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

Зависимость значений cosϕ = f (I2 ) определяется и строится по данным U-образных характеристик, снятых при P2 =const . Показания приборов и результаты расчета сводят в табл. 7.1.

Таблица 7.1

U-образные характеристики синхронного генератора U1 = ... = const , ω = ω1 = const

31

Контрольные вопросы

1.Какими методами можно включить синхронный генератор на параллельную работу с сетью? В чем различие этих методов?

2.Как включить синхронный генератор на параллельную работу с сетью по методу точной синхронизации? Какие при этом следует выполнять условия и для чего? Объясните по схеме последовательность операций при включении в сеть испытуемого генератора.

3.Как включить синхронную машину в сеть по методу самосинхронизации?

4.Каково назначение синхроноскопа при включении синхронного генератора на параллельную работу с сетью?

5.Как проверить совпадение чередования фаз сети и синхронного генератора на параллельную работу с сетью?

6.Как регулируется реактивная мощность синхронного генератора при параллельной работе с сетью бесконечно большой мощности?

7.Какие характеристики называются U-образными и как их снять на исследуемой машине?

8.Объясните последовательность операций при снятии U-образной характеристики на исследуемой машине.

9.Как по U-образной характеристике рассчитать и построить зависимость cosϕ от тока возбуждения?

10.Какова фаза тока I1 , соответствующего минимуму U-образной характеристики синхронного генератора? Нарисуйте для этого режима векторную диаграмму.

11.Объясните почему смещается минимум U-образных характеристик при изменении активной мощности синхронного генератора, работающего параллельно с сетью.

12.Какова фаза тока синхронного генератора по отношению к напряжению сети при перевозбуждении и при недовозбуждении?

13.Объясните, при перевозбуждении или при недовозбуждении синхронный генератор отдает реактивную мощность в сеть?

14.С опережающим или отстающим током относительно индуктируемого напряжения работает синхронный генератор параллельно с сетью бесконечно большой мощности при недовозбуждении? Нарисуйте упрощенную векторную диаграмму недовозбужденного синхронного генератора, работающего при отсутствии активной нагрузки. Нарисуйте векторную диаграмму перевозбужденного синхронного генератора.

32

15.Как изменяется cosϕ при возрастании вращающего момента приводного двигателя синхронного генератора, работающего на сеть, если ток возбуждения генератора не изменяется?

16.Каково действие реакции якоря в синхронном генераторе, работающем параллельно с сетью бесконечно большой мощности, при перевозбуждении и отсутствии активной нагрузки? При недовозбуждении?

17.Как регулируется активная мощность синхронного генератора при параллельной работе с сетью бесконечно большой мощности?

18.Как перевести синхронный генератор в двигательный режим? По показаниям каких приборов это может быть установлено?

19.Что определяет угол θ и от чего зависит его величина?

20.Что такое угловая характеристика синхронного генератора и как

ееснять на исследуемой машине?

21.Что называется пределом статической устойчивости: а) при изменении тока возбуждения, б) при изменении воздушного зазора машины?

22.Как изменится предел статической устойчивости: а) при изменении токавозбуждения, б) при изменениивоздушного зазорамашины?

23.Что такое качание синхронной машины? Как оно может быть уменьшено?

24.Объясните причины возникновения синхронного реактивного момента.

33

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

ИССЛЕДОВАНИЕ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ, РАБОТАЮЩЕГО С СЕТЬЮ

БЕСКОНЕЧНО БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ

Большинство синхронных двигателей работает параллельно с сетью большой мощности. Синхронные двигатели (СД) имеют меньшее применение по сравнению с асинхронными, так как обладают более сложной конструкцией, требуют источника постоянного тока для питания обмотки возбуждения. Кроме того, СД имеют более сложный пуск, требующий дополнительной пусковой обмотки или вспомогательного двигателя.

Важной особенностью СД является то, что они могут работать с коэффициентом мощности, равным единице, а при перевозбуждении являются источником реактивной мощности. Последнее обстоятельство позволяет противодействовать снижению напряжения сети.

Указанные преимущества СД настолько велики, что при мощности свыше 200...300 кВт их экономически целесообразно применять вместо асинхронныхдвигателейвовсехслучаях, когданетребуютсячастыепуски и остановки.

Цель работы – ознакомиться с процедурой пуска синхронного двигателя, исследовать характеристики работы синхронного двигателя на холостом ходу и под нагрузкой.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Экспериментальная часть

1.Провести пуск синхронной машины в двигательном режиме.

2.Снять U-образную характеристику двигателя, работающего в режиме синхронного компенсатора.

3.Снять рабочие и механические характеристики.

4.Снять U-образную характеристику в режиме двигателя.

5.Снять угловые характеристики синхронного двигателя.

34

Обработка опытных данных

1.Построить U-образную характеристику двигателя, работающего синхронного компенсатора I1 (I2 ).

2.Построить рабочие характеристики синхронного двигателя.

3.Построить U-образные характеристики для Р2ф = 0, 15, 30 Вт.

4.Построить угловую характеристику синхронного двигателя.

Экспериментальная часть

1. Пуск синхронного двигателя. Синхронный двигатель без пу-

сковой (демпферной) обмотки не имеет пускового момента. Для его запуска применяются пусковые гонные двигатели, асинхронный пуск, а в последнее время – пуск при помощи преобразователя частоты. Общепромышленныесинхронныедвигателиобычновыполняютсястак называемой пусковой или демпферной обмоткой – короткозамкнутой обмоткой типа «беличья клетка», служащей для пуска и сглаживания пульсаций момента. Для запуска такого двигателя необходимо замкнуть обмотку возбуждения на пусковое сопротивление и подать на статор питание. После этого синхронный двигатель начнет вращаться в асинхронном режиме. Если в это время подать на обмотку возбуждения ток, произойдет втягивание в синхронизм. Данный способ близок по смыслу к методу грубой синхронизации генератора (см. работу № 7), но без помощи гонного двигателя.

В лабораторной работе применяется универсальный двигатель переменного тока. Последовательность его пуска в качестве синхронного двигателя аналогична вышеизложенному с той поправкой, что обмотка фазного ротора универсальной машины в ходе пуска исполняет роль и короткозамкнутой обмотки, и обмотки возбуждения.

Длявыполненияработынеобходимособратьсхемупорис. 8.1. Перед началом опыта нужно установить блок реостатов R1, так чтобы на каждую фазу приходилось сопротивление 8 Ом. Включить коммутатор К1. Фазная обмотка ротора будет замкнута через блок реостатов R1 и при включении будет работать как короткозамкнутая обмотка асинхронной машины. Подать питание на блок источника возбуждения для синхронной машины. При помощи ручки управления выставить напряжение возбуждения 20 В. Подачу тока не включать. Включить коммутатор К2. На обмотку статора будет подано переменное напряжение. Машина будет запущена как асинхронная. Нажать кнопку «Вкл.» блока возбуж-

35

дения синхронной машины. На фазы обмотки будет подан постоянный ток. Отключить коммутатор К1.

Отключение производить в обратном порядке.

Рис. 8.1. Схема подключения синхронной машины.

2. Работа синхронного двигателя в качестве компенсатора реак-

тивной мощности. В режиме холостого хода синхронный двигатель в зависимости от тока возбуждения может потреблять или отдавать в сеть реактивную мощность. Это качество позволяет использовать синхронный двигатель для компенсации других источников реактивной мощности. Выпускаютсяспециальныедвигателибезвыходноговалаименно для этой цели. Их называют синхронными компенсаторами.

Дляисследованияхарактеристиксинхронногокомпенсаторазапустите двигатель согласно инструкции к опыту 1. Изменяя ток возбуждения I2 в диапазоне от 0.7 А до 2 А, замерьте и занесите в таблицу 8.1 ток якоря I1 , активную Р1ф и реактивную Q1ф потребляемые мощности.

Рассчитайте:

P2 =0.

36

Таблица 8.1

Работа двигателя в качестве синхронного компенсатора P2 = 0

I2 А

I1 А

P1ф Вт

Q1ф Вар

P1 Вт

Q1 Вар

cosϕ –

Рис. 8.2. Пример U-образной характеристики синхронного

компенсатора I1(I2) и сопутствующих характеристик.

3. Рабочие и механические характеристики. Рабочие хара-

ктеристики определяют поведение электрической машины при постоянстве напряжения и тока возбуждения U1 =const , I2 =const . Для электрических машин с возбуждением от постоянных магнитов, эти характеристики являются основными, так как работа с регулированием

37

возбуждения, описанная ниже, для таких машин недоступна. Рабочие характеристики принято изображать как зависимость тока якоря I1 , КПД, cosϕ от полезной мощности P2 .

Механической характеристикой называют зависимость частоты вращенияотмомента n (M ). Длясинхронноймашиныэтазависимость– прямая линия, так как частота вращения не зависит от нагрузки. Также механическими характеристиками называют зависимости тока якоря I1 , КПД, cosϕ и т. д. от момента M (в этом случае применяется также термин «электромеханические характеристики»).

Так как P2 = 9.554n M , а в синхронной машине n =const , для синхронной машины рабочие и электромеханические характеристики мож-

но строить в одних осях.

В лабораторной работе в качестве потребителя механической энергии используется генератор постоянного тока. Генератор преобразует механическую энергию в электрическую. Полученная электрическая энергия преобразуется в тепловую на активных сопротивлениях и рассеивается. Для создания механической нагрузки необходимо соединить машину постоянного тока, источник питания и нагрузку согласно схеме рис. 8.3.

Рис. 8.3. Схема подключения генератора нагрузки

38

Механическую мощность, отбираемую генератором, можно оценить как P2 =(I3 R22 )ηГПТ , M2 =9.554 P2 ω2 , где I3 – ток генератора постоянного тока, контролируемый амперметром A3. Перед выполнением опыта необходимо измерить сопротивление нагрузки R2 с помощью мультиметра. Принимаем ηГПТ ≈0.7 . Для регулирования мощности нагрузки нужно регулировать ток возбуждения ГПТ, вращая рукоятку регулировки источника питания машины постоянного тока.

Уменьшить ток возбуждения до нуля. Результаты измерения занести в табл. 8.2. По полученным денным рассчитайте:

Постройте в одних осях графики I1 (P2 ), P1 (P2 ), Q1 (P2 ), η(P2 ), cosϕ(P2 ), M (P2 ).

Таблица 8.2

MН·м

η%

39

Рис. 8.4. Пример графиков рабочих характеристик

4. U-образные характеристики синхронного двигателя.

U-образные характеристики синхронного двигателя показывают зависимость тока статора от тока возбуждения при постоянной нагрузке на его валу.

При отсутствии нагрузки на валу ( P2 =0 ) синхронный двигатель работаетврежимесинхронногокомпенсатора, т.е. генераторареактивной мощности. Взависимостиоттокавозбужденияонявляетсяпотребителем (при недовозбуждении) или генератором (при перевозбуждении) реактивной мощности. Эту характеристику можно заимствовать из первого опыта этой лабораторной работы.

U-образные характеристики синхронного двигателя при P2 =0 имеют вид, аналогичный характеристикам синхронного генератора. Отличие заключается лишь в том, что в режиме двигателя невозможно получить точку, в которой I1 ≈0 , так как двигатель всегда потребляет активную мощность P1 , определяемую потерями в самом двигателе и механическими потерями в генераторе постоянного тока.

Снятие U-образных характеристик рекомендуется начинать со значений тока I1 , соответствующих максимальному току возбуждения двигателя I2 =2 А , постепенно его уменьшая. Пределы изменения тока возбуждениядолжныбытьвыбранытак, чтобытокстаторасинхронного двигателя не превышал 1.2 своего номинального значения (0.3 А). Опыт

40