Что показывает регулировочная характеристика

4. Регулировочные характеристики.

Зависимость тока возбуждения генератора от тока якоря генератора при неизменном напряжении на клеммах обмотки якоря , неизменном характере нагрузки ( ) и неизменной частоте вращения ротора (n = const) называют регулировочной характеристикой .

Регулировочная характеристика показывает, как нужно регулировать ток возбуждения генератора при изменении тока нагрузки, чтобы напряжение генератора оставалось неизменным по величине.

В таблицу 4 запишем результаты исследования, по которым построим регулировочную характеристику.

U_H = 127, В

I _f  0.1 о.е.

I _f  0.461, о.е.

По регулировочным характеристикам определим относительное изменение тока возбуждения, необходимое для поддержания напряжения на клеммах обмотки якоря при переходе от холостого хода к номинальной нагрузке:

Строим график регулировочной характеристики:

Рисунок 5 – Регулировочные характеристики

5. Характеристики короткого замыкания.

Зависимость тока якоря генератора от тока возбуждения генератора при неизменной частоте вращения ротора генератора , и при напряжении на клеммах обмотки якоря равном нулю, называют характеристикой короткого замыкания I_K  f (I _f ).

При проведении опытов КЗ, будем изменять электрические схемы обмотки якоря генератора.

Рисунок 6 – Электрические схемы обмотки якоря опытов короткого замыкания:

а – трёхфазного, б – двухфазного, в – однофазного

I к3

I к2

I к1

Построим характеристики короткого замыкания в одних осях.

Рисунок 7 – Характеристики КЗ

Анализ полученных результатов:

ХХ: Полученная характеристика холостого хода является неполной, так как представляет собой только часть петли гистерезиса. Данная характеристика нелинейная из-за присутствующих потерь напряжения.

Чтобы сделать вывод о степени насыщения магнитной цепи, необходимо продлить линейный участок зависимости: чем ближе нелинейная часть к продолжению линейного участка, тем меньше насыщение цепи. Нормальный коэффициент насыщения .

Если коэффициент насыщения K_μ будет меньше 1.2, это будет значить, что машина будет не насыщена. Если K_μ > 1.35, то машина перенасыщена, у ней большое магнитное сопротивление, машина будет греться при работе.

НГ: Нагрузочная активно-индуктивная характеристика располагается ниже характеристики холостого хода вследствие двух причин: 1) падение напряжения, 2) размагничивающее действие реакии якоря при индуктивной нагрузке.

ВН: С увеличением тока нагрузки увеличивается действие реакции якоря и величина падения напряжения. В результате этого напряжение на нагрузке меняется. При чисто активной нагрузке реакция якоря генератора поперечная, направленная поперек оси полюсов ротора и оказывающая в основном искажающее действие на магнитное поле, а при активно-индуктивной нагрузке – поперечно-продольная.

В последнем случае продольная составляющая реакции якоря направлена навстречу полю полюсов (оказывает размагничивающее действие) и уменьшает магнитный поток машины, что приводит к уменьшению напряжения. Поэтому внешняя характеристика при активно-индуктивной нагрузке располагается ниже характеристики при активной нагрузке.

РЕГ: При увеличении тока R–L-нагрузки для компенсации падения напряжения и размагничивающего действия реакции якоря необходимо увеличивать ток возбуждения. При активно-индуктивной нагрузке регулировочная характеристика проходит выше, чем при чисто активной R-нагрузке. При активно-емкостной R–С-нагрузке регулировочная характеристика проходит ниже, чем при чисто активной нагрузке.

КЗ: На наклон к оси абсцисс характеристик КЗ будет влиять размагничивающее действие реакции якоря. Чем больше размагничивающее действие реакции якоря, тем меньше установившийся ток короткого замыкания и, соответственно, меньше угол наклона. Размагничивающее действие реакции якоря максимальное при трехфазном коротком замыкании (ток короткого замыкания минимальный) и минимальное при однофазном коротком замыкании (ток короткого замыкания максимальный).

Линейность характеристик короткого замыкания объясняется тем, что основной магнитный поток и потоки рассеяния обмоток генератора при коротком замыкании не оказывают заметного влияния на насыщение железа магнитной цепи. Индуктивные сопротивления, характеризующие короткие замыкания, остаются постоянными, а характеристики короткого замыкания – линейными.

Характеристика КЗ не будет проходить через начало координат, если опыт будет проводиться без предварительного размагничивания. Иначе говоря, в синхронном генераторе присутствует остаточный магнитный поток, при котором ток I не будет равен 0 даже при нулевом токе возбуждения.

9. Регулировочная характеристика синхронного генератора.

Регулировочная характеристика. Регулировочная характеристика представляет собой зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при неизменных значениях напряжения на зажимах генератора, скорости вращения и cosφ, т.е.:

I_В = ƒ(I_Н), при U = const, cosφнагр = const и n = const,

где I_В – ток возбуждения генератора, I_Н – ток нагрузки.

Практически при эксплуатации синхронных генераторов необходимо поддерживать на их зажимах неизменное напряжение независимо от величины и вида нагрузки.

Регулировочная характеристика показывает, как надо изменять ток в цепи возбуждения, чтобы с изменением нагрузки на генератор напряжение на его клеммах оставалось неизменным. Вид регулировочных кривых показан на рис. 1.

10. Характеристика 3-х фазного короткого замыкания синхронного генератора.

Характеристика 3-х фазного КЗ: снимается при замыкании зажимов всех фаз обмотки якоря накоротко и определяет зависимостьI=f(i_f) приU=0 иf=f_н.

Пренебрегая активным сопротивлением якоря уравнение в режиме КЗ имеет вид:

Так как на индуктивном сопротивлении рассеяния фазы падение напряжения мало (ЭДС от результирующего магнитного потока индуцируется магнитным потоком малой величины) магнитная цепь не насыщена и характеристика имеет линейный характер.

11. Параллельная работа синхронных генераторов.

Для включения синхронного генератора на параллельную работу необходимо выполнить следующие условия: 1. Напряжение подключаемой машины должно быть равно напряжению сети или работающей машины. 2. Частота подключаемого генератора должна быть равна частоте сети. 3. Напряжения всех фаз подключаемой машины должны быть противоположны по фазе напряжениям соответствующих фаз сети или работающей машины. 4. Для подключения на параллельную работу трехфазного синхронного генератора необходимо также обеспечить одинаковое чередование фаз подключаемой машины и сети.

Подготовку к включению на параллельную работу синхронного генератора ведут следующим образом. Приводят во вращение первичный двигатель и регулируют его скорость вращения так, чтобы она была примерно равна номинальной. Затем возбуждают генератор и, следя за показаниями вольтметра, под

ключенного к зажимам статора, регулируют напряжение машины при помощи реостата в цепи возбуждения до тех пор, пока оно не станет равным напряжению сети. Воздействуя на регулятор первичного двигателя и наблюдая за показаниями частотомера, устанавливают более точно скорость машины так, чтобы частота генератора была равна частоте сети. Тем самым первое и второе условия для включения на параллельную работу будут выполнены. Для выполнения третьего условия, а также для установления полного равенства частот служат фазные лампы. Фазные лампы для машин однофазного тока включаются по двум схемам: на потухание (рис 1, а) и на горение (рис. 1, б). При совпадении фаз сети и машины лампы, включенные по схеме а, погаснут, а по схеме б будут гореть полным накалом. В этот момент и нужно включить рубильник генератора.

Для машин трехфазного тока фазные лампы включаются также по двум схемам: на потухание (ри. 2, а) и на вращение света (рис 2, б). Лампы, включенные по схеме а, при одинаковом чередовании фаз сети и машины будут сначала быстро и одновременно мигать, затем мигание их становится все реже и реже и, когда лампы медленно погаснут, нужно включить рубильник генератора. Для более точного определения момента включения рубильника часто ставят так называемый нулевой вольтметр, имеющий двустороннюю шкалу. При одинаковом чередовании фаз сети и машины лампы, включенные по схеме б, будут мигать поочередно, и если их расположить по кругу, то получится впечатление вращающегося света. Скорость вращения света зависит от разности частот. Генератор нужно включить в момент, когда лампы, включенные накрест, загорятся полным накалом, а третья лампа погаснет. Иначе говоря, рубильник удобнее включить в момент, когда меняется направление вращения света.

При неодинаковом порядке чередования фаз лампы, включенные по схеме а, дадут вращение света, а по схеме б будут одновременно загораться и потухать. Для изменения порядка чередования фаз машины два любых ее провода, подходящие к рубильнику, нужно поменять местами. Включение фазных ламп высоковольтных генераторов осуществляется через измерительные трансформаторы напряжения (гл. четырнадцатая, 171).

Таким образом, с помощью фазных ламп мы можем определить противоположность фаз, установить равенство частот и порядок чередования фаз сети и подключаемой машины. Чередование фаз машины можно также определить, пользуясь особым прибором — фазоуказателем, представляющим собой небольшой асинхронный двигатель-Направление вращения диска фазоуказателя показывает порядок чередования фаз. Когда синхронный генератор работает параллельно с сетью, скорость вращения его остается постоянной, равной синхронной.

Процесс подготовки генератора для включения его на параллельную работу называется синхронизацией. В последние годы получил распространение метод включения синхронных генераторов на параллельную работу, называемый самосинхронизацией. Сущность этого метода заключается в следующем. Первичным двигателем разворачивают генератор и устанавливают приблизительно синхронную скорость. Замыкают обмотку возбуждения на дополнительное

сопротивление, равное 3—5-кратному значению ее сопро тивления. Включают рубильник, соединяющий генератор с сетью. Переключают обмотку возбуждения с дополнительного сопротивления к питающему ее источнику постоянного напряжения. После этого генератор сам входит в синхронизм.

Проделаем следующий опыт. В цепь статора синхронного генератора включим амперметр, ваттметр и фазометр. В цепь возбуждения генератора включим амперметр. Включим гене ратор на параллельную работу и дадим ему некоторую активную нагрузку. Увеличивая ток возбуждения при помощи реостата в цепи возбуждения, будем наблюдать показания приборов. Оказывается, что активная мощность, отдаваемая генератором в сеть, остается практически постоянной и во время опыта ваттметр будет давать неизменные показания. При неизменной активной нагрузке ток в цепи статора при некотором значении тока возбуждения получается минимальным. Это соответствует чисто активному току нагрузки генератора (=1). Если к генератору подключить различные активные нагрузки, то каждому значению активной нагрузки будет соответствовать определенный ток возбуждения, при котором=1. При увеличении тока возбуждения сверх этого значения возникает отстающий реактивный ток. Фазометр будет показывать уменьшениеи генератор будет отдавать в сеть отстающую реактивную мощность. Наоборот, если уменьшать ток возбуждения и сделать его меньшим указанного значения, то появится опережающий реактивный ток. Фазометр снова покажет уменьшение, и генератор будет для создания своего вращающегося поля потреблять из сети отстающую реактивную мощность.

Зависимость тока статора (якоря) синхронного генератора от тока возбуждения при постоянной активной мощности называется U-образной характеристикой машины, получившей свое название за внешний вид кривой, напоминающей букву U. На фиг. 257 показана U-образная характеристика синхронного генератора.

4.4.4. Регулировочная характеристика

Под регулировочной характеристикой понимают зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при постоянном номинальном напряжении на зажимах генератора и неизменной номинальной частоте вращения якоря.

Регулировочная характеристика показывает, каким образом необходимо изменять ток возбуждения для поддержания неизменным напряжения на зажимах генератора при изменении тока нагрузки. Если снимать характеристику при увеличении тока нагрузки до номинального значения и затем при уменьшении его до нуля, то значения токов возбуждения при одних и тех же токах нагрузки будут различными. Это говорит о неоднозначности кривой намагничивания магнитного материала сердечника. Снятая таким способом регулировочная характеристика будет такой, какой она представлена на рис. 4.8. При увеличении тока нагрузки напряжение на зажимах генератора уменьшается. Это уменьшение обусловлено размагничивающим действием реакции якоря и падением напряжения на сопротивлении цепи якоря. Для того, чтобы напряжение оставалось неизменным, необходимо уменьшение напряжения компенсировать увеличением ЭДС генератора. Это реализуется увеличением тока возбуждения в соответствии с регулировочной характеристикой.

На практике обычно используют усредненную характеристику (пунктирная линия на рис. 4.8).

Регулировочная характеристика может быть построена по характеристике холостого хода с помощью характеристического треугольника (рис. 4.9). Перед построением можно найти две точки характеристики. Первая точка определяется номинальным режимом работы генератора. Номинальному напряжению генератора при номинальном токе нагрузки соответ­ствует номинальный ток возбуждения . Вторая же точка является точкой характеристики холостого хода, которая соответствует номинальному напряжению (точ­ка ) и соответствующему току возбуждения при токе нагрузки, равном нулю .

Используя такой же способ, как и при построении внешней характеристики, следует построить треугольники для различных значений тока . Точка находится всегда на характеристике холостого хода, а точка , определяющая напряжение на зажимах генератора, всегда находится на линии . Расстояние между точками и осью ординат выражают значением токов возбуждения для различных значений токов нагрузки. Следует отметить то, что реальная регулировочная характеристика дает большие значения токов (пунктирная линия на рисунке). Это не объясняется прямой пропорциональной зависимостью между током нагрузки и размагничивающим действием реакций якоря.

4.4.5. Характеристика полного падения напряжения

Реакция якоря электрической машины, как указывалось ранее, зависит от выбора рабочей точки на кривой намагничивания, т. е. от степени насыщения магнитопровода, поэтому особый интерес вызывает рассмотрение кривой реакции якоря (рис. 4.10, кривая 3). Характеристика показывает, каким образом изменение ЭДС генератора зависит от тока якоря. Очевидным является то, что при большем токе возбуждения уменьшение напряжения больше, так как насыщение магнитной цепи больше и увеличение тока якоря вызывает дополнительное насыщение.

Однако в генераторе внутреннее падение напряжения имеет две составляющие: уменьшение напряжения от реакции якоря и падение напряжения на общем сопротивлении якорной цепи (рис. 4.10, кривая 2). Характеристика полного падения напряжения (рис. 4.10, кривая 1) несет весьма полезную информацию о степени изменения напряжения на зажимах генератора при изменении тока нагрузки. Речь идет о зависимости .

Практически характеристику полного падения строят по внешней характеристике, снятой экспериментально в режиме независимого возбуждения. Прежде всего, строят внешнюю характеристику генератора с независимым возбуждением и затем определяют падение напряжения разностью электродвижущей силы генератора, работающего в режиме холостого хода , и напряжения на зажимах нагруженного генератора.

Регулировочные характеристики

В условиях эксплуатации напряжение сети, на которую работает генератор, должно оставаться неизменным при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной. Это достигается путем регулирования тока в параллельной обмотке возбуждения.

Регулировочная характеристика и указывает на то, как следует изменять ток возбуждения i_B с изменением нагрузки U, чтобы напряжение на зажимах генератора Uоставалось неизменным при постоянной скорости вращения якоря генератора.

Регулировочная характеристика является основой для расчета и выбора регулировочной аппаратуры.

Снятие регулировочных характеристик при различном включении обмоток возбуждения производят по схемам рисунки 2.3 и 2.5 в такой последовательности. Приводят якорь генератора во вращение с номинальной скоростью и, возбудив генератор при холостом ходе до номинального напряжения на его зажимах, записывают показания приборов. Затем генератор постепенно нагружают от I = 0 до I = 1,2I_н. При этом ток возбуждения в параллельной обмотке изменяют так, чтобы напряжение на зажимах генератора все время оставалось постоянным при постоянной скорости вращения якоря генератора.

Для построения характеристик во время опыта необходимо снять 5—6 точек примерно через равные интервалы тока нагрузки.

Результаты измерения заносят в таблицу 2.6.

Таблица 2.6 – Регулировочные характеристики двигателя.

U=UH=const, nH=const

I

iB

По данным опыта строят регулировочные характеристики, примерный вид которых представлен на рисунке 2.6.

Рисунок 2.8 — Регулировочные характеристики генераторов.

1. – с параллельным, 2 и 3 – со смешанным возбуждением.

Кривая 1на рисунок 2.8 представляет собой регулировочную характеристику генератора при включении только одной параллельной обмотки возбуждения (генератора с параллельным возбуждением). Вид кривой указывает на то, что для обеспечения постоянного и равного номинальному напряжения на зажимах якоря такого генератора при увеличении тока нагрузки, следует увеличивать ток возбуждения. Увеличение тока возбуждения и, следовательно, магнитного потока необходимо для компенсации падения напряжения в цепи якоря и реакции якоря, которые определяются током нагрузки. Степень изменения тока возбуждения больше степени изменения тока нагрузки вследствие изменения насыщения магнитной цепи генератора при различных токах возбуждения, а также некоторой непропорциональности между реакцией якоря и током нагрузки. В генераторе со смешанным возбуждением при согласованном включении обмоток возбуждения вид регулировочной характеристики зависит от степени влияния последовательной обмотки возбуждения. В нормально компаундированном генераторе, внешняя характеристика которого представлена на рисунке 2.6 (кривая 2 ), при изменении тока нагрузки в пределах от нуля до номинального, когда при отсутствии регулирования тока возбуждения напряжение вначале несколько повышается, а затем понижается, для поддержания постоянства напряжения ток возбуждения следует вначале несколько уменьшить, а затем увеличивать (кривая 2рисунок 2.8).

Регулировочная характеристика генератора со смешанным возбуждением при встречном включении обмоток возбуждения (кривая 3рисунок 2.8) на графике располагается значительно выше регулировочной характеристики генератора с одной параллельной обмоткой возбуждения. Это объясняется тем, что увеличение тока возбуждения и, следовательно, магнитного потока полюсов этого генератора для поддержания постоянного напряжения на его зажимах необходимо не только для компенсации падения напряжения в цепи якоря и реакции якоря, но и для компенсации магнитодвижущей силы последовательной обмотки возбуждения.

Имея регулировочные характеристики генератора при включении одной параллельной обмотки возбуждения и при согласованном включении параллельной и последовательной обмоток возбуждения, можно определить соотношение витков обеих обмоток возбуждения. Для этого по регулировочным характеристикам (кривые 1 и 2рисунок 2.8) определяют токи возбуждения i_B1 и i_B2необходимые для создания номинального напряжения на зажимах генератора при номинальном токе нагрузки. Так как магнитодвижущая сила параллельной обмотки возбуждения, создаваемая разностью токов возбуждения i_B1 и i_B2равна магнитодвижущей силе последовательной обмотки возбуждения, создаваемой номинальным током i_H, т.е.

то соотношение витков параллельной и последовательной обмоток возбуждения равно:

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Как проходит процесс самовозбуждения генератора постоянного тока?

1. По каким причинам генератор может не самовозбудиться? Как практически определить причину невозбуждаемости генератора и как ее устранить?
2. Как снять характеристику холостого хода генератора с параллельным возбуждением? Что называют внешней характеристикой генератора с параллельным возбуждением и как ее снимают?
3. Какой вид имеет внешняя характеристика генератора с параллельным возбуждением и какие факторы влияют на изменение напряжения на его зажимах при изменении тока нагрузки? Почему в генераторе с параллельным возбуждением при уменьшении нагрузочного сопротивления ток нагрузки возрастает только до так называемого «критического» значения, после чего уменьшается одновременно с уменьшением нагрузочного сопротивления?
4. Представляет ли опасность внезапное короткое замыкание генератора с параллельным возбуждением?
5. Какие обмотки возбуждения имеет генератор со смешанным возбуждением? Чем они отличаются друг от друга и как их включать?
6. Какая роль последовательной обмотки возбуждения в генераторе со смешанным возбуждением? Как опытным путем определить согласованность включения обмоток возбуждения генератора со смешанным возбуждением?

8. Как снимают внешнюю характеристику генератора со смешанным возбуждением при согласованном и встречном включении обмоток возбуждения?

9. Какое преимущество генератора со смешанным возбуждением над генератором с параллельным возбуждением?

10. В каких генераторах применяют встречное включение обмоток возбуждения?

11. Как снимают внешнюю характеристику генератора с последовательным возбуждением?

12. Какой вид имеет внешняя характеристика генератора с последовательным возбуждением и какие факторы влияют на характер изменения напряжения на его зажимах при изменении тока нагрузки?

13. Почему генератор с последовательным возбуждением не получил широкого практического применения?

14. Как снимают регулировочную характеристику генератора с параллельным возбуждением?

15. Как и почему необходимо изменять ток возбуждения генератора с параллельным и смешанным возбуждениями, чтобы напряжение при изменении тока нагрузки оставалось постоянным?

16. Как по регулировочным характеристикам генератора, снятым при включении одной параллельной обмотки возбуждения и при согласованном включении параллельной и последовательной обмоток возбуждения, определить соотношение числа витков обмоток возбуждения?

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: