ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕЯВНОПОЛЮСНОГО СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Аннотация


Угловая характеристика синхронного генератора имеет большое значение для оценки статической устойчивости и перегрузочной способности машины. Под статической устойчивостью синхронного генератора понимается ее способность сохранять синхронное вращение при изменении внешнего вращающего момента, приложенного к его валу. При экспериментальном исследовании синхронных генераторов наиболее сложным является построение угловой характеристики, что обусловлено проблемами с определением угла между векторами напряжения и электродвижущей силы. Таким образом, в данной работе рассматривается простой вариант определения угловой характеристики неявнополюсного синхронного генератора при активной нагрузке. При активной нагрузке генератора точность определения угла θ , сопротивления x a и мощности P можно повысить за счет учета влияния сопротивлений обмотки якоря. Рассматриваемый вариант позволяет по экспериментальным данным рассчитать и построить угловую характеристику синхронного генератора. Данная работа отличается простотой и может успешно использоваться в учебных лабораториях электрических машин. В рассматриваемом эксперименте двигатель постоянного тока ПЛ-072 вращает ротор асинхронного двигателя с фазным ротором IMM71B4Y3, в обмотку ротора подается постоянный ток, и к трехфазной обмотке статора подключаются активные сопротивления. При этом асинхронный двигатель переводится в режим работы неявнополюсного синхронного генератора с активной нагрузкой. Полученная характеристика отличается от классической, так как максимум мощности достигается при угле θ = 45 0 . Отличие обусловлено тем, что классическая характеристика снимается при U= const , а в нашем опыте напряжение изменялось в широких пределах. Экспериментальная проверка изложенного метода проводилась на лабораторном стенде.

Полный текст

При экспериментальном исследовании синхронных генераторов наиболее сложным является построение угловой характеристики, что обусловлено проблемами с определением угла между векторами напряжения и электродвижущей силы. Исследуемый генератор относится к классу неявнополюсных, упрощенная векторная диаграмма которых показана на рис. 1. Подробное описание векторных диаграмм синхронных генераторов дается в фундаментальных трудах [1-6]. На рис. 1 приняты следующие обозначения: - ЭДС от основного магнитного потока, создаваемого током возбуждения; - напряжение обмотки якоря; - ток якоря; - индуктивное сопротивление реакции якоря; - угол между векторами и ; - угол между векторами ЭДС и тока; - угол сдвига тока относительно напряжения. j 0 а q Y Y b d c Рис. 1. Упрощенная диаграмма неявнополюсного синхронного генератора при активно-индуктивной нагрузке На этой диаграмме прямая ad перпендикулярна вектору тока, а отрезок вс перпендикулярен вектору ЭДС. Угол между отрезками вс и вd равен углу между векторами и так как стороны этих углов взаимно перпендикулярны. Значения U, , I и легко определяются в процессе эксперимента. Из диаграммы (см. рис. 1) следует равенство: (1) При известных значениях U, , и из равенства (1) можно определить угол : (2) (3) После определения угла по рис.1 находим угол , q = y - j. (4) По диаграмме (см. рис. 1) можно записать равенство (5) При известных значениях U, q, I и из равенства (5) находим сопротивление реакции якоря: (6) Мощность синхронного генератора рассчитывается по известной формуле: (7) Угловая характеристика P = F(q) рассчитывается по (7) при известных значения U, и . Следует отметить, что формулы (1)-(7) являются приближенными, так как в них не учитывается влияние активного и индуктивного сопротивления рассеяния обмотки якоря генератора. При активной нагрузке генератора точность определения угла q, сопротивления и мощности можно повысить за счет учета влияния сопротивлений обмотки якоря. Векторная диаграмма генератора при активной нагрузке показана на рис. 2. При активной нагрузке вектор тока совпадает по направлению с вектором напряжения Вектор падения напряжения на активном сопротивлении совпадает по направлению с вектором напряжения Вектор падения напряжения на индуктивном сопротивлении перпендикулярен к векторам и q Рис. 2. Векторная диаграмма неявнополюсного синхронного генератора при активной нагрузке Исходя из диаграммы (см. рис. 2), можно записать два равенства: (8) (9) При известных значениях , U, I и из равенства (8) находятся и угол : (10) q = arc(cosq). (11) При известных значениях , q и I из равенства (9) определяем сопротивление : (12) Мощность синхронного генератора рассчитывается по формуле (7). Экспериментальная проверка изложенного метода проводилась на лабораторном стенде. На этом стенде имеется двухмашинный агрегат, состоящий из двигателя постоянного тока ПЛ-072 и асинхронного двигателя с фазным ротором IMM71B4Y3. Валы этих машин механически соединены между собой. При эксперименте двигатель постоянного тока вращает ротор асинхронного двигателя IMM71B4Y3, в обмотку ротора подается постоянный ток, а к трехфазной обмотке статора подключаются активные сопротивления. При этом асинхронный двигатель с фазным ротором переводится в режим работы неявнополюсного синхронного генератора с активной нагрузкой. Опыт проводился при постоянном токе возбуждения и частоте вращения n0 = 1500 об/мин. При увеличении нагрузки напряжение генератора снижается, а угол q возрастает. Результаты эксперимента приведены в таблице. Рабочие характеристики генератора IMM71B4Y3 U, B 145 118 92 72 58 32 Примечание I, A 0 0,3 0,47 0,5 0,53 0,64 Ом В = 1 P, Вт 0 106 130 113 92 61 1 0,85 0,7 0,58 0,47 0,305 0 В таблице значения U, , I получены экспериментально. Мощность синхронного генератора рассчитывается при cosj =1. P = 3UI. (13) По формулам (10) и (11) находятся cosq и угол . Полученные значения cosq и угла заносятся в таблицу. По данным таблицы построена угловая характеристика синхронного генератора, показанная на рис. 3. Угловая характеристика q° Р, Вт Рис. 3. Угловая характеристика СГ Эта характеристика отличается от классической, так как максимум мощности достигается при угле q = 45°. Отличие обусловлено тем, что классическая характеристика снимается при U = const, а в нашем опыте напряжение изменялось в широких пределах. Изложенный метод построения угловой характеристики может быть использован в учебном процессе при экспериментальном исследовании синхронных машин [7-10].

Об авторах

Е. М Огарков

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Email: lis@pstu.ac.ru

С. Е Екимов

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Email: sergey.ekimov.93@mail.ru

Список литературы

  1. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. Ч. 2. - М.: Энергия, 1965. - 704 с.
  2. Вольдек А.И. Электрические машины. - Л.: Энергия, 1974. - 840 с.
  3. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. - М.: Энергия, 1980. - 928 с.
  4. Сипайлов Г.А., Кононенко Е.В., Хорьков К.А. Электрические машины. - М.: Высшая школа, 1980. - 287 с.
  5. Осин И.Л., Шакарян Ю.Г. Электрические машины: Синхронные машины. - М.: Высшая школа, 1990. - 304 с.
  6. Важнов А.И. Электрические машины. - Л.: Энергия, 1969.
  7. Кимбарк Э. Синхронные машины и устойчивость электрических систем. - М.; Л.: Госэнергоиздат, 1960.
  8. Юферов Ф.М., Осин И.Л. Электрические машины автоматических устройств. - М.: Изд-во МЭИ, 2003.
  9. Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины. - М., 1987.
  10. Сергеев П.С. Электрические машины. - М., Л.: Госэнергоиздат, 1957.

Статистика

Просмотры

Аннотация - 62

PDF (Russian) - 54

Ссылки

  • Ссылки не определены.

© Огарков Е.М., Екимов С.Е., 2015

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах