Исследование трехфазного синхронного генератора. Ознакомление с конструктивным выполнением синхронных машин

МИНИСТЕРСТВО   ОБРАЗОВАНИЯ   И   НАУКИ   РФ

КАРАЧАЕВО-ЧЕРКЕССКАЯ    ГОСУДАРСТВЕННАЯ     ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ    АКАДЕМИЯ

, А–

М Е Т О Д И Ч Е С К И Е У К А З А Н И Я  

К Л А Б О Р А Т О Р Н Ы М Р А Б О Т А М

П О Э Л Е К Т Р О М Е Х А Н И К Е

(синхронные генераторы и  машины постоянного тока)

Для студентов специальности 140211 Электроснабжение

г. Черкесск – 2008 г.

Рекомендовано к опубликованию кафедрой электроснабжения протокол № 4 от 11.01.08

Публикуется по решению УМО КЧГТА  протокол № 5 от 18.01.08.

Составитель: , проф., А- , доц.

Рецензенты:

1.  , доц.

2.  , доц.

Редактор: 

                         , доц.

ПРЕДИСЛОВИЕ

В учебном процессе высших учебных заведений наряду с теоретическим обучением значительное место отводится выполнению лабораторных работ, что способствует повышению уровня подготовки будущих специалистов. 

В процессе выполнения лабораторных работ студенты знакомятся не только с исследуемыми электромеханическими устройствами, но и приобретают определенные навыки использования измерительных приборов и иного электрооборудования. У студентов накапливается определенный опыт экспериментирования и обработки полученных результатов.

В методических указаниях предусмотрено выполнение лабораторных работ по следующим разделам: синхронные генераторы; машины постоянного тока.

Методические указания к лабораторным работам составлены в соответствии с учебной программой по предмету «Электромеханика» для студентов специальности 140211 Электроснабжение.

Л А Б О Р А Т О Р Н А Я  Р А Б О Т А  № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ  ТРЕХФАЗНОГО  СИНХРОННОГО  ГЕНЕРАТОРА

Цель  работы

Целью работы является: практическое ознакомление с конструктивным выполнением синхронных машин; определение параметров генератора; получение характеристик холостого хода и короткого замыкания; построение нагрузочной, внешних и регулировочных характеристик.

Характеристика холостого хода

Характеристикой холостого хода называется зависимость ЭДС генератора от тока возбуждения при номинальной частоте вращения ротора и отсутствии нагрузки, т.е. E₀ = _f (I_в ) при n = n_н = const и I = 0.

Для снятия характеристики используется схема, представленная на рис. 1.1.

Первый замер производят при токе возбуждения I_в = 0. Плавно увеличивают ток возбуждения и фиксируют значения восходящей ветви кривой ЭДС. Для предотвращения разброса точек кривой E₀ = _f (I_в ) нельзя регулировать ток возбуждения в сторону его уменьшения. После достижения E₀ = (1,2 ÷1,3)U_н плавно уменьшают ток возбуждения и снимают значения нисходящей ветви ЭДС. Последний замер проводят при I_в = 0.

Разность ординат восходящей и нисходящей ветвей зависимости E₀ = _f (I_в ) объясняется явлением гистерезиса.

Обычно при построении диаграммы напряжений и определении параметров за характеристику холостого хода принимается средняя линия, перенесенная параллельно самой себе так, чтобы её начало совпало с началом координат. 

          Данные исследования заносят в таблицу 1.1.

 Формулы для справки: U = (U_ab +U_bc +U_ca)3; E₀ =U – при соединении обмотки статора в звезду; E₀ =U 3 – при соединении обмотки статора в звезду.

Рис. 1.1. Схема автономного синхронного генератора

Таблица 1.1

По полученным данным построить характеристику холостого хода.

Характеристика короткого замыкания

                  Зависимость тока статора от тока возбуждения        I_к = _f (I_в ) при номинальной скорости вращения ротора n = n_ном = const , когда обмотка статора замкнута накоротко U = 0.

           Уравнение установившегося режима явнополюсного генератора имеет вид: 

                                        Е^&₀ =U^& − rI₁^&+ jx_{q q}I^& + jx_{d d}I^& ,                                                                                         (1.1)

где E&₀ , U& – ЭДС и напряжение генератора; r₁ – активное сопротивление обмотки статора; I^&, I^&_q, I^&_d – ток статора и его составляющие по поперечной и продольной осям; x_q, x_d – синхронные индуктивные сопротивления якоря по продольной и поперечной осям. Эти сопротивления имеют две составляющие: 

xq = xaq + xσ;

                                                                                                                                                                                           (1.2)

xd = xad + xσ,

где  x_aq, x_ad – соответствующие индуктивные сопротивления реакции якоря;  x_σ – индуктивное сопротивление рассеяния обмотки якоря.

При коротком замыкании реакция якоря синхронного генератора продольная размагничивающая, т.е. ток короткого замыкания ограничивается в основном синхронным индуктивным сопротивлением по продольной оси x_d .

Реакция якоря продольная размагничивающая. Машина не насыщена. 

Если пренебречь активным сопротивлением фазы обмотки якоря (r₁ ≈ 0), то уравнение синхронного генератора примет следующий вид:

Е^&₀ = jx_{d d}I^& = jx_dI^&_к . В этом случае ненасыщенное значение синхронного индуктивного сопротивления по продольной оси можно определить графически

(рис. 1.2) как x_d∞ ≈ E_0∞I_к . Величина ЭДС E_0∞ откладывается на прямолинейной части характеристики холостого хода или на её продолжении.

Рис. 1.2. Определение ненасыщенного значения синхронного индуктивного сопротивления по продольной оси

Зависимости E₀ = _f (I_в ) и I_к = _f (I_в ) позволяют определить отношение короткого замыкания (ОКЗ) синхронного генератора, которое равно 

                                         ОКЗ= ^Iк0 .                                                                                                      (1.3)

^Iном

Здесь I_в0 – ток возбуждения, при котором E₀ =U_ном, а I_к0 – установившийся ток короткого замыкания при токе возбуждения I_в0 (рис. 1.2). 

            С учетом того, что I = E           _d∞ получим 

                                                             ОКЗ=.                                                                                                             (1.4)

                                                             Iном           xd∞Iном

Таким образом, ОКЗ связано с параметрами машины и является постоянной