Лабораторная работа № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЁХФАЗНОГО СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Цель работы: изучение конструкции, принципа работы и основных характеристик трехфазного синхронного генератора.

1. Программа лабораторных исследований

1) Ознакомиться с конструкцией и принципом действия синхронного генератора (СГ).

2) Ознакомиться с паспортными данными СГ.

3) Собрать схему для проведения исследований.

4) Снять характеристику холостого хода.

5) Снять внешние характеристики.

6) Снять регулировочные характеристики СГ.

7) Снять характеристики короткого замыкания.

Пояснения к работе

Конструкция и принцип действия СГ

Объектом исследования является явнополюсный трёхфазный синхронный генератор. СГ служит для преобразования механической энергии, поступающей со стороны вала, в электрическую энергию переменного тока.

В конструктивном отношении СГ состоит из двух основных частей: неподвижной – статора и вращающейся – ротора. На статоре 1 располагается трёхфазная обмотка переменного тока – обмотка якоря 2, а на роторе – обмотка возбуждения 4, по которой протекает постоянный ток (рисунок 1). Обмотка возбуждения размещается на полюсах 3, расположенных на роторе (индукторе), и подключается к двум контактным кольцам 5, размещённым на валу 6 (рисунок 2). Постоянное напряжение подаётся на обмотку возбуждения через щётки 7 и контактные кольца 5. В полюсных наконечниках 8, как правило, располагается демпферная (успокоительная) обмотка, которую в синхронных двигателях называют пусковой. Демпферная обмотка состоит из стержней 9 и замыкающих сегментов 10 и представляет собой фрагмент короткозамкнутой обмотки ротора асинхронного двигателя. В генераторах она изготовлена из меди. В полюсах ротора выполняются вентиляционные каналы 11.

Рисунок 1 – Конструкция СГ Рисунок 2 – Ротор явнополюсного СГ

Магнитный поток, создаваемый током обмотки возбуждения, пронизывает обмотку якоря и при вращении ротора наводит в ней ЭДС. Таким образом, работа генератора основана на использовании закона электромагнитной индукции, который отражает взаимосвязь ЭДС в обмотке якоря с изменением во времени потокосцепления обмотки, обусловленного магнитным потоком обмотки возбуждения,

.

Вследствие синусоидального изменения во времени магнитного потока чаще используют формулу для действующего значения ЭДС:

.

Здесь f₁–частота ЭДС; – амплитудное значение потока обмотки возбуждения, пронизывающего обмотку якоря с числом витков ; – обмоточный коэффициент (0,9–0,95).

Если к выводам обмотки якоря подключено нагрузочное сопротивление, то под действием наведенной ЭДС в цепи якоря и во внешней цепи нагрузки потечёт трёхфазный переменный ток.

Трёхфазный переменный ток якорной обмотки создаёт в зазоре круговое вращающееся поле, которое вращается вместе (синхронно) с полем возбуждения и является неподвижным по отношению к полюсам возбуждения.

В результате взаимодействия вращающегося поля якорной обмотки с полем возбуждения создаётся электромагнитный момент, уравновешивающий механический момент на валу генератора со стороны приводного устройства.

Демпферная (успокоительная) обмотка гасит качания ротора (колебания частоты вращения ротора относительно синхронной частоты вращения), возникающие при переходных процессах. Во время этих колебаний в демпферной обмотке наводится ЭДС, вызывающая токи в стержнях этой обмотки и возникновение электромагнитного момента, тормозящего качания ротора. Энергия качаний ротора рассеивается в виде тепловых потерь в демпферной обмотке.

При несимметричной нагрузке по фазам генератора демпферная обмотка подавляет возникающее в этом случае обратное магнитное поле и обеспечивает симметричное напряжение на выводах якорной обмотки СГ.

Более подробное ознакомление с конструкцией и принципом действия СГ проводится во внеаудиторное время на стадии подготовки к выполнению работы по литературе [1–4].