МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Національний авіаційний університет

ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ПОВІТРЯНИХ СУДЕН

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5

ДОСЛІДЖЕННЯ ПАРАЛЕЛЬНОЇ РОБОТИ АВІАЦІЙНИХ ГЕНЕРАТОРІВ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Виконала: Романець Софія Сергіївна

Перевірив: Захарченко Віктор Панасович

Київ 2022

Лабораторна робота 5

ДОСЛІДЖЕННЯ ПАРАЛЕЛЬНОЇ РОБОТИ АВІАЦІЙНИХ ГЕНЕРАТОРІВ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Мета роботи

1. Вивчення схеми паралельної роботи авіаційних генераторів постійного струму (ГПС) і умов статичного розподілу навантажень між ними.

2. Дослідження впливу основних причин, що спричиняють нерівномірний розподіл струму навантаження між паралельно працюючими генераторами в сталих режимах.

Завдання

1. Вивчити електричну схему паралельної роботи двох ГПС.

2. Визначити зовнішні характеристики ГПС.

3. Дослідити паралельну роботу ГПС.

4. Відрегулювати паралельну роботу ГПС.

5. Проаналізувати експериментальні дані та пояснити їх.

Основні теоретичні відомості

На ПС з кількома авіадвигунами з метою підвищення живучості енергосистеми здійснюють паралельну роботу ГПС. При паралельній роботі ГПС збільшується надійність постачання споживачів електроенергією, поліпшується використання генераторів і підвищується активний резерв потужності системи енергопостачання. Однак всі вказані переваги для системи з паралельно працюючими генераторами виявляються найбільш повно тоді, коли навантаження між генераторами однієї потужності розподіляється рівномірно. Розглянемо схему (рис. 5.1), згідно із законом Кирхгофа можна записати:

; ;

де U_М – напруга мережі; U₁, U₂, I₁, I₂, R₁, R₂ – напруги, струми навантаження опори плюсових проводів генераторів відповідно.

Рис. 5.1

З цих виразів видно, що рівність струмів генераторів можлива тільки при дотриманні рівності опорів плюсових проводів генераторів.

Оскільки опори проводів, що йдуть від генераторів до мережі, надзвичайно малі (близько 10^-3 Ом), то будь-яке погіршення стану контактів може призвести до значної різниці навантаження ГПС.

Для зменшення різниці у струмах навантаження генераторів у схемах паралельної роботи використовують кола врівноваження, які впливають на МРС ВРН. Коло врівноваження підключається до спеціальних баластних опорів R_б1 і R_б2 у «мінусових» колах генераторів (рис. 5.1). Основними елементами кола врівноваження є обмотки врівноваження W_y, розташовані з робочими обмотками W_p на осерді ЕМ ВР. Якщо для підвищення якості регулювання напруг застосовуються багатообмоточні стабілізуючі трансформатори, то до складу кола врівноваження ще входять обмотки врівноваження W_y0 цих трансформаторів.

Налаштування роботи кола врівноваження здійснюється за допомогою регулювального опору R_р. На рис. 5.1 показані первинні W_y0 і вторинні обмотки W₂ стабілізуючих трансформаторів. Баластні опори R_б1 і R_б2 виготовляються з жаростійкого сплаву ніхрому з малим температурним коефіцієнтом. Якщо струми генераторів I₁ і I₂ рівні, то падіння напруг на баластних опорах і потенціали точок а і б не будуть відрізнятися один від одного. Струм у колі врівноваження залежить від розбалансу струмів генераторів і визначається за виразом:

,

де R_у – загальний опір колі врівноваження.

Якщо I₁ > I₂, то струм врівноваження буде направлено до точки а, як більш низького потенціалу, а отже, МРС обмотки урівноваження першого ВРН, який складається з МРС робочої обмотки, буде знижувати напругу першого генератора. Дія обмотки врівноважування другого ВРН буде зворотною. Через таку зміну напруг буде зменшуватися нерівномірність навантаження ГПС до тих пір, поки ВРН зможуть реагувати на зменшуваний струм у колі врівноваження. Повне вирівнювання струмів завдяки дії обмоток врівноваження неможливо здійснити, якщо не усунути основні причини, що спричинили нерівномірний розподіл навантаження.

Щоб забезпечити рівномірний розподіл навантаження між паралельно працюючими генераторами за наявності ВР і кола урівноваження, необхідно виконати одночасно три умови:

• рівність напруг генераторів U₀₁ = U₀₂ у режимі холостого ходу і при розімкненому колі;

• рівність опорів плюсових кіл обох генераторів R₁=R₂;

• рівність баластних опорів R_б1 = R_б2.

Вплив кожної з перерахованих умов на розподіл навантаження між паралельно працюючими генераторами можна визначити, виходячи з виразів для струмів кожного генератора і розбалансу струмів:

; ;

, (5.1)

де I₁ і I₂ – струми генераторів, I – розбаланс струмів ГПС; I_М = I₁+I₂ – струм навантаження мережі;  – коефіцієнт вирівнювання.

З виразу (5.1) випливає, що розбаланс струмів I буде дорівнювати нулю, якщо будуть виконані рівності U₀₁=U₀₂; R₁=R₂ і R_б1 = R_б2. У разі невиконання тільки однієї з умов з формули (5.1) отримуємо вирази для розбалансу струмів.

1. Якщо U₀₁  U₀₂; R₁ = R₂ – R; R_б1 = R_б2= R_б, то:

(5.2)

З виразу (5.2) видно, що розбаланс струмів генераторів не залежить від струму навантаження і має постійну величину.

П ри розімкненому колі врівноваження струм розбалансу буде дорівнювати :

Залежність струмів генераторів від струму навантаження мережі за наявності кола урівноваження і без нього за умови U₀₁  U ₀₂; R_б1 = R_б2; R₁ = R₂ наведено на рис. 5.2. Рис. 5.2

2. При U₀₁ = U₀₂; R₁ R₂; R_б1 = R_б2= R_б, то:

(5.3)

У цьому випадку струм розбалансу залежить від наростання струму навантаження.

П ри розімкненому колі врівноваження струм розбалансу збільшується і буде дорівнювати:

На рис. 5.3 наведено графічну залежність струмів генераторів від струму навантаження мережі за умови R₁ R₂; R_б1 = R_б2 та U₀₁=U₀₂. Рис.5.3

3. Якщо U₀₁ = U₀₂; R₁ = R₂ = R; R_б1  R_б2, то:

(5.4)

При розімкненому колі врівноваження .

Ф ізично це пояснюється тим, що баластні опори увімкнені в зону дії ВР і їх відмінності не можуть позначитися на струмах генераторів. На рис. 5.4 наведено графічні залежності, що виражають залежність струмів генераторів від струму мережі за умови Рис. 5.4 R_б1 R_б2, R₁=R₂ та U₀₁=U₀₂.

Оскільки, при ввімкненому колі урівноваження нерівність баластних опорів негативно впливає на розподіл струмів навантаження, за ними повинен здійснюватися ретельний контроль під час експлуатації. Зміна величини баластних опорів набагато більше позначається на нерівності струмів генераторів, ніж така ж зміна опорів плюсових проводів генераторів.

Опис лабораторної установки

Лабораторна установка для дослідження статичних режимів паралельної роботи ГПС – це стенд-імітатор на лицьовій панелі якого зображено електричну схему, яка ідентична зображеній на рис. 5.1.

Комплект вимірювальної апаратури складається з вольтметра і двох амперметрів. Вольтметр V за допомогою тумблера вимірює напругу на генераторах та навантаженні; амперметр А1 – силу струму у першому генераторі; амперметр А2 – силу струму у першому генераторі. Керування схемою здійснюється за допомогою вимикачів.

Порядок виконання лабораторної роботи

1. Вивчити електричну схему паралельної роботи двох генераторів постійного струму і лабораторну установку.

2. Зняти зовнішні характеристики U₁ = f (I_М) і U₂ = f (I_М) генераторів при їх роздільній роботі, встановивши напругу холостого ходу U₀ = 28,5 В.

3. Увімкнути генератори для паралельної роботи і визначити залежність струмів навантаження генераторів (I₁; I₂), струму в колі урівноваження І_у і напругу мережі U_М від загального струму навантаження (I_H = I_М = I₁ + I₂) за таких умов:

а) U₀₁ = U₀₂ = 28,5 В; R₁ = R₂ = R; R_б1 = R_б2 = R_б;

б) U₀₁ = U₀₂ = 28,5 В; R₁ = R₂ = R; R_б1  R_б2;

в) U₀₁ - U₀₂ = 1 В; U₀₁ = 28,5 В; R₁ = R₂ = R; R_б1 = R_б2 = R_б.

Усі залежності знімаються за умови увімкненого кола урівноваження. Для перевірки ефективності кола врівноваження (при виконанні підпунктів а, б, в) його потрібно вимкнути при максимально допустимому навантаженні ГПС і зафіксувати показники амперметрів. Далі ці показники використовуються при побудові залежності I₁=f (I_М), I₂ = f (I_М) без кола урівноважування.

4. Виконати регулювання паралельної роботи генераторів при струмі навантаження мережі, який не перевищує 200 А.

5. Проаналізувати отримані експериментальні залежності та пояснити їх. При цьому потрібно звернути увагу на вплив неідентичності зовнішніх характеристик генераторів на розподіл навантажень.

Зміст звіту

1. Електричну схему паралельної роботи генераторів (рис. 5.1).

2. Таблиці та графіки знятих залежностей.

3. Короткий аналіз отриманих експериментально результатів і пояснення їх характеру.

Контрольні запитання і завдання

1. Сформулюйте основні вимоги пред'явлення до паралельної роботи гпс?

Основні вимоги, які пред’являються ГПС при паралельній роботі: підвищення живучості енергосистеми, збільшення надійності постачання споживачів електроенергією, поліпшення використання генераторів, підвищення активного резерву потужності системи енергопостачання.

2. Які умови паралельної роботи гпс?

Всі переваги для системи з паралельно працюючими генераторами виявляються найбільш повно тоді, коли навантаження між генераторами однієї потужності розподіляється рівномірно. Якщо включати на спільну роботу генератори тільки з одними вугільними регуляторами без додаткових пристроїв, то задовільного розподілу навантаження між ними не буде. Для зменшення різниці в струмах навантаження генераторів в реальних схемах паралельної роботи застосовані урівнюючі ланцюги, які впливають на магніторушійні сили м.р.с. регуляторів напруги. Щоб забезпечити рівномірний розподіл навантаження між паралельно працюючими генераторами при наявності вугільних регуляторів і кола врівноваження, необхідно виконати одночасно три наступних умови:

1. рівність напруг генераторів U₀₁ = U₀₂ в режимі холостого ходу і при розімкненому колі;

2. рівність опорів плюсових ланцюгів обох генераторів R₁=R₂;

3. рівність баластних опорів R_b1 = R_b2.