5.5. Методы экспериментального определения параметров

В настоящее время в литературе описано большое количество методов экспериментального определения параметров электрических машин переменного тока. Ряд методов таких как:

1. Определение реактивностей по характеристикам, установившихся режимов

2. Определение реактивностей обмоток статора при питании обмоток статора от постороннего источника

3. Определение реактивностей и постоянных времени по осциллограммам переходных режимов относятся к классическим методам.

Вместе с тем установленные связи между частотными характеристиками и переходными процессами в машине позволяют применить новые метода для опытного определения электромагнитных параметров машины с учетом большого количества контуров в роторе, насыщения и т.д.

Часть параметров, например, синхронную реактивность по продольной оси , можно определить с помощью любой группы методов, а некоторые удается определить только с помощью какой-либо одной группы методов. Некоторые параметры можно определить с помощью ряда методов, но предпочтительным в зависимости от условий может быть один.

Определение параметров по характеристикам, установившихся режимов. Наиболее распространенными являются методы определения реактивностей по характеристикам холостого хода и короткого замыкания (симметричного и несимметричного). Эти характеристики позволяют определить реактивности прямой ,обратнойи нулевойпоследовательностей.

Из общего курса электрических машин известно, что при различных случаях КЗ, если пренебречь активным сопротивлением, токи определяются формулам

,

,

.

Эти формулы позволяют определить

,

,

.

Определение параметров питанием обмоток от постороннего источника. Эта группа методов позволяет определить реактивности установившихся и переходных режимов и,,и др.

a) Метод скольжения.

Он заключается в том, что ротор исследуемой машины приводится во вращение со скоростью близкой с синхронной (скольжение менее 1%) посторонним двигателем. Обмотка статора питается от трехфазной сети пониженного напряжения (до ). Обмотка ротора разомкнута. При вращении ротора со скольжением относительно поля статора магнитное сопротивление потоку статора будет меняться. При совпадении оси ротора с осью поля статора ток статора будет минимальным. При этом реактивное сопротивление соответствует. При совпадении с осью поля статора поперечной оси машины магнитное сопротивление потоку статора максимальное. Ток статора при этом максимальный. Реактивность соответствует.

Реактивность иопределяются

,

Если внутреннее сопротивление источника достаточно велико, то при изменении тока от допроисходит колебание напряжения на зажимах машины. При этом токусоответствует, а-. В этом случае

,

.

b) Определение реактивного сопротивления обратной последовательности при вращении ротора против поля.

При вращении ротора против поля с синхронной скоростью в обмотках ротора наводятся токи двойной частоты. Магнитное поле этих токов действует размагничивающим образом на поле статора и оно вытесняется на пути потоков рассеяния ротора. Приближенно определится из соотношения

.

Низкая точность в определении этим методом связана с неучетом потребляемой статором активной мощности и несинусоидальностью измеряемого тока.

c) Определение реактивности нулевой последовательности

При определении реактивности нулевой последовательности по обмоткам статора протекают токи совпадающие по фазе. Этот ток создает такое же магнитное поле, как и действительная составляющая тока нулевой последовательности при несимметричной нагрузке генератора. Магнитное поле, обусловленное токами нулевой последовательности, в основном замыкается по путям поля рассеяния обмотки статора. Поскольку магнитное сопротивление этим потокам велико реактивность нулевой последовательности получается малой.

Опыты по определению реактивности нулевой последовательности приводят при вращении ротора с номинальной скоростью при замкнутой обмотки возбуждения.

Обмотки могут быть соединены параллельно (звезда с нулевым выводом) или последовательно.

В первом случае , а во втором.

Поскольку при проведении опыта не учитывается активное сопротивление погрешность определения может быть значительной.

d) Статический метод определения сверхпереходных реактивностей по продольной и поперечной осям

Сущность метода заключается в том, что ток, протекающий по любым двум фазам обмотки якоря, создает пульсирующее магнитное поле. Это поле наводит в замкнутых контурах ротора (демпферная обмотка, обмотка возбуждения, массив ротора). Токи, как и при переходных процессах, которые создают магнитное поле, направленное против поля статора и оно замыкается по путям, по которым замыкаются потоки рассеяния демпферной обмотки, обмотки возбуждения и других коротко замкнутых контуров.

Поэтому магнитная проводимость для потокосцепления статора и соответствующие сверхпереходные реактивности будут близки к действительным и.

Опыты проводятся при пониженном напряжении. Поворачивая ротор, устанавливают его в "продольное" положение (ток обмотке возбуждения наибольший). Записывают показания приборов в цепи якоря, и находится в виде:

.

Далее, поворачивая ротор, устанавливают в "поперечное" положение (ток в обмотке возбуждения равен нулю) и по показаниям приборов определяют

.

Аналогично при соединении в треугольник:

,

.

Используя эти результаты можно вычислить реактивность обратной последовательности

.

Определение реактивностей по осциллограммам переходных режимов. Сверхпереходные, переходные и установившиеся значения реактивностей можно определить по осциллограммам внезапного короткого замыкания, наброса и сброса нагрузки и восстановления напряжения при отключении короткого замыкания.

Опыт внезапного симметричного КЗ проводится при полном или пониженном до 25% напряжении. Проведение опыта при пониженном напряжении предпочтительнее поскольку обеспечивает сохранность машины, но получающиеся при этом реактивности будут выше, т.к. пониженная величина токов КЗ не вызовет насыщения от главного поля и от полей рассеяния.

Опыт КЗ производится при вращении с синхронной скоростью или выбеге ротора. В последнем случае медленное уменьшение скорости вращения практически не сказывается на результатах измерений.

В процессе опыта осциллографируются фазные токи, ток в обмотке возбуждения и линейное напряжение. Полученные осциллограммы обрабатываются. На ней проводятся нулевые линии для каждого тока КЗ и через вершины пиков на осциллограмме проводятся вертикальные и горизонтальные линии, вертикальные служат для отсчета времени, а горизонтальные для определения истинной амплитуды тока КЗ. Причем горизонтальные линии проводятся через середину расплывающегося у вершины тока от следа шлейфа осциллограммы.

По сделанным меткам строятся огибающие кривых тока внезапного КЗ, икоторые позволяют определить апериодическую и периодическую составляющие по полусумме и полуразности верхней и нижней огибающих.

Принятые допущения об экспоненциальном затухании составляющих токов КЗ позволяют выделить эти составляющие из интегральной кривой тока КЗ. Для этого сначала определяют по конечной части осциллограммы, снятой после достаточно большого промежутка времени, установившийся ток короткого замыкания при данном токе возбуждения.По этому току и напряжению определяется

.

Насыщенное значение может быть найдено из соотношения

.

Вычитая из всей периодической составляющей тока КЗ установившийся ток, получают сумму затухающих составляющих, изменяющихся во времени. Эту функцию (среднеарифметическое для трех фаз) строят на полулогарифмической бумаге, причем последние точки располагаются на прямой

Поскольку эти точки на прямой соответствуют переходному току К3 (сверхпереходный ток затухает значительно быстрее), то продолжив прямую до пересечения с осью ординат, получаем переходную составляющую тока КЗ. По этой составляющей можно определить переходную реактивность по продольной оси.

,

а по начальному значению симметричной составляющей тока КЗ сверхпереходную реактивность

.

Аналогично строятся значения апериодической составляющей начального тока короткого замыкания для каждой из трех фаз в отдельности, т.к. в каждой фазе они различны и, кроме того, затухают по-разному.

Техника проведения опытов КЗ достаточно описываются в руководствах по испытанию электрических машин, причем особое внимание уделяется на правильность и точность снятия осциллограмм.