Лабораторная работа №23

Определение параметров синхронных машин

Цель работы

Изучение методов экспериментального определения па­раметров синхронных машин.

План выполнения работы

1. Ознакомиться с конструкцией электрических машин. За­писать типы и паспортные данные машин и приборов.

2. Собрать схему согласно рис. 25.1, запустить привод­ной двигатель и снять характеристику холостого хода U (I_в), из­меняя ток возбуждения от значения, соответствующего напряжению статора U = 1,25 U_н до номинального возможного. Данные занести в табл. 25.1.

Рис. 25.1. Рис. 25.2.

Таблицa 25.1.

№ п.п.	Опытные данные	Расчетные данные
Iв, A	U, B	Iв* = Iв / Iвн0	U0* = U / Uн	xd*	xdm*	ОКЗ

3. Замкнуть обмотку статора синхронной машины накоротко (рис. 25.2), запустить приводной двигатель и снять характеристику 3-х фазного короткого замыкания I_к (I_в), изменяя ток возбужде­ния от значения, соответствующего I_к = I_в до минимального значения. Данные занести в табл. 25.2.

Рис. 25.3.

Таблицa 25.2.

№ п.п.	Опытныеданные	Расчетные данные
Iв, A	Iк, A	Iв* = Iв / Iвн0	Iк* = Iк / Iн

4. Собрать схему согласно рис. 25.4 для проведения опы­та скольжения. Убедившись, что напряжение трехфазного источника питания составляет (0,05…0,1) U_н, при отключенной обмотке статора запустить приводной двигатель и измерить остаточное на­пряжение синхронной машины. Если остаточное напряжение больше 30% напряжения источника питания, машину следует размагнитить. Подключить обмотку статора к источнику питания и убедиться, что направление вращения приводного двигателя совпадает с направлени­ем вращения магнитного поля синхронной машины, а его частота вра­щения отличается от частоты вращения магнитного поля синхронной машины на (0,5…1,0)%, т.е. ротор синхронной машины должен вращать­ся со скольжением 0,5…1%. При соблюдении этих условий стрелка вольтметра в цепи обмотки возбуждения будет совершать колебания с малой частотой (0,5 Гц и менее) и малой амплитудой.

Рис. 25.4.

При малом скольжении ротора явнополюсной синхронной машины стрелки приборов, включенных в обмотку статора, будут совершать колебания с малой частотой. Показания приборов занести в табл. 25.3.

Таблицa 25.3.

№ п.п.	Опытные данные	Расчетные данные
Umax, B	Umin, B	Imax, A	Imin, A	xd, Ом	xd*	xq, Ом	xq*

5. В схеме на рис. 25.4 изменить направление вращения приводного двигателя или магнитного потока синхронной машины с целью проведения опыта противовращения. В этом опыте напряжение трехфазного источника не должно превышать 30% напряжения источни­ка. При вращении ротора синхронной машины со скольжением порядка 200% записываются ток и напряжение статора и данные заносятся в табл. 25.4. Опыт рекомендуется проводить при двух напряжениях трехфазного источника.

Таблицa 25.4.

№ п.п.	Опытные данные	Расчетные данные
U2, B	I2, A	x2, Ом	x2*

6. Включить обмотку статора в разомкнутый треугольник, а обмотку возбуждения замкнуть накоротко (рис. 25.5). Убедившись, что напряжение источника питания не превышает (0,15…0,25) U_н, запустить приводной двигатель. После этого подключить обмотку ста­тора к источнику питания и измерить ток и напряжение. Данные занести в табл. 25.5.

Рис. 25.5.

Таблицa 25.5.

№ п.п.	Опытные данные	Расчетные данные
U0, B	I0, A	x0, Ом	x0*

7. Собрать схему согласно рис. 25.6. Убедившись, что напряжение источника питания составляет (0,1…0,2) U_н, под­ключить обмотку статора к источнику переменного тока. Поворачи­вая ротор, находят положения, соответствующие максимальному I_вmax и минимальному I_вmin значениям тока возбуждения. В этих положе­ниях ротора фиксируют напряжения статора соответственно U_d и U_q, а также его токи I_d и I_q. Данные заносят в табл. 25.6.

Рис. 25.6.

Таблицa 25.6.

№ п.п.	Опытные данные	Расчетные данные
Iвmax, A	Ud, B	Id, A	Iвmin, A	Uq, B	Iq, A	xd’’, Ом	xd''*	xq'', Ом	xq''*

Методические указания

По данным табл. 25.1 и 25.2 строятся в одной системе коорди­нат характеристики холостого хода U* (I_в*) и короткого замыкания I_к* (I_в*) в относительных единицах. I_вн0, соответствующий номинальному напряжению при холостом ходе, определяется из харак­теристики холостого хода, построенной в именованных единицах.

Из-за остаточного магнетизма эти характеристики начинаются не с 0, поэтому их следует перенести параллельно самим себе в на­чало координат. По этим характеристикам можно найти синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси х_d как частное от деления напряжения холостого хода отрезка АД, взятого на продол­жение прямолинейной части характеристики холостого хода при неко­тором токе возбуждения (например, при I_вн0), на ток симметрич­ного короткого замыкания отрезок СД, взятый по характеристике трехфазного короткого замыкания при том же токе возбуждения (рис. 25.3.)

.

Определенное таким образом значение х_d соответствует не­насыщенному состояний. Для нахождения этого сопротивления при на­сыщенном состоянии напряжение следует брать на криволинейном участке характеристики холостого хода – отрезок ВД.

.

По тем же характеристикам определяют ОКЗ (отношение коротко­го замыкания), как отношение установившегося тока симметричного короткого замыкания – отрезок СД – при токе возбуждения, соответствующем номинальному напряжению по характеристике холостого хо­да, к номинальному току статора – отрезок EF.

.

Синхронные индуктивные сопротивления по продольной оси х_d и по поперечной оси х_q можно найти по данным опыта скольжения (табл. 25.3) следующим образом:

; .

Эти же сопротивления в относительных единицах

; .

Здесь z_н = U_н / I_н – номинальное сопротивление синхронной машины;

U*, I* – напряжение и ток в относительных единицах, т.е. в долях от номинальных значений,

Если в опыте скольжения остаточное напряжение составляет бо­лее 0,1 напряжения источника питания, то в приведенные выражения следует подставлять полусумму двух максимумов или минимумов тока.

Индуктивное сопротивление обратной последовательности нахо­дится по данным опыта противовращения (табл. 25.4.)

; .

Индуктивное сопротивление нулевой последовательности опреде­ляется по данным табл. 25.5.

; .

Сверхпереходные индуктивные сопротивления по продольной оси х_d’’ и по поперечной оси х_q’’ находятся по данным опыта при однофазном питании обмотки статора (табл. 25.6). По U_d и I_d соответствующим максимуму тока в обмотке воз­буждения (в этом положении ось полюсов совпадает с осью пульси­рующего поля), находят

; .

Минимум тока в обмотке возбуждения соответствует положению ротора со сдвигом на 90 электрических град. относительно оси маг­нитного поля, поэтому по значениям напряжения и тока U_q и I_q в обмотке статора можно определить

; .

Содержание отчета

1. Типы и паспортные данные машин и приборов.

2. Схемы и описания опытного определения параметров.

3. Таблицы с опытными и расчетными данными.

4. Аналитические и графические расчеты.

Контрольные вопросы

1. Какое из сопротивлений х_d или х_q больше? Почему?

2. Почему сопротивление х₂ меньше х_q?

3. Почему х_d" меньше х_d?

4. Может ли сопротивление х₀ быть больше х_d? Почему?

5. Какие еще индуктивные сопротивления, кроме определя­емых в настоящей работе, вам известны?

6. Как влияет ОКЗ на статическую устойчивость?

7. Как можно увеличить х_d?

8. Может ли сопротивление х₀ быть больше индуктивного сопротивления рассеяния?

9. Почему в опыте скольжения происходят колебания тона и напряжения статора только в явнополюсной машине?

10. Как определить установившийся ток трехфазного ко­роткого замыкания?