ЕЧСП лаб 12

Лабораторна робота №12.

Вивчення принципу роботи статичної системи збудження синхронного генератора

Тема: Вивчення принципу роботи статичної системи збудження синхронного генератора

Мета: Ознайомлення з конструктивним виконанням синхронного генгератора, а саме зі статичною системою збудження синхронного генератора.

Виконав: Студент 5 курсу ЕЕЕ-20001б(з) Скудря Микита

Хід виконання роботи:

1 .Ознайомитись з закономірностями режимів роботи синхронного генератора при різному характері навантаження, вивчити принцип роботи системи фазового компаундування.

2.Виконати завдання на лабораторну роботу в лабораторії.

3.Оформити звіт та надіслати викладачу для перевірки.

Теоретичні відомості Вивчення принципу роботи статичної системи збудження синхронного

генератора

У синхронних генераторах типу ГСФ – 200 використовується принцип самозбудження. Це означає, що частина електричної енергії змінного струму,

створена генератором, перетворюється в електричну енергію постійного струму,

необхідну для збудження генератора. Перетворення енергії здійснюється за допомогою силового трансформатора ТС і селенового випрямляча ВС, як показано на схемі рис. 12.2

Силовий трансформатор (рис. 12. 1) складається з осердя трансформатора,

первинної обмотки W1, обмотки живлення коректора WПК, вторинної обмотки W2 ,

серієсної обмотки Wс , магнітного шунта. Осердя трансформатора складається з

трьох окремих стержнів, двох розщеплених ярем та магнітного шунта, які зібрані з пластин електротехнічної сталі і стягнені ізолюючими шпильками.

Рис. 12.1. Силовий трансформатор

1– сердечник трансформатора;

2– вторинна обмотка;

3– серієсна обмотка;

4– первинна обмотка; 5 – магнітний шунт.

Постійний струм, що протікає в обмотці збудження генератора, створює основний магнітний потік генератора, що індукує в обмотці статора електрорушійну силу.

При протіканні струму навантаження в статорній обмотці генератора,

створюється магнітний потік – потік реакції якоря, який вступає у взаємодію з основним магнітним потоком генератора.

Дія потоку реакції якоря на основний потік визначається не тільки величиною,

але й характером навантаження генератора (коефіцієнтом потужності – cos ). При чисто активному навантаженні (cos = 1) буде мати місце тільки поперечний потік реакції якоря, збільшуючи основний потік під одним краєм полюса і зменшуючи його під другим краєм полюса. В мало насичених генераторах, при чисто активному

навантаженні, зменшення напруги на затискачах генератора обумовлене, головним чином, спадом напруги в його індуктивному і активному опорі.

При чисто індуктивному навантаженні (cos = 0), потік реакції якоря буде поздовжньо розмагнічуючим, направлений проти основного потоку. В цьому випадку буде мати місце значний спад напруги на затискачах генератора.

В загальному випадку активно – індуктивного навантаження (0 < cos <1) буде як повздовжній, так і поперечний потоки реакції якоря. Для того, щоб напруга генератора при будь якому навантажені, залишалась незмінною, необхідно, щоб струм збудження змінювався з величиною і характером навантаження. Така зміна струму збудження генератора повинна забезпечуватись системою збудження.

Розглянемо роботу статичної система у випадку змішаного навантаження (0

< cos <1).

Розглянемо спочатку сумісну роботу первинної та вторинної обмоток трансформатора ТС, без урахування наявності серієсної обмотки. Такий режим відповідає холостому ходу генератора. В такому режимі трансформатор ТС діє як трансформатор напруги, первинна обмотка якого підключена безпосередньо на затискачі генератора, вторинна обмотка через випрямляч замкнута на обмотку збудження генератора.

Від трансформатора напруги трансформатор ТС відрізняється тим, що первинна та вторинна обмотки розділені магнітним шунтом. Внаслідок цього у трансформаторі ТС ослаблений магнітний зв’язок між первинною та вторинною обмотками, інакше кажучи він являється підвищеним індуктивним опором. Шляхом зміни повітряного зазору між магнітним шунтом та стержнем магнітопроводу можна регулювати магнітний зв’язок (коефіцієнт взаємоіндукції первинної і вторинної обмоток).

В даному режимі струм вторинної обмотки, а, значить і відповідний йому випрямлений струм збудження визначаються напругою генератора і індуктивним

опором первинного і індуктивного кола. Ці величини підбирають так, щоб на холостому ході генератора виникав струм збудження, що забезпечує номінальну напругу на затискачах.

Трансформатор напруги являється підвищеним індуктивним опором, і

відповідно струм вторинної обмотки І20, зображений на векторній діаграмі (рис.12. 3) вектором ОА, відстає від первинної напруги, тобто від напруги генератора на 900

- , - порівняно не великий кут ( =100 – 250).

Розглянемо сумісну роботу серієсної та вторинної обмоток, без врахування наявності первинної обмотки.

Такий режим відповідає режиму короткого замикання генератора.

У цьому режимі трансформатор ТС діє як трансформатор струму, серієсна обмотка якого включена в схему навантаження, а вторинна обмотка через випрямляч замкнута на обмотку збудження генератора.

Від звичайного трансформатору струму трансформатор ТС в даному режимі відрізняються тим, що він замкнутий не на чисто активне, але на змішане навантаження, що має значну індуктивну складову.

Очевидно, що в розглянутому режимі струм вторинної обмотки, а значить, і

відповідно випрямлений струм збудження, визначаються струмом серієсної обмотки, тобто струмом навантаження генератора.

Струм вторинної обмотки І2к, зображений на векторній діаграмі (рис.11. 3)

вектором ОД, випереджає первинний струм на кут , так як первинний струм відстає

від напруги на кут , то струм І2к відстає від напруги на кут ( - ).

При ненасиченому стані трансформатора всякий режим його навантаження можна представити як накладання вказаних вище режимів холостого ходу і короткого замикання.

На векторній діаграмі (рис.12. 3) зображений результуючий струм вторинної обмотки трансформатора ТС при навантаженні генератора представляє собою геометричну суму двох складових: струму І20, що визначається навантаженням генератора, і струму І2к, що визначається струмом навантаження генератора,

розміщених під кутом (900 - ) однієї до одної, тобто під кутом, що визначається характером навантаження (cos ) генератора.

Таким чином, система фазового компаундування, що здійснюється безпосередньо силовим трансформатором ТС, виконана з магнітним шунтом,

працюючого одночасно і як трансформатор струму, автоматично забезпечує зміну струму збудження генератора зі зміною величини і характеру навантаження.

Шляхом підбору параметрів цього трансформатора, тобто розмірів магнітопроводу і магнітного шунта, а також зазору між шунтом і стержнями, числа витків його обмоток, їх розміщення можна провести наладку схеми фазового компаундування так, щоб вона відповідала заданим вимогам.

Ця схема забезпечує підтримку стабільності напруги на затискачах генератора при зміні навантаження, але з недостатньою точністю.

Рис.12. 2. Принципова схема силової частини статичної системи збудження

Для більш точної стабілізації напруги в систему введений керований дросель ДУ. Дросель ДУ трифазною обмоткою підключений паралельно випрямлячу ВС на стороні змінного струму, як зображено на рис.12. 3. В обмотку управління дроселя подається постійний струм або від коректора напруги – при автоматичному

регулюванні, або від затискачів постійного струму випрямляча ВС через опір СУ – при ручному регулюванні.

Струм обмотки управління викликає додатковий постійний магнітний потік в сердечнику дроселя . Величина струму, що відгалужується до трифазної обмотки дроселя, буде залежать від величини струму в обмотці управління дроселя. Дросель ДУ підібраний таким чином, що при відсутності струму в обмотці управління, його трифазна обмотка має більший індуктивний опір і тому споживає дуже малий струм,

що не здійснює практичного впливу на роботу системи.

При збільшенні струму управління підмагнічування збільшується, а

сердечник дроселя насичується, що призводить до зменшення індуктивного опору трифазної обмотки дроселя і збільшення струму, що відгалужується в неї. Так як струм випрямляча Ів представляє собою різницю струмів І2 вторинної обмотки

трансформатора та Ідр струму дроселя Ів І2 Ідр( рис. 12.4), то при збільшенні струму дроселя, струм Ів буде зменшуватись, а відповідно, буде зменшуватись і струм збудження генератора, що призведе до зниження напруги на генераторі. Зменшення струму управління викликає зменшення струму, що відгалуджується до трифазної обмотки дроселя (Ідр), і збільшення струму збудження генератора і напруги на затискачах.

Система збудження, шляхом зміни повітряного зазору між магнітним шунтом і сердечником трансформатора ТС, налагоджується таким чином, щоб напруга на затискачах генератора, що працює на холостому ході при номінальній швидкості обертання і розімкненому колі управління дроселя складала 1,1 – 1,5 номінального.

Це необхідно для створення зони регулювання коректора напруги.

Рис.12. 3. Спрощена векторна діаграма струмів вторинної обмотки трансформатора ТС: де Ur – напруга генератора, Іr – струм навантаження генератора, І2н – результуючий струм вторинної обмотки трансформатора ТС.

Струми первинної обмотки І20 та І2к приведені до первинної обмотки кола і

повернуті на 1800.

Рис.12.4. Схема включення керованого дроселя

Контрольні запитання:

1.Пояснити принцип самозбудження синхронного генератора.

2.Пояснити конструкцію силового трансформатора.

3.Яким чином потік реакції якоря залежить від характеру навантаження? 4.Пояснити роботу статичної системи збудження генератора у режимі холостого ходу.

5.Пояснити роботу статичної системи збудження генератора у режимі короткого замикання.

6.Для чого призначений магнітний шунт силового трансформатора?

7.Яке призначення магнітного управляючого дроселя?

8.Використовуючи векторну діаграму пояснити принцип пофазного компаундування системи збудження генератора. Принцип самозбудження,

конструкція трансформатора, потік реакції якоря, система збудження:

1.Принцип самозбудження синхронного генератора:

•При обертанні ротора синхронного генератора в ньому виникає ЕРС змінної частоти, зумовлена залишковою магнітною індукцією.

•Ця ЕРС подається на обмотку збудження генератора.

•При правильному підключенні обмотки збудження ЕРС, що виникає в ній, посилює залишкову магнітну індукцію ротора.

•Це призводить до збільшення ЕРС генератора, яка знову посилює магнітне поле ротора.

•В результаті відбувається процес самозбудження генератора, і його ЕРС досягає номінального значення.

2.Конструкція силового трансформатора:

•Магнітопровід: складений з шихтованих листів електротехнічної сталі.

•Обмотки: первинна і вторинна, виготовлені з мідного або алюмінієвого проводу.

•Бак: захищає активну частину трансформатора від зовнішніх впливів.

•Ізоляція: забезпечує електричну ізоляцію між обмотками і між обмотками і магнітопроводом.

3.Вплив характеру навантаження на потік реакції якоря:

•Індуктивний характер навантаження: потік реакції якоря зсувається назад по фазі щодо потоку Ф.

•Ємнісний характер навантаження: потік реакції якоря зсувається вперед по фазі щодо потоку Ф.

•Активний характер навантаження: потік реакції якоря зсувається на 90° по фазі щодо потоку Ф.

4.Робота статичної системи збудження генератора у режимі холостого ходу:

При обертанні ротора генератора в ньому виникає ЕРС змінної частоти.

•Ця ЕРС подається на випрямляч, який перетворює змінний струм на постійний.

•Постійний струм подається на обмотку збудження генератора.

•Обмотка збудження створює магнітне поле, яке збуджує ЕРС в генераторі.

•У режимі холостого ходу ЕРС генератора регулюється зміною струму збудження.

Робота системи збудження, магнітний шунт, дросель, компаундування:

5. Робота статичної системи збудження генератора у режимі короткого

замикання: