Лабораторная работа № 28 определение синхронных индуктивных сопротивлений синхронного генератора

Цель работы: опытами холостого хода и короткого замыкания определение синхронных индуктивных сопротивлений генератора по продольной оси х_d и поперечной оси х_q.

28.1. Содержание работы

В синхронной машине влияние реакции якоря и потока рассеяния учитывается так называемыми синхронными индуктивными сопротивлениями.

Синхронное индуктивное сопротивление состоит из суммы двух сопротивлений: индуктивного сопротивления от магнитного потока реакции якоря и индуктивного сопротивления потока рассеивания.

В синхронных машинах с неявно выраженными полюсами величина воздушного зазора по всей окружности одинакова, поэтому магнитное сопротивление вдоль и поперек полюсов тоже практически одинаково. Вследствие этого синхронные машины турбогенераторного типа с неявно выраженными полюсами имеют синхронное индуктивное сопротивление

х_c = x_a + x_σ,

где x_a – индуктивное сопротивление от потока реакции якоря; x_σ – индуктивное сопротивление от потока рассеивания.

В машинах с явно выраженными полюсами, имеющими неодинаковую величину воздушного зазора вдоль и поперек, оси полюсов будут разными, следовательно, и индуктивные сопротивления будут различными. Таким образом, в машинах с явно выраженными полюсами имеются следующие полные индуктивные сопротивления:

по продольной оси х_d = х_ad +x_σ;

по поперечной оси х_q = x_aq +x_σ,

где х_ad и x_aq – индуктивные сопротивления от потока реакции якоря по продольной и поперечной осям.

Значения сопротивлений х_ad и x_aq можно найти опытным путем по методу скольжения.

Для этого к обмотке статора подводится пониженное напряжение такой величины, чтобы ток не превышал 0,25 I_н. Обмотка возбуждения замыкается на вольтметр магнитоэлектрической системы с нулем посередине шкалы, приводится в движение с частотой вращения, несколько отличающейся от синхронной. Направление вращения ротора должно совпадать с направлением вращения магнитного поля статора. При одинаковом направлении вращения и небольшой разности частот вращения ротора и магнитного поля стрелка вольтметра будет медленно колебаться около нуля. Если направления вращения разные, стрелка вольтметра колебаться не будет. В этом случае надо изменить направление вращения магнитного поля путем смены любых двух фаз подведенного напряжения.

Сущность метода скольжения состоит в следующем. Вращаясь с частотой, несколько отличающейся от частоты вращения ротора, ось намагничивающей силы вращающегося магнитного поля будет то совпадать с осью полюсов, то будет направлена поперек (рис. 28.1).

Рис. 28.1. Распределение магнитных полей якоря и рассеяния: а – продольный поток реакции якоря; б – поперечный поток реакции якоря

Из-за различного магнитного сопротивления по этим осям величина мдс статора меняется, а следовательно, изменяется и ток, потребляемый от сети. В момент, когда ось мдс статора совпадает с продольной осью ротора (рис. 28.1, а), магнитный поток реакции якоря встречает малое магнитное сопротивление, ток статора будет минимальным.

В этом случае поток якоря состоит из продольного потока реакции якоря Ф_ad и поток рассеяния Ф_σ.

В соответствии с этим индуктивное сопротивление обмотки статора по продольной оси будет х_d = х_ad + x_σ. При совпадении оси мдс статора с поперечной осью ротора (рис. 28.1, б) поток реакции якоря встречает большое магнитное сопротивление, что приводит к увеличению тока статора.

При таком положении ротора поток якоря состоит из поперечного потока реакции якоря Ф_ad и потока рассеяния Ф_σ. Индуктивное сопротивление по поперечной оси будет х_q = x_aq + x_σ.

В процессе опыта при малой величине скольжения ток в цепи статора будет медленно изменяться от I_min до I_max. Изменение тока статора приводит к изменению напряжения источника питания (индуктивного регулятора) от U_min до U_max. Если пренебречь активным сопротивлением обмотки статора индуктивное сопротивление обмотки статора, по продольной оси х_d= U_max/ I_min, Ом; по поперечной оси х_q= U_min/ I_max, Ом.

В относительных единицах

; .

Определенные этим опытом значения х_d и х_q соответствуют насыщенному состоянию машины, при котором х_q≈0,6 х_d.

Графическое определение параметров синхронного генератора. При наличии характеристик холостого хода и короткого замыкания можно графически определить насыщенное значение х_d. При коротком замыкании генератора ток статора при малом активном сопротивлении его обмоток является практически индуктивным. В этом случае эдс генератора равна падению напряжения в обмотке статора:

Е_о = I_k х_d.

Отсюда х_d=Е_о/ I_k.

На рис. 28.2 представлены характеристики холостого хода Е_о= f(I_в) и короткого замыкания I_к = f(I_в).

Рис 28.2. Характеристики холостого хода Е_о= f(I_в) и короткого замыкания I_к = f(I_в).

Так как в режиме короткого замыкания машина насыщена, то при определении x_d указанным способом следует пользоваться прямолинейным участком характеристики холостого хода или его продолжением.

Задавая какой-либо ток возбуждения, например I_B = ОК (или I_B = ОК₁), определяют по характеристике холостого хода соответствующую этому току ЭДС Е_о = KL (или Е_о = K₁L₁), а по характеристике короткого замыкания I_к = KH (или I_к = K₁H₁). Тогда

х_d = Е_о/I_k = KL/KH = K₁L₁/ K₁H₁.

При нормальной работе генератора его магнитная система насыщена, поэтому насыщенное значение х_d, будет несколько меньше насыщенного значения.