3.2 Методичні вказівки до п. 3.1

Потужність первинної обмотки Р визначається через номінальну потужність і ККД.

Лінійні та фазні напруги й струми обмотки статора визначаються по відомих формулах і з урахуванням схеми з'єднання обмотки статора.

Число пар полюсів визначається за формулою

р = 60 f₁/n₁ ≈ 60 f₁/n_2,

де n₁ ≈ n₂ , і округляється до цілого числа.

Синхронна частота обертання визначається за (5, ф. 4.18).

Номінальне ковзання визначається за (1, ф.5.45).

Критичне ковзання, що відповідає максимальному /критичному/ моменту, розраховується за формулою

S_кр = S_н (± ),

де S_н – номінальне ковзання.

Кратність максимального /критичного/ моменту

= М_mах/М_н

Знак “плюс” приймається при роботі асинхронної машини в режимі двигуна, “мінус” – у режимі генератора.

Номінальний момент на валу двигуна визначається через номінальну потужність і номінальну частоту обертання ротора.

Максимальний /критичний/ момент визначається через кратність максимального /критичного/ моменту (табл.3.3) і номінальний момент.

Задаються ковзання:

S = 0; 0,5Sн; Sн; 1,5Sн; Sкр; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0

і за формулою Клосса (1, ф. 25.25 або 5, ф. 5.51) розраховується момент, що розвивається двигуном, і викреслюється механічна характеристика S = f(M), потім визначається частота обертання ротора

n₂ = n₁(1-S)

і відкладається відповідно на осі ординат.

Характеристика S(n₂) = f(I₁) будується приблизно за відомими величинами:

S = 0, I₁  0,

S = S_н, I₁ = І_н,

S = 1.0, I₁ = І_п

4 Завдання № 4 до розділу „синхронні машини” Діаграма емрс і зовнішня характеристика синхронного генератора

4.1 Побудова діаграми електрорушійних і магніторушійних сил (ЕМРС) неявнополюсного синхронного генератора для номінального навантаження; визначення струму збудження і процентного підвищення напруги при скиданні навантаження.

4.2 Побудова зовнішньої характеристики неявнополюсного синхронного генератора за діаграмою Е.М.Р.С.

Час, необхідний для виконання даного завдання, складає приблизно 8 годин.

Вихідні дані синхронних генераторів до завдання № 4 наведені в таблиці 4.1.

Фазні обмотки статора (якоря) синхронних генераторів з'єднуються в зірку.

Опір фази обмотки статора надається у відносних одиницях.

У таблиці 4.2 наведена "Нормальна характеристика неявнополюсного синхронного генератора (турбогенератора)".

Таблиця 4.1 - Дані синхронних турбогенераторів з частотою обертання ротора 3000 об/хв, 50 Гц до розрахунку діаграми ЕМРС

№ вар.	PН , МВт			ВКЗ
1	2	3	4	5	6
1	100	15,75	0,9	0,78	0,09
2	50	10,5	0,85	0,65	0,082
3	25	6,3	0,8	0,62	0,1
4	50	13,8	0,9	0,76	0,11
5	100	10,5	0,85	0,8	0,12
6	12	6,3	0,8	0,65	0,1
7	6	6,3	0,8	0,87	0,128
8	10	6,3	0,8	0,98	0,11
9	800	24	0,9	0,455	0,245
10	2,5	6,3	0,8	0,62	0,12
11	300	20	0,85	0,53	0,178

Продовження таблиці 4.1

1	2	3	4	5	6
12	4	6,3	0,8	0,6	0,11
13	500	20	0,85	0,44	0,178
14	32	10,5	0,8	0,437	0,128
15	200	15,75	0,85	0,58	0,165
16	50	15,75	0,8	0,62	0,11
17	150	18	0,85	0,62	0,188
18	6	10,5	0,8	0,55	0,112
19	100	13,8	0,85	0,57	0,113
20	63	6,3	0,8	0,64	0,121
21	800	24	0,85	0,5	0,23
22	160	18	0,85	0,65	0,19
23	63	10,5	0,8	0,5	0,12
24	300	20	0,85	0,6	0,2
25	32	6,3	0,8	0,44	0,12
26	200	18	0,85	0,6	0,18
27	2,5	3,15	0,8	0,62	0,12
28	1200	24	0,9	0,37	0,25
29	4	3,15	0,8	0,6	0,11
30	12	10,5	0,8	0,65	0,1
31	500	20	0,85	0,42	0,21
32	30	15,75	0,85	0,47	0,14
33	160	15,75	0,85	0,6	0,16
34	25	10,5	0,8	0,58	0,12
35	125	15,75	0,85	0,61	0,14
36	63	15,75	0,8	0,5	0,15
37	120	10,5	0,85	0,58	0,19
38	15	10,5	0,8	0,6	0,1
39	55	15,75	0,9	0,76	0,13
40	32	6,3	0,8	0,51	0,123
41	15	10,5	0,8	0,6	0,14
42	250	24	0,85	0,52	0,2
43	500	24	0,85	0,46	0,22
44	55	15,75	0,9	0,76	0,15
45	12	15,75	0,8	0,6	0,12

Продовження таблиці 4.1

1	2	3	4	5	6
46	7,5	6,3	0,8	0,81	0,13
47	300	24	0,9	0,43	0,18
48	200	20	0,85	0,42	0,16
49	165	18	0,85	0,615	0,17
50	800	24	0,85	0,4	0,20
51	12	6,3	0,8	0,6	0,12
52	30	6,3	0,8	0,6	0,11
53	120	15,75	0,85	0,42	0,15
54	200	13,8	0,85	0,38	0,18
55	630	20	0,9	0,42	0,20
56	1000	24	0,85	0,45	0,22
57	32	10,5	0,8	0,6	0,13
58	150	15,75	0,85	0,5	0,17
59	320	18	0,85	0,4	0,2
60	630	24	0,9	0,42	0,22
61	400	18	0,85	0,48	0,23
62	120	13,8	0,8	0,6	0,16
63	320	20	0,85	0,46	0,22
64	200	10,5	0,8	0,5	0,2
65	400	20	0,9	0,6	0,2
66	1200	24	0,85	0,42	0,23
67	250	20	0,85	0,6	0,23
68	200	18	0,85	0,5	0,22
69	50	15,75	0,8	0,62	0,11
70	150	20	0,8	0,58	0,21
71	60	18	0,8	0,7	0,15
72	100	18	0,8	0,72	0,18
73	400	15,75	0,8	0,5	0,18
74	320	15,75	0,85	0,6	0,18

Таблиця 4.2 - Нормальна характеристика холостого ходу турбогенератора

	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5
	0,58	1,0	1,21	1,33	1,40	1,46	1,51

4.3 Методичні вказівки до п.4.1

Перед виконанням завдання необхідно проробити розділи конспекту лекцій, що відносяться до даного завдання, а також матеріал за (1, с.651 - 670 або 4, с.192 – 221).

Діаграма ем.р.с. (діаграма Потьє) застосовується для неявнополюсних синхронних генераторів (турбогенераторів).

Метою побудови діаграми ем.р.с. є визначення струму збудження, що забезпечує задану напругу ( ) на затисках генератора при заданому струмі навантаження ( ) і коефіцієнті потужності з урахуванням насичення магнітного кола.

У розглянутому випадку струм збудження визначається для номінальних значень напруги , струму навантаження і коефіцієнта потужності .

Номінальна фазна напруга і номінальний фазний струм розраховуються за даними табл.4.1.

Діаграма ем.р.с. будується за даними табл.4.I у відносних одиницях.

Перерахування параметрів, представлених у фізичних одиницях, у параметри у відносних одиницях здійснюється за наступними формулами:

- напруга фази у відносних одиницях;

- е.р.с. фази у відносних одиницях;

- струм фази статора (якоря) у відносних одиницях;

- струм збудження у відносних одиницях,

де - струм збудження при .

- базисний опір;

- індуктивний опір розсіювання фази у відносних одиницях.

Задаються масштабами:

- напруги,

- струму якоря,

- струм збудження.

Надалі при побудові векторної діаграми і зовнішньої характеристики значок * - індекс параметрів у відносних одиницях - опускається. Активний опір обмотки якоря приймається рівним нулеві .

До п.4.1 Для побудови діаграми ем.р.с. необхідно мати наступні дані (у відносних одиницях): номінальна фазна напруга і номінальний фазний струм, характеристику холостого ходу турбогенератора, номінальний коефіцієнт потужності, індуктивний опір розсіювання обмотки статора Х_*σа, відношення короткого замикання ВКЗ.

Діаграма ем.р.с. будується в наступному порядку (рис.4.1).

За даними табл.4.2 будується характеристика холостого ходу . Вектор напруги направляється по осі ординат і відкладається на ній відрізок .

Відкладається вектор струму статора - відрізок , під кутом до вектора напруги U. Визначається індуктивна напруга розсіювання . До вектора додається вектор - відрізок , у напрямку, перпендикулярному векторові . Точка О з'єднується з точкою В, виходить вектор е.р.с. генератора .

Рисунок 4.1 – Діаграма Е.М.Р.С. і побудова зовнішньої

характеристики СГ

Вектор утворює з вектором кут . Для визначення струму збудження радіусом ОВ з центра О проводиться дуга до перетинання з віссю ординат у точці b. З точки b проводиться пряма, паралельна осі абсцис до перетинання з характеристикою холостого ходу в точці С. З точки З проводиться пряма паралельно осі ординат до перетинання з віссю абсцис у точці . Відрізок буде дорівнювати току збудження .

При роботі синхронного генератора під навантаженням струм збудження, крім наведення е.р.с. в обмотці якоря, ще і компенсує н.с. реакції якоря.

Для врахування дії реакції, що розмагнічує, якоря (н.с. якоря) при роботі машини під навантаженням у відносних одиницях будується характеристика короткого замикання (к.з.) за величиною відношення короткого замикання - ОКЗ.

Відношенням струму к.з. (вкз) називається відношення сталого струму к.з. при струмі збудження , що при

холостому ході і створює , до номінального струму якоря :

, відкіля .

По відомій величині будується характеристика к.з. (рис.6.1). Відкладається по осі абсцис відрізок

З точки З проводиться паралельно осі ординат відрізок .

Через точки і проводиться пряма, що є характеристикою к.з. I=f(i_зб)

Визначається та частина струму збудження , що йде на наведення е.р.с. розсіювання якоря - .

Відрізок відкладається на осі ординат і переноситься на характеристику холостого ходу (відрізок ).

Визначений струм збудження йде на наведення е.р.з розсіювання.

Струм збудження компенсує реакцію якоря.

Слід зазначити, що можна представити як н.с. реакції якоря в масштабі струму збудження, що у загальному випадку зрушена в просторі щодо осі полюсів унаслідок дії реакції якоря. Тому для визначення загального струму збудження додаються геометрично .

Для цього з крапки під кутом до осі ординат проводиться відрізок .

З'єднується точка з точкою . Виходить відрізок ОМ, рівний повному струму збудження . Проводиться дуга радіусом ОМ із точки О до перетинання з віссю абсцис у точці . З точки проводиться пряма паралельна осі ординат до перетинання з характеристикою холостого ходу в точці Р.

Відрізок є е.р.с. генератора при струмі збудження і при скиданні навантаження (холостий хід) - напругою на затисках генератора U_x=E_xН. Тоді зміна напруги на затисках генератора визначається за формулою:

До п.4.2 Побудова зовнішньої характеристики синхронного генератора за діаграмою Е.М.Р.С.

З діаграми Е.М.Р.С. отримані дві точки зовнішньої характеристики: , і , .

Однак по двох точках зовнішню характеристику побудувати не можна. Тому для побудови зовнішньої характеристики генератора задаються додатковими значеннями струму якоря і визначаються для них відповідно напруги.

Побудова зовнішньої характеристики генератора здійснюється в наступному порядку.

Задаються струмом навантаження у відносних одиницях.

- струм генератора у відносних одиницях.

- може бути прийнятий 0,5; 0,75; 1,25.

Наведене нижче побудова заснована на тім, що н.с. якорі, індуктивна напруга розсіювання і кут між напругою та е.р.с. пропорційні струму генератора, тобто

Для струму генератора (наприклад ) напруга генератора визначається в такий спосіб. При - струм збудження, що компенсує н.с. якоря дорівнював .

При струмі навантаження ця величина визначається вектором , що утворить з віссю ординат кут . З точки S проводимо пряму, паралельну осі абсцис до перетинання з дугою в точці . З точки S₁ проводимо пряму, паралельну відрізкові до перетинання з віссю абсцис у точці . Отже, відрізок являє собою струм збудження, що створює е.р.с. із при струмі навантаження .

Е.Р.С. визначається як довжина відрізка , проведеного з точки , паралельно осі ординат до перетинання з характеристикою холостого ходу в точці З. З точки З₁ проводимо пряму, паралельну осі абсцис до перетинання з віссю ординат у точці . Відрізок дорівнює е.р.с. .

Радіусом із точки проводимо дугу. Паралельно лінії відкладаємо відрізок . Відрізок і буде напруга генератора при навантаженні . Аналогічним методом визначається напруга генератора і для інших значень струмів 0,75; 1,25. За отриманими величинами напруг будується зовнішня характеристика генератора при постійному значенні струму збудження і коефіцієнті потужності.