Караулов В.Н., Громов А.К.: Испытания синхронных машин. Методические указания к лабораторным работам
Подождите немного. Документ загружается.
21
ОВ
тока с параллельным возбуждением; схема его включения представлена на
рис. 2.1.
Рис. 2.1. Схема для исследования параллельной работы синхронного генератора с
сетью
Рис. 2. 2. Схема включения лампового синхроноскопа:
а – «на потухание света»; б – «на вращение света»
=
P
5
1
Ш
Ш1
Ш2
Д
Я2
V
сеть
генер.
W
A
C
A
B′
P
2
C
Л
V
H
z
V
0
A
B
′
′
сеть
∼
Л
Л2
Л1
Л2
И1
И1
И2
С1
С3
A
P
3
=
Я
Я1
P
4
К
С2
И2
1
V
0
1
1
2
3
A
B
C
A
C
B
A′
B′
C′
A′
B′
C′
сеть
сеть
генер.
генер.
а)
б)
V
0
3
2
При выполнении точной синхронизации выполняют следующие действия.
1.
Включают автомат Р
2
, ставят переключатель K в положение "сеть" –
вольтметр V и частотомер Нz показывают напряжение и частоту сети, U
c
и f
с
.
2.
Пускают в ход двигатель постоянного тока - включают автомат Р
5
и
поворачивают рукоятку пускового реостата из положения «ПУСК» в
положение «ХОД».
3.
Подключают обмотку возбуждения генератора автоматом Р
3
к
источнику постоянного напряжения и устанавливают ток возбуждения
i
f
=2–4 А.
4.
Измеряют напряжение и частоту на зажимах генератора, переводя K в
положение «генератор». Регулируя частоту вращения двигателя постоянного
тока Д и величину тока возбуждения синхронного генератора i
f
, добиваются
равенства частот генератора и сети (f
г
= f
с
) и напряжений генератора и сети
(U
г
= U
c
). Выполнение этих равенств проверяется по вольтметру V и
частотомеру Нz, которые переключателем K присоединяются либо к
зажимам генератора, либо к зажимам сети.
5.
Проверяют одинаковость порядка следования фаз генератора и сети и
выбирают момент замыкания автомата Р
4
, включающего генератор в сеть, в
соответствии с состоянием «света» синхроноскопа:
ламповый синхроноскоп включен «на
потухание»
(рис. 2.2. а)
При одинаковом порядке следования
фаз генератора и сети все лампы
гаснут и загораются одновременно.
Если лампы мигают поочередно, то
следует поменять местами
подключение двух фаз генератора к
автомату Р
4
.
Включение генератора к сети
автоматом Р
4
осуществляется
тогда, когда лампы полностью
погаснут.
ламповый синхроноскоп включен «на
вращение»
(рис. 2.2. б)
При одинаковом порядке следования
фаз генератора и сети лампы
загораются и гаснут поочередно.
Направление «вращения света»
зависит от того, какая частота больше
– сети или генератора.
Включение генератора к сети
автоматом Р
4
осуществляется
тогда, когда полностью погаснет
лампа 1 (непереключенная,
оставленная на зажимах А-А
1
), а
лампы 2 и 3 горят с одинаковым
накалом.
В обоих случаях включение генератора в сеть происходит в
момент, когда при одинаковом порядке чередования фаз напряжения
между одноименными выводами генератора и линейными проводами
сети равны нулю.
22
Точно момент подключения генератора к сети определяют по нулевому
значению вольтметра V
0
, подключенного к одноименным фазам генератора и
сети.
2.3. Испытания синхронного генератора при параллельной работе с
сетью в режиме регулирования активной мощности при
постоянном токе возбуждения
Зависимость отдаваемой в сеть активной мощности Р
2
от угла нагрузки
θ ( Р
2
=f(θ) ) при постоянном напряжении сети U
c
= const и токе возбуждения
i
f
=const называется угловой характеристикой.
Угловые характеристики Р
2
= f (θ) можно определить опытным путем.
После синхронизации и включения на параллельную работу с сетью ток
обмотки якоря и активная мощность равны нулю. Активная мощность,
отдаваемая генератором в сеть, увеличивается при увеличении вращающего
момента на валу генератора. Для этого увеличивают момент приводного
двигателя Д либо плавно уменьшая его ток возбуждения, либо
плавно
увеличивая напряжение, подводимое к двигателю.
При этом измеряют ток якоря I и активную мощность Р
2
, отдаваемую
генератором в сеть. Показания приборов записывают в табл. 2.1. Опыт
проводят при неизменном значении тока возбуждения i
f
. Следует снять 5–6
точек характеристики.
Опыт необходимо прекратить, если появились колебания стрелки
амперметра в цепи якоря и скорости вращения синхронного генератора. В
этом случае следует увеличить ток возбуждения до устойчивого режима.
Опыт повторяют при другом значении тока возбуждения i
f
, указанном
преподавателем.
Таблица 2.1.
Угловая характеристика генератора
Из опыта Из расчета
i
f
, А
I, А
Р
2
, Вт
U3
P
cosI
2
=ϕ
, А
168,0
i
Ki
i
i
ff
'
f
==
, А
'
f
i
cosI
sin
ϕ
=θ
θ °
Используемая при расчетах величина Ki – коэффициент приведения
тока возбуждения к току якоря. Для машин, используемых в лаборатории,
Ki=0,168.
23
24
По данным табл. построить обе характеристики (при различных i
f
) на
одном рисунке. Примерный вид угловых характеристик представлен на
рис.2.3.
Рис. 2.3. Угловые характеристики синхронного генератора
2.4. Испытания синхронного генератора при параллельной работе с
сетью при постоянной активной мощности и переменном
возбуждении
Испытания проводятся для определения зависимостей тока якоря от
тока возбуждения I=f(i
f
) при постоянном напряжении U=U
Н
и неизменной
величине вырабатываемой генератором активной мощности Р
2
, при
постоянных напряжении U
c
и частоте сети. Эти зависимости называются U-
образными характеристиками. Испытания проводятся дважды: при Р
2
= 0 и
Р
2
= (0,2–0,5) Р
Н
(по указанию преподавателя).
После синхронизации и включения генератора на параллельную работу
с сетью, ток статора равен нулю и генератор не вырабатывает активную
мощность Р
2
= 0. Устанавливают максимальный ток возбуждения, при
котором ток якоря близок к номинальному значению.
Постепенно уменьшая
ток возбуждения, отмечают значения тока якоря и тока возбуждения и
записывают в табл. 2.2. При этом необходимо поддерживать мощность Р
2
= 0
постоянно. Неизменность активной мощности контролируют по показаниям
ваттметра W (рис. 2.1).
Перед снятием следующей U-образной характеристики снова
устанавливают максимальный ток возбуждения, определяющий ток якоря
I
≈
Iн. Увеличивают вращающий момент на валу генератора от приводного
θ 0 π/2
i
f2
Р
эм
i
f1
25
двигателя Д, тем самым увеличивая величину активной мощности генератора
до значения P
2
=(0,2–0,5)P
Н
(по указанию преподавателя), и повторяют
действия, определяющие U-образную характеристику при Р
2
=0 (см. выше).
Данные занести в табл. 2.2.
При этом ток возбуждения нельзя снижать до нуля.
Примерный вид характеристик представлен на рис. 2.4.
Опыт необходимо прекратить, если появились колебания стрелки
амперметра в цепи якоря и скорости вращения синхронного генератора. В
этом случае следует увеличить ток возбуждения до устойчивого режима.
Таблица 2.2.
U
-образные характеристики
I, А
Р
2
= 0
i
f
, А
I, А
Р
2
= const
i
f
, А
UI3
P
cos
2
=ϕ
Примерный вид U
-образных характеристик представлен на рис. 2.4.
Рис. 2.4. U-образные характеристики синхронного генератора
Контрольные вопросы
1.
Перечислите условия, которые необходимо выполнить перед включением
синхронного генератора на параллельную работу с сетью.
P
2
=0
0,5 P
2Н
I
cos ϕ
cos ϕ при P
2
=0,5 P
Н
i
f
0
2. С помощью каких устройств проверяются условия включения
синхронного генератора на параллельную работу с сетью?
3.
Приведите последовательность операций включения генератора на
параллельную работу методом точной синхронизации?
4.
Генератор работает параллельно с сетью. Как нагрузить генератор
активной мощностью?
5.
Какая характеристика генератора называется угловой? При каких
условиях она снимается, ее аналитическое и графическое представление?
Чем отличаются угловые характеристики явнополюсного и
неявнополюсного генераторов?
6.
Дайте определение статической устойчивости? Как зависит статическая
устойчивость от тока возбуждения и синхронного индуктивного
сопротивления?
7.
В каких случаях возможна параллельная работа генератора с сетью при
отсутствии тока возбуждения?
8.
Генератор работает параллельно с сетью. Как перевести генератор в
режим двигателя?
9.
Генератор работает параллельно с сетью. Как нагрузить генератор
реактивной мощностью?
10.
Как снимаются U-образные характеристики генератора?
11.
Используя векторные диаграммы, объясните вид U-образных кривых.
12.
Почему нельзя уменьшать ток возбуждения до нуля при Р≠0 ?
13.
Как связаны между собой U-образные и угловые характеристики?
26
3. ИСПЫТАНИЯ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ (3С)
3.1. Программа испытаний
1.
Записать паспорт синхронного двигателя.
2.
Провести асинхронный пуск двигателя.
3. Провести испытания синхронного двигателя при постоянной полезной
мощности и переменном возбуждении
I =f(i
f
) при Р
2
= 0 и Р
2
= (0,2–0,5) Р
Н
.
3.
Определить электромеханические характеристики двигателя
I, Р
1
, i
f
, η, М = f (Р
2
) при сos ϕ = 1=const.
4.
Определить рабочие характеристики двигателя
I, Р
1
, η, М, сos ϕ = f (Р
2
) при i
f
=const.
3.2. Асинхронный пуск синхронного двигателя
В работе требуется осуществить асинхронный пуск синхронного
двигателя. Этот способ пуска является наиболее распространенным.
Синхронные машины имеют на роторе обмотку, состоящую из стержней,
уложенных в пазы полюсных наконечников и замкнутых накоротко
кольцами. Эта обмотка, конструктивно похожая на короткозамкнутую
обмотку ротора асинхронной машины, называется
демпферной. При работе
синхронной машины в двигательном режиме демпферная обмотка является
пусковой, обеспечивая разгон агрегата.
Схема, обеспечивающая пуск и перевод двигателя в рабочее состояние,
приведена на рис. 3.1. Обмотка возбуждения синхронного двигателя
получает питание (постоянное напряжение U) от статического выпрямителя;
с помощью переключателя П обмотка возбуждения может быть замкнута на
разрядное сопротивление R
П
. Механическую нагрузку синхронного
двигателя создает генератор Г постоянного тока.
Перед пуском синхронного
двигателя необходимо выставить в обмотке
возбуждения ток 4–5 А. Затем обмотку возбуждения двигателя И1-И2 при
асинхронном пуске необходимо замкнуть переключателем П на
сопротивление Rп, в 8-10 раз превышающее сопротивление обмотки
возбуждения.
Если обмотка возбуждения при пуске двигателя будет разомкнута, то
в ней, вследствие большого числа витков и значительной скорости вращения
поля относительно неподвижной обмотки возбуждения,
наведется
напряжение, опасное для персонала и изоляции обмотки
.
Если обмотку возбуждения двигателя при пуске замкнуть накоротко,
то возможно «застревание» двигателя вблизи полусинхронной скорости из-за
явления одноосного эффекта.
27
28
Обмотка статора подключается к сети выключателем В
1
. Под
действием асинхронного момента ротор синхронного двигателя за доли
секунды разгоняется до скорости близкой синхронной. После этого
синхронный двигатель работает как асинхронный и обмотка статора
потребляет ток намагничивания, близкий к номинальному значению I
Н
. Не
теряя времени, следует переключателем П подать постоянный ток в обмотку
возбуждения. Обмотка возбуждения окажется рамкой с током, находящейся в
магнитном поле статора. Сила Ампера, действующая на рамку с током в
магнитном поле, стремится совместить ось рамки с осью поля – на ротор
действует синхронный электромагнитный момент, поворачивающий ротор
вслед за
вращающимся полем статора. Под действием синхронного
электромагнитного момента ротор раскручивается до синхронной скорости –
двигатель втягивается в синхронизм. Процесс пуска на этом заканчивается.
При синхронной скорости ротора и нормальном возбуждении в режиме
холостого хода обмотка статора синхронного двигателя потребляет ток,
значение которого много меньше номинального. Следует установить такую
величину тока возбуждения i
f
- «нормальное возбуждение», при которой ток
в обмотке статора I имеет минимальное значение.
Рис. 3.1. Схема испытания синхронного двигателя
W
A
Л1
Л1
Л2
Л2
И1
И2
И1
И2
С2
С1
С3
С4
С5
С6
И1
И2
U
R
П
П
A
В
1
Я1
R
Н
Я2
Ш1
Ш2
R
В
V
A
V
В
2
Г
3.3. Испытания синхронного двигателя при постоянной мощности
и переменном возбуждении
Испытания проводятся для определения зависимостей тока якоря от
тока возбуждения I=f(i
f
) при постоянном напряжении U=U
Н
и неизменной
механической мощности Р
2
. Эти зависимости называются U-образными
характеристиками. Испытания проводятся дважды: при Р
2
= 0 и Р
2
= (0,2–0,5)
Р
Н
(по указанию преподавателя).
Условие Р
2
= 0 соответствует режиму холостого хода синхронного
двигателя. В режиме холостого хода двигатель работает без нагрузки на валу:
генератор постоянного тока должен быть отключен от нагрузки и должен
быть невозбуждённым. Последнее достигается увеличением регулировочного
сопротивления R
В
в цепи возбуждения генератора.
В режиме холостого хода синхронного двигателя потребляемая
активная мощность Р
1
расходуется на покрытие потерь в стали p
ст
,
механических p
мех
и потерь в меди обмотки статора p
ма
. Первую точку U -
образной характеристики получают, увеличив ток возбуждения i
f
синхронного двигателя до такой величины, чтобы ток якоря достиг
номинального значения I=I
Н
. Измеряются значения тока якоря I, тока
возбуждения i
f
и потребляемой активной мощности Р
1
. Остальные точки
характеристики получаются путем постепенного уменьшения тока
возбуждения. При этом ток якоря сначала уменьшается до нуля, а затем
возрастает. Последняя точка получается при i
f
=0, что обеспечивается
отключением ОВ от источника питания. Данные эксперимента записываются
в табл. 3.1.
Измерение тока якоря проводятся в части шкалы амперметра (правее
деления с точкой), обеспечивающей нормированную точность прибора.
Таблица 3.1.
U-образная характеристика синхронного двигателя при Р
2
= 0
Р
1
, Вт
I, А
i
f
, А
IлUл3
P
cos
1
=ϕ
Первая точка U-образной характеристики при Р
2
> 0 соответствует току
возбуждения, при котором ток якоря I≈Iн.
29
Установка значения мощности Р
2
= (0,2–0,5) Р
Н
обеспечивается
увеличением нагрузки на валу двигателя, что достигается изменением
сопротивления нагрузочного реостата R
Н
в цепи якоря и сопротивления
реостата Rв в цепи возбуждения генератора постоянного тока.
Полезная мощность синхронного двигателя Р
2
отличается от
потребляемой мощности Р
1
на величину потерь в двигателе; последние равны
значениям потребляемой мощности Р
1
, измеренным в режиме холостого хода
двигателя (табл. 3.1). Необходимое значение потребляемой мощности Р
1
(Р
1
= Р
2
+ p
ст
+ p
мех
+ p
ма
или Р
1
≈ Р
2
) устанавливается по ваттметру. При
изменении тока возбуждения i
f
синхронного двигателя постоянство
мощности Р
2
контролируется по неизменным значениям тока и напряжения в
цепи якоря генератора постоянного тока.
Другие точки характеристики получаются путем постепенного
уменьшения тока возбуждения. При этом ток якоря сначала уменьшается до
нуля, а затем возрастает.
Ток возбуждения нельзя уменьшать до нуля,
поскольку синхронный двигатель выйдет из синхронизма.
Последнее
минимальное значение тока возбуждения устанавливается при первых
признаках появления нестабильности в работе синхронного двигателя.
Опыт необходимо прекратить, если проявляются колебания стрелки
амперметра в цепи якоря и скорости вращения синхронного двигателя. В
этом случае следует увеличить ток возбуждения до устойчивого режима.
Данные эксперимента записываются в табл. 3.2. Примерный вид
характеристик представлен на рис. 3.2.
По результатам опыта при Р
2
= 0 необходимо определить потери
холостого хода
. С достаточной точностью потери холостого
хода р
0
равны мощности Р
1
в режиме, соответствующем точке на U- образной
характеристике при минимальном значении тока якоря.
Таблица 3.2.
U-образная характеристика синхронного двигателя при Р
2
>0
Р
1
, Вт
мехстo
ppp +=
I, А
i
f
, А
IлUл3
P
cos
1
=ϕ
30