Бастрон А.В., Кульков В.С., Михеева Н.Б., Чебодаев А.В.
Практикум по дисциплине
"ГИДРОВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ"

электронное учебное пособие

Работа №2.
"ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ БЛОКА АВТОМАТИКИ БА-4-400Б ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО АГРЕГАТА АВЭУ6-4М"

Цель работы

Задания к работе

Общие сведения

Порядок выполнения работы

Содержание отчета

Контрольные вопросы

Литература

Тест к Работе №2

Цель работы

Изучить устройство и принцип работы блока автоматики БА-4-400Б ветроэлектрического агрегата АВЭУ6-4М, порядок подготовки блока к работе.

Исследовать режимы работы блока при управлении электронасосом.

Освоить методы настройки электрооборудования ветроэлектрического агрегата АВЭУ6-4М на требуемый режим работы.

Задания к работе

1. Изучить принципиальную электрическую схему блока автомати-ки БА-4-400Б.

2. Изучить схему подключения лабораторного оборудования к блоку автоматики.

3. Подвести к блоку автоматики питание, имитирующее работу генератора, подключить электродвигатель насоса.

4. Исследовать режимы работы блока автоматики при изменении нагрузки от 0 до 20 % и от 20 до 100 %.

5. Разработать принципиальную электрическую схему питания электродвигателя насоса от ветроэлектрического агрегата АВЭУ6-4М с резервированием питания от сети ~ 3 N, 50 Гц, 380 В.

Общие сведения


Блок автоматики БА-4-400Б предназначен для регулирования напряжения синхронного генератора СГВ-4/1500 в соста-ве ветроэлектрического агрегата АВЭУ 6-4М.

В условное обозначение блока входят:

БА - блок автоматики;

4 - номинальная мощность генератора, кВт;

400 - номинальное регулируемое напряжение, В;

Б - применение блока в качестве бескорректорного регулятора напряжения.

Блок обеспечивает:

- регулируемое напряжение генератора ветроэлектрического агрегата в пределах 360 - 440 В при частоте 50 - 55 Гц и 100 - 160 В при частоте 25 Гц при подключенной номинальной нагрузке 4 кВт, 400 В, cos = 0.8 и на холостом ходу. При этом возбуждение генератора происходит при частоте 35 - 45 Гц, развозбуждение - 16 - 24 Гц;

- развозбуждение генератора при замыкании контактов контактных датчиков.

Работоспособность блока сохраняется при изменении температуры окружающей среды от - 50 0 С до + 45 0 С, от-носительной влажности воздуха до 98 % при температуре + 35 0 С.

БА - блок автоматики;

Габариты блока 412 х 238 х 650 мм.

Масса блока - не более 40 кг.

Блок представляет собой регулятор напряжения синхрон-ного генератора, производящий регулирование по возмущае-мому воздействию (току нагрузки и коэффициенту мощности), объединенный с устройством для возбуждения и развозбужде-ния генератора на заданных частотах.

Схема электрическая принципиальная блока с присоеди-ненными к нему синхронным генератором, датчиком и нагруз-кой показана на рис. 2.1. Условные обозначения элементов схемы приняты согласно [1].

Обмотка возбуждения ОВ генератора присоединена через выпрямитель возбуждения V1 - V6 к выходной обмотке III трех-обмоточного трансформатора Т1. Обмотка II трансформатора Т1 включена последовательно в цепь нагрузки генератора, а обмотка 1 через дроссель L2 присоединена параллельно на-грузке генератора.

Параллельно входу выпрямителя возбуждения V1 - V6 присоединен дроссель L1, две обмотки которого имеют отводы и присоединены к входу выпрямителя возбуждения через кон-такты реле К и переключатель S3.


Рис. 2.1. Схема электрическая принципиальная блока автоматики БА-4-400Б

Обмотка реле К через пороговый ключ, выполненный на транзисторе V17 и стабилитроне V16, присоединена к выходу стабилизатора напряжения (транзистор V14). Вход стабилиза-тора напряжения через стабилитрон V13, выпрямитель на дио-дах V7 - V12 и понижающий трансформатор Т2 присоединен к выходу генератора. Стабилитрон V13 может быть зашунтиро-ван контактами переключателя S3 или реле К.

К рабочей обмотке РО генератора через автоматический выключатель S1 присоединены обмотки II трансформатора Т1, а в цепи нагрузки имеется пакетный выключатель S4.

Блок имеет разъем Х1 для присоединения к генератору и блоки зажимов:

Х2 - для присоединения контактных датчиков и корректора ("дополнительная нагрузка");

Х3 - для присоединения основной нагрузки;

Х4 - для присоединения контактных датчиков;

Х5 - для присоединения к станции управления насосами.

В цепи блока зажимов Х4 имеется выключатель S2.

Возбуждение генератора на холостом ходу обеспечивает-ся за счет тока, пропорционального напряжению генератора, величина и фаза которого определяется дросселем L2, и отстающего от фазного напряжения генератора на угол, близкий к 900.

В случае нагрузки генератора ток проходит по обмотке II трансформатора Т1, и в его выходной обмотке III имеет место геометрическая сумма токов обмоток I и II. Если нагрузка генератора активная, то токи в обмотках I и II трансформатора Т1 будут сдвинуты относительно друг друга на угол, близкий к 900; если же коэффициент мощности нагрузки будет уменьшаться, то будет уменьшаться и угол сдвига фаз между токами в об-мотках I и II трансформатора Т1, что приведет к увеличению тока возбуждения генератора.

Ток возбуждения будет тем больше, чем больше ток на-грузки генератора и чем ниже отстающий коэффициент мощно-сти нагрузки, т.е. трансформатор Т1 совместно с дросселем L2 обеспечивает прямое фазное компаундирование (регулирование по возмущающему воздействию).

Процесс возбуждения генератора происходит следующим образом. Пусть нагрузка генератора более 20 % от номиналь-ной (переключатель S3 находится в положении, показанном на принципиальной схеме), а частота вращения генератора увеличивается от нуля. При низких частотах (до 35 Гц) сопротив-ление дросселя L1 мало, и он шунтирует вход выпрямителя возбуждения в такой степени, что самовозбуждение генератора невозможно. При достижении частоты 35 - 45 Гц шунтирующее действие дросселя уменьшается до такой величины, что генератор возбудится. Когда напряжение генератора достигнет 100 - 160 В, напряжение на выходе стабилизатора достигнет величины, достаточной для пробоя стабилитрона V16, транзистор V17 откроется и сработает реле К. Контакты реле К при этом подключают к выходу выпрямителя возбуждения полное число витков дросселя L1, и его индуктивное сопротивление увеличится. Теперь при снижении частоты генератор будет находиться в возбужденном состоянии и на частоте, более низкой, чем та, при которой он возбудился. Полная индуктивность дросселя L1 выбрана такой, чтобы генератор находился в возбужденном состоянии при снижении частоты до 16 - 24 Гц. При достижении такой частоты генератор развозбуждается, и схема возвращается в исходное состояние.

При возбуждении генератора на холостом ходу, или при нагрузке менее 20 % от номинальной, процесс самовозбужде-ния затруднен, поэтому переключатель S3 переводят в положение, соответствующее разомкнутому состоянию его контактов. При этом дроссель L1 отключен, а последовательно выхо-ду выпрямителя V7 - V12 оказывается присоединенным стабилитрон V13. В этом случае, поскольку дроссель L1 отключен, возбуждение генератора происходит достаточно интенсивно даже на холостом ходу. При достижении напряжения генерато-ра 150 - 200 В срабатывает реле К, контакты которого присоединят к выходу выпрямителя возбуждения дроссель L1 и закоротят стабилитрон V13. Дальнейшая работа схемы будет происходить, как было указано выше.

Развозбуждение генератора при срабатывании датчика уровня происходит за счет шунтирования контактом датчика обмотки возбуждения генератора. Если по тем или иным при-чинам возбуждение необходимо обеспечить при замкнутом контакте датчика, то цепь датчика отключают тумблером S2.

Порядок выполнения работы


1. Изучить принципиальную электрическую схему блока автомати-ки БА-4-400Б (рис. 2.1).

2. Изучить схему подключения лабораторного оборудования к блоку автоматики (рис. 2.2).

Прежде чем начать собирать электрическую схему со-гласно рис. 2.2, убедитесь в том, что отключен автомати-ческий выключатель QF, расположенный в левом верхнем углу стенда.

Убедитесь в целостности лабораторного оборудова-ния и соединительных проводов.

2.1. Зажимы 1С1, 1С2, 1С3 и 1С4 блока зажимов (БЗ) ла-бораторного стенда подсоединены через автоматический вы-ключатель, расположенный в левом верхнем углу стенда, к сети ~ 3 N, 50 Гц, 380 В и имитируют выводы генератора. Схема соединений обмоток якоря генератора - звезда. Зажимы 1С1, 1С2 и 1С3 - выводы фаз генератора, 1С4 - вывод соединенных в звезду клемм 1С4, 1С5 и 1С6.

2.2. Зажимы 1 - 6 БЗ Х2 и зажимы 1 - 4 БЗ Х3 вынесены на одноименные зажимы БЗ на панели лабораторного стенда.

2.3. В блоке БА-4-400Б, помещенном на лабораторном стенде, имеются отклонения от схемы, приведенной на рис. 2.1. В действительности зажимы 1, 2, 3 и 4 БЗ Х3 имеют условные обозначения С, В, А и N соответственно, как и показано на рис. 2.2.

2.4. Параллельно с обмотками электродвигателя подключают конденсаторную батарею переменной емкости (1, 2, 4 и 8 мкФ), что позволяет изменять коэффициент мощности нагрузки, подключаемой к генератору ветроагрегата. Различные сочетания четырех батарей конденсаторов позволяет изменять емкость батареи от 1 мкФ до 10 мкФ с шагом 1 мкФ и исследовать ток возбуждения генератора в зависимости от тока нагрузки и коэффициента мощности.

3. Монтажными проводами произвести коммутацию между соответствующими зажимами блоков зажимов на стенде, изме-рительными приборами и электродвигателем насоса.


Рис. 2.2. Подключение лабораторного оборудования к блоку автоматики БА-4-400Б

3.1. Монтажными проводами соединить между собой зажимы генератора (1С3, 1С2, 1С1 и 1С4) и блока БА-4-400Б (4, 3, 2 и 1) соответственно.

3.2. К зажимам А, В, С и N подсоединить монтажные провода и соединить их с входными клеммами "генератор" изме-рительного комплекта К 505.

3.3. К клеммам "нагрузка" К 505 кабелем подсоединить электродвигатель.

К этим же клеммам производить подключение конденсаторной батареи.

Убедитесь в том, что нулевой защитный проводник PE, соединенный с корпусом электродвигателя, соединен с клеммой 1С4 блока зажимов.

3.4. Величина напряжения, подаваемого на обмотку возбуждения генератора, Uвозб, регистрируется вольтметром, клеммы которого U(-) и U(+) необходимо соединить с соответствующими клеммами 5 и 6 БЗ лабораторного стенда.

4. Исследовать режимы работы блока автоматики при изменении нагрузки от 0 до 20 % и от 20 до 100 %.

4.1. Установите на измерительном комплекте К 505 предел шкалы напряжений на величину 300 В, а предел шкалы тока - на величину 10А.

4.2. После проверки преподавателем схемы, откройте дверцу блока автоматики БА-4-400Б и при отключенном автоматическом выключателе S1 поставьте пакетный выключатель S4 в положение "откл". Убедитесь в том, что ничто не касается вала электродвигателя.

Тумблер S3 поставьте в положение "0 - 20 %". Подайте напряжение на стенд автоматическим выключателем QF, включите автоматический выключатель S1. Измерьте напряжение возбуждения генератора без нагрузки.

Во избежание поражения электрическим током касаться руками клемм, других токоведущих деталей категорически запрещается.

Отключите автоматический выключатель S1.

При возникновении аварийных ситуаций: гудении электродвигателя (например, при неполнофазном режиме работы), зашкаливании приборов, появлении запаха дыма и возникновении прочих аварийных режимов - немедлен-но отключите автоматический выключатель QF и сообщите о неисправности лаборанту или преподавателю.

4.3. Поставьте пакетный выключатель S4 в положение "вкл". Тумблер S3 установите в положение "20 - 100 %". Включите автоматический выключатель S1. Измерьте напряжение возбуждения генератора под нагрузкой. Величины фазных значений напряжений UA, UB и UC, тока IA, IB и IC, активной мощности PA, PB и PC измеряйте после переключения на соответствующую фазу измерительного комплекта. Результаты измерений занесите в табл. 2.1.

После проведения первой серии измерений - отключи-те автоматический выключатель QF.

Подключите к клеммам "нагрузка" К 505 конденсаторную батарею емкостью 1мкФ (см. рис. 2.2). Включите автоматический выключатель QF и проведите новую серию измерений.

Вновь отключите автоматический выключатель QF.

Разрядите конденсаторы, перемкнув между собой проводники конденсаторной батареи.

Подключите к клеммам "нагрузка" К 505 конденсаторную батарею емкостью 2мкФ. Включите QF и проведите новую серию измерений. Каждый раз, увеличивая емкость батареи на 1 мкФ, проводите измерения по вышеописанному алгоритму до достижения емкости значения 10 мкФ.

После каждого измерения не забывайте разрядить конденсаторную батарею.

Ток возбуждения генератора, Iвозб, определится при известном сопротивлении обмотки возбуждения (Rвозб = 0.49 Ом):

  (2.1)

Среднюю величину фазного тока статора электродвигателя, Iдв, вычисляют по формуле:

  (2.3)

Полная мощность, потребляемая электродвигателем, Sдв:

   (2.4)

Коэффициент мощности, :

  (2.5)

4.4. Покажите результаты измерений и вычислений преподавателю. В случае положительных результатов опытов - обесточьте стенд и отсоедините провода от блоков зажимов стенда и измерительной аппаратуры.

Разрядите конденсаторы. Соберите монтажные провода и сдайте их вместе с прибором К505 лаборанту.

4.5. Постройте зависимость тока возбуждения генератора от коэффициента мощности нагрузки

, если сопротивление обмотки генератора постоянному току равно 0,49 Ом.

5. Разработайте принципиальную электрическую схему питания электродвигателя насоса от ветроэлектрического агрегата АВЭУ6-4М с резервированием питания от сети ~ 3 N, 50 Гц, 380 В.

Таблица 2.1
И з м е р е н о
В ы ч и с л е н о
Uвозб
UA,B
UB, B
UC,B
IA, A
IB, A
IC, A
PA, Вт
PB, Вт
PC, Вт
Iвозб, A
Iдв, A
Pдв, Вт
Sдв, кВА
cosφ

Содержание отчета


1. Название и цель работы.

2. Основные технические данные блока автоматики БА-4-400Б.

3. Схема электрическая принципиальная блока автоматики БА-4-400Б с резервированием питания от сети ~ 3 N, 50 Гц, 380 В. Буквенные коды видов элементов схемы привести в со-ответствие с ЕСКД [2].

4. Заполненная таблица 2.1.

5. Зависимость тока возбуждения генератора от коэффициента мощности нагрузки

Контрольные вопросы


1. Охарактеризуйте синхронный генератор СГВ-4/1500 вет-роагрегата АВЭУ6-4М?

2. Опишите принцип действия синхронного генератора.

3. Расскажите про внешнюю и регулировочную характеристики синхронного генератора.

4. Какие технические характеристики генератора обеспечивает блок БА-4-400Б?

5. Чем обеспечивается возбуждение генератора на холостом ходу?

6. Как происходит процесс возбуждения генератора под нагруз-кой?

7. Что происходит в блоке БА-4-400Б и генераторе при снижении коэффициента мощности или увеличении потребляемой мощности нагрузки?

8. Как работает блок управления генератором при совместной работе со станцией управления электронасосом?

9. Объясните предназначение диодов V1 - V6.

10. Начертите диаграмму напряжения подаваемого блоком БА-4-400Б на обмотку возбуждения генератора.

Литература


1. Блок автоматики БА-4-400Б. Паспорт. - М.: Внешторгиздат, 1989. - 12 с.

2. Усатенко С.Т., Каченюк Т.К., Терехова М.В. Выполнение элек-трических схем по ЕСКД: Справочник. - М.: Издательство стандартов, 1989. - 325 с.


© ФГОУ ВПО Красноярский государственный аграрный университет, 2006

© Центр дистанционного обучения, 2006