Лабораторная работа №21

Параллельная работа синхронного генератора с сетью

Цель работы

Изучение свойств синхронного генератора при парал­лельной работе с сетью.

План выполнения работы

1. Ознакомиться с исследуемыми машинами, приборами и оборудованием.

2. Собрать схему согласно рис. 22.1.

Рис. 23.1. Схема экспериментальной установки.

3. Включить синхронный генератор на параллельную работу с сетью по методу точной синхронизации.

Для этого необходимо добиться равенства:

1) ЭДС включаемого генератора и напряжения сети (контролиру­ется вольтметрами);

2) частоты включаемого генератора и частоты сети (контролируется частотомерами). Порядок следования фаз включаемого генератора и сети должны быть одинаков.

Включить генератор в сеть, когда ЭДС биения равна нулю (стрелка синхроноскопа подходит к вертикальной черте).

4. Снять V-образные кривые генератора I (I_в) для следующих значений активной мощности генератора Р = 0; Р = 0,25 Р_н; Р = 0,75 Р_н.

Требуемая величина активной мощности устанавливается путем изменения момента приводного двигателя т.е. стремясь изменить его частоту вращения). Ток возбуждения генератора изменять от I_вmax = 1,5 I_вн до I_вmin, соответствующего стати­ческой устойчивости генератора. В процессе снятия кривых необхо­димо зафиксировать точку, соответствующую минимуму тока статора. Данные занести в табл. 23.1.

Таблица 23.1

№ п.п.

Р, кВт

I, A

Iв, A

U, B

cosj

Методические указания

При работе синхронного генератора параллельно с сетью бесконечной мощности (значительно превышающей мощность генератора) возможно изменение как активной нагрузки генератора, так и реак­тивной. Особенность такой параллельной работы – неизменность час­тоты и напряжения сети при изменении нагрузки генератора.

Изменение реактивной нагрузки называют регулированием при M = const, I_в=var. Изменение активной нагрузки называют регулированием при M = var, I_в=const.

При изменении тока возбуждения генератора происходит пере­распределение реактивной нагрузки между ним и сетью. Активная на­грузка при этом остается неизменной. Однако общий ток статора ге­нератора изменяется. Зависимость тока статора I от тока воз­буждения I_в имеет вид буквы «V» и называется V-образной характеристикой.

Для изменения активной нагрузки генератора необходимо воз­действовать на момент первичного двигателя. При увеличении момента двигателя генератор принимает большую нагрузку и наоборот.

Содержание отчета

1. Паспортные данные исследуемого генератора.

2. Схема установки, таблицы измерений.

3. V-образные кривые на одном графике.

Контрольные вопросы

1. Почему при изменении момента на валу синхронной ма­шины изменяется ее активная мощность?

2. Почему при изменении тока возбуждения синхронной ма­шины изменяется ее реактивная мощность?

3. Может ли синхронный генератор развивать активную мощ­ность без возбуждения?

4. Что показывает угловая характеристика? Нарисуйте ее.

5. Почему при неизменном токе возбуждения генератора изменяется реактивная мощность при изменении активной мощности?

6. Как изменяется результирующий магнитный поток гене­ратора при параллельной работе с сетью а зависимости от тока воз­буждения?

7. Как влияет ток возбуждения на статическую устойчи­вость генератора?

8. В каких случаях генератор отдает реактивную мощность в сеть?

Лабораторная работа №22

Исследование трехфазного синхронного двигателя

Цель работы

Изучение электромеханических и эксплуатационных свойств синхронного двигателя.

План выполнения работы

1. Ознакомиться с конструкцией исследуемой машины и за­писать типы и паспортные данные машин и приборов.

2. Собрать схему согласно рис. 24.1. В работе исследуе­мый двигатель запускается методом прямого асинхронного пуска. Пе­ред пуском необходимо обмотку возбуждения синхронного двигателя отключить от источника постоянного тока и замкнуть ее на разряд­ное сопротивление R_p. После этого двигатель включается в сеть и разгоняется как асинхронный. При достижении двигателем частоты вращения, близкой к синхронной, разрядное сопротивление отключа­ется и в обмотку возбуждения подается постоянный ток.

Рис. 24.1. Схема экспериментальной установки.

3. Изменяя ток возбуждения двигателя от I_в = 1,1 I_вн до минимально возможного по условиям статической устойчивости, снять V-образные кривые I(I_в) для трех значений полезной мощности Р₂ = 0, Р₂ = 0,5Р_н и Р₂ = Р_н, определяемых током и напряжением нагрузочного генератора. При снятии кривых следует зафиксировать точку, соответствующую минимальному току статора двигателя.

Данные заносятся в табл. 24.1.

Таблица 24.1

№ п.п.	Генератор	Двигатель
Iг, A	Uг, B	Р2, кВт	I, A	Iв, A	U, B	Р1, кВт

4. Изменяя полезную мощность двигателя путем изменения тока нагрузочного генератора, снять рабочие характеристики двига­теля I, М₂, Р₁, h, cosj = f(Р₂) для двух значе­ний тока возбуждения двигателя I_в = 0,75 I_вн и I_в = I_вн.

Данные заносятся в табл. 24.2.

Таблицa 24.2.

№ п.п.	Опытные данные	Расчетные данные
Iг, A	Uг, B	Iв, A	I, A	U, B	Р1, кВт	Р2, кВт	М2, Нм	cosj	h

Методические указания

В лабораторной установке в качестве нагрузки исследуемого двигателя используется генератор постоянного тока, работающий на нагрузочное сопротивление. При изменении этого сопротивления из­меняется ток генератора и отдаваемая им мощность

Р_2г = I_г × U_г.

Мощность на валу двигателя больше отдаваемой мощности гене­ратора на величину его потерь

Р₂ = Р_2г + I_г² × R_я + DР_ст + DР_мех.

Полезный момент на валу двигателя, Нм

М₂ = 9550 × Р₂ / n.

Здесь мощность Р₂ – в кВт, а частота вращения n – в об/мин.

Коэффициент мощности двигателя

.

КПД двигателя

h = Р₂ / Р₁.

Если пренебречь падением напряжения в обмотке статора двига­теля, то согласно уравнению напряжений

,

приложенное напряжение уравновешивается ЭДС двигателя

U » E₁ = 4,44 × f₁ × w₁ × k₀₁ × Ф₁.

Отсюда следует, что результирующий магнитный поток, создан­ный токами статора и обмотки возбуждения, при неизменном напряже­нии остается практически постоянным

.

В связи с этим при регулировании тока возбуждения изменяется величина и знак реактивной составляющей тока статора, а, следова­тельно, и реактивной мощности

.

При недовозбуждении (левый участок V-образных кривых) синхронный двигатель потребляет из сети реактивную мощность, а при перевозбуждении генерирует в сеть реактивную мощность.

Содержание отчета

1. Схема и краткое описание лабораторной установки.

2. Таблицы с опытными и расчетными данными.

3. V-образные кривые и рабочие характеристики.

4. Графики зависимости Q (I_в) для трех значений P = const, построенные по V-образным кривым.

5. Графики зависимости cosj = f(I_в) для трех значений P = const, построенные по V-образным кривым.

6. Графики зависимости Q₁ = f(P₂) для двух значений I_в = const, построенные по рабочим характеристикам.

Контрольные вопросы

1. Преимущества и недостатки синхронного двигателя по сравнению с асинхронным.

2. Почему изменяется коэффициент мощности синхронного двигателя при изменении нагрузки на валу?

3. Почему при пуске двигателя обмотка возбуждения замыкается на разрядное сопротивление?

4. Почему при пуске нельзя замыкать обмотку возбуждения накоротко?

5. Какая реакция якоря (намагничивающая или размагничи­вающая) будет при перевозбуждении?

6. Что такое входной момент двигателя?

7. Как можно увеличить входной момент?

8. От чего зависит критический (максимальный) момент двигателя?

9. Может ли синхронный явнополюсный двигатель развивать вращающий момент без возбуждения?

10. Почему ротор синхронного двигателя выполняется цель­нометаллическим?

11. Какие обмотки имеются у синхронного двигателя?