Порядок выполнения работы:

1. Выполнить задание лабораторной работы.

2. Составить отчет.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Ход работы:

Электрическая схема стенда приведена на рисунке 36.

Рисунок 36 – Электрическая схема стенда

Задание.

• Убедиться, что стенд отключен от сети питания и заземлен, все соединения соответствуют электрической схеме (рисунок 36).

• Включить стенд в розетку сети 220 В с помощью вилки.

• Включить тумблер, подключающий в схему пусковую емкость.

• Нажать на кнопку «Пуск» кнопочного поста стенда.

• По окончании разгона электродвигателя вывести из работы пусковую емкость, отключив тумблер. Измерить время пускового процесса и сравнить со временем разгона электродвигателя из предыдущей лабораторной работы, сделать выводы.

• Отключить питание стенда. Записать значения пускового и рабочего конденсаторов, сделать выводы.

Контрольные вопросы:

1. Почему однофазный двигатель не создает пускового момента?

2. С какой целью в цепь пусковой обмотки двигателя включают фазосмещающий элемент?

3. Чем отличается однофазный двигатель от конденсаторного?

4. Как можно повысить пусковой момент в конденсаторном двигателе?

5. Почему некоторые конденсаторные двигатели называют двухфазными?

6. Как рассчитать мощность конденсатора для однофазного АД?

7. Каковы правила эксплуатации однофазных АД?

8. Каковы правила эксплуатации при обслуживании конденсаторов?

Лабораторная работа №7

Тема: «Исследование параллельной работы трехфазных синхронных генераторов».

Цель: Сформировать умение включать синхронные генераторы на параллельную работу.

По окончании выполнения лабораторной работы студент должен

знать:

• классификацию, устройство и принцип действия синхронных машин;

• влияние реакции якоря при различных нагрузках;

• условия включения синхронных генераторов на параллельную работу;

• безопасные правила эксплуатации.

уметь:

• включать синхронные генераторы на параллельную работу.

Основные теоретические положения:

На электрических станциях обычно устанавли­вают несколько синхронных генераторов, включае­мых параллельно для совместной работы (рисунок 37). Наличие нескольких генераторов вместо одного суммарной мощности дает преимущества, объяс­няемые теми же соображениями, которые были из­ложены применительно к параллельной работе трансформаторов.

При включении синхронного генератора в сеть на параллельную работу необходимо соблюдать следующие условия: ЭДС генератора в момент подключения его к сети должна быть равна и проти­воположна по фазе напряжению сети ( ), частота ЭДС генератора должна быть равна часто­те переменного напряжения в сети ; порядок следо­вания фаз на выводах генератора должен быть таким же, что и на зажимах сети.

Приведение генератора в состояние, удовлетво­ряющее всем указанным условиям, называют син­хронизацией. Несоблюдение любого из условий син­хронизации приводит к появлению в обмотке статора больших уравнительных токов, чрезмерное значение которых может явиться причиной аварии.

Включить генератор в сеть с параллельно рабо­тающими генераторами можно или способом точной синхронизации, или способом самосинхронизации

Способ точной синхронизации. Сущность это­го способа состоит в том, что, прежде чем включить генератор в сеть, его приводят в состояние, удовле­творяющее всем вышеперечисленным условиям. Момент соблюдения этих условий, т. е. момент син­хронизации, определяют прибором, называемым синхроноскопом. По конструкции синхроноскопы разделяют на стрелочные и ламповые. Рассмотрим процесс синхронизации генераторов с применением лампового синхроноскопа, который состоит из трех ламп 1, 2, 3, расположенных в вершинах равносто­роннего треугольника.

При включении ламп по схеме «на погасание» (рисунок 38, а) мо­мент синхронизации соответствует одновременному погасанию всех ламп. Предположим, что звезда ЭДС генератора враща­ется с угловой частотой , превышающей угловую частоту враще­ния звезды напряжений сети . В этом случае напря­жение на лампах определяется геометрической суммой + ; + ; + (рисунок 38, б).

Рисунок 37 – Включение синхронных генераторов на параллельную работу:

Г₁ - Г₄ – синхронные генераторы, ПД₁ -ПД₄ – приводные двигатели

В момент сов­падения векторов звезды ЭДС с векторами звезды напряжений эта сумма достигает наибольшего значения, при этом лам­пы горят с наибольшим накалом (напряжение на лампах равно удвоенному напряжению сети). В последующие моменты времени звезда ЭДС обгоняет звезду напряже­ний, и напряжение на лампах уменьшается. В момент синхрониза­ции векторы ЭДС и напряжений занимают положение, при кото­ром , т.е. = 0, и все три лампы одновременно гаснут (рисунок 38, в). При большой разности уг­ловых частот и лампы вспыхивают час­то. Изменяя частоту вращения первичного двигателя, добиваются равенства , о чем будет свидетельст­вовать погасание ламп на длительное время. В этот момент и следует замкнуть рубильник, после чего генератор окажется подключен­ным к сети.

Рисунок 38 – Ламповый синхроноскоп

Способ самосин­хронизации.

Ротор не­возбужденного генера­тора приводят во вра­щение первичным дви­гателем до частоты вращения, отличающейся от синхронной не более чем на 2-5%, затем генератор подключают к сети. Для того чтобы избежать перенапряжений в обмотке ротора в момент подключения генератора к сети, ее замыкают на некоторое активное Сопротивление. Так как в момент подключения генератора к сети его ЭДС равна нулю (генератор не возбужден), то под действием напряжения сети в обмотке статора наблюдается резкий бросок тока, превышающий номинальное значение тока генератора. Вслед за включением обмотки статора в сеть подключают обмотку возбуждения к источнику постоянного тока и синхронный генера­тор под действием электромагнитного момента, действующего на его ротор, втягивается в синхронизм, т. е. частота вращения ротора становится синхронной. При этом ток статора быстро уменьшается.

При самосинхронизации в генераторе протекают сложные электромеханические переходные процессы, вызывающие значи­тельные механические воздействия на обмотки, подшипники и муфту, соединяющую генератор с турбиной. Влияние этих воздей­ствий на надежность генератора учитывается при проектировании синхронных генераторов. Способ самосинхронизации (грубой синхронизации) обычно применяют в генераторах при их частых включениях. Этот способ прост и легко автоматизируется.

Нагрузка генератора, включенного на параллельную работу.

Обычно совместно на одну сеть работают несколько синхрон­ных генераторов и мощность любого из них намного меньше сум­марной мощности всех остальных генераторов. Будем считать, что синхронный генератор подключают на параллельную работу с другими генераторами, суммарная мощность которых настолько велика по сравнению с мощностью подключаемого генератора, что при любых изменениях параметров этого генератора напряжение сети и ее частота остаются неизменными.

Рисунок 39 – Векторные диаграммы синхронного генератора, включённого на параллельную работу в сеть большой мощности:

а – при работе без нагрузки; б – при работе с нагрузкой

После подключения генератора в сеть при соблюдении всех ус­ловий синхронизации его ЭДС равна по значению и противоположна по фазе напряжению сети (рисунок 39, а), поэтому ток в цепи генератора равен нулю, т. е. генератор работает без нагрузки. Механическая мощность приводного двигателя P₁ в этом случае полностью затрачивается на покрытие потерь х.х.: .

Отсутствие тока в обмотке статора синхронного генератора приводит к тому, что обмотка статора не создает вращающегося магнитного поля и в генераторе действует лишь магнитное поле возбуждения, вращающееся вместе с ротором с угловой частотой , но не создающее электромагнитного мо­мента.

Рисунок 40 – К понятию об электромагнитном моменте синхронного генератора

Если же увеличить вращающий момент приводного двигателя , то ротор машины, получив некоторое ускорение, сместится относительно своего первоначального положения на угол в на­правлении вращения. На такой же угол окажется сдвинутым вектор ЭДС генератора относительно своего положения, соответствующего режиму х. х. генератора (рисунок 39, б). В результате в цепи статора появится результирующая ЭДС , которая создаст в цепи обмотки статора генератора ток I₁. Если пренебречь активным сопротивлением обмотки статора и считать сопротивление этой обмотки чисто индуктивным, то ток , отстает по фазе от на угол 90° (рисунок 39, б) и отстает по фазе от ЭДС на угол .

Ток I₁ создает магнитное поле, вращающееся синхронно с ротором и создающее вместе с полем ротора результирующее магнитное поле синхронной машины. Ось этого результирующего поля d'—d' не совпадает с продольной осью полюсов ротора d – d: в синхронном генераторе ось полюсов ротора d - d опережает ось результирующего поля машины d^’-d^’ на угол (рисунок 40, а).

Известно, что разноименные магнитные полюсы взаимно притягиваются, поэтому между намагниченными полюсами ротора и неявно выраженными полюсами вращающегося поля статора возникают силы магнитного притяжения (рисунок 40, б). Вектор это и силы на каждом полюсе ротора, направленный под углом к оси полюса, имеет две составляющие: – нормальная составляющая, направленная по оси полюсов, и – тангенциальная составляющая, направленная перпендикулярно оси полюсов ротора. Совокупность тангенциальных составляющих F₁ на всех полюсах ротора создает на роторе синхронного генератора электромагнитный момент, направленный встречно вращающему­ся магнитному полю:

,

где D₂ – диаметр ротора.

Из полученного выражения следует, что электромагнитный момент синхронной машины является синусоидальной функцией угла и может быть представлен выражением

,

где М_max – максимальное значение электромагнитного момента, соответствующее значению угла = 90 эл. град.

Электромагнитный момент М, возникающий на роторе генератора направлен встречно вращающему моменту приводного двигателя , т. е. он является тормозящим моментом. На преодоление этого момента затрачивается часть мощности приводного двигателя, которая представляет собой электромагнитную мощность

,

где – угловая частота вращения ротора.

Таким образом, с появлением тока I₁ в обмотке статора синхронного генератора, работающего параллельно с сетью, генератор получает электрическую нагрузку, а приводной двигатель (турбина, дизельный двигатель и т. п.) получает дополнительную механическую нагрузку. При этом механическая мощность приводного двигателя расходуется не только на покрытие потерь х. х. генератора , но и частично преобразуется в электромагнитную мощность генератора Р_эм, т. е.

.

Следовательно, электромагнитная мощность синхронного ч тора представляет собой электрическую активную мощность, преобразованную из части механической мощности приводного двигателя:

.

Что же касается активной мощности на выходе синхронного генератора , отдаваемой генератором в сеть, т. е.

,

то она меньше электромагнитной мощности Р_эм на значение, равное сумме электрических потерь в обмотке статора и добавочных потерь при нагрузке

.

Следовательно, мощность на выходе синхронного генератора, (активная нагрузка) при его параллельной работе с сетью регулируется изменением вращающего момента приводного двигателя:

,

где – угловая синхронная скорость вращения ротора синхронной машины, рад/с.

Если разделить на угловую частоту , то получим уравнение моментов

.

Из этого уравнения следует, что вращающий момент , развиваемый приводным двигателем на валу генератора, равен сумме противодействующих моментов: момента х. х. , обусловленного потерями х. х. и электромагнитного момента М, обусловленного нагрузкой генератора.

Момент х. х. для данного генератора постоянен ( = соnst), поэтому нагрузка синхронного генератора возможна лишь за счет вращающего момента приводного двигателя, когда его значение превышает момент х. х., т. е. при .