Лабораторна робота №5. Випробування трифазного синхронного генератора в автономному режимі роботи

Мета| роботи - експериментально визначити основні експлуатаційні характеристики синхронного генератора, що працює в автономному режимі; вивчити вплив реакції якоря і характеру|вдачі| навантаження; ознайомитися з|із| основними методами регулювання синхронного генератора в автономному режимі роботи.

5.1 Програма роботи

5.1.1 Ознайомитися з|із| даними заводських щитків синхронного генератора і

привідного двигуна постійного струму|току| досліджуваного агрегату і записати їх в робочий зошит.

5.1.2 Визначити на стенді місцеположення вимірювальних приладів, навантаження, пускового і регулювальних реостатів, що відносяться до даної схеми; переписати дані вимірювальних приладів з|із| вказівкою цін поділок|поділок,розподілів,поділів| шкали кожного вимірювального приладу. Особливу увагу слід звернути на схему з'єднання |сполучення,сполуки|обмоток машини (Y або ∆) і на позначення на комплекті вимірювальних приладів: фазну або лінійну напругу|напруження| мережі|сіті| він вимірює|виміряє|.

5.1.3 Зібрати|повизбирувати| схему згідно рисунку 5.4.

5.1.4 Зняти і побудувати|спорудити| зовнішні характеристики при

і

а) при чисто активному навантаженні –cosφ =1,0;

б) при змішаному навантаженні –cosφ=0,707 (активна і реактивна складові струму|току| якоря рівні );

в) (по вказівці викладача) – при чисто індуктивному навантаженні –cosφ≈0.

5.1.5 Зняти і побудувати|спорудити| регулювальні характеристики при і :

а) при чисто активному навантаженні - cosφ₂ =1,0;

б) при змішаному навантаженні - cosφ₂=0,707.

5.1.6 Зняти і побудувати|спорудити| характеристику короткого замикання і .

5.1.7 Зняти і побудувати|спорудити| характеристику неробочого ходу при і .

5.1.8 Зняти і побудувати|спорудити| індукційну навантажувальну характеристику при .

5.1.9 За даними дослідів побудувати|спорудити| характеристичний трикутник.

5.2 Загальні|спільні| методичні вказівки по проведенню роботи

У синхронному генераторі електромагнітна система збудження, що живиться від джерела постійного струму|току|, знаходиться|перебуває| на роторі. На статорі (якорі) розташована|схильна| трифазна обмотка змінного струму|току|. Магнітні опори по подовжній осі d і поперечній осі q обертаючої системи збудження в неявнополюсній конструкції однакові; у явнополюсній конструкції вони різні, це викликає|спричиняє| необхідність роздільного обліку|урахування| по осях відповідних значень струмі|токів|в I_ad і I_aq, ЕРС E_ad і E_aq і еквівалентних їм індуктивних опорів X_ad і X_aq.

Вивчення основних властивостей і характеристик зручніше почати з попереднього розгляду моделі ідеального генератора, принципово відповідного реальному, але|та| поки без урахування другорядних чинників|факторів|. У ідеальному генераторі: 1) активний опір фази обмотки статора (якорі) r_a і індуктивний опір розсіювання X_σa обмотки якоря дорівнюють нулю; 2) магнітні зв'язки лінійні.

При обертанні ротора з|із| частотою обертання n і протіканні по його обмотці струму|току| збудження I_в, в якірній обмотці наводиться основна ЕРС Eo, що змінюється з|із| частотою . У режимі неробочого ходу напруга|напруження| генератора визначається тільки|лише| основною ЕРС Eo.

У режимі навантаження струм |тік|I_a, що протікає по обмотці якоря, створює МРС якоря F_a і відповідний магнітний потік

,

який наводить в обмотці якоря ЕРС

.

У неявнополюсній конструкції результуючі значення взаємодіючих МРС, потоків і відповідних ЕРС

,

,

.

У явнополюсній конструкції

,

де I_q іI_d – відповідно поперечна (активна) і подовжня реактивна складові струму |току|якоря I_a.

На рисунку 5.1,а показана схема заміщення, на рисунку 5.1,б і в – векторні діаграми неявнополюсного ідеального генератора при активному і індуктивному навантаженнях, а на малюнку 5.1,г – векторна діаграма явнополюсного генератора при змішаному активно-індуктивному навантаженні без урахування насичення.

Відповідні векторні діаграми реальних синхронних генераторів принципово такі ж, в них лише додатково враховується вплив X_σa:

у неявнополюсних

,

де

у явнополюсних

,

де , .

Рисунок 5.1 – Схема заміщення і векторні діаграми синхронних генераторів

Впливом r_a зазвичай|звично| нехтують, а вплив нелінійностей магнітопроводу враховується спеціальними методами.

При експлуатації генераторів найважливішою є|з'являється,являється| зовнішня характеристика . Векторні діаграми дозволяють легко пояснити|тлумачити| зміни зовнішніх характеристик при різному характері|вдачі| навантаження. У ідеальному генераторі при активному навантаженні із|із| збільшенням струму|току| якоря Ia значення напруги |напруження|Ua трохи підвищується, а в реальних генераторах за рахунок впливу параметрів обмотки якоря і, особливо, нелінійних магнітних зв'язків вихідна напруг|напруження|а U_a при збільшенні струм|току|у якоря I_a знижується (крива 1 на рисунку 5.2,а). При зростанні індуктивного навантаження (крива 2) значення напруги U_a істотно зменшуєть|місткість|ся, а при ємнісній (крива 3) - підвищується.

Дуже частим і практично важливим|поважним| завданням|задачею| регулювання роботи генератора є|з'являється,являється| утримання вихідної напруги|напруження| стабільним при величині, що змінюється, і характері|вдачі| навантаження.

Рисунок 5.2 – Зовнішні і регулювальні характеристики синхронного генератора

Забезпечити можна за рахунок відповідного регулювання струму|току| збудження I_B - збільшення при активному, індуктивному або змішаному навантаженнях (криві 1 і 2 на рисунку 5.2,б) або зменшення при ємнісному|місткість| навантаженні (крива 3).

При дослідженні крупних генераторів на місці їх виробництва відсутні реальні можливості|спроможності| для створення|створіння| режимів навантажень, близьких до номінального - немає приводних турбін необхідної потужності і відповідних споживачів активної електричної потужності. Проте|однак| є|наявний| можливість|спроможність| зняти характеристики неробочого ходу і короткого замикання. За допомогою цих експериментальних характеристик можна приблизно змоделювати властивості генератора при навантаженні.

У реальних генераторах вплив насичення магнітопроводу приводить|призводить,наводить| до істотної |суттєвої|нелінійності характеристики неробочого ходу при I_а = 0 і до відповідної зміни їх властивостей при навантаженні. Наближений облік|урахування| такого впливу може бути проведений за допомогою графоаналітичних побудов|шикувань|.

Заздалегідь будують характеристику неробочого ходу в абсолютних одиницях (рисунок 5.3,а).

Якщо ЕРС залишкового намагнічення істотна|суттєва|, то початок координат зміщують вліво на ; положення|становище| точки 0 визначається прямолінійною екстраполяцією характеристики до її перетину з|із| віссю абсцис.

Рисунок 5.3 - Допоміжні характеристики синхронного генератора

Скореговану характеристику неробочого ходу (крива 1 на рисунку 5.3,б) і зняті характеристики короткого замикання , а також індукційну навантажувальну при незмінному (відповідно криві 2 і 3), будують в одних координатах у відносних одиницях при однаковому масштабі, наприклад: . Для індукційної характеристики навантаження потрібна принаймні одна її точка при . Ліворуч від неї по горизонталі відкладають відрізок , який визначають по характеристиці короткого замикання (крива 2) при . З|із| точки проводять пряму, паралельну початковій лінійній частині|частці| характеристики неробочого ходу (прямій 4) до перетину з|із| кривою1 в точці , з|із| якої опускають перпендикуляр . Трикутник називають реактивним. При переміщенні реактивного трикутника (або ) паралельно самому собі так, щоб точка ковзала по характеристиці неробочого ходу 1, точка опише індукційну характеристику навантаження 3.

По суті характеристика неробочого ходу є|з'являється,являється| окремим випадком сімейства характеристик навантажень при . Величина катета у відповідному масштабі дорівнює добутку ; по величині можна визначити . Катет відповідає струму|току| збудження, компенсуючому розмагнічуючу дію поздовжньої реакції якоря, що становить .

Слід зазначити, що|слід відзначити , що,следует отметить | подібні методи досліджень характеристик використовуються також і для генераторів постійного струму|току|.