Контрольные вопросы для домашней подготвки

1. Какой режим называется параллельной работой синхронных генераторов? Когда возникает необходимость параллельной работы генераторов?

2. Какие условия нужно выполнить для включения синхронных генераторов на параллельную работу?

3. Какими методами синхронные генераторы включаются на параллельную работу? Опишите порядок включения тем или иным методом?

4. Устройство лампового синхроноскопа? Какие условия параллельной работы им можно контролировать и как?

5. Как регулируется активная мощность синхронного генератора при параллельной рабате с мощной сетью?

6. Угловая характеристика синхронного генератора? Как она определяется экспериментально? Объясните статическую устойчивость при параллельной работе?

7. Как регулируется реактивная мощность синхронного генератора при параллельной работе с мощной сетью?

8. U-образные характеристики синхронного генератора? Как они определяются экспериментально? Какая реактивная составляющая тока возникает в обмотке якоря при недовозбуждении и какая при перевозбуждении? Объясните физическую картину этих явлений?

9. Принцип обратимости синхронных машин? При каких условиях синхронная машина работает генератором? Как перевести её в режим двигателя? Физическая картина явлений?

10. Принцип обратимости машин постоянного тока? При каких условиях машина постоянного тока работает двигателем? Как перевести ее в генераторный режим? Физическая картина явлений?

Лабораторная работа № 14 испытание трехфазного синхронного двигателя

1. Цель работы

1.1. Изучить принцип работы и устройство синхронного двигателя с электромагнитным возбуждением.

1.2. Ознакомиться со способами пуска синхронных двигателей в ход.

1.3. Получить экспериментально и проанализировать рабочие и U-образные характеристики синхронного двигателя.

1.4. Изучить принцип работы синхронного реактивного двигателя. Получить экспериментально и проанализировать рабочие характеристики и сравнить их с аналогичными характеристиками синхронного двигателя.

2. Порядок выполнения работы

2.1. Собрать схему синхронного двигателя и нагрузочного генератора, рис. 1. В качестве нагрузочного генератора в работе используется генератор постоянного тока независимого возбуждения.

Рис. 1

2.2. Пустить в ход синхронный двигатель. Для этого обмотка возбуждения замыкается на активное сопротивление R_раз (кнопка S4 находится в верхнем положении). Если пустить синхронный двигатель с разомкнутой обмоткой возбуждения, в ней будет индуктироваться большая ЭДС, что может привести к пробою изоляции и к аварии.

Линейными пускателями Л1 и Л2 подать напряжение на стенд. Включая выключатель S1, пустить синхронный двигатель в ход (выключатель S5 разомкнут). При достижении ротором частоты вращения подать напряжение к обмотке возбуждения, нажимая кнопку S4 (при поданном напряжении кнопка S4 утоплена). Ротор втягивается в синхронизм. Ток в обмотке статора уменьшается, стрелки приборов не колеблются.

2.3. Снять рабочие характеристики синхронного двигателя I(P₂); (P₂); cos(P₂); Р₁(P₂) при U₁ = const; f = f_н = const;

i_в = const.

После пуска двигателя включают выключатель S6 и реостатом R_р возбуждают генератор постоянного тока до номинального напряжения (выключатели S5 разомкнуты).

Установить ток в обмотке возбуждения синхронного двигателя i_в таким, чтобы ток в обмотке статора был минимальным (cos = 1,0). В дальнейшем i_в = const. Включить выключатели S5, тем самым изменяя сопротивление нагрузки R_н генератора. Делать 5-6 замеров, данные их записать в табл.1.

Таблица 1

№ п/п	Опытные данные				Расчётные данные
	Двигатель		Генератор
	I1, А	Pw, Вт	Iг, А	U, В	Р1, Вт	Рг, Вт	 Р1, Вт	 Рд, Вт	Р2, Вт		cos
1
2
3
4
5
6

Примечание: U₁ = В-фаз; f₁ = 50Гц; i_в = ,А;

n = 1500 об/мин

При увеличении нагрузки на валу двигателя необходимо следить, чтобы она не превышала номинальной (I  I_н).

Необходимые расчетные данные определяются так: мощность, потребляемая синхронным двигателем из сети, . Мощность, отдаваемая генератором постоянного тока, . Суммарные потери в агрегате (в двигателе и генераторе) .

Предполагая, что потери в двигателе и генераторе одинаковы ( ) найти

, (22)

Полезная (отдаваемая) мощность синхронного двигателя:

, , (22)

Первая точка снимается при работе генератора постоянного тока вхолостую (I_г = 0). В этом случае

, , (23)

По данным табл.1 построить рабочие характеристики и объяснить вид полученных кривых.

3.4. Снять U-образные характеристики синхронного двигателя I₁(i_в) при P₂ = const, U₁ = const, f₁ = const.

Одним из преимуществ синхронных двигателей перед асинхронными является возможность регулирования реактивной мощности и, следовательно, коэффициента мощности при неизменной активной отдаваемой мощности. Осуществляется это, как и в синхронных генераторах, изменением тока в обмотке возбуждения i_в. Данный режим описывается U-образными характеристиками.

Первую U-образную характеристику снять при Р_г = 0 (т.е. когда нагрузочный генератор работает вхолостую, S5 разомкнуты).

Изменяя ток в обмотке возбуждения синхронного двигателя i_в, по показаниям приборов убедиться в том, что при этом изменяется реактивная мощность.

Снятие U-образной характеристики начинать с максимально допустимого тока в обмотке возбуждения двигателя i_в (при I  I_н) постепенно уменьшал его. Показания приборов записать в табл.2 (8-10 точек).

При снятии первой характеристики ток i_в уменьшается до нуля.

Убеждаемся, что в этом случае испытуемый синхронный явнополюсный двигатель может работать без возбуждения как синхронный реактивный двигатель.

При снятии второй U-образной" характеристики включить S5, установить Р_г = 0,5P_н и оставить ее постоянной. Методика снятия характеристики та же, что и при Р_г = 0, только при изменении i_в ток I₁ не должен превышать номинального.

Таблица 2

№ п/п	Опытные данные			Расчетные данные
	I1	Pw	iв	S1	P1	cos	1	Знак
	А	Вт	А	ВА	Вт	-	Вар
Рг = 0
1
2
3
4
5
6
Рг = 0,5Рн
1
2
3
4
5
6

Примечание:U₁ = , В; f₁ = 50Гц;Р₁ = 3Р_w, Вт

Следует отметить, что при проведении каждого опыта мощность P₁ , потребляемая двигателем из сети, не остаётся постоянной |несмотря на то, что отдаваемая мощность постоянна), а меняется при различных значениях тока обмотки статора, вследствие изменения потерь в двигателе.

Необходимые расчетные данные определяются так;

, , (22)

(23)

Реактивная мощность, отдаваемая в сеть, считается отрицательной, потребляемая из сети - положительной.

По данным табл.2 построить характеристики. Объяснить вид полученных кривых.

3.5. Изучить принцип работы синхронного реактивного двигателя.

Электромагнитный момент в таком двигателе развивается исключительно вследствие действия поля обмотки якоря на явнополюсный ротор. Физически возникновение момента объяснится тем, что явнополюсный ротор во вращающемся поле стремится занять положение, когда сопротивление магнитному потоку будет минимальным, т.е. при Р_эм = 0 и  = 0°, где угол  - это пространственный угол между осью магнитного поля в воздушном зазоре и осью полюса ротора.

Для изменения угла имеется специальное стробоскопическое устройство описанное в работе №13.

Включить стробоскопическое устройство выключателем СТРОБ (после проведения опыта устройство отключается). При Р_г = 0 (S5 разомкнуты) и номинальном токе в обмотке возбуждения синхронного двигателя шкалу стробоскопического устройства устанавливаем в положение, соответствующее  = 0. Затем, плавно уменьшая ток в обмотке возбуждения синхронного двигателя до нуля, отключить выключатель S3. Обмотка возбуждения при этом оказывается замкнутой на сопротивление R_раз, и выполняет роль пусковой обмотки. Синхронный двигатель в этом случае работает как синхронный реактивный двигатель.

Включить возбуждение нагрузочного генератора выключателем SS и реостатом R_р, установить напряжение на выходе генератора , в дальнейшем . Включить выключатели S5, тем самым увеличивая нагрузку на валу синхронного реактивного двигателя. Записать показания приборов в. табл.3.

Таблица 3

№ п/п

Опытные данные

Расчетные данные

Генератор

Двигатель

P1

Pг

Р

Рд

P2



cos

Iг

Uг

I1

Pw



А

В

А

Вт

град.

Вт

Вт

Вт

Вт

Вт

-

-

1

2

3

4

5

6

Примечание: U₁ = В; f₁ = 50Гц; i_в = ,А;

n = 1500 об/мин

В табл.3 записать также показания угла нагрузки . Нагрузку на валу синхронного реактивного двигателя увеличивать вплоть до выпадения двигателя из синхронизма. При выпадении двигателя из синхронизма он начинает работать как асинхронный, ток в обмотке статора возрастает, стрелка амперметра начинает периодически колебаться. Работа в асинхронном режиме допустима лишь кратковременно. Для того, чтобы синхронный реактивный двигатель вновь вошел в синхронизм, генератор постоянного тока перевести в режим холостого хода ( ). Расчетные данные определяют по методу, изложенному в п.3.3.

По данным табл.3 построить рабочие характеристики. Сравнить вид полученных кривых. Сравнить рабочие характеристики синхронного реактивного и синхронного двигателей. Объяснить их отличие. Построить угловую характеристику синхронного реактивного двигателя, Р₂(). Проанализировать полученную зависимость. В заключение отчета необходимо сформулировать выводы в виде ответов на следующие вопросы:

1. Как осуществляется пуск в ход синхронного двигателя?

2. Чем отличаются рабочие характеристики синхронного двигателя от характеристик асинхронного?

3. Как регулируется реактивная мощность, потребляемая синхронным двигателем из сети? Объяснить физическую картину процесса?

4. Может ли синхронный двигатель работать при cos = 1,0, а также при опережающем cos?

5. При каких условиях синхронный двигатель будет работать как синхронный реактивный двигатель? Чем отличаются характеристики синхронного реактивного двигателя от характеристик синхронного двигателя ?