Порядок выполнения работы

1. Описание схемы для проведения опытов

Изучить конструкцию синхронной машины. Синхронные генераторы имеют неподвижный якорь и подвижную систему возбуждения (индуктор). Обмотки якоря соединены в “звезду” с нулевым проводом. Обмотка возбуждения питается постоянным током от преобразователя, который состоит из индукционного регулятора и выпрямителя. Регулирование тока возбуждения осуществляется изменением напряжения, которое подается на выпрямитель.

Синхронная машина (СМ) исследуется в качестве трехфазного генератора переменного тока, а в качестве приводного двигателя может использоваться двигатель постоянного тока (ДПТ) параллельного возбуждения или трехфазный асинхронный двигатель (АД), установленные на одной плите с синхронным генератором. Валы этих машин соединены муфтами.

До начала испытаний необходимо сделать внешний осмотр машины, познакомиться с конструкцией, записать паспортные данные, обозначеенные на щитке, и убедиться в том, что машины не имеют неисправностей, которые могут быть виявлены внешним осмотром.

В качестве нагрузки генератора используется активное (трехфазный реостат) и индуктивное сопротивления (автотрансформатор РНТ-220-6).

Собрать схему включения машины. Принципиальная электрическая схема включения машин для снятия характеристик синхронного генератора показана на рис.1.1.

а) б)

Рисунок 1.1 – Схема установки для проведения опытов: а) работа на активную нагрузку ( ); б) работа на индуктивную нагрузку ( ).

Обмотка якоря синхронного генератора присоединяется к зажимам А_Г, В_Г, С_Г комплекта измерительных приборов К-50. В опыте холостого хода к зажимам А_Н, В_Н, С_Н нагрузка не присоединяется. Для измерения тока и напряжения в цепи якоря синхронного генератора переключатели пределов измерения приборов К-50 должны быть установлены в положение, соответствующее паспортным данным машины.

2. Cнятие характеристик

2.1. Характеристика холостого хода представляет зависимость напряжения (ЭДС) обмотки якоря от тока возбуждения при холостом ходе и номинальной (синхронной) скорости или частоте вращения:

U₁ = f(i_в) или Е₁₀ = f(i_в) при I₁ = 0, n = n_н = const

Включить приводной двигатель М, установить ток возбуждения при котором электродвижущая сила генератора (ЭДС) будет равна В. Записать ток возбуждения и ЭДС в табл. 1.2. Для получения следующих точек характеристики необходимо снижать ток возбуждения с шагом 1 А и записывать полученное значение тока возбуждения и соответствующее ему значение электродвижущей силы. Остаточную ЭДС при (точка 2^/ на рис. 1.2), наведенную остаточным магнитным потоком, измерять вольтметром электромагнитной системы с диапазоном измерения (0-30) В.

Таблица 1.2 – К построению характеристики холостого хода

(опыт), А
, В
= (опыт) + , А

, А

, В

1

2^/

2

Рисунок 1.2 – Характеристики синхронного генератора: 1 – опытная холостого хода; 2 – индукционная нагрузочная

2.2. Индукционная нагрузочная характеристика (кривая 2 на рис. 1.2)

Эта характеристика не связана с каким-либо эксплуатациооным режимом работы синхронного генератора. Она используется для определения расчетного индуктивного сопротивления Потье ( ).

Характеристику снимают в следующей последовательности:

синхронний генератор вращают приводным двигателем с номинальной частотой вращения; на обмотке якоря синхронного генератора изменением тока возбуждения установить напряжение В и ввести индуктивное сопротивление (использовав вторичную обмотку автотрансформатора (АТ) (зажимы А₁, В₁, С₁).

ВНИМАНИЕ!!! При подаче напряжения на АТ рукоятка регулирования напряжения АТ должна быть установлена в положение, при котором ток генератора при включении последнего, будет наименьшим, т.е. должны быть введены все витки АТ, для чего рукоятку АТ повернуть по обозначенной стрелке до упора.

После подачи напряжения на АТ установить рукояткой АТ ток якоря синхронного генератора равным 5 А. Записать значения и в табл. 1.3. Для получения следующих точек характеристики необходимо снижать , поддерживая автотрансформатором ток нагрузки на прежнем уровне. Записать значения и в табл. 1.3. Опыт проводить, пока значение напряжения на зажимах якоря синхронного генератора станет равным нулю при токе в обмотке якоря на прежнем уровне.

Таблица 1.3 – К построению индукционной нагрузочной характеристики при А

, В
, А

2.3. Внешние характеристики представляют зависимость напряжения U₁ от тока І₁ якоря генератора при постоянных значениях тока возбуждения і_в, коэффициента мощности cosφ и частоте вращения n:

U₁ = f(I₁) при i_в = const, cosφ = const, n = n_н = const.

Характеристики снимают для режимов работы генератора при активной нагрузке (cosφ = 1) и индуктивной нагрузке (автотрансформатор). При активной нагрузке генератор включают на активное регулировочное сопротивление R_наг (трехфазный проволочный реостат).

Для каждого режима нагрузки снимают по две характеристики: а) при увеличении тока нагрузки от нуля до номинального и б) при уменьшении (сбросе) нагрузки от номинальной до нуля.

Внешнюю характеристику при увеличении тока нагрузки снимают следующим образом. Собирают схему (рис. 1.1 а). Включают приводний двигатель и вращают индуктор генератора с номинальной частотой вращения. Первую точку характеристики снимают при отключенной нагрузке. Регулируя ток возбуждения і_в, устанавливают напряжение якоря, равное номинальному. Эта точка U₁ = U_1н при І₁ = 0 будет первой точкой характеристики при увеличении нагрузки. Для получения следующих точек характеристики и при том же токе возбуждения і_в уменьшают сопротивление трехфазного реостата, что приведет к возрастанию тока якоря (тока нагрузки) и уменьшению напряжения. Таким образом снимают еще 4 - 5 точек, увеличивая ток якоря І₁ до номинального при постоянном cosφ. Данные опыта записывают в табл. 1.4 и на их основе строят график зависимости .

Для получения первой точки внешней характеристики при уменьшении (сбросе) нагрузки регулируют ток возбуждения і_в и сопротивление нагрузки таким образом, чтобы при номинальном токе якоря (І₁ = І_1н) и заданном cosφ = 1 напряжение генератора было равно номинальному. Эта точка U₁ = U_1н при І₁

= І_1н будет первой точкой характеристики при уменьшении (сбросе) нагрузки. Затем при том же токе возбуждения снимают еще 3-4 точки характеристики, уменьшая ток якоря І₁ до нуля, и записать их значения в табл. 1.4. Последняя точка (І₁ = 0) снимается при отключенной внешней цепи (сопротивление внешней цепи равно бесконечности). Для каждой характеристики надо записать значение тока і_в возбуждения, при котором проводился опыт. Вид характеристик приведен на рис. 1.3. Видно, что при увеличении нагрузки напряжение на зажимах генератора снижается вследствие внутреннего падения напряжения на индуктивном и активном сопротивлениях обмотки якоря и уменьшения магнитного потока под влиянием размагничивающего действия реакции якоря. При разгрузке генератора напряжение увеличивается. Однако, при разгрузке генератора напряжение увеличивается меньше, вследствии насыщения магнитной цепи.

Таблица 1.4 – Внешние характеристики

при увеличении нагрузки и ів = ... = const
cosφ = 1	І1, А
	U1, В
cosφ = 0	І1, А
	U1, В
при уменьшении нагрузки и номинальном U1 = Uн
cosφ = 1 ів = …А	І1, А
	U1, В
cosφ = 0 ів = …А	І1, А
	U1, В

Рисунок 1.3 – Графики внешних характеристик: 1 и 2 – при увеличении нагрузки, 3 и 4 – при уменьшении нагрузки; 2 и 3 – при cosφ = 1, 1 и 4 – при cosφ = 0.8

По внешним характеристикам определяется в процентах изменение напряжения ΔU% при увеличении тока нагрузки от нуля до номинального значения при заданном значении cosφ и при уменьшении тока нагрузки от номинального значения до нуля. Процентное снижение напряжения равно:

.

Процентное повышение напряжения составляет

.

При возрастании нагрузки (кривые 1 и 2) напряжение на зажимах генератора снижается вследствие падения напряжения на активноми и индуктивном сопротивлениях обмотки якоря и под влиянием размагничивающего действия реакции якоря.

При уменьшении нагрузки (кривые 3 и 4) напряжение генератора возрастает меньше вследствие насыщения магнитной цепи.

2.4. Регулировочные характеристики представляют зависимость тока і_в возбуждения от тока І₁ якоря при постоянных значениях U₁, cosφ и частоты вращения n:

і_в = f(І₁) при U₁ = const, n = n_н = const, cosφ = const.

Эти характеристики показывают, как необходимо регулировать ток возбуждения генератора при изменении нагрузки , чтобы напряжение генератора оставалось постоянным .

В работе требуется снять регулировочные характеристики при U₁ = U_1н для режима работы генератора на активную нагрузку (cosφ = 1) и на индуктивную нагрузку (cosφ = 0).

Характеристику при снимать в следующей последовательности: генератор вращают приводным двигателем, при током возбуждения установить напряжение на зажимах генератора В. Записать , и в табл. 1.5.

Таблица 1.5 – Регулировочные характеристики при n = n_н = ..., U₁ = U_1н = ...В

cosφ = 1	І1, А
	ів , А
cosφ = 0	І1, А
	ів , А

Для получения последующих точек характеристики уменьшить сопротивление нагрузки (рис. 1.1-а), при этом ток возрастает, а напряжение уменьшается. Током установить предыдущее значение . Записать и в табл. 1.5. Таким образом снять 4–5 точек характеристики. Построить характеристику, вид которой показан на рис. 1.4. Аналогично проводится опыт для активно-индуктивной нагрузки.

Рисунок 1.4 – Графики регулировочных характеристик для U₁ = U_1н:

1 – при cosφ = 0.8 и 2 – при cosφ = 1

Из рис. 1.4 видно, что с увеличением І₁ ток і_в необходимо увеличивать для компенсации падения напряжения в обмотке якоря и размагничивающего действия реакции якоря.

По регулировочным характеристикам определяется изменение тока возбуждения в процентах Δі_в % при изменении нагрузки от нуля до номинальной:

,

де і_вн - ток возбуждения генератора при номинальном токе нагрузки.

Регулировочные характеристики и характеристика холостого хода могут быть использованы для определения повышения напряжения. Для этого требуется взять из регулировочной характеристики ток возбуждения при номинальной нагрузке и по характеристике холостого хода найти соответствующее ему напряжение U₀. Тогда:

.

2.5. Характеристики короткого замыкания синхронного генератора представляют зависимости тока якоря от тока возбуждения при разных видах короткого замыкания начальных выводов фаз. По числу короткозамкнутых выводов генератора условились различать характеристики короткого замыкания: трехфазного І_1к(3) = f(і_в); двухфазного І_1к(2) = f(і_в) и однофазного І_1к(1) = f(і_в). Для каждой характеристики достаточно снять 3-4 точки, включая і_в = 0.

2.5.1. Трехфазное короткое замыкание І_1к(3) = f(і_в). Ток возбуждения генератора снижают до нуля, выходные зажимы комплекта измерительных приборов К-50 замыкают накоротко – это зажимы А_Н, В_Н, С_Н (рис.1.5 а); переключатели границ измерений приборов К-50 должны быть установлены в положение, соответствующее номинальным данным генератора, и затем, постепенно повышая ток возбуждения, записывают несколько значений тока статора (якоря); но не более 1.25І_н. Для уменьшения нагрева обмоток в процессе опыта отсчет показаний приборов следует проводить быстро, причем измерения начинать с наибольшего тока І_1к(3) = 1.25І_н, потом уменьшать его. Графики характеристик короткого замыкания могут не проходить через начало координат, потому что при і_в = 0 по обмотке якоря протекает ток короткого замыкания от остаточной ЭДС.

Чтобы исключить влияние остаточной ЭДС графики характеристик требуется сместить параллельно самим себе так, чтобы они проходили через начало координат.

а) б) в)

Рисунок 1.5 – Схемы для опытов короткого замыкания: а) трехфазное КЗ; б) двухфазное КЗ; в) однофазное КЗ

Собрав схему по рис. 1.5 а, включить приводной двигатель и записать ток , который будет определяться величиной остаточного магнитного потока, в табл. 1.6. Потом постепенно увеличивать ток возбуждения до значения тока трехфазного короткого замыкания А и записать и в табл. 1.6. После этого ток возбуждения установить равным нулю и отключить приводной двигатель.

Таблица 1.6 - Характеристики короткого замыкания

а) трехфазное КЗ			б) двухфазное КЗ			в) однофазное КЗ
, А			, А			, А
, А			, А			, А

По двум точкам, полученным в опыте, построить характеристику трехфазного короткого замыкания . Вид характеристики приведен на рис. 1.6. (характеристика 3).

2.5.2 Двухфазное короткое замыкание. Ток возбуждения генератора снижают до нуля, два выходных зажима комплекта измерительных приборов К-50 замыкают накоротко и далее действуют как в п. "а" для трехфазного короткого замыкания, т.е. снимают зависимость тока в соответствующих фазах от тока возбуждения. При двухфазном коротком замыкании возникают прямое и обратное вращающиеся магнитные поля. Обратное вращающееся магнитное поле вызывает потери и местные нагревания в стали полюсных наконечников и в теле ротора. Эти потери могут вызывать в турбогенераторах опасные перегревы в местах стыка бандажей с ротором. В обмотке возбуждения обратное магнитное поле наводит ЭДС и токи удвоенной частоты, поэтому ток возбуждения необходимо измерять только амперметром магнитоэлектрической системы.

После сборки схемы по рис. 1.5 б, рукоятку перключения фаз устанавливают в положение фазы “А” или “В”. Включить приводной двигатель и при записать значение в табл. 1.5. Для получения следующей точки характеристики постепенно увеличивать ток возбуждения до величины, при которой ток якоря , записать и в табл. 1.6.

После этого ток возбуждения установить равным нулю и отключить приводной двигатель.

По данным опыта построить график зависимости , (см. рис. 1.6, характеристика 2).