Включение генератора на параллельную работу с сетью

Лабораторная работа №3

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СИНХРОННОГО ГEHEPATОPA С СЕТЬЮ

 

Цель работы – изучение методов включения синхронного генератора в сеть, нагружение его активной и реактивной мощностью, снятие U-образной характеристики.

Оборудование и приборы:

Трехфазный синхронный генератор СГР-4,5, трехфазный асинхронный двигатель ВАО-52-4, комплект измерительных приборов К-50, индукционный регулятор с выпрямителем, амперметр магнитоэлектрической системы на 10, ламповый синхроскоп ЛС, нулевой вольтметр электромагнитной системы с пределом измерения 250 В.

Содержание работы:

1. Включить синхронную машину на параллельную работу с сетью:

а) методом точной синхронизации (за помощью синхроноскопа);

б) методом грубой синхронизации.

2. Снять и построить U -образную характеристику генератора при Р₁ = 0.

3. По данным опыта рассчитать и построить зависимость cosj = f(і_в). Перевести синхронную машину в режим двигателя и осуществить регулирование активной и реактивной мощности при постоянном токе статора І₁ = const.

4. Снять характеристики І_1р = f(P₁), і_в = f(P₁), cosj = f(P₁).

 

Порядок выполнения работы

Условия включения синхронного генератора на параллельную работу.

При включении синхронного генератора на параллельную работу с сетью необходимо соблюдать следующие условия:

1) напряжение (ЭДС) генератора должно быть равно по величине и быть противоположным по фазе напряжению сети U_г = -U_c;

2) частота напряжения генератора должна равняться частоте напряжения сети f_г = f_с;

3) порядок следования фаз у генератора и сети должен быть одинаковым.

Совокупность операций по выполнению этих условий, сделанных в режиме холостого хода синхронного генератора, называется синхронизацией.

 

Включение генератора на параллельную работу с сетью

2.1 По методу точной синхронизации. Точная синхронизация генератора с сетью наступает, когда при одинаковом порядке следования фаз частота и напряжение генератора равны частоте и напряжению сети, а векторы U_г и U_с встречны один другому, т.е. составляют между собой 180 электрических градусов.

Довговременно поддерживать такой режим в автономно работающем генераторе невозможно. Поэтому на практике домагаються лишь возможно более точного совпадения величин напряжений и приблизительного совпадения частот, при котором осуществляется плавное изменение угла между векторами напряжения генератора и напряжения сети. Уловив момент, когда U_г и U_с находятся в противофазе, делают включение генератора на сеть.

Для определения момента времени включения генератора на параллельную работу с сетью применяются разные автоматические устройства синхронизации. Наиболее простым является ламповый синхроноскоп.

Синхроноскоп, схема которого приведена на рис. 3.1, состоит из трех ламп, рассчитанных на кратковременную работу при удвоенном фазном напряжении сети; с его помощью можно включить СГ в сеть в момент времени, близкий к режиму точной синхронизации.

Для этого необходимо собрать схему по рис.3.1 (на одновременное погасание). Основными узлами и элементами схемы являются: сеть, синхронный генератор G, приводной двигатель M, ламповый синхроноскоп ЛС и комплект измерительных приборов К-50.

Сеть ~220 В

Рисунок 3.1 – Схема исследования паралельной работы синхронного генератора с сетью

Порядок выполнения работы

 

После сборки схемы (рис. 3.1) включают автомат АП3 и выполняют пуск асинхронного двигателя, который соединен с валом индуктора синхронного генератора. Частота вращения ротора асинхронного двигателя почти равна номинальной частоте вращения индуктора (в условиях лаборатории это примерно 1500 об/мин). Потом включают автомат АП2 и доводят ток возбуждения синхронного генератора до величины, при которой напряжение по показаниям вольтметра комплекта К-50 станет равным фазному значению напряжения сети. В результате при включенном автомате АП2 лампы синхроноскопа выявляются включенными между линейными проводами сети и генератора. Если порядок следования фаз сети и генератора одинаков, тогда лампы загораются одновременно и гаснут одновременно.

Если чередование фаз сети и генератора разное, то лампы загораются и погасают по очереди. В этом случае необходимо остановить генератор и поменять местами два каких-нибудь линейных провода, которые идут от зажимов генератора к комплекту К-50 (следовательно, к сети). Затем снова запускают генератор и проверяют соответствие очередности фаз генератора и сети.

Загорание и погасание ламп синхроноскопа осуществляется за счет изменения разбежности потенциалов между одноименными зажимами АП2 и генератора, обусловленного разбежностью частоты сети и генератора при несинхронной частоте вращения генератора. Включение генератора на параллельную работу с сетью с помощью автомата АП1 выполняется в момент погасания ламп. При этом частота погасания и загорания ламп должна быть такой, чтобы лампы загорались и потухали одновременно через 1-2 секунды, что достигается изменением частоты вращения приводного двигателя.

Недостатком этого метода является то, что лампы потухают при разнице напряжений на зажимах ламп 30% U_н и при включении генератора в сеть возникает ударный ток. Для исключения ударного тока и установления момента полного погасания ламп, при котором требуется включить АП1, можно установить по показанию вольтметра V, включенного параллельно одной из ламп. В момент времени, когда напряжение на лампе будет отсутствовать (вольтметр покажет ноль) синхронный генератор включают в сеть.

Критерием удачного включения генератора в сеть служит отсутствие броска тока, что наблюдается по амперметру К-50. При неточном включении бросок тока может достигать большой величины.

После включения генератора он втягивается в синхронизм и работает синхронно с сетью.

Лампы синхроноскопа можно включить на "бегущий огонь" (вращающийся свет). Для этого присоединение ламп Л2 и Л3 к сети (генератору) изменяют так, как показано на рис. 3.1 штриховыми линиями. Лампы будут загораться и потухать в определенной последовательности. При размещении их по вершинах треугольника создается впечатление вращающегося света. Направление вращения света зависит от того, какая частота больше, – генератора или сети. Включение генератора в сеть выполняется в тот момент времени, когда лампа Л1 целиком гаснет, а две другие горят. Если при включении синхроноскопа на "бегущий свет" лампы одновременно гаснут и затем одновременно загораются – это значит, что порядок прохождения фаз генератора и сети не совпадает.

2.2. Метод самосинхронизации. Широко применяется метод самосинхронизации, названный также методом грубой синхронизации. Это стало возможным благодаря тому, что сети у нас достаточно большой мощности и включение одного генератора не влияет на работу других генераторов, которые параллельно работают на эту сеть с U = U_1н = const и f = f_1н = const.

Метод состоит в следующем. Синхронный генератор после проверки правильности чередования фаз генератора и сети приводят во вращение приблизительно с синхронной частотой вращения; обмотка возбуждения при этом замкнута накоротко. При достижении подсинхронной частоты вращения включают обмотку якоря в сеть с одновременной подачей тока возбуждения в обмотку возбуждения, поступательно увеличивая до значения, при котором генератор втягивается в синхронизм и работает параллельно с сетью в режиме холостого хода.

 

U -образные характеристики синхронного генератора

U -образные характеристики определяют зависимость тока статора от тока возбуждения і_в при постоянной активной мощности генератора (рис. 3.2). В условиях лаборатории характеристику снимают при величине активной мощности генератора, равной нулю, т.е. в режиме холостого хода Р₁ = 0. Для этого непосредственно после включения генератора на параллельную работу изменением тока возбуждения приводного двигателя и тока возбуждения СГ достигают режима, при котором показания амперметра в цепи генератора будут близкими к 0, что соответствует режиму холостого хода генератора.

Затем, изменив і_в генератора до величины, при которой ток І₁ в статоре станет равным номинальному или немного больше его, записывают первую точку U -образной характеристики. Постепенно увеличивая і_в генератора, снимают 3-4 точки левой области кривой І₁ = f(і_в). Обязательно зафиксировать точку U -образной характеристики при минимальном токе статора генератора. Затем, увеличивая і_в генератора, снимают точки правой части кривой І₁ = f(і_в).

0,5

Рисунок 3.2 – U-образная характеристика синхронного генератора

 

Опыт проводить при изменении тока возбуждения от 1 до 10 А.

Правая часть кривой соответствует перевозбужденной машине и отдаче в сеть емкостного тока и реактивной мощности, а левые части – недовозбужденной машине и отдаче в сеть индуктивного тока и потреблению реактивной мощности.

Показания приборов записывают в табл.3.1.

 

Таблица 3.1 U -образная характеристика синхронного генератора

при U₁ =... = const, n = n_н = const

Р1 = 0	I1, A
iв, А

 

Контрольные вопросы

1. Какими методами можно включить СГ на параллельную работу с сетью? В чем состоит расхождение методов?

2. Как включить СГ в сеть по методу точной синхронизации?

3. Как включить СГ в сеть по методу самосинхронизации?

4. Какое назначение синхроноскопа?

5. Как проверяется совпадение чередования фаз генератора и сети?

6. Поясните последовательность операций при снятии U -образных характеристик на исследуемой машине при Р₁ = 0.

7. Как по U -образной характеристике рассчитать и построить зависимость cosj от тока возбуждения?

8. Какая фаза тока І₁, соответствующего минимуму U -образной характеристики синхронного генератора?

9. Почему с увеличением активной мощности Р минимумы кривых смещаются вправо?

10. Какая фаза тока недовозбужденного и перевозбудженного генератора относительно напряжения сети?

11. Поясните – при перевозбуждении или при недовозбуждении СГ отдает реактивную мощность в сеть?

12. Что обозначает угол нагрузки q и от чего зависит его величина?

 

В отчете представить:

1. Цель работы, оборудование и приборы, содержание работы.

2. Электрическую схему опыта для проведения исследования.

3. Условия, которые требуется выполнить при включении генератора в сеть.

4. Таблицу измеряемых величин для построения U-образной характеристики.

5. График U-образной характеристики.

6. Письменные ответы на контрольные вопросы 1,2,3,4,5,6,7,8.

ЛабораторнаЯ рАбота 4