Снятие V-образных характеристик

Характеристики снимают при холостом ходе и при нагрузке – по указанию преподавателя.

12.9.1. Снятие характеристик при холостом ходе.

Характеристики снимаются при выключенном генераторе G1. Запустите синхронный двигатель асинхронным способом пуска (п. 12.8). Плавно регулируя ток возбуждения синхронного двигателя и наблюдая за показаниями амперметра в цепи обмотки статора, установите такое значение тока возбуждения i_в= i_в5, при котором ток якоря будет минимальным – I=I_min1 (рис. 12.4), и произведите первый отсчет этих токов.

Увеличивайте ток возбуждения i_в до таких значений, при ко­торых ток якоря (статора) равен номинальному значению I=I_н (рис. 12.4), а затем уменьшайте i_в от значения i_в5 до получения I=I_н. Для каж­дой ветви характеристики снимите 5-6 точек, причем особенно тща­тельно вблизи I=I_min1.

Измерьте и запишите в табличной форме линейные значения тока I, напряжения U иактивной мощности Р_1ф одной фазы статорной обмотки и ток возбуждения i_в.

В отчете запишите в табличной форме измеренные значения тока обмотки статора, суммарной мощности всех фаз Р₁= 3Р_1ф и тока возбуждения, а также вычисленные значения коэффициента мощности:

cosj = P₁/Ö3UI.

На едином рисунке отчета, подобном рис. 12.4, постройте V -образные характеристики I, cosj = f(i_в) при P¢₂ =0.

12.9.2. Снятие характеристик при нагрузке.

V-образные характеристики снимите при такой постоянной нагрузке на валу двигателя P²₂=const, при которой обеспечивается ток обмотки статора I_min2, заданный преподавателем (рис. 12.4). Запустите синхронный двигатель, включите нагрузочный генератор G1 и установите его максимальное возбуждение U_в1. Изменяя нагрузочное сопротивление R_нг и возбуждение U_в1 генера­тора G1, нагрузите синхронный двигатель так, чтобы обеспечивалось заданное значение тока I_min2. При этом минимум тока обмотки статора определяйте, изменяя ток возбуждения i_в синхронной машины, а уровень этого ми­нимума устанавливайте изменением R_нг нагрузки G1 и, более точно, возбуждением генератора. Первый отсчет произведите в точке I =I _min2, i_в= i_в2. Далее в ходе опыта поддерживайте (не изменяйте) сопротивление R_нг и возбуждение генератора U_в1. При этом остаются постоянными тормозной момент М₂ и мощность Р₂ синхронного двигателя. В остальном проводите опыт и обрабатывайте его результаты ана­логично предыдущему (п. 12.9.1).

В отчете все V-образные кривые постройте на одном общем рисунке (подобном рис. 12.3). Отметьте на нем зоны перевозбуждения и недовозбуждения двигателя и штрихами нанесите ориентировочную гра­ницу между ними.

Снятие рабочих и механической характеристик

Синхронного двигателя

Рабочие характеристики представляют собой зависимости I, P₁, cosj, h, М₂ = f(Р₂), а механическая характеристика - это зависимость n = f(M₂) при U = const, f = const, i_в = const. Здесь h - коэффициент полезного действия синхронного двигателя.

Аналогично предыдущему опыту (п. 12.9.2) нагрузите синхрон­ный двигатель так, чтобы его минимальный ток обмотки статора I_min был ра­вен некоторой величине по указанию преподавателя. Измерьте вели­чины активной мощности Р₁, напряжения и тока в этой точке, рас­считайте cosj и сообщите его преподавателю, а затем произведите первый отсчет в установленном режиме.

Поддерживайте (не изменяйте) ток возбуждения синхронного двигателя, соответствующий заданному преподавателем току якоря I_min при cosj =1.

Регулируйте нагрузку синхронного двигателя так, чтобы ток якоря изменялся от I=I_н до тока холостого хода I₀. Холостой ход по­лучают при выключенном генераторе G1.

Измерьте в 5-6 точках линейные напряжения U и токи обмотки статора I, подво­димую к обмотке якоря активную мощность и ток возбуждения i_в син­хронного двигателя.

По результатам опыта вычислите для каждого уровня нагрузки и запишите в табличной форме:

- средние арифметические значения линейных напряжений U и токов статора I, суммарную активную мощность всех фаз Р₁;

- значения коэффициент мощности:

cosj = P₁/Ö3UI;

- сумму потерь в стали двигателя и механических потерь всего агрегата:

p_c+p_мх=P₁₀ - 3I₀²r_a75°,

где Р_{10 ,} I₀ - активная мощность и ток, потребляемые двигателем на холостом ходу (по данным последнего замера при отключённом G1); r_a75 – сопротивление фазы обмотки якоря, приведенное к расчетной температуре 75 °С по формуле

r_a75= r_a20 ,

где r_a20 – сопротивление фазы статора при 20°С (см. технические данные двигателя в п. 12.5);

- основные электрические потери в обмотке якоря:

p_эа=3I²r_a75;

- потери на возбуждение синхронного двигателя:

p_в=i²_вr_в75 ,

где r_в75 - сопротивление обмотки возбуждения, определяемое аналогично r_а75;

- добавочные потери по ГОСТ 25941-83 [10]:

p_д=0,005P_1н(I/I_н)²,

где P_1н= U_нI_нcosj_н, cosj_н=1;

- сумму потерь åp , полезную мощность Р₂ и КПД двигателя h :

åp=p_в+p_c+p_мх+p_эа+p_д ;

P₂=P₁ – (p_c+p_мх+p_эа+p_д) ;

h = (1 – )100% ;

- полезный момент на валу двигателя

M₂=P₂ / W ,

где W - угловая скорость в рад/с, W=2pn_н /60.

В отчете на одном рисунке, подобном рис. 12.6,а, постройте рабочие характеристики I, P₁, cosj, h =f(Р₂), а на другом - механи­ческую n=f(M₂).

а) б)

Рис. 12.6. Рабочие характеристики синхронного двигателя (а) и графики cosj = f(P₂) при различных значениях тока возбуждения (б)

Характер кривой cosj = f(P₂) зависит от поддерживаемого в опыте значения тока возбуждения i_в синхронного двигателя (рис. 12.6,б). Кривые 1, 2, 3 получаются при токах возбуждения i_в1<i_в2<i_в3, обеспечивающих cosj =1 при мощностях Р₂, соответственно равных 0; 0,5Р_2н и P_2h. При нагрузках меньше мощности, соответствую­щей cosj =1, двигатель работает в режиме перевозбуждения и отда­ет в сеть реактивную мощность; при больших нагрузках – в режиме недовозбуждения и потребляет из сети реактивную мощность.

По рабочим характеристикам определите значения всех рабочих величин при Р₂=Р_2н.

Заключение по работе

1. Сравните способы пуска синхронного двигателя по коли­честву операций, всплеску тока якоря, длительности процесса пус­ка и количеству необходимого оборудования.

2. Укажите, как можно изменять активную и реактивную мощ­ности синхронного двигателя.

3. Сформулируйте понятия нормального возбуждения, перевоз­буждения и недовозбуждения синхронного двигателя.

4. Оцените механическую характеристику двигателя по жест­кости.

5. Приведите сравнительную таблицу значений подводимой мощности, линейного тока статора, коэффициентов мощности и по­лезного действия при P₂=P_2н, определенных по техническим дан­ным двигателя и по рабочим характеристикам.

Контрольные вопросы

1. Каков принцип действия синхронного двигателя?

2. Как устроен синхронный двигатель?

3. Какие существуют способы пуска синхронных двигателей и в чем состоит их сущность?

4. Каковы условия точной синхронизации?

5. Как контролируется и достигается выполнение условий точ­ной синхронизации?

6.Как коммутируют обмотку возбуждения при асинхронном пуске синхронного двигателя и почему?

7. Каковы достоинства, недостатки и область применения различных способов пуска?

8. Какой вид имеют рабочие характеристики синхронного дви­гателя?

9. От каких факторов и как зависит вид графика коэффици­ента мощности в функции полезной мощности?

10. Какие виды потерь мощности и в каких элементах выделя­ются в синхронном двигателе?

11. Какой вид имеет механическая характеристика синхронно­го двигателя?

12. Как регулируют частоту вращения синхронных двигателей?

13. Как регулируют реактивную мощность и cosj синхронных двигателей

14. Графики каких зависимостей называются V-образными характерис-

тиками и при каких условиях?

15. Как сформулировать понятия нормального возбуждения, недо- и перевозбуждения синхронного двигателя?

16. Каковы преимущества и недостатки синхронного двигателя по сравнению с асинхронным?

Библиографический список

1. Вольдек А.И., Попов В.В. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы: Учебник. – СПб.: Питер, 2008.

2. Вольдек А.И., Попов В.В. Машины переменного тока: Учебник. – СПб.: Питер, 2007.

3. Беспалов В.Я., Котеленец Н.Ф. Электрические машины: Учеб. пособие. – М.: Издат. центр «Академия», 2006.

4. Вольдек А.И. Электрические машины: Учебник. – 3-е изд., перераб. – Л.: Энергия, 1978.

5. Копылов И.П. Электрические машины: Учебник. – 2-е изд., перераб. – М.: Высш. шк., 2006 .

6. ГОСТ 26772-85. Машины электрические вращающиеся. Обозначения выводов и направления вращения. – М.: Изд–во стандартов, 1986.

7. ГОСТ 27471-87. Машины электрические вращающиеся. Термины и определения. – М.: Изд-во стандартов, 1989.

8. Универсальный стенд лаборатории электрических машин. Краткое описание. – Владивосток: ДВПИ, 1988.

9. ГОСТ 10159-79. Машины электрические постоянного тока. Методы испытаний. – М.: Изд–во стандартов, 1999.

10. ГОСТ 25941-83. Машины электрические вращающиеся. Методы определения потерь и коэффициента полезного действия. – М.: Изд–во стандартов, 2003.

11. ГОСТ 11828-86. Машины электрические вращающиеся. Общие методы испытаний. – М.: Изд–во стандартов, 1986.

12. ГОСТ 183-74. Машины электрические. Общие технические тре­бования. – М.: Изд–во стандартов, 1993.

13. ГОСТ 7217-87. Машины электрические вращающиеся. Двига­тели асинхронные. Методы испытаний. – М.: Изд–во стандартов, 2003.

14. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. – СПб.: ДЕАН, 2003.

15. ГОСТ 11677-85. Трансформаторы силовые. Общие технические условия. – М.: Изд–во стандартов, 1999.

16. ГОСТ 3484.1-88. Трансформаторы силовые. Методы электромагнитных испытаний. – М.: Изд–во стандартов, 1989.

17. ГОСТ 10169-77. Машины электрические трехфазные синхронные. Методы испытаний. – М.: Изд–во стандартов, 1984.

Учебное издание

Исследование электрических машин

Методические указания

Часть 1

Составители: Сергеев Виктор Дмитриевич

Проскуренко Светлана Степановна

Чернышова Ася Станиславовна

Редактор Л.Ф.Юринова

Компьютерная вёрстка

Подписано в печать Формат 60х84/16

Усл. печ. л. Уч.-изд. л.

Тираж 100 экз. Заказ

________________________________________________________

Издательство ДВГТУ. 690990, Владивосток, Пушкинская, 10

Типография ДВГТУ. 690990, Владивосток, Пушкинская, 10