ТОП 10:

Контрольная работа по синхронным машинам



 

Система относительных единиц в синхронных машинах:

За базисные значения тока и напряжения обмотки якоря принимаются номинальные фазные значения этих величин ― Iб = Iф.н, Uб = Uф.н. Тогда базисное значение сопротивления равно zбаз = Uбаз/ Iбаз = Uн.ф/ Iн.ф, а базисная мощность ― Sб = Sн = 3UбIб = 3Uн.фIн.ф. Для схемы соединения обмотки якоряY: Uф.н = Uл/ , Iн.ф = Iл, для схемы ∆ ― Uф.н = Uл, Iн.ф = Iл/ .

За базисное значение МДС возбуждения принимается МДС, созданная током возбуждения холостого хода If0, при котором в режиме холостого хода ЭДС обмотки якоря генератора равна номинальному напряжению E10 = Uн ― Fб = Ffo = Ifowf.

Номинальный режим работы генератора характеризуется следующими относительными значениями величин: Uн* = 1, Iн* = 1, Pн* = Sнcosφн/Sб = cosφн, Sн* = 1.

Нормальные характеристики холостого хода явно- (ЯСГ) и неявнополюсных (НСГ) синхронных генераторов приведены в табл.4.1 в относительных единицах, и ими следует пользоваться при построении векторных диаграмм.

Таблица 4.1.

Нормальные характеристики холостого хода

Ff* = If* 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 Прим.
E10* 0,58 1,0 1,21 1,33 1,40 1,46 1,51 НСГ
E10* 0,53 1,0 1,23 1,30 - - - ЯСГ

 

4.1. Задание на контрольную работу

Для 3-фазного синхронного генератора №… из табл.4.2:

1. Построить векторную диаграмму для номинального режима работы.

2. С помощью векторной диаграммы определить:

- ток возбуждения Ifн в относительных единицах и в амперах;

- напряжение на обмотке возбуждения в вольтах;

- изменение напряжения при сбросе нагрузки.

3. Построить регулировочную характеристику генератора If = f(Ia) при номинальном коэффициенте мощности cosφн и номинальном напряжении Uн. Таблица 4.2

Технические данные неявнополюсных (№№1-16)

и явнополюсных (№№17-32) синхронных генераторов

Основные данные Параметры
Sн, МВА сosφн, о.е. nн, об/мин Uн, кВ If0, А xσ, Ом xd, Ом xq, Ом rf, Ом
3,0 0,8 3,15 0,6 8,0 8,0 0,6
3,75 0,8 6,3 1,28 16,2 16,2 0,33
4,38 0,8 3,15 0,25 3,5 3,5 0,28
7,5 0,8 10,5 1,8 23,0 23,0 0,4
0,8 3,15 0,08 1,25 1,25 0,7
7,5 0,8 6,3 0,65 8,35 8,35 0,4
0,8 6,3 0,31 4,93 4,93 0,68
18,75 0,8 10,5 0,8 12,3 12,3 0,8
31,25 0,8 6,3 0,2 3,0 3,0 0,37
37,5 0,8 6,3 0,16 2,5 2,5 0,41
37,5 0,8 10,5 0,45 7,45 7,45 0,41
62,5 0,8 10,5 0,24 3,24 3,24 0,28
117,6 0,85 13,8 0,22 3,0 3,0 0,41
0,85 15,75 0,2 1,95 1,95 0,22
0,85 20,0 0,22 2,5 2,5 0,14
0,85 20,0 0,17 1,65 1,65 0,09
0,85 93,8 15,75 0,08 0,67 0,38 0,12
0,85 15,75 0,17 0,96 0,63 0,24
123,5 0,85 68,2 13,8 0,14 0,78 0,51 0,21
0,8 83,3 13,8 0,4 1,9 1,13 0,28
0,8 68,2 15,75 0,35 2,25 1,5 0,07
0,8 68,2 13,8 0,45 2,0 1,5 0,44
0,8 187,5 10,5 0,35 2,5 1,55 0,23
0,8 10,5 0,44 2,6 1,65 0,25
0,8 10,5 0,31 0,59 3,5 2,2
0,8 11,0 0,26 0,75 5,0 3,0
0,8 6,6 0,4 0,36 2,0 1,25
0,8 10,5 0,95 5,5 3,3 0,17
0,8 6,6 0,46 3,0 1,7 0,85
0,8 6,6 0,6 3,16 2,0 0,26
7,0 0,8 6,6 1,0 5,6 3,4 0,35
4,0 0,8 6,6 1,8 9,9 6,0 0,22

 

Примечание. Схема соединения обмотки якоря (статора) – звезда (Y).

 

4.2. Методические указания по выполнению работы

К п.1. Векторные диаграммы могут быть построены, если известны напряжение U и ток Ia якоря генератора, а также угол φ между ними. Эти векторные диаграммы следует строить в относительных единицах в масштабе, принятом для нормальной характеристики холостого хода (1 о.е. – 100-150 мм).

При построении векторных диаграмм необходимо учитывать насыщение ферромагнитных участков магнитной цепи генератора результирующим магнитным полем, созданным МДС возбуждения Ff и МДС обмотки якоря Fa.

А. Векторная диаграмма явнополюсного синхронного генератора с учетом насыщения.

МДС обмотки якоря содержит продольную Fad и поперечную Faq составляющие. Построение диаграммы может быть проведено с помощью нормальной характеристики холостого хода ЯСГ (см. рис.6.4.1). Векторная диаграмма приведена на рис. 4.2 и соответствует уравнениям напряжения явнополюсного синхронного генератора в пренебрежении активным сопротивлением обмотки якоря ra:

Здесь Er – ЭДС, наведенная результирующим магнитным полем взаимной индукции;

Erd – ЭДС, наведенная результирующим продольным полем взаимной индукции (по нормальной характеристике холостого хода соответствует МДС возбуждения Frd);

Eaq = ―jIqxaqн – ЭДС, наведенная результирующим поперечным полем, созданным током Iq;

xaqн – насыщенное значение индуктивного сопротивления взаимной индукции обмотки якоря по поперечной оси.

Влияние продольной МДС якоря Fd на продольное поле эквивалентируется продольной МДС возбуждения

Fad = ξdFdkad,

где ξd – коэффициент, зависящий от степени насыщения магнитной цепи результирующим полем (он определяется в зависимости от величины Er по рис. 4.3); kad – коэффициент реакции якоря по продольной оси без учета насыщения.

Влияние поперечной МДС якоря Fq на поперечное поле эквивалентируется поперечной МДС возбуждения

Faq = ξqFqkaq,

где ξq – коэффициент, зависящий от Er (см. рис.4.3), kaq – коэффициент реакции якоря по поперечной оси без учета насыщения.

Размагничивающее влияние поперечной МДС якоря Fq на продольное поле эквивалентируется продольной МДС возбуждения

Fqd = ξqdFaq,

где ξqd – коэффициент, зависящий от Er (см. рис. 6.4.3).

На векторной диаграмме направления векторов должно быть следующим:

- МДС совпадает по направлению с током ,

- МДС совпадает по направлению с током ,

- МДС отстает от ЭДС на угол 900.

 

 

Рис.4.1. Характеристика холостого хода ЯСМ

 

Насыщенные значения индуктивных сопротивлений взаимоиндукции рассчитываются с помощью коэффициентов ξd и ξq (см. рис.4.3) как

xadн = ξd xad, xaqнq xaq (xad = xd –xσ, xaq = xq – xσ) (4.1)

 

 

Рис.4.2. Векторная диаграмма ЯСГ

 

При известных составляющих тока якоря Id и Iq и насыщенных значениях индуктивных сопротивлений можно рассчитать значения соответствующих ЭДС: Ead = Idxadн, Eaq = Iqxaqн.

Затем по спрямленной характеристике холостого хода (ХХХ) по полученным значениям ЭДС Ead и Eaq можно определить соответствующие им эквивалентные МДС Fad и Faq, что позволит избежать необходимости расчета МДС Fd и Fq и коэффициентов kad, kaq.

Результирующая МДС по продольной оси Frd соответствует ЭДС Erd и опережает ее на угол 900. Она равна сумме всех МДС по продольной оси:

.

Отсюда следует, что МДС возбуждения при нагрузке равна

 

.

 

 

 

Рис.4.3. Зависимость коэффициентов насыщения от ЭДС Er

 

Порядок построения векторной диаграммы ЯСГ с учетом насыщения магнитной цепи.

При построении диаграммы падением напряжения на активном сопротивлении обмотки якоря raIa пренебрегают из-за ее малости по сравнению с падением напряжения на индуктивных сопротивлениях обмотки.

1. По горизонтали откладывается в выбранном масштабе вектор тока Ia (для исходной диаграммы Ia = Iн – 1 о.е. тока).

2. Под углом φ к вектору тока откладывается вектор номинального напряжения Uн (1 о.е. напряжения).

3. Откладывается вектор jxσ , длина которого в выбранном масштабе напряжений соответствует падению напряжения xσIa в относительных единицах. В результате находят вектор результирующей ЭДС По величине Er находят коэффициенты ξd, ξq (см. рис.4.3) и соответствующие им насыщенные значения индуктивных сопротивлений обмотки якоря xadн и xaqн (по формуле (4.1)).

4. Для определения направления вектора ЭДС и угла ψ к вектору j xσ прибавляют вектор j xaqн.

5. По известному углу ψ и току якоря Ia определяют составляющие тока якоря по осям – и .

6. По продолжению прямолинейного участка ХХХ определяют МДС обмотки возбуждения Fad, эквивалентную продольной МДС обмотки якоря. МДС Fad в относительных единицах соответствует падению напряжения xadнId (в относительных единицах). На векторной диаграмме ad совпадает по направлению с током .

7. Результирующая МДС соответствует ЭДС на ХХХ и опережает ее на векторной диаграмме на угол 900:

,

где jxaqн = ― aq .

8. По продолжению прямолинейного участка ХХХ определяется МДС Faq, эквивалентная поперечной МДС якоря. В относительных единицах Faq соответствует падению напряжения xaqнIq.

По известной МДС Faq рассчитывается МДС Fqd = ξqdFaq, эквивалентная ее размагничивающему действию. Вектор Fqd отстает на векторной диаграмме от вектора ЭДС Erd на угол 900.

9. МДС обмотки возбуждения в относительных единицах в номинальном режиме работы равна

* = rd* ad* qd*.

Поскольку МДС Frd направлена встречно МДС Fad, Fqd, то в скалярной форме баланс МДС может быть записан в виде

Ffн* = Frd* + Fad* + Fqd*.

Б. Векторная диаграмма неявнополюсного синхронного генератора с учетом насыщения.

Векторная диаграмма приведена на рис. 4.4 и соответствует уравнениям напряжения неявнополюсного синхронного генератора (НСГ):

Как и для случая ЯСГ, диаграмма строится в относительных единицах для определения номинального тока возбуждения Ifн при заданных Uн, Iaн и угле φн.

Порядок построения векторной диаграммы НСГ с учетом насыщения магнитной цепи.

. При построении диаграммы падением напряжения на активном сопротивлении обмотки якоря raIa пренебрегают из-за ее малости по сравнению с падением напряжения на индуктивных сопротивлениях обмотки

1-3. Соответствуют пп.1-3 для ЯСГ. ЭДС Er на характеристике холостого хода соответствует МДС возбуждения F (см. рис.6.4.4).

4. На оси ординат ХХХ откладывают отрезок, равный Iнxad, и по спрямленной ХХХ НСГ (она отличается от характеристики холостого хода ЯСГ – см. табл.6.4.1) определяют соответствующую ему МДС возбуждения Fafн, эквивалентную МДС обмотки якоря Faн при токе якоря Iн.

5. В относительных единицах результирующая МДС F соответствует ЭДС Er. На векторной диаграмме вектор опережает вектор на угол 900, а вектор совпадает по направлению с током якоря .

6. МДС обмотки возбуждения в относительных единицах равна (см. рис. 4.4) .

 

 

 

Рис.4.4. Векторная диаграмма НСГ

К п.2.Ток возбуждения в амперах равен Ifн = If0Ffн*,

где If0 – ток возбуждения холостого хода, соответствующий условию Er = Uн (значение этого тока приведено в табл.4.2).

Напряжение на обмотке возбуждения в вольтах равно

Ufн = Ifнrf.

Изменение напряжения при сбросе номинальной нагрузки до нуля равно (%)

∆u = (Ef* - 1) 100%,

где значение Ef* определяется по нормальной характеристике холостого хода (ЯСГ или НСГ, соответственно) для МДС возбуждения Ffн*.

К п.3. Из пп.1, 2 мы уже имеем две точки этой характеристики – If = Ifн при Ia = Iaн и cosφ = cosφн; If = If0 при Ia = 0. Для получения еще одной точки этой характеристики повторяют построение векторной диаграммы (см. п.1) для тока Ia = 0,5Iaн. Из этой диаграммы находят ток возбуждения If, соответствующий току якоря 0,5Iaн. По полученным трем точкам строят регулировочную характеристику генератора.

4.3. Пример решения контрольной работы

Решение проведем на базе данных варианта №32 (ЯСГ).

Определяем номинальные (базовые) значения напряжения и тока якоря, соответствующие их номинальным фазным значениям, и базисное значение сопротивления. В табл.4.2 указано, что схема соединения обмотки якоря – звезда. Поэтому

Uбаз = Uн.ф = Uн/ = = 6600/ = 3810 В,

Iбаз = Iн.ф = Iн.л = Sн/( Uн) = 4000/( .6,6) = 350 А,

zбаз = Uбаз/Iбаз = 3810/350 = 10,9 Ом.

П.1. Определяем модуль вектора jxσ для режима номинальной нагрузки

xsIaн = 1,8.350 = 630 В → 630/3810 = 0,165 о.е.

При построении векторной диаграммы в относительных единицах принимаем одинаковый масштаб для одной относительной единицы тока и напряжения – 100 мм.

1. Откладываем на миллиметровке вектор тока якоря (см. рис.6.4.2), равный 100 мм. Поскольку cosφн = 0,8, то угол φн = 36,70.

2. Под этим углом откладываем вектор , равный также 100 мм.

3. Далее к вектору прибавляем вектор jxσ = 0,165 о.е (в выбранном масштабе напряжений - 16,5 мм), перпендикулярный вектору . В результате получаем значение вектора = 111 мм (1,11 о.е).

По Er = 1,11 о.е. находим (см. рис.6.4.3): xd = 0,96, xq = 0,8.

Тогда xadн = 9,9.0,96 = 9,5 Ом = 9,5/10,9 = 0,87 о.е,

xaqн = 6,0.0,8 = 4,8 Ом = 4,8/10,9 = 0,44 о.е.

4. Прибавляем к вектору j xs вектор j xaqн, равный

350.4,8 = 1680 В = 1680/3810 = 0,44 о.е.

(в выбранном масштабе напряжений – 44 мм).

Из полученной векторной диаграммы следует, что угол y = 570.

5. Тогда составляющие тока якоря по осям равны

= Isiny = 350.0,84 = 294 А, = Iaнcosy = 350.0,545 = 191 А.

6. По данным табл.4.1 строим нормальную и спрямленную ХХХ явнополюсного синхронного генератора в относительных единицах (рис.4.1). При построении ХХХ масштаб ЭДС должен соответствовать масштабу напряжения при построении векторной диаграммы – 100 мм соответствуют 1 о.е. напряжения (ЭДС). Для тока возбуждения примем для простоты тот же масштаб – 100 мм соответствуют 1 о.е. тока возбуждения If.

Откладываем по оси ординат модуль

xadнId = 9,5.294 = 2793 В = 2793/3810 = 0,73 о.е. (73 мм)

и по спрямленной ХХХ находим

Fad = 70 мм (0,7 о.е. тока возбуждения).

7. По векторной диаграмме находим ЭДС Erd = 107 мм (1,07 о.е.), опуская перпендикуляр из конца вектора Er на вектор Ef в соответствии с уравнением .

ЭДС Erd = 1,07 о.е. по нормальной ХХХ соответствует МДС Frd = 1,11 о.е. возбуждения.

8. Падение напряжения xaqнIq = 4,8.191 = 916,8 В → 916,8 : 3810 = 0,24 о.е (24 мм). Откладываем это падение напряжения по оси ординат и получаем по спрямленной характеристике холостого хода значение Faq = 24 мм. По этой МДС определяем Fqd = ξqdFaq = 0,22.24 = 5,3 мм = 0,053 о.е. (ξqd = 0,22 для Er = 1,11 по рис.6.4.3).

9. Находим МДС обмотки возбуждения в номинальном режиме работы

Ffн = Frd + Fad + Fqd = 1,11 + 0,7 + 0,053 = 1,863 о.е.

Полученному значению МДС возбуждения в номинальном режиме Ffн* = 1,863 по нормальной ХХХ соответствует ЭДС Efн* = 1,27 о.е.

П.2. Номинальный ток возбуждения равен

Ifн = If0Ffн* = 300.1,863 = 559 А.

Номинальное напряжение на обмотке возбуждения равно

Ufн = Ifнrf = 559.0,22 = 123 В.

Изменение напряжения при сбросе номинальной нагрузки до нуля равно (%)

∆u = (Efн* - 1) 100% = (1,27 ― 1,0) 100 = 27%.

П.3. Из пп.1, 2 мы имеем две точки этой характеристики: If = Ifн = 559 А при Ia = Iaн = 350 А и cosφ = cosφн = 0,8; If = If0 = 300 А при Ia = 0. Для получения еще одной точки этой характеристики повторяют построение векторной диаграммы (см. п.1) для тока Ia = 0,5Iaн = 175 А, U = Uн и cosφ = cosφн = 0,8. Из этой диаграммы (не приводится) ток возбуждения If = 390 А. По полученным трем точкам строят регулировочную характеристику генератора.

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ПО ТРАНСФОРМАТОРАМ

 

Общие методические указания

Проект состоит из расчета трансформатора и разработки его конструкции. Пояснительная записка должна иллюстрироваться выполненными в масштабе эскизами сечения стержня и ярма с указанием размеров, расположения обмоток, схемы транспозиции и расположения регулировочных витков. Конструктивная часть выполняется в AutoCAD’е на двух листах формата А4 и содержит чертежи установки обмоток одной фазы (вертикальный и горизонтальный разрезы) и общий вид трансформатора (вид спереди и сверху) с разрезами, позволяющими показать установку в баке активной части трансформатора. На чертежах должны быть проставлены основные размеры.

Прежде чем приступать к выполнению курсового проекта, необходимо изучить соответствующие разделы лекций и литературы [1, 4], после чего внимательно разобрать пример расчета, приведенный в [4]. Оформление проекта должно соответствовать требованиям ГОСТ. Несоблюдение правил оформления расчетно-графических работ может стать причиной того, что представленный проект не будет зачтен, либо не будет даже принят к защите.

Оформление титульного листа должно соответствовать Приложению 2. Основные требования по оформлению расчетно-пояснительной записки соответствуют требованиям по оформлению контрольных работ, приведенным на стр.9.

 

Задание на курсовой проект,







Последнее изменение этой страницы: 2017-01-25; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.85.214.125 (0.021 с.)