Анализ результатов лабораторной работы. Анализируя результаты лабораторной работы, дают заключение о соответствии характеристик генератора, полученных опытным путем

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 11Следующая ⇒

Анализируя результаты лабораторной работы, дают заключение о соответствии характеристик генератора, полученных опытным путем, типовым характеристикам, приведенным в [5]. При этом объясняют физические процессы, обусловившие форму того или иного графика. Например, объясняют, почему характеристика холостого хода имеет криволинейный вид, а ее ветви при намагничивании и размагничивании не совпадают. При сравнении опытной характеристики холостого хода с нормальной следует дать количественную оценку расхождению этих характеристик, рассчитав наибольшую величину этого расхождения (%):

где Е_0опи Е_0опрм*- относительные значения напряжений холостого хода, взятые по опытной и нормальной характеристикам холостого хода соответственно при токе возбуждения I_Bсоответствующем наибольшему расхождению этих характеристик.

При анализе внешних и регулировочных характеристик генератора следует объяснить причины, вызвавшие их расхождение при активной и активно-реактивной видах нагрузки. Рассматривая свойства генератора, целесообразно воспользоваться понятиями номинального изменения напряжения при сбросе нагрузки (11.1) и номинального изменения тока возбуждения (11.2).

Анализируя результат опыта короткого замыкания, необходимо объяснить причины прямолинейности характеристики короткого замыкания.

Контрольные вопросы

1. Какова конструкция синхронных машин с явнополюсным и неявно полюсным роторами?

2. Какие способы возбуждения применяют в синхронных генераторах?

3. Можно ли регулировать напряжение синхронного генератора изменением частоты вращения ротора?

4. Почему характеристики холостого хода синхронного генератора при намагничивании и размагничивании не совпадают?

5. Почему внешние и регулировочные характеристики синхронного генератора, снятые при разных видах нагрузки, не совпадают?

6. Чем объясняется прямолинейный вид характеристики короткого замыкания синхронного генератора?

7. Что такое отношение короткого замыкания синхронного генератора и как влияет его величина на свойства генератора?

Вывод: Изучил устройство синхронного генератора и приобрел практические навыки в сборке схем и снятии характеристик; получить экспериментальное подтверждение теоретическим сведениям о свойствах синхронного генератора.

Форма отчетности: Устная защита работы.

Лабораторная работа №3

Тема: Исследование трехфазного синхронного генератора.

Цель работы. Изучить устройство синхронного генератора и приобрести практические навыки в сборке схем и снятии характеристик; получить экспериментальное подтверждение теоретическим сведениям о свойствах синхронного генератора.

Время проведения: 2 часа.

Формируемые компетенции: ПК 1-ПК 3.

Общие сведения:

Устройство синхронных машин

Общие сведения. Синхронной (рис. 1) называется машина переменного тока, ротор которой вращается с частотой, равной частоте вращающегося магнитного поля, созданного обмоткой статора, включенной в электрическую сеть. Частота вращения синхронной машины в установившемся режиме не зависит от ее нагрузки и определяется частотой тока f в обмотке статора и числом пар полюсов р машины: n = 60f/р. В станину машины запрессован сердечник 1 статора, в пазах которого уложена трехфазная обмотка придет во вращение и постепенно достигнет частоты вращения, близкой к частоте вращения поля статора. Далее необходимо подать постоянный ток в обмотку возбуждения. При этом произойдет сцепление полей ротора и статора, после чего частота вращения ротора станет неизменной и соответствующей частоте тока сети.

Рисунок 1 - Устройство синхронной машины:

1— сердечник статора, 2—обмотки статора,

3 – полюс ротора, 4— контактные кольца,

5—подшипниковый щит, 6—подшипник (корпус), 7—вал, 8—станина

Синхронные машины выпускают с двумя конструктивными модификациями роторов. При сравнительно невысоких частотах вращения (до 1500 об/мин) широко применяют явнополюсные роторы, отличающиеся простотой конструкции и большими массами полюсов (рис. 2, а). При высоких частотах вращения применяют неявнополюсные роторы (рис. 2, б), так как явновыраженные полюса при вращении создают значительные центробежные силы, угрожающие прочности конструкции. В неявнополюсных роторах обмотку воздения распределяют по пазам ротора и надежно закрепляют.

Рисунок 2 - Конструктивные схемы роторов синхронных машин:

а — явнополюсного, б – неявнополюсного

Статор синхронной машины Станина синхронных машин имеет цилиндрическую форму и изготовляется литьем из серого чугуна, силумина; для крупных машин станину изготовляют из стальных листовых сварных конструкций. Внутри станина имеет продольные ребра, равномерно расположенные по внутренней ее поверхности. Между этими ребрами запрессован сердечник статора.

Ротор синхронной машины. Сердечник явнополюсного ротора состоит из полюсов и ярма , укрепленных на корпусе . Полюса набирают из листов обычной листовой стали Ст 3 толщиной 1-1,5 мм и прессуют между литыми или коваными нажимными щеками 4 с помощью шпилек . Иногда вместо шихтованных применяют литые полюса, что оказывается возможным из-за отсутствия сильных переменных магнитных полей в зоне их расположения.

Ярма роторов машин малой и средней мощности выполняют массивными. В этом случае полюса крепят к ярму радиальными болтами. В машинах большой мощности ярма выполняют шихтованными из штампованных листов стали Ст 3 толщиной до 6 мм или из листов толщиной до 100 мм. Из листов образуют пакеты , разделенные каналами , и прессуют стяжными шпильками. Полюса соединяют с ярмом креплением Т-образных хвостовиков в пазах ярма клиньями . Если диаметр ротора превышает 2—4 м, ярма изготовляют из сегментов, прессуемых шпильками на сварном ободе. Обод жестко связан спицами с втулками, а втулки насажены на вал. Hа каждом полюсе установлена катушка обмотки возбуждения. Выводы от обмотки возбуждения соединены с контактными кольцами.

Схема испытательной установки

Порядок выполнения работы

Схема соединений. На рис. 11.1 представлена схема соединений синхронного генератора. Для привода генератора применен двигатель постоянного тока параллельного возбуждения. Свойства этого двигателя позволяют путем изменения тока в обмотке возбуждения ОВ с помощью регулировочного реостата r_рг стабилизировать частоту вращения так, чтобы она при любой нагрузке генератора оставалась неизменной и равной синхронной частоте вращения.

Пуск двигателя осуществляют следующим образом: ставят рукоятку пускового реостата ПР в положение «Пуск», а движок регулировочного реостата r_рг — в положение, соответствующее его минимальному сопротивлению; затем включают автомат QF и медленно переводят рычаг ПР в положение «Работа». Затем движок реостата r_рг ставят в положение, соответствующее синхронной частоте вращения. После включения цепи возбуждения генератора рубильником QS3 контроль за частотой вращения удобно вести по показанию частотомера Рƒ показание которого не должно отличаться от номинальной частоты тока в обмотке статора, например 50 Гц.

Для остановки двигателя необходимо отключить автомат QF и поставить рычаг ПР в положение «Пуск».

После сборки схемы (рис. 11.1) и проверки ее преподавателем выполняют пробный пуск генератора. Для этого пускают приводной двигатель и, замкнув рубильник QS3, постепенно повышают ток I_в в обмотке возбуждения генератора, наблюдая за показаниями вольтметра PV и частотомера РƒЗатем, увеличивая сопротивление реостата r_рг в цепи возбуждения приводного двигателя, устанавливают синхронную частоту вращения. После этого, регулируя силу тока возбуждения генератора потенциометром RP, устанавливают на выходе генератора номинальное напряжение U_1ном.

Характеристика холостого хода— это зависимость ЭДС генератора в режиме холостого хода Е₀ от тока в обмотке возбуждения генератора 7_В при номинальной (синхронной) частоте вращения. Характеристику холостого хода принято строить в относительных величинах ЭДС Е₀* и тока возбуждения

За базовые величины при определении относительных значений ЭДС и тока возбуждения принимают соответственно номинальное значение напряжения на выходе генератора U_1ном и ток возбуждения I_в0ном соответствующий ЭДС холостого хода, равной номинальному напряжению генератора.

После пуска приводного двигателя и установки номинальной частоты вращения доводят силу тока возбуждения генератора I_В до значения, при котором ЭДС холостого хода Е₀ = l,3U_1ном, а затем постепенно уменьшают ток возбуждения до нуля. При этом через приблизительно одинаковые интервалы ЭДС Е₀ снимают показания приборов (амперметра РА2 и вольтметра PV) и заносят их в табл. 11.1.

Показания приборов, снятые при увеличении тока возбуждения (при намагничивании), соответствуют восходящей ветви характеристики холостого хода, а показания, снятые при уменьшении тока возбуждения (при размагничивании), — нисходящей ветви этой характеристики.

За характеристику холостого хода принимают среднюю линию, проведенную между восходящей и нисходящей ветвями. При снятии данных восходящей ветви характеристики холостого хода не обходимо, чтобы изменение тока возбуждения I_Bпроисходило только в направлении нарастания, а при снятии данных нисходящей ветви — только в направлении убывания. Для сравнения характеристики холостого хода, полученной опытным путем, с нормальной характеристикой холостого хода синхронной машины следует обе характеристики строить в одних осях координат.

Ниже приведены данные нормальной характеристики холостого хода синхронной машины:

1_B *......................... 0,6 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

Е_{0 *}....................... 0,58 1,0 1,21 1,33 1,40 1,46 1,51

Внешняя характеристика— это зависимость напряжения на выходе генератора U₁ от тока нагрузки I₁ при неизменных частоте вращения (n₂ = n₁), токе возбуждения I_B = const и коэффициенте мощности cosφ₁= const.

Опыт проводят следующим образом. Включают приводной двигатель, устанавливают синхронную частоту вращения п₂ = n₁ поддерживают ее неизменной в течение всего опыта. Затем подключают активную нагрузку (включением рубильника QS1) и регулируют сопротивление нагрузки R_н и силу тока возбуждения таким образом, чтобы при номинальном напряжении (U₁ = U_1ном) ток нагрузки генератора был номинальным (I₁ = I_1ном)- Потом постепенно разгружают генератор до холостого хода (U₁ = 0) и получают данные внешней характеристики при активной нагрузке (cos φ₁ = 1). После этого опыт повторяют при активно-индуктивной нагрузке (QS1 разомкнут, QS2 замкнут). Показания амперметра РА и вольтметра PV заносят в табл. 11.2 и строят две внешние характеристики генератора в одних осях координат.

При cosφ₁ = 1 и cost< 1 номинальное изменение напряжения генератора при сбросе нагрузки (%)

где U₀ = Е₀ — напряжение генератора в режиме холостого хода, В. Регулировочная характеристикапредставляет собой зависимость тока возбуждения генератора I_в от тока нагрузки I₁при неизменных частоте вращения n₂ = n₁и напряжении U₁ = U_1ном.

Форма отчетности: Устная защита работы.

Лабораторная работа №4.Исследование реакторного пуска синхронного двигателя

Цель работы. Изучить устройство синхронного двигателя и приобрести практические навыки построения схем пуска синхронных двигателей.

Время проведения: 2 часа.

Формируемые компетенции: ПК 1-ПК 3.

Синхронный двигатель выполнен так же, как и синхронный генератор. Его обмотка якоря подключена к сети трехфазного тока, в обмотку возбуждения ток подается от постороннего источника постоянного тока.

Частота вращения ротора постоянна и не зависит от нагрузки. Механическая характеристика двигателя абсолютно жесткая, выпадение из синхронизма является аварийным режимом. Рабочая характеристика (рис. 13), представляющие собой зависимости тока Iа, электрической мощности Р, поступающей в обмотку якоря, КПД и от отдаваемой механической мощности при постоянных значениях Uс и f и неизменный ток возбуждения.

Синхронные машины могут работать при =1. При работе с опережающим током синхронные двигатели служат генераторами реактивной мощности, поступающей в асинхронные двигатели, что снижает потребление этой мощности от генераторов электростанций.

Недостатками синхронных двигателей являются сложность конструкции по сравнению с АД и сложность пуска в ход; трудность с регулированием скорости вращения. Они применяются только при мощностях свыше 100 кВт, когда важно иметь высший и уменьшенные габариты, здесь они предпочтительнее асинхронного.

Синхронная машина имеет следующие особенности:

1. Ротор вращается с постоянной частотой вращения, равной частоте вращения магнитного поля, т.е. n = n₁;

2. Частота изменения ЭДС, индуцируемой в обмотке статора пропорциональна частота вращения ротора;

3. В обмотке ротора ЭДС не индуцируется, а магнитное поле создается постоянным током, подводимым к электромагниту от внешнего источника.

В качестве источника постоянного тока может служить генератор постоянного тока (возбудитель), установленный на валу ротора синхронной машины или полупроводниковый выпрямитель, присоединенный к обмотке статора

Контрольные вопросы

Как устроен и работает синхронный двигатель (СД)?
Есть ли у СД скольжение?
На какие типы подразделяются СД? Каковы их характеристики?
Расскажите о конструкции СД.
Как осуществляется пуск в ход СД?
В каких случаях применяется реакторный пуск СД?

Вывод: Изучил устройство синхронного двигателя и схему реакторного пуска СД.

Форма отчетности: устная защита работы.

Лабораторная работа №5.

Тема: Исследование методов защиты ротора синхронных генераторов от перегрева и механических перегрузок.

Цель работы: Исследовать методы защиты ротора синхронных генераторов от перегрева и механических перегрузок.

Профессиональные компетенции: ПК1-ПК3

Время проведения: 2часа.

Теоретические сведения

В турбогенераторах и гидрогенераторах роторы при вращении испытывают большие механические нагрузки от действия центробежных сил. Величина центробежных сил пропорциональна диаметру ротора и квадрату частоты его вращения. Поэтому диаметры ротора даже крупных генераторов незначительно превышают 1 метр кроме диметров ротора тихоходных гидрогенераторов, которые достигают больших размеров в диаметре (до 10метров). Ротор турбогенератора кроме воздействия центробежных сил испытывает большие напряжения от знакопеременных изгибающих сил, так как плоскость изгиба остается неподвижной. Высока и тепловая нагрузка ротора турбогенератора. Тепловые потери в роторе с поверхностным охлаждением в 1,5 раза выше чем в статоре. Пазовая изоляция между витками и под клином находится под воздействием высокой температуры. Чтобы выдержать большие механические нагрузки температура обмотки ротора должна длительно выдерживать температуру 130-150 градусов. Роторы крупных турбогенераторов выполняются из цельной поковки легированной хромникельмолибденовой или то же с добавленим ванадия. Данная сталь обладает высокими механическими свойствами. Роторы генераторов меньшей мощности отливают из углеродистой стали повышенного качества.

Для уменьшения стопериодной вибрации, вызванной неодинаковой его жесткостью по оси перпендикулярной зубцам выполняют поперечные надрезы в больших зубцах.

Для предотвращения деформации от центробежных сил лобовые части обмотки ротора закрепляются роторными бандажами, состоящими из бандажного и центрирующего колец.

Материал из которого изготавливаются бандажные кольца должны иметь высокую прочность и пластичность. Бандажные кольца изготавливают из немагнитной высокопрочной хромникельмарганцевой стали, подвергающейся сложной обработке.

Даже принятие таких мер дает запас по прочности бандажных колец 1,5-1,6 тогда как для бочки ротора этот запас достигает 1,7-2,0.

Значение прочности бандажных колец очень велико, так как из за их разрыва могут возникнуть большие разрушения обмотки как статора так и ротора и ремонт генератора становится нецелеобразным.

Для турбогенераторов разной мощности в зависимости от типа охлаждения применяются разные рассчитанные конструкции бандажных колец.

Выводы:

1).роторы турбогенераторов испытывают большие механические и тепловые нагрузки.

2). роторы турбогенераторов являются сложной и дорогой механической конструкцией, изготовленной по специальной технологии.

3).Для защиты роторов выполняют специальные защитные мероприятия такие как:

а) Применение специальных легированных сталей

б) Применение специальных бандажных колец для крепления обмотки лобовой части.

в) Выполнение надрезов в больших зубцах обмотки ротора

г) Обеспечение надежного контакта между бандажным кольцом и бочкой ротора в несимметричном режиме работы генератора по загрузке фаз.

д) Улучшение свойств пазовой изоляции за счет применения стеклоткани, пропитанной лаком.

е) Применение защиты ротора от прогиба вала в середине с применением датчиков биений вала ротора по его концамю

ж) Покрытие серебром (напыление) части обмотки ротора для зажиты от перегрева

з) Применение мероприятий проектных и научно-исследовательских институтов по новым типам генераторов в части защиты роторов от перегрузок и перегревов.

Вывод: Изучил методы защиты ротора синхронных генераторов от перегрева и механических перегрузок.

Форма отчетности: устная защита работы.

Лабораторная работа №6

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 2857; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!