Материал: Методические указания к выполнению лабораторных работ по разделу «Синхронные машины» дисциплины «Электрические машины» для бакалавров. Кононенко К.Е., Волчихин В.И

Синхронное индуктивное сопротивление вычисляется по формуле

, Ом (9)

или , о.е. (10)

3.5.2. Отношение короткого замыкания (о.к.з.).

Отношением короткого замыкания называется отношение установившегося тока трехфазного короткого замыкания I_к.з. при токе возбуждения, который при холостом ходе и даёт к номинальному току:

, (11)

3.5.3. Синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси x_q.

Величина x_q определяется по равенству

, (12)

где берется из табл.1.

3.5.4. Синхронные индуктивные сопротивления прямой x₁, обратной x₂ и нулевой последовательности x₀.

Определяются по данным рис.3.

, Ом; , о.е. (13)

, Ом; , о.е. (14)

, Ом; , о.е. (15)

Здесь значения , , , взяты при одном токе возбуждения.

Из рассмотренных данных можно определить отношение токов коротких замыканий:

, (16)

Сравнить рассчитанные здесь значения параметров с определенными в предыдущих пунктах.

3.6. Определить расчетное индуктивное сопротивление рассеяния обмотки якоря по данным опытов x_р (x_р применяют при построении векторной диаграммы синхронной машины). Его часто называют индуктивным сопротивлением Потье. Значение сопротивления x_р близко к значению индуктивного сопротивления рассеяния обмотки якоря x_. Величина x_р определяется на основании характеристик холостого хода, трехфазного короткого замыкания и индукционной нагрузочной. Данные для построения этих характеристик были получены при выполнении предыдущей лабораторной работы № 11.

В прямоугольной системе координат построить характеристику холостого хода (1 и индукционную нагрузочную (2) (рис.4).

Рис.4

Начальную (прямолинейную) часть индукционной нагрузочной характеристики продолжить до точки b.

На индукционной нагрузочной характеристике взять точку b, соответствующую номинальному напряжению. Влево отложить отрезок . Из точки провести прямую, параллельную прямолинейной части х.х.х., до пересечения с х.х.х. в точке c . Из точки c опустить перпендикуляр к . Величина x_р вычисляется по формуле

, Ом (17)

или , о.е. (18)

где ca  измеряется в масштабе U в вольтах;

I  ток якоря, при котором снималась индукционная нагрузочная характеристика.

3.7. Построить векторную диаграмму синхронного явнополюсного генератора с учетом насыщения.

На практике с помощью векторной диаграммы часто определяют повышение напряжения синхронного генератора при сбросе нагрузки. Данные для построения векторной диаграммы взять из табл.3, при предыдущей работы № 11. Для построения использовать наибольший из опыта ток и полученное при этом токе напряжение. Векторная диаграмма строится так (см.рис. 5,а):

Рис. 5

По оси ординат отложить вектор напряжения в масштабе мм. Нагрузка активно-индуктивная, . Отложить в произвольном масштабе вектор тока под углом к вектору напряжения, например, мм. Из конца вектора отложить . Падением напряжения в активном сопротивлении пренебречь. Определить величину и сравнить её с . Получить вектор ЭДС , созданный результирующим потоком в воздушном зазоре.

Из точки А отложить вектор , равный по величине ЭДС, индуктируемой результирующим магнитным потоком якоря по поперечной оси. Обычно считают, что магнитная цепь по поперечной оси не насыщена, или насыщение учитывается приближенно. Соединить точки О и F прямой, которая определяет направление вектора ЭДС холостого хода , угол  и составляющую тока , . Из точки В опустить перпендикуляр на OF; получаем и . ЭДС индуктируется в обмотке якоря результирующим магнитным потоком по продольной оси. Из точки А опустить перпендикуляр на OF и из полученной точки К отложить отрезок , где . Отрезок ОМ соответствует ЭДС E₀. Для определения тока возбуждения для выбранных значений I и U построить характеристику холостого хода (табл.1, лабораторная работа № 11) и выполнить построения, показанные на рис. 5,б. По результатам построений найти i_вн и процентное повышение напряжения при сбросе нагрузки от I до по формуле

, % (19)

Из векторной диаграммы получим

, Ом (20)

, о.е. (21)

Сравнить полученные значения U и i_в.н с опытными данными этих величин из табл.3 лабораторной работы № 11.

В заключение отчета необходимо сформулировать выводы в виде ответов, на следующие вопросы:

1. Какие параметры характеризуют установившийся режим работы синхронного генератора: при симметричной нагрузке и при несимметричной нагрузке?

2. Почему активное сопротивление обмотки якоря измеряют с помощью постоянного тока?

3. Почему в синхронных явнополюсных машинах (т.е. )?. Сравнить между собой сопротивления, определенные из опыта скольжения и по х.х.х. и х.к.з.

4. Объяснить, почему в синхронном генераторе ? Сравнить между собой параметры x₂ и x₀, определенных непосредственно из опытов х.х. и к.з.?

5. Как изменится величина U в синхронном генераторе с насыщенной магнитной цепью по сравнению с генератором с ненасыщенной магнитной цепью?

Контрольные вопросы для домашней подготовки

1. Дайте определения и поясните физическую сущность основных параметров синхронного явнополюсного генератора: r, x_d, x_q, x_ad, x_aq, x_, x₁, x₂, x₀.

2. Какие методы применяются при опытном определении активного сопротивления обмотки якоря?

3. Какие методы применяются для опытного определения синхронных индуктивных сопротивлений?

4. В каком соотношении находятся сопротивления x_d и x_q в явнополюсных и неявнополюсных синхронных машинах? Как зависят эти сопротивления от величины воздушного зазора?

5. Какие методы применяются для определения сопротивлений x₁, x₂, x₀? Дать критический анализ этих методов?

6. В каком соотношении находятся сопротивления x₁, x₂, x₀? Как эти сопротивления зависят от конструкции ротора синхронного генератора?

7. Объяснить последовательность построения векторной диаграммы синхронного генератора для определения повышения напряжения при сбросе нагрузки. Как учитывается влияние реакции якоря и насыщения магнитной цепи машины?

8. Как влияет насыщение магнитной цепи синхронного генератора на величину повышения напряжения?

9. Что характеризует собой отношение короткого замыкания? Какова его физическая сущность?

10. Как влияет выбор величины сопротивления x_d и о.к.з. на габариты синхронного генератора?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13

ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА С МОЩНОЙ СЕТЬЮ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1. Изучить условия и методы включения синхронного генератора на параллельную работу.

1.2. Произвести включение синхронного генератора в сеть методом точной синхронизации.

1.3. Изучить процесс регулирования активной и реактивной мощности, отдаваемой генератором в сеть.

1.4. Изучить принцип обратимости синхронных машин и машин постоянного тока.

2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

2.1. Собрать схему синхронного генератора и первичного двигателя, рисунок. Схемы, обведенные штриховой линией, собраны.

2.2. Привести ротор синхронного генератора при разомкнутой обмотке статора во вращение с частотой, приблизительно равной синхронной, при помощи двигателя постоянного тока.

Напряжение к схеме двигателя подводится линейным пускателем Л1. Перед пуском двигателя необходимо убедиться в том, что сопротивление регулировочного реостата R_р равно нулю, а пусковой реостат R_п установлен в положение «СТОП» (сопротивление ). Включить выключатель S6 и медленно (за 2-4 с) повернуть ручку R_п из положения «СТОП» в положение «ХОД». При этом происходит пуск двигателя. Частота вращения якоря двигателя отсчитывается по прибору «n» и регулируется плавным изменением сопротивления R_р (при необходимости R_п). Установить частоту вращения приблизительно равной номинальному значению ( об/мин).