КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № СГ-1
Дисциплина: Электрооборудование электростанций
Тема: Исследование трёхфазного синхронного генератора
Вариант №13
Выполнил студент гр. В4297/1: Мендес Д.Э.
(подпись)
Проверил проф.: Серов А.Е.
(подпись)
«» 2015 г.
Сосновый Бор
2015
СОДЕРЖАНИЕ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ... 3
ПРОГРАММА РАБОТЫ... 3
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ.. 7
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.. 8
1 Характеристики синхронного генератора без учёта насыщения. 11
1.1 Опыты для съёма характеристики холостого хода. 11
1.2 Опыты для съёма внешних характеристик. 11
1.3 Опыты для съёма регулировочных характеристик. 13
1.4 Опыты для съёма характеристик короткого замыкания. 15
2 Характеристики синхронного генератора с учётом насыщения. 17
2.1 Опыты для съёма характеристики холостого хода. 17
3 Графическая часть. 18
ВЫВОДЫ... 21
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Исследование работы и характеристик трехфазного синхронного генератора в установившемся режиме при его работе на автономную нагрузку.
ПРОГРАММА РАБОТЫ
1. Знакомство с виртуальным оборудованием, используемым для моделирования трехфазного синхронного генератора на основе элементов виртуальной модели «Lab.Synch_Gen.mdl» (рис.1, 2):
· «Simplified Synchronous Machine» –трехфазная синхронная машина из библиотеки «Power System Blockset / Machines»;
· «Machines Measurement » – измеритель параметров состояния машины из библиотеки «Power System Blockset / Machines»;
· «Display, Voltage, Current» – блоки для количественного представления измеренных величин из главной библиотеки «Simulink/Sink»;
· «Scope» – блок для наблюдения тока якоря, скорости и электромагнитной мощности синхронной машины из главной библиотеки «Simulink/Sink»;
· «3-Phase Load» – блок трехфазной нагрузки из библиотеки «Power System Blockset / Extras/Three-Phase Library»;
· «RMS.Vs, RMS.Vs1, RMS.Ef» – блоки, для измерения действующих значений напряжения и тока статора на нагрузке;
· «If и Gain» – блоки для задания ЭДС возбуждения из главной библиотеки «Simulink/Source»;
· «Мuх, Demax» –блоки из главной библиотеки «Simulink/Sygnal & System».
2. Снятие характеристики холостого хода синхронного генератора E0=f(If) при n=const, Is=0.
3. Снятие характеристики короткого замыкания Is=f(If)приn=const.
4. Снятие внешних характеристик синхронного генератора при разных характерах нагрузки (активная, активно-индуктивная и активно-емкостная) при:
U=f(Is) при If=const, при n=const и cosφ=const.
5. Снятие регулировочных характеристик синхронного генератора при разных характерах нагрузки (активная, активно-индуктивная и активно-емкостная) If=f(Is) при:
U=const, n=const и cosφ=const.
6. Снятие характеристик по пунктам 2÷5 для линейной машины без учета насыщения и для синхронного генератора с учетом насыщения.
7. Составление отчета и формирование выводов и заключения по проделанной работе.
Рисунок 1 – виртуальная модель трёхфазного синхронного генератора «Lab.Synch_Gen.mdl» (для характеристик без учёта насыщения)
Рисунок 2 – виртуальная модель трёхфазного синхронного генератора «Lab.Synch_Gen.mdl» (для характеристик с учётом насыщения)
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Таблица 0-1 – паспортные исходные данные
| № варианта | 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| ОКЗ |
| МВА | МВт | В | Ом | Ом | А | тм2 | о.е. | |
| 10,5 | 0,0045 | 0,007 | 5,0 | 0,6 |
Расчётные исходные данные:
1 Фазное напряжение обмоток статора:
2 Номинальный ток статора:
3 Номинальный ток возбуждения:
4 Базовое сопротивление обмоток статора:
5 Индуктивное сопротивление обмоток статора:
6 Мощностные коэффициенты:
Таблица 0-2 – Типовая характеристика холостого хода
| I'f | о.е. | 0,0 | 0,5 | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 2,5 |
| E'0 | о.е. | 0,00 | 0,58 | 1,00 | 1,21 | 1,33 | 1,40 |
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Синхронной называют электрическую машину переменного тока, в которой скорость вращения ротора равна скорости вращения магнитного поля статора и сохраняется постоянной независимо от нагрузки. Трехфазная обмотка статора, создающая вращающееся магнитное поля, подключается к сети переменного тока, а обмотка ротора – к источнику постоянного тока, то есть ротор представляет собой вращающийся электромагнит. На электрических станциях синхронные генераторы (турбогенераторы на атомных и тепловых электростанциях и гидрогенераторы на гидростанциях) являются основным источником электрической энергии.
Эти генераторы включены в энергосистему и работают в особом режиме, когда величина и частота напряжения на их зажимах остаются неизменными, а активная и реактивная мощность регулируется по заранее заданному графику нагрузки.
Кроме того, на подстанциях электрических систем устанавливаются специальные синхронные машины (синхронные компенсаторы), вращающиеся вхолостую и отдающие в сеть реактивную мощность. Как и всякая электрическая машина, синхронная машина обладает свойством обратимости, и наряду с синхронными генераторами и компенсаторами, работают и синхронные двигатели. Синхронные двигатели обычно применяют в электроприводах большой мощности (несколько десятков мегаватт) для привода вентиляторов, компрессоров и насосов, работающих с неизменной скоростью. Специальные синхронные двигатели малой мощности используют в устройствах, где требуется строгое постоянство скорости: электрочасы, автоматические самопишущие приборы устройства программирования и т.д.
Синхронные генераторы на крупных электрических станциях работают параллельно с энергосистемой (это режим работы на жесткую сеть бесконечной мощности). Если нагрузку синхронного генератора нельзя или нецелесообразно подключать к электроэнергетической системе, то такая нагрузка считается автономной (строительные площадки, удаленные от промышленных районов, лесозаготовительные пункты, морские и речные суда, летательные аппараты). Поэтому различают основные характеристики синхронных генераторов в зависимости от их работы либо автономно, либо на сеть бесконечной мощности.
При работе на автономную нагрузку рассматриваются такие характеристики:
· Характеристика холостого хода.
· Характеристика короткого замыкания.
· Внешние характеристики.
· Регулировочные характеристики.
В данной работе исследуются характеристики синхронного генератора, работающего на автономную нагрузку.
Режим холостого хода синхронного генератора характеризуется отсутствием нагрузки на его зажимах. При проведении опыта холостого хода определяют характеристику холостого хода синхронного генератора, представляющую зависимость ЭДС, индуктированной в обмотке статора от тока возбуждения E0=f(If) при номинальной частоте вращения. Ток возбуждения, поступающий в цепь ротора от источника постоянного тока, может регулироваться от нуля до некоторого максимального значения. Это позволяет изменять магнитный поток ротора в широких пределах, т.е. получать различные ЭДС статора, поскольку она пропорциональна магнитному потоку ротора.
Внешняя характеристика синхронного генераторапредставляет собой зависимость напряжения на выходе генератора от тока нагрузки U=f(Is) при If=const, n=const и cosφ=const. При переходе от режима холостого хода к режиму номинальной нагрузки изменение напряжения при номинальном токе статора характеризуется величиной:
· понижения напряжения:
;
· повышения напряжения:
.
Регулировочная характеристика синхронного генератора представляет собой зависимость тока возбуждения от тока нагрузки If=f(Is) при U=const, n=const и cosφ=const. Регулировочная характеристика показывает, как надо изменять ток возбуждения генератора, чтобы поддерживать его напряжение постоянным при изменении тока нагрузки.
По регулировочным характеристикам определяют процентное изменение тока возбуждения:
,
где:
If.nom –ток возбуждения, соответствующий номинальному напряжению при номинальной нагрузке;
If.n.xx – ток возбуждения в режиме холостого хода, соответствующий номинальному напряжению статора.
Характеристика короткого замыкания синхронного генератора представляет собой зависимость тока статора при замыкании фазы обмотки статора от тока возбуждения Is=f(If) при n=const. В паспорте синхронной машины указывают величину, называемую отношением короткого замыкания (ОКЗ). Это отношение характеризует величину установившегося тока короткого замыкания, который имеет место при токе возбуждения генератора, соответствующем номинальному напряжению.
ОКЗ = If.n.xx/ Ifn кз.,
где:
If.n.кз. – ток возбуждения генератора при коротком замыкании, соответствующий номинальному току статора.