Синхронные_машины_0_3_анг_775205EN+Deck_рус_готов

1.

Е2.2.5
Синхронные машины 0.3
775 205EN
1

2.

Технология
E 2.2.5
Синхронные
0.3
Версия:19MH07PME16W29
775 205EN
машины

3.

4.

Инструкции
Примечание по ЭМС
Чувствительная электроника оборудования, информацию о которой содержит настоящая
публикация об эксперименте, может пострадать из-за разряда статического электричества.
Следовательно, нарастания электростатического заряда следует избегать (особенно, используя
соответствующие помещения) или устранять путем снятия разряда (например, на каркас или что-то
аналогичное).
Эксперименты
Это руководство может содержать дополнительные эксперименты с устройствами, которые не
входят в объем поставки. В этом случае могут выполняться только те эксперименты, для которых ЛД
доставил требуемый материал. Дополнительные эксперименты, являющиеся отклонением от
описываемой процедуры, возможны, если они осуществляются квалифицированным персоналом,
принимая во внимание существующие стандарты безопасности.
Руководства
Прочитайте инструкции, поставляемые с устройствами или программным обеспечением, для
выполнения экспериментов.
Предполагается, что студенты имеют навыки, необходимые для работы со стартером Sensor-CASSY
2
Таким образом, клиенты не имеют права требовать компенсации, такие как-бесплатные
поставки дополнительного аппарата!
2

5.

Оглавление
Инструкции
2
Оглавление
3
1.
Введение
4
2.
Меры предосторожности и уведомления об измерении
5
2.1.
Меры предосторожности
5
2.2.
Уведомления об измерении
5
3.
Эксперименты с гладкой синхронной машиной
7
3.1.
Основные схемы
7
3.2.
Определение эффективности и запись характеристик работы двигателя
10
3.3.
V-кривые и фазосдвигающие операции
18
3.4.
Компьютерная запись характеристик проверки работы
22
3.5.
Параметы как у генератора в режиме автономной работы
23
3.6.
Схемы синхронизации
29
3.7.
Параметры на шине бесконечной мощности
34
4.
Эксперименты с явнополюсной синхронной машиной
38
4.1.
Основные схемы
38
4.2.
Определение эффективности и запись характеристик работы двигателя
41
4.3.
V-кривые и фазосдвигающие операции
49
.4.4.
Компьютерная запись характеристик проверки работы
53
4.5.
Параметры как у генератора в режиме автономной работы
54
4.6.
Схемы синхронизации
60
4.7.
Параметры на шине бесконечной мощности
65
5.
Эксперименты с Многофункциональной машиной
69
5.1.
Основные схемы
69
5.2.
Определение эффективности и запись характеристик работы двигателя
72
5.3.
V-кривые и фазосдвигающие операции
80
5.4.
Компьютерная запись характеристик проверки работы
84
5.5.
Параметры как у генератора в режиме автономной работы
85
5.6.
Схемы синхронизации
91
5.7.
Параметры на шине бесконечной мощности
96
6.
Эксперименты сс реактоным индукционным двигателем
100
6.1.
Основные схемы
100
6.2.
Определение эффективности и запись характеристик
103
6.3.
Компьютерная запись характеристик синхронизации
109
7.
Практические вопросы
110
3

6.

Примечания преподавателя
1. Введение
Синхронные машины являются частью асинхронных машин и могут использоваться одинаково хорошо, как в
качестве двигателей, так и генераторов. Они работают с постоянной скоростью, которая соответствует
скорости вращающегося поля статора, которая именуется как синхронная скорость ns. Обмотка возбуждения
ротора питается током через токосъемники таким образом, что она образует северный и южный полюсы.
При работе в качестве двигателя, вращающееся поле статора заставляет ротор двигаться; при работе в
качестве генератора- верно обратное, ротор, приводимый в действие внутри статора, вызывает образование
вращающегося поля.
Машины, которые предназначены для высокой скорости, относятся к гладким машинам или машинам
турбинного типа. Машины с низкой скоростью имеют роторы с очень выраженными полями; они называются
явно полюсными машинами.
В отличие от асинхронных машин, синхронные двигатели не могут заводиться самостоятельно. Однако если
ротор имеет дополнительную короткозамкнутую обмотку, это позволяет ему заводиться как асинхронный
двигатель. После включения тока возбуждения, он затем продолжает работать как синхронный двигатель. При
синхронной работе короткозамкнутая обмотка предотвращает колебания ротора. Она поэтому также
именуется как демпферная обмотка.
Ротор продолжает отставать от вращающегося поля на угол нагрузки v, когда двигатель находится под
нагрузкой. Если крутящий момент нагрузки превышает определенное значение (так называемый
«опрокидывающий крутящий момент»), то двигатель выпадет из синхронизма и останется в состоянии покоя.
Синхронные двигатели обычно разработаны таким образом, что их опрокидывающий крутящий момент в два
раза выше, чем их номинальный крутящий момент. Синхронные двигатели менее чутко реагируют на
снижение напряжения, чем асинхронные двигатели. Выходной крутящий момент изменяет линейность с
напряжением статора.
В отличие от асинхронных машин синхронные машины могут производить как активную мощность, так и
реактивную мощность при работе генератора. Это означает, что при так называемой «автономной работе»
они могут использоваться для подачи энергии, не требуя любые дополнительные компоненты, такие как
конденсаторы.
Если синхронный генератор подключен параллельно существующей энергосистемы, тогда значение
напряжения, фазовый угол и направление вращения для энергосистемы и генератора должны совпадать. Есть
специальные приборы и аппарат отображения для достижения этой цели.
Когда синхронная машина подключена параллельно с электрической сетью, активная мощность и реактивная
мощность могут быть скорректированы свободно и независимо друг от друга; так называемое «круговое
перемещение, заданное четырьмя командами» возможно.
Так называемый «реактивный индукторный двигатель» представляет собой особый случай. Его ротор, в
отличие от короткозамкнутого ротора, имеет выраженные полюса, число которых соответствует количеству
полюсов в обмотке статора. Это приводит к различному магнитному сопротивлению вокруг окружности ротора,
которое является самым маленьким в районе полюса и самым большим в полюсном зазоре. Для
экспериментов, есть ротор барабанного типа, а также имеются машины с явно выраженными полюсами, в
которых допустимо использование рабочего режима как двигателя, так и генератора. Также возможно
выполнение экспериментов с многофункциональной машиной. Это индукционная машина, которая может быть
подключена и работать как синхронная, так и асинхронная машина. Машина, используемая здесь,
задействуется как машина барабанного типа или гладкая роторная машина
Это позволяет реактивному индукторному двигателю развить скорость как у асинхронного электродвигателя с
короткозамкнутым ротором, а затем быть приведенным в синхронность с полем статора, тем самым
впоследствии работая как синхронный двигатель. Теперь он может работать с постоянной скоростью до тех
пор, пока не загрузится до определенного момента кручения. Когда он станет перегруженным, он выпадет из
синхронизма и снова запустится асинхронно. Его коэффициент мощности и эффективность являются менее
благоприятными, чем у асинхронного двигатели сопоставимого размера.
Для экспериментов есть барабанного типа ротор, а также машины с явно выраженными полюсами, каждая
позволяющая использовать режимы работы как двигателя, так и генератора. Также возможно выполнение
экспериментов с многофункциональной машиной. Это индукционная машина, которая может быть подключена
и работать как синхронная, так и асинхронная машина. Машина, используемая здесь, задействуется как
машина барабанного типа или гладкая роторная машина.
4

7.

Имя:
Класс:
Дата:
Примечания преподавателя
2. Меры предосторожности и уведомления об измерении
2.1.
Меры предосторожности
Внимание следует уделять правильной маршрутизации кабелей, связанных с экспериментом, при
подключении машины. Кабели не должны иметь возможности соприкоснуться с вращающимися
компонентами!
Машины должны располагаться непосредственно прилегающими друг к другу, надежно соединенными
болтами своими опорными плитами
Муфты и открытые концы вала должны быть закрыты ограждениями, предоставляемыми для этой цели, так
чтобы не был возможен случайный контакт с вращающимися компонентами. Только крышка конца вала на
стороне левой машины может быть временно удалена, когда это необходимо для измерения скорости
цифровым тахометром.
Машины защищены от перегрузки внутренним термореле (Размыкающий контакт). Во всех экспериментах, в
которых используется система тестирования машины (731 989), термореле должно быть подключено к
соответствующему входу в блок управления.
Металлические компоненты, которые не имеют электрического потенциала (например, корпус) должны быть
подключены к общему защитному заземлению в соответствии с директивами VDE (Verband Deutscher
Elektrotechniker, которое переводится как Ассоциация немецких инженеров электротехников).
При отключении синхронной машины от источника питания и затем впоследствии запуске машины системой
тестирования, она переходит к работе в режиме генератора и будет опасно высокое напряжение на зажимах
ее статора!
2.2.
Уведомления об измерении
Блоки должны быть подключены к питающей линии лаборатории, в зависимости от оборудования, через
выходной терминал (725 60) или трехфазный блок питания с FCCB (726 75). В любом случае потребуется
также отдельный защитный выключатель двигателя, подходящий для токовой мощности данного объекта
испытания. Следующие диаграммы с изображением расположения узлов в эксперименте, всегда показывают
данный вариант с трехфазным блоком питания.
Для безопасной работы во всех экспериментах с использованием тестовой системы машины (731 989), модуль
выключателя питания (745 561) должен вставляться в цепь питающего напряжения объекта тестирования, и
система тестирования машины будет использоваться в оперативном режиме dut nc (тестируемого устройства).
Измерения напряжения и тока должны быть сделаны с RMS метром (727 10). Простые вольтметры и
амперметры могут также использоваться в качестве альтернативы. Уведомления о надлежащих диапазонах
измерения включены в перечни оборудования для отдельных экспериментов. Диаграммы конфигурации блока
всегда показывают RMS (максимальной синусоидальной мощности) измерительные устройства.
Малые машины всегда показывают определенный объем производственных допусков, так, чтобы они могли
быть изготовлены экономично. Это означает, что мотор не может обязательно развивать свою номинальную
мощность на номинальной скорости, указанной на его паспортной табличке. Отклонения, связанные с
допусками, в пределах допустимых диапазонов, возможным и приемлемы!
Чтобы проводить эксперименты на конкретной машине, применимой для других образцов того же типа
(которые могут иметь незначительные отклонения в производительности), результаты должны представляться
в нормализованной форме. Последующие графические изображения используют их в качестве контрольных
значений для нормализованной презентации. Это гарантирует, что типичный ход кривых в результате
измерения конкретной машины также будет представлять другие того же типа, даже если значения
абсолютного результата отличаются друг от друга.
5

8.

Примечания преподавателя
Рекомендуется использовать объект тестирования с номинальной нагрузкой в течение по крайней мере
десяти минут перед записью характеристик нагрузки. С другой стороны измерения, производимые с
высоким крутящим моментом нагрузки, должны выполняться оперативно, чтобы не активировать
выключатель защиты двигателя.
Наконец следует отметить, что даже частота в сети подлежит определенным колебаниям, которые могут
стать заметными при измерении скорости. Например, если частота линии составляет 49,5 Гц вместо 50
Гц, 4 полюсная машина будет иметь скорость синхронного вращающегося поля 1485/мин вместо 1500
об/мин. Этот эффект может привести к различным результатам измерений, даже когда эксперименты
повторяются на той же машине.
Термин P1 используется для электрической мощности на входе и P2 для выходной мощности, чтобы
сделать четкое различие между этими двумя различными значениями машины при выполнении
экспериментов.
Активная входная мощности P1 равна сумме активной мощности статора и тока возбуждения.
ОтношениемеждувыходноймощностьюP2 и крутящим моментом T для вращающейся машины является
следующим:
P2 = T • ω,
где ω-угловая скорость.
Применимые единицами измерения:
[P2] = 1 Вт, [T] = 1 Нм и [ω,] = 1 s-1
Ротационная частота вращения n является обычной единицей измерения, используемой в области
электрического машиностроения. Применимое для этой единицы измерение:
[n] = об/мин.
Отношение между скоростью вращения и угловой скоростью:
или
Это дает следующие уравнение для выходной мощности:
Это уравнение можно изменить, чтобы получить решение для крутящего момента:
Вышеуказанные уравнения необходимы в экспериментах, чтобы получить выходную мощность из
измеренных значений крутящего момента и скорости и наоборот.
6

9.

Имя:
Класс:
Дата:
Примечания преподавателя
3. Эксперименты с гладкой синхронной машиной
Цели
После проведения экспериментов, студент будет способен:
−
Подключать гладкий синхронный двигатель к схеме звезды, запуская двигатель от линии
электроснабжения и обращая вспять направление его вращения.
−
записывать и интерпретировать различные нагрузочные характеристики синхронной машины в
работе двигателя и определять его эффективность.
−
эксплуатировать синхронный двигатель как автотрансформатор сдвига фазы и записывать
характеристики его V-образной кривой.
−
Измерять и интерпретировать пусковые характеристики работы двигателя как асинхронной
машины.
−
измерять и интерпретировать напряжение без нагрузки, напряжение короткого замыкания и
характеристики нагрузки в работе генератора без подключения к сети (автономной работы).
−
устанавливать различные синхронные схемы и понимать их способ работы.
−
исследовать синхронные машины в круговом перемещении, заданном четырьмя командами, при
подключении к решетке и определении эффективности работы генератора
Важное замечание:
Если трехфазная мощность при 230 / 133 V доступна (например, путем 3-фазного напряжения 400 V / 2.5,
725442D), то следующие эксперименты также может осуществляться с двигателем в соединении Дельта.
3.1.
Принципиальные схемы
Оборудование
Количество
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Описание
синхронная машина КЗ
маховик
муфта
кожух муфты
кожуха конца вала
трехфазный блок питания с FCCB
Трехполюсный переключатель вкл./выкл.
Выключатель защиты двигателя 1.1.6 A
Портативный цифровой тахометр
набор из 10 безопасных разъемов, черные
набор из 10 безопасных разъемов, зел./жел.
набор из 32 экспериментальных аварийных тросов
набор из 32 экспериментальных аварийных тросов зел./жел.
RMS измеритель
Как альтернатива RMS измерителю:
1
амперметр 0... 1 A
7
732 37
732 44
731 06
731 08
731 07
726 75
731 42
732 14
313 20
500 59
500 591
500 851
500 852
727 10

10.

Примечания преподавателя
Рис. 3.1.1. Расположение блоков в принципиальной схеме
Настройте схему, как показано на рис. 3.1.2.
Рис 3.1.2: Подключение гладкой синхронной машины к схеме звезды
8

11.

Примечания преподавателя
Синхронная машина сначала будет эксплуатироваться без возбуждения. Маховик служит в качестве
груза. Обмотка возбуждения должна быть короткозамкнутая (в этом эксперименте, через амперметр),
чтобы разрешить асинхронной машине разогнаться. Включите источник напряжения для обмотки статора
и наблюдайте за машиной. Замеряйте ток, который развивается в обмотке возбуждения вследствие
индукции во время процесса запуска
Какое движение производит ток в обмотке возбуждения?
Результат
Кратко около 0,7 А затем затухание вплоть до нуля.
Соблюдайте направление вращения и измерьте достигнутую скорость портативным цифровым
тахометром. Почему эта скорость несколько меньше, чем синхронная скорость?
Результат
направление
по часовой стрелке,
n=
1493 об/мин
Машина работает здесь асинхронно с очень малой нагрузкой.
Чтобы изменить направление вращения, выключите машину и замените две линии подачи на статор (L1
наV1, L2 на U1, L3 остается на W1)
Снова запустите машину в эксплуатацию, как вы делали в предыдущем эксперименте. Соблюдайте
направление вращения и снова измерьте скорость портативным цифровым тахометром.
Результат
направление
против часовой стрелки,
n=
1492 об/мин
Машина работает здесь асинхронно с очень малой нагрузкой.
Повторите эксперимент, но на этот раз с активированной машиной. Замена, которая была сделана с
двумя фазами статора, должна быть отменена. Подключите обмотку возбуждения к электродвигателю
постоянного тока и активируйте машину DC током около 0,5 A до подключения обмотки статора к линии
питания. Измерьте скорость и сравните значения, полученные раньше.
Результат
n = nS = 1500 об/мин
В отличие от предыдущего эксперимента машина теперь работает синхронно.
9

12.

Примечания преподавателя
3.2.
Определение эффективности и запись характеристик работы двигателя
Теперь тест-система машина (731 989) будет использоваться для загрузки тестового объекта вместо
маховика. Только сама тест- система машины (без программного обеспечения) необходима для
определения эффективности. Автоматическое приобретение различных характеристик и последующая
оценка измеренных данных легко выполняются с помощью соответствующего программного обеспечения
тест-системы машины, CBM 10, которая выполняет компьютерный анализ электрических машин.
Подробная информация о работе системы тестирования машины и ее программного обеспечения
имеются в ее Инструкции по эксплуатации.
Оборудование
Количество Описание
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
3
синхронная машина SC
732 37
Тест-система машины
731 989
CBM 10 “компьютерный анализ электрических машин”, V.5
728 421
Трехфазный блок питания с FCCB
726 75
модуль выключателя питания
745 561
Выключатель защиты двигателя,1 ... 1.6 A
732 14
DC питания двигателя, 300 В
725 852 D
Муфта
731 06
Кожух муфты
731 08
Кожух конца вала
731 07
Набор из 10 безопасных разъемов, черных
500 59
набор из 10 безопасных, разъемов зеленых/желтых
500 591
набор из 32 экспериментальных тросов безопасности
500 851
набор из 10 экспериментальных тросов безопасности зеленых/желтых 500 852
RMS Измерители коэффициента мощности
727 12
RMS приборы
727 10
в качестве альтернативы прибору RMS:
1
вольтметр 0 ... 400 V
1
вольтметр 0 ... 150 V
1
Амперметр 0 ... 1 A
10

13.

Примечания преподавателя
Рисунок 3.2.1: Расположение блоков для определения эффективности и записи характеристик
работы двигателя
Настройте схему, как показано на рис. 3.2.2.
Рисунок 3.2.2: Схема для определения эффективности синхронного двигателя в цепи звезды
11

14.

Примечания преподавателя
Введите данные паспортной таблички обозначений для машины, подвергающейся тестированию, в
таблицу 3.2.1.
Таблица 3.2.1: Номинальные данные тестируемой машины
Номинальное напряжение VN при подключении к звезде
400 V
Номинальное напряжение VN при подключении к дельте
230 V
Номинальный ток IN при подключении к звезде:
0.66 A
Номинальный ток IN при подключении к дельте:
1.14 A
Номинальный коэффициент мощности, cos φN
0.97
Номинальная мощность PN:
300 W
Максимальное напряжение возбуждения VЕ, макс
150 V
Максимальный ток возбуждения IЕ, макс.
0.95 A
Номинальная скорость nN:
1500 об/мин
Сначала рассчитайте номинальный крутящий момент, который машина может производить. Определите
текущий номинальный крутящий момент на выходе машины на основе данных ее паспортной таблички
Результат
PN =
300 Вт
когда nN =
nS = 1500 об/мин
→ TN =
1.91 Нм
Сначала примените ток возбуждения постоянного тока около 0,5 A, а затем включите линию питания.
После того, как будет достигнута синхронизация с маятниковой машиной, установите выше вычисляемое
значение крутящего момента нагрузки в системе тестирования машины (оперативный режим
«регулирование крутящего момента»). Впоследствии регулируйте ток возбуждения, пока коэффициент
мощности не будет соответствовать значению, указанному на табличке обозначений.
Измерьте межфазное напряжение V, ток I в одной линии электроснабжения статора, коэффициент
мощности cos φ, напряжение возбуждения VЕ и ток возбуждения IЕ, пока они в этом рабочем состоянии.
Эти измеренные значения представляют номинальные значения для объекта тестирования. Фактические
значения отличаются от тех, которые напечатаны на табличке обозначений в силу «действия» их
подстрочного обозначения.
Результат
V=
400 В,
Iдейст= 0.53 A,
_______
cos φдейст= 0.97
VE,дейст= 86.5 В,
IE,дейст
0.76
____
Записанная эффективная мощность машины равна сумме мощности трёхфазного тока и мощности
постоянного тока возбудителя:
P1,дейст = √3 ∙ V ∙ Iдейст ∙ cos φдейст + VE,дейст ∙ IE,дейст
Результат
P1, дейст =
356.2 Вт + 65.7 Вт = 421.9 Вт
12

15.

Примечания преподавателя
Эффективность — это отношение выходной мощности к входной мощности:
Определите эффективность ηтеор которую теоретически можно ожидать на основе фактической
эффективности η от измеренных значений и данных паспортной таблички (из-за пропущенных на
табличке технических данных, используйте вышеуказанные измеренные значения для напряжения
возбуждения и тока возбуждения при расчете ηтеор):
Результат
,
Согласно IEC стандарта 60034-1 допустимое отклонение для эффективности электрических машин с
мощностью до 50 кВт является следующим:
Верхнее: нет предела, Нижнее: ∆ηтеор = -0.15 • (1- ηтеор)
Если измеренная эффективность меньше, чем теоретически ожидаемое значение, отклонение должно
быть определено.
Результат
нет необходимости, поскольку ηдейст > ηтеор
В том же порядке проведения опыта могут быть записаны токоскоростные характеристики. Величина
определенных значений, таких как коэффициент тока или мощности, в отношении крутящего момента
нагрузки упоминается как характеристика нагрузки.
Во всех следующих измерения показатель «акт» (для «фактического») пропускается. Необходимые для
стандартного отображения замеряемые величины ссылаются не на фирменную табличку с паспортными
данными, а на замеряемые на образце для испытаний величины.
Серии измерений принимаются, в которых значения I (ток статора), cos φ (коэффициент мощности), P1
(мощность), P2 (мощность) и η (эффективность) записываются как функция крутящего момента нагрузки;
тогда как ток возбуждения устанавливается таким образом, что коэффициент мощности экспонирует его
номинальное значение согласно паспортной таблички, как «номинальная рабочая точка» на машине. Это
значение тока возбуждения должно поддерживаться в течение всего эксперимента.
В другой серии измерений коэффициенту мощности cos φ будет присвоено его номинальное значение
для каждой точки измерения путем корректировки тока возбуждения. Здесь значения I, P1, P2, IE и η, все
как функция крутящего момента нагрузки, представляют интерес
Измерения с постоянным током возбуждения должны выполняться в первую очередь.
Снова запустите машину в работу с ротором с самого начала возбуждаемым значением тока, которое
было определено выше для номинальной работы под «Определением эффективности».
Синхронизируйте двигатель с маятниковой машиной и меняйте крутящий момент нагрузки, начиная с
нуля, согласно таблице 3.2.2. Измерьте соответствующие значения для тока статора и коэффициент
мощности cos φ, затем введите эти значения в таблицу.
13

16.

Примечания преподавателя
Следующие данные смотрите в определении степени эффективности:
TN = 1.91 Нм,
,
Кроме того,
PN = 300 Вт,
VEN = 65.5В,
при VN = 400 В
IN = 0.53 A
nS = 1500 мин-1
IEN = 0.76 A
Tаблица 3.2.2: Измерения для характеристики нагрузки с током постоянного возбуждения IEN = 0.76 A
________
измерение
вычисление
измерение
вычисление
T/TN
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
T/Нм
0
0.19
0.38
0.57
0.76
0.96
n / об/мин
1500
1500
1500
1500
1500
1500
I/A
0.08
0.09
0.13
0.17
0.21
0.26
cos φ
0.90
0.91
0.92
0.93
0.95
0.97
емкостный
емкостный
емкостный
емкостный
емкостный
емкостный
n / ns
1
1
1
1
1
1
I / IN
0.13
0.17
0.25
0.32
0.40
0.49
Р1/Вт
108.3
121.3
147.5
174.1
202.8
239.3
P1 / PN
0.36
0.40
0.49
0.58
0.68
0.80
P2/ Вт
0.0
30
60
90
120
150
P2 / PN
0.0
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
η
0
0.247
0.407
0.517
0.592
0.627
T / TN
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
T / Нм
1.34
1.53
1.72
1.91
1.1
1.2
n / об/мин
1500
1500
1500
1500
2.10
2.29
I/A
0.36
0.41
0.47
0.53
0.60
0.70
cos φ
1.00
0.99
0.98
0.97
0.95
0.90
индуктивный
индуктивный
индуктивный
индуктивный
индуктивный
n / ns
1
1
1
1
1500
1500
I / IN
0.68
0.77
0.89
1.00
1.13
1.32
Р1/Вт
314.0
345.8
383.7
420.8
459.5
501.1
P1 / PN
1.05
1.15
1.28
1.40
1.53
1.67
P2/ Вт
210
240
270
300
330
360
P2 / PN
0.70
0.80
0.90
1.00
1.10
1.20
η
0.669
0.694
0.704
0.713
0.718
0.718
14

17.

Примечания преподавателя
Составьте график нормализованных значений измерений с крутящим моментом нагрузки T / TN как ось x,
а значения n/ns, I/ IN, P1/ PN, P2/ PN, cos φ и η нанесенными в Y-направлении.
Рисунок 3.2.3: Характеристика нагрузки гладкой машины с током постоянного возбуждения IEN = 0.76 A
•n/n
•P /P
S
1
•I/I
•P /P
N
N
2
N
• cos φ
•η
Какую типичную величину принимают измеренные значения?
Как и ожидалось, скорость остается в ее номинальном значении, независимо от нагрузки, хотя выходная
мощность возрастает пропорционально с моментом нагрузки.
Ток статора показывает почти линейную величину, но имеет малое значение, даже когда крутящий
момент нагрузки равен нулю. Вместе с постоянной мощностью возбуждения это также приводит к
смещенной вверх прямой линии для активной входной мощности
Результат этих цифр- в характеристике эффективности, которая увеличивается с повышенной нагрузкой,
чтобы достичь свыше 70%. Коэффициент мощности лежит в значение 1 через всю область, но
изменяется от емкостных до индуктивных значений с увеличением нагрузки.
15

18.

Примечания преподавателя
Повторите серию вышеуказанных измерений, но на этот раз поправьте коэффициент мощности до его
номинального значения в каждой точке измерения путем корректировки тока возбуждения
Tаблица 3.2.3: Измерения для характеристики нагрузки с постоянным коэффициентом мощности cosφ
0.97
измерение
вычисление
измерение
вычисление
T / TN
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
T / Нм
0
0.19
0.38
0.57
0.76
0.96
1.15
n / об/мин
1500
1500
1500
1500
1500
1500
1500
I/A
0.08
0.1
0.13
0.17
0.21
0.26
0.31
VE/B
75
77.5
78
78
78.5
78.5
79
IE/ A
0.67
0.68
0.69
0.70
0.71
0.72
0.73
n / nS
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
I / IN
0.15
0.19
0.25
0.32
0.40
0.49
0.58
IE / IEN
0.88
0.89
0.91
0.92
0.93
0.95
0.96
P1/Вт
104.0
119.9
141.2
168.9
196.9
231.3
266.0
P1 / PN
0.35
0.40
0.47
0.56
0.66
0.77
0.89
P2/ Вт
0.0
30.0
60.0
90.0
120.0
150.0
180.0
P2 / PN
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
η
0.0
0.250
0.425
0.533
0.610
0.649
0.677
T / TN
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
T / Нм
1.34
1.53
1.72
1.91
2.10
2.29
n / об/мин
1500
1500
1500
1500
1500
1500
I/A
0.36
0.41
0.47
0.53
0.59
0.65
VE/B
81
82.5
85
86.5
91.0
97.0
IE/ A
0.73
0.74
0.75
0.76
0.80
0.84
n / ns
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
I / IN
0.68
0.77
0.89
1.0
1.11
1.23
IE / IEN
0.96
0.97
0.99
1.0
1.05
1.11
P1/Вт
301.1
336.6
379.6
421.9
469.3
518.3
P1 / PN
1.00
1.12
1.27
1.41
1.56
1.73
P2/ Вт
210.0
240.0
270.0
300.0
330.0
360.0
P2 / PN
0.70
0.80
0.90
1.00
1.10
1.20
η
0.698
0.713
0.711
0.711
0.703
0.695
16

19.

Примечания преподавателя
Здесь тоже, постройте график нормализованных значений измерений с крутящим моментом нагрузки T /
TN снова как ось x и значений для n/ ns, I/ IN, P1/ PN, P2/ PN и построенных в Y-направлении.
Рисунок 3.2.4: Характеристика нагрузки гладкой машины
с постоянным коэффициентом мощности cosc φN = 0.97
•n/n
•P /P
S
1
•I/I
•P /P
N
N
2
N
• cos φ
•η
Какую типичную величину принимают измеренные значения?
Величины для скорости, мощности и тока статора, а также активной входной мощности и эффективности
почти идентичны с соответствующими значениями на рис. 3.2.3. Ток возбуждения лежит под его
номинальным значением для малых нагрузок крутящего момента и возрастает почти линейно для
значений выше его номинального значения.
17

20.

3.3.
Примечания преподавателя
V-кривые и фазосдвигающие операции
Если ток возбуждения для синхронной машины устанавливается таким образом, что он принимает
значение коэффициента мощности 1 в определенный крутящий момент нагрузки, ток статора будет на
минимуме. В этом состоянии машина практически берет только активную мощность из сети питания.
Если возбуждение снижается, потребляемый ток будет увеличиваться, так как синхронная машина
теперь привлекает индуктивную реактивную мощность из сети. И наоборот если возбуждение
увеличивается, увеличение входного тока также произойдет; но машина теперь будет брать емкостную
реактивную мощность из сети. Величина тока статора, показанная, как функция тока возбуждения для
данного крутящего момента постоянной нагрузки, имеет форму «V». Поэтому она именуется как «Vкривая».
Вышеуказанная схема может использоваться без изменений для записи так называемой «V-кривой». Это
потребует снова только тестовую систему машины (без программного обеспечения).
Позвольте машине разгоняться с током возбуждения около 0,5 A и синхронизируйте с маятниковой
машиной. Изначально установите значение крутящего момента нагрузки на ноль на блоке управления.
Измените ток IE возбуждения, начиная с максимального значения, согласно значений, показанных в
таблице 3.3.1 и измерьте соответствующие значения для тока статора I. Отметьте, при каком значении
тока ввод реактивной мощности машины изменяется с «емкостного» на «индуктивный». Когда значения
тока возбуждения выше номинального значения, эти измерения должны производиться оперативно!
Остановите запись измерения, как только машина выпадет из синхронизма.
Используйте значения, полученные при определении эффективности в качестве номинальных значений
для тока статора, тока возбуждения и крутящего момента нагрузки:
IN = 0.53 A,
TN = 1.91 Нм
IEN = 0.76 A,
Таблица 3.3.1: Измерения для записи V-кривых для T/ TN = 0
IE/ IEN
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
IE/ A
1.14
1.06
0.99
0.91
0.84
0.76
0.68
0.61
I/ A
0.26
0.22
0.18
0.15
0.12
0.09
0.07
0.06
I/ IN
0.49
0.42
0.34
0.28
0.23
0.17
0.13
0.11
IE/ IEN
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
IE/ A
0.53
0.46
0.38
0.30
0.23
0.15
0.08
0
I/ A
0.07
0.09
0.12
0.16
0.21
0.27
0.34
0.42
I/ IN
0.13
0.17
0.23
0.30
0.40
0.51
0.64
0.79
Результат
Переход от входной емкостной к индуктивной реактивной мощности при IE/ IEN = 0.80.
18

21.

Примечания преподавателя
Синхронизируйте тестовый объект снова с маятниковой машиной и теперь установите крутящий момент
нагрузки на блоке управления на T = 0,25 • TN. Повторите вышеуказанные измерения.
Таблица 3.3.2: Измерения для записи V-кривых для T/ TN = 0.25
IE/ IEN
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
IE/ A
1.14
1.06
0.99
0.91
0.84
0.76
0.68
0.61
I/ A
0.32
0.28
0.24
0.21
0.18
0.16
0.14
0.14
I/ IN
0.60
0.53
0.45
0.40
0.34
0.30
0.26
0.26
IE/ IEN
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
IE/ A
0.53
0.46
0.38
0.30
0.23
0.15
0.08
0
I/ A
0.15
0.17
0.21
0.26
0.33
0.41
-
-
I/ IN
0.28
0.32
0.40
0.49
0.62
0.77
-
-
Результат
Переход от ввода емкостной мощности к вводу индуктивной реактивной мощности при IE/ IEN = 0.85.
Синхронизируйте тестовый объект снова с маятниковой машиной и теперь установите крутящий момент
нагрузки на блоке управления на T = 0.50 • TN. Повторите вышеуказанные измерения.
Таблица 3.3.3: Измерения для записи V-кривых для T/ TN = 0.50
IE/ IEN
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
IE/ A
1.14
1.06
0.99
0.91
0.84
0.76
0.68
0.61
I/ A
0.40
0.36
0.33
0.30
0.28
0.26
0.25
0.25
I/ IN
0.75
0.68
0.62
0.57
0.53
0.49
0.47
0.47
IE/ IEN
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
IE/ A
0.53
0.46
0.38
0.30
0.23
0.15
0.08
0
I/ A
0.27
0.30
0.34
0.41
-
-
-
-
I/ IN
0.51
0.57
0.64
0.77
-
-
-
-
Результат
Переход от ввода емкостной мощности к вводу индуктивной реактивной мощности при IE/ IEN = 0.85.
19

22.

Примечания преподавателя
Синхронизируйте тестовый объект снова с маятниковой машиной и теперь установите крутящий момент
нагрузки на блоке управления на T = 0.75 • TN. Повторите вышеуказанные измерения
Таблица 3.3.4: Измерения для записи V-кривых для T/ TN = 0.75
IE/ IEN
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
IE/ A
1.14
1.06
0.99
0.91
0.84
0.76
0.68
0.61
I/ A
0.47
0.44
0.41
0.39
0.38
0.37
0.37
0.39
I/ IN
0.89
0.83
0.77
0.74
0.72
0.70
0.70
0.74
IE/ IEN
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
IE/ A
0.53
0.46
0.38
0.30
0.23
0.15
0.08
0
I/ A
0.42
0.47
-
I/ IN
0.79
0.89
-
Результат
Переход от ввода емкостной мощности к вводу индуктивной реактивной мощности при IE/ IEN = 0.90.
Синхронизируйте тестовый объект снова с маятниковой машиной и теперь установите крутящий
момент нагрузки на блоке управления равным номинальному значению крутящего момента.
Повторите вышеуказанные измерения
Tаблица 3.3.5 Измерения для записи V-кривых для T/ TN= 1.00
IE/ IEN
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
IE/ A
1.14
1.06
0.99
0.91
0.84
0.76
0.68
0.61
I/ A
0.57
0.54
0.52
0.51
0.51
0.52
0.54
0.57
I/ IN
1.08
1.02
0.98
0.96
0.96
0.98
1.02
1.08
IE/ IEN
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
IE/ A
0.53
0.46
0.38
0.30
0.23
0.15
0.08
0
I/ A
-
-
-
I/ IN
-
-
-
Результат
Переход от ввода емкостной мощности к вводу индуктивной реактивной мощности при IE/ IEN = 1.10.
20

23.

Примечания преподавателя
Изобразите нормализованные измеренные значения в составном графике, где ток возбуждения IE/
IEN является осью X и соответствующие значения для тока статора I/IN- в направлении оси Y.
Рис 3.3.1:
V-кривые для гладкой машины при различных нагрузках крутящих моментов
• T/T =0.00
•T//T = 0/50
•T/T = 1.00
N
N
•T//T =0.25
•T//T = 0.75
N
N
N
21

24.

Примечания преподавателя
3.4.
Компьютерная запись характеристик проверки работы
Характеристики проверки работы (пуска механизма) будут измеряться в ходе асинхронной
операции. Измерения будут начинаться с максимального крутящего момента, т.е. минимальной
скорости, затем нагрузка будет снижаться до тех пор, когда будет достигнута скорость холостого
хода. Вышеуказанная схема может использоваться без изменений, для процедуры автоматической
записи.
На компьютере выберите режим «Характеристики проверки работы» из меню «Конфигурация» и
затем установите параметры на начальную скорость 1500 об/мин и нулевую остановку скорости.
Как и в предыдущих экспериментах позвольте машине запуститься от линии электроснабжения, с
замкнутой обмоткой возбуждения и синхронизируйте с маятниковой машиной. На компьютере
выберите режим «Автоматическое измерение» и начните процесс измерения.
Интерес представляют значения T (крутящий момент), I (Ток статора), P1 (мощность), P2
(мощность), η (эффективность) также, как cos φ (коэффициент мощности), все как функция скорости
n. Представьте результаты в нормализованной форме, при помощи чего измеренные значения
должны соотноситься с их номинальным значением.
Рис. 3.4.1:
Характеристики синхронизации гладкой машины, записанные CBM 10 программой для
компьютерного анализа электрических машин
Опишите принципиальную величину кривой крутящего момента.
Результат
Кривая крутящего момента демонстрирует типичные характеристики асинхронной машины.
Крутящий момент зажима не значительно отличается
от пускового крутящего момента.
Опрокидывающий крутящий момент происходит со скоростью, которая составляет около 80%
скорости холостого хода.
22

25.

Примечания преподавателя
3.5.
Параметры как у генератора в автономном режиме работы
Если синхронная машина запущена и активирована, она будет функционировать как генератор.
Если машина не подключена к сети, то это так называемая «автономная работа». В отличие от
асинхронных машин она может поставлять нагрузки также с реактивной мощностью в этом режиме.
Нижеуказанный эксперимент сначала определит поведение синхронного генератора на холостом
ходу и при коротком замыкании.
Оборудование
Количество
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
Описание
синхронная машина КЗ
732 37
тест-система машины
731 989
DC питание двигателя, 300 В
725 852 D
муфта
731 06
кожух муфты
731 08
кожух конца вала
731 07
резистивная нагрузка
732 40
емкостная нагрузка
732 41
индуктивная нагрузка
732 42
набор 10 безопасных разъемов, черных
500 59
набор 10 безопасных разъемов, зеленый/желтый
500 591
набор из 32 экспериментальных тросов безопасности 500 851
набор из 10 экспериментальных тросов безопасности, зеленый/желтый
500 852
RMS измерителя
727 10
в качестве альтернативы измерителю RMS:
1
2
вольтметр 0 ... 600 V
амперметр 0 ... 1 A
Рис. 3.5.1. Расположение блоков гладкой машины для автономной работы
23

26.

Примечания преподавателя
Настройте схему как показано на рис. 3.5.2
Рис. 3.5.2:
Цепь для измерения напряжения холостого хода и короткого замыкания тока в гладком
синхронном генераторе
Генератор будет запускаться маятниковой машиной; CBM 10 программа для компьютерного анализа
электрических машин не требуется. Машина не должна быть подключена к сети. Сначала измеряют
напряжение нагрузки и заносят результаты в таблицу 3.5.1. Используйте номинальное значение IEN
для тока возбуждения, которое было установлено в ходе оценки эффективности. То же самое
относится к номинальному току статора IN:
IEN = 0.76 A,
IN = 0.53 A
На блоке управления выберите режим работы «Характеристика нагрузки» и запустите генератор с
постоянной скоростью n = 1500 об/мин, после того, как вы синхронизируете его с маятниковой
машиной. Один за другим, задайте вычисляемые значения для тока возбуждения и измерьте
соответствующее напряжение V0 на холостом ходу. Для отображения в нормированной форме
замеренное напряжение ссылается непосредственно на номинальное напряжение машины: VN = 400 В
Таблица 3.5.1: Измерения гладкого напряжения при холостом ходе ядра гладких
IE/ IEN
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
IE/ A
0.0
0.08
0.15
0.23
0.30
0.38
0.46
0.53
0.61
0.68
0.76
0.84
0.91
V0/V
6
94
169
244
296
343
374
391
403
412
420
427
435
V 0 / VN
0.02
0.24
0.43
0.61
0.74
0.86
0.94
0.98
1.01
1.03
1.05
1.07
1.09
24

27.

Примечания преподавателя
Выключите маятниковую машину и измените цепь, чтобы ток статора теперь мог быть измерен
вместо напряжения статора (снова между терминалами U1 и V1). Третья обмотка статора, которая
не требуется для измерения, должна быть замкнута для обеспечения симметричной работы.
Повторите вышеуказанные измерения, на этот раз, это ток короткого замыкания ISC, который должен
быть записан
Таблица 3.5.2: Измерения гладкого короткого замыкания
IE/ IEN
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
I E/ A
0.0
0.08
0.15
0.23
0.30
0.38
0.46
0.53
0.61
0.68
0.76
0.84
0.91
ISC/A
0
0.07
0.14
0.21
0.27
0.34
0.40
0.47
0.53
0.59
0.66
0.73
0.79
ISC/ IN
0.0
0.13
0.26
0.40
0.51
0.64
0.75
0.89
1.00
1.11
1.25
1.38
1.49
Представьте результаты измерений V0 = f (IE) и ISC = f (IE) в составном графике нормализованной
формы
Рис. 3.5.3: Напряжение на холостом ходу и ток короткого замыкания гладкой машины как функция
тока возбуждения
• V /V
0
N
• l /l
SC N
Какую типичную величину принимают измеренные значения?
Результат
Напряжение холостого хода принимает величину как у кривой намагничивания, когда короткое
замыкание тока увеличивается пропорционально с током возбуждения.
25

28.

Примечания преподавателя
Теперь параметры синхронного генератора должны исследоваться в режиме автономной работы
при подключении к резистивной, индуктивной или емкостной нагрузке. Измените цепи, как показано
на рис. 3.5.4 для записи характеристик загрузки V = f (I) с постоянной скоростью и постоянным током
возбуждения:
Рис. 3.5.4: Цепь для записи характеристик нагрузки гладкой машины в автономном режиме работы
Резистивная нагрузка будет использоваться первой. Она будет связана с цепью Звезды (как и
другие нагрузки). Установите значение нагрузки 100% до начала измерения. Выберите режим
работы «Характеристика нагрузки» на блоке управления и запустите генератор с постоянной
скоростью n = 1500 об/мин, после его синхронизации с маятниковой машиной. Возбуждайте машину
номинальным током IEN (см. эксперимент на холостом ходу и при коротком замыкании). Начиная с
100%, уменьшите резистивную нагрузку согласно значениям в таблице 3.5.3, и измерьте
соответствующие значения для напряжения и тока статора. Представьте эти значения в
нормализованной форме, соотнося их с номинальным напряжением и номинальным током, машины
соответственно (номинальный ток был измерен в эксперименте на эффективность):
IEN = 0.76 A,
VN = 400 V,
IN =
0.53 A
26

29.

Примечания преподавателя
Таблица 3.5.3: Измерения для характеристик нагрузки с резистивной нагрузкой
R/ %
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
I/ A
0.12
0.13
0.14
0.15
0.19
0.24
0.36
0.48
0.50
0.60
V/ V
419
416
413
410
407
394
372
333
280
203
I/ IN
0.23
0.25
0.26
0.28
0.36
0.45
0.68
0.91
0.94
1.13
V/ VN
1.05
1.04
1.03
1.03
1.02
0.99
0.93
0.83
0.70
0.51
Дезактивируйте синхронную машину и выключите маятниковую машину. Замените резистивную
нагрузку индуктивной нагрузкой (цепь звезды) и повторите вышеуказанные измерения для заданных
значений индуктивности. Обратите внимание, что вы должны деактивировать синхронную машину
перед каждым изменением нагрузки! Измерения с небольшими значениями индуктивности, должны
быть сделаны оперативно, чтобы избежать перегрузки.
Таблица 3.5.4: Измерения для характеристики нагрузки с индуктивной нагрузкой
L/ H
6.0
4.8
2.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
I/ A
0.10
0.13
0.23
0.38
0.42
0.46
0.50
0.54
0.59
V/ V
389
360
329
294
258
223
186
144
97
I/ IN
0.19
0.25
0.43
0.72
0.79
0.87
0.94
1.02
1.11
V/ VN
0.97
0.90
0.82
0.74
0.65
0.56
0.47
0.36
0.24
Дезактивируйте синхронную машину и выключите маятниковую машину. Замените индуктивную
нагрузку емкостной нагрузкой (цепь звезды) и повторите вышеуказанные измерения для указанных
значений емкости. Обратите внимание, что вы должны деактивировать синхронную машину перед
каждым изменением нагрузки! Поскольку этот тип нагрузки вызывает сильное увеличение
напряжения статора, эксперимент может осуществляться только с указанными значениями емкости;
Кроме того, эти измерения должны производиться оперативно!
Таблица 3.5.5: Измерения характеристики нагрузки с емкостной нагрузкой
C / μF
1
2
I/A
0.08
0.18
V/V
439
460
I/ IN
0.15
0.34
V/ VN
1.10
1.15
27

30.

Примечания преподавателя
Представьте результаты измерений V = f (I) в нормализованной форме для всех трех типов нагрузки
в совместном графике.
Рис. 3.5.5:
Характеристики нагрузки гладкой машины в режиме автономной работы с
резистивной ( ), индукционной ( ) и
емкостной ( ) нагрузками
Какую типичную величину принимают измеренные значения?
Напряжение уменьшается с увеличением нагрузки тока, когда резистивная или индуктивная
нагрузка присутствует, но увеличивается в случае емкостной нагрузки.
28

31.

Примечания преподавателя
3.6.
Схемы Синхронизации
В дополнение к асинхронной подготовке (см. раздел 3.1) также можно подключить синхронную
машину, которая уже активирована и подключена с номинальной скоростью к трехфазной сети. Для
достижения этого, величина и фаза напряжения генератора, последовательность частоты и фазы
(т.е. Направление вращающегося поля) должны соответствуют значениям сети, к которой машина
подключена. Мониторинг названных значений осуществляется с помощью специальных схем
синхронизации, которые описаны ниже.
Самый простой способ добиться соответствия напряжения генератора и напряжение сети
осуществляется с помощью ламп синхронизации, помещенных между сетью и генератором. Так как
вполне возможно, что во время процесса синхронизации неблагоприятная фазовая связь может
существовать между сетью и генератором, которая может разместить в два раза большее фазное
напряжение через лампы, две лампы всегда подключены в серии, чтобы сформировать пару. Для
так называемых «цепи гаснущей лампы синхронизма» лампы помещаются между теми же фазами
сети и генератора. Машина может быть подключена к сети в момент, когда все огни выключены,
одновременно. Для так называемых «цепей с яркими лампами» лампы соединены между
несоответствующими фазами. Если эта цепь правильно настроена, освещение будет вращаться по
часовой стрелке среди трех ламп, когда скорость генератора слишком высока. Если освещение
вращается против часовой стрелки, то генератор является слишком медленным. Параллельное
соединение может быть сделано только тогда, когда вращения освещения прекращается и когда нет
ламп в цепи темного света.
Создание параллельного соединения очень часто делается с помощью синхроноскопа. Этот прибор
состоит из квотиенметра, что делает разность фаз между двух напряжений видимой с помощью
движущегося указателя. Направление движения указателя указывает, слишком быстро или слишком
медленно работает подключаемый генератор. Если указатель остается в вертикальном положении,
то соединение может быть выполнено.
Двойные вольтметры и двойные частотомеры используются как дополнительные средства
синхронизации. Двойной вольтметр имеет два независимых измерительных механизма, чтобы
показать напряжения обеих систем, подключаемых в одно время. Двойной частотомер используется
для контроля частоты или скорости. Это позволяет сравнивать частоты машины и электролинии.
Эти два последних названных инструмента служат только для того, чтобы заставить генератор
работать правильно для подключения к сети. Однако, одно из вышеупомянутых средств
синхронизации должно также использоваться для того, чтобы определить правильные точки во
времени для параллельного соединения. Подключение без толчка требует немного практики,
независимо от того, какой используется метод. Вот почему автоматизированной аппарат
синхронизации часто используется для выполнения этой задачи в практических приложениях,
особенно для больших машин. Устройство синхронизации (745 01) является именно таким
средством синхронизации. Оно регулирует двигатель относительно правильной скорости автономно,
берет на себя процесс активации синхронной машины и автоматически подключает к сети при
совпадении фаз.
29

32.

Примечания преподавателя
Оборудование
Количество Описание
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
синхронная машина
КЗ732 37
муфта
731 06
кожух муфты
731 08
кожух конца вала
731 07
тест-система машины
731 989
блок питания-трехфазный с FCCB
726 75
модуль выключателя питания
745 561
Выключатель полной защиты двигателя, 1 ... 1.6 A
732 14
Мотор постоянного тока, 300 Вт
725 852 D
индикатор синхронизации
731 62
нулевой вольтметр
727 24
двойной вольтметр
727 25
двойной частотомер
727 27
синхроноскоп
727 28
набор из 10 разъемов безопасности, черный
500 59
набор из 10 разъемов безопасности, зеленый/желтый
500 591
набор из 32 экспериментальных тросов безопасности
500 851
набор из 10 экспериментальных тросов безопасности зеленый/желтый 500852
Рис. 3.6.1. Расположение блоков для различных цепей синхронизации
30

33.

Примечания преподавателя
Цепь Синхронизации, в которой работают лампы (как индикатор синхронизации) должна
исследоваться первой. Синхронная машина соединяется с цепью звезды и звездными точками сети,
и машина будет соединяться вместе с ними. CBM 10 программа для компьютерного анализа
электрических машин не требуется. Настройка цепи, как показано на рис. 3.6.2
Рис. 3.6.2:
Цепь Синхронизации для гладкой машины, используя индикаторный метод гаснущей
лампы синхронизма
Выберите режим работы «Характеристика нагрузки» на блоке управления и запустите генератор с
постоянной скоростью n = 1500 об/мин, после его синхронизации с маятниковой машиной.
Активируйте машину таким образом, чтобы напряжение на ее клеммах являлось таким же, как в
сети (двойной вольтметр позволяет сравнивать эти два напряжения). Смотрите Индикатор
синхронизации.
Результат
Лампы освещают и выходят из синхронизации между сетью и машиной (частота биения).
31

34.

Примечания преподавателя
Измените слегка скорость маятниковой машины (при необходимости) для достижения условий для
подключения. Подключите машину к сети в тот момент, когда все индикаторные лампы
синхронизации одновременно выключены.
Отключите машину от сети, деактивируйте машину и выключить маятниковую машину. Измените
ламповую схему, так чтобы разнородные фазы сети/машины соединились через две из трех пары
ламповых индикаторов, например, L2 с V1 и L3 с W1. Повторите вышеуказанный эксперимент и
наблюдайте за индикатором синхронизации.
Результат
Если схема является правильной, освещение ламп будет вращаться по часовой стрелке до тех пор,
пока скорость генератора слишком высока. Параллельное соединение может быть сделано, когда
освещение прекращается и пары ламповых индикаторов, связанных в конфигурации синхронизации
на темную, израсходованы, в то время как остальные светильники ярко светят.
Измените схему, чтобы соответствовать рис. 3.6.3, чтобы исследовать другие средства
синхронизации.
Рис 3.6.3:
Схема синхронизации гладкой машины для использования синхроноскопа, нулевого
вольтметра и двойного частотомера
32

35.

Примечания преподавателя
Задействуйте машину как в прошлом эксперименте и активируйте ее таким образом, чтобы
напряжения электросети и генератора были примерно одинаковые. Наблюдайте нулевой вольтметр,
двойной частотомер и синхроноскоп
Результат
До тех пор, пока не выполнены условия синхронизации, нулевой вольтметр показывает отклонения
и двойной частотомер указывает неравные частоты. Синхроноскоп указывает, должна ли
увеличиваться или уменьшаться скорость генератора
Подключите машину к сети в тот момент, когда достигается равенство частоты, нулевой вольтметр
показывает минимальные отклонения и указатель на синхроноскопе стоит вертикально.
Повторите процесс синхронизации тщательно, когда нулевой вольтметр не на минимальном
отклонении.
Результат
Если напряжение и частота не совпадают, генератор будет вовлечен в синхронизацию с рывком при
соединении. В случае больших машин это приведет к недопустимо высоким набросам нагрузки в
сети.
33

36.

3.7.
Параметры на шине бесконечной мощности
Примечания преподавателя
Наконец, параметры гладкой синхронной машины на шине бесконечные мощности (системы
постоянной частоты постоянного напряжения) необходимо исследовать. Если машина управляется
механически, она будет работать как генератор и доставлять активную мощность в сеть. Если она
загружается механически, она вступит в работу двигателя. Если машина активируется током,
который превышает номинальный ток возбуждения, она будет поставлять реактивную мощность в
сеть. Если она на активируется менее чем номинальным током возбуждения, она привлечет
реактивную мощность из сети. Поскольку крутящий момент на валу привода и возбуждение могут
управляться независимо друг от друга, можно свободно комбинировать доставку или привлечение
активной и реактивной мощности в так называемые «четыре квадранта операции». В случае
эксплуатации генератора при номинальной мощности, эффективность будет определяться и по
сравнению с эффективностью работы двигателя
Оборудование
Количество Описание
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
синхронная машина КЗ
732 37
Муфта
731 06
Кожух муфты
731 08
Кожух конца вала
731 07
Тест-система машины
731 989
Трехфазное питание с FCCB
726 75
модуль выключателя питания
745 561
Выключатель полной защиты двигателя, 1 ... 1.6 A
732 14
двойной вольтметр
727 25
двойной частотомер
727 27
синхроноскоп
727 28
Мотор постоянного тока, 300 Вт
725 852 D
набор 10 безопасных разъемов, черных
500 59
набор 10 безопасных разъемов, зеленый/желтый
500 591
набор из 32 экспериментальных тросов безопасности
500 851
набор из 10 экспериментальных тросов безопасности, зеленый/желтый 500 852
Измеритель мощности
727 11
Измеритель коэффициента мощности
727 12
RMS измеритель
727 10
как альтернатива RMS измерителя:
1
вольтметр 0 ... 400 В
1
Амперметр 0 ... 1 A
34

37.

Примечания преподавателя
Рис. 3.7.1.
Расположение блоков для работы гладкой синхронной машины на шине бесконечной
мощности
Настройте цепь, как показано на рис. 3.7.2:
Рис. 3.7.2:
Цепи для изучения оперативных параметров гладкой машины на шине бесконечной
мощности
35

38.

Примечания преподавателя
Введите в эксплуатацию синхронную машину, как вы делали в предыдущих экспериментах
(оперативный режим «Характеристика нагрузки») и затем используйте синхроноскоп, чтобы
подключить машину к сети. После этого, слегка измените скорость маятниковой машины (при
необходимости) и ток возбуждения синхронной машины немного до тех пор, пока индикатор
ваттметра не будет указывать ноль как для активной мощности, так и реактивной мощности
возбуждения синхронной машины. Из этого состояния отсутствия нагрузки медленно увеличьте
скорость маятниковой машины и наблюдайте индикатор ваттметра, когда он установлен для чтения
«активной мощности».
Результат
Машина доставляет активную мощность в сеть, то есть работает как генератор.
Медленно уменьшайте скорость маятниковой машины до тех пор, пока она находится за пределами
состояние покоя и наблюдайте индикатор активной мощности.
Результат
Машина привлекает активную мощность из сети, т.е. действует как двигатель.
Верните синхронную машину в состояние покоя и затем постепенно увеличивайте ток возбуждения.
На этот раз наблюдайте индикатор ваттметра, когда он имеет значение для чтения «реактивной
мощности».
Результат
Машина доставляет реактивную мощность в сеть, когда она слишком активирована. Это типичный
режим работы для синхронного генератора, так как большинство нагрузок показывают резистивный
индуктивный характер.
Медленно снижайте ток возбуждения машины, наблюдая индикатор реактивной мощности.
Результат
Машина привлекает реактивную мощность из сети, когда она недостаточно активирована. Это
называется работой фазовращателя.
36

39.

Примечания преподавателя
Протестируйте различные комбинации скорости и токов возбуждения, в этот раз наблюдая как за
индикатором активной мощности, так и измерителем коэффициента мощности.
Результат
Меняя скорость управления машиной и изменяя возбуждение, круговое перемещение синхронной
машины, заданное четырьмя командами, может быть реализована. Любая данная комбинация
доставки или привлечения активной и реактивной мощности может достигаться до тех пор, пока не
превышаются ограничения для напряжения машины, тока машины и ограничений стабильности.
Наконец будет определяться эффективность гладкого синхронного генератора в номинальном
режиме. Это можно сделать без изменения вышеуказанной схемы.
Отрегулируйте возбуждения машины и скорость таким образом, чтобы она доставляла свою
номинальную мощность в сеть при сохранении своего коэффициента номинальной мощности (оба
эти значения могут быть взяты из заводской таблички). Измерьте соответствующие значения для
скорости маятниковой машины и крутящего момента на приводе, а также возбуждения напряжения и
тока возбуждения синхронной машины.
Результат
P2 = P2N = 300 Вт, cos φN = 0.97, n = 1503 об/мин, T = -2.42Нм (отрицательный знак указывает, что
маятниковая машина работает как приводной блок), VE = 92 В, IE = 0.84А
Механический управляющая мощность рассчитывается с помощью уравнения
Входная мощность синхронной машины равна сумме механической управляющей мощности и
мощности возбуждения:
Вычислите эту входную мощность
Результат
Эффективность — это отношение выходной мощности к входной мощности:
Результат
Сравните эти производные значения со значениями работы двигателя (см. раздел 3.2):
Результат
Эффективность работы генератора составляет около 83% эффективности работы двигателя.
37

40.

Имя:
Класс:
Дата:
Примечания преподавателя
4. Эксперименты с явно полюсной синхронной машиной
Цели
После проведения экспериментов, студент будет способен:
−
Подключать явно полюсный синхронный двигатель в цепь звезды, запускать двигатель от
линии напряжения и менять направление его вращения.
−
записывать и интерпретировать различные характеристики нагрузки работы двигателя
синхронной машины и определять его эффективность.
−
Эксплуатировать синхронный двигатель как фазовращатель и записывать характеристики его
V-образной кривой.
−
измерять и интерпретировать характеристики запуска машины при асинхронной работе
двигателя.
−
измерять и интерпретировать напряжение холостого хода, характеристики напряжения
короткой цепи и нагрузки в работе генератора без подключения к сети (автономные
операции).
−
Настраивать различные схемы синхронизации и понимать их способ работы.
−
исследовать синхронные машины при круговом перемещении четырьмя командами при
подключении к сети и определять эффективность работы генератора.
Важное замечание:
Если-трехфазная мощность в 230 / 133 V доступна (например, путем 3-фазного напряжения 400 V /
2.5, 725442D), то следующие эксперименты также можно осуществлять с мотором в соединении
Дельта (в треугольник)
4.1.
Основные цепи
Оборудование
Количество Описание
1
синхронная машина SP
732 36
1
маховик
732 44
1
Муфта
731 06
1
Кожух муфты
731 08
2
Кожуха конца вала
731 07
1
трехфазный блок питания с FCCB
726 75
1
Трехполюсный переключатель вкл./выкл.
731 42
1
Выключатель полной защиты двигателя,1... 1.6 A
732 14
1
Портативный цифровой тахометр
313 20
1
набор 10 безопасных разъемов, черных
500 59
1
набор 10 безопасных разъемов, зеленый/желтый
500 591
1
набор из 32 экспериментальных тросов безопасности
500 851
1
набор из 10 экспериментальных тросов безопасности зеленый/желтый 500 852
1
RMS измеритель
727 10
1
Амперметр 2.5 A (электромагнитный измерительный прибор) 72732
в качестве альтернативы RMS измерителю:
1
Амперметр 0 ... 2.5 A
38

41.

Примечания преподавателя
Рисунок 4.1.1: Расположение блоков для настройки основных цепей, как показано на рис. 4.1.2.
Рисунок 4.1.2: Подключение явно полюсной синхронной машины в цепь Звезды
39

42.

Примечания преподавателя
Синхронная машина должна эксплуатироваться первоначально без возбуждения. Используйте
маховик в качестве груза. Обмотка возбуждения должна быть замкнутой (для этого эксперимента,
через амперметр) для машины, чтобы запустить ее асинхронно. Включите электропитание для
обмотки статора и наблюдайте за машиной. Измерьте (по возможности с электромагнитным
измерительным прибором) ток, индуцированный в обмотке возбуждения во время запуска процесса.
Какую величину принимает ток в обмотке возбуждения?
Быстро около 1 A, а затем затухания почти до нуля.
Наблюдайте направление вращения и измерьте достигнутую скорость портативным цифровым
тахометром. Почему это скорость несколько меньше, чем синхронная скорость?
направление по часовой стрелке, n = 1496 об/мин
Машина работает здесь а синхронно с очень малой нагрузкой.
Чтобы изменить направление вращения, выключите машину и замените две линии подачи на статор
(L1 наV1, L2 на U1, L3остается на W1). Введите машину в эксплуатацию снова, как вы это делали в
предыдущем эксперименте. Соблюдайте направление вращения и снова измерьте скорость
портативным цифровым тахометром.
Результат
направление по часовой стрелке, n = - 1495 об/мин
Повторите эксперимент, но на этот раз с возбужденной машиной. Замена, которая была сделано с
двумя линиями фазы статора, должна быть отменена. Подключите обмотку возбуждения к
электродвигателю постоянного тока и активируйте машину постоянным током около 50% от
номинального значения тока возбуждения (посмотрите на табличке технических данных), до
подключения обмотки статора к линии питания. Измерьте скорость и сравните значения,
полученные раньше.
Результат
n=
nS= 1500 об/мин
В отличие от предыдущего эксперимента машина теперь работает синхронно.
40

43.

Примечания преподавателя
4.2.
Определение эффективности и запись характеристик работы двигателя
Теперь тест-система машины (731 989) будет использоваться для загрузки тестового объекта
вместо маховика. Только тест-система машины (без программного обеспечения) необходима для
определения эффективности. Автоматическое приобретение различных характеристик и
последующая оценка данных измерения легко выполняется с помощью соответствующего
программного обеспечения тест-системы машины, CBM 10, которая выполняет компьютерный
анализа электрических машин. Детали работы тест-системы машины и ее программного
обеспечения – в инструкции по эксплуатации.
Количество Описание
1
синхронная машина КЗ
732 36
1
Тест-система машины
731 989
1
CBM 10 “компьютерный анализ электрических машин”, V.5 728 421
1
Трехфазный блок питания с FCCB
726 75
1
модуль выключателя питания
745 561
1
Выключатель защиты двигателя, 1 ... 1.6 A
732 14
1
Мотор постоянного тока, 300 Вт
725 852 D
1
муфта
731 06
1
Кожух муфты
731 08
1
Кожух конца вала
731 07
1
набор 10 безопасных разъемов, черных
500 59
1
набор 10 безопасных разъемов, зеленый/желтый
500 591
1
набор из 32 экспериментальных тросов безопасности
500 851
1
набор из 10 экспериментальных тросов безопасности зеленый/желтый 500 852
1
Измеритель коэффициента мощности
727 12
2
RMS измерителя
727 10
в качестве альтернативы измерителей RMS:
1
вольтметр 0 ... 400 V
1
Амперметр 0 ... 1 A
1
Амперметр 0 ... 2.5 A
41

44.

Примечания преподавателя
Рис 4.2.1: Расположение блоков для определения эффективности и записи характеристик работы
двигателя. Настройте схему, как показано на рис. 4.2.2.
Рис 4.2.2: Схема для определения эффективности синхронного двигателя в цепи Звезды
42

45.

Примечания преподавателя
Введите данные заводской таблички испытуемой машины в таблицу 4.2.1.
Таблица 42,1: Номинальные данные тестируемой машины
Номинальное напряжение VN при подключении к звезде:
400 В
Номинальное напряжение VN при подключении к дельте:
230 В
Номинальный ток IN при подключении к звезде:
0.56 A
Номинальный ток IN при подключении к дельте:
0.97 A
Номинальный коэффициент мощности, cos φN
1.00
Номинальная мощность PN:
300 Вт
Максимальное напряжение возбуждения VE,макс.
140 В
Максимальный ток возбуждения IE,макс
0.55 A
Номинальная скорость nN:
1500об/мин
Сначала рассчитайте номинальный крутящий момент, который машина может производить.
Определите настоящей номинальный крутящий момент вывода машины из данных ее заводской
таблички:
Результат
PN =
300 Вт
когда nN = nS= 1500 об/мин
→
TN =
1.91 Нм
Сначала примените ток возбуждения постоянного тока около 50% от номинального значения тока
возбуждения (посмотрите на табличке технических данных) и затем включите подачу питания.
После того, как будет достигнута синхронизация с маятниковой машиной, установите выше
вычисленное значение крутящего момента нагрузки в системе тестирования машины (оперативный
режим «регулирование крутящего момента»). Впоследствии регулируйте ток возбуждения, пока
коэффициент мощности не будет соответствовать значению, указанному на заводской табличке.
Измерьте межфазное напряжение V, ток I в одной линии электроснабжения статора, коэффициент
мощности cos φ, напряжение возбуждения VE и ток возбуждения IE, пока они в этом рабочем
состоянии. Эти измеренные значения представляют номинальные значения для объекта
тестирования. Фактические значения отличаются от тех, которые напечатаны на заводской табличке
обозначений посредством их подстрочного обозначения «действительный».
Результат
V = 400 В, Iдейст = 0.44 A, cos φдейств, = 1.0, VE, дейст = 18.8 В, IE,дейст 3.1 A
Потребляемая активная мощность машины равна сумме трехфазной мощности и мощности
возбуждения постоянного тока.
P1, дейст = √3 ∙ V ∙ Iдейст ∙ cos φдейст + VE, дейст ∙ IE, дейст
Результат
P1, дейст =
367.2 Вт + 27.1 Вт = 394.3 Вт
43

46.

Примечания преподавателя
Эффективность — это отношение выходной мощности к входной мощности:
Определите эффективность ηтеор, которую теоретически можно ожидать на основе фактической
эффективности η от измеренных значений и данных заводской таблички (из-за пропущенных на табличке
технических данных, используйте в расчете вышеуказанные измеренные значения для напряжения
возбуждения и тока возбуждения ηтеор):
Результат
P1 теор =
388.0 Вт + 27.1 Вт = 415.1 Вт
Согласно IEC стандарта 60034-1 допустимое отклонение для эффективности электрических машин с
мощностью до 50 кВт является следующим:
Верхнее: нет предела, Нижнее: ∆η= -0.15 • (1 - ηтеор)
Если измеренная эффективность меньше, чем теоретически ожидаемое значение, отклонение должно
быть определено.
Результат
нет необходимости, поскольку ηдейст > ηтеор
Используя ту же конфигурацию эксперимента, характеристики нагрузки могут быть записаны. Временные
характеристики нагрузки относятся к характеристике кривой некоторых переменных, как, например, тока
и коэффициента мощности как функции крутящего момента нагрузки.
Во всех следующих измерениях мы опускаем индекс «дейст» (сокращенно действительный). Значения
измерения, необходимые для графика масштаба или стандартизированного графика, больше не
относятся к данным в заводской табличке, но к значениям, списанным с тестируемой машины.
Серии измерений принимаются, в которых значения I (ток статора), cos φ (коэффициент мощности), P1
(мощность), P2 (мощность) и η (эффективность) записываются как функция крутящего момента нагрузки;
тогда как ток возбуждения устанавливается таким образом, что коэффициент мощности экспонирует его
номинальное значение согласно заводской таблички, как «номинальная рабочая точка» на машине. Это
значение для тока возбуждения должно поддерживаться в течение всего эксперимента.
В другой серии измерений коэффициенту мощности cos φ будет присвоено его номинальное значение
для каждой точки измерения путем корректировки тока возбуждения. Здесь значения I, P1, P2, IE и η, все
как функция крутящего момента нагрузки, представляют интерес
Измерения с постоянным током возбуждения должны выполняться в первую очередь.
Снова запустите машину в работу с ротором с самого начала активированным значением тока, которое
было определено выше для номинальной работы под «Определением эффективности».
Синхронизируйте двигатель с маятниковой машиной и меняйте крутящий момент нагрузки, начиная с
нуля, согласно таблице 4.2.2. Измерьте соответствующие значения для тока I статора и коэффициент
мощности cos φ, затем введите эти значения в таблицу.
44

47.

Примечания преподавателя
Переведите следующие данные из раздела по определению эффективности:
TN = 1.91 Нм , PN = 300 Вт , IN = 0.53 A
Кроме того, VEN = 65.5 В
при VN = 400 В
nS =1500 об/мин
, IEN = 0.76 A
Таблица 4.2.2: Измерения для характеристики нагрузки с током постоянного возбуждения IEN = 0.36
A
измерение
вычисление
измерение
вычисление
T/ TN
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
T/ Нм
0
0.19
0.38
0.57
0.76
0.96
1.15
n/ об/мин
1500
1500
1500
1500
1500
1500
1500
I/ A
0.15
0.18
0.21
0.24
0.28
0.32
0.36
cos φ
0.75
0.80
0.84
0.87
0.90
0.93
0.95
емкостная
емкостная
емкостная
емкостная
емкостная
емкостная
емкостная
n/ nS
1
1
1
1
1
1
1
I/ IN
0.28
0.34
0.40
0.45
0.53
0.60
0.68
P1/ Вт
105.0
126.9
149.3
171.8
201.7
233.3
264.1
P1/PN
0.35
0.42
0.50
0.57
0.67
0.78
0.88
P2/ Вт
0.0
30.0
60.0
90.0
120.0
150.0
180.0
P2/ PN
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
η
0.000
0.236
0.402
0.524
0.595
0.643
0.682
T/ TN
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
T/ Нм
1.34
1.53
1.72
1.91
2.10
2.29
n/ об/мин
1500
1500
1500
1500
1500
1500
I/ A
0.40
0.44
0.48
0.53
0.59
0.66
cos φ
0.97
0.98
0.99
1.00
0.99
0.98
емкостная
емкостная
емкостная
индуктивная
индуктивная
n/ nS
1
1
1
1
1500
1500
I/ IN
0.75
0.83
0.91
1.00
1.11
1.25
P1/ Вт
295.9
325.9
356.3
394.1
431.8
475.2
P1/PN
0.99
1.09
1.19
1.31
1.44
1.58
P2/ Вт
210.0
240.0
270.0
300.0
330,0
360,0
P2/ PN
0.70
0.80
0.90
1.00
1.10
1.20
η
0.710
0.737
0.758
0.761
0.764
0.758
45

48.

Примечания преподавателя
Составьте график нормализованных результатов измерений с крутящим моментом нагрузки T/ TN
как ось x, и значения n/ nS, I/ IN, P1/ PN, P2/ PN, cos φ и η на диаграмме в Y-направлении.
Рис 4.2.3:
Характеристика нагрузки явно полюсной машины
с постоянным током возбуждения ток IEN = 0.36 A
•n/n
•P /P
S
1
N
• I/I
• P /PN
N
2
•cos φ
•η
Какую типичную величину принимают измеренные значения?
Величина измеренных значений схожа с величиной гладкой машины.
46

49.

Примечания преподавателя
Повторите вышеуказанную серию измерений, но на этот раз поправьте коэффициент мощности
относительно ее номинального значения в каждой точке измерения путем корректировки тока
возбуждения.
Таблица 3.2.3: Измерения характеристики нагрузки с постоянным коэффициентом мощности cos φ 1.00
измерение
вычисление
измерение
вычисление
T/ TN
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
T/ Нм
0.00
0.19
0.38
0.47
0.76
0.96
1.15
n/ об/мин
1500
1500
1500
1500
1500
1500
1500
I/ A
0.08
0.13
0.17
0.21
0.26
0.30
0.35
cos φ
51.5
52.0
52.5
53.0
53.4
56.2
57.1
0.25
0.25
0.25
0.25
0.26
0.27
0.28
n/ nS
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
I/ IN
0.15
0.25
0.32
0.40
0.49
0.57
0.66
P1/ Вт
0.69
0.69
0.69
0.69
0.72
0.75
0.78
P1/PN
68.3
103.1
130.9
158.7
194.0
223.0
258.5
P2/ Вт
0.23
0.34
0.44
0.53
0.65
0.74
0.86
P2/ PN
0.0
30.0
60.0
90.0
120.0
150.0
180.0
η
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
T/ TN
0.000
0.291
0.458
0.567
0.618
0.673
0.696
T/ Нм
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
n/ об/мин
1.34
1.53
1.72
1.91
2.10
2.29
2.48
I/ A
1500
1500
1500
1500
1500
1500
1500
cos φ
0.39
0.43
0.48
0.53
0.58
0.63
0.68
60.8
64.2
68.2
75.3
76.4
82.2
89.0
n/ nS
0.29
0.31
0.33
0.36
0.39
0.43
0.47
I/ IN
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
P1/ Вт
0.74
0.81
0.91
1.00
1.09
1.19
1.28
P1/PN
0.81
0.86
0.92
1.00
1.08
1.19
1.31
P2/ Вт
287.8
317.8
355.1
394.3
431.6
471.8
513.0
P2/ PN
0.96
1.06
1.18
1.31
1.44
1.57
1.71
η
210.0
240.0
270.0
300.0
330.0
360.0
390.0
47

50.

Примечания преподавателя
Здесь тоже составьте график нормализованных результатов измерений с крутящим моментом
нагрузки T/ MN опять как X-ось и значения n/nS, I/IN, P1/PN, P2/PN и η пометьте на диаграмме в Yнаправлении.
Рис 4.2.4: Характеристики нагрузки
мощности cos φN = 1.00
•n/n
•P /P
S
1
N
•I/I •I/I
•P /P •η
N
2
явнополюсной
машины
с
постоянным
EN
N
Какую типичную величину принимает измеренные значения?
Здесь тоже величина измеренных значений схожа с величиной гладкой машины
48
коэффициентом

51.

4.3.
Примечания преподавателя
V-кривые и фазосдвигающие операции
Если ток возбуждения для синхронной машины устанавливается таким образом, что он принимает
значение коэффициента мощности 1 в определенный крутящий момент нагрузки, ток статора будет
на минимуме. В этом состоянии машина практически берет только активную мощность из сети
питания. Если возбуждение снижается, потребляемый ток будет увеличиваться, так как синхронная
машина теперь привлекает индуктивную реактивную мощность из сети. И наоборот, если
возбуждение увеличивается, увеличение входного тока также произойдет; но машина теперь будет
брать емкостную реактивную мощность из сети. Величина тока статора, показанная, как функция
тока возбуждения для данного крутящего момента постоянной нагрузки, имеет форму «V». Поэтому
она именуется как «V-кривая».
Вышеуказанная схема может использоваться без изменений для записи так называемой «Vкривой». Это потребует снова только тестовую систему машина (без программного обеспечения).
Позвольте машине разгоняться с током возбуждения около 0,5 A и синхронизируйте с маятниковой
машиной. Изначально установите значение крутящего момента нагрузки на ноль на блоке
управления. Измените ток IE возбуждения, начиная с максимального значения, согласно значений,
показанных в таблице 4.3.1 и измерьте соответствующие значения для тока статора I. Отметьте, при
каком значении тока ввод реактивной мощности машины изменяется с «емкостного» на
«индуктивный». Когда значения тока возбуждения выше номинального значения, эти измерения
должны производиться оперативно! Остановите запись измерения, как только машина выпадет из
синхронизма.
Используйте значения, полученные при определении эффективности в качестве номинальных
значений для тока статора, тока возбуждения и крутящего момента нагрузки:
IN = 0.53 A
, IEN = 0.36 A , TN = 1.91 Нм
Таблица 4.3.1: Измерения для записи V-кривых для T/ TN = 0
IE/IEN
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
I E/ A
0.54
0.50
0.47
0.43
0.40
0.36
0.32
0.29
I/ A
0.40
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.08
I/ IN
0.75
0.66
0.57
0.47
0.38
0.28
0.19
0.15
IE/ IEN
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
I E/ A
0.25
0.22
0.18
0.14
0.11
0.07
0.04
0.00
I/ A
0.08
0.11
0.15
0.20
0.25
0.31
0.37
0.43
I/ IN
0.15
0.21
0.28
0.38
0.47
0.58
0.70
0.81
Результат
Переход от емкостной к индуктивной реактивной мощности при IE/ IEN = 0.75.
49

52.

Примечания преподавателя
Синхронизируйте тестовый объект снова с маятниковой машиной и теперь установите крутящий
момент нагрузки на блоке управления на T = 0,25 • TN. Повторите вышеуказанные измерения.
Таблица 4.3.2: Измерения для записи V-кривых для Т / TN = 0.25
IE/IEN
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
I E/ A
0.54
0.50
0.47
0.43
0.40
0.36
0.32
0.29
I/ A
0.40
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.08
I/ IN
0.75
0.66
0.57
0.47
0.38
0.28
0.19
0.15
IE/ IEN
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
I E/ A
0.25
0.22
0.18
0.14
0.11
0.07
0.04
0.00
I/ A
0.08
0.11
0.15
0.20
0.25
0.31
0.37
0.43
I/ IN
0.15
0.21
0.28
0.38
0.47
0.58
0.70
0.81
Результат
Переход от емкостной к индуктивной реактивной мощности при IE/ IEN = 0.75.
Синхронизируйте тестовый объект снова с маятниковой машиной и теперь установите крутящий
момент нагрузки на блоке управления на T = 0,50 • TN. Повторите вышеуказанные измерения.
Таблица 4.3.3: Измерения для записи V-кривых для T/ TN = 0.50
IE/IEN
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
I E/ A
0.54
0.50
0.47
0.43
0.40
0.36
0.32
0.29
I/ A
0.50
0.46
0.42
0.38
0.34
0.31
0.29
0.28
I/ IN
0.94
0.87
0.79
0.72
0.64
0.58
0.55
0.53
IE/ IEN
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
I E/ A
0.25
0.22
0.18
0.14
0.11
0.07
0.04
0.00
I/ A
0.29
0.31
0.35
0.40
0.46
-
-
-
I/ IN
0.55
0.58
0.66
0.75
0.87
-
-
-
Результат
Переход от емкостной к индуктивной реактивной мощности при IE/ IEN = 0.80.
50

53.

Примечания преподавателя
Синхронизируйте тестовый объект снова с маятниковой машиной и теперь установите крутящий
момент нагрузки на блоке управления на T = 0,75 • TN. Повторите вышеуказанные измерения.
Tаблица 4.3.4: Измерения для записи V-кривых для T/ TN = 0.75
IE/IEN
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
I E/ A
0.54
0.50
0.47
0.43
0.40
0.36
0.32
0.29
I/ A
0.57
0.53
0.49
0.46
0.43
0.41
0.40
0.40
I/ IN
1.08
1.00
0.92
0.87
0.81
0.77
0.75
0.75
IE/ IEN
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
I E/ A
0.25
0.22
0.18
0.14
0.11
0.07
0.04
0.00
I/ A
0.42
0.46
0.51
-
-
-
-
-
I/ IN
0.79
0.87
0.96
-
-
-
-
-
Результат
Переход от емкостной к индуктивной реактивной мощности при IE/ IEN = 0.83.
Синхронизируйте тестовый объект снова с маятниковой машиной и теперь установите крутящий
момент нагрузки на блоке управления, равным номинальному значению крутящего момента.
Повторите вышеуказанные измерения
Таблица 4.3.5: Измерения для записи V-кривых для T/ TN= 1.00
IE/IEN
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
I E/ A
0.54
0.50
0.47
0.43
0.40
0.36
0.32
0.29
I/ A
0.63
0.59
0.56
0.53
0.51
0.51
0.52
0.55
I/ IN
1.19
1.11
1.06
1.00
0.96
0.96
0.98
1.04
IE/ IEN
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
I E/ A
0.25
0.22
0.18
0.14
0.11
0.07
0.04
0.00
I/ A
0.61
-
-
-
-
-
-
-
I/ IN
1.15
-
-
-
-
-
-
-
Результат
Переход от емкостной к индуктивной реактивной мощности при IE/ IEN = 0.97
51

54.

Примечания преподавателя
Изобразите нормализованные измеренные значения в составном графике, где ток возбуждения IE/IEN
является осью X и соответствующие значения для тока статора I/ IN в направлении оси Y.
4.3.1: V-кривые для явнополюсной машины при различных крутящих моментах нагрузки
•T/T =0.00
•T/T = 0.50
•T/T =1.00
N
N
•T/T =0.25
•T/T =0.75
N
N
N
52

55.

Примечания преподавателя
4.4.
Компьютерная запись характеристик проверки работы
Характеристики проверки работы будут измеряться в ходе асинхронной операции. Измерения будут
начинаться с максимального крутящего момента, т.е. минимальной скорости, затем нагрузка будет
снижаться до тех пор, пока будет достигнута скорость холостого хода. Вышеуказанная схема может
использоваться, без изменений, для процедуры автоматической записи.
На компьютере выберите режим «характеристики синхронизации» из меню «Конфигурация» и затем
установите параметры на начальную скорость 1500 об/мин и нулевую остановку скорости.
Как и в предыдущих экспериментах позвольте машине запуститься от линии электроснабжения, с
замкнутой обмоткой возбуждения и синхронизируйте с маятниковой машиной. На компьютере
выберите режим «Автоматическое измерение» и начните процесс измерения.
Интерес представляют значения T (крутящий момент), I (Ток статора), P1 (мощность), P2 (мощность),
η (эффективность) также, как cos φ (коэффициент мощности), все как функция скорости n.
Представьте результаты в нормализованной форме, при помощи чего измеренные значения
должны соотноситься с их номинальным значением.
Рис. 4.4.1: Характеристики проверки работы гладкой машины, записанные CBM 10 программой для
компьютерного анализа электрических машин
Опишите принципиальную величину кривой крутящего момента.
Результат
Кривая крутящего момента демонстрирует типичные характеристики асинхронной машины.
Опрокидывающий крутящий момент происходит со скоростью, которая составляет около 60%
скорости холостого хода.
53

56.

Примечания преподавателя
4.5.
Параметры как у генератора в автономном режиме работы
Если синхронная машина запущена и активирована, она будет функционировать как генератор.
Если машина не подключена к сети, то это так называемая «автономная работа». В отличие от
асинхронных машин она может поставлять нагрузки также с реактивной мощностью в этом режиме.
Нижеуказанный эксперимент сначала определит параметры синхронного генератора на холостом
ходу и при коротком замыкании.
Оборудование
Количество
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
Описание
синхронная машина КЗ
Тест-система машины
Мотор постоянного тока, 300 Вт
Муфта
Кожух муфты
Кожух конца вала
резистивная нагрузка
Емкостная нагрузка
индуктивная нагрузка
набор 10 безопасных разъемов, черных
набор 10 безопасных разъемов, зеленый/желтый
набор из 32 экспериментальных тросов безопасности
набор из 10 экспериментальных тросов безопасности
зеленый/желтый
RMS измерители
732 36
731 989
725 852 D
731 06
731 08
731 07
732 40
732 41
732 42
500 59
500 591
500 851
500 852
727 10
в качестве альтернативы измерителя RMS:
1
вольтметр 0 ... 600 V
2
Амперметр 0 ... 5 A
Рис.4.5.1. Расположение блоков для автономной работы явно полярной машины
54

57.

Примечания преподавателя
Настройте цепь, как показано на рис. 4.5.2:
Рис. 4.5.2: Цепь для измерения напряжения холостого хода и короткого замыкания тока в
явнополюсном синхронном генераторе
Генератор будет запускаться маятниковой машиной; CBM 10 программа для компьютерного анализа
электрических машин не требуется. Машина не должна быть подключена к сети. Сначала измеряют
напряжение нагрузки и заносят результаты в таблицу 4.5.1. Используйте номинальное значение IEN
для тока возбуждения, которое было установлено в ходе оценки эффективности. То же самое
относится к номинальному току статора IN:
IEN = 0.36 A
, IN = 0.53 A
На блоке управления выберите режим работы «Характеристика нагрузки» и запустите генератор с
постоянной скоростью n = 1500 об/мин, после того, как вы синхронизируете его с маятниковой
машиной. Один за другим, задайте вычисляемые значения для тока возбуждения и измерьте
соответствующее напряжениеV0 на холостом ходу. Затем, чтобы обозначить измеренное
напряжения на шкале, используйте в качестве эталона номинальное напряжение машины как
ссылку
VN = 400 В
55

58.

Примечания преподавателя
Таблица 4.5.1: Измерения напряжения явнополюсного ротора на холостом ходу
IE/IEN
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
IE/A
0.0
0.04
0.07
0.11
0.14
0.18
0.20
0.25
0.29
0.32
0.36
0.40
0.43
V0/V
5
94
150
229
283
320
353
382
405
425
440
449
455
V0/VN
0.01
0.24
0.43
0.57
0.71
0.80
0.88
0.96
1.01
1.06
1.10
1.12
1.14
Выключите маятниковую машину и измените схему, чтобы ток статора теперь мог быть измерен
вместо напряжения статора (снова между терминалами U1 и V1). Третья обмотка статора, которая
не требуется для измерения, должна быть замкнута для обеспечения симметричной работы.
Повторите вышеуказанные измерения, на этот раз, это ток короткого замыкания ISC который должен
быть записан
Таблица 4.5.2: Измерения тока короткого замыкания явнополюсного ротора на холостом ходу
IE/IEN
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
IE/A
0.0
0.04
0.07
0.11
0.14
0.18
0.22
0.25
0.29
0.32
0.36
0.40
0.43
ISC/A
0.0
0.06
0.12
0.18
0.24
0.30
0.36
0.42
0.48
0.55
0.61
0.68
0.74
ISC/IN
0.00
0.11
0.23
0.34
0.45
0.57
0.68
0.79
0.91
1.04
1.15
1.28
1.40
Представьте результаты измерений V0 = f (IE) и ISC = f (IE) в совместном графике нормализованной
формы.
Рис 4.5.3:
Напряжение без нагрузки и ток короткого замыкания явнополюсного ротора как функция
тока возбуждения
V0/VN= 0.00
lSC/lN=0.25
Какую типичную величину принимают измеренные значения?
Описание, сделанное для гладких машин, также применимо здесь.
56

59.

Примечания преподавателя
Теперь параметры синхронного генератора должны исследоваться в режиме автономной работы
при подключении к резистивной, индуктивной или емкостной нагрузке.
Измените схему, как показано на рис. 4.5.4 для записи характеристик загрузки V = f (I) с постоянной
скоростью и постоянным током возбуждения:
Рис. 4.5.4: Цепь для записи характеристики нагрузки машины с явнополюсным ротором в
автономном режиме работы
Резистивная нагрузка будет использоваться первой. Она будет связана с цепью звезды (как и
другие нагрузки). Установите значение нагрузки 100% до начала измерения. Выберите режим
работы «Характеристика нагрузки» на блоке управления и запустите генератор с постоянной
скоростью n = 1500 об/мин, после его синхронизации с маятниковой машиной. Возбуждайте машину
номинальным током IEN (см. эксперимент на холостом ходу и при коротком замыкании). Начиная с
100%, уменьшите резистивную нагрузку согласно значениям в таблице 4.5.3 и измерьте
соответствующие значения для напряжения и тока статора. Представьте эти значения в
нормализованной форме, соотнося их с номинальным напряжением и номинальным током, машины
соответственно (номинальный ток был измерен в эксперименте на эффективность):
IEN = 0.36 A
,
UN = 400В
,
IN= 0.53 A
57

60.

Примечания преподавателя
Tаблица 4.5.3: Измерения для характеристики нагрузки с резистивной нагрузкой
R/ %
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
I/ A
0.12
0.14
0.16
0.19
0.25
0.34
0.46
0.49
0.50
0.58
V/ V
434
427
417
407
395
378
358
331
280
179
I/ IN
0.23
0.26
0.30
0.36
0.47
0.64
0.87
0.92
0.94
1.09
V/ VN
1.09
1.07
1.04
1.02
0.99
0.95
0.90
0.83
0.70
0.45
Дезактивируйте синхронную машину и выключите маятниковую машину. Замените резистивную
нагрузку индуктивной нагрузкой (цепь звезды) и повторите вышеуказанные измерения для заданных
значений индуктивности. Обратите внимание, что вы должны деактивировать синхронную машину
перед каждым изменением нагрузки! Измерения с небольшими значениями индуктивности, должны
быть сделаны оперативно, чтобы избежать перегрузки.
Таблица 4.5.4: Измерения для характеристики нагрузки с индуктивной нагрузкой
L/ H
6.0
4.8
2.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
6.0
I/ A
0.11
0.13
0.24
0.36
0.39
0.42
0.46
0.50
0.55
0.11
V/ V
403
366
324
283
243
200
159
116
68
403
I/ IN
0.21
0.25
0.45
0.68
0.74
0.79
0.87
0.94
1.04
0.21
V/ VN
1.01
0.92
0.81
0.71
0.61
0.50
0.40
0.29
0.17
1.01
Дезактивируйте синхронную машину и выключите маятниковую машину. Замените индуктивную
нагрузку емкостной нагрузкой (цепь звезды) и повторите вышеуказанные измерения для указанных
значений емкости. Обратите внимание, что вы должны деактивировать синхронную машину перед
каждым изменением нагрузки! Поскольку этот тип нагрузки вызывает сильное увеличение
напряжения статора, эксперимент может осуществляться только с указанными значениями емкости;
Кроме того, эти измерения должны производиться оперативно!
Таблица 4.5.5: Измерения для характеристики нагрузки с емкостной нагрузкой
C/ μF
1
2
I/ A
0.08
0.18
V/ V
415
462
I/ IN
0.15
0.34
V/ VN
1.13
1.16
58

61.

Примечания преподавателя
Представьте результаты измерений V = f (I) в нормализованной форме для всех трех типов нагрузки
в совместном графике.
Рис 4.5.5: Характеристики явнополярной роторной машины в режиме автономной работы с
резистивной нагрузкой ( ), индукционной ( ) и емкостной ( ) нагрузкой
Какую типичную величину принимают измеренные значения?
Описание, сделанное для гладких машин, также применяется здесь.
59

62.

4.6.
Примечания преподавателя
Схемы Синхронизации
В дополнение к асинхронной подготовке (см. раздел 4.1) также можно подключить синхронную
машину, которая уже активирована и подключена с номинальной скоростью к трехфазной сети. Для
достижения этого, величина и фаза напряжения генератора, последовательность частоты и фазы
(т.е. Направление вращающегося поля) должны соответствуют значениям сети, к которой машина
подключена. Мониторинг названных значений осуществляется с помощью специальных схем
синхронизации, которые описаны ниже.
Самый простой способ добиться соответствия напряжения генератора и напряжение сети
осуществляется с помощью ламп синхронизации, помещенных между сетью и генератором. Так как
вполне возможно, что во время процесса синхронизации неблагоприятная фазовая связь может
существовать между сетью и генератором, которая может разместить в два раза большее фазное
напряжение через лампы, две лампы всегда подключены в серии, чтобы сформировать пару. Для
так называемых «цепей в темную» лампы помещаются между теми же фазами сети и генератора.
Машина может быть подключена к сети в момент, когда все огни выключены, одновременно. Для так
называемых «цепей с яркими лампами» лампы соединены между несоответствующими фазами.
Если эта цепь правильно настроена, освещение будет вращаться по часовой стрелке среди трех
ламп, когда скорость генератора слишком высока. Если освещение вращается против часовой
стрелки, то генератор является слишком медленным. Параллельное соединение может быть
сделано только тогда, когда вращения освещения прекращается и когда нет ламп в цепи темного
света
Создание параллельного соединения очень часто делается с помощью синхроноскопа. Этот прибор
состоит из квотиенметра, который делает разность фаз между двух напряжений видимой с помощью
движущегося указателя. Направление движения указателя указывает, слишком быстро или слишком
медленно работает подключаемый генератор. Если указатель остается в вертикальном положении,
то соединение может быть выполнено.
Вольтметры и двойной частотомер используются как дополнительные средства синхронизации.
Двойной вольтметр имеет два независимых измерительных механизма, чтобы показать напряжения
обеих систем, подключаемых в одно время. Двойной частотомер используется для контроля
частоты или скорости. Это позволяет сравнивать частоты машины и электролинии. Эти два
последних названных инструмента служат только для того, чтобы заставить генератор работать
правильно для подключения к сети. Однако одно из вышеупомянутых средств синхронизации
должно также использоваться для того, чтобы определить правильные точки во времени для
параллельного соединения. Подключение без толчка требует немного практики, независимо от того,
какой используется метод. Вот почему автоматизированной аппарат синхронизации часто
используется для выполнения этой задачи в практических приложениях, особенно для больших
машин. Устройство синхронизации (745 01) является именно таким средством синхронизации. Оно
регулирует двигатель относительно правильной скорости автономно, берет на себя процесс
активации синхронной машины и автоматически подключает к сети при совпадении фаз.
60

63.

Примечания преподавателя
Оборудование
Количество
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Описание
синхронная машина КЗ
муфта
Кожух муфты
Кожух конца вала
Тест-система машины
Трехфазный блок питания с FCCB
модуль выключателя питания
Выключатель полной защиты двигателя, 1 ... 1.6 A
Мотор постоянного тока, 300 Вт
Индикатор синхронизации
нулевой вольтметр
двойной вольтметр
двойной частотомер
синхроноскоп
набор 10 безопасных разъемов, черных
набор 10 безопасных разъемов, зеленый/желтый
набор из 32 экспериментальных тросов безопасности
набор из 10 экспериментальных тросов безопасности
зеленый/желтый
Рис. 4.6.1. Расположение блоков для различных цепей синхронизации
61
732 36
731 06
731 08
731 07
726 75
745 561
732 14
725 852 D
731 62
727 24
727 25
727 27
727 28
500 59
500 591
500 851
500 852
732 36

64.

Примечания преподавателя
Цепь Синхронизации, в которой работают лампы (как индикатор синхронизации) должна
исследоваться первой. Синхронная машина соединяется с цепью звезды и звездными точками сети,
и машина будет соединяться вместе. CBM 10 программа для компьютерного анализа электрических
машин не требуется. Настройка цепи, как показано на рис. 4.6.2:
Рис. 4.6.2: Цепь синхронизации явнополюсной машины с ротором с использованием метода темной
индикаторной лампы (гаснущей лампы синхронизма)
Выберите режим работы «Характеристика нагрузки» на блоке управления и запустите генератор с
постоянной скоростью n = 1500 об/мин, после его синхронизации с маятниковой машиной.
Активируйте машину таким образом, чтобы напряжение на ее клеммах являлось таким же, как в
сети (двойной вольтметр позволяет сравнивать эти два напряжения). Смотрите Индикатор
синхронизации.
Результат
Лампы освещают и выходят из синхронизации между сетью и машиной (частота биения).
62

65.

Примечания преподавателя
Измените слегка скорость маятниковой машины (при необходимости) для достижения условий для
подключения. Подключите машину к сети в тот момент, когда все индикаторные лампы
синхронизации одновременно выключены.
Отключите машину от сети, деактивируйте машину и выключить маятниковую машину. Измените
ламповую схему, так чтобы разнородные фазы сети/машины соединились через две из трех пары
ламповых индикаторов, например, L2 с V1 и L3 с W1. Повторите вышеуказанный эксперимент и
наблюдайте за индикатором синхронизации.
Результат
Если схема является правильной, освещение ламп будет вращаться по часовой стрелке до тех пор,
пока скорость генератора слишком высока. Параллельное соединение может быть сделано, когда
освещение прекращается и пары ламповых индикаторов. связанных в конфигурации синхронизации
на темную, израсходованы, в то время как остальные светильники ярко светят.
Измените схему, чтобы соответствовать рис. 4.6.3, чтобы исследовать другие средства
синхронизации
Рис. 4.6.3: Цепь синхронизации явнополюсной машины с ротором
синхроноскопа, нулевого вольтметра и двойного частотомера
63
для
использования

66.

Примечания преподавателя
Задействуйте машину как в прошлом эксперименте и активируйте ее таким образом, чтобы
напряжения электросети и генератора были примерно одинаковые. Наблюдайте нулевой вольтметр,
двойной частотомер и синхроноскоп
Результат
До тех пор, пока не выполнены условия синхронизации, нулевой вольтметр показывает отклонения
и
двойной
частотомер
указывает
неравные
частоты.
Синхроноскоп
указывает,
должна
увеличиваться или уменьшаться скорость генератора
Подключите машину к сети в тот момент, когда достигается равенство частоты, нулевой вольтметр
показывает минимальные отклонения и указатель на синхроноскопе стоит вертикально.
Повторите процесс синхронизации тщательно, когда нулевой вольтметр не на минимальном
отклонении.
Результат
Если напряжение и частота не совпадают, генератор будет вовлечен в синхронизацию с рывком при
соединении. В случае больших машин это приведет к недопустимо высоким набросам нагрузки в
сети
64

67.

4.7.
Параметры на шине бесконечной мощности
Примечания преподавателя
Наконец, параметры гладкой синхронной машины на шине бесконечные мощности (системы
постоянной частоты постоянного напряжения) необходимо исследовать. Если машина управляется
механически, она будет работать как генератор и доставлять активную мощность в сеть. Если она
загружается механически, она вступит в работу двигателя. Если машина активируется током,
который превышает номинальный ток возбуждения, она будет поставлять реактивную мощность в
сеть. Если она активируется менее, чем номинальным током возбуждения, она привлечет
реактивную мощность из сети. Поскольку крутящий момент на валу привода и возбуждение могут
управляться независимо друг от друга, можно свободно комбинировать доставку или привлечение
активной и реактивной мощности в так называемое «круговое перемещение, заданное четырьмя
командами». В случае эксплуатации генератора при номинальной мощности, эффективность будет
определяться и сравниваться с эффективностью работы двигателя
Оборудование
Количество Описание
1
синхронная машина КЗ
732 36
1
Муфта
731 06
1
Кожух муфты
731 08
1
Кожух конца вала
731 07
1
Тест-система машины
731 989
1
Трехфазное питание с FCCB
726 75
1
модуль выключателя питания
745 561
1
Выключатель полной защиты двигателя, 1 ... 1.6 A
732 14
1
двойной вольтметр
727 25
1
двойной частотомер
727 27
1
синхроноскоп
727 28
1
Мотор постоянного тока, 300 Вт
725 852D
1
набор 10 безопасных разъемов, черных
500 59
1
набор 10 безопасных разъемов, зеленый/желтый
500 591
1
набор из 32 экспериментальных тросов безопасности
500851
1
набор из 10 экспериментальных тросов безопасности, зеленый/желтый 500 852
1
Измеритель мощности
727 11
1
Измеритель коэффициента мощности
727 12
1
RMS измеритель
727 10
как альтернатива RMS измерителя:
1
вольтметр0 ... 600 V
1
Амперметр 0 ... 5 A
65

68.

Примечания преподавателя
Рис. 4.7.1:
Расположение блоков для работы для синхронной явно полюсной машины на шине
бесконечной мощности
Рис. 4.7.2: Схема для изучения оперативных параметров явнополюсной машины на шине
бесконечной мощности
66

69.

Примечания преподавателя
Введите в эксплуатацию синхронную машину, как вы делали в предыдущих экспериментах
(оперативный режим «Характеристика нагрузки») и затем используйте синхроноскоп, чтобы
подключить машину к сети. После этого, слегка измените скорость маятниковой машины (при
необходимости) и ток возбуждения синхронной машины немного до тех пор, пока индикатор
ваттметра не будет указывать ноль как для активной мощности, так и реактивной мощности
возбуждения синхронной машины. Из этого состояния отсутствия нагрузки медленно увеличьте
скорость маятниковой машины и наблюдайте индикатор ваттметра, когда он установлен для чтения
«активной мощности».
Результат
Машина доставляет активную мощность в сеть, то есть работает как генератор.
Медленно уменьшайте скорость маятниковой машины до тех пор, пока она находится за пределами
состояния покоя и наблюдайте индикатор активной мощности.
Результат
Машина привлекает активную мощность из сети, т.е. действует как двигатель.
Верните синхронную машину в состояние покоя и затем постепенно увеличивайте ток возбуждения.
На этот раз наблюдайте индикатор ваттметра, когда он имеет значение для чтения «реактивной
мощности».
Результат
Машина доставляет реактивную мощность в сеть, когда она слишком активирована. Это типичный
режим работы для синхронного генератора, так как большинство нагрузок показывают резистивный
индуктивный характер.
Медленно снижайте ток возбуждения машины наблюдая индикатор реактивной мощности.
Результат
Машина привлекает реактивную мощность из сети, когда она недостаточно активирована. Это
называется работой фазовращателя.
67

70.

Примечания преподавателя
Наконец будет определяться эффективность гладкого синхронного генератора в номинальном
режиме. Это можно сделать без изменения вышеуказанной схемы.
Отрегулируйте возбуждения машины и скорость таким образом, чтобы она доставляла свою
номинальную мощность в сеть при сохранении своего коэффициента номинальной мощности
фактор (оба эти значения могут быть взяты из заводской таблички). Измерьте соответствующие
значения для скорости маятниковой машины и крутящего момента на приводе, а также возбуждения
напряжения и тока возбуждения синхронной машины.
Результат
P2 = P2N = 300 Вт
, cos φN = 1.0 , n = 1503 об/мин
, T = -2.62 Нм (отрицательный знак указывает,
что маятниковая машина работает как приводной блок), VE = 101 В , IE = 0.45 A
Входная мощность синхронной машины равна сумме механической управляющей мощности и
мощности возбуждения:
Вычислите эту входную мощность.
Результат
Эффективность – это отношение выходной мощности к входной мощности:
Результат
Сравните эти производные значения со значениями работы двигателя (см. раздел 4.2):
Результат
Эффективность работы генератора составляет около 90% эффективности работы двигателя.
68

71.

Имя:
Класс:
Дата:
Примечания преподавателя
5. Эксперименты с явнополюсной синхронной машиной
Цели
После проведения экспериментов, студент будет способен:
−
−
−
−
−
−
−
Подключать явнополюсный синхронный двигатель в цепь Звезды, запускать двигатель от
линии напряжения и менять направление его вращения.
записывать и интерпретировать различных характеристики нагрузки работы двигателя
синхронной машины и определять его эффективность.
Эксплуатировать синхронный двигатель как фазовращатель и записывать характеристики его
V-образной кривой.
измерять и интерпретировать характеристики запуска машины при асинхронной работе
двигателя.
измерять и интерпретировать напряжение холостого хода, напряжения короткой цепи
характеристики и нагрузки в работе генератора без подключения к сети (автономные
операции).
Настраивать различные схемы синхронизации и понимать их способ работы.
исследовать синхронные машины при эксплуатации четырьмя командами при подключении к
сети и определять эффективность работы генератора.
Важное замечание
Если-трехфазная мощность в 230/133 В доступна (например, путем 3-фазного напряжения 400 В/2.5,
725442D), то следующие эксперименты также можно осуществлять с двигателем в соединении
Дельта (треугольник)
5.1.
Основные цепи
Оборудование
Количество
Описание
1 Многофункциональная машина
1 маховик
1 муфта
1 кожух муфты
2 кожуха конца вала
1 трехфазный блок питания с FCCB
1 Три полюсный переключатель вкл./выкл.
1 Выключатель полной защиты двигателя,1 ... 1.6 A
1 Портативный цифровой тахометр
1 набор 10 безопасных разъемов, черных
1 набор 10 безопасных разъемов, черных зел./желтый
1 набор из 32 экспериментальных тросов безопасности
1 набор из 10 экспериментальных тросов безопасности, зел./желтый
1
RMS измеритель
в качестве альтернативы измерителю RMS:
1
Амперметр 0 ... 5 A
69
732 28
732 44
731 06
731 08
731 07
726 75
731 42
732 14
313 20
500 59
500 591
500 851
500 852
727 10

72.

Примечания преподавателя
Рис. 5.1.1. Расположение блоков для основных схем
Настройте схему, как показано на рис.5.1.2.
Рис 5.1.2: Подключение явнополюсной синхронной машины в цепь звезды
70

73.

Примечания преподавателя
Синхронная машина должна эксплуатироваться первоначально без возбуждения. Используйте
маховик в качестве груза. Обмотка возбуждения должна быть замкнутой (для этого эксперимента,
через амперметр) в порядке для машины, чтобы запустить ее асинхронно. Включите электропитание
для обмотки статора и наблюдайте за машиной. Измерьте ток, индуцированный в обмотку
возбуждения во время процесса запуска.
Какую величину принимает ток в обмотке возбуждения?
Быстро около 1 A, а затем затухания почти до нуля.
Наблюдайте направление вращения и измерьте достигнутую скорость портативным цифровым
тахометром. Почему это скорость несколько меньше, чем синхронная скорость?
направление по часовой стрелке, n = 1496 об/мин
Машина работает здесь асинхронно с очень малой нагрузкой.
Чтобы изменить направление вращения, выключите машину и замените две линии подачи на статор
(L1 наV1, L2 на U1, L3 остается на W1). Введите машину в эксплуатацию снова, как вы это делали в
предыдущем эксперименте. Наблюдайте направление вращения и снова измерьте скорость
портативным цифровым тахометром.
Результат
направление по часовой стрелке, n = - 1495 об/мин
Повторите эксперимент, но на этот раз с активированной машиной. Замена, которая была сделано с
двумя линиями фазы статора, должна быть отменена. Подключите обмотку возбуждения к
электродвигателю постоянного тока и активируйте машину постоянным током около 50% от
номинального значения тока возбуждения (посмотрите на табличке технических данных), до
подключения обмотки статора к линии питания. Измерьте скорость и сравните значения,
полученные раньше.
Результат
n=
nS= 1500 об/мин
В отличие от предыдущего эксперимента машина теперь работает синхронно.
71

74.

Примечания преподавателя
5.2.
Определение эффективности и запись характеристик работы двигателя
Теперь тест-система машины (731 989) будет использоваться для загрузки тестового объекта
вместо маховика. Только тест-система машины (без программного обеспечения) необходима для
определения эффективности. Автоматическое приобретение различных характеристик и
последующая оценка данных измерения легко выполняется с помощью соответствующего
программного обеспечения тест-системы машины, CBM 10, которая выполняет компьютерный
анализ электрических машин. Детали работы тест-системы машины и ее программного обеспечения
– в инструкции по эксплуатации.
Оборудование
Количество
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
3
Описание
Многофункциональная машина
Тест-система машины
CBM 10 “компьютерный анализ электрических машин», V.5
Трехфазный блок питания с FCCB
модуль выключателя питания
Выключатель полной защиты двигателя,1 ... 1.6 A
Мотор постоянного тока, 300 Вт
муфта
Кожух муфты
Кожух конца вала
набор 10 безопасных разъемов, черных
набор 10 безопасных разъемов, черных, зел./желтый
набор из 32 экспериментальных тросов безопасности
набор из 10 экспериментальных тросов безопасности,
зел./желтый
Измеритель коэффициента мощности
RMS измерителя
в качестве альтернативы измерителя RMS:
1
вольтметр 0 ... 400 V
1
вольтметр 0 ... 150 V
1
Амперметр 0 ... 1 A
1
Амперметр 0 ... 5 A
72
732 28
731 989
728 421
726 75
745 561
732 14
725 852 D
731 06
731 08
731 07
500 59
500 591
500 851
500 852
727 12
727 10

75.

Примечания преподавателя
Рис 5.2.1: Расположение блоков для определения эффективности и записи характеристик работы
двигателя
Настройте схему, как показано на рис.5.2.2.
Рис 5.2.2: Схема для определения эффективности синхронного двигателя в цепи звезды
73

76.

Примечания преподавателя
Введите данные заводской таблички для проверяемой машины в таблицу 5.2.1.
Таблица 5.2.1: Номинальные данные тестируемой машины. Остальные данные заводской таблички
связаны с работой асинхронной машины с ротором с контактными кольцами.
Номинальное напряжение VN при подключении к звезде
400 В
Номинальное напряжение VN при подключении к дельте:
230 В
Номинальный ток IN при подключении к звезде
0.83 A
Номинальный ток IN при подключении к дельте:
1.44 A
Номинальный коэффициент мощности, cosφ
1.00
Номинальная мощность PN:
270 Вт
Максимальное напряжение возбуждения VEN:
20 В
Максимальный ток возбуждения IEN:
4.0 A
Номинальная скорость nN:
1500 об/мин
Сначала рассчитайте номинальный крутящий момент, который машина может производить.
Определите настоящей номинальный крутящий момент вывода машины из данных ее заводской
таблички:
Результат
PN = 270Вт
, когда nN = nS = 1500 об/мин
→
TN = 1.72 Нм
Сначала примените ток возбуждения постоянного тока около 50% от номинального значения тока
возбуждения (посмотрите на табличке технических данных) и затем включите подачу питания.
После того, как будет достигнута синхронизация с маятниковой машиной, установите выше
вычисляемое значение крутящего момента нагрузки в системе тестирования машины (оперативный
режим «регулирование крутящего момента»). Впоследствии регулируйте ток возбуждения, пока
коэффициент мощности не будет соответствовать значению, указанному на табличке обозначений.
Измерьте межфазное напряжение V, ток I в одной линии электроснабжения статора, коэффициент
мощности cos φ, напряжение возбуждения VE и ток возбуждения IE, пока они в этом рабочем
состоянии. Эти измеренные значения представляют номинальные значения для объекта
тестирования. Фактические значения отличаются от тех, которые напечатаны на заводской табличке
обозначений посредством их подстрочного обозначения «действительный».
Результат
V = 400 В
, Iдейст = 0.44 A
, cos φдейст = 1.0
, VE,дейст = 18.8 В , IE,дейст 3.1 A
Потребляемая активная мощность машины равна сумме трехфазной мощности и мощности
возбуждения постоянного тока.
P1, дейст = √3 ∙ V ∙ Iдейст ∙ cos φдейст + VE, дейст ∙ IE, дейст
Результат
P1,дейст = 304.84 Вт + 58.28 Вт = 363.12 Вт
74

77.

Примечания преподавателя
Эффективность — это отношение выходной мощности к входной мощности:
Определите эффективность ηтеор которую теоретически можно ожидать на основе фактической
эффективности η от измеренных значений и данных заводской таблички
Результат
P1,теор = 575 Вт + 80 Вт = 655 Вт
,
Согласно IEC стандарта 60034-1 допустимое отклонение для эффективности электрических машин с
мощностью до 50 кВт является следующим:
Верхнее: нет предела, Нижнее: ∆η = -0.15 • (1 - ηтеор)
Если измеренная эффективность меньше, чем теоретически ожидаемое значение, отклонение
должно быть определено.
Результат
нет необходимости, поскольку ηдейст>ηтеор
Используя ту же конфигурацию эксперимента, характеристики нагрузки могут быть записаны.
Временные характеристики нагрузки относятся к характеристике кривой некоторых переменных, как,
например, тока и коэффициента мощности как функции крутящего момента нагрузки.
Во всех следующих измерениях мы опускаем индекс «факт» (сокращенно фактический). Значения
измерения, необходимые для графика масштаба или стандартизированного графика, больше не
относятся к данным в заводской табличке, но к значениям, списанным с тестируемой машины.
Серии измерений принимаются в которых значения I (ток статора), cos φ (коэффициент мощности),
P1 (мощность), P2 (мощность) и η (эффективность) записываются как функция крутящего момента
нагрузки; тогда как ток возбуждения устанавливается таким образом, что коэффициент мощности
экспонирует ее номинальное значение согласно заводской таблички, как «номинальная рабочая
точка» на машины. Это значение для тока возбуждения должно поддерживаться в течение всего
эксперимента.
Измерения с постоянным током возбуждения должны выполняться в первую очередь.
Снова запустите машину в работу с ротором с самого начала возбуждаемым значением тока,
которое было определено выше для номинальной работы под «Определением эффективности».
Синхронизируйте двигатель с маятниковой машиной и меняйте крутящий момент нагрузки, начиная
с нуля, согласно таблице 5.2.2. Измерьте соответствующие значения для тока I статора и
коэффициент мощности cos φ, затем введите эти значения в таблицу.
75

78.

Примечания преподавателя
Переведите следующие данные из раздела определения эффективности:
TN = 1.91 Нм , PN = 300 Вт , IN = 0.53 A
Кроме того, VEN = 75.3 В
Таблица 5.2.2:
3.1 A
измерение
вычисление
измерение
вычисление
T/ TN
T/ Нм
n/ об/мин
I/ A
cos φ
n/ nS
I/ IN
P1/ Вт
P1/PN
P2/ Вт
P2/ PN
η
T/ TN
T/ Нм
n/ об/мин
I/ A
cos φ
n/ nS
I/ IN
P1/ Вт
P1/PN
P2/ Вт
P2/ PN
η
при
VN =400В
nS = 1500мин-1
, IEN = 0.36 A
Измерения для характеристики нагрузки с током постоянного возбуждения IEN =
0.0
0.00
1500
0.00
0.95
емкостная
1
0.00
58.3
0.22
0.0
0.00
0
0.7
1.20
1500
0.30
0.99
емкостная
1
0.68
264.1
0.98
189.1
0.70
0.716
0.1
0.17
1500
0.04
0.96
емкостная
1
0.09
84.9
0.31
27.0
0.10
0.318
0.8
1.38
1500
0.35
0.99
емкостная
1
0.80
298.4
1.10
216.1
0.80
0.724
0.2
0.34
1500
0.09
0.96
емкостная
1
0.20
118.1
0.44
54.0
0.20
0.457
0.9
1.55
1500
0.40
0.99
емкостная
1
0.91
332.6
1.23
243.1
0.90
0.731
76
0.3
0.52
1500
0.13
0.97
емкостная
1
0.30
145.7
0.54
81.1
0.30
0.556
1.0
1.72
1500
0.44
1.0
1
1.00
363.1
1.34
270.2
1.00
0.744
0.4
0.69
1500
0.17
0.98
емкостная
1
0.39
173.7
0.64
108.1
0.40
0.622
1.1
1.89
1500
0.48
0.99
индуктивная
1
1.09
387.5
1.44
297.2
1.10
0.767
0.5
0.86
1500
0.22
0.98
емкостная
1
0.50
207.7
0.77
135.1
0.50
0.650
1.2
2.06
1500
0.52
0.98
индуктивная
1
1.21
411.4
1.52
324.2
1.20
0.788
0.6
1.03
1500
0.26
0.99
емкостная
1
0.59
236.6
0.88
162.1
0.60
0.685
1.3
2.24
1500
0.57
0.97
индуктивная
1
1.30
441.4
1.63
351.2
1.30
0.796

79.

Примечания преподавателя
Составьте график нормализованных результатов измерений с крутящим моментом нагрузки T/ TN
как ось Х, и значения n/ nS, I/ IN, P1/ PN, P2/ PN, cos φ и η на диаграмме в Y-направлении.
Рис 5.2.3:
Характеристика нагрузки многофункциональной машины как синхронной машины с
постоянным током возбуждения IEN= 3.1 A
•n / n
•P / P
S
1
N
•I / I
•P / P
N
2
N
•cos φ
•η
Какую типичную величину принимает измеренные значения?
Величина измеренных значений схожа со значением гладкой машины, но ток статора здесь
начинается с нуля и эффективность достигает почти 80 %.
77

80.

Примечания преподавателя
Повторите вышеуказанную серию измерения, но на этот раз поправьте коэффициент мощности
относительно ее номинального значения в каждой точке измерения путем корректировки тока
возбуждения.
Таблица 5.2.3: Измерения для характеристики нагрузки с постоянным коэффициентом мощности cos
φ, 1.00
T/ TN
T/ Нм
n/
об/мин
I/ A
измерение
VE/ V
I E/ A
n/ nS
I/ IN
IE/ IEN
P1/ Вт
вычисление
P1/PN
P2/ Вт
P2/ PN
η
T/ TN
T/ Нм
n/об/мин
I/ A
измерение
cos φ
n/ nS
I/ IN
IE/ IEN
P1/ Вт
вычисление
P1/PN
P2/ Вт
P2/ PN
η
0.0
0.00
0.1
0.17
0.2
0.34
0.3
0.52
0.4
0.69
0.5
0.86
0.6
1.03
1500
1500
1500
1500
1500
1500
1500
0.0
20.0
3.20
1.0
0.00
1.03
64.1
0.24
0.0
0.00
0
0.7
1.20
1500
0.32
17.6
2.70
1.0
0.73
0.87
269.2
1.00
189.1
0.70
0.702
0.05
20.0
3.10
1.0
0.11
1.00
96.6
0.36
27.0
0.10
0.280
0.8
1.38
1500
0.36
17.9
2.81
1.0
0.82
0.91
299.7
1.11
216.1
0.80
0.721
0.10
19.2
3.00
1.0
0.23
0.97
126.9
0.47
54.0
0.20
0.426
0.9
1.55
1500
0.40
18.1
2.90
1.0
0.91
0.94
329.6
1.22
243.1
0.90
0.738
0.15
18.2
2.85
1.0
0.34
0.92
155.8
0.58
81.1
0.30
0.520
1.0
1.72
1500
0.44
18.8
3.10
1.0
1.00
1.00
363.1
1.34
270.2
1.00
0.744
0.19
17.9
2.79
1.0
0.43
0.90
181.6
0.67
108.1
0.40
0.595
1.1
1.89
1500
0.48
19.5
3.20
1.0
1.09
1.03
395.0
1.46
297.2
1.10
0.752
0.23
17.8
2.74
1.0
0.52
0.88
208.1
0.77
135.1
0.50
0.649
1.2
2.06
1500
0.52
20.2
3.30
1.0
1.18
1.06
426.9
1.58
324.2
1.20
0.759
0.28
17.3
2.68
1.0
0.64
0.86
240.4
0.89
162.1
0.60
0.674
1.3
2.24
1500
0.56
21.0
3.40
1.0
1.27
1.10
459.4
1.70
351.2
1.30
0.765
78

81.

Примечания преподавателя
Здесь тоже составьте график нормализованных результатов измерений с крутящим моментом
нагрузки T/ MN опять как X-ось и значения n/ nS, I/ IN, P1/ PN, P2/ PN и η на диаграмме в Y-направлении.
Рис 5.2.4: Характеристики нагрузки многофункциональные машины как синхронной машины с
коэффициентом постоянной мощности cos φN = 1.00
•n / n
•P / P
S
N
•I / I
•P / P
N
2
N
•I / I
•η
EN
Какую типичную величину принимает измеренные значения?
Здесь тоже величина измеренных значений схожа с величиной гладкой машины. Ток возбуждения
изначально превышает его номинальное значение, но становится меньше и затем наконец снова
превышает его номинальное значение.
79

82.

Примечания преподавателя
5.3.
V-кривые и фазосдвигающие операции
Если ток возбуждения для синхронной машины устанавливается таким образом, что он принимает
значение коэффициента мощности 1 в определенный крутящий момент нагрузки, ток статора будет
на минимуме. В этом состоянии машина практически берет только активную мощность из сети
питания. Если возбуждение снижается, потребляемый ток будет увеличиваться, так как синхронная
машина теперь привлекает индуктивную реактивную мощность из сети. И наоборот если
возбуждение увеличивается, увеличение входного тока также произойдет; но машина теперь будет
брать емкостную реактивную мощность из сети. Величина тока статора, показанная, как функция
тока возбуждения для данного крутящего момента постоянной нагрузки, имеет форму «V». Поэтому
она именуется как «V-кривая».
Вышеуказанная схема может использоваться без изменений для записи так называемой «Vкривой». Это потребует снова только тестовую систему машины (без программного обеспечения).
Позвольте машине разгоняться с током возбуждения около 0,5 A и синхронизируйте с маятниковой
машиной. Изначально установите значение крутящего момента нагрузки на ноль на блоке
управления. Измените ток IE возбуждения, начиная с максимального значения, согласно значений,
показанных в таблице 5.3.1 и измерьте соответствующие значения для тока статора I. Отметьте, при
каком значении тока ввод реактивной мощности машины изменяется с «емкостного» на
«индуктивный». Когда значения тока возбуждения выше номинального значения, эти измерения
должны производиться оперативно! Остановите запись измерения, как только машина выпадет из
синхронизма.
Используйте значения, полученные при определении эффективности в качестве номинальных
значений для тока статора, тока возбуждения и крутящего момента нагрузки:
IN = 0.44 A
, IEN = 3.1 A
, TN = 1.72 Нм
Таблица 5.3.1: Измерения для записи V-кривых для T/ TN= 0
IE/ IEN
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
I E/ A
4.65
4.34
4.03
3.72
3.41
3.10
2.79
2.48
I/ A
0.24
0.18
0.12
0.08
0.05
0.05
0.07
0.10
I/ IN
0.55
0.41
0.27
0.18
0.11
0.11
0.16
0.23
IE/ IEN
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
I E/ A
2.17
1.86
1.55
1.24
0.93
0.62
0.31
0.0
I/ A
0.14
0.18
0.23
0.29
0.35
0.41
0.47
0.53
I/ IN
0.32
0.41
0.52
0.66
0.80
0.93
1.07
1.20
Результат
Переход от емкостной к индуктивной реактивной мощности при IE/ IEN = 1.05
80

83.

Примечания преподавателя
Синхронизируйте тестовый объект снова с маятниковой машиной и теперь установите крутящий
момент нагрузки на блоке управления на T = 0,25 • TN. Повторите вышеуказанные измерения.
Таблица 5.3.2: Измерения для записи V-кривых для T/ TN = 0.25
IE/ IEN
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
I E/ A
4.65
4.34
4.03
3.72
3.41
3.10
2.79
2.48
I/ A
0.28
0.24
0.20
0.17
0.15
0.14
0.14
0.15
I/ IN
0.64
0.55
0.45
0.39
0.34
0.32
0.32
0.34
IE/ IEN
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
I E/ A
2.17
1.86
1.55
1.24
0.93
0.62
0.31
0.0
I/ A
0.17
0.21
0.26
0.32
0.39
0.48
-
-
I/ IN
0.39
0.48
0.59
0.73
0.89
1.09
-
-
Результат
Переход от емкостной к индуктивной реактивной мощности при IE/ IEN = 0.90
Синхронизируйте тестовый объект снова с маятниковой машиной и теперь установите крутящий
момент нагрузки на блоке управления на T = 0,50 • TN. Повторите вышеуказанные измерения.
Tаблица 5.3.3: Измерения для записи V-кривых для T/ TN = 0.50
IE/ IEN
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
I E/ A
4.65
4.34
4.03
3.72
3.41
3.10
2.79
2.48
I/ A
0.34
0.30
0.27
0.24
0.22
0.21
0.21
0.22
I/ IN
0.77
0.68
0.61
0.55
0.50
0.48
0.48
0.50
IE/ IEN
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
I E/ A
2.17
1.86
1.55
1.24
0.93
0.62
0.31
0.0
I/ A
0.25
0.29
0.35
0.43
-
-
-
-
I/ IN
0.57
0.66
0.80
0.98
-
-
-
-
Результат
Переход от емкостной к индуктивной реактивной мощности при IE/ IEN = 0.90.
81

84.

Примечания преподавателя
Синхронизируйте тестовый объект снова с маятниковой машиной и теперь установите крутящий
момент нагрузки на блоке управления на T = 0,75 • TN. Повторите вышеуказанные измерения.
Tаблица. 5.3.4: Измерения для записи V-кривых для T/ TN = 0.75
IE/ IEN
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
I E/ A
4.65
4.34
4.03
3.72
3.41
3.10
2.79
2.48
I/ A
0.36
0.33
0.30
0.27
0.25
0.24
0.24
0.25
I/ IN
0.82
0.75
0.68
0.61
0.57
0.55
0.55
0.57
IE/ IEN
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
I E/ A
2.17
1.86
1.55
1.24
0.93
0.62
0.31
0.0
I/ A
0.28
0.32
0.38
0.47
-
-
-
-
I/ IN
0.64
0.73
0.86
1.07
-
-
-
-
Результат
Переход от емкостной к индуктивной реактивной мощности при IE/ IEN = 0.88.
Синхронизируйте тестовый объект снова с маятниковой машиной и теперь установите крутящий
момент нагрузки на блоке управления, равным номинальному значению крутящего момента.
Повторите вышеуказанные измерения
Tаблица 4.3.5: Измерения для записи V-кривых для T/ TN= 1.00
IE/ IEN
I E/ A
1.5
4.65
1.4
4.34
1.3
4.03
1.2
3.72
1.1
3.41
1.0
3.10
0.9
2.79
0.8
2.48
I/ A
0.49
0.46
0.44
0.42
0.41
0.41
0.43
0.46
I/ IN
1.11
1.05
1.00
0.95
0.93
0.93
0.98
1.05
IE/ IEN
0.7
0.6
0.5
0.4
I E/ A
2.17
1.86
1.55
1.24
I/ A
0.51
-
-
-
I/ IN
1.16
-
-
-
Результат
Переход от емкостной к индуктивной реактивной мощности при IE/ IEN = 1.04.
82

85.

Примечания преподавателя
Укажите нормализованные измеренные значения в составном графике, где ток возбуждения IE / IEN
является осью X и соответствующие значения тока статора I/ IN расположены в направлении оси Y.
Рис 5.3.1: V-кривые для многофункциональной машины как синхронной машины в различных
моментах нагрузки
•T/T =0.00
•T/T = 0.50
•T/T =1.00
N
N
•T/T =0.25
•T/T =0.75
N
N
N
83

86.

5.4.
Компьютерная запись характеристик проверки работы
Примечания преподавателя
Характеристики проверки работы (пуска механизма) будут измеряться в ходе асинхронной
операции. Измерения будут начинаться с максимального крутящего момента, т.е. минимальной
скорости, затем нагрузка будет снижаться до тех пор, пока будет достигнута скорость холостого
хода. Вышеуказанная схема может использоваться, без изменений, для процедуры автоматической
записи.
На компьютере выберите режим «характеристики проверки работы» из меню «Конфигурация» и
затем установите параметры на начальную скорость 1500 об/мин и нулевую остановку скорости.
Как и в предыдущих экспериментах позвольте машине запуститься от линии электроснабжения, с
замкнутой обмоткой возбуждения и синхронизируйте с маятниковой машиной. На компьютере
выберите режим «Автоматическое измерение» и начните процесс измерения.
Интерес представляют значения T (крутящий момент), I (Ток статора), P1 (мощность), P2 (мощность),
η (эффективность) также, как cos φ (коэффициент мощности), все как функция скорости n.
Представьте результаты в нормализованной форме, при помощи чего измеренные значения
должны соотноситься с их номинальным значением.
Рис. 5.4.1: Характеристики синхронизации многофункциональной машины как синхронной машины,
записанные CBM 10 программой для компьютерного анализа электрических машин
Опишите принципиальную величину кривой крутящего момента.
Результат
Кривая крутящего момента демонстрирует типичные характеристики асинхронной машины.
Опрокидывающий крутящий момент происходит со скоростью, которая составляет около 60%
скорости холостого хода.
84

87.

Примечания преподавателя
5.5.
Параметры как у генератора в автономном режиме работы
Если синхронная машина запущена и активирована, она будет функционировать как генератор.
Если машина не подключена к сети, то это так называемая «автономная работа». В отличие от
асинхронных машин она может поставлять нагрузки также с реактивной мощностью в этом режиме.
Нижеуказанный эксперимент сначала определит параметры синхронного генератора на холостом
ходу и при коротком замыкании.
Оборудование
Количество
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
Описание
Многофункциональная машина
Тест-система машины
Мотор постоянного тока, 300 Вт
муфта
Кожух муфты
Кожух конца вала
резистивная нагрузка
емкостная нагрузка
индуктивная нагрузка
набор 10 безопасных разъемов, черных
набор 10 безопасных разъемов, зел/желтый
набор из 32 экспериментальных тросов безопасности
набор из 10 экспериментальных тросов безопасности,
зел/желтый
RMS измерителя
в качестве альтернативы RMS измерителя:
1
вольтметр 0 ... 600 V
2
Амперметр 0 ... 5 A
Рис. 5.5.1 Расположение блоков для автономной работы явнополюсной машины
85
732 28
731 989
725 852 D
731 06
731 08
731 07
732 40
732 41
732 42
500 59
500 591
500 851
500 852
727 10

88.

Примечания преподавателя
Настройте схему, как показано на рис. 5.5.2:
Рис. 5.5.2:
Схема для измерения напряжения холостого хода и короткого замыкания тока в
многофункциональной машине как синхронном генераторе
Генератор будет запускаться маятниковой машиной; CBM 10 программа для компьютерного анализа
электрических машин не требуется. Машина не должна быть подключена к сети. Сначала измеряют
напряжение нагрузки и заносят результаты в таблицу 5.5.1. Используйте номинальное значение IEN
для тока возбуждения, которое было установлено в ходе оценки эффективности. То же самое
относится к номинальному току статора IN:
IEN =
3.1 A , IN = 0.44 A
На блоке управления выберите режим работы «Характеристика нагрузки» и запустите генератор с
постоянной скоростью n = 1500 об/мин, после того, как вы синхронизируете его с маятниковой
машиной. Один за другим, задайте вычисляемые значения для тока возбуждения и измерьте
соответствующее напряжениеV0на холостом ходу. Затем, чтобы обозначить измеренное
напряжения на шкале, используйте в качестве эталона номинальное напряжение машины как
ссылку
VN = 400 V
86

89.

Примечания преподавателя
Таблица 5.5.1: Измерения напряжения холостого хода многофункциональной машины
IE/ IEN
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
IE/ A
0.0
0.31
0.62
0.93
1.24
1.55
1.86
2.17
2.48
2.79
3.10
3.41
3.72
V0/ V
5
88
155
230
280
320
350
365
377
389
400
410
420
V0/ VN
0.01
0.22
0.43
0.58
0.70
0.80
0.88
0.91
0.94
0.97
1.00
1.03
1.05
Выключите маятниковую машину и измените цепь, чтобы ток статора теперь мог быть измерен
вместо напряжения статора (снова между терминалами U1 и V1). Третья обмотка статора, которая
не требуется для измерения, должна быть замкнута для обеспечения симметричной работы.
Повторите вышеуказанные измерения, на этот раз, это ток короткого замыкания ISС, который должен
быть записан
Таблица 5.5.2: Измерения тока короткого замыкания многофункциональной машины
IE/ IEN
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
IE/ A
0.0
0.31
0.62
0.93
1.24
1.55
1.86
2.17
2.48
2.79
3.10
3.41
3.72
V0/ V
0.0
0.08
0.16
0.23
0.30
0.37
0.45
0.52
0.59
0.66
0.73
0.80
0.87
V0/ VN
0.00
0.18
0.36
0.52
0.68
0.84
1.02
1.18
1.34
1.50
1.66
1.82
1.98
Представьте результаты измерений V0 = f (IE) и ISC = f (IE), на составном графике в нормализованной
форме.
Рис 5.5.3: Напряжение без нагрузки и, ток короткого замыкания многофункциональной машины как
функция тока возбуждения
• V /V
0
N
•I /l = 0.25
SC N
Какую типичную величину принимают измеренные значения?
Описание, сделанное для гладких машин, также применяется здесь.
87

90.

Примечания преподавателя
Теперь параметры синхронного генератора должны исследоваться в режиме автономной работы
при подключении к резистивной, индуктивной или емкостной нагрузке.
Измените цепи, как показано на рис. 5.5.4 для записи характеристик загрузки V = f (I) с постоянной
скоростью и постоянным током возбуждения:
Рис. 5.5.4. Цепь для записи характеристик нагрузки многофункциональной машины в автономном
режиме работы
Резистивная нагрузка будет использоваться первой. Она будет связана с цепью Звезды (как и
другие нагрузки). Установите значение нагрузки 100% до начала измерения. Выберите режим
работы «Характеристика нагрузки» на блоке управления и запустите генератор с постоянной
скоростью n = 1500 об/мин, после его синхронизации с маятниковой машиной. Возбуждайте машину
номинальным током IEN (см. эксперимент на холостом ходу и при коротком замыкании). Начиная с
100%, уменьшите резистивную нагрузку согласно значениям в таблице 5.5.3 и измерьте
соответствующие значения для напряжения и тока статора. Представьте эти значения в
нормализованной форме, соотнося их с номинальным напряжением и номинальным током, машины
соответственно (номинальный ток был измерен в эксперименте на эффективность):
IEN = 3.1 A
, VN = 400 В , IN = 0.44 A
88

91.

Примечания преподавателя
Таблица 5.5.3: Измерения для характеристики нагрузки с резистивной нагрузкой
R/ %
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
I/ A
0.11
0.12
0.13
0.15
0.19
0.24
0.36
0.47
0.52
0.65
V/ V
390
388
385
383
376
368
350
322
273
215
I/ IN
0.25
0.27
0.30
0.34
0.43
0.55
0.82
1.07
1.18
1.48
V/ VN
0.98
0.97
0.96
0.96
0.94
0.92
0.88
0.81
0.68
0.54
Дезактивируйте синхронную машину и выключите маятниковую машину. Замените резистивную
нагрузку индуктивной нагрузкой (цепь звезды) и повторите вышеуказанные измерения для заданных
значений индуктивности. Обратите внимание, что вы должны деактивировать синхронную машину
перед каждым изменением нагрузки! Измерения с небольшими значениями индуктивности, должны
быть сделаны оперативно, чтобы избежать перегрузки.
Таблица 5.5.4: Измерения для характеристики нагрузки с индуктивной нагрузкой
L/H
6.0
4.8
2.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
I/A
0.10
0.13
0.22
0.37
0.43
0.46
0.50
0.56
0.63
V/ V
380
358
327
294
260
220
182
135
85
I/ IN
0.23
0.30
0.50
0.84
0.98
1.05
1.14
1.27
1.43
V / VN
0.95
0.90
0.82
0.74
0.65
0.55
0.46
0.34
0.21
Дезактивируйте синхронную машину и выключите маятниковую машину. Замените индуктивную
нагрузку емкостной нагрузкой (цепь звезды) и повторите вышеуказанные измерения для указанных
значений емкости. Обратите внимание, что вы должны деактивировать синхронную машину перед
каждым изменением нагрузки! Поскольку этот тип нагрузки вызывает сильное увеличение
напряжения статора, эксперимент может осуществляться только с указанными значениями емкости;
Кроме того, эти измерения должны производиться оперативно!
Таблица 5.5.5: Измерения для характеристики нагрузки с емкостной нагрузкой
C/ μF
1
2
I/ A
0.08
0.20
V/ V
420
440
I/ IN
0.18
0.45
V/ VN
1.05
1.10
89

92.

Примечания преподавателя
Представьте результаты измерений V = f (I) в нормализованной форме для всех трех типов нагрузки
в совместном графике.
Рис 4.5.5: Характеристики нагрузки многофункциональной машины как синхронной машины в
автономном режиме работы с
резистивной ( ), индукционной ( ) и емкостной ( ) нагрузкой
Какую типичную величину принимают измеренные значения?
Описание, сделанное для гладких машина также применяется здесь.
90

93.

5.6.
Примечания преподавателя
Схемы синхронизации
В дополнение к асинхронной подготовке (см. раздел 5.1) также можно подключить синхронную
машину, которая уже активирована и подключена с номинальной скоростью к трехфазной сети. Для
достижения этого, величина и фаза напряжения генератора, последовательность частоты и фазы
(т.е. Направление вращающегося поля) должны соответствуют значениям сети, к которой машина
подключена. Мониторинг названных значений осуществляется с помощью специальных схем
синхронизации, которые описаны ниже.
Самый простой способ добиться соответствия напряжения генератора и напряжение сети
осуществляется с помощью ламп синхронизации, помещенных между сетью и генератором. Так как
вполне возможно, что во время процесса синхронизации неблагоприятная фазовая связь может
существовать между сетью и генератором, которая может разместить в два раза большее фазное
напряжение через лампы, две лампы всегда подключены в серии, чтобы сформировать пару. Для
так называемых «цепей в темную» лампы помещаются между теми же фазами сети и генератора.
Машина может быть подключена к сети в момент, когда все огни выключены, одновременно. Для так
называемых «цепей с яркими лампами» лампы соединены между несоответствующими фазами.
Если эта цепь правильно настроена, освещение будет вращаться по часовой стрелке среди трех
ламп, когда скорость генератора слишком высока. Если освещение вращается против часовой
стрелки, то генератор является слишком медленным. Параллельное соединение может быть
сделано только тогда, когда вращения освещения прекращается и когда нет ламп в цепи темного
света.
Создание параллельного соединения очень часто делается с помощью синхроноскопа. Этот прибор
состоит из квотиенметра, что делает разность фаз между двух напряжений видимой с помощью
движущегося указателя. Направление движения указателя указывает, слишком быстро или слишком
медленно работает подключаемый генератор. Если указатель остается в вертикальном положении,
то соединение может быть выполнено.
Вольтметры и двойной частотомер используются как дополнительные средства синхронизации.
Двойной вольтметр имеет два независимых измерительных механизма, чтобы показать напряжения
обеих систем, которые должны быть подключены в одно время. Двойной частотомер используется
для контроля частоты или скорости. Это позволяет сравнивать частоты машины и электролинии.
Эти два последних названных инструмента служат только для того, чтобы заставить генератор
работать правильно для подключения к сети. Однако одно из вышеупомянутых средств
синхронизации должно также использоваться для того, чтобы определить правильные точки во
времени для параллельного соединения. Подключение без толчка требует немного практики,
независимо от того, какой используется метод. Вот почему автоматизированной аппарат
синхронизации часто используется для выполнения этой задачи в практических приложениях,
особенно для больших машин. Устройство синхронизации (745 01) является именно таким
средством синхронизации. Оно регулирует двигатель относительно правильной скорости автономно,
берет на себя процесс активации синхронной машины и автоматически подключает к сети при
совпадении фаз.
91

94.

Примечания преподавателя
Оборудование
Количество Описание
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Многофункциональная машина
Муфта
кожух муфты
кожух конца вала
тест-система машины
блок трехфазного питания с FCCB
модуль выключателя питания
Выключатель защиты двигателя 1…1.6 A
Мотор постоянного тока, 300 Вт
индикатор синхронизации
нулевой вольтметр
двойной вольтметр
двойной частотомер
синхроноскоп
набор 10 безопасных разъемов черных
набор 10 безопасных разъемов зел/желтый
набор из 32 экспериментальных тросов безопасности
набор из 10 экспериментальных тросов безопасности, зел/желтый
Рис. 5.6.1. Расположение блоков для различных схем синхронизации
92
732 28
731 06
731 08
731 07
731 981
726 75
745 561
732 14
725 852D
731 62
727 24
727 25
727 27
727 28
500 59
500 591
500 851
500 852

95.

Примечания преподавателя
Цепь Синхронизации, в которой работают лампы (как индикатор синхронизации) должна
исследоваться первой. Синхронная машина соединяется с цепью звезды и звездными точками сети,
и машина будет соединяться вместе. CBM 10 программа для компьютерного анализа электрических
машин не требуется. Настройка цепи, как показано на рис. 5.6.2:
Рис. 5.6.2.
Цепь Синхронизации явнополюсной машины с ротором с использованием метода
темной индикаторной лампы
Выберите режим работы «Характеристика нагрузки» на блоке управления и запустите генератор с
постоянной скоростью n = 1500 об/мин, после его синхронизации с маятниковой машиной.
Активируйте машину таким образом, чтобы напряжение на ее клеммах являлось таким же, как в
сети (двойной вольтметр позволяет сравнивать эти два напряжения). Смотрите Индикатор
синхронизации.
Результат
Лампы освещают и выходят из синхронизации между сетью и машиной (частота биения).
93

96.

Примечания преподавателя
Измените слегка скорость маятниковой машины (при необходимости) для достижения условий для
подключения. Подключите машину к сети в тот момент, когда все индикаторные лампы
синхронизации одновременно выключены.
Отключите машину от сети, деактивируйте машину и выключить маятниковую машину. Измените
ламповую схему, так чтобы разнородные фазы сети/машины соединились через две из трех пары
ламповых индикаторов, например, L2 с V1 и L3 с W1. Повторите вышеуказанный эксперимент и
наблюдайте за индикатором синхронизации.
Результат
Если схема является правильной, освещение ламп будет вращаться по часовой стрелке до тех пор,
пока скорость генератора слишком высока. Параллельное соединение могут быть сделано, когда
освещение прекращается и пары ламповых индикаторов. связанных в конфигурации синхронизации
на темную, израсходованы, в то время как остальные светильники ярко светят.
Измените схему, чтобы соответствовать рис. 5.6.3, чтобы исследовать другие средства
синхронизации
Рис. 5.6.3:
Цепь синхронизации явнополюсной машины с ротором
синхроноскопа, нулевого вольтметра и двойного частотомера
94
для
использования

97.

Примечания преподавателя
Задействуйте машину как в прошлом эксперименте и активируйте ее таким образом, чтобы
напряжения электросети и генератора были примерно одинаковые. Наблюдайте нулевой вольтметр,
двойной частотомер и синхроноскоп.
Результат
До тех пор, пока не выполнены условия синхронизации, нулевой вольтметр показывает отклонения
и двойной частотомер указывает неравные частоты. Синхроноскоп указывает должна увеличиваться
или уменьшаться скорость генератора
Подключите машину к сети в тот момент, когда достигается равенство частоты, нулевой вольтметр
показывает минимальные отклонения и указатель на синхроноскопе стоит вертикально.
Повторите процесс синхронизации тщательно, когда нулевой вольтметр не на минимальном
отклонении.
Результат
Если напряжение и частота не совпадают, генератор будет вовлечен в синхронизацию с рывком при
соединении. В случае больших машин это приведет к недопустимо высоким набросам нагрузки в
сети.
95

98.

5.7.
Параметры на шине бесконечной мощности
Примечания преподавателя
Наконец, параметры гладкой синхронной машины на шине бесконечные мощности (системы
постоянной частоты постоянного напряжения) необходимо исследовать. Если машина управляется
механически, она будет работать как генератор и доставлять активную мощность в сеть. Если она
загружается механически, она вступит в работу двигателя. Если машина активируется током,
который превышает номинальный ток возбуждения, она будет поставлять реактивную мощность в
сеть. Если она на активируется менее, чем номинальным током возбуждения, она привлечет
реактивную мощность из сети. Поскольку крутящий момент на валу привода и возбуждение могут
управляться независимо друг от друга, можно свободно комбинировать доставку или привлечение
активной и реактивной мощности в так называемые «четыре квадранта операции». В случае
эксплуатации генератора при номинальной мощности, эффективность будет определяться и
сравниваться с эффективностью работы двигателя
Оборудование
Количество Описание
1
Многофункциональная машина
732 28
1
Муфта
731 06
1
Кожух муфты
731 08
1
Кожух конца вала
731 07
1
Тест-система машины
731 989
1
Блок трехфазного питания с FCCB
726 75
1
модуль выключателя питания
745 561
1
Выключатель полной защиты двигателя, 1 ... 1.6 A
732 14
1
двойной вольтметр
727 25
1
двойной частотомер
727 27
1
синхроноскоп
727 28
1
Мотор постоянного тока, 300 Вт
725 852D
1
набор 10 безопасных разъемов, черных
500 59
1
набор 10 безопасных разъемов, зел/желтый
500 591
1
набор из 32 экспериментальных тросов безопасности
500 851
1
набор из 10 экспериментальных тросов безопасности, 1зел/желтый 500 852
1
Измеритель мощности
727 11
1
Измеритель коэффициента мощности
727 12
1
RMS измеритель
727 10
как альтернатива RMS измерителя:
1
вольметр 0 ... 600 V
1
амперметр 0 ... 5 A
96

99.

Примечания преподавателя
Рис. 5.7.1:
Расположение блоков для эксплуатации многофункциональной машины как синхронной
машины на шине бесконечной мощности
Настройте схемы, как показано на рис. 5.7.2:
Рис. 5.7.2:
Цепи для изучения оперативных параметров многофункциональной машины как
синхронной машины на шине бесконечной мощности
97

100.

Примечания преподавателя
Введите в эксплуатацию синхронную машину, как вы делали в предыдущих экспериментах
(оперативный режим «Характеристика нагрузки») и затем используйте синхроноскоп, чтобы
подключить машину к сети. После этого, слегка измените скорость маятниковой машины (при
необходимости) и ток возбуждения синхронной машины немного до тех пор, пока индикатор
ваттметра не будет указывать ноль как для активной мощности, так и реактивной мощности
возбуждения синхронной машины. Из этого состояния отсутствия нагрузки медленно увеличьте
скорость маятниковой машины и наблюдайте индикатор ваттметра, когда он установлено для
чтения «активной мощности».
Результат
Машина доставляет активную мощность в сеть, то есть работает как генератор.
Медленно уменьшайте скорость маятниковой машины до тех пор, пока она находится за пределами
состояние покоя и наблюдайте индикатор активной мощности.
Результат
Машина привлекает активную мощность из сети, т.е. действует как двигатель.
Верните синхронную машину в состояние покоя и затем постепенно увеличивайте ток возбуждения.
На этот раз наблюдайте индикатор ваттметра, когда он имеет значение для чтения «реактивной
мощности».
Результат
Машина доставляет реактивную мощность в сеть, когда она слишком активирована. Это типичный
режим работы для синхронного генератора, так как большинство нагрузок показывают резистивный
индуктивный характер.
Медленно снижайте ток возбуждения машины, наблюдая индикатор реактивной мощности.
Результат
Машина привлекает реактивную мощность из сети, когда она недостаточно активирована. Это
называется работой фазовращателя.
98

101.

Примечания преподавателя
Наконец будет определяться эффективность гладкого синхронного генератора в номинальном
режиме. Это можно сделать без изменения вышеуказанной схемы.
Отрегулируйте возбуждения машины и скорость таким образом, чтобы она доставляла свою
номинальную мощность в сеть при сохранении своего коэффициента номинальной мощности
фактор (оба эти значения могут быть взяты из заводской таблички). Измерьте соответствующие
значения для скорости маятниковой машины и крутящего момента на приводе. а также возбуждения
напряжения и тока возбуждения синхронной машины/
Результат
P2 = P2N = 270Вт
, cos φN = 1.0 , n = 1502 об/мин
, T = -2.41 Нм (отрицательный знак указывает,
что маятниковая машина работает как приводной блок), VE = 23В
, IE = 3.8 A
Входная мощность синхронной машины равна сумме механической управляющей мощности и
мощности возбуждения:
Вычислите эту входную мощность.
Результат
Эффективность — это отношение выходной мощности к входной мощности:
Результат
Сравните эти производные значения со значениями работы двигателя (см. раздел 4.2):
Результат
Эффективность работы генератора составляет около 78% эффективности работы двигателя.
99

102.

Имя:
Класс:
Дата:
Примечания преподавателя
6. Эксперименты с реактивным индукторным двигателем
Цели
После проведения экспериментов, студент будет способен:
−
Подключать реактивный индукторный двигатель в цепь звезды и обращать вспять направление
ее вращения с и без реверсирующего переключателя.
−
Выполнять измерения для определения эффективности реактивного индукторного двигателя и
сравнивать это значение со значением, полученным из заводской таблички данных.
−
записывать и интерпретировать различные характеристики реактивного индукторного двигателя
в виде функции крутящего момента нагрузки или скорости.
Важное замечание:
Если-трехфазная мощность в 230 / 133 В доступна (например путем 3-фазного напряжения 400 В /
2.5, 725442D), то следующие эксперименты также можно осуществлять с двигателем в соединении
Дельта (треугольник).
6.1.
Основные схемы
Оборудование
Количество Описание
1
реактивный индукторный двигатель 0.3
1
трехполюсный переключатель вкл./выкл.
1
трехфазный блок питания с FCCB
1
Выключатель защиты двигателя 1... 1.6 A
1
реверсирующий переключатель
1
маховик
1
Портативный цифровой тахометр
2
кожуха конца вала
1
набор 10 безопасных разъемов, черных
1
набор 10 безопасных разъемов, зеленый/желтый
1
набор из 32 экспериментальных тросов безопасности
1
набор из 10 экспериментальных тросов безопасности, зел/жел
2
RMS измерителя
как альтернатива RMS измерителя:
1
вольтметр 0 ... 400 V
1
амперметр 0 ... 2.5 A
100
732 45
731 42
726 75
732 14
731 49
732 44
313 20
731 07
500 59
500 591
500 851
500 852
727 10

103.

Примечания преподавателя
Рис 6.1.1: Расположение узлов для основных схем
Настройте схему, как показано на рис.6.1.2.
Рис 6.1.2: Подключение реактивного индукторного двигателя в цепь звезды
101

104.

Примечания преподавателя
Маховик служит в качестве груза. Введите двигатель в действие; наблюдайте направление
вращения и измеряйте его скорость портативным цифровым тахометром.
Результат
Направление по часовой стрелке, n = 1500 об/мин
Измерьте фазное напряжение на двигателе, а также ток в линии питания.
Результат
400 В, 230 В, 1.25 A
Чтобы изменить направление вращения, выключите машину и замените две линии подачи на статор
(L1 наV1, L2 на U1, L3остается на W1).
Запустите машину в эксплуатацию снова, как вы это делали в предыдущем эксперименте.
Наблюдайте направление вращения и снова измеряйте скорость портативным цифровым
тахометром.
Результат
направление против часовой стрелки, n = 1500 об/мин
Реверсирующий переключатель может использоваться для упрощения перехода двигателя от
вращения по часовой стрелке к вращению против часовой стрелки
Измените схему, как показано на рис.5.1.3.
Рис 6.1.3: Подключение реактивного индукторного двигателя через реверсирующий переключатель
102

105.

Примечания преподавателя
Введите двигатель в действие и проверьте функцию реверсирующего переключателя.
Результат
Реверсирующий переключатель работает, как задумано.
6.2.
Определение эффективности и записи характеристики
Вместо маховика тестовая система машины (состоящая из маятниковой машины и блока
управления) теперь будет использоваться для загрузки объекта тестирования. CBM10
программному обеспечению необходимо будет автоматически захватить различные характеристики
для последующей оценки данных измерений. Подробности о том, как управлять системой
тестирования машины и программным обеспечением можно найти в инструкции по эксплуатации.
Оборудование
Количество
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
3
Описание
Реактивный индукторный двигатель
Тест-система машины
CBM 10 “ компьютерный анализ электрических машин»,V.5
Трехфазный блок питания с FCCB
модуль выключателя питания
Выключатель полной защиты двигателя,1 ... 1.6 A
Мотор постоянного тока, 300 Вт
муфта
Кожух муфты
Кожух конца вала
набор 10 безопасных разъемов, черных
набор 10 безопасных разъемов, черных зел/желтый
набор из 32 экспериментальных тросов безопасности
набор из 10 экспериментальных тросов безопасности,
зел/желтый
Измеритель коэффициента мощности
RMS измерителя
в качестве альтернативы метра RMS:
1
вольтметр 0 ... 400 V
1
Амперметр 0 ... 2.5 A
103
732 45
731 989
728 421
726 75
745 561
732 14
725 852 D
731 06
731 08
731 07
500 59
500 591
500 851
500 852
727 12
727 10

106.

Примечания преподавателя
Рис. 6.2.1.
Расположение блоков для определения эффективности и записи характеристик
реактивного индукторного двигателя
Настройте схему, как показано на рис.6.2.2.
Рис 6.2.2: Схема для определения эффективности реактивного индукторного двигателя в цепи
звезды
104

107.

Примечания преподавателя
Введите данные заводской таблички данных тестируемой машины в таблицу 6.2.1.
Таблица 6.2.1: Номинальные данные тестируемой машины
Номинальное напряжение VN при подключении в звезду
400 В
Номинальное напряжение VN при подключении в дельту:
230 В
Номинальный ток IN при подключении в звезду
1.43 A
Номинальный ток IN при подключении в дельту::
2.48 A
Номинальный коэффициент мощности , cos φN
0.45
Номинальная мощность PN:
250 Вт
Максимальная скорость nN:
1500 об/мин
Сначала рассчитайте номинальный крутящий момент, который машина может производить.
Определите настоящей номинальный крутящий момент вывода машины из данных ее заводской
таблички:
Результат
P2 = 250 Вт
когда n = 1500 об/мин → T = 1.59 Нм
Запустите машину без нагрузки, а затем синхронизируйте ее с маятниковой машиной. Вручную
настройте тест-систему машины на выше вычисленное значение крутящего момента нагрузки
(режим «регулирование крутящего момента»).
С двигателем в этом оперативном состоянии, измерьте фазное напряжение, ток в одной линии
питания, коэффициент мощности cos φ и скорость.
Результат
T =1.59 A
, V = 400 В
, I = 1.43 A
, cos φ = 0.37 , n = 1500 об/мин
Таким образом рассчитанная как перекрестная проверка: P2 = 249.7 Вт
Определите входную мощность машины из: P1 =V • I • √3 • cos φ
Результат
P1 =
366.6 Вт
Эффективность — это отношение выходной мощности к входной мощности:
Определить эффективность ηтеор, которую теоретически можно ожидать на основе данных
паспортной табличке и фактическую эффективность η из измеренных значений:
Результат
ηтеор = 56.1%
, η= 68.1 %
105

108.

Примечания преподавателя
Согласно IEC стандарта 60034-1 допустимое отклонение эффективности электрических машин
мощностью до 50 кВт является следующим:
Верхняя: нет предела, Нижняя: ∆η= -0.15 • (1 - ηтеор)
Если измеренная эффективность меньше, чем теоретически ожидаемое значение, отклонение
должно быть определено.
Результат
нет необходимости, поскольку η>ηтеор
Реактивный индукторный двигатель является подтипом индукционного двигателя, поэтому его
коэффициент мощности необходимо также проверить на соблюдение пределов толерантности. Для
него IEC стандарт определяется:
Верхняя: нет предела, Нижняя
Если измеренная эффективность меньше, чем теоретически ожидаемое значение, отклонение
должно быть определено.
Результат
Коэффициент мощности поэтому должен быть по крайней мере 0,45 - 0,092 = 0,36. Двигатель
находится в пределах допустимого допуска.
106

109.

Примечания преподавателя
Характеристики нагрузки могут быть записаны с помощью той же экспериментальной схемы
Значения для n (скорость), I (Ток статора) и cos φ (коэффициент мощности), все в отношении к T
(момент нагрузки), представляют собой первоначальный интерес. Эти значения позволяют
рассчитать P1 Машины (входная мощность) и P2 (мощность) и η (эффективность).
Чтобы нормализовать значения тока статора в таблице 6.2.2, используйте измеренное значение
тока, полученное выше для номинальной мощности:
IN = 1.43 A
при V = 400 В.
Другие номинальные значения для нормализованной презентации являются:
TN = 1.59 Нм PN = 250 Вт.
Таблица 6.2.2: Измерения для производства характеристик нагрузки реактивного индукторного
двигателя
T/ TN
T/ Нм
n/об/мин
измерение
I/A
cos φ
n/nS
I / IN
P1 /Вт
вычисление P1 / PN
P2 /Вт
P2 / PN
11 /%
T/ TN
T/ Нм
n/об/мин
измерение
I/A
cos φ
n/nS
I / IN
P1 /Вт
вычисление P1 / PN
P2 /Вт
P2 / PN
il / %
0
0
1500
1.18
0.12
1
0.83
98.1
0.39
0.0
0.00
0.0
0.8
1.27
1500
1.33
0.34
1
0.93
313.3
1.25
199.8
0.80
63.8
0.1
0.16
1500
1.19
0.16
1
0.83
131.9
0.53
25.0
0.10
18.9
0.9
1.43
1500
1.37
0.36
1
0.96
341.7
1.37
224.8
0.90
65.8
0.2
0.32
1500
1.20
0.20
1
0.84
166.3
0.67
50.0
0.20
30.0
1.0
1.59
1500
1.43
0.37
1
1.00
366.6
1.47
249.7
1.00
68.1
107
0.3
0.48
1500
1.21
0.23
1
0.85
192.8
0.77
74.9
0.30
38.9
1.1
1.75
1500
1.52
0.38
1
1.06
400.2
1.60
274.7
1.10
68.6
0.4
0.64
1500
1.23
0.26
1
0.86
221.6
0.89
99.9
0.40
45.1
1.2
1.91
1500
1.58
0.40
1
1.10
437.9
1.75
299.7
1.20
68.4
0.5
0.80
1500
1.25
0.28
1
0.87
242.5
0.97
124.9
0.50
51.5
1.3
2.07
1500
1.67
0.42
1
1.17
486.0
1.94
324.7
1.30
66.8
0.6
0.95
1500
1.27
0.30
1
0.89
264.0
1.06
149.8
0.60
56.8
1.4
2.23
1500
1.76
0.44
1
1.23
536.5
2.15
349.6
1.40
65.2
0.7
1.11
1500
1.29
0.32
1
0.90
286.0
1.14
174.8
0.70
61.1
1.5
2.39
1500
1.92
0.46
1
1.34
611.9
2.45
374.6
1.50
61.2

110.

Примечания преподавателя
Графически представьте измеренные значения с крутящим моментом нагрузки T / TN как ось x, а
значения n/ nS, I/ IN, P1/ PN, P2/ PN, cos φ и η нанесенными в Y-направлении.
Рис 6.2.3: Характеристика нагрузки реактивного синхронного двигателя
•n / n
•P / P
S
N
•I / I
•P / P
N
2
N
•cos φ
•η
Какую типичную величину принимают измеренные значения?
Величина измеренных значений такая же, как у гладкой машины.
Однако, ток статора остается в непосредственной близости от его номинального значения даже для
крутящих моментов малой нагрузки и затем поднимаются почти линейно. Коэффициент мощности
небольшой через весь спектр нагрузки, в то время как значения эффективности достигают чуть
меньше 70% и затем снова падают.
108

111.

Примечания преподавателя
6.3.
Компьютерная запись характеристик проверки работы
Экспериментальная схема может оставаться неизменной для автоматической записи характеристик
пуска механизма (проверки работы). Измерения будут начинаться в максимальный крутящий
момент, т.е. на минимальной скорости, затем нагрузка будет снижаться до тех пор, пока не будет
достигнута скорость холостого хода.
В программе управления CBM 10 должны быть следующие параметры:
Режим работы: «Загрузить характеристика», скорость запуска 1500 об/мин, скорость остановки 0
Как это было в предыдущих экспериментах, позвольте машине запуститься и синхронизироваться с
маятниковой машиной. На компьютере выберите режим «Автоматическое измерение» и начните
процесс измерения.
Интерес представляют значения T (крутящий момент), I (ток), P1 (мощность), P2 (мощность), η
(эффективность) также, cos φ (коэффициент мощности), все как функция скорости n. Представьте
результаты в нормализованной форме, в которой измеренные значения должны соотноситься с их
номинальными значениями
Рис. 6.3.1:
Характеристики запуска реактивного индукционного двигателя, записанные СВМ 10
программой для компьютерного анализа электрических машин
Опишите принципиальную величину кривой изменения крутящего момента.
Также с этим типом двигателя, кривая крутящего момента демонстрирует типичные характеристики
а синхронной машины. Опрокидывающий крутящий момент происходит со скоростью между 50 и
60% от скорости холостого хода.
109

112.

Имя:
Класс:
Дата:
Примечания преподавателя
7. Практические вопросы
1) Каковы принципиальные различия между асинхронными и синхронными машинами?
Скорость зависит от нагрузки для асинхронных машин. В противоположность этому, скорость
синхронных машин постоянна, до тех пор, пока она не выводится из синхронизации перегрузкой.
Ротор асинхронной машины имеет только короткозамкнутую обмотку, а ротор синхронной
машины оснащен обмоткой возбуждения постоянного тока.
2) Как можно изменить направление вращения для синхронной машины?
Направление вращения можно изменить, меняя двухфазные линии к двигателю.
3) Какие конструкции ротора используются для синхронных машин?
Роторы для низких скоростей имеют более выраженные полюса, чтобы обеспечить
пространство для намотки возбуждения. Этот тип ротора называется «явнополюсный» ротор.
Увеличением количества пар полюса снижается скорость. Роторы, предназначенные для
высоких скоростей, состоят из массивного ротора с пазами для намотки возбуждения. Эти
роторы обычно предназначены для двух или четырех полюсов и называются гладкими или
турбинного типа машинами.
4) Что происходит с синхронной машиной, когда она подключена к шине бесконечной мощности?
Синхронная машина не может запускаться самостоятельно. Она должна быть доведена до
номинальной скорости двигателем стартера или может запускаться асинхронно. Это- цель
демпферной обмотки (при наличии). Если нет демпферной обмотки, тогда необходимо
закоротить обмотку для процесса асинхронного запуска.
5) Как определяется эффективность синхронного двигателя?
Эффективность-это отношение выхода механической энергии к вводу электрической энергии.
Для синхронных электродвигателей - сумма активной мощности статора и мощности
возбуждения постоянного тока.
110

113.

Имя:
Класс:
Дата:
Примечания преподавателя
6) Есть ли связь между коэффициент мощности cos ф синхронной машины и эффективностью η?.
Эффективность и коэффициент мощности являются независимыми друг от друга.
7) Чем отличаются синхронные двигатели и синхронные генераторы по их физическому строению?
Синхронная машина может использоваться как мотор, а также генератор. Если машина
загружается механически (в начале без нагрузки), то она будет действовать в качестве
двигателя. Если она управляется приводом, то будет в эксплуатации как генератор.
8) Почему синхронный генератор предпочтительнее асинхронного генератора для производства
электроэнергии?
В отличие от асинхронных генераторов синхронный генератор может производить не только
активную мощность, но и индуктивную или емкостную реактивную мощность, в зависимости от
потребности подключенных нагрузок.
9) Что означает выражение «автономная работа» относительно синхронного генератора?
Автономная работа – когда один синхронный генератор поставляет подключенные нагрузки с
необходимой
активной
и
реактивной
мощностью.
Генератор
должен
управляться
с
фиксированной скоростью для того, чтобы достичь постоянной частоты.
10) Какую величину напряжение холостого хода синхронного генератора принимает в отношении
тока возбуждения?
Характеристика холостого хода показывает типичную величину кривой намагничивания; с
увеличением тока возбуждения появляется точка, в которой происходит насыщение и
характеристика выравнивается.
11) Каково значение так называемых «V-кривых» синхронного двигателя?
V-кривые описывают величину тока статора как функции тока возбуждения для значения
крутящего момента фиксированной нагрузки
111

114.

Имя:
Класс:
Дата:
Примечания преподавателя
12) Каким условиям должен соответствовать синхронный генератор, подключаемый параллельно с
другим синхронным генератором или шиной бесконечной мощности?
Чередование фаз, положение по фазе, напряжение и частота должны быть такими же, как у
системы, к которой он подключается. Вместе эти четыре условия называются «условия
синхронизации».
13) Каким образом измеряются чередование фаз и положение по фазе во время синхронизации?
Чередование фаз (направление вращающегося поля), как правило, проверяется только во
время первоначального ввода генератора в эксплуатацию и это делается указателем
чередования фаз. Положение по фазе может определяться с помощью ламп, помещенных
между линиями фазы машины и системы, к которой они должны быть подключены (так
называемая «цепь гаснущей лампы синхронизма»).
14) Каким образом равенство напряжения и частоты измеряется во время синхронизации?
Каждая пара напряжений (из внешней системы и синхронной машины) обозначается двойным
вольтметром и соответствующие частоты обозначаются двойным частотомером.
15) Объясните, как работает синхроноскоп
Синхроноскоп имеет квотиенметр, который отображает разность фаз между генератором и
напряжениями внешней системы качающимся индикатором. Из направления движения
индикатора можно узнать подключаемый генератор работает слишком быстро или слишком
медленно относительно внешней системы, к которой он подключается. Подключение может
производиться только, когда индикатор по-прежнему находится в вертикальном положении.
16) При каких условиях синхронный генератор доставляет активную мощность и индуктивную
реактивную
Генератор должен быть механически приведен в действие и чрезмерно активирован.
112

115.

Имя:
Класс:
Дата:
Примечания преподавателя
17) Что следует понимать под выражением «круговое перемещение, заданное четырьмя
командами» для синхронной машины?
Это выражение является описательным для рабочих режимов, которые синхронная машина
может принимать как генератор или двигатель (с положительной или отрицательной активной
мощностью) и одновременно работать с чрезмерным возбуждением или недостаточным
возбуждением (воздействовать на положительную или отрицательную реактивную мощность).
18) Что означает «работа со сдвигом по фазе»?
Описывается порядок работы, в котором синхронная машина не производит какой-либо
активной мощности, но скорее только реактивная мощность производится или привлекается.
Это делается с целью увеличения коэффициента мощности энергосистемы.
19) К какой категории машин принадлежат реактивный индукторный двигатель?
Реактивный индукторный двигатель является принципиально индукционной машиной, потому
что магнитное поле в его роторе не производится намоткой возбуждения. Из-за его турбинной
конструкции он запускается как асинхронный двигатель и затем, когда он достигает своей
номинальной скорости, продолжает работать как синхронный двигатель.
20) Почему коэффициент мощности реактивного индукторного двигателя относительно низкий?
Воздушный зазор и утечки для данного типа машины - большие. Это приводит к требованию
высокой реактивной мощности и низкому коэффициенту мощности.
113