определяет напряжение обмотки якоря U=U
Н
, и затем изменяется так, чтобы
при заданном cosϕ напряжение на зажимах генератора оставалось
постоянным и равным U
Н
при изменении тока I якоря от нуля до I
Н
.
Определяются регулировочные характеристики при двух значениях
cosϕ. Для каждой характеристики записать 5–6 показаний приборов в
табл.1.5.
Таблица 1.5.
Регулировочные характеристики
i
f
, А
I, А
i
f
*, о.е.
cos ϕ = 1
I*, о.е.
i
f
, А
I, А
i
f
*, о.е.
cos ϕ = 0,8
I*, о.е.
Обе характеристики i
f
= f(I) нужно построить на одном рисунке.
Примерный вид регулировочных характеристик показан на рис. 1.5.
1.6. Определение характеристик установившихся коротких
замыканий
Характеристику трехфазного (двухфазного, однофазного) короткого
замыкания генератора, представляющую зависимость тока в обмотке якоря I
от тока возбуждения i
f
(I=f(i
f
)), определяют в режиме установившегося
трехфазного (двухфазного, однофазного) короткого замыкания. В
10