3.2 Методичні вказівки до п. 3.1
Потужність первинної обмотки Р визначається через номінальну потужність і ККД.
Лінійні та фазні напруги й струми обмотки статора визначаються по відомих формулах і з урахуванням схеми з'єднання обмотки статора.
Число пар полюсів визначається за формулою
р = 60 f1/n1 ≈ 60 f1/n2,
де n1 ≈ n2 , і округляється до цілого числа.
Синхронна частота обертання визначається за (5, ф. 4.18).
Номінальне ковзання визначається за (1, ф.5.45).
Критичне ковзання, що відповідає максимальному /критичному/ моменту, розраховується за формулою
Sкр
= Sн
(±
),
де Sн – номінальне ковзання.
Кратність максимального /критичного/ моменту
= Мmах/Мн
Знак “плюс” приймається при роботі асинхронної машини в режимі двигуна, “мінус” – у режимі генератора.
Номінальний момент на валу двигуна визначається через номінальну потужність і номінальну частоту обертання ротора.
Максимальний /критичний/ момент визначається через кратність максимального /критичного/ моменту (табл.3.3) і номінальний момент.
Задаються ковзання:
S = 0; 0,5Sн; Sн; 1,5Sн; Sкр; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0
і за формулою Клосса (1, ф. 25.25 або 5, ф. 5.51) розраховується момент, що розвивається двигуном, і викреслюється механічна характеристика S = f(M), потім визначається частота обертання ротора
n2 = n1(1-S)
і відкладається відповідно на осі ординат.
Характеристика S(n2) = f(I1) будується приблизно за відомими величинами:
S = 0, I1 0,
S = Sн, I1 = Ін,
S = 1.0, I1 = Іп
4 Завдання № 4
„СИНХРОННІ МАШИНИ”
4.1 Побудова діаграми електрорушійних і магніторушійних сил (ЕМРС) неявнополюсного синхронного генератора для номінального навантаження; визначення струму збудження і процентного підвищення напруги при скиданні навантаження.
4.2 Побудова зовнішньої характеристики неявнополюсного синхронного генератора за діаграмою Е.М.Р.С.
Час, необхідний для виконання даного завдання, складає приблизно 8 годин.
Вихідні дані синхронних генераторів до завдання № 4 наведені в таблиці 4.1.
Фазні обмотки статора (якоря) синхронних генераторів з'єднуються в зірку.
Опір фази обмотки статора надається у відносних одиницях.
У таблиці 4.2 наведена "Нормальна характеристика неявнополюсного синхронного генератора (турбогенератора)".
Таблиця 4.1 - Дані синхронних турбогенераторів з частотою обертання ротора 3000 об/хв, 50 Гц до розрахунку діаграми ЕМРС
№ вар. |
PН , МВт |
|
|
ВКЗ |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
1 |
100 |
15,75 |
0,9 |
0,78 |
0,09 |
2 |
50 |
10,5 |
0,85 |
0,65 |
0,082 |
3 |
25 |
6,3 |
0,8 |
0,62 |
0,1 |
4 |
50 |
13,8 |
0,9 |
0,76 |
0,11 |
5 |
100 |
10,5 |
0,85 |
0,8 |
0,12 |
6 |
12 |
6,3 |
0,8 |
0,65 |
0,1 |
7 |
6 |
6,3 |
0,8 |
0,87 |
0,128 |
8 |
10 |
6,3 |
0,8 |
0,98 |
0,11 |
9 |
800 |
24 |
0,9 |
0,455 |
0,245 |
10 |
2,5 |
6,3 |
0,8 |
0,62 |
0,12 |
11 |
300 |
20 |
0,85 |
0,53 |
0,178 |
Продовження таблиці 4.1
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
12 |
4 |
6,3 |
0,8 |
0,6 |
0,11 |
13 |
500 |
20 |
0,85 |
0,44 |
0,178 |
14 |
32 |
10,5 |
0,8 |
0,437 |
0,128 |
15 |
200 |
15,75 |
0,85 |
0,58 |
0,165 |
16 |
50 |
15,75 |
0,8 |
0,62 |
0,11 |
17 |
150 |
18 |
0,85 |
0,62 |
0,188 |
18 |
6 |
10,5 |
0,8 |
0,55 |
0,112 |
19 |
100 |
13,8 |
0,85 |
0,57 |
0,113 |
20 |
63 |
6,3 |
0,8 |
0,64 |
0,121 |
21 |
800 |
24 |
0,85 |
0,5 |
0,23 |
22 |
160 |
18 |
0,85 |
0,65 |
0,19 |
23 |
63 |
10,5 |
0,8 |
0,5 |
0,12 |
24 |
300 |
20 |
0,85 |
0,6 |
0,2 |
25 |
32 |
6,3 |
0,8 |
0,44 |
0,12 |
26 |
200 |
18 |
0,85 |
0,6 |
0,18 |
27 |
2,5 |
3,15 |
0,8 |
0,62 |
0,12 |
28 |
1200 |
24 |
0,9 |
0,37 |
0,25 |
29 |
4 |
3,15 |
0,8 |
0,6 |
0,11 |
30 |
12 |
10,5 |
0,8 |
0,65 |
0,1 |
31 |
500 |
20 |
0,85 |
0,42 |
0,21 |
32 |
30 |
15,75 |
0,85 |
0,47 |
0,14 |
33 |
160 |
15,75 |
0,85 |
0,6 |
0,16 |
34 |
25 |
10,5 |
0,8 |
0,58 |
0,12 |
35 |
125 |
15,75 |
0,85 |
0,61 |
0,14 |
36 |
63 |
15,75 |
0,8 |
0,5 |
0,15 |
37 |
120 |
10,5 |
0,85 |
0,58 |
0,19 |
38 |
15 |
10,5 |
0,8 |
0,6 |
0,1 |
39 |
55 |
15,75 |
0,9 |
0,76 |
0,13 |
40 |
32 |
6,3 |
0,8 |
0,51 |
0,123 |
41 |
15 |
10,5 |
0,8 |
0,6 |
0,14 |
42 |
250 |
24 |
0,85 |
0,52 |
0,2 |
43 |
500 |
24 |
0,85 |
0,46 |
0,22 |
44 |
55 |
15,75 |
0,9 |
0,76 |
0,15 |
45 |
12 |
15,75 |
0,8 |
0,6 |
0,12 |
Продовження таблиці 4.1
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
46 |
7,5 |
6,3 |
0,8 |
0,81 |
0,13 |
47 |
300 |
24 |
0,9 |
0,43 |
0,18 |
48 |
200 |
20 |
0,85 |
0,42 |
0,16 |
49 |
165 |
18 |
0,85 |
0,615 |
0,17 |
50 |
800 |
24 |
0,85 |
0,4 |
0,20 |
51 |
12 |
6,3 |
0,8 |
0,6 |
0,12 |
52 |
30 |
6,3 |
0,8 |
0,6 |
0,11 |
53 |
120 |
15,75 |
0,85 |
0,42 |
0,15 |
54 |
200 |
13,8 |
0,85 |
0,38 |
0,18 |
55 |
630 |
20 |
0,9 |
0,42 |
0,20 |
56 |
1000 |
24 |
0,85 |
0,45 |
0,22 |
57 |
32 |
10,5 |
0,8 |
0,6 |
0,13 |
58 |
150 |
15,75 |
0,85 |
0,5 |
0,17 |
59 |
320 |
18 |
0,85 |
0,4 |
0,2 |
60 |
630 |
24 |
0,9 |
0,42 |
0,22 |
61 |
400 |
18 |
0,85 |
0,48 |
0,23 |
62 |
120 |
13,8 |
0,8 |
0,6 |
0,16 |
63 |
320 |
20 |
0,85 |
0,46 |
0,22 |
64 |
200 |
10,5 |
0,8 |
0,5 |
0,2 |
65 |
400 |
20 |
0,9 |
0,6 |
0,2 |
66 |
1200 |
24 |
0,85 |
0,42 |
0,23 |
67 |
250 |
20 |
0,85 |
0,6 |
0,23 |
68 |
200 |
18 |
0,85 |
0,5 |
0,22 |
69 |
50 |
15,75 |
0,8 |
0,62 |
0,11 |
70 |
150 |
20 |
0,8 |
0,58 |
0,21 |
71 |
60 |
18 |
0,8 |
0,7 |
0,15 |
72 |
100 |
18 |
0,8 |
0,72 |
0,18 |
73 |
400 |
15,75 |
0,8 |
0,5 |
0,18 |
74 |
320 |
15,75 |
0,85 |
0,6 |
0,18 |
Таблиця 4.2 - Нормальна характеристика холостого ходу турбогенератора
|
0,5 |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
2,5 |
3,0 |
3,5 |
|
0,58 |
1,0 |
1,21 |
1,33 |
1,40 |
1,46 |
1,51 |
4.3 Методичні вказівки до п.4.1
Перед виконанням завдання необхідно проробити розділи конспекту лекцій, що відносяться до даного завдання, а також матеріал за (1, с.651 - 670 або 4, с.192 – 221).
Діаграма ем.р.с. (діаграма Потьє) застосовується для неявнополюсних синхронних генераторів (турбогенераторів).
Метою
побудови діаграми ем.р.с. є визначення
струму збудження, що забезпечує задану
напругу (
)
на затисках генератора при заданому
струмі навантаження (
)
і коефіцієнті потужності
з урахуванням насичення магнітного
кола.
У
розглянутому випадку струм збудження
визначається для номінальних значень
напруги
,
струму навантаження
і коефіцієнта потужності
.
Номінальна
фазна напруга
і
номінальний фазний струм
розраховуються за даними табл.4.1.
Діаграма ем.р.с. будується за даними табл.4.I у відносних одиницях.
Перерахування параметрів, представлених у фізичних одиницях, у параметри у відносних одиницях здійснюється за наступними формулами:
-
напруга
фази у відносних одиницях;
-
е.р.с.
фази у відносних одиницях;
-
струм
фази статора (якоря) у відносних одиницях;
-
струм
збудження у відносних одиницях,
де
-
струм
збудження при
.
-
базисний
опір;
-
індуктивний опір розсіювання фази у
відн. один.
Задаються масштабами:
-
напруги,
-
струму якоря,
- струм збудження.
Надалі
при побудові векторної діаграми і
зовнішньої характеристики значок * -
індекс параметрів у відносних одиницях
- опускається. Активний опір обмотки
якоря
приймається
рівним нулеві
.
До п.4.1 Для побудови діаграми ем.р.с. необхідно мати наступні дані (у відносних одиницях): номінальна фазна напруга і номінальний фазний струм, характеристику холостого ходу турбогенератора, номінальний коефіцієнт потужності, індуктивний опір розсіювання обмотки статора Х*σа, відношення короткого замикання ВКЗ.
Діаграма ем.р.с. будується в наступному порядку (рис.4.1).
За
даними табл.4.2 будується характеристика
холостого ходу
.
Вектор напруги
направляється
по осі ординат і відкладається на ній
відрізок
.
Відкладається
вектор струму статора
-
відрізок
,
під кутом
до вектора напруги U.
Визначається індуктивна напруга
розсіювання
.
До
вектора
додається
вектор
- відрізок
,
у напрямку, перпендикулярному векторові
.
Точка О
з'єднується з точкою В,
виходить вектор е.р.с. генератора
.
Вектор
утворює з вектором
кут
.
Для визначення струму збудження
радіусом
ОВ
з центра О
проводиться дуга до
перетинання
з віссю ординат у точці b.
З точки b
проводиться пряма,
паралельна осі абсцис до перетинання з характеристикою холостого
Рисунок 4.1 – Діаграма Е.М.Р.С. і побудова зовнішньої
характеристики СГ
ходу
в точці С.
З точки З
проводиться пряма паралельно осі ординат
до перетинання з віссю абсцис у точці
.
Відрізок
буде дорівнювати току збудження
:
.
При роботі синхронного генератора під навантаженням струм збудження, крім наведення е.р.с. в обмотці якоря, ще і компенсує н.с. реакції якоря.
Для
врахування дії реакції, що розмагнічує,
якоря (н.с. якоря) при роботі машини під
навантаженням у відносних одиницях
будується характеристика короткого
замикання (к.з.)
за
величиною відношення короткого замикання
- ОКЗ.
Відношенням
струму к.з. (вкз)
називається відношення сталого струму
к.з.
при струмі збудження
,
що при
холостому
ході і
створює
,
до номінального струму якоря
:
,
відкіля
.
По
відомій величині
будується
характеристика
к.з. (рис.6.1). Відкладається
по осі абсцис відрізок
З
точки З
проводиться
паралельно осі ординат відрізок
.
Через
точки
і
проводиться пряма, що є характеристикою
к.з. I=f(iзб).
Визначається
та
частина струму збудження
,
що йде на наведення е.р.с. розсіювання
якоря:
.
Відрізок
відкладається на осі ординат і
переноситься на
характеристику
холостого ходу (відрізок
).
Визначений
струм збудження
йде
на наведення е.р.з розсіювання.
Струм
збудження
компенсує
реакцію якоря.
Слід
зазначити, що
можна
представити як н.с. реакції якоря в
масштабі струму збудження, що у загальному
випадку зрушена в просторі щодо осі
полюсів унаслідок дії реакції якоря.
Тому для визначення загального струму
збудження додаються геометрично
:
Для
цього з крапки
під кутом
до осі ординат проводиться відрізок
.
З'єднується
точка
з точкою
.
Виходить відрізок ОМ,
рівний повному струму збудження
.
Проводиться дуга радіусом ОМ
із
точки О до перетинання з віссю абсцис
у точці
.
З точки
проводиться пряма паралельна осі ординат
до перетинання з характеристикою
холостого ходу в точці Р.
Відрізок
є е.р.с. генератора при струмі збудження
і
при скиданні навантаження
(холостий хід) - напругою на затисках
генератора Ux=ExН.
Тоді
зміна напруги на затисках генератора
визначається за формулою:
До п.4.2 Побудова зовнішньої характеристики синхронного генератора за діаграмою Е.М.Р.С.
З
діаграми Е.М.Р.С. отримані дві точки
зовнішньої характеристики:
,
і
,
.
Однак по двох точках зовнішню характеристику побудувати не можна. Тому для побудови зовнішньої характеристики генератора задаються додатковими значеннями струму якоря і визначаються для них відповідно напруги.
Побудова
зовнішньої характеристики генератора
здійснюється в наступному порядку.
Задаються струмом навантаження у відносних одиницях.
-
струм генератора
у відносних одиницях.
-
може бути прийнятий 0,5; 0,75; 1,25.
Наведене нижче побудова заснована на тім, що н.с. якорі, індуктивна напруга розсіювання і кут між напругою та е.р.с. пропорційні струму генератора, тобто:
;
;
.
Для
струму генератора
(наприклад
)
напруга генератора визначається в такий
спосіб. При
- струм збудження, що компенсує н.с. якоря
дорівнював
.
При
струмі навантаження
ця
величина визначається вектором
,
що утворить з віссю ординат кут
.
З
точки S
проводимо
пряму, паралельну осі абсцис до перетинання
з дугою
в точці
.
З точки S1
проводимо
пряму, паралельну відрізкові
до перетинання з віссю абсцис у точці
.
Отже,
відрізок
являє собою струм збудження, що
створює
е.р.с. із
при струмі навантаження
.
Е.Р.С.
визначається як довжина відрізка
,
проведеного
з точки
,
паралельно осі ординат до перетинання
з характеристикою холостого ходу в
точці 3. З точки З1
проводимо
пряму, паралельну осі абсцис до
перетинання з віссю ординат у точці
.
Відрізок
дорівнює
е.р.с.
.
Радіусом
із точки
проводимо дугу. Паралельно лінії
відкладаємо відрізок
.
Відрізок
і
буде напруга
генератора при навантаженні
.
Аналогічним
методом визначається напруга генератора
і для інших значень струмів 0,75; 1,25.
За отриманими величинами напруг будується зовнішня характе-ристика генератора при постійному значенні струму збуд-ження і коефіцієнті потужності.