МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ
«ПОСТРОЕНИЕ ХАРАКТЕРИСИК СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА
Синхронный генератор имеет данные, приведенные в индивидуальном задании,
где SН – номинальная мощность генератора, кВА;
UН – номинальное линейное напряжение при соединении обмотки статора в звезду, кВ;
ХР – расчетное индуктивное сопротивление рассеяния обмотки якоря (Потье), относительные единицы (о.е.);
ОКЗ – отношение короткого замыкания;
cos φ - коэффициент мощности.
Задание
1. По характеристикам холостого хода Е = f(IВ) и короткого замыкания Iк = f(IВ) построить реактивный треугольник Потье и определить магнитодвижущую силу (МДС) реакции якоря 
при номинальном токе якоря IН.
2. Построить регулировочную характеристику генератора при номинальном напряжении UН и заданном cos j.
3. Построить внешнюю характеристику генератора при заданном cos φ и определить повышение напряжения (в процентах) при полном сбросе нагрузки.
4. Построить U-образные характеристики генератора для двух режимов нагрузки: Р = РН и Р = 0,5 РН.
Методические рекомендации
К пункту 1. Построения удобнее проводить, используя систему относительных единиц. Поэтому все величины откладывать в относительных единицах (о.е.). По данным таблицы 1 построить нормальную характеристику холостого хода Е = ƒ(IВ).
Таблица 1 – Нормальная характеристика холостого хода генератора
| Е, о.е | 0,53 | 1,0 | 1,23 | 1,30 | |
| IB, о.е | 0,5 | 1,0 | 1,5 | 2,0 |
 |
|
|
Характеристика короткого замыкания прямолинейная, её построить по двум точкам: первая точка – это начало координат, вторая точка имеет координаты:
IК = 1 и IВК = 1 /ОКЗ.
Используя эти характеристики, строят треугольник Потье, для этого необходимо на оси ординат отложить отрезок, равный падению напряжения на индуктивном сопротивлении рассеяния обмотки якорям IНXσ (см. рисунок 1). В относительных единицах IН = 1 и падение напряжения IНXσ = Xσ, где Xσ = XР. Полученную точку на оси ординат перенести на характеристику холостого хода (т. В). эта точка является вершиной треугольника Потье. Опустив из т. В перпендикуляр на ось абсцисс, получим т. С – вторую вершину треугольника. Третья вершина А также лежит на оси абсцисс – в точке IВК. Катет АС представляет МДС якоря FЯН, в относительных единицах, выраженную через ток возбуждения. В дальнейшем учитываем, что значение величин тока возбуждения и МДС индуктора (возбуждения) одинаковы.
К пункту 2. Регулировочную характеристику IВ = ƒ(I) строят при номинальном напряжении UН = 1 и заданном cos φ с использованием двух диаграмм Потье, построенных при токах I = IН = 1 и I = 0,5 IН = 0,5 и характеристики холостого хода.
Сначала строят характеристику холостого хода (рисунок 2). На оси ординат откладывают вектор номинального напряжения UН = 1. Под углом φ к напряжению проводят вектор тока IН. Затем к вектору напряжения прибавляют (под углом 900) падение напряжения на индуктивном сопротивлении рассеяния jIНXσ и определяют вектор ЭДС ЕδН, соответствующий результирующей МДС FδН в воздушном зазоре, и угол φ ’ между ЕδН и IН. Отрезок, равный длине ЕδН , переносят на ось ординат и, используя характеристику холостого хода, определяют результирующую МДС в воздушном зазоре FδН. Индекс «н» в обозначениях величин соответствует номинальному току якоря IЯ = IН.
|
МДС обмотки возбуждения определяют по выражению:
.
Для реализации этого равенства к концу вектора FdН, направленного вдоль оси абсцисс, под углом (90 - j ’) строят вектор FЯН (определен в пункте 1), тогда замыкающий вектор дает F0Н (в масштабе тока возбуждения). По значению отрезка F0Н (обмотки возбуждения) и характеристике холостого хода находят ЭДС Е0Н от поля полюсов (обмотки возбуждения) при I = 0.
Полученное значение F0Н и IН = 1 представляют координаты одной точки регулировочной характеристики. Ток возбуждения IВ при I = 0,5 определяют аналогично повторив построения с учетом того, что падение напряжения 
Xб и МДС реакции якоря FЯ уменьшаются в два раза.
Ток возбуждения для третьей точки определяется по кривой холостого хода при U = UН = 1, т.е. IВ = 1. По трем точкам строят регулировочную характеристику IВ = f(I).
К пункту 3. Внешнюю характеристику U = f(I) при IВ = const строят по трем точкам: одна соответствует номинальному режиму, т.е. при I = IН =1 напряжение тоже U = Uн = 1; вторая точка соответствует холостому ходу: при I = 0 U = Е0Н (см. выше); и третья точка (промежуточная) определяется с помощью вспомогательной регулировочной характеристики, построенной при напряжении
.
Вспомогательную характеристику также строят с использованием диаграммы Потье, как и в пункте 2.
|
|
Вспомогательную регулировочную характеристику строят на том же графике, что и при U = UН (см. рисунок 5). По значению F0Н (пункт 2) определяют ток IПР. Значения и UПР и IПР являются координатами третьей точки внешней характеристики (см. рисунок 4).
По внешней характеристике определяют процентное повышение напряжения при полном сбросе нагрузки генератора:
К пункту 4. U–образные характеристики можно построить по упрощенным диаграммам МДС при допущении, что Xσ = 0. При этом FdН = 1. При построении диаграмм для РН нужно из одной точки провести три вектора: вертикально UН, с опережением его на 900 – вектор результирующей МДС FδН и отставанием на угол φ от напряжения – вектор МДС реакции якоря при номинальном токе FЯН. Расстояние между концами векторов FδН и FЯН равно МДС (или току) возбуждения F0. Из точки в конце вектора FЯН провести, прямую перпендикулярную к UН. Эта прямая является геометрическим местом точек концов векторов МДС F Я и начал векторов МДС возбуждения F В (см. рисунок 5). Изменение тока возбуждения I В (F В ) ведет к изменению МДС FЯ = I. U-образную характеристику строят при изменении I В от минимального значения, которое будет соответствовать перпендикулярности МДС F0 и FdН до IВ = 2 … 2,5.
 |
Обязательно строят точку при cos j = 1, которой соответствует минимальное значение тока нагрузки I. U - образную характеристику при Р = 0,5 РН строят аналогично, но при этом прямую, являющуюся геометрическим местом концов векторов МДС якоря, нужно сместить вниз так, чтобы активный ток (при cos j = 1) уменьшился вдвое.
При Р = 0 активная составляющая тока генератора равна нулю, поэтому прямая геометрических мест концов векторов МДС якоря проходит вдоль вектора результирующей МДС. Токи якоря и возбуждения и в этом случае определяется, как описано выше.
Исходные данные к контрольной работе
«Построение характеристик синхронного генератора»
| Варианты | SН | UН | ХР | ОКЗ | cos φ |
| кВ∙А | кВ | о.е. | |||
| 6,3 | 0,1 | 0,95 | 0,75 | ||
| 6,3 | 0,1 | 1,0 | 0,75 | ||
| 0,4 | 0,1 | 1,05 | 0,75 | ||
| 0,4 | 0,1 | 1,1 | 0,75 | ||
| 0,4 | 0,1 | 1,15 | 0,75 | ||
| 0,4 | 0,1 | 1,2 | 0,75 | ||
| 0,4 | 0,15 | 0,8 | 0,75 | ||
| 6,3 | 0,15 | 0,85 | 0,75 | ||
| 6,3 | 0,15 | 0,9 | 0,75 | ||
| 6,3 | 0,15 | 0,95 | 0,75 | ||
| 6,3 | 0,15 | 1,0 | 0,75 | ||
| 6,3 | 0,15 | 1,05 | 0,75 | ||
| 0,4 | 0,15 | 1,1 | 0,75 | ||
| 0,4 | 0,15 | 1,15 | 0,75 | ||
| 0,4 | 0,15 | 1,2 | 0,75 | ||
| 0,4 | 0,2 | 0,8 | 0,8 | ||
| 0,4 | 0,2 | 0,85 | 0,8 | ||
| 0,4 | 0,2 | 0,9 | 0,8 | ||
| 6,3 | 0,2 | 0,95 | 0,8 | ||
| 0,4 | 0,2 | 1,0 | 0,8 | ||
| 0,4 | 0,2 | 1,05 | 0,8 | ||
| 0,4 | 0,2 | 1,1 | 0,8 | ||
| 0,4 | 0,2 | 1,15 | 0,8 | ||
| 6,3 | 0,2 | 1,2 | 0,8 | ||
| 0,4 | 0,1 | 0,8 | 0,85 | ||
| 6,3 | 0,1 | 0,85 | 0,85 | ||
| 6,3 | 0,1 | 0,9 | 0,85 | ||
| 0,4 | 0,1 | 0,95 | 0,85 | ||
| 0,4 | 0,1 | 1,0 | 0,85 | ||
| 0,4 | 0,1 | 1,05 | 0,85 | ||
| 0,4 | 0,1 | 1,1 | 0,85 | ||
| 0,4 | 0,1 | 1,15 | 0,85 | ||
| 6,3 | 0,1 | 1,2 | 0,85 | ||
| 6,3 | 0,15 | 0,8 | 0,8 | ||
| 6,3 | 0,15 | 0,85 | 0,8 | ||
| 6,3 | 0,15 | 0,9 | 0,8 | ||
| 6,3 | 0,15 | 0,95 | 0,8 | ||
| 0,4 | 0,15 | 1,0 | 0,8 | ||
| 0,4 | 0,15 | 1,05 | 0,8 | ||
| 0,4 | 0,15 | 1,1 | 0,8 |