Исследование характеристик неявнополюсных синхронных генераторов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчётно-графическая работа

Исследование характеристик неявнополюсных синхронных генераторов

1. Основные теоретические сведения

По оси ординат откладывается э.д.с. рассеяния при номинальном токе, численно равная: Е_а = I_{а. ном} х_а

Полученная точка сносится на нормальную характеристику холостого хода (точка В)

Из точки В на ось абсцисс опускается перпендикуляр (точка С), отрезок ОС в масштабе представляет собой ток возбуждения, необходимый для создания э.д.с. рассеяния Е_а

По известному значению о.к.з. определяется полный ток возбуждения, необходимый для получения номинального тока якоря в режиме короткого замыкания: I*_{в. к}, который в масштабе откладывается по оси абсцисс (отрезок ОА)

Полученный в результате построений отрезок СА представляет собой реакцию якоря в масштабе тока возбуждения, который необходим для создания э.д.с. от реакции якоря

Для построения индукционной нагрузочной характеристики реактивный треугольник параллельно перемещается, скользя вершиной В по характеристике холостого хода. Вершина А при этом описывает искомую характеристику. Реальная индукционная характеристика несколько отличается от расчётной вследствие насыщения магнитной цепи с возрастанием тока возбуждения, что учитывается в более точных расчётах. Нагрузочные характеристики при наиболее характерной для синхронных генераторов активно-индуктивной нагрузке проходят между характеристиками холостого хода и индукционной.

Внешние характеристики представляют собой зависимость напряжения от тока якоря при неизменных значениях коэффициента мощности нагрузки, частоты вращения и тока возбуждения СГ.

Регулировочные характеристики показывают, каким образом необходимо изменять ток возбуждения при изменении тока якоря и заданном значении коэффициента мощности, чтобы выходное напряжение синхронного генератора оставалось неизменным.

Обе характеристики могут быть построены с помощью практической диаграммы э.д.с. (диаграммы Потье), основным достоинством которой является учёт насыщения магнитной системы. Исходными данными для построения диаграммы Потье являются:

Характеристики холостого хода и короткого замыкания

Индуктивное сопротивления рассеяния обмоток якоря х_а

Величина тока якоря и коэффициент мощности нагрузки

Активными сопротивлениями обмоток якоря, как правило, пренебрегают. Наиболее важными являются точки, соответствующие режимам холостого хода и номинальной нагрузки.

2. Методические рекомендации

Построение диаграммы Потье

На одном графике в одинаковом масштабе строятся характеристики холостого хода и короткого замыкания

Вектор номинального напряжения U*_ном совмещается с осью ординат (отрезок ОА) и под углом , соответствующим характеру нагрузки, проводится вектор тока якоря I*_aном

Из точки А под углом 90^о по отношению к току строится вектор падения напряжения на индуктивном сопротивлении якоря (отрезок АВ): E* = = I*_ax*_a. Определяется графически сумма векторов ОА и АВ (отрезок ОВ), которая представляет собой полную э.д.с., соответствующую данному току нагрузки. Вектор э.д.с. Е*_нг опережает вектор напряжения на угол

Вектор ОВ поворачивают на угол , совмещая его с осью абсцисс, а полученная таким образом точка В' сносится на характеристику холостого хода в точку С, из которой на ось абсцисс опускается перпендикуляр СД. Полученный таким образом отрезок ОД представляет собой величину искомого тока возбуждения I*_в.нг

Точка А сносится на характеристику короткого замыкания и из полученной точки А' опускается перпендикуляр на ось абсцисс. Отрезок ОG в масштабе представляет собой ток возбуждения, соответствующий номинальному току якоря

Из этого тока необходимо выделить ток возбуждения, необходимый для преодоления э.д.с. рассеяния Е*. Для этого отрезок ОК, численно равный: ОК=АВ=Е*, откладывается по оси ординат и точка К сносится на характеристику холостого хода, а из полученной точки К' опускается перпендикуляр, который даёт отрезок ОL, численно равный току возбуждения, необходимому для создания э.д.с. рассеяния Е* Отрезок LG численно равен реакции якоря в масштабе тока возбуждения I*_в.а

Для получения полного тока возбуждения необходимо найти векторную сумму токов возбуждения I*_в.нг и I*_в.а. Для этого из точки D под углом () строится вектор DM, равный по модулю отрезку LG. Полученный таким образом вектор ОМ представляет собой полный ток возбуждения I*_в.н, необходимый для получения номинального напряжения

U*_ном

I*_а.ном

Построение внешней и регулировочной характеристик

Для получения напряжения холостого хода из точки О радиусом ОМ описывается дуга до пересечения с осью абсцисс в точке N, из которой затем восстанавливается перпендикуляр до пересечения с характеристикой холостого хода в точке Р. Отрезок NP в масштабе представляет собой напряжение холостого хода U*₀

Относительное значение падения напряжения будет равно:

Внешней характеристике принадлежат точки с координатами:

1) U* = U*₀ = E*₀; I_a = 0. (холостой ход)

2) U* = U*_ном; I*_a = I*_aном (номинальная нагрузка)

Регулировочной характеристике принадлежат точки:

1) I*_a = 0; I*_в = I*_в0 = 1 (холостой ход)

2) I*_a = I*_а.ном; I*_в = I*_в.н (номинальная нагрузка)

Промежуточные точки могут быть получены с помощью диаграммы Потье путём дополнительных построений для соответствующих значений тока якоря при неизменном коэффициенте мощности

Построение U-образных характеристик

U-образные характеристики представляют собой зависимости тока якоря от тока возбуждения при работе синхронного генератора параллельно с сетью бесконечно большой мощности и неизменном значении момента (активной мощности) нагрузки. Упрощённые U-образные характеристики учитывают только реакцию якоря, падениями напряжений на индуктивном сопротивлении рассеяния и активном сопротивлении обмоток якоря при этом пренебрегают. генератор ток замыкание

Результирующая э.д.с. генератора всегда равна и противоположна по знаку напряжению сети и определяется векторной суммой э.д.с. холостого хода Е₀ и реакции якоря Е_а:

Если мощность сети бесконечно велика, напряжение сети и э.д.с. генератора будут постоянны по величине, противоположны по знаку и равны по модулю: U_c = -E_г = const, поэтому будет постоянным и результирующий магнитный поток, а его составляющие - основной магнитный поток Ф₀ и поток от реакции якоря Ф_а изменяются по величине и по фазе при изменениях тока возбуждения, величины и характера нагрузки (рис. 5-а):

Каждая из U-образных характеристик строится для вполне определённого значения момента сопротивления, которому при постоянной частоте вращения ротора соответствуют неизменная активная мощность: Р_эм = М_с = 3Е_гI_acos и неизменная активная составляющая тока якоря: I_a.акт = I_acos . Полный ток якоря и коэффициент мощности при этом могут изменяться. Магнитные потоки заменяются соответствующими им токами возбуждения.

По условию постоянства активной мощности и активной составляющей тока геометрическим местом концов векторов полного тока якоря будет прямая N - N, которая проходит через конец вектора активного тока (точка В) параллельно горизонтальной оси

Минимально допустимому по условию устойчивости для данной нагрузки основному току возбуждения I*_{в.0 min} соответствует вектор 1-А , в системе относительных единиц равный по величине активной составляющей тока якоря и противоположно направленный Вектор полного тока в этом случае выражается отрезком О-1

Остальные точки, необходимые для построения U-образной характеристики получают путём перемещения по прямой NN вершин векторов полного тока якоря (вектора О-2, О-В, О-3, О-4)

Вектора основных токов возбуждения при соответствующих значениях полного тока якоря получают соединением точек 1, 2, В, 3, 4 с точкой А (вектора 1-А, 2-А, В-А, 3-А, 4-А)

Построения для других значений мощности и активных составляющих тока якоря ведутся аналогично и показаны пунктиром

U-образные характеристики (рис. 6) строятся для каждого значения активной мощности нагрузки следующим образом:

По оси абсцисс откладываются основные токи возбуждения, численно равные отрезкам 1-А, 2-А, В-А, 3-А, 4-А, определённым из векторных диаграмм (рис. 5-б)

По оси ординат откладываются полные токи якоря, численно равные отрезкам О-1, О-2, О-В, О-3, О-4

Точки с полученными координатами принадлежат U-образной характеристике при моменте сопротивления М_с1

Характеристики при других значениях момента сопротивления строятся аналогично

Кривая 1 соответствует минимально возможным при данной нагрузке токам возбуждения, при которых обеспечивается устойчивая работа синхронного генератора

Кривая 2 является геометрическим местом токов возбуждения, при которых обеспечиваются минимально возможные при данной нагрузке полные токи якоря

Зона между кривыми 1 и 2 является зоной недовозбуждения генератора, когда он потребляет из сети реактивную мощность

Зона справа от кривой минимальных токов якоря является зоной перевозбуждения, в которой синхронный генератор отдаёт реактивную мощность в сеть

Размещено на Allbest.ru