|
Синхронні індуктивні опори по повздовжній та
поперечній осі  ,
перехідні індуктивні опори
 ,
надперехідні індуктивні опори
 та
відповідні постійні часу обмоток можуть бути визначені згідно з
рекомендаціями МЕК стосовно частотних характеристик. ГОСТ 10169-77
також дозволяє визначити параметри за частотними характеристиками,
які отримані з досліду, при якому обмотка якоря при нерухомому
роторі під’єднується до джерела напруги змінної частоти.
Частотні характеристики
 і
 являють
собою залежності комплексного вхідного опору синхронної машини за
вирахуваннями активного опору фази якоря по повздовжній і поперечній
осях від ковзання ротора. Для їхнього отримання проводять дослід
живлення обмоток якоря нерухомої машини синусоїдальною напругою
змінної частоти від  до
 .
При визначенні використовується
схема рисунку 6.3, а, а –
рисунку 6.3, б. Обмотка збудження при проведенні цих дослідів
замкнена накоротко, а потік реакції якоря направлений по повздовжній
або поперечній осі машини, відповідно. Якщо необхідно знання
синхронних індуктивностей опорів, то проводять ті самі два досліди
при розімкненій обмотці збудження.
Встановлення ротора в потрібне положення
здійснюється при зниженій напрузі номінальної частоти таким чином.
Зібравши схему, яка вказана на рисунку 6.3, а, плавно повертають
ротор, контролюючи струм в обмотці збудження. Потрібне положення
ротора, яке необхідне для зняття частотної характеристики
,
буде відповідати максимальному струму в обмотці збудження. Зібравши
схему, яка вказана на рисунку 6.3, б, також плавним поворотом ротора
добиваються практично нульового значення сили струму в обмотці
збудження, що відповідає положенню ротора при знятті частотної
характеристики .
Рисунок 6.3 – Принципові схеми
для зняття частотних характеристик синхронної машини
Як джерело живлення змінної частоти в діапазоні
 Гц
використовується генератор постійного струму, який збуджується
синусоїдальним сигналом. Клас точності (accuracy class; accuracy
rating) вимірювальних приладів повинен бути не нижче 0,5. Струм
якоря синхронної машини повинен складати не менше 3% від свого
номінального значення. При проведенні досліду вимірюють силу струму
й напругу якоря, фазовий кут між ними й частоту живлення. Інтервал
зміни частоти при знятті характеристик в області низьких частот
повинен бути достатньо малим, оскільки у цій зоні опори вельми
чутливі до частоти.
Вхідні опори нерухомої машини
 для
кожного значення частоти визначаються за формулою:
 ,
(6.5)
де
 –
коефіцієнт, який враховує схему з’єднання фаз якоря й рівний 1/2
(рисунок 6.3, а) або 2/3 (рисунок 6.3, б);
 ;
 –
кут різниці фаз напруги й струму, який визначається за осцилограмами
або розрахунком за показами приладів як
 ;
 –
порядковий номер точок частотної характеристики.
Комплексний опір
 обертової
машини за урахуванням активного опору якоря для кожної осі
визначається за виразом:
 ,
(6.6)
де
 –
відомий опір фази обмотки якоря постійному струму.
До частотних характеристик відноситься також
характеристика  ,
яка являє собою комплексну залежність між напругою на розімкнених
затискачах фаз якоря й напругою на обмотці збудження при номінальній
частоті обертання ротора від частоти струмів у колі обмотки
збудження. Для визначення частотної характеристики
машини
проводиться дослід живлення обмотки збудження синусоїдальною
напругою різних частот від значення, близького до 0, до (5¸10)
Гц при розімкненій обмотці якоря та нерухомому роторі, який
встановлено по повздовжній осі відносно двох будь-яких фаз якоря
(рисунок 6.3). Амплітуду струму, який подається в обмотку збудження,
необхідно підтримувати в межах (0,05¸0,1)
від номінального струму збудження. Джерелом живлення може служити
генератор постійного струму.
Вимірювальна напруга на виводах фаз якоря U,
відносно яких встановлена повздовжня вісь ротора, напруга на обмотці
збудження  ,
фазового зсуву між ними
g
та частоти f здійснюється за осцилографічними записами.
Точки характеристики
обертової
машини за даними вимірювань при нерухомому роторі визначаються за
формулою:
 .
(6.7)
Значення
при
 визначається
екстраполяцією цієї частотної характеристики. Вона повинна
відповідати величині  ,
де  –
індуктивний опір взаємоіндукції;
 –
приведений до обмотки якоря активний опір обмотки збудження (на
постійному струмі).
Результати оброблення експериментальний даних за визначенням
частотних характеристики
 ,
 ,
подаються
в графічній або табличній формі.
Визначення параметрів за частотними
характеристиками графоаналітичним способом проводиться для обох осей
роздільно. За експериментальними даними в логарифмічних координатах
будується графік залежності
 .
Як приклад такий графік показаний на рисунку 6.4 безперервною
товстою лінією. Постійні часу визначаються по точках зламу
асимптотичної кривої, яка отримується в результаті апроксимації
вказаної залежності відрізками горизонтальних прямих і прямих з
нахилом ±20
дБ на декаду, як вказано на рисунку 6.4 (середньоквадратична похибка
апроксимації початкової кривої не повинна перевищувати 5%).
Рисунок 6.4 – Визначення
параметрів синхронної машини за її частотною характеристикою
Точкам зламу відповідають ковзання
 (на
рисунку 6.4  ).
Постійні часу синхронної машини з розімкненою обмоткою якоря (у
секундах) визначаються за ковзаннями з непарними індексами
 за
формулою:
 ,
(6.8)
а постійні часу при замкненій накоротко обмотці
якоря – за ковзаннями з парними індексами
 за
формулою:
 .
(6.9)
Відповідно до рисунка 6.4 є три постійні часу
обмотки збудження при розімкненій обмотці якоря
 й
три – при замкненій накоротко обмотці якоря
 ,
що відповідає наявності трьох еквівалентних контурів на роторі.
Синхронний індуктивний опір
 визначається
екстраполяцією частотної характеристики
 ,
яка знімається при розімкненій обмотці збудження, у точці
.
Екстраполяція проводиться по 4¸5
експериментальних точках характеристики, які зняті при
 .
Перехідний та надперехідний індуктивні опори
визначаються за знайденими значеннями
й
постійних часу за формулами:
 .
(6.10)
Зауважимо, що кількість точок
зламу частотної характеристики відповідає кількості еквівалентних
контурів ротора. Так, у відповідності з рисунком 6.4 ротор має три
контури по осі d.
Якщо ротор задається двома еквівалентними
контурами, як це прийнято в загальних курсах електричних машин, то
дослідну частотну характеристику (рисунок 6.4) потрібно
апроксимувати ломаною лінією, яка має 4 злами. Визначивши 4 постійні
часу і ,
за формулами (6.10) визначають перехідний
 і
надперехідний  індуктивні
опори.
Розрахунок параметрів і постійних часу обмоток
по поперечній осі ведеться з використанням частотних характеристик
 за
формулами (6.8)¸(6.10)
із заміною індексів (d на q).
Зараз замість графічної
апроксимації експериментальної частотної характеристики з подальшим
розрахунком параметрів широке розповсюдження отримали математичні
методи апроксимації з використанням стандартних підпрограм
дискретного опису частотної характеристики й заданням потрібної
кількості еквівалентних контурів на роторі.
При пусконалагоджувальних
випробуваннях активні й індуктивні опори визначаються стаціонарним
методом при однофазному живленні зниженою напругою змінного струму
попарно всіх фаз обмотки статора (ОС).
Напруга змінного струму
подається від знижувального трансформатора (12¸60)
В або від мережі (220¸380)
В. При цьому вимірюються струми, напруги й активні потужності
  .
Щоб виключити вплив опору з’єднувальних проводів і перехідних
контактів, вольтметр і кола напруги ватметра приєднують окремими
провідниками до затискачів машини. Обмотку ротора замикають
накоротко й вимірюють у ній струм. Струм (А) і потужності (Вт) які
споживаються в досліді, визначаються за формулами [16, 18]:
 ;
(6.11)
 ,
(6.12)
де U – напруга джерела живлення, В;
 –
номінальна лінійна напруга синхронної машини, кВ;
 –
номінальна потужність синхронної машини, МВ×А;
 –
коефіцієнт потужності, який приймається в діапазоні 0,2¸0.4.
На основі вимірювань визначають
повні, індуктивні та активні опори, які віднесені до одної фази
обмотки (Ом):
 .
(6.13)
Потім визначають середнє
значення опору (Ом):
 .
(6.14)
Активні опори по поздовжній і
поперечній осях:
 ,
(6.15)
де
 .
(6.16)
Приведені до статора середній активний опір
ротора  та
активні опори ротора по повздовжній
 і
поперечній осях при частоті струму в роторі 50 Гц визначають за
формулами:
 ,
(6.17)
де
 для
генераторів, які мають безперервну ізоляцію обмотки статора, і
 для
генераторів, які мають гільзову ізоляцію (R – опір одної фази
обмотки статора постійному струму).
Активні опори статора
 можна
визначити, знаючи втрати в статорі генератора при номінальному
струмі в режимі трифазного КЗ
 :
 .
(6.18)
Активні опори зворотної послідовності (reverse
sequence; inverted sequence) ротора
 й
генератора в цілому  :
 ;
(6.19)
 .
(6.20)
Надперехідні реактивні опори по
поздовжній і поперечній осях:
 ,
(6.21)
де
 (6.22)
Знак перед
 визначають
таким чином:  ,
якщо найбільшому виміряному опору на одній з пар лінійних затискачів
ОС відповідає мінімальний з трьох струмів в колі збудження;
 ,
якщо найбільшому виміряному індуктивному опору статора відповідає
максимальний з трьох струмів в колі збудження.
Індуктивний опір (%):
 ,
(6.23)
де
 –
номінальна потужність машини, МВ×А;
–
номінальна лінійна напруга, кВ;
 –
індуктивний опір, Ом.
При відомих значеннях надперехідних індуктивних
опорів по поздовжній і поперечній осях
 індуктивний
опір зворотної послідовності може бути визначений за формулою:
 .
(6.24)
Для явнополюсних машин краще
використовувати вираз:
 .
(6.25)
Опір нульової послідовності (null sequence)
при однофазному живленні обмотки статора машини, яка обертається з
номінальною (або близькою до номінальної) частотою визначається
таким чином. Якщо кількість виводів ОС менше 6, то індуктивний опір
нульової послідовності  можна
визначити при паралельному з’єднанні фаз обмотки. Підведену напругу
вибирають так, щоб струм в обмотці був не більше номінального.
Обмотка збудження замикається накоротко.
Індуктивний опір нульової
послідовності визначають за формулами:
- послідовне з’єднання фаз
обмоток:
 ;
(6.26)
- паралельне з’єднання фаз
обмоток:
 ,
(6.27)
де
 –
підведена напруга, В;
 –
струм споживання, А;
 –
потужність споживання, Вт.
Перевага віддається визначенню
 при
послідовному з’єднанні обмоток усіх фаз. Значення
можна
також визначити методом замикання двох фаз на нейтраль обмотки
статора в режимі усталеного КЗ.
Рисунок 6.5 – Схема для
визначення надперехідних активних та індуктивних опорів синхронної
машини
Рисунок 6.6 – Визначення Х0
при однофазному живленні усіх трьох фаз статора
|
