Снятие характеристик и определение параметров генераторов

Цель работы

Ознакомление с некоторыми видами испытаний и методами определения параметров генератора.

Общие сведения

После монтажа, а также при капитальных и текущих ремонтах производятся приемосдаточные или профилактические испытания генераторов. Приемосдаточные испытания делаются с целью проверки соответствия вновь вводимого генератора госстандарту и техническим условиям на поставку. По результатам испытаний получают более полные данные об электрических характеристиках и параметрах генератора.

3.1. Снятие характеристики холостого хода

При приемо-сдаточных испытаниях вновь монтируемых генераторов, а также после их ремонтов со сменой обмоток снимается характеристика холостого хода генератора и проверяется симметрия напряжения по фазам. Характеристика холостого хода представляет зависимость напряжения обмотки статора при холостом ходе генератора от тока возбуждения ротора при номинальной скорости вращения. Напряжение генератора измеряется электромагнитными или электродинамическими вольтметрами класса точности 0,5; ток возбуждения – магнитоэлектрическим амперметром с шунтом класса точности не ниже 0,5. Скорость вращения генератора контролируется по частотомеру.

При снятии характеристики холостого хода генератор плавно возбуждается до напряжения 1,3 (это напряжение, которое требуется для испытания витковой изоляции статора), затем напряжение генератора плавно снижается, примерно до нуля. Через каждые 10…15 % номинального напряжения записываются величины напряжения, тока возбуждения и скорости вращения. Отсчет по приборам проводят одновременно. При подъеме или снижении напряжения регулировку его реостатом следует производить только в одном направлении.

С

Рис. 3.1. Характеристики холостого хода

огласно ГОСТ 10169-68 характеристика холостого хода снимается при убывающем токе возбуждения. При уменьшении тока возбуждения до нуля измеряют остаточное напряжение генератора. Величина остаточного напряжения не нормируется.

Для получения характеристики холостого хода, проходящей через начало координат, снятую характеристику смещают по оси абсцисс на величину Δ , полученную путем графической экстраполяции этой характеристики до пересечения с осью абсцисс (рис. 3.1).

Если скорость вращения ротора при опыте отличалась от номинальной, то для построения характеристики величина напряжения пересчитывается по формуле

(3.1)

Значительное отклонение характеристики холостого хода в сторону снижения от данных предыдущих испытаний свидетельствует о витковом замыкании в роторе.

3.2. Снятие характеристики двухфазного и трехфазного коротких замыканий (х.к.з.)

Характеристики короткого замыкания представляют собой зависимость тока обмотки статора от тока возбуждения при коротком замыкании трех или двух фаз обмотки статора. При снятии характеристики амперметрами класса точности 0,5 измеряются токи в каждой фазе статора. Закоротка должна быть установлена вблизи выводов генератора так, чтобы во время опыта обмотку статора генератора нельзя было разомкнуть. Закоротка рассчитывается на длительное протекание номинального тока генератора. Ток возбуждения поднимается плавно, скорость подъема его определяется временем, необходимым для правильного отсчета по приборам. Показания всех приборов записываются одновременно. Отклонение характеристик короткого замыкания от данных предыдущих испытаний свидетельствует об отклонениях параметров генератора. Характеристики трехфазного и двухфазного коротких замыканий носят прямолинейный характер. Поэтому для их построения достаточно снять три – четыре опытные точки. Только при очень большом возбуждении характеристики начинают искривляться к оси абсцисс.

Величина тока статора практически не зависит от скорости вращения, поэтому строго поддерживать постоянную скорость вращения генератора во время опыта нет необходимости.

Е

Рис. 3.2. Характеристика короткого замыкания

сли до начала снятия характеристики короткого замыкания машина не имеет остаточного намагничивания, то характеристика КЗ проходит через начало координат, в противном случае она отклоняется от начала координат, и для построения характеристики необходимо определить поправку Δ к началу координат, как показано на рис. 3.2.

Точность расчетов режимов синхронных генераторов и в целом всей энергосистемы, в которую они входят, в значительной степени зависит от точности определения реактивных сопротивлений генераторов. Способы определения реактивных сопротивлений и являются наиболее надежными, так как сравнительно просто создать условия, при которых они могут быть непосредственно измерены.

3.3. Определение синхронных реактивных сопротивлений

Замкнутая накоротко обмотка статора обладает почти индуктивным сопротивлением, так как активное сопротивление обмотки статора весьма мало. В этом случае ток статора сдвинут по фазе относительно ЭДС , индуктируемой в фазной обмотке потоком возбуждения, на угол и реакция якоря носит продольный размагничивающий характер. Ток статора является продольным, а поперечный ток . Векторная диаграмма установившегося трехфазного короткого замыкания на выводах синхронного генератора представлена на рис. 3.3.

Магнитодвижущей силе , обусловленной полным током возбуждения , соответствует ЭДС . Магнитодвижущей силе , соответствует ЭДС , а магнитодвижущей силе , соответствует ЭДС , где – ток статора установившегося КЗ; – реактивное сопротивление рассеяния.

С

Рис. 3.3. Векторная диаграмма установившегося трехфазного          короткого замыкания

опротивление рассеяния составляет малую величину, поэтому даже при номинальном токе КЗ ( = 1) ЭДС результирующего поля примерно в 10 раз меньше номинального напряжения и соответственно в таком же соотношении находятся потоки в зазоре при КЗ и номинальном режиме.

При коротком замыкании результирующий поток в зазоре равен потоку рассеяния обмотки якоря. Это дает основание считать магнитную цепь синхронного генератора в опыте короткого замыкания практически ненасыщенной.

Для насыщенной машины справедливо уравнение

или

Э

Рис. 3.4. Характеристики холо­с­то­го хода и трехфазного коротко-                 го замыкания

то соотношение позволяет определить сопротивление , если известны характеристики КЗ и холостого хода, так как по этим характеристикам для произвольного значения тока возбуждения определим и и

, Ом.

Следует иметь в виду, что при нахождении сопротивления используется прямолинейная характеристика холостого хода, соответствующая условиям ненасыщенной магнитной цепи генератора (рис. 3.4). Для получения синхронного сопротивления в относительных единицах поступим сначала следующим образом: выражение поделим на номинальное сопротивление

получим

.

Из рис. 3.4 видно, что это выражение можно записать как отношение токов возбуждения

.

Спрямление характеристики холостого хода есть замена действительной характеристики холостого хода характеристикой намагничивания зазора. Если спрямление производить через точку номинального напряжение по действительной характеристике холостого хода, то при таком спрямлении останется в силе все изложенное выше. Разница лишь в том, что в приведенном выражении ток возбуждения (по характеристике зазора) заменяется током по действительной нелинейной характеристике холостого хода (рис. 3.4). При этом реактивные сопротивления и уменьшаются, а остается прежним.

Таким образом, получаем реактивное насыщенное сопротивление

.

Величину, обратную , называют отношением короткого замыкания:

Определение по спрямленной характеристике холостого хода (х.х.х.) и характеристике КЗ Госстандартом считается предпочтительным.

Определение синхронных индуктивных сопротивлений по продольной и поперечной осям машины методом скольжения проводят при вращении ротора генератора со скольжением менее 1 % . Обмотка возбуждения должна быть разомкнута, а к обмотке статора подают питание от трехфазного источника напряжением от 0,02 до 0,15 номинального. В момент включения и отключения питания обмотку возбуждения замыкают (накоротко или через разрядное сопротивление) во избежание ее повреждения. Остаточное напряжение должно быть не более 30 % от напряжения источника питания. При большом остаточном напряжении ротор размагничивают.

Ток и напряжение статора и напряжение возбуждения измеряют по приборам или записывают на осциллограмму (рис. 3.5). Измерения по приборам или осциллограмме проводят при минимальном (для определения ) и при максимальном (для определения ) или по измерению внутреннего угла , равного 0º и 90º соответственно.

Рис. 3.5. Осциллограммы изменения тока и напряжения возбуждения

Синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси вычисляют по формуле

(при ).

Синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси вычисляют по формуле

(при ).

где – напряжение возбуждения в В; – максимальные и минимальные значения соответственно напряжения и тока статора в относительных единицах или соответствующие значения, измеренные по углу .

Результаты измерения из опыта малого скольжения считают правильным в том случае, когда полученные из этого же опыта значения практически совпадают с его значением, полученным по х.х.х. и х.к.з. В противном случае опыт повторяют при нескольких значениях скольжения и экстраполируют полученные значения к скольжению, равному нулю. Значения , полученные из опыта малого скольжения, практически соответствуют ненасыщенному состоянию машины.

3.4. Определение сверхпереходных реактивных сопротивлений

Проще всего определить сверхпереходные реактивные и активные сопротивления генератора стационарным методом из опыта однофазного питания попарно всех фаз обмотки статора пониженным напряжением переменного тока при неподвижном роторе (рис. 3.6) и замкнутой обмотке.

Рис. 3.6. Схема подключения источника пере­меного тока к обмотке статора генератора

Для получения ненасыщенных значений сверхпереходных индуктивных сопротивлений подводимое напряжение должно быть от 0,02 до 0,15 номинального напряжения испытуемой машины; для получения насыщенных значений подводимое напряжение должно быть не ниже 0,7 номинального. Длительность испытания в этом случае должна быть ограничена во избежание перегрева ротора. Ротор должен быть при необходимости заторможен, обмотка возбуждения – замкнута накоротко через амперметр.

При испытании измеряют подводимое напряжение, ток и мощность, потребляемые статором, и ток в цепи возбуждения. Для проверки правильности произведенных измерений рекомендуется определять коэффициент мощности по формуле

,

который должен находиться в пределах 0,2…0,4.

По опытным данным подсчитываются полное активное и реактивное сопротивления, отнесенные к одной фазе:

; ; , (3.2)

где , , – значения напряжения, тока и мощности в цепи статора. Определяем среднее значение сопротивлений:

; ; .

Значения сверхпереходных реактивных сопротивлений подсчитываются по формулам

; ,

где

Определение знака перед производят следующим образом:

< – если наибольшему измеренному индуктивному сопротивлению на одной из пар линейных выводов обмотки статора соответствует минимальный из трех токов в цепи возбуждения;

> – если наибольшему измеренному сопротивлению статора соответствует максимальный из трех токов в цепи возбуждения.

3.5. Определение реактивного сопротивления обратной последовательности

Реактивное сопротивление обратной последовательности находится из опыта холостого хода и двухфазного короткого замыкания или из опыта работы на несимметричную нагрузку.

Первый способ. Если определить при одном и том же токе возбуждения ЭДС по спрямленной характеристике холостого хода, а по характеристикам короткого замыкания – токи и (см. рис 3.1), то

; ,

откуда

,

где – фазная ЭДС при одном и том же токе возбуждения, для которого взяты , .

Второй способ. Активное и индуктивное сопротивления обратной последовательности определяют при питании вращающейся с номинальной скоростью машины от постоянного источника симметричного напряжения от 0,02 до 0,15 номинального, с обратным чередованием фаз, т.е. в режиме электромагнитного тормоза со скольжением, равным 200 %. Обмотку возбуждения при этом замыкают накоротко. Если остаточное напряжение машины превышает 30 % напряжения источника, то перед испытанием ротор машины размагничивают.

При испытаниях измеряют напряжение и ток во всех трех фазах и подводимую мощность.

Активное сопротивление обратной последовательности ( ) в омах вычисляют по формуле

,

где – подводимая мощность, Вт;

– потери в стали статора, приведенные к среднему линейному напряжению при испытаниях, Вт;

– средний измеренный ток, А.

Индуктивное сопротивление обратной последовательности ( ) в омах вычисляются по формуле

,

где – среднее измеренное напряжение в вольтах.

Этот метод является предпочтительным.

Порядок проведения работы

1. Снять характеристику холостого хода.

2. Снять характеристику трехфазного и двухфазного короткого замыканий.

3. Определить синхронные реактивные сопротивления.

4. Определить сверхпереходные реактивные сопротивления генератора.

5. Определить активные и реактивные сопротивления обратной последовательности.

Методические указания

1. Прежде чем приступить к непосредственному проведению испытаний, необходимо ознакомиться со схемой включения двигателей и генераторов. Составить программы испытаний, в которых указать все схемы включения, типы и шкалы приборов.

2. Снятие характеристики холостого хода и короткого замыкания производится со щита управления. Закоротка устанавливается в ячейке генераторного выключателя.

3. При определении и к обмотке статора генератора подается напряжение 9…12 В от трансформатора типа РНТ. Опыт производится в такой последовательности:

   • установить синхронное число оборотов, предварительно собрав полную схему, и по показаниям приборов в цепи генератора установить ;

   • напряжение на выводах генератора снизить до 0,5 и отключить АГП;

   • шунтовым реостатом в цепи двигателя постоянного тока установить скорость, весьма близкую к синхронной. Колебания стрелки вольтметра, включенного на выводы обмотки возбуждения, должны быть плавными возле среднего положения.

4. При определении , , и для повышения точности измерения ваттметром напряжение на него лучше подавать через повышающий измерительный трансформатор напряжения (см. рис. 3.6) с К_тр = 15.

Содержание отчета

В отчете должны быть приведены характеристики холостого хода, характеристики коротких замыканий и расчеты по определению сопротивлений генератора.

Образец программы испытаний генератора

Снять характеристику установившегося трехфазного КЗ генератора.

Состояние оборудования к моменту проведения испытаний: генератор остановлен, а его цепи (выключатель, разъединитель, АГП) отключены.

На разъединителе в ячейке выключателя установлена закоротка. Порядок проведения испытаний:

1. Пустить двигатель генератора, довести скорость вращения до синхронной и далее поддерживать ее постоянной.

2. Ввести полностью шунтовой реостат в цепи возбуждения возбудителя.

3. Выключателем включить генератор на закоротку (при минимальном возбуждении) и снять характеристику КЗ, постепенно повышая ток генератора до 60 А.

4. Отключить АГП и измерить величину тока статора при отсутствии тока в обмотке возбуждения генератора.

5. Остановить генератор.

6. Снять закоротку.

Лабораторная работа № 4