СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА НАГРУЗКИ СИНХРОННЫХ МАШИН

 

Угол Θ между векторами ЭДС холостого хода Е₁₀ (или направле­нием поперечной оси q) и напряжением сети U_c (рис. 4.2) назы­вается углом нагрузки синхронной машины. Для определения величины этого угла можно использовать углоизмерительную машину, измеритель­ную обмотку или датчик Холла, механический прерывательили датчик углового положения.

Углоизмерительная машина пред­ставляет собой работающий в режиме холостого хода синхронный генератор, геометрические размеры которого по­добны испытуемой машине. Обе машины соединяются механически так, чтобы их геометрические оси совпадали, для чего в соединительной муфте предус­мотрены отверстия соответствующие конфигурации. При вращении в об­мотке якоря углоизмерительной машины наводится ЭДС, совпадающая в пространстве с вектором ЭДС холостого хода испытуемой синхронной машины. Таким образом, углоизмерительная машина (УМ) является датчиком по­перечной оси синхронной машины. Линейное напряжение сети и соответствующая линейная ЭДС УМ подаются на фазометр, по которому опреде­ляются значения угла нагрузки.

q

Измерительная обмотка укладываетсяв пазы якоря под пазовый клин. Она выполняется из тонкого провода с диаметральным шагом и ее ось совпадает с осью одной из фазных обмоток якоря испытуемой СМ. Угол нагрузки, как в предыдущем случае, может измеряться с помощью фазометра. Поскольку с измерительной обмотки снимается фаз­ное напряжение, для получения правильных результатов линейное напряжение сети должно быть повернуто на угол 30 электрических граду­сов.

Датчик Холла наклеивается на зубец магнитопровода якоря в се­редине пакета и его выходной сигнал пропорционален индукции магнит­ного поля в месте его установки, т.е. максимальный сигнал совпада­ет с моментом прохождения продольной оси d, нулевой (минимальный) - оси q.

Механический прерыватель представляет собой закрепленный на валу дискили цилиндр с равным числом чередующихся проводящих и непроводящих сегментов (проводящие сегменты электрически соединены между собой). Электрическая связь с неподвижным источником питания осуществляется с помощью скользящего контакта. Каждый сегмент зани­мает сектор равный 360/2Р, град., тем самым пространственное поло­жение сегментов (и диска) жестко связано с осями симметрии синхрон­ной машины.

Устройство работает следующим образом. Диск через балластный резистор R_б, диод и щетки подключается к сети, параллельно с ко­торой работает синхронная машина. В зависимости от взаимного поло­жения диска (оси q) и вектора напряжения сети U_c изменяется вы­ходное напряжение U_вых равное нулю при Θ = 0^о и максимальному значению при Θ = 180° (рис. 4.3, б). Настройка устройства осущест­вляется в режиме холостого хода синхронного генератора при нулевом токе якоря поворотом щеток относительно диска до получения нулево­го показателя вольтметра.

t

t

В настоящее время разработано большое количество контактных и бесконтактных датчиков углового положения, в частности с исполь­зованием сельсинов в трансформаторном режиме работы, тахометров, реализующих частотные методы измерения и фотоэлектрических датчи­ков. Суть измерений состоит в том, что сигнал (импульс) с датчика углового положения соответствует прохождению через ноль илимакси­мум ЭДС холостого хода испытуемой синхронной машины. В пространст­ве вектор этой ЭДС жестко связан с положением ротора (с направле­нием оси q). Второй сигнал, как и в предыдущих случаях, дает информацию о векторе U_c напряжения сети.

В лабораторииэлектрических машин при исследовании синхронно­го двигателя для определения угла нагрузки Θ применяется стробо­скопическое устройство, питающееся от сети. На валу двигателя прикреплен диск с изображением полюсов и осей d и q. Лампа от импульсного устройства зажигается в то время, когда ротор делает строго один оборот. На неподвижной части производится градуировка в электрических градусах. При холостом ходе ось d совпадает с 0°. При различных режимах работы (двигатель, генератор) ось d на вращавшемся диске будет отставать (двигательный режим) от нулевой отметки или опережать (генераторный режим).