Будь умным!


У вас вопросы?
У нас ответы:) SamZan.ru

Мета роботи Вивчити будову і принцип дії трифазного синхронного генератора та дослідити основні його х

Работа добавлена на сайт samzan.ru: 2016-03-13


Робота 15. Дослідження характеристик трифаз-

                      ного синхронного генератора

15.1. Мета роботи

Вивчити будову і принцип дії трифазного синхронного генератора та дослідити основні його характеристики.

15.2. Короткі теоретичні відомості

Трифазні синхронні генератори призначені для перетворення механічної енергії в електричну. Ними виробляється електрична енергія на електричних станціях. На теплових і атомних електростанціях генератори приводяться в рух паровими турбінами, а на гідроелектростанціях – гідравлічними. Синхронні генератори також використовують на пересувних дизельних електростанціях. Отже, основним джерелом електричної енергії є синхронні трифазні генератори. Їх виготовляють на одиничні потужності від десятків ват до мільйона кіловат.

Рис. 15.1.

Синхронний генератор складається з двох основних частин: статора і ротора, який обертається первинним двигуном (рис. 15.1). Статор представляє собою сталевий корпус 1, в якому закріплене циліндричне осердя 2, виготовлене з листів електротехнічної сталі. В пазах осердя розташовані три однофазні обмотки, які зміщені по колу одна від однієї на 120 електричних градусів. Обмотки 3, як правило, з’єднують зіркою з метою створення трифазної системи струмів. Фазні обмотки називають фазами і позначають латинськими літерами А, В і С.

Ротори синхронних генераторів бувають з неявновираженими і явновираженими полюсами. Ротор з неявновираженими полюсами 7 представляє собою суцільний сталевий циліндр, в пазах якого розміщена обмотка збудження 8. На валу 4 закріплені два кільця 6, на які через щітки 5 подається напруга постійного струму. Такі ротори виготовляють на швидкість обертання 3000 об/хв.

Явнополюсний ротор (рис 15.1,б) складається із сталевого обода 2, на якому закріплені виготовлені із листової електротехнічної сталі полюси 1, обмотки збудження 3, полюсних наконечників 4, вала з двома кільцями і щіток. Кількість пар полюсів р при частоті змінного струму  зв’язана з частотою обертання ротора залежністю

,                                   /15.1/

де  - частота обертання ротора в обертах за хвилину.

Принцип роботи синхронного генератора полягає в наступному. Постійний струм обмотки збудження , спричиняє появу магнітного потоку . Цей магнітний потік, як зображено на рис. 15.1,а пунктирними лініями, буде проходити по осердям ротора і статора, а також через повітряні проміжки між ротором і статором. При обертанні ротора первинним двигуном разом з ним буде обертатись і магнітний потік, який, перетинаючи провідники обмоток статора, буде індукувати в них ЕРС однієї амплітуди і частоти, але зсунуті в часі на 1200. Щоб при сталій частоті обертання ротора в обмотках статора індукувались синусоїдні ЕРС, магнітна індукція вздовж повітряного проміжку між ротором і статором повинна змінюватись також за синусоїдним законом. В генераторах з явновираженими полюсами це досягається відповідною зміною величини повітряного проміжку між наконечниками полюсів і статором (рис. 15.2), а в роторах з неявно вираженими полюсами – відповідним розміщенням обмотки в пазах ротора. За цих умов у фазних обмотках статора будуть індукуватись ЕРС, миттєві значення яких визначатимуться такими співвідношеннями:

                          /15.2/

де  - амплітуда ЕРС; - кількість витків однієї фази обмотки статора;  - обмоточний коефіцієнт; - частота ЕРС в обмотках статора.

Щоб частота дорівнювала 50 Гц при різних швидкостях обертання ротора, синхронні генератори виготовляють з різною кількістю пар полюсів. Так, турбогенератори виготовляють на швидкість обертання                3000 об/хв і мають одну пару полюсів . Гідрогенератори в залежності від напору води виготовляють на швидкості від 50 до          750 об/хв і вони мають відповідно від 60 до 4 пар полюсів.

При роботі синхронної машини під навантаженням трифазна система ЕРС зумовлює трифазну систему струмів, яка створює магнітне поле, частота обертання якого

.            /15.3/

Рівність /15.3 /показує, що магнітні поля статора і ротора обертаються з однаковою частотою (синхронно). Від цього і походить назва синхронних                 Рис.15.2    машин.

                                                       Основними характеристиками генера-

тора є характеристика холостого ходу, зовнішня та регулювальна характеристики.

Характеристика холостого ходу це залежність ЕРС генератора від струму збудження  при струмі статора  і . Оскільки ЕРС пропорційна основному магнітному потоку , який залежить від струму збудження, то  буде повторювати залежність  тільки в іншому масштабі. Отже, характеристика холостого ходу буде подібна до характеристики намагнічення сталі, з якої виготовлені ротор і статор машини. Якщо знехтувати залишковим магнетизмом, то характеристика холостого ходу генератора буде мати вигляд, наведений на рис. 15.3. При збільшенні Із ЕРС майже лінійно зростає і з насиченням сталі швидкість зростання знижується. Точка А відповідає номінальному режиму роботи генератора і знаходиться плизько до перегину кривої.

Зовнішня характеристика - це залеж-ність напруги на клемах генератора від струму навантаження . При симетричному навантаженні фазні струми, рівні за величиною, але зміщені в часі на 1200, утворюють симетричну систему намагнічуючих сил, яка спричиняє трифазну симетричну систему магнітних потоків. Магнітні потоки фазних обмоток частково замикаються навколо провідників своїх фаз (потоки розсіювання ) і основні їх частини замикаються через полюси ротора, повітряні зазори між ротором і статером та осердя статора, утворюючи обертове магнітне поле, яке обертається у просторі з частотою обертання ротора і яке нерухоме відносно ротора. Вплив магнітного потоку статора на магнітний потік ротора за аналогією з машинами постійного струму, в яких обертається якір, називається реакцією якоря.

Оскільки ЕРС, струми і магнітні потоки є сінусоїдними функціями, то їх представляють векторами. Магнітний потік ротора  і магнітний потік статора  взаємно нерухомі, вони векторно складаються, утворюючи результуючий магнітний потік генератора, вектор якого

.        /15.4/

Магнітний потік , зазвичай, розкладають на дві складові: на поздовжню, направлену по осі магнітних полюсів ротора, і поперечну. При активно-індуктивному навантаженні  поздовжня складова направлено проти потоку ротора і результуючий потік зменшується. При активно-ємнісному  навантаженні навпаки: поздовжня складова складається з потоком ротора і результуючий потік збільшується. Відповідно змінюються і ЕРС фазних обмоток. Тому зовнішню характеристику генератора  знімають при  і сталих значеннях струму збудження  і частоти обертання ротора.

Оскільки магнітні потоки розсіювання  замикаються в немагнітному середовищі (мідь, повітря, ізоляція), магнітна проникність якого стала, то індуковану ними ЕРС розсіювання, як і в трансформаторах, при розрахунках замінюють індуктивним опором , де  - індуктивність фазної обмотки.

Напруга однієї фази у векторній формі зв’язана зі струмом рівнянням

,        /15.5/

де , індуктивна результуючим магнітним потоком; - повний опір фазної обмотки; і  - відповідно її резистивний і індуктивний опори.

Зазвичай, аналіз рівнянь у векторній формі проводять на підставі векторних діаграм при різних навантаженнях. Розглянемо спочатку векторну діаграму при активно-індуктивному навантаженні.

При побудові векторної діаграми в якості основного вибирають вектор ЕРС  (рис. 15.4,а), від якого під кутом  проводить вектор струму . Напруга на клемах генератора  менша ЕРС  на величину спаду напруги на повному опорі  (рівняння 15.5) Для побудови вектора  відкладають з кінця вектора  перпендикулярно до вектора  вектор  (спад напруги на індуктивному опорі) і паралельно вектору  - вектор (спад напруги на резистивному опорі). З’єднавши точку 0 з кінцем вектора , одержимо вектор напруги . Кут φ між вектором  і визначає характер навантаження.

                           а)                                                             б)

Рис. 15.4.

З векторної діаграми слідує, що при  зі збільшенням струму будуть збільшуватись спади напруг на опорах і фазна напруга буде зменшуватись. Одночасно буде зменшуватись результуючий магнітний потік , зумовлений розмагнічуючою дією магнітного потоку статора , що призводить до зменшення ЕРС і ще більшого зниження напруги генератора. Тому залежність  є нелінійною, як показано на рис. 15.5 (криві 2 і 3). Крива 3 відповідає .

На рис. 15.4,б наведена векторна діаграма при активно-ємнісному навантаженні. Вона відрізняється від діаграми при активно-індуктивному наванта-женні тим, що струм випереджає ЕРС В результаті поздовжня складова реакції якоря складається з потоком ротора і результуючий  магнітний потік збільшується. Це призводить до збільшення ЕРС. Зі збільшення

    Рис. 15.5.       струму відбувається насичення                                   статора і ротора, інтенсивність зростання ЕРС зменшується, а спади напруг збільшуються пропорційно струму. Тому при струмі, близькому до номінального, фазна напруга починає знижуватись (крива 1 на рис. 15.5).

Зазвичай, синхронні генератори електричних станцій працюють на загальну мережу ,в якій напруга . Тому сталою повинна бути напруга на клемах кожного генератора незалежно від величини і характеру навантаження. Цього  добиваються  тим,  що  при збільшенні струму відповідно змінюють струм                      Рис. 15.6.                збудження. Залежність струму                              збудження від струму статора

при  і сталих значеннях  і частоти обертання ротора називається регулювальною характеристикою.

На рис. 15.6 показані регулювальні характеристики при різних значеннях . З них видно, що при активно-індуктивному навантаженні, коли , необхідно збільшувати струм збудження при збільшенні струму статора, а при активно-ємнісному, коли  - зменшувати. Такі залежності  зумовлені дією реакції якоря і узгоджуються як з векторними діаграмами, так і з зовнішніми характеристиками.

15.3 Програма роботи

1. Вивчити будову і принцип дії трифазного синхронного генератора.

2. Ознайомитись з лабораторним стендом для дослідження характеристик синхронного генератора.

3. Зняти характеристики холостого ходу, зовнішню і регулювальну.

4. Побудувати векторну діаграму при активно-індуктивному навантаженні.

15.4. Опис лабораторної установки

Лабораторна установка для дослідження характеристик трифазного синхронного генератора з явновираженими полюсами (рис. 15.7) складається з синхронного генератора СГ, автотрансформатора TV з випрямлячем В для живлення обмотки збудження генератора, трифазного рідинного реостата Rн, двигуна постійного струму з паралельним збудженням Д і вимірювальних приладів.

Пуск двигуна постійного струму здійснюють за допомогою пускового реостата Rп, швидкість обертання регулюють зміною струму збудження реостатом Rз.

Ротор синхронного генератора має дві пари полюсів, його синхронна швидкість  об/хв., що відповідає частоті напруги  гц, яка  контролюється  частотоміром PF.  Прилад для вимірю-

Рис. 15.7.

вання  дозволяє визначити характер навантаження, що необхідно знати для побудови векторної діаграми. Щоби не перевантажити двигун постійного струму, передбачено контроль струму якоря амперметром РА3. Навантаження генератору створює водяний реостат Rн, який з’єднують з обмотками статора перемичками. Електрична схема установки зібрана.

15.5. Порядок виконання роботи

 

1. Щоб детально вивчити будову синхронного генератора, його розібрано і всі частини розташовано окремо. Це дозволяє побачити розміщення магнітних полюсів ротора, обмотки збудження і контактних кілець, а також форму наконечників магнітних полюсів, яка забезпечує синусоїдний закон розподілу магнітної індукції у повітряному проміжку. Вивчаючи статор, слід звернути увагу на будову магнітопровода, форму пазів і розташування обмоток.

2. Для успішного виконання роботи потрібно вивчити розташування на лабораторному стенді вимикачів, реостата для пуску двигуна постійного струму, засобів керування струмом збудження синхронного генератора і струмом збудження двигуна, пам’ятаючи, що зі зменшенням струму збудження частота обертання двигуна збільшується, а потужність не змінюється.

3. Для дослідження характеристики холостого ходу необхідно провести таку підготовчу роботу: зняти перемички П, увімкнути вимикач SA1, автотрансформатором TV встановити номінальний струм збудження, який вказаний на стенді. Після цього приступають до пуску двигуна: ручку пускового реостата Rп переводять у крайнє ліве положення, а повзунок реостата Rз – в крайнє праве; вимикачем SF подають постійну напругу на двигун, який почне розганятись. Поступово переводять ручку реостата Rп в крайнє праве положення, що призведе до збільшення частоти обертання двигуна генератора. Якщо після пуску двигуна частота напруги генератора не буде рівною 50 Гц, то, регулюючи струм збудження двигуна реостатом Rз, змінюють швидкість обертання доти, доки частотомір PF не покаже номінальну частоту , що відповідатиме номінальній швидкості генератора . Покази вольтметра PV1 і амперметра PA1 заносять в табл. 1 і це буде одна із точок характеристики .

Далі автотрансформатором TV збільшують струм збудження на    25-30% і фіксують ще дві точки характеристики. Після цього зменшують струм збудження від номінального до нуля і знімають ще 5-6 точок. При цьому контролюють частоту, яка не повинна змінюватись. За даними експерименту будують характеристику холостого ходу синхронного генератора

Таблиця 1

Із, А

Із.н, А

Е, В

220

Зовнішня характеристика генератора представляє собою залежність напруги від струму навантаження  при сталих значеннях коефіцієнта потужності , частоті обертання ротора п0 і струму збудження Із. Щоби експериментально одержати зовнішню характеристику, необхідно навантажити генератор номінальним струмом Ін при номінальному стумі збудження Ізз.н. Для виконання цього експерименту треба зупинити генератор, відключивши двигун від мережі живлення вимикачем SF, поставити перемички П і встановити максимальний опір реостата навантаження Rн шляхом підйому пластин поворотом ручки привода. Після цього провести вищеописаним методом пуск двигуна. Зміною швидкості двигуна встановлюють частоту  при номінальному значенні струму збудження. Потім поступово зменшують опір реостата Rн доти, поки струм не досягне номінального значення Ін. Оскільки джерела живлення двигуна і обмотки збудження генератора невеликої потужності, то швидкість і струм збудження можуть зменшитися. Тому їх необхідно підрегульовувати, щоби забезпечити  і Ізз.н. Покази амперметрів PA1 і PA2, вольтметра PV1, частотоміра PF і значення cosφ занести в табл. 2. Потім зміною опору Rн зменшують струм навантаження до мінімально можливого значення і фіксують 5-6 точок зовнішньої характеристики. На протязі експерименту потрібно забезпечити і  Ізз.н=const. Дані експерименту занести в табл. 2.

Таблиця 2

U, В

Uн

І, А

Ін

0

Із, А

Із.н

f, Гц

50

cosφ

За експериментальними даними будують залежність . Значення напруги при І=0 взяти з табл. 1.

Оскільки при знятті зовнішньої характеристики не витримувалась умова cosφ=const, то отримані експериментальні дані є наближеними, бо струм змінювали шляхом зміни активного, а не повного опору навантаження.

Регулювальна характеристика представляє собою залежність струму збудження від струму статора  при ,  і і її змінюють так: при мінімальному струмі навантаження і  збільшують струм доти, доки напруга не стане номінальною. Покази приладів заносять в табл. 3. Далі за допомогою реостата Rн збільшують струм до номінального і знімають іще 5-6 точок характеристики, регулюючи струм збудження, щоби в кожній точці характеристики були і . За експериментальними даними будують характеристику. При І=0 приймають Ізз.н. Ця характеристика також буде наближеною, бо не дотримувалась умова .

Таблиця 3

І, А

0

Із, А

Із.н

U, В

Uн

f, Гц

50

сosφ

4. Векторну діаграму синхронного генератора будують для навантаження І=0,5Ін, Е=Ен і кута зсуву фаз між ЕРС і струмом, який відповідає експериментальному значенню сosφ згідно табл. 2. Методика побудови викладена в розділі 15.2. Опори фазної обмотки вказані на лабораторному стенді.

15.6. Контрольні запитання

1. Чому трифазний генератор змінного струму назвали синхронним генератором?

2. Які за конструкцією бувають ротори синхронних генераторів?

3. Яке існує співвідношення між швидкістю обертання ротора, числом його полюсів і частотою змінного струму?

4. За рахунок чого фазні ЕРС двополюсного генератора зсунуті в часі на кут ?

5. Як добиваються розподілу магнітної індукції у повітряному проміжку між полюсами і статором за синусоїдним законом?

6. Чому магнітні потоки ротора і статора обертаються у просторі з однаковою частотою?

7. Які характеристики синхронного генератора відносять до основних?

8. Чому при активно-ємнісному навантаженні зі збільшенням струму статора напруга спочатку збільшується, а потім зменшується?

9. Що показує регулювальна характеристика генератора?

10. Для чого будують векторну діаграму синхронного генератора?

168




1. это особый вид деятельности специфический характер который связан с выполнением управленческих действий
2.  права и обязанности командира полка 75
3.  Генеза та особливості національної культури
4. Причинение вреда при задержании лица, совершившего преступление
5. организация Нас интересует экономическая организация возникающая в ходе хозяйственной деятельности чел
6. Рабочая сила способность человека трудиться т
7. на тему- Подготовка аналитических материалов для принятия решения о целесообразности разработки проек
8. тема отсчета Материальная точка
9. на тему- Защита информации в Интернет
10. ТЕМА 3 реализация системного анализа при решении проблем техносферы Краткая характеристика методов
11. Позаботимся об экологии
12. ПОСПІШАЄ ГРИП СІДНЕЙ
13. Тема 8 Наем персонала
14. і. Тобто трудові правовідносини виникають змінюються і припиняються у просторі й часі не самі по собі а за пе
15. Духовно-нравственное воспитание детей средствами этнокультурного образования
16.  Нормативное регулирование ответственности договора куплипродажи в том числе с участием посредников- дого
17. I Паспортная часть Фамилия имя отчество
18. Деньги и цены
19. ТЕМА 2224. ДОГОВОР СТРОИТЕЛЬНОГО ПОДРЯДА
20. а австрийский композитор капельмейстер пианист скрипачклавесинист органист