2. Лабораторная работа № 2. Исследование трехфазного синхронного двигателя

2.1 Цель работы

Изучение способов пуска синхронного двигателя, снятия его характеристик опытным путем и оценка по этим характеристикам свойств синхронной машины.

2.2. Описание лабораторной установки

На рис.2.1 изображена схема, по которой осуществляется пуск явнополюсного синхронного двигателя Ml при помощи вспомогательного двигателя постоянного тока М2, разгоняющего синхронную машину до синхронной скорости. При этом электрическая машина Ml, работая в генераторном режиме, синхронизируется с сетью оператором с помощью лампового синхроноскопа и подключается к сети параллельно, как генератор, выключателем SA1 . Затем приводной двигатель М2 отключается от источника постоянного тока автоматическим выключателем QF2, и синхронная машина, работая в двигательном режиме, втягивается в синхронизм.

Рис. 2.1. Схема пуска явнополюсного синхронного двигателя М1

Для снятия рабочих и регулировочных характеристик синхронного двигателя Ml следует изменять на его валу нагрузку. В качестве нагрузки на стенде используется машина постоянного тока М2, у которой выключателем SA2 замыкается якорь на переменный резистор R_h. Величина нагрузки регулируется резисторами R_h - грубо и R2- плавно. Измерительные приборы PV1, Pφ, PA1, PV2, PA2 и комплект измерительных приборов К505 в схеме используются для снятия величин напряже­ния, тока, мощности, cosφ при исследовании свойств синхронного двигателя М1. Возбудитель G1 в схеме необходим для питания обмотки возбуждения синхронного двигателя.

2.3. Порядок выполнения эксперимента

Эксперимент выполняем в следующем порядке:

1. Измерение активных сопротивлений обмоток синхронного дви гателя М1 и возбудителя G1.

2. Сборка принципиальной электрической схемы и пуск синхронного двигателя на холостом ходу.

3. Снятие U - образных кривых I = f (i_b) и Cosφ =f(i_B) при U_o=U_h –const, f = 50 Гц – сonst для двух случаев, когда Р₂ = 0 и Р₂ = 0,5Р_Н .

4. Снятие рабочих характеристик 1, Р₁, М₂, η, cosφ = f(Р₂) при U₀=U_н- oonst, f=50 ГЦ – const i_B – const.

5. Снятие регулировочных характеристик 1, P₁, M ₂, i_B, η=f(P₂) при Cosφ = 1, U₀ = U_Н – const, f = 50 Гц – const.

6. Произвести анализ результатов испытаний.

2.4. Методические указания и обработка экспериментальных данных

При обработке экспериментальных данных рекомендуется соблюдать следующие методические указания:

1. Измерение активных сопротивлений обмоток осуществляется методом амперметра и вольтметра с использованием источника постоянного тока

2. При сборке принципиальной электрической схемы необходимо помнить, что источники питания, используемые в схеме, подключаются по технике безопасности в последнюю очередь

Пуск трехфазного синхронного двигателя отличается от пуска других электрических машин тем, что пусковой момент его равен нулю. На практике известны два способа пуска синхронного двигателя. Это пуск при помощи вспомогательного двигателя - способом точной синхронизации и асинхронный пуск синхронного двигателя.

В лаборатории чаще используется первый способ, который изложен в пункте 2.2 при описании лабораторной установки. Уточним некоторые моменты при этом способе пуска, которые имеют существенное значение для правильной эксплуатации стенда.

Во-первых, перед началом эксперимента необходимо все органы управления стендом установить в исходное положение:

- автоматические выключатели QF1 и QF2 разомкнуты;

- выключатель SA1 разомкнут;

- выключатель SA2 разомкнут;

- переменный резистор R1 полностью введен;

- переменный резистор R2 полностью выведен;

- положения переключателей комплекта приборов К505 устанавливаются с учетом фазных величин тока, мощности и напряжения синхронно­го двигателя.

Во-вторых, для того, чтобы осуществить включение трехфазной синхронной машины, работающей в генераторном режиме, на сеть, необходимо соблюсти четыре условия:

а) обеспечить равенство частот генератора и сети f_r = f_с = 50 Гц;

0) обеспечить равенство э.д.с. генератора и сети E_г = U_c;

в) чередование фаз генератора и сети должно быть одинаково;

г) напряжения U_г, и U_c должны быть в фазе.

Для обеспечения этих четырех условий лабораторный стенд сле­дует включать в следующей последовательности. Сначала включением автоматического выключателя QF2 подают напряжение постоянного тока на стенд. При нажатии кнопки "пуск" якорь двигателя постоянного тока М2 начинает вращаться. Далее с помощью переменного резистора R2 увеличивают скорость вращения синхронной машины М1 до величины, близкой к синхронной, используя стробоскопический эффект. Затем по вольтметру комплекта приборов К505, подключенному к трех­фазной обмотке якоря синхронной машины М1, устанавливают резистором R1 э.д.с. E_г, равную напряжению сети U_c .

Остается соблюсти третье и четвертое условия и подключить синхронную машину М1 к сети. Для этого автоматическим выключателем QF1 подается трехфазное напряжение на стенд. При разомкнутом выключателе SA1 начнет работать синхроноскоп. Если при загорании и потухании лампы EL1, EL2, EL3 дадут "вращение огня", то это указы­вает на неодинаковость порядка чередования фаз генератора М1 и сети. Чтобы получить чередование фаз одинаковым, нужно поменять местами две любые фазы или у генератора или у сети, предварительно отключив все питание стенда. После этой процедуры лампы обязательно дадут одновременное загорание и потухание. Далее, регулируя угловую частоту генератора резистором R1, следует добиться того, чтобы частота загорания и погасания ламп была минимальна (период 3-5с). Выключатель SA1 замыкают тогда, когда лампы погаснут и стрелка вольтметра PV1 установится в ноль.

На рис.2.2 изображена схема асинхронного пуска синхронного двигателя М1. При этом способе пуска обмотку возбуждения синхронной машины замыкают переключателем SA2 на резистор R2, величина которого равна произведению сопротивления обмотки возбуждения на 10. Пуск двигателя осуществляется при пониженном напряжении для того, чтобы ограничить пусковые токи.

Р – комплект измерительных приборов К – 505;

А – пусковая станция

Рис. 2.2. Схема асинхронного пуска синхронного двигателя М1

После подключения стенда к сети автоматическим выключателем QF1, постепенно увеличивают напряжение автотрансформатором TV1 от U=0 до тех пор, пока ток в обмотке якоря достигнет величины I ≤ I_н в каждой фазе.

При этих токах двигатель разгоняется и достигает скорости, близ­кой к синхронной, и даже может втянуться в синхронизм. Для того, чтобы у синхронной машины повысить возможность втягивания в синхронизм, после разгона ее, постепенно выводят сопротивление R2 в цепи возбуждения.

Разогнав двигатель до "синхронной" скорости, переключателем SA2 подключают обмотку возбуждения синхронной машины Ml к возбудителю G1, у которого в цепи обмотки возбуждения LG1 полностью введен переменный резистор R2. В результате подключения возбудителя токи фаз якорной обмотки синхронной машины резко уменьшатся.

Затем напряжение переменного тока, подводимое к синхронному двигателю М1, автотрансформатором TV1 поднимают до номинального значения. Далее реостатом R1 увеличивается ток возбуждения возбу­дителя GI до тех пор, пока токи фаз якорной обмотки синхронного двигателя не станут минимальными. Этим пуск заканчивается.