Исследование синхронного генератора

1. Цель работы

Исследование синхронного генератора с электромагнитным возбужением при работе на пассивную нагрузку.

2. Указания к выполнению работы

К выполнению лабораторной работы следует приступить после изучения главы 4. В качестве дополнительной литературы рекоменду­ется воспользоваться [4, 13].

3. Содержание работы

3.1. Снятие угловой характеристики генератора.

3.2. Снятие внешней (нагрузочной) и рабочих характеристик гене­ратора при активной нагрузке.

3.3. Снятие внешней (нагрузочной) характеристики генератора при активно-индуктивной нагрузке.

3.4. Снятие внешней (нагрузочной) характеристики генератора при активно-емкостной нагрузке.

4. Описание виртуальной лабораторной установки

Виртуальная лабораторная установка представлена на рис. 6.7.1.

Она содержит:

Ø исследуемую трехфазную синхронную машину Simplified Synchronous Machine из библиотеки Power System Blockset/Machines;

Ø измеритель параметров состояния машины Machines Measurement из библиотеки Power System Blockset/Machines;

Ø трехфазную нагрузку 3-Phase Load из библиотеки Power System Blockset/Extras /Three-Phase Library;

Ø блок RMS.Vs, для измерения действующего значений напряже­ния на нагрузке;

Ø блоки Fourier, Fourier1, измеряющие амплитуды и начальные фазы напряжения на нагрузке и э.д.с. генератора из библиотеки Power System Blockset/Extras /Measurements;

Ø блоки Display1, Display2, Display3 для количественного пред­ставления измеренных величин и блок Scope для наблюдения тока якоря, скорости и электромагнитной мощности синхронной машины из главной библиотеки Simulink/Sinks;

Ø блок Е₀ для задания э.д.с. возбуждения из главной библиотеки Simulink/Source;

Ø блоки Мих, Demax из главной библиотеки Simulink/Sygnal & System.

Окно настройки параметров синхронной машины показано на рис. 6.7.2.

Рис. 6.7.1. Модель для исследования синхронного генератора

В полях окна последовательно задаются:

Ø схема соединения обмоток статора машины. В выпадающем меню этого поля можно выбрать соединение звездой без нулево­го и с нулевым проводом;

Ø полная мощность (ВА), действующее линейное напряжение и частота;

Ø момент инерции (кгм²), коэффициент демпфирования, число пар полюсов;

Ø активное сопротивление и индуктивность обмотки якоря (ста­тора);

Ø начальные условия при пуске модели.

Окно настройки блока измерения переменных состояния машины показано на рис. 6.7.3.

Рис. 6.7.2. Окно настройки параметров синхронной машины

Тип машины выбирается в поле Machine type. Флажки слева вклю­чаются у тех переменных состояния, которые подлежат измерению.

Рис 6.7.3. Окно настройки блока измерения

переменных состояния машины

Рис. 6.7.4. Окно настройки измерителя действующих значений

Блок настройки измерителя действующих значений показан на рис. 6.7.4. В окне настройки этого блока задается частота, на которой про­изводятся измерения.

Окно настройки блоков Fourier, Fourier1 показано на рис. 6.7.5. В полях окна задается частота и первая гармоника измеряемого напря­жения. Разность фаз между измеряемыми напряжением и э.д.с. — есть угол нагрузки (см. гл. 4).

Рис. 6.7.5. Окно настройки блоков Fourier

Окно настройки параметров нагрузки показано на рис. 676 В поля окна вводятся действующее линейное напряжение и часто­та, которые должны быть согласованы с напряжением и частотой генератора (рис. 6.7.2), активная, реактивная (индуктивная) и реактив­ная (емкостная) мощности нагрузки. Удобней эти мощности задавать как номинальную мощность генератора, умноженную на коэффициент.

Содержание и настройка остальных блоков модели подробно опи­саны ранее.

Рис. 6.7.6. Окно настройки параметров нагрузки

5. Порядок выполнения работы

Параметры синхронной машины и источника питания для выпол­нения работы задаются преподавателем. При самостоятельной работе данные машины можно принять такими, как на рис. 6.7.2. Значение э.д.с. возбуждения (блок Е₀, рис. 6.7.1) при проведении измерений ос­тается постоянным, равным 380 В (номинальное линейное напряже­ние генератора в режиме холостого хода). Окно настройки параметров моделирования показано на рис. 6.7.7.

Снятие угловой характеристики генератора в соответствии с п. 3.1 содержания работы производится на модели (рис. 6.7.1) при измене­нии активной мощности нагрузки от 0 до 1,6 от номинальной мощности генератора. При этом коэффициент при активной мощности изменяется от 0 до 1,6 с шагом 0,2. Коэффициенты при реактивных мощ­ностях равны нулю.

Для каждого значения активной мощности осуществляется модели­рование. При проведении исследований заполняется таблица 6.7.1.

Рис. 6.7.7. Окно настройки параметров моделирования

Таблица 6.7.1

Момент на валу генератора вычисляется по формуле М =.

По данным таблицы строится зависимость М = f().

Снятие внешней и рабочих характеристик генератора при активной нагрузке производится на модели (рис. 6.7.1) при изменении активной мощности нагрузки в диапазоне 0-1,2 от номинальной с шагом 0,2 Р_н. По данным измерений заполняется таблица 6.7.2.

Таблица 6.7.2

Вычисления производятся по формулам:

По результатам измерений и вычислений строится внешняя харак­теристика U₁=f(I_a) и рабочие характеристики U₁, cos, I_a =f(Р_Г).

Снятие внешних характеристик при активно-индуктивной и актив­но-емкостной нагрузках в соответствии с пп. 3.3, 3.4 производятся аналогично предыдущему пункту. При изменении мощности нагрузки необходимо соблюдать условие =const. По результатам измерений заполняется таблица, аналогичная таблице 6.7.2, и строятся вне­шние характеристики на том же графике, на котором построена вне­шняя характеристика предыдущего опыта.

Мгновенные значения токов в фазах якоря генератора, скорость и мощность генератора можно наблюдать на экране осциллоскопа (рис. 6.7.8).

Рис. 6.7.8. Мгновенные значения токов в фазах якоря генератора,

скорость и мощность генератора

6. Содержание отчета

6.1. Схема модели и описание виртуальных блоков.

6.2. Угловая характеристика генератора.

6.3. Внешние характеристики генератора при различных коэффици­ентах мощности нагрузки.

6.4. Рабочие характеристики генератора.