ЭМС / Metodichka _10.12.12
.pdfПри проведении исследований, для каждого значения сопротивления в цепи ротора, заполняется таблица ω(М) . По данным таблиц строится семейство механических характеристик двигателя при различных добавочных сопротивлениях в цепи ротора.
Временные зависимости переменных состояния машины можно наблюдать на экране осциллографа, на котором виден и переходной процесс при пуске машины, и установившиеся процессы.
Содержание отчета
1.Номер лабораторной работы и варианта, тема, цель.
2.Схема модели и описание виртуальных блоков.
3.Механические характеристики машины в двигательном режиме.
4.Выводы по работе.
Контрольные вопросы
1.Особенности конструкции асинхронного двигателя с фазным ротором.
2.Характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором.
21
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5. ИССЛЕДОВАНИЕ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА
Цель работы: снятие характеристик синхронного генератора при работе на пассивную нагрузку.
Содержание работы
1.Снятие угловой характеристики синхронного генератора.
2.Снятие внешней и рабочих характеристик синхронного генератора при активной нагрузке.
3.Снятие внешней характеристики синхронного генератора при активноиндуктивной нагрузке.
4.Снятие внешней характеристики синхронного генератора при активноемкостной нагрузке.
Описание лабораторной установки
Модель виртуальной установки для исследования синхронного генератора показана на рисунке 5.1.
Рисунок 5.1 – Модель для исследования синхронного генератора Она содержит:
−исследуемую трехфазную синхронную машину Simplified Synchronous Machine SI Units из библиотеки SimPowerSystems/ Machines;
−блок Machines Measurement Demux из библиотеки SimPowerSystems/ Machines;
−трехфазный измеритель активной и реактивной мощности 3-Phase Instantaneous Active & Reactive Power из библиотеки SimPowerSystems/ Extra Library/Discrete Measurements;
22
−трехфазную нагрузку 3- Phase Parallel RLC Load из библиотеки SimPowerSystems/ Elements;
−блоки RMS и Fourier (SimPowerSystems/ Extra Library/ Measurement),
для измерения действующего значений, амплитуды и начальной фазы;
−блоки Display для количественного представления измеренных величин и блок Scope для наблюдения тока якоря, скорости и электромагнитной мощности синхронной машины из главной библиотеки Simulink/ Sinks;
−блок Constant для задания ЭДС возбуждения из главной библиотеки
Simulink/Source;
−сумматор Sum из библиотеки Simulink/ Math Operations;
−блок пользователя (SimPowerSystems/ Powergui), который измеряет значения V1 , V2 , I1 , I 2 ;
−блоки Mux из главной библиотеки Simulink/ Sygnal Routing.
В полях окна настройки параметров синхронного генератора последовательно задаются:
−схема соединения обмоток статора машины. В выпадающем меню этого поля можно выбрать соединение звездой без нулевого и с нулевым проводом;
−полная мощность (ВА), действующее линейное напряжение и частота;
−момент инерции (кг·м2), коэффициент демпфирования, число пар полюсов;
−активное сопротивление и индуктивность обмотки якоря (статора);
−начальные условия при пуске модели.
Рисунок 1.2 – Окно настройки синхронного генератора
23
Вокне блока настройки измерителя действующих значений задается частота, на которой производятся измерения.
Вполях окна настройки блоков Fourier задается частота и номер гармоники измеряемого напряжения.
Вполя окна настройки параметров нагрузки вводятся действующее линейное напряжение и частота, которые должны быть согласованы с напряжением и частотой генератора, активная, индуктивная и емкостная мощности. Удобней эти мощности задавать как номинальную мощность генератора, умноженную на коэффициент.
Содержание и настройка остальных блоков модели описаны ранее.
Порядок проведения лабораторной работы
Параметры синхронной машины для выполнения работы задаются преподавателем (таблица 5.1).
Значение ЭДС возбуждения при проведении измерений остается постоянным, равным номинальному линейному напряжению генератора в режиме холостого хода. Момент инерции машины принять равным бесконечности, коэффициент демпфирования и начальные условия при пуске модели – нулевыми.
Заполняется окно настройки параметров моделирования.
Таблица 5.1. Параметры трехфазных синхронных генераторов
№ |
Sн, кВA |
Uн, В |
Rст, Ом |
Lст, мГн |
р |
1 |
4 |
380 |
0,50 |
24,5 |
1 |
2 |
5 |
380 |
0,40 |
19,6 |
1 |
3 |
6 |
380 |
0,33 |
16,3 |
1 |
4 |
7 |
380 |
0,29 |
14,0 |
1 |
5 |
8 |
380 |
0,25 |
12,3 |
2 |
6 |
9 |
380 |
0,22 |
10,9 |
2 |
7 |
10 |
380 |
0,20 |
9,8 |
2 |
8 |
11 |
660 |
0,55 |
15,5 |
2 |
9 |
12 |
660 |
0,50 |
14,2 |
2 |
10 |
13 |
660 |
0,46 |
13,1 |
2 |
11 |
14 |
660 |
0,43 |
12,2 |
2 |
12 |
15 |
660 |
0,40 |
11,3 |
2 |
Снятие угловой характеристики генератора производится при изменении активной мощности нагрузки от 0 до 1,6 от номинальной мощности генератора. При этом коэффициент при активной мощности изменяется от 0 до 1,6 с шагом 0,2. Коэффициенты при реактивных мощностях равны нулю.
Для каждого значения активной мощности осуществляется моделирование. При проведении исследований заполняется таблица 5.2.
Таблица 5.2. Измеренные и рассчитанные значения
|
Измерения |
|
Вычисления |
Pг [Вт] |
ω [рад/с] |
θ [град] |
М [Нм] |
24
Момент на валу генератора вычисляется по формуле M = Pωг .
По данным таблицы строится зависимость M = f (θ ) .
Снятие внешней и рабочих характеристик генератора при активной нагрузке производится при изменении активной мощности нагрузки в диапазоне 0÷1,2 от номинальной. По данным измерений заполняется таблица 5.3.
Таблица 5.3. Измеренные и рассчитанные значения
|
|
Измерения |
|
|
|
Вычисления |
|||||
Pнагр |
Qнагр |
|
ω |
|
Рг |
U1 |
|
cosϕ |
Ia |
||
[Вт] |
[Вар] |
|
[рад/с] |
|
[Вт] |
[В] |
|
[A] |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вычисления производятся по формулам: |
|
|
|
|
|||||||
|
|
ϕ = arctg |
Qнагр |
, I a = |
Pнагр |
|
|
|
(5.1) |
||
|
|
|
U1 × cosϕ |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
Pнагр |
|
|
|
|
|||
По результатам измерений и вычислений строится внешняя характери- |
|||||||||||
стика U1 = |
f (I a ) и рабочие характеристики U1 ,cosϕ, I a |
= f (Pг ) . |
|
||||||||
Снятие внешних характеристик при активно-индуктивной и активноемкостной нагрузках производятся аналогично предыдущему пункту. При изменении мощности нагрузки необходимо соблюдать условие постоянства коэффициента мощности. По результатам измерений заполняется таблица, аналогичная таблице 5.2, и строятся внешние характеристики на том же графике, на котором построена внешняя характеристика предыдущего опыта.
Мгновенные значения токов в фазах якоря генератора, скорость и мощность генератора можно наблюдать на экране осциллографа.
Содержание отчета
1.Номер лабораторной работы и варианта, тема, цель.
2.Схема модели и описание виртуальных блоков.
3.Угловая характеристика генератора.
4.Внешние характеристики генератора при различных коэффициентах мощности нагрузки.
5.Рабочие характеристики генератора.
6.Выводы по работе.
Контрольные вопросы
1.Характеристики синхронного генератора.
2.Реакция якоря в синхронных генераторах.
25
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ
Цель работы: исследование трехфазной явнополюсной синхронной машины.
Содержание работы
1.Снятие рабочих характеристик машины в двигательном режиме.
2.Снятие зависимости потребляемой из сети мощности от потока возбуждения машины.
Описание лабораторной установки
Модель виртуальной установки для исследования явнополюсной синхронной машины с магнитоэлектрической системой возбуждения показана на рисунке 6.1.
Рисунок 6.1 – Модель для исследования явнополюсной синхронной машины Она содержит:
−источник переменного трехфазного напряжения (Three-Phase Programmable Voltage Source) из библиотеки SimPowerSystems/Electrical Sources;
−исследуемую трехфазную синхронную машину Permanent Magnet Synchronous Machine из библиотеки SimPowerSystems/ Machines;
−измеритель трехфазного напряжения и тока (Three-Phase V-I Measurement), активной и реактивной мощности (Active & Reactive Power) из библиотеки SimPowerSystems/ Measurements;
−блок Machines Measurement Demux из библиотеки SimPowerSystems/ Machines;
−трехфазный измеритель активной и реактивной мощности 3-Phase Instantaneous Active & Reactive Power из библиотеки SimPowerSystems/ Extra Library/Discrete Measurements;
−блок Step для задания механического момента на валу машины из биб-
лиотеки Simulink /Source;
−блок RMS для вычисления действующего значения величины из биб-
лиотеки SimPowerSystems/ Extra Library/ Measurements;
26
−блоки Display для количественного представления измеренных мощностей, тока и электромагнитного момента машины и блок Scope для наблюдения тока статора, момента и механической мощности из главной библиотеки Simulink/ Sinks;
−блоки Sum и Product из главной библиотеки Simulink/Math Operations,
вычисляющие электрическую и механическую мощности машины;
−блок пользователя (SimPowerSystems/ Powergui), который измеряет значения V1 , V2 , I1 , I 2 ;
−блок Мих, из главной библиотеки Simulink/ Sygnal Routing.
В полях окна настройки параметров синхронной машины последовательно задаются:
−активное сопротивление обмотки статора (Ом);
−индуктивности по продольной и поперечной оси (Гн);
−максимальный поток в машине (Вб);
−момент инерции (кг·м2), коэффициент вязкого трения (Н·м·с), число
пар полюсов.
В окне настройки параметров источника вводят напряжение и частоту источника, которые должны быть согласованы с напряжением, скоростью и числом пар полюсов машины.
Далее заполняется окно настройки параметров трехфазной синхронной машины (рисунок 6.2):
27
Рисунок 6.2 – Окно настройки параметров трехфазной синхронной машины
Порядок проведения лабораторной работы
В окне настройки синхронной машины в поле Preset model выбирается модель по параметрам, приведенным в таблице 6.1.
Таблица 6.1. Параметры синхронной машины
№ |
Rs, Ом |
U, В |
М,Нм |
J, кгм2 |
F, Н·м·с |
р |
1 |
18,7 |
62,2859 |
0,5151 |
2,26e-005 |
1,349е-005 |
2 |
2 |
4,765 |
67,038 |
0,5544 |
0,0001051 |
4,047е-005 |
2 |
3 |
1,6 |
67,1831 |
0,5556 |
0,0001854 |
5,396е-005 |
2 |
4 |
0,62 |
62,5906 |
0,51762 |
0,0003617 |
9,444е-005 |
4 |
5 |
0,9585 |
132,5525 |
1,0962 |
0,0006329 |
0,0003035 |
4 |
6 |
0,4578 |
124,0639 |
1,026 |
0,001469 |
0,0003035 |
4 |
7 |
0,129 |
132,1171 |
1,0926 |
0,003334 |
0,000425 |
4 |
8 |
0,0918 |
122,4677 |
1,0128 |
0,003945 |
0,0004924 |
4 |
9 |
0,24 |
49,2193 |
0,40704 |
0,00048 |
0,0001619 |
4 |
10 |
0,18 |
51,8384 |
0,4278 |
0,00062 |
0,0003035 |
4 |
11 |
0,11 |
81,1857 |
0,6714 |
0,0016 |
0,0002024 |
4 |
12 |
0,06 |
81,1857 |
0,6714 |
0,0022 |
0,000425 |
4 |
|
|
|
|
28 |
|
|
Снятие механической и рабочих характеристик машины в двигательном режиме производится на модели (рисунок 5.1) при изменении нагрузочного момента от 0 до 1,2 от номинального. Номинальный момент определяется из выражения
|
н » |
|
3 × |
U m |
(U m |
- ω × Фm ) × P |
|
|||
M |
|
|
|
|
|
|
|
, |
(6.1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
2 ×ω × Rs |
|
|||
где U m ,ω = 2 ×π × f - амплитуда и частота источника питания,
Фm , Rs , р - максимальный поток, сопротивление статора и число пар полюсов машины.
Для каждого значения момента нагрузки осуществляется моделирование. При проведении исследований заполняется таблица 6.2.
Таблица 6.2. Измеренные и рассчитанные значения
М |
|
|
|
Измерения |
|
|
|
|
Вычисления |
|
|
||||||||
|
P1 |
Q1 |
U1 |
|
I1 |
ω |
|
ϕ |
|
cosϕ |
|
P2 |
|
η |
s |
||||
[Нм] |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
Вт |
ВАр |
В |
|
А |
рад/с |
град |
|
|
|
Вт |
|
% |
% |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
Вычисления осуществляются по формулам: |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
ϕ = arctg |
Q1 |
,η = |
P2 |
, P1 = Pа |
+ Pв |
+ Pc , Q1 = Qa |
+ Qв |
+ Qc |
|
(6.2) |
|||||||
|
|
|
P1 |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
P1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
По данным таблицы строятся рабочие характеристики I , cosϕ, h = f (P2 ) Снятие зависимости потребляемой из сети мощности от потока возбуж-
дения машины осуществляется при постоянном моменте нагрузки (задается преподавателем). Максимальный поток в поле Flux induced magnets следует задавать в диапазоне 0,6÷1,2 Вб с шагом 0,05 Вб. Для каждого значения потока проводить моделирование, по результатам заполнить таблицу 6.3.
Таблица 6.3. Снятие зависимостей от потока возбуждения машины
Фm [Вб] |
Q1 [ВАр] |
Р1 [Вт] |
cosϕ |
|
|
|
|
Содержание отчета
1.Номер лабораторной работы и варианта, тема, цель.
2.Схема модели и описание виртуальных блоков.
3.Рабочие характеристики машины в двигательном режиме.
4.Зависимости P1 , Q1 , cosϕ от Фm .
5.Выводы по работе.
Контрольные вопросы
1.Особенности конструкции явнополюсных синхронных машин.
2.Характеристики синхронного двигателя.
29
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7. ИССЛЕДОВАНИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ
Цель работы: исследование машины постоянного тока при работе в двигательном и генераторном режимах.
7.1Содержание работы
1.Снятие механической и расчет рабочих характеристик машины в двигательном режиме работы.
2.Снятие механической и расчет рабочих характеристик машины в генераторном режиме работы.
3.Снятие механических характеристик при различных напряжениях питания в цепи якоря.
4.Снятие механических характеристик при различных сопротивлениях в цепи якоря.
5.Снятие механических характеристик при различных потоках возбуждения.
6.Снятие регулировочных характеристик при изменении напряжения якоря.
7.2Описание лабораторной установки
Виртуальная лабораторная установка представлена на рис. 7.1.
Рисунок 7.1 – Модель для исследования машины постоянного тока с независимым возбуждением
Она содержит:
−блок DC Machine из библиотеки SimPowerSystems/ Machines;
−источники постоянного напряжения для питания якоря и обмотки воз-
буждения машины (SimPowerSystems/ Electncal Sources/ DC Voltage Source);
−блок Constant для задания момента нагрузки (Simulink/Sources);
−блок для измерения переменных состояния машины Display и осциллограф Scope для визуального наблюдения процессов из библиотеки Simulink/Sinks.
30