Министерство образования Российской Федерации Новосибирский государственный технический университет

621.311 № 2488

Р 339

Режимы основного оборудования электрических станций

Методические указания к лабораторным работам для студентов IV курса ФЭН всех форм обучения

Новосибирск 2003

УДК 621.311.002.5(076.5)

   Р 339

Составили: канд. тех. наук, проф. В.И. Ветров,

ст. преп. Л.Б. Быкова,

ст. преп. А.Ф. Саломатин

Рецензент канд. тех. наук, доц. Г.А. Сарапулов

Работа подготовлена на кафедре электрических станций

© Новосибирский государственный технический университет, 2003   

Лабораторная работа № 1 исследование процессов при гашении магнитного поля синхронных генераторов

Цель работы:

Изучение процессов при гашении магнитного поля синхронных генераторов. Исследование влияния на процесс гашения поля величины гасительного сопротивления, состояния цепи статора и насыщения.

Общие сведения

Под процессом гашения магнитного поля понимают быстрое уменьшение потока возбуждения электрической машины до величины, близкой к нулю.

Простейшим способом гашения магнитного поля является отключение обмотки возбуждения. Однако такой способ гашения поля опасен, так как вследствие большой индуктивности обмотки возбуждения на ее выводах возникает перенапряжение, способное вызвать пробой изоляции этой обмотки. Перенапряжение на кольцах ротора зависит от скорости изменения магнитного потока, так как , поэтому необходимо при гашении магнитного поля замыкать обмотку возбуждения генератора на устройство, ограничивающее скорость изменения потока до желаемой величины. Устройство, выполняющее эту операцию, называется автоматом гашения магнитного поля (АГП).

Необходимость в быстром гашении поля возникает, например, при внутренних повреждениях в генераторе. В этом случае из-за продолжающегося по инерции выбега отключенной машины в ее внутренних контурах продолжает наводиться ЭДС, которая поддерживает электрическую дугу в месте короткого замыкания и вызывает большие разрушения меди обмотки и стали статора. С уменьшением времени протекания тока короткого замыкания размеры аварии уменьшаются, поэтому все способы гашения поля оцениваются по тому времени, в течении которого они способны снизить ЭДС генератора до такой величины, при которой дуга в месте короткого замыкания сама гаснет.

Устройство гашения поля должно решать следующие основные задачи:

• быстро снизить действующее значение межфазной ЭДС в цепи статора до величины, при которой происходит естественное погасание электрической дуги в месте короткого замыкания;

• ограничить повышение напряжения на обмотке возбуждения в процессе гашения поля до величины, не опасной для ее изоляции

,

где – испытательное напряжение обмотки возбуждения турбогенератора (действующее значение переменного напряжения 50 Гц). Это напряжение равно десятикратному номинальному напряжению возбуждения, но не более 3500 В.

В настоящее время существует много различных способов гашения поля. Одним из самых простых – замыкание обмотки возбуждения на разрядный резистор. Этот способ применяется только для синхронных машин небольшой мощности. Гашение магнитного поля крупных синхронных машин выполняется при помощи АГП с дугогасительной решеткой.

В системах возбуждения с тиристорами возможно гашение поля путем перевода их в инверторный режим. При таком способе гашения вся энергия, запасенная в магнитном поле синхронной машины, отдается обратно в сеть. Схема гашения поля генераторов учебной электростанции выполнена путем переключения обмотки ротора на постоянное активное сопротивление, которое часто называют разрядным или гасительным сопротивлением (рис. 1.1). Принято считать АГП включенным, когда возбудитель замкнут на обмотку ротора, и отключенным, когда обмотка ротора замкнута на гасительное сопротивление. При переключении обмотки ротора на гасительное сопротивление ток ротора затухает. Затухание тока происходит по закону показательной функции с постоянной времени, зависящей от величины гасительного сопротивления, при отсутствии насыщения и демпферных контуров.

П

Рис. 1.1. Схема гашения поля с гасительным сопротивлением

ри разомкнутой обмотке статора постоянная времени гашения определяется по выражению

или

(1.1)

где – постоянная времени гашения поля, с;

– постоянная времени обмотки ротора при разомкнутой обмотке статора;

– индуктивное сопротивление обмотки ротора, Ом;

– активное сопротивление обмотки ротора, Ом;

– гасительное сопротивление, Ом.

В

Рис. 1.2. Зависимость индуктивности от величины магнитного                     потока

есьма существенным фактором, влияющим на гашение поля, является насыщение главной магнитной цепи. Если гашение магнитного поля началось при токе возбуждения, при котором синхронная машина находится в насыщенной области, то затухание тока не подчиняется закону показательной функции, так как индуктивность зависит от величины магнитного потока (рис. 1.2). Зависимость тока возбуждения от времени при гашении магнитного поля можно получить экспериментально путем снятия осциллограммы или расчетным путем. Расчетным путем зависимость определяется следующим способом.

Для определения времени изменения потокосцепления от начального значения до значения запишем следующее уравнение:

,

откуда

и

. (1.2)

Зависимость – нелинейная, поэтому целесообразнее в данном случае интегрирование производить графически. Для этого необходимо иметь кривую намагничивания машины, т. е. зависимость потокосцепления от тока возбуждения (рис. 1.3).

Кривая намагничивания машины обычно неизвестна, поэтому следует пользоваться характеристикой холостого хода, представляющей зависимость напряжения на зажимах генератора от тока ротора при постоянных оборотах и разомкнутом статоре. При постоянной скорости кривая намагничивания отличается от характеристики холостого хода только коэффициентом пропорциональности, равным 0,03 с.

Графическое интегрирование приведено на рис. 1.3 – 1.5. В подынтегральное выражение (1.2) ток возбуждения входит в

Р

Рис. 1.5. Зависимости и

Рис. 1.3. Характеристика намагничивания

ис. 1.4. Зависимость

знаменатель, поэтому для графического интегрирования следует построить зависимость потокосцепления от величины (рис. 1.4).

Величина площадки, ограниченной линией начального потокосцепления , с которого начинается гашение поля, осью ординат, кривой и текущим значением потокосцепления дает величину, пропорциональную времени гашения поля данной текущей величины потокосцепления. Откладывая величины, пропорциональные этим площадкам, которые определены при разных значениях потокосцепления, получаем зависимость потокосцепления от времени (рис. 1.5).

Зависимость тока возбуждения от времени можно получить из зависимости , определяя из последней для каждого значения потокосцепления соответствующий ток возбуждения.

Осциллограмма тока возбуждения по истечении времени должна совпадать с показательной функцией вида . В начале процесса осциллограмма тока отличается от этой показательной функции из-за насыщения.

Задание на работу

1. Определить постоянную времени гашения расчетным путем.

2. Исследовать гашение поля генератора при следующих условиях:

• генератор работает на холостом ходу при напряжении 80 % от номинального;

• генератор работает на холостом ходу при повышенном напряжении, равном 120 % от номинального.

Определить постоянную времени гашения поля по полученным осциллограммам. Сравнить экспериментально полученные результаты с результатами, полученными в п. 1.

3. Исследовать гашение поля генератора при установившемся коротком замыкании на зажимах генератора (при токе статора 0,7 ).

4. Сравнить осциллограммы гашения поля при холостом ходе и КЗ.

5. Сравнить постоянные времени гашения при холостом ходе и КЗ.

Методические указания

Ознакомиться с работой осциллографа. При отключении АГП в опыте холостого хода генератора осциллографируются ток ротора, напряжение ротора и статора. В опыте короткого замыкания осциллографируются ток ротора, напряжение ротора и ток статора.

Содержание отчета

В отчете должны быть приведены аналитический расчет постоянной времени гашения магнитного поля и определение постоянных времени гашения по осциллограммам при холостом ходе и при коротком замыкании.

Контрольные вопросы

1. Какие требования предъявляются к устройству гашения поля синхронной машины?

2. Что называется временем гашения поля?

3. Из каких соображений выбирается величина гасительного сопротивления?

4. В чем недостаток схемы АГП с постоянным активным сопротивлением по сравнению с АГП с дугогасительной решеткой?

5. Как влияет насыщение машины на гашение магнитного поля?

6. Как сказывается наличие демпферных обмоток на процессе гашения поля?

7. Что такое постоянная времени?

Лабораторная работа № 2