Электрические машины. Часть II. Синхронные машины. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Электрические машины» для студентов 3 и 4 ку

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТАХ В ЛАБОРАТОРИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Лабораторные стенды и агрегаты в лабораториях электрических машин являются действующими электроустановками, отдельные элементы которых находятся под напряжением. Специфика проведения лабораторных работ с электрическими машинами состоит в том, что при несоблюдении правил техники безопасности студент подвергается не только опасности поражения электрическим током, но и опасности механических ударов вращающимися частями электрических машин. Поэтому студенты в лаборатории должны соблюдать исключительную осторожность и правила техники безопасности:

1)начиная работу, студент должен убедиться в том, что на лабораторном стенде нет напряжения;

2)перед выполнением работы следует убедиться в том, что все выключатели регулирующие аппараты находятся в исходном положении;

3)сборку, изменение или разборку схемы производить только с разрешения преподавателя;

4)категорически воспрещается вновь составленную или измененную схему без проверки преподавателя включать на напряжение;

5)все операции переключений и регулирования производить только одной рукой, при этом следует остерегаться прикосновения какой-либо части тела к окружающим металлическим предметам;

6)следует остерегаться попадания во вращающиеся части электрических машин, в связи с этим одежда не должна иметь свободно свисающих концов шарфов, косынок, галстуков и т. п., прическа должна исключать захват прядей волос;

7)если при прикосновении к какой-либо части оборудования ощущается напряжение, то необходимо прекратить работу, обесточить схему и пригласить преподавателя;

8)если до или в ходе работы обнаружится неисправность оборудования, следует прекратить работу, отключить напряжение и сообщить

11

преподавателю или лаборанту о неполадках в работе. УСТРАНЯТЬ ПОВРЕЖДЕНИЯ СОБСТВЕННЫМИ СИЛАМИ ВОСПРЕЩАЕТСЯ;

9)категорически воспрещается оставлять без наблюдения установки, приведенные в рабочее состояние;

10)если произошел несчастный случай, лабораторную установку следует немедленно отключить, оказать пострадавшему первую помощь, одновременно сообщив об этом преподавателю.

Инструктаж по технике безопасности должен быть зафиксирован в специальном журнале, где каждый студент после изучения правил техники безопасности должен расписаться.

12

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

ИССЛЕДОВАНИЕ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА, РАБОТАЮЩЕГО НА ИНДИВИДУАЛЬНУЮ НАГРУЗКУ

В настоящее время синхронные генераторы являются основным источником электроэнергии. Их мощность – в пределах от нескольких киловатт до сотен тысяч киловатт. Синхронные генераторы устанавливаются в тепло- и гидроэлектростанциях, самолетах, судах, ими комплектуются различные передвижные источники электроэнергии.

Обосновныхсвойствахсинхронногогенераторадаютпредставление характеристики, которые определяют зависимость между напряжением назажимахякоря, токомвозбуждения, токомнагрузкиприноминальной частоте вращения и постоянном коэффициенте мощности в установившемся режиме.

Цель работы – ознакомиться с принципом действия, конструкцией и с основными характеристиками синхронного генератора при работе на индивидуальную нагрузку, а также с методами экспериментального определения характеристик.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

cosϕ1 =0 , n =const ;

3.внешние U1 = f (I1 ) при I2 =const , cosϕ1 =const , n =const ;

4.регулировочные I2 = f (I1 ) при U1 =const , cosϕ1 =const ;

13

Обработка опытных данных

1.Построить опытные характеристики в именованных единицах

(В, А).

2.По графику внешней характеристики описать влияние характера нагрузки на работу синхронного генератора

3.По нагрузочной характеристике определить номинальный ток возбуждения.

Экспериментальная часть

Описание установки. В данной работе синхронная машина исследуется в режиме генератора, работающего на индивидуальную нагрузку. Приводным двигателем синхронного генератора является машина постоянного тока (МПТ) независимого возбуждения, установленная на одной плите с синхронным генератором. Валы обеих машин соединены муфтой.

Принципиальная схема включения в сеть двигателя постоянного тока показана на рис. 6.1.

Передначаломработынеобходимоподатьпитаниенаприборыстенда и включить мультиметры.

Пуск двигателя осуществляется следующим образом. На панели источника питания ДПТ расположены кнопки управления «Вкл.» и «Выкл.», а также ручка регулировки. Перед пуском следует удостовериться, что ручка регулировки повернута против часовой стрелки до упора. Для пуска следует нажать кнопку «Вкл.» и, плавно поворачивая ручкурегулировкипочасовойстрелке, выполнитьразгондвигателя. Для выключения ДПТ необходимо повернуть ручку регулировки до упора против часовой стрелки и нажать кнопку «Выкл.».

Рис. 6.1. Схема включения в сеть двигателя постоянного тока

14

В качестве синхронной машины в работе используется универсальная электрическая машина. Конструктивно это асинхронная машина с фазным ротором. Если подключить к обмотке фазного ротора источник постоянного тока (рис. 6.2), универсальный двигатель может работать как синхронная машина.

Рис. 6.2. Использование универсальной электрической машины как синхронной:

а– схема подключения возбуждения классической синхронной машины;

б– эквивалентное подключение универсальной электрической машины

Для исследования синхронного генератора, работающего на индивидуальную нагрузку, необходимо подключить универсальную машину к источнику питания и измерительным приборам так, как это показано на рис. 6.3.

Рис. 6.3. Схема подключения универсальной машины как синхронного генератора и измерительных приборов

15

Для получения внешних и регулировочных характеристик необходимо подключить к клеммам А, В, С (рис. 6.3) нагрузку, схема которой представлена на рис. 6.4. Для опыта индукционной нагрузочной характеристики схема нагрузки представлена на рис. 6.5

Рис. 6.4. Нагрузка, подключаемая для получения внешних и регулировочных характеристик

Рис. 6.5. Нагрузка, подключаемая для снятия индукционной нагрузочной характеристики.

1. Характеристика холостого хода представляет зависимость напряжения (ЭДС) обмотки якоря от тока возбуждения при холостом

ходе и номинальной (синхронной) частоте вращения: U1 = f (I2 ) или

E10 = f (I2 ) при I1 =0 , n = nн (при холостом ходе U1 = E10 ). Согласно ГОСТ 10169–68 характеристику холостого хода снимают

при убывающем токе возбуждения I2 , причем изменение тока возбуждения производят плавно и только в одном направлении. Синхронный генератор приводят во вращение гонным двигателем, обеспечивая вращение ротора с номинальной (синхронной) частотой.

Для проведения опыта необходимо подключить синхронный генератор по схеме рис. 6.3 к гонному двигателю (рис. 6.1).

При разомкнутой внешней цепи нагрузки возбуждают генератор до значения, при котором E10 = (1.2...1.3)U1н . При этом следует следить, чтобы ток возбуждения не превышал 2 А (большие токи опасны для используемогооборудования). Затем, плавноуменьшаятоквозбуждения донуля, записывают5–7 значений E10 и I2 втабл. 6.1. Поданнымтаблицы строят характеристику, как показано на рис. 6.6 пунктирной кривой 1.

16

Опытную характеристику смещают параллельно самой себе по оси абсцисс вправо на величину I2 , получаемую графической экстраполяцией опытной характеристики до пересечения ее с осью абсцисс, как показано на рис. 6.6 (кривая 2). Соответствующие значения тока возбуждения для смещенной к началу координат характеристики 2 записывают в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Характеристика холостого хода I1 = 0, n = nн

I2 (опыт.), А

E10, В

I2 = I1 (опыт.) + ∆I2, А

Рис. 6.6. Опытная (1) и смещенная к началу координат (2) характеристики холостого хода; 3 – индукционная нагрузочная характеристика

17

2. Индукционная нагрузочная характеристика представляет зависимостьнапряженияназажимахмашины U1 оттока I2 возбуждения при постоянных значениях тока I1 нагрузки, коэффициента мощности cosϕ1 =0 и частоте вращения n: U1 = f (I2 ) при I1 =const , cosϕ1 =0,

n = ní .

Эта характеристика не связана с каким-либо эксплуатационным режимом работы синхронного генератора. Она используется для определения расчетного индуктивного сопротивления Потье xp , близкогопосвоемузначениюкиндуктивномусопротивлениюрассеяния

xσ1 Для. проведения опыта к собранному в опыте холостого хода генератору подключается нагрузка (рис. 6.5).

Порядок проведения опыта следующий. Установить регуляторы индуктивной нагрузки (рис. 6.4) на максимум. Синхронный генератор вращают приводным двигателем с номинальной частотой вращения. Регулируя ток I2 возбуждения генератора, устанавливают ток якоря I1 = 0.05...0.15 А. Этозначениеподдерживаетсяпостояннымвходевсего опыта. Затем, уменьшая хнагр и поддерживают неизменным ток нагрузки I1 путем регулирования тока возбуждения. В табл. 6.2 записывают 4–5 точекхарактеристики, которуюстроятводнихитехжеосяхкоординатс характеристикой холостого хода, как показано на рис. 6.5 кривой 3. При проведении опыта необходимо по приборам контролировать скорость вращения генератора и поддерживать ее постоянной, регулируя гонный двигатель.

Таблица 6.2

Индукционная нагрузочная характеристика I1 = ..., n = nн = ...

I2, А

U1, B

18

соответствующего блока нагрузки (см. рис. 6.3) с установкой остальных блоков на уровень 0.

Опыт проводится аналогично опыту индукционной нагрузочной характеристики, но вместо индуктивной нагрузки к генератору необходимо подключить комплексную (см. рис. 6.3)

Для каждого режима нагрузки снимают характеристики при увеличениинагрузкиотнулядоминимального, приэтомнужноследить, чтобы ток нагрузки не превышал I1 ≤ 0.25 A. При проведении опыта необходимоподдерживатьчастотувращениягенераторапостоянной, регулируя гонный двигатель.

Данные записывают в табл. 6.3.

Таблица 6.3

Внешние характеристики при I20= ... = const cosϕ1 =1

I2 , А

U1 , B

cosϕ1 =1, ϕ1 <0

I2 , А

U1 , B

cosϕ1 =1, ϕ1 >0

I2 , А

U1 , B

4. Регулировочные характеристики представляют зависимость тока I2 возбуждения от тока I1 якоря при постоянных значениях U1 , cosϕ1 и скорости вращения n : I2 = f (I1 ) при U1 =const ,

cosϕ1 =const , n = nн. Эти характеристики показывают, как нужно регулировать ток возбуждения генератора при изменении нагрузки, чтобы напряжение генератора оставалось постоянным.

В работе требуется снять регулировочные характеристики при U1 = U1н для режима работы генератора при активной нагрузке

19

обязательным является снятие первой точки I1 =0 .

Следует отметить, что при снятии регулировочных характеристик надо регулировать ток возбуждения I2 так, чтобы напряжение оставалосьпостоянным, равным номинальномуU1 = U1н. Данныеопыта записывают в табл. 6.4. Вид регулировочных характеристик показан на рис. 6.7.

Рис. 6.7. Регулировочные характеристики.

За номинальный ток возбуждения принимается I2н = 1.55...1.6 A

Таблица 6.4

Регулировочные характеристики cosϕ1 =1

I1 , А

U1 , B

cosϕ1 =1, ϕ1 <0

I1 , А

U1 , B

cosϕ1 =1, ϕ1 >0

I1 , А

U1 , B

20