Методические указания по подготовке к выполнению и выполнению лабораторной работы Описание лабораторного стенда (стр. 2 из 20)

При очередном цикле использования генератора по назначению, если частота вращения вала генератора становится отличной от нуля, в его рабочей обмотке возникает ЭДС, пропорциональная величине магнитного потока остаточной намагниченности и частоте вращения вала. Эта ЭДС на рисунке 3.2 показана как

. При величине сопротивления обмотки возбуждения, показанной на рисунке 3.2 линией , в обмотке возбуждения возникнет ток . При МДС обмотки возбуждения произойдет увеличение ЭДС в обмотке якоря до значения по характеристике холостого хода генератора. При , в обмотке возбуждения генератора возникнет ток , что приведет к дальнейшему увеличению ЭДС в рабочей обмотке генератора до значения . Очевидно, что процесс нарастания тока в обмотке возбуждения генератора и пропорционального нарастания ЭДС в рабочей обмотке генератора может закончиться только в точке пересечения линии с характеристикой холостого хода генератора.

Рисунок 3.2. Внешняя характеристика генератора с самовозбуждением

Особенности формирования внешней характеристики генератора с самовозбуждением рассмотрим в предположении, что нам известна внешняя характеристика генератора с независимым, электромагнитным возбуждением. Поскольку форма внешней характеристики генератора с независимым возбуждением не влияет на процедуру построения внешней характеристики генератора с самовозбуждением, представим ее в виде прямой линии, соединяющей точку ЭДС генератора и точку его тока короткого замыкания. При построении внешней характеристики генератора с самовозбуждением будем предполагать, что имеем дело с генератором, схем которого представлена на рисунке 3.2. Особенностью представленного на схеме генератора является возможность (переключением ключа

) изменения способа его возбуждения. Если ключ находится в положении НВ, то имеет место независимое возбуждение генератора с возможностью установки произвольного тока в обмотке возбуждения с помощью реостата . При перемещении ключа в положение СВ получим генератор с системой самовозбуждения. Очевидно, что при выборе ЭДС независимого источника питания в виде , и в режиме независимого возбуждения генератора (при =0), и в режиме самовозбуждения мы получим при .

При определении положения других точек внешней характеристики генератора с самовозбуждением примем в виде аксиомы положение о том, что при равенстве напряжений на обмотке возбуждения и произвольном значении сопротивления нагрузки генератора (кроме сопротивления нагрузки

) режимы работы и генератора с независимым возбуждением, и генератора с самовозбуждением будут идентичными.

С учетом данного замечания и при принятом выше допущении о способе представления внешней характеристики генератора с независимым возбуждением точки внешней характеристики генератора с самовозбуждением можно определить, придерживаясь следующей методики.

Допустим, что в случае самовозбуждения генератора на сопротивлении нагрузки

зафиксировано напряжение (рисунок 3.2). Очевидно, что при этом к обмотке возбуждения генератора будет приложено напряжение , и в обмотке будет протекать ток . Воспроизведем это состояние обмотки возбуждения генератора в режиме его независимого возбуждения. Для этого на схеме рисунка 3.2 необходимо переключить ключ в положение НВ и с помощью реостата установить ток в обмотке возбуждения генератора. В режиме независимого возбуждения генератора, при , внешней характеристикой генератора будет прямая линия, соединяющая точки и . Тогда точка 1 в координатах (точка пересечения внешней характеристики генератора независимого возбуждения с линией ) будет определять режим работы генератора при независимо от способа его возбуждения. Другими словами, если не менять положения движка реостата и величины сопротивления , то переключение ключа из положения НВ в положение СВ и наоборот не приведет к изменению режима работы генератора.

Воспроизводя приведенную выше логику, можно построить произвольную точку внешней характеристики генератора с самовозбуждением при

и соответственно при . На рисунке 3.2, кроме точки 1, показаны точки внешней характеристики генератора с самовозбуждением, построенные при и .

Соединяя точки

, 3, 2, 1, (жирная линия на рисунке 3,2). Получим вид внешней характеристики генератора с самовозбуждением. Отметим, что рассмотренный способ построения внешней характеристики генератора с самовозбуждением не изменится, если для представления внешней характеристики генератора с независимым возбуждением воспользоваться ее реальной моделью, полученной при выполнении лабораторной работы 1.

Вывод, который следует сделать из анализа влияния способа возбуждения генератора на его свойства как источника ЭДС, очевиден. Если при номинальных режимных параметрах по уровню напряжения и величине тока в точке номинальной мощности нас не устраивает генератор с независимым возбуждением как источник ЭДС, то тем очевиднее это положение относится к генератору с самовозбуждением.

Рассмотрим возможность пересмотра этого вывода средствами изменения конструктивных параметров генератора, определяющих величину его внутреннего сопротивления как реального источника ЭДС.

Влияние внутреннего сопротивления генератора на вид его внешней характеристики рассмотрим применительно к синхронному генератору с независимым возбуждением и явно выраженной полюсной системой. Такой подход целесообразен по двум причинам. Первая причина определяется тем, что внешняя характеристика генератора с независимым возбуждением является опорной характеристикой при построении внешней характеристики генератора с самовозбуждением. Вторая причина базируется на наличии в нашем активе модели внешней характеристики генератора с независимым возбуждением, точность работы которой проверена при выполнении исследований по заданию лабораторной работы 1.

Как известно, любой реальный источник ЭДС отличается от идеального наличием внутреннего сопротивления

. Если воспринимать внутреннее сопротивление синхронного генератора как параметр, определяющий различие между ЭДС генератора и напряжением на нагрузке, то в соответствии с математической моделью генератора величина внутреннего сопротивления проявляется как функциональная связь между тремя параметрами генератора.

(3.1) Все, указанные в выражении (3.1) параметры – активное сопротивление фазы, полное индуктивное сопротивление по продольной оси и полное индуктивное сопротивление по поперечной оси, зависят от конструктивного исполнения генератора и способа его возбуждения. Если рассматривать указанные параметры в относительных единицах, то можно отметить, что величина является инвариантной относительно способа возбуждения генератора. Различие синхронных генераторов определяется соотношением их реактивностей по продольной и поперечной осям. В технической литературе принято различать: