2801.Электрические машины

3. По данным табл. 12.3 построить рабочие характеристики синхронного двигателя I, P1, M , n, , cos f (P) в общих осях координат.

Контрольные вопросы

1.Опишите устройство и принцип работы синхронного двигателя.

2.Чем отличается максимальный вращающий момент синхронного двигателя?

3.Какие факторы определяют величину коэффициента мощности синхронного двигателя?

4.Как влияет на коэффициент мощности увеличение нагрузки двигателя при неизменном токе возбуждения?

5.Перечислите потери энергии, имеющие место в синхронном двигателе.

6.Какой физический смысл заложен в U-образной характеристике синхронного двигателя?

7.Почему при монотонном изменении тока возбуждения ток в статоре двигателя сначала уменьшается, а затем увеличивается?

131

8.Может ли синхронный двигатель работать при потере возбуждения?

9.Что представляет собой синхронный компенсатор?

10.Какие способы пуска синхронного двигателя вам из-

вестны?

11.Опишите асинхронный пуск синхронного двигателя.

12.Почему при изменении Mст на валу двигателя изменя-

ется ток статора?

132

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13 Исследование синхронного генератора, работающего параллельно с сетью бесконечно большой мощности

Цель работы. Изучение способов включения синхронного генератора на параллельную работу с сетью и исследование свойств его при этой работе.

План работы

1.Ознакомиться с оборудованием и записать паспортные данные машин.

2.Изучить способы синхронизации генератора с сетью.

3.Изучить схему и модули лабораторного стенда для осуществления синхронизации синхронного генератора с сетью.

4.Провести опыт включения синхронного генератора на параллельную работу с сетью.

5.Снять и построить U-образные характеристики генерато-

ра при P1 0, P1 0,5P1н . По данным опыта рассчитать и построить зависимости cos φ = f (iв ).

6. Осуществить регулирование активной мощности генератора от нуля до номинальной. Снять характеристики и построить характеристики генератора в функции от мощности P2:

I1, I 1a, I1p , iв, cos , f (P2 ).

Пояснения к работе

Исследуемый синхронный генератор (М1) входит в состав электромашинного агрегата, состоящего также из асинхронного двигателя (М2) и импульсного датчика частоты вращения (М3), закрепленных на едином основании.

Перед проведением работы установить модули в исходное состояние:

133

–автоматический выключатель QF1 модуля СЕТЬ/НАГР отключен (ручка выключателя находится в нижнем положении);

–установить кнопку «Сеть» блока возбуждения СГ модуля ЭЛ.МАШ в отключенное положение (кнопка не светится);

–потенциометры RP1 и RP2 модуля ЭЛ.МАШ установить

вкрайнее положение против часовой стрелки;

–тумблер SA4 установить в положение «Стоп»;

–тумблеры SA2, SA3, SA5 модулей перевести в положение

«Руч».

Схема для проведения лабораторной работы представлена на рис. 13.1.

Рис. 13.1. Схема включения синхронного генератора на параллельную работу с сетью

При включении генератора на параллельную работу с сетью необходимо избегать чрезмерно большого броска тока и возникновения ударных электромагнитных моментов и сил, способных вызвать повреждения генератора, а также нарушить работу электрической сети.

Поэтому необходимо отрегулировать режим работы генератора на холостом ходу перед его включением на параллельную работу и в надлежащий момент времени включить генератор в сеть. Совокупность этих операция называется синхронизацией генератора.

134

Включение синхронного генератора на параллельную работу с сетью методами точной синхронизации

Для включения синхронного генератора на параллельную работу с сетью необходимо:

–с помощью первичного двигателя довести частоту вращения генератора до синхронной c 0 ;

–возбудить генератор до номинального напряжения, равного напряжению сети Uг = Uc;

–согласовать чередование фаз генератора и сети;

–включить генератор в сеть. Момент включения устанавливают при помощи синхроноскопа. Синхроноскоп в простейшем виде представляет собой три лампы, рассчитанные на двойное напряжение сети, расположенные по вершинам треугольника. Существуют два способа включения ламп: на потухание и на бегущий (вращающийся) свет.

1. Включение на потухание

В этом случае лампы включают в рассечку между одноименными фазами генератора и сети (рис. 13.2).

СГ

Сеть

Рис. 13.2. Включение ламп на потухание

При вращении генератора с синхронной частотой вращения лампы должны одновременно загораться и гаснуть. При этом перед включением генератора на параллельную работу следует

135

добиться минимально возможной частоты потухания и загорания ламп. В момент потухания ламп включают контактор, шунтирующий лампы, и тем самым включают генератор на параллельную работу. Для контроля момента включения в рассечку между одноименными фазами генератора и сети включают вольтметр на двойное фазное напряжение сети, который в момент совпадения фаз и частот генератора и сети покажет нуль.

2. Включение на вращение света

В данном случае одну из ламп включают в рассечку одноименных фаз, а две другие – между разноименными фазами (рис. 13.3). Лампы будут поочередно загораться и гаснуть, в результате чего создастся впечатление вращающегося света. Включение генератора в сеть производят в момент, когда лампа, включенная между одноименными фазами, гаснет, а две другие горят с одинаковой яркостью.

Рис. 13.3. Включение ламп на вращение света

Если в первом случае вместо одновременного загорания и потухания ламп получится вращение света, а во втором случае вместо вращения света будет иметь место одновременное загорание и потухание ламп, то это означает, что порядок чередования фаз генератора и сети неодинаков и необходимо поменять местами любые две фазы непосредственно на зажимах самого генератора.

136

Метод самосинхронизации

До включения генератора на параллельную работу этим методом необходимо проверить порядок следования фаз генератора и сети с помощью фазоуказателя, а также установить ток возбуждения, при котором напряжение генератора равно напряжению сети, и оставить в этом положении автотрансформатор (AT) в цепи возбуждения. После этого обмотка возбуждения на период синхронизации генератора с сетью замыкается на большое сопротивление Rг. Генератор приводится во вращение первичным двигателем.

При достижении синхронной скорости генератор включается в сеть и одновременно подается напряжение на обмотку возбуждения. Генератор втягивается в синхронизм при кратковременном, значительном толчке тока статора. Контроль за скоростью осуществляется с помощью индикатора скорости.

Практическое осуществление синхронизации генератора с сетью

На лабораторном стенде предусмотрена синхронизация генератора с сетью с помощью ламп, включенных на потухание

(см. рис. 13.2).

Опыт проводится в следующей последовательности:

–собрать схему для проведенияэксперимента(см. рис. 13.1);

–включить автоматический выключатель QF1 модуля «Сеть/ Нагрузка»;

–нажать кнопку SB1 «Вкл» модуля «Сеть/Нагрузка»;

–запрограммировать преобразователь частоты (прил. 2);

–тумблер SA4 перевести в положение «Пуск» и с помощью потенциометра RP2 модуля «Электрические машины» установить частоту вращения электрических машин такой, чтобы частота напряжения генератора совпадала с частотой сети;

–на измерителе мощности PW1 выбрать измерение линейных напряжений;

137

–включить кнопку «Сеть» блока возбуждения модуля «Электрические машины»;

–с помощью потенциометра RP1 модуля «Электрические машины» возбудить синхронный генератор до напряжения сети;

–убедиться, что чередование фаз генератора и сети совпадают, иначе – поменять местами любые две фазы генератора;

–в момент, когда все три лампы погаснут, нажать кнопку SB3 «Вкл» модуля «Синхронизация/Измерения», включив тем самым контактор КМ2, а следовательно, и генератор на параллельную работу с сетью;

–для рассинхронизации генератора с сетью необходимо нажать кнопку SB4 «Откл».

1. Снятие и построение U-образных характеристик синхронного генератора

U-образные характеристики определяют зависимость тока

статора генератора I1 от тока возбуждения iв . Для этого непо-

средственно после включения генератора на параллельную работу установить режим холостого хода генератора (показания амперметра будут минимальными). После того как установлен режим холостого хода генератора, приступают к снятию U-образной характеристики (Р1 = 0), поддерживая активную нагрузку генератора близкой к нулю.

Контроль за активной мощностью генератора P1 ведут по

показаниям измерителя мощности. Поддержание этой мощности неизменной производят за счет изменения задания при помощи потенциометра RP2 преобразователя частоты.

Таблица 1 3 . 1 U-образные характеристики синхронного генератора

138

Опыт проводится в следующей последовательности:

− ручкой RP1 уменьшить ток iвг генератора до величины, при которой ток I1 в статоре станет равным номинальному или

немного больше. Записывают в табл. 13.1 первую точку левой ветви U-образной характеристики;

− постепенно, увеличивая ток возбуждения генератора ручкой RP1, снимают 3–4 точки левой ветви кривой I1 f (iв ). Обя-

зательно следует записать точку U-образной характеристики при минимальном токе статора генератора;

− при дальнейшем увеличении тока iвг снять 3–4 точки правой ветви характеристики. Наибольшее значение тока статора не должно превышать 1,2I1н ;

− для снятия U-образных характеристики при P1 0,5P1н ,

предварительно нагружают генератор до соответствующей мощности, изменяя ручкой RP2 преобразователя частоты момент приводного асинхронного двигателя. В процессе снятия каждой из U-образных характеристик мощность Р1 необходимо поддерживать постоянной.

Все U-образные характеристики имеют ярко выраженный минимум тока синхронного генератора. Ток I1 , соответствую-

щий минимальной точке каждой U-образной характеристики, является чисто активным током точки, и cosφ генератора при этом равен единице. Правые ветви U-образных кривых от точки минимума характеристики отражают режим перевозбуждения. В этом режиме возникает размагничивающая реакция якоря, вследствие избытка намагничивающей силы, создаваемой обмоткой возбуждения генератора, генератор отдает в сеть и активную, и реактивную мощность.

На режим перевозбуждения обычно рассчитываются все синхронные генераторы.

Зависимость значения cos f (iв ) определяется и строится по данным U-образных характеристик, снятых при P1 0

139

и P1 0,5P1н , показания приборов сводятся в табл. 13.1. Таблицы

U-образных характеристик представлен на рис. 13.4.

Рис. 13.4. U-образные характеристики синхронного генератора

2. Регулирование активной мощности генератора

Чтобы нагрузить генератор, работающий параллельно с сетью, необходимо увеличить приложенный к его валу вращающий момент, т.е. момент приводного асинхронного двигателя. Для увеличения вращающего момента при постоянстве скорости вращения (скорость вращения синхронного генератора определяется частотой сети) необходимо плавно увеличить задание преобразователя частоты от которого питается асинхронный двигатель.

Опыт проводится в следующей последовательности:

1) после снятия U-образных характеристик, не отключая синхронный генератор от сети, увеличивая ток возбуждения СГ потенциометром RP1, установить минимальный ток статора, соответствующий активной составляющей. Записать в табл. 13.2 первую точку;

140