Трехфазный двух обмоточный трехстержневой трансформатор

 

Данные для построения нормальной характеристики холостого хода генератора

Вариант	06
Rа, о.е.	0,03
Х0, о.е	0,09
F0, о.е	0,75
	0,8

 

Содержание задания

1. Начертить эскиз магнитной системы и построить векторную диаграмму Потье для режима номинальной нагрузки генератора. Определить по диаграмме Потье повышение напряжения при полном сбросе нагрузки генератора.

 

 

2.  Построить с помощью векторной диаграммы Потье внешнюю регулировочную характеристики синхронного генератора при заданном значении .

Решение:

I. На эскизе магнитной системы неявнополюсной синхронной машины необходимо изобразить статор (якорь), ротор (индуктор), обмотку возбуждения, контактные кольца, щетки и направление замыкания основного магнитного потока.

Векторная диаграмма электромагнитодвижущих сил синхронного генератора (диаграмма Потье) строится для определения тока возбуждения (МДС индуктора) в относительных единицах, необходимого для обеспечения номинального режима работы при U_Н = 1 о.е.  и заданном значении , а также для определения напряжения генератора при полном сбросе нагрузки. Диаграмму Потье строят в относительных единицах для одной фазы генератора.

Порядок построения

1. В правой части листа миллиметровой бумаги размером 220x175 мм строят нормальную характеристику холостого хода генератора по данным таблицы, как показано на рисунке 9. При этом целесообразно принять масштаб для тока возбуждения I_в и МДС индуктора F_B 50 мм в I о.е. и для напряжения U_H 100 мм в 1 о.е. При построении следует учитывать, что значение величин тока возбуждения генератора и МДС индуктора в относительных единицах одинаковы, поскольку

(о.е.)

где F_Ф1 и F_Ф2 — значение величины МДС индуктора соответственно при текущем значении тока возбуждения I_В1 и нормальном токе возбуждения I_В0, то есть при токе возбуждения, обусловливающем на зажимах генератора номинальное напряжение в режиме холостого хода;

W_B — число витков обмотки возбуждения индуктора.

2. Слева от характеристики холостого хода на одинаковом уровне с ЭДС и в том же масштабе проводят параллельно оси ординат вектор напряжения U_Н = 1 о.е. 

3. Под фазовым углом в сторону отставания от вектора U_H намечают направление вектора тока I_B (при построениях нужно знать лишь направление этого тока, поэтому сам вектор I_B не строят). В направлении вектора тока I_B строят вектор продольной МДС реакции якоря I₀ в одинаковом масштабе с МДС индуктора I_B и тока возбуждения I_в.

К вектору напряжения U_H прибавляют векторы падения напряжения на активном и индуктивном сопротивлениях обмотки статора, согласно уравнению

,

в котором совладает с направлением тока, а , опережает вектор тока на 90°. Полученная величина является той ЭДС, которая наводится в обмотках статора результирующим магнитным потоком, создаваемым совместным действием двух МДС—МДС индуктора F_OH и НДС реакции якоря F_a, то есть результирующей МДС генератора . Это соответствует закону магнитного равновесия генератора.

3. По найденной величине ЭДС используя нормальную характеристику холостого хода, определяют значение результирующей МДС генератора в относительных единицах. Для этого величину откладывают по оси ординат характеристики холостого хода (точка А). Затем от точки А проводят линию параллельно оси абсцисс до встречи с характеристикой холостого хода в точке А₁. Проецируя точку А₁, на ось абсцисс, получают точку А₂. Отрезок OA₂ равен искомой величине в относительных единицах.

Вектор результирующей МДС , генератора опережает вектор обусловливаемой им ЭДС на угол 90°, его строят в левой части диаграммы.

4. Находят величину МДС обмотки возбуждения на основе уравнения

Для получения МДС F_0H следует вектор МДС с обратным знакос построить с конца вектора . Найденная величина МДС индуктора F_0H , относительных единицах равна номинальному току возбуждения I_BН необходимому для поддерживания режима работы синхронного генератора при заданном значении .

5. Определяют величину ЭДС обмотки статора генератора в режиме холостого хода Е_ОН, при номинальном токе возбуждения I_BН равном в относительных единицах величине МДС индуктора F_0H. Для этого по оси абсцисс характеристики холостого хода откладывают значение величины I_вн, равной в относительных единицах F_0H, и получают прямую линию параллельно оси ординат до встречи с характеристикой холостого хода в точке В₁. Спроецировав точку B₁ на ось ординат, получают точку В₂ и одинаковые отрезки ВВ₁, и ОВ₂, которые равны искомой величине ЭДС Е_ОН, в относительных единицах.

В левой части диаграммы строят вектор ЭДС Е_ОН как отстающий от вектора МДС F_0H, на угол 90°.

Повышение напряжения на зажимах генератора при полном сбросе нагрузки и неизменном номинальном значении тока возбуждения определяют на основе построенной векторной диаграммы (рис. 9). Для этого на векторе ЭДС Е_OH откладывают величину номинального напряжения U_B = 1 о. е. и получают точку С. Полученный таким образом отрезок ВС равен искомой величине в относительных единицах. Повышение напряжения генератора в процентах % оценивается из соотношения

II. Внешнюю характеристику синхронного генератора при неизменных оборотах ротора , токе возбуждения I_BH и характере нагрузки строят в относительных единицах по трем точкам. Координаты двух точек определяют с помощью построенной диаграммы Потье (рисунок 9).

Первая точка соответствует номинальной нагрузке генератора (I_H = 1 о. е.; U_H = 1 о. е.); вторая — режиму при полном сбросе нагрузки (I = 0; U = Е_OH, о. е.). Третью точку для построения внешней характеристики генератора получают на основе векторной диаграммы Потье, предварительно построенной при токе нагрузки I = 0,5, I_н = 0,5 о. е. (рис. 10). Координаты искомой точки будут (I = 0,5, I_н = 0,5 о. е.; U = E_0(0,5)).

Внешнюю характеристику генератора строят на листе миллиметровой бумаги размером 120x150 мм (рис. 11).

Регулировочную характеристику синхронного генератора при неизменных значениях частоты вращения ротора n_H напряжении U_H = 1 о. е. и характере нагрузки строят в относительных единицах по трем точкам при значениях тока нагрузки I = 0; 0,5; 1 о.е. Значения величин тока возбуждения в относительных единицах определяют по характеристике холостого хода с использованием соответствующих им значений ЭДС: Е_OH,  E_0(0,5), Е = U_H = 1 о. е. Значения величин этих ЭДС оценивают из диаграммы Потье (рис. 9 и 10).

Регулировочную характеристику генератора строят на листе миллиметровой бумаги размером 120x150 мм (рис. 11) по точкам с координатами (I = 0; I_В = 1 о. е.); (I = 0,5 о. е., I_B(0,5)); (I =1 о. е., I_B = I_ВH).

 

 

Раздел.2. Задача 2 по электрическим машинам постоянного тока

Электродвигатель постоянного тока с параллельным (независимым) возбуждением включен в сеть с напряжением U_H. Величины, характеризующие номинальный режим работы двигателя, приведены в таблице: полезная мощность на валу Р_п; потребляемый ток I_п, частота вращения якоря n_н. Кроме того, заданы величины сопротивления цепи якоря R_я и цепи возбуждения R_B; величина постоянных потерь мощности р₀ и кратность пускового тока двигателя .

Вариант	Рп, кВт	UH, в	Iн, А	nн , об/мин	Rя , Oм	RB, Ом	Р0, Вт	КП
06	1,5	220	8,7	1500	2,45	470	86	1,6

 

Содержание задания

1. Вычертить электромагнитную схему и электрическую схему включения двигателя, определить пределы измерения электрических величин, выбрать контрольно-измерительные приборы и оценить величину сопротивления пускового реостата.

2. Определить для номинального режима работы двигателя ток якоря I_ЯН и ток возбуждения I_ВН противо - ЭДС обмотки якоря Е_Я, электромагнитную мощность Р_Эм и вращающий момент М_Н; а также частоту вращения якоря n₀ в режиме идеального холостого хода.

3. Построить механические характеристики двигателя .

Примечания.

1. Влиянием реакции якоря следует пренебречь.

2.Сопротивления обмоток якоря и возбуждения, указанные в задании при температуре , необходимо привести к расчетной температуре по формуле

 

 

 

Во всех случаях следует пользоваться приведенными значениями сопротивлений.

Решение:

1. На электромагнитной схеме машин постоянного тока показать обмотку возбуждения, главные полюса, якорь, щетки и станину. В схеме включения двигателя предусмотреть контрольно-измерительные приборы и реостаты в цепи якоря R_я н в цепи возбуждения R_В,. Контрольно-измерительные приборы выбираются на основании номинальных значений напряжения, тока якоря и тока возбуждения с учетом их изменения при регулировании от нуля до 1,2—1,3 номинального значения. Величину сопротивления пускового реостата определяют из уравнения равновесия напряжения в первый момент пуска двигателя

.

Определяем  значения приведенных сопротивлений  обмоток якоря и возбуждения

, Ом

, Ом

, Ом

, Ом

 

1.1. Схема включения  двигателя показана на рис. 12.

В схеме предусмотрены: вольтметр для измерения напряжения на обмотках якоря и возбуждения, амперметры для измерения токов якоря и возбуждения, а также реостаты в цепи якоря R_П и в цепи возбуждения R_РВ.

 

 

Пределы контрольно-измерительных  приборов определяем на основании номинальных значений напряжения, тока якоря и тока возбуждения с учетом их изменения при регулировании от нуля до 1,2…1,3 номинального значения. Величину сопротивления пускового реостата определяем из уравнения равновесия напряжения в первый момент пуска двигателя .

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 12. Схема включения двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением.

Предел измерения  вольтметра определяем, исходя из номинального значения напряжения сети

, В

Выбираем вольтметр  со стандартным предельным значением 300 В.

Предел измерения  амперметра цепи якоря определяем, исходя из максимального значения пускового  тока

, А.

Выбираем амперметр  со стандартным предельным значением 20 А.

Предел измерения  амперметра цепи возбуждения определяем, исходя из максимального значения тока возбуждения

А

Выбираем амперметр со стандартным предельным значением  1 А.

Из уравнения  равновесия напряжений в первый момент пуска двигателя

Ом

 

2. Значение величин тока якоря I_ЯН и тока возбуждения I_ВН, противо - ЭДС обмотки якоря Е_Я, электромагнитную мощность Р_Эм для номинального режима двигателя определяют из его основных уравнений

,   ,      ,     ,

откуда

, А

, А

, В

, Вт

 

Номинальное значение вращающего момента находят из выражения

, Нм,     , Нм.

, Н×м

Частоту вращения якоря двигателя в режиме идеального холостого хода (I_Я =0) находят из соотношения

,  об/мин.

об/мин

3. Механической характеристикой двигателя параллельным возбуждением называют зависимость n = f (М) при

U = const;  I_B = const;  = const.

При включении в цепь якоря добавочного регулировочного реостата R_ря уравнение равновесия напряжения движения имеет вид:

=

откуда:   ,  об/мин.

С учетом значения выражение примет вид

где С_ε и С_М — постоянные двигателя соответственно по ЭДС и моменту; – величина уменьшения частоты вращения якоря за счет увеличения момента на валу.

При постоянных значениях U и I_B можно считать неизменной величину магнитного потока Ф, поэтому механическая характеристика двигателя параллельного возбуждения является линейной, а наклон ее по отношению к оси абсцисс определяется отношением

Для построения механических характеристик при различных сопротивлениях в цепи якоря двигателя выражением пользуются следующим образом. Поскольку механические характеристики двигателя с параллельным возбуждением прямолинейны, то для построения каждой из семейства i-x характеристик достаточно знать координаты двух точек.

 

Первая точка (М = 0; n = n₀) — это точка идеального холостого хода двигателя и она является общей для всех i - ых характеристик при U и I_B = const. Дтя нахождения координаты второй точки каждой i-ой характеристики поступают таким образом. Задаются значением момента, например, М = М_н, которому в установившемся режиме работы двигателя соответствуют значения тока якоря I_ЯН. Из зависимости находят величину уменьшения частоты вращения якоря двигателя при следующих значениях добавочного реостата в цепи якоря R_pяi = (0; 2,5; 5,0; 7,5; 10)R_Я, то есть