3. Экспериментальное исследование синхронного двигателя в режиме компенсатора

3.1. Оставив синхронный двигатель подключенным к питающей электрической сети с нагрузкой , установить возбуждение в роторе двигателя соответствующее нормальному возбуждению ( ).

3.2. В лаборатории включить приёмники электрической энергии и по данным приборов, регистрирующих режим электрической сети, питающей лабораторию, определить коэффициент мощности электрической лаборатории ( ).

3.3. Перевозбуждая синхронный двигатель (увеличивая ток возбуждения), проследить за характером изменения линейного тока и коэффициента мощности по приборам вводного щита лаборатории. Произвести измерение для четырёх режимов в объёме, предусмотренном табл. 9.3.

По данным измерений построить в масштабе векторную диаграмму, включающую напряжение сети, питающей лабораторию (оно же напряжение на зажимах статора синхронного двигателя), линейные токи сети лаборатории и синхронного двигателя с их активными и реактивными составляющими для режима при нормальном возбуждении синхронного двигателя и одного из режимов перевозбуждённого двигателя

Сделать общие заключения о свойствах синхронного электродвигателя.

Сделать общее заключение о характере величин, относящихся к рабочим характеристикам, и свойствах асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Содержание отчета

1. Наименование и цель работы.

2. Схема лабораторной установки с указанием используемых измерительных приборов.

3. Результаты измерений и расчетов электрических величин.

4. Номинальные параметры исследуемого двигателя

5. Основные аналитические соотношения, необходимые для обработки результатов измерений.

6. Рабочие характеристики синхронного двигателя.

7. Графики зависимостей , , , , η, от мощности , развиваемой на валу двигателя.

8. Графики зависимости линейного тока, потребляемого двигателем, и его коэффициента мощности от тока возбуждения.

9. Векторная диаграмма, включающая напряжение сети, питающей лабораторию (оно же напряжение на зажимах статора синхронного двигателя), линейные токи сети лаборатории и синхронного двигателя с их активными и реактивными составляющими для режима при нормальном возбуждении синхронного двигателя ( , , , ) и одного из режимов перевозбуждённого двигателя ( , , , , ).

10. Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Цель работы.

2. Состав лабораторной установки.

3. Основные элементы и участки исследуемой электрической цепи.

4. Порядок выполнения лабораторной работы.

5. Назначение, устройство и принцип действия синхронного двигателя.

6. Способы пускав ход синхронного двигателя.

7. Влияние величины тока возбуждения на режим работы синхронного двигателя.

8. Рабочие характеристики синхронного двигателя.

Лабораторная работа № 10

ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА

С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

Цель работы

Изучение конструкции, параметров и исследование режимов работы генератора постоянного тока с параллельным возбуждением

Содержание работы

1. Изучение конструкции и параметров генератора постоянного тока с параллельным возбуждением.

2. Экспериментальное исследование характеристик холостого хода.

3. Исследование процессов самовозбуждения генератора.

4. Экспериментальное исследование внешней характеристики.

Краткие теоретические сведения

Генератор независимого возбуждения – один из самых распространенных типов генераторов постоянного тока. Например, в часто применяемых на практике электроприводах по системе генератор-двигатель в качестве источника регулируемого напряжения используется генератор именно этого типа. Поэтому изучение его свойств, кроме знакомства с методами экспериментального исследования машин и закрепления теоретических знаний, представляет большой практический интерес.

Работу генератора характеризуют четыре параметра: напряжение , ток якоря , ток возбуждения , скорость вращения . Поскольку исследование одного из них в функции остальных трех затруднительно, обычно фиксируют все параметры, за исключением каких-либо двух, которые и рассматриваются во взаимосвязи. Так получают различные характеристики машины, представляющие зависимость одной величины в функции другой при фиксированных остальных.

Обычно генератор в эксплуатации приводится во вращение со скоростью, которую можно считать постоянной, равной его номинальной скорости. Поэтому существует три типа характеристик по числу сочетаний из трех параметров по два (при фиксированной третьей):

а) внешняя характеристика – зависимость напряжения генератора оттока нагрузки (для генератора с паралельным возбуждения - также тока якоря ) при неизменных значенияхскорости вращения и сопротивления цепи возбуждения (тока возбуждения ):

при .

Обычно сопротивление регулировочного реостата возбуждения R_P принимается равным нулю.

Известно, что ток нагрузки генератора с параллельным соединением обмотки возбуждения (и ток якоря соответственно) при уменьшении сопротивления приёмника возрастает, а затем уменьшается в связи с сильным ослаблением магнитного потока и индуктированной ЭДС.

На рис. 10.1 изображены зависимости тока якоря и уровня напряжения на зажимах генератора от проводимости нагрузки g_н.При этом условно показан ток , соответствующий бесконечно большой проводимости нагрузки = 0, т.е. короткому замыканию на зажимах якоря генератора.

Рисунок 10.1– Зависимости тока якоря и уровня напряжения

на зажимах генератора от проводимости нагрузки g_н

На рис. 10.1 б изображена в качестве примера внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения, соответствующая зависимостям, построенным на рис. 10.1 а. Часть внешней характеристики,от режима холостого хода до номинального режима ( ), соответствует допустимым длительным нагрузочным режимам генератора.

б) нагрузочная характеристика – этозависимость напряжения на зажимах генератора от тока возбуждения при неизменных значенияхскорости вращения и токанагрузки (токаякоря ) (не равном нулю)

при .

в) регулировочная характеристика– это зависимость тока возбуждения от тока якоря при неизменных значенияхскорости вращения инапряжения генератора:

при .

Важнейшими частными случаями этих характеристик являютсяхарактеристика холостого хода (ХХХ) и характеристика короткого замыкания (ХКЗ).

Характеристика холостого хода – это зависимость ЭДС, индуктируемой в якоре генератора,от тока возбуждения при постоянной частоте вращения якоря и отсутствии тока нагрузки.

Характеристика холостого хода имеет восходящую и нисходящую ветви, обусловленные гистерезисом в магнитной цепи. На рис. 10.1 приведена расчётная характеристика холостого хода для одного из генераторов, проведённая посередине между восходящей и нисходящей ветвями. При выключенном возбуждении ( имеется небольшая ЭДС, индуктируемая магнитным полем машины, и небольшой уровень напряжения на зажимах якоря машины.

Рисунок 10.1 – Расчётная характеристика холостого хода

Характеристика короткого замыкания (ХКЗ) – это зависимость тока закороченного якоря при изменении возбуждения.

Последние две характеристики позволяют получить характеристический треугольник генератора, на базе которого можно косвенным путем построить с помощью ХХХ все характеристики генератора.

Это обстоятельство особенно важно при проектировании машины, так как ХХХ можно рассчитать с достаточной точностью так же, как и характеристический треугольник. Кроме того, для мощных машин снять ХХХ и ХКЗ несложно, тогда как снять все характеристики зачастую нельзя. Это дает возможность инженеру с наименьшими затратами определить свойства уже реализованной машины.

В генераторе параллельного возбуждения, не имеющем остаточного намагничивания магнитной системы, ЭДС в якоре не наводиться, на зажимах якоря нет напряжения, ток возбуждения в обмотке возбуждения не появляется.

В генераторе, находящимся в эксплуатации, имеется остаточная намагниченность магнитной цепи. В процессе вращения якоря в нём возникает небольшая ЭДС , а в цепи возбуждения – небольшой ток возбуждения .

Если обмотка возбуждения включена правильно по отношению к зажимам обмотки якоря, то её ток увеличивает магнитное поле машины, ЭДС якоря и напряжение на зажимах машины возрастают, что является причиной дальнейшего возрастания тока возбуждения, ЭДС и напряжения генератора.

Процесс увеличения ЭДС и напряжения на зажимах генератора – самовозбуждение генератора – продолжается до тех пор, пока индуктированная в якоре ЭДС превосходит потерю напряжения, вызванную током возбуждения и регулируемого реостатаRр. При этом, как ЭДС, так и потери напряжения в указанных сопротивлениях являются функциями тока возбуждения:

,

.

Зависимость ЭДС от тока возбуждения определяется расчётной характеристикой холостого хода, опреджеляемой в п. 1 и изображенной на рис. 10.1.

Процесс самовозбуждения заканчивается установившимся режимом, которому соответствуют определённые значения ЭДС и напряжения на зажимах генератора, вытекающие из условия:

При этом уровень напряжения на зажимах генератора равен

.

Установившиеся значения ЭДС и тока возбуждения могут быть найдены графическим решением уравнений, определяющих установившийся режим генератора. Для этого необходимо в одних и тех же осях построить расчётную характеристику холостого хода и прямую

.

К номинальным параметрам электрических машин относятся электрические и механические показатели, установленные заводом-изготовителем: номинальная мощность , номинальный уровень напряжения , номинальный ток , КПД и др.