Metodichka_Elmash_(C-P)

7.Чому характеристика холостого ходу нелінійна, а характеристика короткого замикання має лінійну залежність?

8.Чим пояснюється те, що зовнішні характеристики синхронного генератора при різних характерах навантаження виглядають по-різному?

9.Зобразіть зовнішні характеристики синхронного генератора при різних характерах навантаження (виходять із однієї точки при холостому ході; проходять через одну точку при номінальному струмі).

10.Чому при знятті регулювальної характеристики зі збільшенням струму статора струм збудження треба зменшувати при активно-ємнісному наванта-

женні, а при активно-індуктивному збільшувати?

11.Як діє реакція якоря у синхронному генераторі при ємнісному навантаженні і як при індуктивному?

12.Що таке зміна напруги синхронного генератора?

13.Які переваги та недоліки мають синхронні двигуни порівняно з асинхронними?

14.Який вигляд має характеристика n f (P2) синхронного двигуна?

15.Як відбувається процес пуску синхронного двигуна?

16.Які електричні машини називаються синхронними компенсаторами?

Лабораторна робота 2С

ПАРАЛЕЛЬНА РОБОТА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА З ПОТУЖНОЮ МЕРЕЖЕЮ

Мета роботи: вивчити способи увімкнення синхронного генератора на паралельну роботу з потужною мережею; здійснити увімкнення; зняти U- подібні характеристики СГ.

до мережі синхронних генераторів (СГ) значно більша, ніж потужність генератора, що підключається, і тому будь-яка зміна його режиму роботи не може вплинути на частоту та напругу мережі.

Увімкнення синхронних генераторів на паралельну роботу з потужною мережею проводиться методами точної синхронізації та самосинхронізації.

Метод точної синхронізації вимагає виконання таких умов:

1)ЕРС генератора, що підключається, повинна дорівнювати напрузі ме-

режі;

2)частота генератора fг повинна дорівнювати частоті мережі fм ;

3)чергування фаз генератора та мережі повинно бути однаковим;

4)ЕРС генератора повинна бути направлена зустрічно по відношенню до напруги мережі (а по відношенню до споживача вони повинні бути направлені однаково).

Рівність напруг і частот синхронного генератора, що підключається, і мережі перевіряється по вольтметру та частотоміру (рис. 2С.1).

Рис. 2С.1

Зсув напруг синхронного генератора та мережі, а також правильність чергування фаз визначаються за допомогою синхроноскопів – лампових та електромагнітних (стрілкових).

Найпростіший синхроноскоп збирається із трьох ламп за схемою «на погашення» (рис. 2С.2а) або «обертання вогню» (рис. 2С.2б).

У схемі, зображеній на рис. 2С.1, ламповий синхроноскоп підключено «на обертання вогню». Ця схема за повної різниці частот ( fг та fм ) дає почергово загорання та гасіння ламп, що створює, якщо лампи розташувати по колу, ефект «обертання вогню».

Напрямок «обертання вогню» залежить від того, яка із частот більша. Тому за напрямком «обертання вогню» можна визначити, треба збільшувати чи зменшувати частоту обертання СГ для наближення його до синхронізму.

На рис. 2С.2 показані векторні діаграми ЕРС генератора та напруг мережі у момент синхронізації для увімкнутого лампового синхроноскопа за схемою «на погашення» (рис. 2С.2а) та «на обертання вогню» (рис. 2С.2б). Сума векторів, до кінців яких умовно приєднані лампи, дає напругу на затискачах відповідної лампи.

Момент синхронізації при увімкненні ламп «на обертання вогню» є наслідком погашення ламп, увімкнутих у розрив фази, та однакового горіння двох ламп, увімкнутих «навхрест».

Якщо при включенні ламп «на обертання вогню» вони будуть одночасно загоратися та гаснути, то це вказує на неоднакове чергування фаз синхронного генератора та мережі. У такому випадку треба поміняти місцями будь-які два проводи, що з’єднують генератор (або мережу) і затискачі рубильника Q2. Стрілка електромагнітного синхроноскопа обертається зі швидкістю, яка визначається різницею частот fг та fм .

Увімкнення на паралельну роботу проводиться у момент, коли стрілка розміститься вертикально догори.

Метод самосинхронізації (або грубої синхронізації) дозволяє увімкнути синхронний генератор на паралельну роботу за дуже короткий час. За цим методом генератор доводять до частоти обертання, близької до синхронної (допускається відхилення на 2-3 %).

У незбудженому стані (обмотка збудження (ОЗ) синхронного генератора замкнута на додатковий опір R і тому напруга генератора дорівнює нулю)

генератор підключається до мережі, після чого в ОЗ подається струм і генератор сам втягується у синхронізм.

При самосинхронізації виникає кидок струму. Метод самосинхронізації дозволяється застосовувати, якщо цей кидок не є більшим у 3,5 рази, ніж номінальний струм генератора.

Після ввімкнення СГ у мережу, якщо всі умови виконуються, синхронізація його ЕРС дорівнює за величиною і протилежна за напрямком напрузі мережі. Тому струм у колі якоря генератора дорівнює нулю, тобто генератор працює без навантаження.

Для аналізу властивостей СГ при паралельній роботі його з мережею розглядають два режими:

1)при незмінному струмі збудження та змінному моменті на валу, тобто Iз const та M var. Зміна моменту призводить до зміни кута навантаження

і, отже, активної потужності, яка віддається генератором у мережу (див. кутові характеристики генератора);

2)при струмі збудження, що змінюється, та сталому моменті на валу генератора, тобто Iз var та M const. Зміна струму збудження Iз викликає

зміну тільки реактивної складової струму якоря (активна складова є сталою).

1.Програма роботи

1.Увімкнути СГ на паралельну роботу з потужною мережею методом точної синхронізації.

2.Включити СГ на паралельну роботу з потужною мережею методом самосинхронізації.

3.Зняти U-подібні характеристики СГ: I f (Iз) при U const, f const,

P2 const.

2.Порядок виконання роботи

1.Визначити призначення електричних машин в агрегаті.

3.Вивчити схему увімкнення СГ (рис. 2С.1) на паралельну роботу методом точної синхронізації.

4.Включити СГ на паралельну роботу методом точної синхронізації.

Схема для увімкнення СГ на паралельну роботу цим методом (рис. 2С.1) змонтована заздалегідь і розбору не підлягає.

При розімкнутих рубильниках Q1, Q2, Q3 привести в обертання синхронний генератор (увімкнути Q4) та збудити його. Регулюючи частоту обертання (реостатом Rр) і величину струму збудження (реостатом Rз ),

встановити напругу та частоту СГ і мережі практично однаковими (перевіряється переключенням рубильника Q3).

Увімкнути рубильник Q1 (при розімкнутому Q2!) і спостерігати за горінням лампового та обертанням стрілкового синхроноскопів. Домогтися (реостатами Rр та Rз ) того, щоб лампа, увімкнута у розсічку фази «В», по-

гасла, а дві інші, увімкнуті «навхрест», горіли з однаковим розжаренням. Паралельне увімкнення СГ та мережі здійснюється замиканням рубиль-

ника Q3 у той момент, коли стрілка електромагнітного синхроноскопа буде направлена вертикально вверх, а стан ламп лампового синхроноскопа від-

P2 0,3Pном=const.

Ці характеристики знімаються у випадку паралельної роботи СГ з потужною мережею при Iз var та M const.

Змінюючи реостатом Rр момент електричного двигуна, встановити по-

трібну величину активної потужності генератора (за ватметром) та підтримувати її незмінною. Регулюючи струм збудження Iз (реостатом Rз ), домогтися cos( ) 1. Струм якоря при цьому буде мінімальним.

Показання приладів для цього випадку записати у 4-й рядок табл. 2С.2. Далі, зменшуючи струм збудження, записати показання приладів при значеннях cos , приблизно рівних 0,9; 0,7; 0,5 (рядки 3, 2, 1 табл. 2С.2).

Збільшивши Iз, повернутися до початкової точки 4 і, перезбуджуючи генератор, записати показання приладів при значеннях cos , приблизно рівних

0,9; 0,7; 0,5 (рядки 5, 6, 7 табл. 2С.2).

Для зняття другої U-подібної характеристики повторити ті ж самі дії при P2 0,3Pном=const (збільшивши момент двигуна).

Виконуючи аналіз розрахункових даних табл. 2С.2 звернути увагу на те, що ступінь збудження СГ впливає тільки на реактивну складову струму статора, активна ж складова залишається незмінною.

Таблиця 2С.2

6. Увімкнути СГ на паралельну роботу методом самосинхронізації.

6.1. Привести генератор в обертання з частотою обертання, відмінною від синхронної на 2-3 %. У цьому випадку для контролю частоти обертання може бути використаний стробоскопічний засіб.

На торцеві валу генератора крейдою робиться радіальна риска (рис. 2С.3а), яка освітлюється неоновою лампою, увімкнутою у мережу промислової частоти ( fм 50 Гц). Таким чином, лампа дає 50 спалахів за секунду.

Якщо генератор синхронізовано, то його вал обертається зі швидкістю, пропорційною частоті мережі. Тоді при 2p 2 частота обертання генератора

становить 50 об/с, при 2p 4 25 об/с і т.д.

Нанесена риска у цьому випадку буде освітлюватися неоновою лампою в одних і тих же положеннях, і при 2p 2 вона буде здаватися спостерігачеві нерухомою (рис. 2С.3б), а при 2p 4 один оберт валу буде відповідати двом спалахам ламп і спостерігач побачить нерухомий діаметр (рис. 2С.3в). При 2p 6 спостерігач побачить симетричну трипроменеву зірку (рис. 2С.3г).

6.2. Реостатом Rз встановити ЕРС генератора, яка дорівнюється напрузі мережі.

6.3.Перемикачем Q5 обмотку збудження СГ відімкнути від випрямляча та замкнути на розрядний опір R (положення «б» перемикача Q5).

6.4.Генератор рубильником Q2 (при замкнутому Q1) підключити до мережі і зразу ж обмотку збудження з’єднати з джерелом постійного струму (перемикач Q5 перевести у положення «а»).

У мережі буде спостерігатися різкий кидок струму, який швидко спадає, а генератор втягується у синхронізм.

7. Перевести синхронну машину з режиму генератора у режим двигуна.

7.1.Розвантажити генератор від активного та реактивного навантажень. Добитися того, щоб струм I дорівнював нулю.

7.2.Відключити двигун М (розімкнути перемикач Q4).

7.3.Впевнитись у тому, що синхронна машина буде працювати з постійною частотою обертання у режимі двигуна (ватметр буде показувати P 0, тобто синхронна машина із джерела перетвориться на споживача енергії).

8. За даними табл. 2С.2 на одному графіку побудувати для активних на-

вантажень P2 (0,15;0,3)Pном при U const та f const:

U-подібні характеристики синхронного генератора I f (Iз);

характеристики cos f (Iз).

9.Пояснити U-подібні криві за допомогою спрощених векторних діаграм напруги.

3.Контрольні запитання

1.Які переваги та недоліки має встановлення на електричній станції кількох генераторів у порівнянні з одним?

2.Які існують способи увімкнення синхронного генератора на паралельну роботу з потужною мережею?

3.Які умови потрібно виконати при увімкненні синхронного генератора на паралельну роботу з потужною мережею методом точної синхронізації?

4.Як увімкнути синхронний генератор на паралельну роботу з потужною мережею методом самосинхронізації?

5.Як змінити активну потужність, яка подається у мережу синхронним генератором, що працює паралельно з потужною мережею?

6.Що відбувається при зміні струму збудження СГ, який працює паралельно з потужною мережею?

7.Як змінити реактивну потужність синхронного генератора, який працює паралельно з потужною мережею?

8.Як змінити струм статора I та коефіцієнт потужності cos при збіль-

шенні струму збудження Iз, якщо активна потужність стала?

9. Чому збільшується струм якірної обмотки у випадку, коли струм збудження менше значення, при якому cos 1?

10.Який реактивний струм (індуктивний чи ємнісний) буде віддавати у мережу синхронний генератор при перезбудженні?

11.Як перевести синхронну машину, яка живиться генератором паралельно з мережею, у режим двигуна?

12.За яких умов знімаються U-подібні характеристики?

Лабораторна робота 1П

КОНСТРУКЦІЯ ТА ПРИНЦИП ДІЇ МАШИН ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Мета роботи: вивчити конструктивні елементи та принцип дії машин постійного струму (МПС).

1.Програма роботи

1.Вивчити конструкцію та принцип дії МПС.

2.Записати паспортні дані досліджуваної електричної машини.

2.Порядок виконання роботи

1.Вивчити конструкцію основних елементів за допомогою стендів, плакатів, макетів, які є в лабораторії.

2.Виконати ескіз поперечного розрізу дослідної машини. На ескізі вказати: статор, ротор, зазор.

3.Виконати ескіз головного та додаткового полюсів, листа сталі якоря, поздовжнього розрізу колектора з вказівкою елементів кожного вузла.

4.Відповідно до ГОСТ виводи обмоток електричної машини постійного струму позначають однаковими літерами (великими) з наступними цифрами:

початок 1, кінець 2 (табл. 1П.1).

Таблиця 1П.1

5. Занести паспортні дані досліджуваної електричної машини, яку вкаже викладач, у табл. 1П.2.

6. Скласти принципову схему та здійснити пробний пуск електричної машини постійного струму в режимі генератора з незалежним збудженням.

3.Контрольні завдання та запитання

1.У чому полягає принцип дії МПС?

2.Що називається колектором МПС?

3.Яке призначення колектора в режимі двигуна, генератора?

4.Намалюйте колекторну пластину, вкажіть її частини.

5.Який елемент машини називається якорем, індуктором, статором, ротором?

6.Розкажіть про призначення та будову головних полюсів.

7.Яке призначення мають додаткові полюси, як вони розташовуються в МПС?

8.Яке призначення має компенсаційна обмотка, як вона розташовується в МПС?

9.Який струм протікає по обмотках ротора машини постійного струму і чому?

10.Які фізичні явища лежать в основі роботи електричної машини?

11.Сформулюйте правила «правої» та «лівої» рук, закон електромагнітної індукції, правило «буравчика».

12.Що є номінальною потужністю для двигуна і для генератора?

13.Як маркують виводи у МПС?

14.Що називається паспортними даними електричної машини?

15.Наведіть формули моментів електричної машини.

16.Наведіть рівняння балансу напруги для електричного двигуна, для генератора.

Лабораторна робота 2П

ДОСЛІДЖЕННЯ ГЕНЕРАТОРА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ НЕЗАЛЕЖНОГО ЗБУДЖЕННЯ

Мета роботи: вивчити систему збудження генераторів постійного струму; визначити та проаналізувати основні характеристики генератора незалежного збудження.

1. Програма роботи

1.Вивчити конструктивні особливості електричних машин постійного струму різних систем збудження.

2.Визначити та побудувати:

характеристику холостого ходу E f (Iз) при I 0, n const;

зовнішню характеристику U f (I) при Iз const, n const;

регулювальну характеристику Iз f (I) при U const, n const.

За зовнішньою характеристикою визначити відсоткову зміну напруги

U .

2.Порядок виконання роботи

1.Ознайомитися з особливостями конструкції дослідного генератора.

2.Занести паспортні дані генератора до табл. 2П.1.

3.Зібрати схему генератора постійного струму незалежного збудження

(рис. 2 П.1).

4.Привести в обертання якір генератора за допомогою асинхронного електродвигуна.

n const.

Характеристика холостого ходу показує залежність ЕРС E, наведеної в обмотці якоря, від струму збудження Iз за відсутності струму в зовнішньому колі (I 0, ножі водяного реостата підняті) та сталій частоті обертання

(n const).

Згідно з нормативним документом для машин загальнопромислового виконання потужністю 1кВт і більше характеристику холостого ходу знімають, починаючи з найбільшого струму збудження (регулювальний реостат у колі збудження Rр повністю виведений).