Нагрузка генератора, включенного на параллельную работу.

Обычно совместно на одну сеть работают несколько синхрон­ных генераторов и мощность любого из них намного меньше сум­марной мощности всех остальных генераторов. Будем считать, что синхронный генератор подключают на параллельную работу с другими генераторами, суммарная мощность которых настолько велика по сравнению с мощностью подключаемого генератора, что при любых изменениях параметров этого генератора напряжение сети  и ее частота  остаются неизменными.

Рисунок 39 – Векторные диаграммы синхронного генератора, включённого на параллельную работу в сеть большой мощности:

а – при работе без нагрузки; б – при работе с нагрузкой

                                                                                                        

После подключения генератора в сеть при соблюдении всех ус­ловий синхронизации его ЭДС  равна по значению и противоположна по фазе напряжению сети (рисунок 39, а), поэтому ток в цепи генератора равен нулю, т. е. генератор работает без нагрузки. Механическая мощность приводного двигателя P ₁  в этом случае полностью затрачивается на покрытие потерь х.х.: .

Отсутствие тока в обмотке статора синхронного генератора приводит к тому, что обмотка статора не создает вращающегося магнитного поля и в генераторе действует лишь магнитное поле возбуждения, вращающееся вместе с ротором с угловой частотой , но не создающее электромагнитного мо­мента.

 

 

 

Рисунок 40 –  К понятию об электромагнитном моменте синхронного генератора

 

Если же увеличить вращающий момент приводного двигателя , то ротор машины, получив некоторое ускорение, сместится относительно своего первоначального положения на угол  в на­правлении вращения. На такой же угол  окажется сдвинутым вектор ЭДС генератора  относительно своего положения, соответствующего режиму х. х. генератора (рисунок 39, б). В результате в цепи статора появится результирующая ЭДС , которая создаст в цепи обмотки статора генератора ток I ₁ . Если пренебречь активным сопротивлением обмотки статора и считать сопротивление этой обмотки чисто индуктивным, то ток , отстает по фазе от   на угол 90° (рисунок 39, б) и отстает по фазе от ЭДС  на угол .

Ток I ₁ создает магнитное поле, вращающееся синхронно с ротором и создающее вместе с полем ротора результирующее магнитное поле синхронной машины. Ось этого результирующего поля d '— d ' не совпадает с продольной осью полюсов ротора d – d : в синхронном генераторе ось полюсов ротора d - d опережает ось результирующего поля машины d ^’ - d ^’ на угол  (рисунок 40, а).

Известно, что разноименные магнитные полюсы взаимно притягиваются, поэтому между намагниченными полюсами ротора и неявно выраженными полюсами вращающегося поля статора возникают силы магнитного притяжения  (рисунок 40, б). Вектор это и силы на каждом полюсе ротора, направленный под углом  к оси полюса, имеет две составляющие:  – нормальная  составляющая, направленная по оси полюсов, и  – тангенциальная составляющая, направленная перпендикулярно оси полюсов ротора. Совокупность тангенциальных составляющих F ₁ на всех полюсах ротора создает на роторе синхронного генератора электромагнитный момент, направленный встречно вращающему­ся магнитному полю:

 

, 

            

где D ₂ – диаметр ротора.

Из полученного выражения следует, что электромагнитный момент синхронной машины является синусоидальной функцией угла   и может быть представлен выражением

 

,

                                       

где М _max – максимальное значение электромагнитного момента, соответствующее значению угла  = 90 эл. град.

Электромагнитный момент М, возникающий на роторе генератора направлен встречно вращающему моменту приводного двигателя , т. е. он является тормозящим моментом. На преодоление этого момента затрачивается часть мощности приводного двигателя, которая представляет собой электромагнитную мощность

,   

                                              

где  – угловая частота вращения ротора.

Таким образом, с появлением тока I ₁ в обмотке статора синхронного генератора, работающего параллельно с сетью, генератор получает электрическую нагрузку, а приводной двигатель (турбина, дизельный двигатель и т. п.) получает дополнительную механическую нагрузку. При этом механическая мощность приводного двигателя  расходуется не только на покрытие потерь х. х. генератора , но и частично преобразуется в электромагнитную  мощность генератора Р_эм, т. е.

.     

                   

  Следовательно, электромагнитная мощность синхронного ч тора представляет собой электрическую активную мощность, преобразованную из части механической мощности приводного двигателя:

                                                       .

 

Что же касается активной мощности на выходе синхронного генератора , отдаваемой генератором в сеть, т. е.

 

 ,

                         

то она меньше электромагнитной мощности Р_эм  на значение, равное сумме электрических потерь в обмотке статора  и добавочных потерь  при нагрузке

.

 

    Следовательно, мощность на выходе синхронного генератора,   (активная  нагрузка) при его параллельной работе с сетью регулируется изменением вращающего момента   приводного двигателя:

 

,

где  – угловая синхронная скорость вращения ротора синхронной машины, рад/с.

Если разделить на угловую частоту , то получим уравнение моментов

.

 

Из этого уравнения следует, что вращающий момент , развиваемый приводным двигателем на валу генератора, равен сумме противодействующих моментов: момента х. х. , обусловленного потерями х. х.  и электромагнитного момента М, обусловленного нагрузкой генератора.

Момент х. х.  для данного генератора постоянен ( = соnst), поэтому нагрузка синхронного генератора возможна лишь за счет вращающего момента приводного двигателя, когда его значение превышает момент х. х., т. е. при .

Порядок выполнения работы:

1. Выполнить задание лабораторной работы.

2. Составить отчет.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Ход работы:

Состав электрической схемы соединений (рисунок 41):

G1 – трехфазный источник питания;

G2 – источник питания двигателя постоянного тока;

G3 – возбудитель синхронной машины;

G5 – преобразователь угловых перемещений;

G6 – машина переменного тока;

М2 – машина постоянного тока;

А2 – трехфазная трансформаторная группа;

А6 – трехполюсный выключатель;

А17 – блок синхронизации;

Р2 – измеритель мощностей;

Р3 – указатель частоты вращения;

Р4 – измеритель напряжений и частот.

 

 

Рисунок 41 – Электрическая схема соединений

 

 

Источник G1 – источник синусоидального напряжения промышленной частоты.

Источник питания двигателя постоянного тока G2 используется для питания регулируемым напряжением якорной обмотки и нерегулируемым напряжением обмотки возбуждения машины постоянного тока М2, работающей в режиме двигателя с независимым возбуждением.

Возбудитель G3 служит для питания обмотки возбуждения машины переменного тока G6, работающей в режиме синхронного генератора.

Синхронный генератор G6 связан с сетью (источником G1) через блок синхронизации А17, трехфазную трансформаторную группу А2 и выключатель А6.

Преобразователь угловых перемещений G5 генерирует импульсы, поступающие на вход указателя частоты вращения Р3 электромашинного агрегата.

С помощью измерителя Р2 контролируются активная и реактивная мощности, развиваемые испытуемым генератором G6.

С помощью измерителя Р4 контролируются напряжения и их частоты со стороны генератора G6 и со стороны электрической сети.

 

Задание.

- Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

- Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока.

- Соедините гнезда защитного заземления " " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" трехфазного источника питания G1.

- Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.

- Переключатели режима работы источника G2, возбудителя G3, выключателя А6 и блока синхронизации А17 переведите в положение "РУЧН.".

- Регулировочные рукоятки источника G2 и возбудителя G3 поверните против часовой стрелки до упора.

- Установите переключателем в трехфазной трансформаторной группе А2 номинальные напряжения: вторичных обмоток трансформаторов – 220 В.

- Включите выключатели "СЕТЬ" выключателя А6, блока синхронизации А18, измерителя мощностей Р2 и указателя Р3.

- Включите источник G1. О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

- Включите выключатель "СЕТЬ" и нажмите кнопку "ВКЛ." источника G2.

- Вращая регулировочную рукоятку источника G2, установите частоту вращения двигателя М2 (генератора G6) 1500 мин^–1.

- Включите выключатель А6 нажатием на кнопку "ВКЛ" на его передней панели.

- Включите выключатель "СЕТЬ" и нажмите кнопку "ВКЛ." возбудителя G3.

- Вращая регулировочную рукоятку возбудителя G3, установите напряжение между фазами (линейное) генератора G6 равным напряжению между одноименными фазами сети.

- Обеспечьте условия синхронизации (см. таблицу 15), после чего, нажатием на кнопку "ВКЛ." блока синхронизации А17, подключите генератор G6 к сети.

- Убедитесь, что генератор G6 вошел в режим синхронной работы с сетью, о чем должно свидетельствовать отсутствие колебаний значений его режимных параметров.

- Вращая регулировочную рукоятку источника G2, нагрузите генератор G6 активной мощностью, например, до 30 Вт, которую определяйте утроением показаний ваттметра измерителя Р2.

- Вращая регулировочную рукоятку возбудителя G3, нагрузите генератор G6 реактивной мощностью с отстающим (опережающим) коэффициентом мощности, например, до 30 ВАр, которую определяйте утроением показаний варметра измерителя Р2.

- Для отключения генератора G6 от сети: разгрузите его по активной и реактивной мощностям, нажмите кнопку "ОТКЛ." блока синхронизации А17, поверните регулировочные рукоятки сначала у возбудителя G3, а затем у источника G2 против часовой стрелки до упора, отключите выключатели "СЕТЬ" блоков, задействованных в эксперименте, отключите источник G1 нажатием на кнопку – гриб и последующим отключением ключа – выключателя.

- Отключите стенд и разберите схему.

 

Таблица 15 – Условия точной синхронизации

 

Условие	Средство контроля	Критерий  выполнения условия	Критерий невыполнения  условия	Рекомендации по выполнению условия
1	2	3	4	5
Равенство напряжений синхронного генератора и сети	Вольтметры со стороны синхронного генератора и сети	Напряжения со стороны синхронного генератора и сети равны	Напряжения со стороны синхронного генератора и сети не равны	Регулировать напряжения возбуждения синхронного генератора до момента выравнивания напряжений со стороны синхронного генератора и сети
Одинаковое чередование фаз напряжений синхронного генератора и сети	Лампы в разрывах фаз	Лампы в фазах: периодически одновременно загораются и гаснут (частоты напряжений не равны); горят (напряжения в противофазе); не горят (напряжения синфазные)	Лампы в фазах периодически не одновременно загораются и гаснут, создавая эффект “кругового огня”	Переключить любые две фазы синхронного генератора

 

Продолжение таблицы 15

 

1	2	3	4	5
Равенство частот синхронного генератора и сети	Лампы в разрывах фаз или синхроноскоп	Лампы в фазах горят постоянно без мерцания (напряжения в противофазе) или не горят (напряжения синфазные); стрелка синхроноскопа неподвижна	Лампы в фазах загораются с частотой скольжения; стрелка синхроноскопа вращается	Регулировать частоту вращения синхронного генератора
Синфазность напряжений синхронного генератора и сети	Лампы в разрывах фаз или синхроноскоп	Лампы в фазах не горят; стрелка синхроноскопа смотрит вверх	Лампы в фазах горят; стрелка синхроноскопа не смотрит вверх	Регулировать частоту вращения синхронного генератора до погасания ламп

 

Контрольные вопросы:

 

1. Чем отличаются синхронные машины от асинхронных?

2. Какие вы знаете способы возбуждения синхронных машин и в чем их различия?

3. Каковы конструктивные особенности синхронных машин?

4. Как влияет нагрузка на характеристики генератора?

5. В чем заключается реакция якоря?

6. Какие виды потерь имеют место в синхронной машине?

7. Как включить генераторы на параллельную работу с сетью?

8. Как нагрузить генератор, включенный на параллельную работу?

9. Что представляет собой метод точной синхронизации?

10. Что представляет собой самосинхронизация генераторов?

 

 

Лабораторная работа №8

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться: