Цель работы – изучение свойств синхронного двигателя, ознакомление со способами синхронизации и особенностями параллельной работы синхронного генератора с сетью большой мощности.
Пуск синхронного двигателя
Электрическая схема установки показана на рис. 1
В работе применен пуск синхронного двигателя с помощью разгонного двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением, который после пуска используется как нагрузочный генератор.
Перед пуском рубильники Р1, Р2 и Р3 должны быть разомкнуты, переключатель П1 включен в положение 1, резистор Rн в цепи якоря двигателя ПН должен быть полностью введен, а регулировочный резистор Rр – выведен. При пуске установки включают рубильник Р1 на сеть и подают напряжение на двигатель ПН, пускают его, плавно выводя резистор Rн. Затем включают рубильник Р2. Подключение синхронного двигателя к сети производится так же, как трехфазного синхронного генератора на параллельную работу с сетью, для чего необходимо выполнить его синхронизацию с сетью.
При синхронизации используется ламповый синхроноскоп и вольтметр с переключателем П2 для измерения напряжения синхронного генератора и сети. Лампы синхроноскопа включены на «потухание».
Последовательность операций при синхронизации следующая:
1. Проверяется порядок следования фаз напряжения сети и э.д.с. синхронной машины. При одинаковом порядке следования фаз лампы синхроноскопа зажигаются и гаснут одновременно, при неодинаковой – поочередно. Для получения одинакового порядка следования фаз в последнем случае необходимо поменять местами две фазы на щитке синхронной машины.
2. Выравнивается частота ЭДС с частотой сети путем изменения частоты вращения синхронной машины, соединенной с двигателем постоянного тока. Лампы синхроноскопа зажигаются и гаснут с частотой, равной разности частот сети и синхронной машины. Следует добиваться того, чтобы лампы зажигались и гасли медленно.
|
|
3. Выравниваются действующие значения ЭДС и напряжения сети путем изменения тока возбуждения синхронной машины.
4. При сдвиге по фазе напряжение и ЭДС сети, близком к 180°, лампы синхроноскопа гаснут. Более точно этот момент установить по вольтметру V0.
Рубильник Р3 включают, когда стрелка вольтметра V0 находится в нулевом положении.
Рис. 1 - Схема для исследования трехфазного синхронного двигателя
При точном выполнении всех условий синхронизации после включения рубильника Р3 ток в обмотке статора не возникает.
После подключения синхронного генератора к сети следует установить и проверить опытным путем как отражается на его работе изменение тока возбуждения и вращающего момента первичного двигателя (без записи характеристик).
При отключении первичного двигателя ПН от сети рубильником Р1, синхронная машина автоматически переходит в двигательный режим. Нагрузка синхронного двигателя осуществляется регулированием резистора Rн, включенного с помощью переключателя П1 (положение 2) в цепь якоря машины постоянного тока ПН, работающей теперь в генераторном режиме.
Для остановки синхронного двигателя следует выключить рубильник Р2.
Характеристики постоянной мощности
Характеристики постоянной мощности показывают зависимость тока статора I2 от тока возбуждения Iв синхронного двигателя при постоянной нагрузке (моменте) на его валу. В точках минимума характеристик ток статора двигателя является только активным (cosφ1=1). При уменьшении тока возбуждения, т.е. при недовозбуждении, возникает намагничивающая реакция якоря и ток статора возрастает за счет реактивной составляющей, отстающей от напряжения сети (левые ветви характеристик).
|
|
При увеличении тока возбуждения, т.е. при перевозбуждении, возникает размагничивающая реакция якоря, ток статора также возрастает за счет реактивной составляющей (правые ветви характеристик). Однако в этом случае реактивный ток опережает напряжение сети.
При отсутствии нагрузки на валу (Р2=0) синхронный двигатель работает в режиме синхронного компенсатора, т.е. генератора реактивной мощности.
Характеристики постоянной мощности снимают для нагрузок Р2=0 и Р2=0,5Р2Н.
Первая характеристика снимается при разомкнутой цепи генератора постоянного тока (переключатель П1 разомкнут, см. рис.).
Для снятия второй характеристики нагрузка двигателя устанавливается регулированием напряжения генератора тока путем изменения его тока возбуждения и регулирования нагрузочного резистора Rн. Значение Р2=0,5Р2Н определяют приближенно, устанавливая тока статора I2= 0,5 I2 Н.
Снятие характеристик постоянной мощности рекомендуется начинать со значений тока I2, соответствующих максимальному току возбуждения двигателя Iв, постепенно его уменьшая. Пределы изменения тока возбуждения должны быть выбраны так, чтобы ток статора синхронного двигателя не превышал 1,2 своего номинального значения.
|
|
Мощность генератора постоянного тока поддерживается постоянной.
При этом потребляемая синхронным двигателем мощность Р1 не остается строго постоянной вследствие потерь в двигателе и генераторе.
Рабочие характеристики
Рабочие характеристики синхронного двигателя (рис.2) представляют собой зависимости тока статора I1, потребляемой мощности Р1, коэффициента полезного действия η, коэффициента мощности cosφ1 и вращающего момента М от полезной мощности на валу двигателя Р2.
Опыт проводят при напряжении U1=const и неизменном токе возбуждения Iв =const.
При снятии рабочих характеристик предварительно устанавливают такую величину тока возбуждения, при которой ток статора при номинальной мощности был бы минимальным (cosφ1=1).
При поведении опыта изменяют полезную мощность двигателя в пределах от холостого хода до режима, соответствующего току I2= 1,2 I2 Н.
Рис. 2 - Рабочие характеристики синхронного двигателя
Расчет рабочих характеристик проводится по формулам
1. Р1 - полезная мощность двигателя, Вт;
Р2 = Р1-(РМ1+ 0,5Р0),
где РМ1=m1I12r1 - потери в обмотке статора;
m1 - число фаз (m1 =3);
I1 - фазный ток обмотки статора;
r1 - активное сопротивление фазы обмотки статора;
Р0 - мощность, потребляемая установкой из сети в режиме холостого хода (при cosφ1=1).
2. М - вращающий момент, Н×м;
,
где 
- синхронная частота вращения поля статора;
f - частота напряжения сети;
p - число пар полюсов машины.
3. cosφ1- коэффициент мощности
4. η - коэффициент полезного действия
,
где Uв I2 - напряжение питания цепи возбуждения и ток возбуждения синхронного двигателя.
Вопросы для самоконтроля
1. Принцип действия синхронного двигателя.
2. Способы пуска синхронного двигателя.
3. Способы синхронизации при включении синхронной машины в сеть большой мощности.
4. Влияние изменения тока возбуждения на величину тока статора и угол его сдвига по фазе относительно напряжения сети при постоянной нагрузке (моменте) на его валу.
5. Как влияет на ток статора, потребляемую мощность и КПД синхронного двигателя, работающего при постоянном токе возбуждения, увеличение момента нагрузки на валу?