МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ

«ПОСТРОЕНИЕ ХАРАКТЕРИСИК СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Синхронный генератор имеет данные, приведенные в индивидуальном задании,

где S_Н – номинальная мощность генератора, кВА;

U_Н – номинальное линейное напряжение при соединении обмотки статора в звезду, кВ;

Х_Р – 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(I_В) и короткого замыкания I_к = f(I_В) построить реактивный треугольник Потье и определить магнитодвижущую силу (МДС) реакции якоря при номинальном токе якоря I_Н.

2. Построить регулировочную характеристику генератора при номинальном напряжении U_Н 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 = Р_Н и Р = 0,5 Р_Н.

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(I_В).

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

 

IнXб

Целесообразно принять масштаб для тока возбуждения I_В и для МДС F_В равным 50 мм в 1 о.е., а для напряжения U_Н – 100 мм в 1 о.е.. При построении следует учитывать, что значения величин тока возбуждения генератора и МДС индуктора, а также тока якоря в относительных единицах одинаковы.

	Рис.1. Построение треугольника Потье.

 

Характеристика короткого замыкания прямолинейная, её построить по двум точкам: первая точка – это начало координат, вторая точка имеет координаты:

I_К = 1 и I_ВК = 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 I_НXσ (см. рисунок 1). В относительных единицах I_Н = 1 и падение напряжения I_НXσ = Xσ, где Xσ = X_Р. 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 I_ВК. Катет АС представляет МДС якоря F_ЯН, 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 I_В = ƒ(I) строят при номинальном напряжении U_Н = 1 и заданном cos φ с использованием двух диаграмм Потье, построенных при токах I = I_Н = 1 и I = 0,5 I_Н = 0,5 и характеристики холостого хода.

Сначала строят характеристику холостого хода (рисунок 2). На оси ординат откладывают вектор номинального напряжения U_Н = 1. Под углом φ к напряжению проводят вектор тока I_Н. Затем к вектору напряжения прибавляют (под углом 90⁰) падение напряжения на индуктивном сопротивлении рассеяния jI_НXσ и определяют вектор ЭДС Е_δН, соответствующий результирующей МДС F_δН в воздушном зазоре, и угол φ ^’ между Е_δН и I_Н. Отрезок, равный длине Е_{δН ,} переносят на ось ординат и, используя характеристику холостого хода, определяют результирующую МДС в воздушном зазоре F_δН. Индекс «н» в обозначениях величин соответствует номинальному току якоря I_Я = I_Н.

 

	Рисунок 2 - Векторная диаграмма Потье при номинальной нагрузке

 

МДС обмотки возбуждения определяют по выражению:

.

Для реализации этого равенства к концу вектора F_dН, направленного вдоль оси абсцисс, под углом (90 - j ^’) строят вектор F_ЯН (определен в пункте 1), тогда замыкающий вектор дает F_0Н (в масштабе тока возбуждения). По значению отрезка F_0Н (обмотки возбуждения) и характеристике холостого хода находят ЭДС Е_0Н от поля полюсов (обмотки возбуждения) при I = 0.

Полученное значение F_0Н и I_Н = 1 представляют координаты одной точки регулировочной характеристики. Ток возбуждения I_В при I = 0,5 определяют аналогично повторив построения с учетом того, что падение напряжения X_б и МДС реакции якоря F_Я уменьшаются в два раза.

Ток возбуждения для третьей точки определяется по кривой холостого хода при U = U_Н = 1, т.е. I_В = 1. По трем точкам строят регулировочную характеристику I_В = f(I).

К пункту 3. Внешнюю характеристику U = f(I) при I_В = const строят по трем точкам: одна соответствует номинальному режиму, т.е. при I = I_Н =1 напряжение тоже U = U_н = 1; вторая точка соответствует холостому ходу: при I = 0 U = Е_0Н (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.

Рисунок 3 - Регулировочные характеристики генератора

Рисунок 4 - Внешняя характеристика генератора

 

 

Вспомогательную регулировочную характеристику строят на том же графике, что и при U = U_Н (см. рисунок 5). По значению F_0Н (пункт 2) определяют ток I_ПР. Значения и U_ПР и I_ПР 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 F_dН = 1. При построении диаграмм для Р_Н нужно из одной точки провести три вектора: вертикально U_Н, с опережением его на 90⁰ – вектор результирующей МДС F_δН и отставанием на угол φ от напряжения – вектор МДС реакции якоря при номинальном токе F_ЯН. Расстояние между концами векторов F_δН и F_ЯН равно МДС (или току) возбуждения F₀. Из точки в конце вектора F_ЯН провести, прямую перпендикулярную к U_Н. 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 F_Я = I. U-образную характеристику строят при изменении I _В от минимального значения, которое будет соответствовать перпендикулярности МДС F₀ и F_dН до I_В = 2 … 2,5.

Обязательно строят точку при cos j = 1, которой соответствует минимальное значение тока нагрузки I. U - образную характеристику при Р = 0,5 Р_Н 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