Анализ результатов лабораторной работы

1. Каково отклонение опытной кривой характеристики холостого хода от нормальной (в процентах)?

2. Объясните взаимное расположение нагрузочных характеристик СГ, снятых при номинальном токе якоря и различном характере нагрузки (активной, индуктивной).

3. Сопоставьте величину тока возбуждения генератора, соответствующую , ,  и  (в относительных единицах), из опыта и из диаграммы ЭМДС.

4. Сопоставьте повышение напряжения генератора из опыта и из диаграммы ЭМДС при активной и индуктивной нагрузках.

5. Поясните ход регулировочных характеристик СГ при различных .

6. Сопоставьте относительные значения основных параметров со средними значениями, характерными для машин исследуемого типа.

 

 

Лабораторная работа №6

ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА
ТРЕХФАЗНОГО СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА С СЕТЬЮ

Цель работы

Рассмотрение специфических для параллельной работы вопросов: включение генераторов, распределение активных и реактивных нагрузок в различных режимах, устойчивость.

 

Теоретические сведения

Синхронные машины в большинстве случаев работают параллельно друг с другом, образуя сложную систему. При простейшем анализе процессов в этой системе обычно считают, что суммарная мощность всех машин в ней является бесконечно большой по отношению к мощности рассматриваемой машины. Такое допущение позволяет заменить все синхронные машины, за исключением исследуемой, сетью бесконечной мощности с постоянным напряжением  и частотой . Для совместной работы отдельной синхронной машины с сетью необходимо осуществить их синхронизацию, то есть выравнять напряжение и частоты. Процесс выравнивания может происходить либо путем воздействия на возбуждение и вращающий момент отключенной от сети машины с последующим включением ее в сеть и момент совпадения напряжений машины и сети по фазе (точная синхронизация), либо за счёт внутренней синхронизирующей мощности машины при ее включении в сеть в произвольный момент (самосинхронизация).

После завершения процесса синхронизации напряжение и частота машины остаются постоянными. Это обстоятельство определяет ряд особенностей параллельной работы синхронной машины с сетью бесконечной мощности.

Во-первых, постоянное напряжение синхронной машины означает и практическое постоянство ее результатов потока. Намагничивающая сила (НС), необходимая для этого потока, создаётся совместным действием тока возбуждения и реактивной составляющей тока статора. При постоянстве тока НС тоже должна быть постоянной. Отсюда появляется возможность регулирования реактивной составляющей тока статора, а следовательно, и реактивной мощности машины за счёт изменения ее тока возбуждения. Такое регулирование имеет большое практическое значение, так как
позволяет повысить пределы статической и динамической устойчивости.

Исследование свойств машины при регулировании ее тока возбуждения производится с помощью U -образных характеристик.

Вторая особенность состоит в том, что скорость вращения поля статора постоянна, так как . Поэтому для обеспечения длительной устойчивости машины в сети необходимо, чтобы скорость вращения ее ротора n тоже была постоянной (синхронной). Это постоянство поддерживается за счёт равенства электромагнитного момента машины М и момента , приложенного к её валу.

Любое изменение  ведет к отключению скорости вращения ротора от синхронной. При этом изменяется пространственное положение поля возбуждения по отношению к полю статора, что приводит к появлению электромагнитного момента, компенсирующего изменение момента . Скорость вращения ротора вновь становится синхронной.

Отсюда следует, что, регулируя момент на валу машины, можно регулировать ее электромагнитный момент, а следовательно, и величину активной мощности Р. В зависимости от направления потока активной мощности различают генераторный (активная мощность отдается в сеть) и двигательный (активная мощность потребляется из сети) режимы работы синхронной машины.

Следует, однако, отметить, что как в двигательном, так и в генераторных режимах регулирование активной мощности не может быть безграничным. При определённом положении поля возбуждения по отношению к результирующему полю электромагнитный момент машины достигает максимума , и если при этом момент  окажется больше , то скорость ротора будет продолжать изменяться и машина «выпадает из синхронизма». Для определенных возможных пределов регулирования активной
мощности и оценки устойчивости пользуются угловой характеристикой машины .

 

Указание по подготовке к лабораторной работе

Для подготовки к лабораторной работе необходимо:

Изучить материал по одному из учебников:

12) [2, §35-1÷35-5];

13) [3, 12-2, 12-3, 12-5];

14) [1, §8-9, 8-10, 8-11].

 

Ответить на вопросы и выполнить задания:

 

1. Как осуществляется регулирование реактивной мощности синхронного генератора при работе его параллельно с мощной сетью?

2. При каких условиях снимается U-образная характеристика синхронного генератора?

3. Как осуществить регулирование активной мощности генератора при работе его параллельно с мощной сетью?

4. Как включается синхронный генератор в сеть методом самосинхронизации?

5. Что произойдёт, если при включении генератора в сеть методом точной синхронизации напряжение сети будет больше напряжения генератора? (Остальные условия выполнены.)

6. Что значит выпадение из синхронизма? Как это явление влияет на работу синхронной машины?

7. Запишите общее выражение электромагнитной мощности для явнополюсного СГ.

8. Постройте зависимость неявнополюсного СГ. Как изменится эта зависимость, если уменьшить ток возбуждения в полтора раза?

9. Постройте U -образную характеристику при . Изобразите векторную диаграмму неявнополюсного СГ в режиме, соответствующем точке А, когда ток I минимален.

10. СГ работает параллельно с сетью. Как изменится векторная диаграмма, когда оператор увеличит ток возбуждения генератора?

11. Объясните работу лампового синхроноскопа в схеме «на вращение света».

12. Постройте U -образную кривую, соответствующую . Определите, какова МДС реакции якоря в режиме, соответствующем точке А?

13. Изобразите угловую характеристику явнополюсного СГ.

14. Постройте векторную диаграмму СМ в двигательном и генераторном режимах.

Последовательность работы

1. Ознакомиться с установкой. Записать в протокол испытаний номинальные данные испытуемой машины.

2. Собрать схему установки в соответствии с рис. 2.

3. Включить синхронную машину в сеть методом точной синхронизации.

4. Снять угловые характеристики синхронной машины  при  в двух вариантах:

а) при токе возбуждения холостого хода ;

б) при токе возбуждения .

5. Снять и построить U -образные характеристики синхронной машины  при , ,  в двух вариантах:

а) при мощности Р = 0, отдаваемой в сеть;

б) при мощности Р = 0,5 , отдаваемой в сеть.

6. Осуществить включение генератора на параллельную работу методом самосинхронизации (грубой синхронизации).

 

Экспериментальная установка

Исследование параллельной работы синхронного генератора с сетью проводится на универсальном стенде (УЛС), состоящем из силового оборудования и пульта управления (рис. 1).

 

 

Силовое оборудование, синхронный генератор (СГ) и сочленённый с ним двигатель постоянного тока (ДПТ) размещены на отдельно стоящем фундаменте.

Для проведения эксперимента используется три вида напряжений: переменное напряжение 220 В частотой 50Гц, постоянное напряжение 220 В и выпрямленное 22 В. С целью удобства сборки схемы и безопасности проведения эксперимента пункты подключения снабжены сигнальными лампочками HL1, HL2, расположенными на наборном поле над автоматами QF1 и SA1. Там же размещены клеммы контрольно-измерительных приборов.

Обмотки якоря синхронного генератора С1, С2, С3, С4, С5, С6, индуктора И1, И2 и возбудителя Я1, Я2, Ш1, Ш2 выведены на наборное поле.

Схема приводного двигателя ДПТ собрана стационарно и показана на наборном поле. Питание ДПТ – от автомата QF1, а ручки управления пускового реостата  и реостата в цепи возбуждения () ДПТ расположены на корпусе УЛС. На наборном поле установлены лампы синхроноскопа HL3, HL4, HL5 и автомат SA1, используемые для включения СГ в сеть по методу точной синхронизации.

Для определения мощности по ходу эксперимента используются измерительные комплекты типа К505 или К50.

Полное снятие напряжения со стенда обеспечивается выключением сетевого автомата АП-50, расположенного напротив УЛС на стене.

 

Проведение исследований

Исследования необходимо проводить в определенной последовательности:

1. Ознакомиться с установкой. Записать в протокол испытаний данные исследуемой синхронной машины.

2. Собрать схему в соответствии с рис. 2.

3. Включить синхронную машину в сеть методом точной синхронизации с помощью лампового синхроноскопа. Для этого разогнать синхронную машину приводным двигателем ДПТ до подсинхронной скорости. Затем возбудить синхронный генератор и установить напряжение, близкое к номинальному. Поскольку лампы синхроноскопа находятся под разностью напряжений сети  и синхронной машины , они начинают мигать, регулируя частоту вращения ДПТ. Необходимо добиться прекращения этих миганий, а регулируя возбуждение синхронной машины, выравнять напряжения. Выключатель SA1 включается в момент, когда все лампы синхроноскопа погаснут.

Рис. 2. Схема испытаний трехфазного синхронного генератора
при включении на параллельную работу с сетью

Для включения генератора на параллельную работу с сетью, следует:

а) привести во вращение приводной двигатель синхронного генератора;

б) включением сетевого автомата АП-50 и пакетного выключателя SA3 подать напряжение сети на шины параллельной работы; проверить по вольтметру напряжение  (на ключе SA1);

в) возбудить СГ и, увеличивая ток возбуждения, поднять напряжение подключаемого генератора до значения, равного напряжению сети  (изменяя величину );

г) одновременно изменением тока возбуждения приводного двигателя регулировать скорость синхронного генератора, добиваясь медленного затухания и загорания ламп синхроноскопа (при включении ламп «на потухание»);

д) подключить генератор к сети выключателем в момент полного потухания ламп.

4. Снять угловые характеристики, при этом, чтобы нагрузить генератор, работающий параллельно с сетью, следует увеличить приложенный к его валу вращающий момент, т.е. момент приводного двигателя.

Для увеличения вращающего момента при постоянстве скорости вращения (скорость вращения СГ определяется частотой сети) необходимо уменьшить ток возбуждения приводного двигателя.

Незначительное уменьшение магнитного потока и ЭДС ДПТ вызывает заметное возрастание тока якоря:

,

а также вращающего момента . Для того чтобы увеличить вращающий момент на валу СГ, следует уменьшить ток возбуждения приводного двигателя постоянного тока.

Угловые характеристики снимают при токах возбуждения ; .

Мощность можно увеличивать до тех пор, пока ток якоря не достигнет значения  или пока генератор работает
устойчиво.

Показания приборов записать в табл. 1. Форма таблицы приведена ниже.

Форма таблицы 1

Угловые характеристики при ; .

Из опыта		Из расчета
I, A	P, Вт

Здесь  – ток возбуждения, приведённый к току якоря; = 0,168 – коэффициент приведения тока возбуждения к току якоря;  – активная мощность генератора.

5. Снять U-образные характеристики – они определяют зависимость тока статора генератора  от тока возбуждения  (рис. 2) – при Р = 0:

а) Выполнив условия синхронизации, включить генератор на параллельную работу с сетью.

б) Регулируя момент приводного двигателя (изменением его тока возбуждения), установить активную нагрузку генератора; , при этом ток в цепи статора  близок к нулю, что соответствует режиму холостого хода синхронного генератора.

в) Контроль за активной мощностью Р синхронного генератора вести по показаниям измерительного комплекта К505.

г) Уменьшив ток возбуждения генератора до величины, при которой ток  в статоре станет равным номинальному или немного больше его, записать первую точку левой ветви U-образной характеристики. Постепенно увеличивая ток возбуждения генератора, снять 3–4 точки любой ветви, зафиксировать минимальный ток статора, а затем, увеличивая ток , снять 3–4 точки правой ветви характеристики. Данные измерений занести в табл. 2. Форма таблицы представлена ниже.

д) Для снятия U-образных характеристик при   предварительно нагрузить генератор до соответствующей мощности, изменяя момент приводного двигателя.

е) Установить активную нагрузку генератора   при   (   генератора регулируется его током возбуждения); величину активной нагрузки определить по показаниям комплекта К505 (при ).

ж) Оставляя нагрузку двигателя постоянной (т.е. не меняя вращающего момента приводного двигателя), изменить ток возбуждения генератора в сторону увеличения от значения, соответствующего минимальному току статора (), и в сторону уменьшения (табл. 2).

 

Форма таблицы 2

U -образная характеристика синхронного генератора

P = 0	I 1,A
	IB,A
P = 0,5PH	I 1,A
	IB,A

 

Примерный вид характеристики представлен на рис. 3. Каждую из характеристик снимают при постоянной активной мощности, отдаваемой генератором. Следовательно, активная составляющая тока якоря при изменении тока возбуждения остаётся неизменной. Для каждой из характеристик она равна наименьшему значению тока якоря (). Ток возбуждения, соответствующий минимуму тока якоря, носит название нормального тока возбуждения. Всякое отклонение величины тока возбуждения нормального влечёт увеличение тока якоря за счёт возрастания его реактивной составляющей.

6. Осуществить включение генератора на параллельную работу методом самосинхронизации (грубой синхронизации).

Метод заключается в следующем. Синхронный генератор приводят во вращение приблизительно с синхронной частотой вращения (). Обмотку возбуждения предварительно замыкают на сопротивление , в 6–10 раз превышающее сопротивление обмотки возбуждения. Включают выключатель S1 и сразу же переключают обмотку возбуждения с  на источник напряжения постоянного тока (выключатель S1 настольный).

 

I в

 

Рис. 3. U - образные характеристики синхронного генератора

Под действием возникающего электромагнитного момента ротор машины, совершив несколько колебаний, входит в синхронизм. При включении выключателя S1 наблюдается толчок тока. Порядок чередования фаз генератора и сети должен быть одинаковым.