Лабораторная работа № 16. Испытание однофазного синхронного генератора

ИСПЫТАНИЕ ОДНОФАЗНОГО СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Цель работы

Ознакомиться с устройством, схемой включения и работой однофазного генератора. Изучить свойства синхронного генератора по его основным характеристикам.

Общие сведения

Синхронные машины являются наравне с асинхронными машинами основным классом электрических машин переменного тока. В отличие от асинхронных машин синхронные машины применяются в качестве генераторов пере­менного тока и в качестве электрических двигателей. Причем в роли генераторов эти машины занимают монопольное положение. Трехфазные синхронные генераторы являются единственным типом источников энергии, устанавливае­мых на всех электрических станциях переменного тока, как малых, так и мощных систем. Благодаря синхронному вращению поля статора и ротора машины получили наименования синхронные.

Принцип действия синхронного генератора основан на возникновении э.д. с. в обмотке якоря в результате пере­сечения ее витков постоянным магнитным полем, создаваемым индуктором.

Якорем называется та часть машины, в обмотке которой наводится переменная э. д. с. Индуктором называется та часть машины, обмотка которой служит для создания главного постоянного магнитного поля. В синхронных ма­шинах основного типа якорем служит статор, а индуктором - ротор.

Величина э. д. с., индуктированная в обмотке статора синхронного генератора, определяется по формуле:

Е = 4,44 к W₁ f Ф, (1)

где к — постоянный коэффициент, зависящий от конструктивных параметров машины; W₁ - число витков в якорной обмотке; f – частота

генерируемой э.д.с, зависящей от числа пар полюсов р и частоты вращения

ротора п; Ф - постоянный магнитный поток машины.

f = р п / 60(Гц). (2)

Для практического изучения работы синхронного генератора, т.е. для исследования его электрических, магнит­ных и механических свойств достаточно снять его основные характеристики: холостого хода, внешнюю и регулиро­вочную.

Зависимость Е = f (I_возб), снятая при холостом ходе машины (I_нагр = 0 ) и постоянной частоте вращения п, называется характеристикой холостого хода или магнитной характеристикой генератора.

Внешняя характеристика синхронного генератора определяет его электрические свойства и представляет собой зависимость напряжения U на зажимах генератора от величины тока нагрузки I _н , т.е. U = f (I_н ) при

п = п_н = сопst, I_возб = сопst, соs φ = сопst.

Подключение к обмотке якоря электроприемников вызывает появление тока нагрузки, который создает в ма­шине свое магнитное поле, воздействующее на магнитное поле индуктора (реакция якоря), в результате последнее искажается, что приводит к изменению величины э.д.с. якоря.

U = Е - I_н Z, (3)

где Z — полное сопротивление цепи.

Семейство кривых, показывающих U = f (I_н ) приразличных соs φ называется внешней характеристикой.

Для обеспечения постоянного напряжения при переменной нагрузке необходимо регулировать ток возбуждения I_возб. Кривые зависимости I_возб =f (I_н ) называются регулировочными характеристиками синхронного генератора. Они показывают, как следует изменять ток в цепи возбуждения, чтобы обеспечить стабильное U при переменной нагрузке.

Генератор ГАБ-1-0/230 с номинальной мощностью 1 кВА, переменного однофазного тока рассчитан на номи­нальное U _н = 230В, I_н = 5,44А при соs φ = 0,8 и I_н = 4,7 А при соs φ = 1, f = 50 Гц, п = 3000мин^-1. Он предназначен для питания силовой и осветительной нагрузки и используется в передвижном бензоэлектрическом агрегате АБ-1-0/230.

Генератор имеет вращающийся индуктор с двумя явно выраженными полюсами. Сердечники полюсов набраны из листов электротехнической стали и стянуты заклепками. На них установлены катушки возбуждения, соединенные с двумя контактными кольцами, насаженными на вал генератора

с изолирующей подкладкой. Через них к катуш­кам подводится постоянный ток возбуждения I_возб, поступающий от выпрямителя, установленного на корпусе генератора. Для начального возбуждения генератора между полюсами электромагнитов индуктора установлены два постоянных магнита, изготовленных из сплава стали с высокой коэрцитивной силой. Магниты крепятся к валу винтами с помощью наконечников.

Ротор устанавливается в щиты генератора на двух шариковых подшипниках, заполненных смазкой ЦИАТИМ-201.

Статор состоит из корпуса, отлитого из алюминиевого сплава, и запрессованного в него пакета из листов элект­ротехнической стали с обмоткой. В пакете статора имеются 24 полузакрытых паза. В пазы заложены 2 обмотки - силовая ОС и дополнительная - ОД. Начала и концы силовой обмотки, а также начало ОД выведены в статоре со сто­роны контактных колец и подводятся к блоку управления. Концы ОД подведены к селеновому выпрямителю, раз­мещенному на боковой части статора.

Программа работы

1. Ознакомиться с устройством и принципом действия синхронного генератора. Записать его технические данные и срисовать элект­рическую схему (рис.1).

Собрать схему проводниками по красным линиям и с разрешения преподавателя произвести пробный пуск, проверив правильность отклонения стрелок приборов. Остановить агрегат.

Снять характеристику холостого хода генератора Е = f (I_возб), регулируя ток возбуждения реостатом с левой стороны стола.

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема опытной установки.

Таблица 1

Е, В
Iвозб, А

 

4. Снять внешнюю характеристику генератора U = f (I_Н) при I_возб. = сопst. Для этого генератор необхо­димо возбудить до Е= 220 В. Затем увеличивать нагрузку поочередным включением ламп, сохраняя ток возбужде­ния соответствующим первому опыту.

Таблица 2

	U, В
Iнагр, А

5. Снять регулировочную характеристику I_возб = f (I_Н) при U_Г = 200 В = сопst.

6. По данным опытов построить характеристики холостого хода, внешнюю и регулировочную: Е = f (I_возб), U = f (I_Н), I_возб = f (I_Н).

 

Таблица 3

f, Гц
Iнагр,А
Iвозб.,А

 

 

Оценить свойства генератора по полученным характеристикам.

 

Содержание отчета

1. Название и цель работы.

2. Формулы и технические данные генератора.

3. Электрическая схема опытной установки.

4. Таблицы с опытными данными.

5. Графики холостого хода, внешней и регулировочной характеристик.

6. Анализ результатов испытаний.

Контрольные вопросы

1. На каком принципе возбуждается э.д.с. в синхронном генераторе?

2. Как регулировать э. д.с. генератора?

3. Почему f генератора в опытах меньше стандартной (50 Гц)?

4. Почему напряжение генератора с увеличением нагрузки уменьшается?

5. Где можно использовать ГАБ-1-0/230?

Литература

1. Касаткин А. Г., М.В. Немцов. Электротехника, М., Высшая школа, 2000, стр. 467-480.

2. Яцкевич В. В. Электротехника. Минск, „Ураджай", 1981. Стр. 125- 134.