Порядок виконання роботи

Після зібрання схеми (рис. 3.1) включають автомат АП3 і виконують пуск асинхронного двигуна, який з`єднаний з валом індуктора синхронного генератора. Швидкість обертання ротора асинхронного двигуна майже дорівнює номінальній швидкості обертання індуктора (в умовах лабораторії це 1500 об/хв). Потім включають автомат АП2 і доводять струм збудження синхронного генератора до величини, при якої напруга по показнику вольтметра комплекту К-50 не стане рівною фазному значенню мережі. У результаті при увімкнутому автоматі АП2 лампи синхроноскопу опиняться включеними між лінійними провідниками мережі і генератора. Якщо чергування фаз мережі і генератора однаково то лампи будуть спалахувати і тухнути одночасно. Вмикання генератора у мережу виконується автоматом АП1 у час коли усі лампи погаснуть.

Недоліком цього методу є те що лампи потухають при різниці напруг на затискачах ламп 30% U_н і при включенні генератора у мережу виникає ударний струм

Уникнути ударного струму можна якщо паралельно однієї із ламп підключити нульовий вольтметр. Під час коли напруга на лампі буде відсутня (вольтметр покаже нуль) синхронний генератор включають у мережу, струм включення буде відсутнім.

Після включення генератора у мережу він утягнеться у синхронізм і буде працювати у режимі холостого ходу.

Лампи синхроноскопу можна включити і по схемі „Обертаючого світла”. Для цього лампи Л2 і Л3 приєднуються до мережі (генератора) так, як показано на рисунку 3.1 штриховими лініями, тобто на лінійну напругу. Лампи будуть сполохуватись і гаснуть у визначеній послідовності. При розташуванні ламп по вершинам трикутника (рівностороннього) виходить враження обертаючого світла. Напрямок обертання світла залежить від того, яка частота більше – генератора чи мережі. Включення генератора у мережу виконується у той момент коли Л1 потухне, а лампи Л2 і Л3 горять яскраво. Якщо при включені синхроноскопа по схемі „Обертаючого світла” лампи одночасно спалахують і гаснуть – це означає, що порядок чергування фаз мережі і генератора не однакові.

б) Метод самосинхронізації

Широко застосовується метод самосинхронізації який також зветься як метод грубої синхронізації. Це стало можливим завдяки тому, що мережі стали достатньо потужними. Включення одного генератора не впливає на роботу інших генераторів паралельно працюючих на цю мережу з U₁=U_1н=const, f₁=f_н=const. Метод полягає у іншому. Синхронний генератор після перевірки вірності чергування фаз генератора і мережі приводять до обертання приблизно з синхронною швидкістю; обмотка збудження при цьому замкнута накоротко. При досягненні підсинхронії частоти обертання обмотку якоря включають у мережу з одночасною подачею струму збудження у обмотку збудження індуктора, повільно збільшуючи до значення при якому генератор втягується у синхронізм і працює паралельно з мережею у режимі холостого ходу.

3. U-подібні характеристики синхронного генератора

U-подібна характеристика визначає залежність струму якоря від струму збудження при постійній потужності генератора (рисунок 3.2). Одну характеристику знімають при величині активної потужності генератора рівній нулю, тобто у режимі холостого ходу.

0,5

1

2

0

Рисунок 3.2 – U-подібна характеристика генератора

Після включення генератора у мережу слід приступити до визначення U-подібної характеристики генератора у режимі холостого ходу коли Р=0. Для цього встановлюємо струм збудження 0 А та записуємо струм якоря, подалі збільшуємо із кроком 1 А струм збудження та записуємо відповідні значення струму якоря. Дослід проводити до значення струму збудження 10 А.

Права частина кривої відповідає перезбудженій машині і віддачі у мережу індуктивного струму і реактивної потужності, а ліва частина кривої – недозбудженій машині і віддачі у мережу ємнісного струму і живленню реактивної потужності.

Контрольні запитання

1. Які існують методи вмикання синхронного генератора (СГ) на паралельну роботу з мережею, або з іншим генератором?

2. Як увімкнути СГ по методу самосинхронізації?

3. Як увімкнути СГ по методу точної синхронізації?

4. Яке призначення синхроноскопа?

5. Як перевіряються збіг чергування фаз генератора з мережею?

6. Як регулюється величина активної потужності?

7. Як регулюється величина реактивної потужності?

8. Поясніть послідовність дій при визначенні U-подібних характеристик.

9. Як по U-подібним характеристикам побудувати cosφ=f(І_f)?

10. Чому дорівнює кут зсуву між U₁ і І₁ відповідно мінімуму U-подібним характеристикам?

11. Чому з збільшенням Р мінімуми кривої зсовуються праворуч?

12. Яка фаза струму статора СГ недозбудженного і перезбудженного генератора відносно напруги мережі?

13. При якій умові СГ віддає реактивну потужність у мережу?

14. Дайте визначення куту і від чого він залежить?

У звіті подати:

1. Мету роботи, обладнання і прилади, зміст роботи.

2. Схему для проведення дослідження.

3. Умови які треба виконати при включенні генератора до мережі.

4. Як вони виконуються?

5. Таблиці вимірювальних величин для побудови U-подібної характеристики.

6. Побудувати U-подібну характеристику.

7. Відповіді на контрольні запитання 1,2,3,4,6,7,8.

Лабораторна робота 4

ДОСЛІДЖЕННЯ СИНХРОННОГО ДВИГУНА

Об’єкт дослідження - синхронна машина у режимі двигуна

Мета роботи – вивчити способи пуску синхронного двигуна, а також ознайомитися з методами його випробування для отримання робочих характеристик.

Обладнання і прилади

Трифазна синхронна машина СГР-45, асинхронний двигун ВАО-52-4, машина постійного струму типу П або ПН, комплект вимірювальних приладів К-50, ламповий синхроноскоп, індукційний регулятор напруги з випрямлячем, однофазний реостат, дільник напруги .

Зміст роботи

1. Вивчити конструкцію і паспорт синхронної машини

2. Зібрати схему для виконання роботи, рисунок 4.1

3. Виконати пуск синхронного двигуна

4. Зняти і побудувати U-подібні характеристики синхронного двигуна

5. Зняти і побудувати робочі характеристики

6. Розрахувати робочі характеристики синхронного двигуна

7. За даними вимірювань і розрахунків побудувати характеристики синхронного двигуна.

ТЕОРЕТИЧНІ І МЕТОДИЧНІ ПОЯСНЕННЯ ДО ЗМІСТУ РОБОТИ

Порядок виконання роботи

1. Вивчення конструкції і паспорта синхронної машини проводиться так само, як в роботі №1

2. Зібрати схему для дослідження синхронного двигуна (рисунок 4.1)

Обмотка статора синхронного двигуна вмикається до мережі через автомат АП1. Для вимірювання параметрів роботи двигуна використовується комплект вимірювальних приладів К-50. Для забезпечення пуску синхронного двигуна обмотка статора через ламповий синхроноскоп ЛС з’єднується з мережею завдяки автомата АП2. У якості розгінного двигуна використовується асинхронний двигун, обмотка статора якого з’єднується в «трикутник» і вмикається в мережу за допомогою автомата АП3. Для навантаження синхронного двигуна використовується машина постійного струму у режимі генератора постійного струму незалежного збудження.

3. Способи пуску синхронної машини в режим синхронного двигуна.

Можливі наступні способи пуску синхронного двигуна:

1. Пуск за допомогою допоміжного двигуна – ротор синхронного двигуна заздалегідь приводиться у обертання з частотою обертання приблизно рівній синхронній частоті обертання. Потім машина включається в мережу методом точної синхронізації, або по методу грубої синхронізації (робота №3).

2. Частотний спосіб пуску

3. Асинхронний спосіб пуску.

У лабораторії електричних машин пуск синхронного двигуна можна виконати за допомогою допоміжного (розгінного) двигуна з вмиканням синхронної машини в мережу методом самосинхронізації (метод грубої синхронізації), або методом точної синхронізації (як у роботі №3).

У якості допоміжного двигуна може бути використані або асинхронний двигун, або двигун постійного струму з подальшим переводом його у режим генератора незалежного збудження з використанням його як навантажувача синхронного двигуна.

Допоміжний двигун розкручує ротор синхронної машини до швидкості обертання, при якій ковзання досягає двох відсотків (АД), або до швидкості, рівній синхронній швидкості обертання (якщо розгінний двигун є двигун постійного струму). Після цього одночасно обмотка статора синхронної машини вмикається у мережу, а в обмотку збудження синхронної машини подається струм збудження, машина входить у синхронізм. Допоміжний двигун відключається від мережі, а синхронна машина переходить у режим синхронного двигуна.

При цьому методі відпадає потреба у точному вирівнюванні частоти мережі і синхронної машини, величини і фази напруг, процес синхронізації спрощується і можливість помилитися відпадає.

При пуску синхронного двигуна з використанням метода точної синхронізації у якості допоміжного двигуна використовується двигун постійного струму з паралельним збудженням. Допоміжний двигун розганяє синхронну машину до синхронної частоти обертання після чого виконується процес синхронізації, синхронна машина включається у мережу, допоміжний двигун відключається від мережі і синхронна машина переходить у режим двигуна.

Б) При частотному пуску обмотка статора синхронного двигуна підключається до перетворювача частоти, який змінює частоту від декількох герц до номінальної частоти, а в обмотку збудження подається одночасно постійний струм – струм збудження. При частотному пуску синхронний двигун входить в синхронізм при малих частотах.

В) Асинхронний пуск синхронного двигуна є самим поширеним способом пуску. Для виконання цього способу пуску у полюсах ротора є пускова обмотка, яка подібна до обмотки ротора короткозамкненого асинхронного двигуна. Роль пускової обмотки можуть виконувати і масивні полюсні наконечники явно полюсних двигунів. Під час пуску обмотку збудження на період пуску замикають на активний опір R=10Rзб, щоб захистити ізоляцію обмотки збудження від пробою, а також щоб захистити обслуговуючий персонал.

Рисунок 4.1 – Схема вмикання СМ у якості двигуна

Замикання обмотки збудження накоротко недопустимо, оскільки під дією одновісного ефекту при пуску синхронний двигун може «застряти» поблизу половини синхронної частоти обертання

Для пуску обмотку статора синхронного двигуна включають у мережу, синхронний двигун розганяється подібно асинхронному двигуну. Після досягнення частоти обертання ротора, близької до синхронної ( ), в обмотку збудження подається струм збудження і ротор СД втягується в синхронізм. Тільки після цього активний опір R від’єднують від обмотки збудження.

У ЛАБОРАТОРІЇ ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИН пуск синхронного двигуна здійснюється за допомогою допоміжного двигуна – асинхронного. Спочатку запускається допоміжний двигун, для чого включається автомат АП3. У обмотку збудження подають за допомогою АП2 струм збудження такої величини, щоб напруга на статорі синхронної машини дорівнювалась напрузі мережі. Одночасно АП2 підключає ламповий синхроноскоп ЛС. Якщо всі три лампи одночасно загораються і одночасно гаснуть, то в момент погасання ламп необхідно включити автомат АП1, приєднавши обмотку статора синхронної машини безпосередньо до мережі. Після цього допоміжний двигун відключається від мережі за допомогою автомата АП3.

Якщо лампи ЛС засвічуються і гаснуть неодночасно, то необхідно відключити схему і змінити напрям обертання приводного двигуна, для чого поміняти порядок фаз статора асинхронного двигуна, або при тому напрямку обертання розгіночного двигуна поміняти порядок фаз на статорі синхронної машини. Пуск повторити.

4. U-подібні характеристики синхронного двигуна є залежність струму статора І₁ від струму збудження І_f при постійній потужності на валу машини. Одну характеристику знімають у режимі холостого ходу, коли на валу машини відсутнє навантаження . Підвищуючи струм збудження, встановлюють по комплекту К-50 струм статора синхронного двигуна приблизно рівний номінальному струму і записують І₁ і І_f, потім зменшують І_f і записують 5-6 точок правої гілки U-подібної характеристики з обов’язковою фіксацією мінімального струму І₁ відповідно І_f. Далі зменшують І_f і також фіксують 5-6 точок лівої гілки характеристики (рисунок 4.2)

Рисунок 4.2 – U-подібні характеристики синхронного двигуна

У точках, відповідаючи мінімуму, струм статора є активним струмом (cosφ=1)

При зменшенні І_f виникає намагнічуюча реакція якоря і струм І₁ зростає за рахунок реактивної складової, яка відстає від вектора напруги мережі. Синхронний двигун при недозбудженні споживає реактивну потужність з мережі, cosφ двигуна зменшується.

При збільшенні І_f виникає розмагнічувальна реакція якоря, струм І₁ зростає за рахунок реактивної складової, яка випереджає вектор напруги мережі і носить ємнісний характер. Синхронний двигун віддає реактивну потужність у мережу.

Робота синхронного двигуна в перезбудженному стані є номінальним режимом роботи.

Споживна потужність синхронного двигуна в режимі холостого ходу визначається втратами в двигуні і механічними втратами у асинхронному двигуні і в машині постійного струму.

Для зняття другої U-подібної характеристики, наприклад при , навантаження здійснюють генератором постійного струму шляхом регулювання опору реостата у колі якоря генератора R_нв, встановлюють струм у колі якоря приблизно 0,5І_ном. При знятті характеристики діють вище описаним способом, дотримуючи навантаження постійним і контролюється за допомогою ватметра вимірювального комплекту К-50. Дослідні дані записуються в таблицю 4.1

Таблиця 4.1 – U-подібні характеристики синхронного двигуна

	, А
	Іf, А
	, А
	Іf, А

5. Робочі характеристики синхронного двигуна – це є залежності , М, η, cosφ=f( ) при І_f =const, =const. Навантаження двигуна здійснюється реостатом Rнв у колі якоря генератора постійного струму. Дослід проводиться при струмі збудження двигуна приблизно І_f =(5-6)А=const. Дані вимірювання за допомогою комплекту К-50 заносяться в таблицю 4.2

Таблиця 4.2 – Робочі характеристики синхронного двигуна

№ п/п

Виміряно

Фаза А

Фаза В

Фаза С

В

А

Вт

А

Вт

А

Вт

В

А

Обчислено

М

cosφ

Вт

Вт

Вт

Вт

Вт

Вт

%

Нм

-

Визначення робочих характеристик:

1. Потужність споживана з мережі, Вт:

2. Електричні втрати в обмотці статора, Вт:

де – середнє значення фазного струму ; – активний опір обмотки статора, обчислений по методу постійного струму відповідно рисунку 4.3

Рисунок 4.3 – Схема до визначення активного опору обмотки статора синхронного двигуна

3. Втрати на збудження синхронного генератора, Вт:

де - активний опір обмотки збудження, Ом.

ΔU_щ – падіння напруги у щітковому контакті, ΔU_щ = 1,5 В.

4. Додаткові втрати при навантаженні складно визначити і приймаються як 0,5%Р₁, Вт:

5. Постійні втрати, Вт:

де – споживана потужність двигуна в режимі холостого ходу, Вт;

- втрати у обмотці статора синхронного двигуна в режимі холостого ходу, Вт.

6. Корисна потужність, Вт:

7. Обертальний момент синхронного двигуна, Нм:

де – кутова синхронна швидкість обертання, рад/с;

– синхронна частота обертання двигуна, об/хв;

8. Коефіцієнт потужності:

9. Коефіцієнт корисної дії:

На рисунку 4.4 приведено загальний вигляд робочих характеристик синхронного двигуна.

Рисунок 4.4 – Загальний вигляд робочих характеристик синхронного двигуна

Контрольні запитання

1. Поясніть конструкцію і принцип дії синхронного двигуна.

2. Які існують способи пуску синхронного двигуна?

3. У чому суть асинхронного пуску синхронного двигуна?

4. Поясніть послідовність операцій при асинхронному пуску синхронного двигуна.

5. Чому при асинхронному способі пуску синхронного двигуна обмотка збудження замикається на R=10Rоз?

6. Які залежності і якім умовам відповідають U-подібні характеристики?

7. Чому U-подібна характеристика при холостому ході не доторкується вісі абсцис?

8. Який характер струму обмотки статора у недозбудженної і перезбудженої синхронної машини відносно напруги мережі?

9. У якому випадку синхронний двигун віддає реактивну потужність у мережу?

10. Чи може синхронний двигун віддавати активну потужність у мережу?

11. Яким умовам відповідає випадок коли синхронний двигун працює с коефіцієнтом потужності рівним одиниці?

12. У чому перевага синхронного двигуна у порівнянні з асинхронним? Які недоліки?

У звіті подати:

1. Мету роботи, обладнання і прилади, зміст роботи.

2. Схему для проведення дослідів.

3. Таблиці виміряних величин.

4. Розрахунок параметрів для номінального навантаження.

5. Залежності І₁=f(I_f) при Р=const

6. Відповіді на запитання 1,3,5,7,9,10,12

ЛІТЕРАТУРА

1. Токарев Б.Ф. электрические машины. Учебное пособие для вузов.-М.: Энергоатомиздат. 1990.-625с

2. Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник для вузов, 3-е издание, переработанное и дополненное.-Л.: Энергия, 1978 – 771с

3. Копылов А.И. Электрические машины. Учебник для вузов.-М.: Энергоатомиздат.1986.-561с

4. Гольдберг О.Д. испытания электрических машин. Учебник для вузов – 2-е издание, Испр.-М.:Высш. Школа.-2000.-255с.

5. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Электрические машины» (Синхронные машины) №110 /Составители А.А.Гусаров, В.М.Савченко, Н.А.Коваленко. – Донецк : ДПИ, 1983.-41с.

6. Сучасний українсько-російський, російсько-український словник : 50000 слів+граматика/ Упор. М.А.Тищенко.-Донецьк : ТОВ ВКФ «БАО», 2005.-688с.

ЗМІСТ

Передмова
Вступ
Правила безпеки для студентів, що працюють в лабораторії електричних машин	4
Правила внутрішнього розпорядку	5
Оформлення звітів про виконану роботу	6
Лабораторна робота 1 «Дослідження трифазного синхронного генератора»	9
Лабораторна робота 2 «Визначення параметрів трифазної синхронної машини»	22
Лабораторна робота 3 «Дослідження паралельної роботи синхронного генератора з мережею»	30
Лабораторна робота 4 «Дослідження синхронного двигуна»	34
Список рекомендованої літератури	41