Ć w i c z e n i e 6
BADANIE PRDNICY SYNCHRONICZNEJ
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest praktycznie poznanie zasadniczych właściwości prądnicy synchronicznej z
biegunami wydatnymi oraz poznanie sposobów synchronizacji i regulacji obciążenia prądnicy przy jej
współpracy z siecią.
Program ćwiczenia
6.1. Dane znamionowe badanej maszyny synchronicznej i silnika napędowego
6.2. Pomiar rezystancji uzwojeń prądnicy
6.3. Próby przy biegu jałowym prądnicy
6.3.1. Pomiar strat mechanicznych prÄ…dnicy
6.3.2. Wyznaczenie charakterystyki biegu jałowego i pomiary strat w żelazie prądnicy
6.4. Próba zwarcia pomiarowego
6.5. Synchronizacja prÄ…dnicy z sieciÄ…
6.6. Charakterystyki obciążenia
6.7. Wyznaczenie trójkąta Potie ra, znamionowego prądu wzbudzenia i zmienności napięcia
6.8. Wyznaczenie charakterystycznych parametrów oporowych maszyny synchronicznej
6.8.1. Parametry w stanie pracy ustalonej symetrycznej
6.8.2. Parametry w stanie pracy ustalonej niesymetrycznej
6.8.3. Zestawienie parametrów oporowych.
6.1. Dane znamionowe badanej maszyny synchronicznej
i silnika napędowego
Badanie prądnicy synchronicznej należy rozpocząć od zapoznania się z danymi znamionowymi
maszyny badanej i pomocniczej. Następnie należy dokonać oględzin maszyny synchronicznej przy
zdjętych ruchomych pokrywach umożliwiających dostęp do układu szczotkowego zwracając uwagę
na twornik, bieguny wystajÄ…ce i klatkÄ™ Leblanca.
Dane znamionowe maszyny pomocniczej i badanej maszyny synchronicznej należy zamieścić w
sprawozdaniu. Jeżeli na tabliczce znamionowej brakuje wartości znamionowego współczynnika mo-
cy, a podana jest moc czynna, to współczynnik ten należy obliczyć ze wzoru:
PN
cosjð =ð
N
3U IN
N
6.2. Pomiar rezystancji uzwojeń prądnicy
Rezystancje uzwojeń prądnicy synchronicznej nie będą mierzone. Wartości rezystancji są podane
na osobnych tabliczkach, należy je przepisać do sprawozdania.
6.3. Próby przy biegu jałowym prądnicy
Układ połączeń
Układ połączeń do próby biegu jałowego przedstawiony jest na rys. 2.82.
Rozrusznik
W1
A1 +
A2
R1
A1
U
E1
A1
E1 E2
V START
M
GS
V1 PW
W
STOP
=220V
F1 F2 V1
B2
N
D1
W2 ATr
E2
D2
A3
-
220V B1
Rys. 2.82. Układ połączeń do badań prądnicy synchronicznej w stanie jałowym
6.3.1. Pomiar strat mechanicznych prÄ…dnicy
Przebieg pomiarów
Przed przystąpieniem do rozruchu zespołu maszynowego należy ustawić minimalną wartość re-
zystancji rezystora R1, a następnie zamknąć wyłącznik W1 i dokonać rozruchu przyciskiem START.
Następnie rezystorem R1 należy zmniejszyć prąd wzbudzenia do takiej wartości, przy której wystąpi
prędkość synchroniczna. Przy prędkości tej i nie wzbudzonej prądnicy synchronicznej (wyłącznik W2
otwarty) należy odczytać wskazania mierników po stronie silnika i zanotować je w sprawozdaniu.
Opracowanie wyników
Straty mechaniczne prądnicy badanej oblicza się w sposób następujący:
1. oblicza się straty w silniku napędowym ze wzoru:
2
Ps =ðPos +ðIa Rat +ð 2Ia"Ub (6.1)
2
gdzie Pos odczytuje siÄ™ z wykresu Pos = f(Ifs) znajdujÄ…cego siÄ™ na stanowisku pomiarowym, a za Rat
przyjmuje siÄ™ sumÄ™ rezystancji w gaÅ‚Ä™zi twornika silnika napÄ™dowego, zaÅ› za DðUb należy przyjąć
1V.
Silnik napędowy jest wycechowany dla prędkości synchronicznej. Przy stałej prędkości jego
straty są sumą stałych strat mechanicznych, strat w żelazie zależnych tylko od prądu wzbudzenia Ifs
i strat prądowych zależnych od kwadratu prądu Ia. Suma strat mechanicznych i w żelazie jest więc
zależna tylko od prÄ…du wzbudzenia Ifs, co jest przedstawione na wykresie DðPos = f (Ifs).
2. oblicza siÄ™ moc pobranÄ… przez silnik
Pin = Us Ia
3. oblicza siÄ™ straty mechaniczne prÄ…dnicy jako
Pm = Pin - Ps
Obliczenia powyższe należy podać w sprawozdaniu.
6.3.2. Wyznaczenie charakterystyki biegu jałowego i pomiary strat w żelazie
prÄ…dnicy
Przebieg pomiarów
Nie zatrzymując zespołu maszynowego należy dokonać potrzebnych w tym punkcie pomiarów.
W czasie pomiarów należy utrzymać prędkość równą prędkości synchronicznej. Zmieniając autotrans-
formatorem regulacyjnym ATr wartość prądu wzbudzenia If prądnicy odczytuje się dla wybranych
wartości tego prądu wskazania wszystkich mierników. Pomiary powinny być gęste . Należy wyko-
nać je w dwóch etapach. W pierwszym etapie prąd wzbudzenia należy tylko zwiększać od zera do
takiej wartości, przy której napięcie prądnicy wyniesie ok. 1,4U . W etapie drugim prąd należy tyl-
N
ko zmniejszać sprowadzając go do zera.
Uwaga: Przy dużym prądzie wzbudzenia napięcia prądnicy występujące na zaciskach przełącznika
woltomierzowego PW i woltomierza V1 uzyskują niebezpieczne wartości dla obsługi. Przy
napięciach takich należy zachować szczególną ostrożność.
Wyniki pomiarów należy zestawić w tablicy pokazanej na rysunku 2.83.
3
Lp. If UUV UVW UWU Uo Ifs Us Ia Pin Pos Ps Po U2o
A V V V V A V A W W W W V2
Rys. 2.83. Tablica pomiarów próby biegu jałowego prądnicy synchronicznej
W tablicy tej:
If - prÄ…d wzbudzenia prÄ…dnicy,
UUV +ðUVW +ðUWU
U =ð - wartość Å›rednia napiÄ™cia prÄ…dnicy z napięć miÄ™dzyprzewodowych,
o
3
Pin = Us Ia - moc pobrana przez wirnik silnika napędowego,
Pos - straty jałowe silnika odczytane z charakterystyki Pos = f (Ifs) dla danego prą-
du Ifs,
Ps - straty mocy w silniku obliczone ze wzoru (6.1),
Po = Pin - Ps - straty mocy w prądnicy równe sumie strat mechanicznych i strat w
żelazie.
2
Kolumny od I1 do U należy wypełniać tylko dla jednego etapu pomiarów.
o
Opracowanie wyników
Na podstawie uzyskanych wyników należy wykreślić następujące charakterystyki:
a) biegu jaÅ‚owego U =ð f(I ) przy n = const dla rosnÄ…cych wartoÅ›ci prÄ…du i dla wartoÅ›ci malejÄ…cych
o f
(krzywe 1 i 2 na rys. 2.84),
b) strat jaÅ‚owych prÄ…dnicy synchronicznej DðPo =ð f(Uo) (krzywa 3 na rys.2.84) należy odczytać prÄ…d
Ifo dla U =ð U i zaznaczyć go na wykresie, zaÅ› z charakterystyki DðPo =ð f(Uo2) należy odczytać
o N
dla napięcia znamionowego straty jałowe oraz straty w żelazie i straty mechaniczne. Straty mecha-
niczne należy porównać ze stratami pomierzonymi w punkcie poprzednim (6.3.1).
4
Ponadto z wypoÅ›rodkowanej charakterystyki U =ð f(I ) (krzywa 3 na rys. 2.84) należy odczy-
o f
2
tać prÄ…d I dlaU =ð U i zaznaczyć go na wykresie, zaÅ› z charakterystyki P =ð f(U ) należy od-
fo o N o o
czytać dla napięcia znamionowego straty jałowe oraz straty w żelazie i straty mechaniczne. Straty
mechaniczne należy porównać ze stratami pomierzonymi w punkcie poprzednim (6.3.1).
E0=U0 [V]
p
Un a b
c
3
2
1
Iw
Iwo
0 [A]
Rys.2.84. Charakterystyki biegu jaÅ‚owgo prÄ…dnicy synchronicznej U =ð f(I ) przy n = const
o f
DðP0ð [W]
DðP0=f(U0)
DðP0=f(U02)
DðPż
DðPm
U02[V2]
U0 [V]
Rys.2.85. Charakterystyki strat jałowych prądnicy synchronicznej
Omówienie charakterystyk
a. Charakterystyka biegu jaÅ‚owego U =ð f(I ) . Z ogólnego wzoru na napiÄ™cie indukowane ma-
o f
szyny synchronicznej
5
szcz
E
U =ð 4,44 f N zð fð =ð cnfð
i 1 1 1
wynika, że przy staÅ‚ej prÄ™dkoÅ›ci obrotowej n, Ui jest proporcjonalne do fð, czyli charakterystyka biegu
jaÅ‚owego Uo = f(If) - z uwagi na to, że Uo ð Ui - jest w innej skali charakterystykÄ… magnesowania fð =
f(If). Z tego powodu czÄ™sto te dwie nazwy sÄ… ze sobÄ… utożsamione. StrumieÅ„ fð pola wirujÄ…cego jest
staÅ‚y w czasie, dlatego jest proporcjonalny do amplitudy sinusoidy indukcji tego pola,stÄ…d Ui ~ðB.
Pole wirujące jest wytwarzane przez przepływ wzbudzający 2IfN biegunów, gdzie N jest liczbą
zwojów cewki bieguna. Przepływ ten jest równy sumie napięć magnetycznych w obwodzie, które
można sprowadzić do sumy napięcia na dwóch szczelinach powietrznych między wirnikiem a stoja-
nem i napięcia na elementach ferromagnetycznych. Przy małych prądach wzbudzenia If=c1B, gdyż
przenikalność magnetyczna odcinków ferromagnetycznych w tym zakresie jest duża i prawie cały
przepływ maszyny pokonuje reluktancje szczelin powietrznych. Przy małych prądach jest więc Ui =
c3If,, czyli odcinek charakterystyki biegu jałowego jest tu prosty. Przy prądach większych odcinki
ferromagnetyczne podlegają nasyceniu magnetycznemu i prąd If wskutek tego musi wzrastać więcej
niż proporcjonalnie do napięcia Ui. Skutkiem tego charakterystyka oddala się od prostej p (rysunek
2.84).
Kształt charakterystyki biegu jałowego zależy od wielkości szczelin powietrznych maszyny oraz
od charakterystyk magnesowania poszczególnych odcinków ferromagnetycznych. Odcinki ab i bc
(rys. 2.84) są miarą odpowiednio wielkości szczeliny oraz wykorzystania magnetycznego żelaza ma-
szyny. Ponieważ każdy ferromagnetyk ma swoją pętlę histerezy, więc i charakterystyka biegu jałowe-
go ma również pętlę, która jest jednak wąska z uwagi na obecność w obwodzie magnetycznym szcze-
lin powietrznych. Pod pojęciem charakterystyki biegu jałowego rozumie się charakterystykę wypo-
środkowaną.
b. Charakterystyka strat jałowych Po = f(Uo). Pod pojęciem strat jałowych prądnicy synchronicznej
rozumie się sumę strat mechanicznych i strat w żelazie. Straty mechaniczne zależą tylko od prędkości
obrotowej i przy stałej prędkości są stałe. Straty w żelazie zależą od częstotliwości, a więc od prędko-
ści obrotowej (f = p n) i od kwadratu indukcji. Przy stałej prędkości są więc zależne tylko od kwadra-
tu napięcia. Zatem straty jałowe maszyny synchronicznej przy stałej prędkości obrotowej
Po = Pm + Pż = C + C1 Uo2
Wynika stąd, że wykresem Po = f (Uo2) jest linia prosta wyznaczająca w przecięciu z osią strat straty
mechaniczne (rys. 2.85), a wykresem Po = f(Uo) jest parabola podniesiona o wartość strat mechanicz-
nych.
6
6.4. Próba zwarcia pomiarowego
Układ połączeń
Należy skorzystać z układu pomiarowego poprzedniego punktu programu
(rys. 2.82). Zaciski uzwojenia twornika należy zewrzeć w gwiazdę poprzez am-
peromierze, po jednym w każdej fazie (rys. 2.86).
Rozrusznik
W1
A1 +
A2
R1
A1
U
E1
A4 A1
E1 E2
V START
A5
M
GS
W
STOP
A6 =220V
F1 F2 V2
B2
D1
W2 ATr
E2
D2
A3
-
220V B1
Rys.2.86. Schemat układu pomiarowego do próby zwarcia prądnicy synchronicz-
nej
Przebieg pomiarów
Przy niewzbudzonej prądnicy (wyłącznik W2 otwarty) należy dokonać rozruchu zespołu maszy-
nowego, jak w punkcie poprzednim. Rezystorem R1 reguluje się prędkość synchroniczną zespołu i
utrzymuje ją przez cały czas pomiarów.
Zamykając wyłącznik W2 i nastawiając coraz to inne wartości prądu wzbudzenia prądnicy w
zakresie od zera do takiej wartości, przy której prądy zwartego twornika nie przekraczają wartości 1,2
In dokonuje się odczytów wskazań wszystkich mierników oprócz woltomierza V1, który wskazuje
napięcie równe zero.
Wyniki odczytów należy zamieścić w tablicy pokazanej na rys. 2.87.
Po dokonaniu potrzebnych pomiarów należy stwierdzić brak wpływu zmiany prędkości obroto-
wej na prąd zwarcia. W tym celu należy nastawić taką wartość prądu wzbudzenia prądnicy, przy któ-
rej prąd zwarcia jest równy prądowi znamionowemu prądnicy. Przy stałej wartości tego prądu wzbu-
dzenia nalezy zmieniać prędkość obrotową zespołu maszynowego w granicach uwarunkowanych
względami elektrycznymi i mechanicznymi zespołu. Przy zmianach prędkości prądu zwarcia nie po-
winien się zmieniać w sposób widoczny. Należy obserwować wskazania amperomierzy A4, A5 i A6
przy powolnych zmianach prędkości obrotowej prądnicy, a spostrzeżenia zamieścić w sprawozdaniu
podając zakres zmienności prędkości obrotowej, przy której prąd zwarcia nie ulegał wyraznej zmia-
nie.
W tablicy tej:
7
I4 +ð I5 +ð I6
Ik =ð - Å›redni prÄ…d zwarcia,
3
Lp. If I4 I5 I6 Iz I1 U2 I2 Ps
DðPos DðPs DðPo DðPobc DðPu DðPd
A A A A A A V A W W W W W W W
Rys. 2.87. Tablica pomiarów próby zwarcia pomiarowego prądnicy synchronicznej
Ps = U2I2 - moc pobrana przez silnik napędowy,
Pos - straty jałowe silnika odczytane z krzywej Pos = f (If) dla danej wartości prądu wzbudzenia If,
Ps - straty w silniku obliczone z wzoru (6.1),
Pp = Ps - Ps - moc dostarczona prÄ…dnicy,
Pobc = Pp - Pm - straty obciążeniowe prądnicy (Pm - straty mechaniczne wyznaczone w p. 6.3.1.),
2
Pd =ð 3( Ik R1ph +ð "U Ik ) - straty podstawowe (R1ph - rezystancja fazowa uzwojenia twornika
p
podana w p. 6.2, DðUp = 0,2 V - spadek napiÄ™cia na szczotce),
Pd = Pobc - Pu - straty dodatkowe twornika.
Uwaga: Jeżeli wartości strat dodatkowych są małe wobec strat obciążeniowych, to należy je pominąć
i przyjąć Pobc ð Pu .
Opracowanie wyników
W wyniku pomiarów należy narysować:
a) charakterystykÄ™ zwarcia prÄ…dnicy Ik = f(If),
b) charakterystykę strat obciążeniowych Pobc=f(Ik).
Orientacyjne przebiegi tych charakterystyk sÄ… pokazane na rys. 2.88.
Ik=f(If)
Ik [A]
DðPobc=f(If)
In
Ifk If [A]
DðPobc
DðPobcn
Rys. 2.88. Charakterystyki zwarcia i strat obciążeniowych prądnicy synchronicznej
8
Z charakterystyk wykreślonych należy odczytać prąd wzbudzenia prądnicy Ifk oraz straty znamio-
nowe DðPobcn dla prÄ…du znamionowego prÄ…dnicy.
Objaśnienia charakterystyk
a. Charakterystyka zwarcia prÄ…dnicy Ik = f(If). Na rys. 2.89 jest przedstawiony wykres wskazowy
maszyny synchronicznej będącej w stanie zwarcia symetrycznego, pomiarowego. Napięcie indu-
kowane przez wypadkowe pole wirujÄ…ce w uzwojeniu twornika Ui jest sumÄ… czynnej IkR1f i induk-
cyjnej Ik Xr straty napięcia. Na wytworzenie tego napięcia w stanie jałowym potrzebny jest prąd
wzbudzenia Ifo, który można odczytać z charakterystyki biegu jałowego dla danego Ui. Na skutek
oddziaływania twornika, którego przepływ magnetyczny jest w fazie z prądem twornika i działa
bezpośrednio rozmagnesowująco na pole magnetyczne stojana, prąd wzbudzenia If musi być więk-
szy od prądu Ifo w przybliżeniu o wartości Ifr, reprezentującą przepływ oddziaływania twornika.
E0
E
jIkXr
Ifr b Ifo
Iwo Iw
c
Ik
If a
IkR1f 0
Rys. 2.89. Wykres wskazowy prÄ…dnicy synchronicznej dla zwarcia pomiarowego
Wartość napięcia zaindukowanego Ui jest niewielka i nawet przy dużych wartościach prądu Ik
znajduje się jeszcze na prostoliniowej części charakterystyki biegu jałowego. Na skutek tego Ui ~ Ifo, a
ponieważ z drugiej strony Ui = IkZk, gdzie Zk =ð R1f2 +ð Xr2 - jest impedancjÄ… zwarcia, wiÄ™c stÄ…d
Ik~Ifr. Prąd Ifr jest także proporcjonalny do prądu zwarcia. Przy założeniu, że Xr nie ulega zmianie
trójkąt abc przy zmianie prądu zwarcia nie zmienia kierunku boków ab i bc ; każdy z tych boków jest
9
proporcjonalny do prÄ…du zwarcia. Wobec tego i bok trzeci ac =ð Ik musi być także proporcjonalny do
prÄ…du zwarcia. StÄ…d wynika, że wykresem Ik =ð f(If ) jest linia prosta.
b. Charakterystyka strat obciążeniowych DðPobc =ð f(Ik ) . Straty obciążeniowe skÅ‚adajÄ… siÄ™ ze strat w
uzwojeniu twornika oraz ze strat przejścia na szczotkach. Pierwsze z tych strat są proporcjonalne
do kwadratu prądu, zaś drugie - przy założeniu stałej wartości spadku napięcia na szczotce nieza-
leżnego od wartości prądu twornika - są zależne liniowo od tego prądu. Straty przejścia są stosun-
kowo niewielkie. Z tego powodu charakterystyka strat obciążeniowych ma przebieg bardzo bliski
paraboli.
Należy zaznaczyć, że podczas zwarcia pomiarowego moc pobrana przez prądnicę pokrywa jej
straty mechaniczne i obciążeniowe, straty w żelazie są do pominięcia, gdyż będąc proporcjonalne do
kwadratu napięcia Ui , które wynosi kilka procentów napięcia znamionowego, stanowią tylko część
procenta znamionowych strat w żelazie.
6.5. Synchronizacja prÄ…dnicy z sieciÄ…
Układ połączeń
Do synchronizacji prądnicy z siecią służy układ pomiarowy przedstawiony na rys.2.90. Będzie on
wykorzystany również w dalszych punktach programowych ćwiczenia.
Rozrusznik
W1
A2 A1 +
W4
RI W3
R1
A1
U
A1 E1
L1 W1 A4
E1 E2
V START
L2 W2 A5
M
GS
W
V2 STOP
L3 A6 =220V
F1 F2
B2
N
D1
PW V0 PW
E2
D2
V3 V1
W2 ATr
-
B2
A3
220V
Rys. 2.90. Schemat połączeń do synchronizacji i współpracy prądnicy z siecią
Przebieg synchronizacji
Synchronizację przeprowadza się przy pomocy woltomierzy V1, V0 i V3 oraz trzech żarówek
połączonych w układzie na ciemno .
10
Najpierw dokonuje się rozruchu zespołu maszynowego przy nie wzbudzonej prądnicy. Po takim
ustawieniu ślizgacza rezystora R1, przy którym prędkość obrotowa zespołu jest w przybliżeniu równa
prędkości synchronicznej, zamyka się wyłącznik W4 i regulatorem indukcyjnym RJ nastawia się war-
tość napięcia bliską wartości napięcia znamionowego prądnicy (wartość nastawianego napięcia wska-
zuje woltomierz V1). Następnie zamyka się wyłącznik W2 i wzbudza prądnicę do takiego stanu, gdy
napięcie panujące między szczękami wyłącznika W3 i wskazane przez woltomierz V1 uzyska wartość
w przybliżeniu równą napięciu nastawionemu przez regulator indukcyjny.
Idealne zsynchronizowanie prądnicy z siecią zachodzi wtedy, gdy wartości chwilowe napięć w
każdej fazie prądnicy i sieci są sobie równe w każdej chwili. Przy założeniu, że napięcia prądnicy i
sieci są sinusoidalne, równość chwilowych wartości napięć zachodzi przy spełnieniu czterech poniż-
szych warunków. Należy sprawdzić, czy są one spełnione.
1) Wartości skuteczne napięć prądnicy i sieci (po obu stronach wyłącznika W3) powinny być jedna-
kowe. Napięcia te wskazują woltomierze V1 i V2. Należy porównać ze sobą wszystkie napięcia
międzyprzewodowe przy użyciu przełączników woltomierzowych, może się bowiem zdarzyć, że
na którejś fazie wystąpi brak napięcia z powodu np. niepoprawnego układu połączeń. Jeżeli rów-
ność napięć nie zachodzi, to trzeba zmienić wartość napięcia prądnicy lub na regulatorze indukcyj-
nym. Ponieważ regulator ma odwzorowywać sieć, więc poprawniej będzie zmieniać wartość na-
pięcia prądnicy, która musi się dostosować do sieci.
2) Następstwo faz prądnicy powinno być zgodne z następstwem faz sieci. Warunek ten sprawdza się
obserwując jednoczesność zapalania się i gaśnięcia wszystkich żarówek. Jeżeli następstwa faz są
zgodne, to wszystkie żarówki palą się z jednakowym natężeniem lub gasną i zapalają się równo-
cześnie. Jeżeli ta jednoczesność nie występuje, to należy na chwilę otworzyć wyłączniki W2 i W4 i
skrzyżować ze sobą dwie dowolne fazy po jednej lub po drugiej stronie wyłącznika W3. Po za-
mknięciu obu wyłączników zapalanie i gaśnięcie wszystkich żarówek powinno być jednoczesne.
3) Częstotliwość napięcia prądnicy powinna być równa częstotliwości sieci. Warunku tego nie da się
dokładnie w praktyce spełnić, można tylko doprowadzić w przybliżeniu do równości tych często-
tliwości. Miarą różnicy częstotliwości prądnicy i sieci jest częstotliwość zapalania się i gaśnięcia
żarówek. Należy rezystorem R1 doregulować tak prędkość obrotową prądnicy, aby żarówki zapala-
ły się i gasły wolno.
4) Kąt rozchylenia wskazów napięcia prądnicy i sieci powinien być równy zeru. Warunek ten jest
spełniony w momencie całkowitego zgaśnięcia żarówek. Ze względu na bezwładność cieplną włó-
kien żarówek uchwycenie tego momentu na podstawie obserwacji żarówek nie jest możliwe. Dla-
tego rolę wskaznika spełnia dodatkowo woltomierz zerowy V0, który ma celowo rozrzedzoną skalę
w okolicach zera i dzięki temu umożliwia dość dokładne ustalenie chwili, gdy kąt rozchylenia
wskazów jest równy zeru. Wskazówka woltomierza ma swoją bezwładność i spóznia się, dlatego
11
moment napięcia równego zeru występuje trochę wcześniej, niż wskazuje je wskazówka zdążająca
do zera.
Po przeprowadzeniu odpowiednich regulacji zapewniających praktyczne spełnienie powyższych
warunków można zamknąć wyłącznik W3 w momencie, gdy wskazówka woltomierza zerowego V0
zbliża się do zera. Po zamknięciu tego wyłącznika niedokładność synchronizacji zlikwiduje sieć wy-
muszając na prądnicy dokładny bieg synchroniczny wirnika i odpowiedni kąt pracy.
Objaśnienie synchronizacji
Wartości chwilowe napięć trójfazowych są rzutami na oś czasu T wskazów gwiazdy wirującej z
prÄ™dkoÅ›ciÄ… kÄ…towÄ… wð = 2pðf. Jeżeli wartoÅ›ci chwilowe napięć sieci w każdej chwili, to gwiazdy napięć
prądnicy i sieci muszą być jednakowe i muszą pokrywać się ze sobą (rys.2.91a).
Jednakową długość wskazów sprawdza się woltomierzami V1 i V2. Do sprawdzenia czy gwiazdy
się pokrywają, czy nie - służy układ żarówek. Przy synchronizacji na ciemno żarówki są włączone
między odpowiadające sobie fazy, tj. między Up i Us, Vp i Vs oraz Wp i Ws pod warunkiem, że następ-
stwa faz sieci i prądnicy są jednakowe (rys.2.91a). Jeżeli następstwa faz są różne, to wtedy dwie z
żarówek, np. żarówki 2 i 3 (ryss.2.91b) ssą włączone do dwóch różnych faz. Skrzyżowanie ze sobą
dwóch dowolnych faz po dowolnej stronie przełącznika W3 powoduje, że albo wszystkie żarówki
zostają włączone między różne fazy, albo wszystkie pozostają między jednakowymi fazami. W oby-
dwu przypadkach zostaje przywrócona zgodność następstwa faz.
Przy niejednakowych częstotliwościach napięć prądnicy i sieci prędkości kątowe każdej z gwiazd
napięć bÄ™dÄ… inne. WystÄ…pi wtedy wzglÄ™dna prÄ™dkość kÄ…towa wðr = wðp - wðs = 2pð (fp - fs) jednej gwiazdy
względem drugiej powodująca rozchylanie się jednakoimiennych promieni. Przy zgodnym następ-
stwie faz
a)
b)
1 1
T
Up Us Up Us
Ws
Vp Ws
Vp
Wp 2 Vs
Wp Vs
3
3 2
c) d)
DðU1
DðU
Us wðp
Us wðp
Up
wðs wðs Up
Wp
Wp
DðU Ws DðU2 Vs
Vs
Ws
Vp
Vp DðU DðU3
Rys. 2.91. Wzajemne położenie gwiazd napięć sieci i prądnicy:
a) i c) przy zgodnym następstwie faz;
12
b) i d) przy przeciwnym następstwie faz z różnym rozchyleniem promieni
wszystkie żarówki bÄ™dÄ… siÄ™ Å›wiecić pod wpÅ‚ywem jednakowych wartoÅ›ci napięć DðU bÄ™dÄ…cych różni-
cami geometrycznymi jednakoimiennych napięć fazowych (rys.2.91c). Przy coraz dalszym rozsuwa-
niu siÄ™ promieni gwiazd napiÄ™cie DðU bÄ™dzie rosÅ‚o powodujÄ…c coraz jaÅ›niejsze, równoczesne palenie
siÄ™ wszystkich żarówek. NajwiÄ™ksza wartość napiÄ™cia żarówek DðU wynosi 2Uf , a najmniejsza war-
tość jest równa zeru.
Jeżeli nastÄ™pstwo faz jest niejednakowe, to napiÄ™cia DðU sÄ… różne na różnych żarówkach, wskutek
czego żarówki zapalają się i gasną kolejno jedna po drugiej (rys.2.91d).
6.6. Charakterystyki obciążenia
Do pomiarów charakterystyki obciążenia wykorzystuje się układ pomiarowy z rys. 2.90. Pomiary
należy wykonać zaraz po przeprowadzeniu synchronizacji, dla następujących rodzajów obciążeń
prÄ…dnicy:
a) indukcyjnego (cosjð = 0ind),
b) pojemnoÅ›ciowego (cosjð = 0poj),
c) czynnego (cosjð = 1).
Pomiary każdej z powyższych charakterystyk muszą się odbywać przy zachowaniu stałej warto-
ści prądu obciążenia prądnicy. W ćwiczeniu należy przyjąć wartość tego prądu równą wartości prądu
znamionowego.
Objaśnienie procesu regulacji obciążenia prądnicy
W warunkach synchronizacji wskazy napięcia prądnicy i napięcia sieci są ze sobą w fazie i mają
jednakowe wartości. W tym stanie maszyna synchroniczna nie oddaje żadnej energii do sieci, ani jej z
sieci nie pobiera, sieć utrzymuje jednak maszynę w synchronizmie. Silnik napędowy maszyny syn-
chronicznej dostarcza jej niewielką moc potrzebną na pokrycie strat jałowych prądnicy, tj. strat me-
chanicznych i strat w żelazie.
Moc czynnÄ… oddawanÄ… przez maszynÄ™ (praca prÄ…dnicowa) lub przez niÄ… pobieranÄ… (praca silni-
kowa) reguluje się zmianą momentu napędowego silnika. Moment maszyny zwiększa się przez pozor-
ne zwiększenie prędkości obrotowej silnika (zwiększenie oporu rezystora R1 na rys.2.90), a zmniejsza
się przez zmniejszenie prędkości. Moc bierną prądnicy zmienia się poprzez zmianę prądu wzbudzenia
maszyny synchronicznej.
Jeżeli w maszynie idealnie zsynchronizowanej z siecią zostanie zwiększony prąd wzbudzenia, to
wzrośnie strumień pola wirującego. Skutkiem tego zostanie zwiększone napięcie indukowane. Różni-
13
ca geometryczna tego napięcia i napięcia sieci musi być skompensowana wewnętrznym spadkiem
napięcia maszyny. Na skutek zwiększonego strumienia wzrosną straty w żelazie, pojawią się również
straty obciążeniowe. Jeżeli moment silnika napędowego pozostanie bez zmiany, to zwyżkę strat w
maszynie musi pokryć moc pobrana z sieci. Na skutek tego maszyna w takim stanie będzie pracować
jako silnik i równocześnie jako kompensator (rys.2.92a).
a) b)
jIXr
jIXr
-Ep
-Ep
Us
Us
pð
jð =ð
jð
2
I
I
Rys.2.92. Wykresy wskazowe maszyny synchronicznej przewzbudzonej pracujÄ…cej z sieciÄ…:
a) praca silnikowa, b) praca kompensatorowa
Gdy maszyna ma pracować przy cosjð = 0ind, to równoczeÅ›nie ze wzrostem prÄ…du wzbudzenia
prądnicy należy nieco zmniejszyć prąd wzbudzenia silnika napędowego do takiego stopnia, aby wska-
zania watomierzy W1 i W2 (rys.2.90) były jednakowe i miały przeciwne znaki. Wtedy wskazy napięcia
prądnicy i napięcia sieci będą ze sobą w fazie (rys.2.92b). Przy zmniejszaniu prądu wzbudzenia prąd-
nicy ze wzbudzeniem silnika napędowego należy postępować odwrotnie.
W celu obciążenia prądnicy mocą pojemnościową należy maszynę synchroniczną niedowzbu-
dzić, czyli wychodząc ze stanu idealnego zsynchronizowania należy wzbudzenie jej zmniejszyć. Wte-
dy wewnętrzna strata napięcia prądnicy uzyska kierunek przeciwny do straty przy obciążeniu induk-
cyjnym i wskutek tego prąd prądnicy, proporcjonalny do tej straty i spózniający się względem niej o
kÄ…t pð/2, stanie siÄ™ prÄ…dem pojemnoÅ›ciowym (rys.2.93a). Przy oddawaniu tylko energii pojemnoÅ›cio-
wej przez prądnicę wskazania watomierzy W1 i W2 muszą być jednakowe i przeciwne - nie tylko
względem siebie ale również w stosunku do wskazań przy obciążeniu mocą czysto indukcyjną.
14
jIXr
jIXr
jIXr
Us
Us
-Ep I Us
-Ep
jð
-Ep I
dð
jð=ð0ð
pð
dð
jð =ð
2
I
Rys. 2.93. Wykresy wskazowe maszyny synchronicznej współpracującej z siecią:
a) praca przy obciążeniu pojemnościowym;
b) przy obciążeniu czynno-pojemnościowym;
c) przy obciążeniu czynnym.
Celem obciążenia prądnicy mocą czynną należy zwiększyć moment napędowy silnika. Na skutek
tego wirnik prÄ…dnicy uzyska chwilowe przyÅ›pieszenie i zostanie przesuniÄ™ty do przodu o kÄ…t mocy dð.
Wskutek tego i wskaz napięcia prądnicy związany z polem wirującym wirnika przesunie się wzglę-
dem wskazu napiÄ™cia o ten sam kÄ…t dð. Rozchylenie siÄ™ tych wskazów stworzy wewnÄ™trznÄ… stratÄ™ na-
pięcia, która spowoduje przepływ prądu oddawanego przez prądnicę (rys.2.93b). Prąd ten będzie prą-
dem czynno-pojemnościowym. Chcąc spowodować oddawanie przez prądnicę tylko mocy czynnej
należy jÄ… równoczeÅ›nie trochÄ™ dowzbudzać (rys.2.93c); dla cosjð = 1 wskazania watomierzy sÄ… jedna-
kowe i majÄ… ten sam znak.
Z powyższego opisu wynika, że chcąc zachować stały współczynnik mocy prądnicy należy rów-
nocześnie regulować wzbudzenie prądnicy i moment mechaniczny silnika napędowego.
Przebieg pomiarów
Przy dokonywaniu pomiarów wszystkich charakterystyk obciążenia wychodzi się ze stanu zsyn-
chronizowania prÄ…dnicy z sieciÄ….
Pomiary należy rozpocząć od pomiarów charakterystyki obciążenia przy obciążeniu czysto in-
dukcyjnym. W tym celu należy zwiększyć napięcie na regulatorze indukcyjnym do wartości około 1, 2
napięcia znamionowego prądnicy w sposób powolny i równocześnie zwiększyć odpowiednio prąd
wzbudzenia prądnicy tak, aby wskazania amperomierzy A4, A5 i A6 były w przybliżeniu równe zero.
W ten sposób dochodzi się do stanu zsynchronizowania prądnicy z siecią przy wyższym napięciu.
Wzbudzenie prądnicy należy zwiększyć dotąd, aż prądy wskazane przez amperomierze A4, A5, A6
dadzą wartość średnią ich wskazań równą prądowi znamionowemu prądnicy. Następnie zwiększa się
opór R1 do takiej wartości, przy której wskazania watomierzy W1 i W2 są jednakowe, ale mają prze-
15
ciwne znaki. Podczas tej regulacji prąd obciążenia trochę się zmniejszy, należy go skorygować zwięk-
szeniem wzbudzenia prÄ…dnicy. DokÅ‚adne nastawienie prÄ…du obciążenia prÄ…dnicy i cosjð = 0ind wymaga
kilku korektur prądu wzbudzenia prądnicy i rezystora R1. Po możliwie dokładnym nastawieniu prądu
znamionowego i skorygowaniu wartoÅ›ci cosjð = 0ind dokonuje siÄ™ odczytów wskazaÅ„ na odpowiednich
miernikach. W ten sposób otrzymuje się pierwszy punkt charakterystyki obciążenia.
Następne punkty pomiarowe wykonuje się dla napięć coraz niższych. Przechodząc do każdego
następnego punktu pomiarowego zmniejsza się najpierw napięcie regulatora i równocześnie zmniejsza
się prąd wzbudzenia prądnicy, następnie zmniejsza się wartość oporu rezystora R1. Postępując w ten
sposób można wykonać pomiary dla każdego napięcia.
W celu dokonania pomiarów dla charakterystyki obciążenia czysto pojemnościowego postępuje
się podobnie z tą jednakże różnicą, że pierwszy pomiar wykonuje się przy napięciu znacznie wyż-
szym, niż przy obciążeniu indukcyjnym. Napięcie to powinno mieć wartość równą ok. 1,4U . Po
n
nastawieniu tego napięcia zmniejsza się prąd wzbudzenia prądnicy. Na skutek zmniejszenia strumie-
nia straty w żelazie zmaleją, jednak sumaryczne straty maszyny wzrosną, gdyż do strat w żelazie doj-
dą straty obciążeniowe. Wskutek tego przy pierwszym obciążeniu prądnicy prądem znamionowym o
charakterze pojemnościowym należy zwiększyć moment napędowy silnika. Przy dalszych pomiarach
podczas zmniejszania prądu wzbudzenia moment obrotowy silnika napędowego należy zmniejszać.
Przy obciążeniu czysto pojemnościowym prądnicy można zdjąć charakterystykę tylko w niewielkim
zakresie odpowiadającym pracy statecznej. Po zauważeniu, że maszyna zaczyna wypadać z synchro-
nizmu (wahania wskazówek amperomierzy A4, A5 i A6) należy ją odłączyć od sieci wyłącznikiem W3.
Po ewentualnym zsynchronizowaniu powtórnym prądnicy z siecią przystępuje się do pomiarów
charakterystyki obciążenia przy cosjð = 1. W tym celu doprowadza siÄ™ napiÄ™cie prÄ…dnicy do wartoÅ›ci
ok. 1,2U . Obciążenie czynne uzyskuje siÄ™ zwiÄ™kszajÄ…c wartość oporu rezystora R1, a warunek cosjð
n
= 1 uzyskuje się zwiększając odpowiednio prąd wzbudzenia prądnicy.
Wyniki pomiarów dla wszystkich charakterystyk obciążenia należy zestawić w tablicy pokazanej
na rys.2.94.
Lp. U1=U2 If I4 I5 I6 I cw P
að1 að2 að1+að2 cosjð
V A A A A A dz dz W/dz dz W -
Rys.2.94. Tablica pomiarów charakterystyk obciążenia prądnicy synchronicznej
W tablicy tej:
16
I4 +ð I5 +ð I6
I=ð - Å›redni prÄ…d przewody prÄ…dnicy,
3
P =ð (að1 +ð að )cw - moc oddawana przez prÄ…dnicÄ™,
2
P
cosjð=ð - współczynnik mocy.
3U1I
Opracowanie wyników
Należy wykreślić na wspólnym rysunku następujące charakterystyki obciążenia:
a) U=ð f(If ) przy I=ðIn =ðconst i cosjð = 0ind,
b) U=ð f(If ) przy I=ðIn =ðconst i cosjð = 1,
c) U=ð f(If ) przy I =ðIn =ðconst i cosjð = 0poj.
Przykładowe charakterystyki są pokazane na rys.2.95.
cosjð=0poj
[V]
U
c' b'
a
c
b
Ifr
If
0 Ifz, Ifo
[A]
Rys.2.95. Charakterystyki obciążenia prÄ…dnicy synchronicznej a) U=ð f(If ) przy I=ðconst
i cosjð = const.
Objaśnienie charakterystyk
17
1
=
jð
d
s
n
0
i
o
=
c
jð
s
o
c
)
f
I
(
f
=
0
E
Z rys.2.92b. widać, że przy obciążeniu czysto indukcyjnym napięcie prądnicy jest równe w przy-
bliżeniu różnicy arytmetycznej napięcia Ui i indukcyjnej wewnętrznej straty napięcia IX ( w przy-
r
bliżeniu - dlatego, że przy sporządzaniu tego wykresu pominięto rezystancję uzwojenia twornika).
Ponieważ prąd I ma wartość stałą podczas pomiarów, więc różnica ta jest stała dla każdego prądu
wzbudzenia If. Zatem dla otrzymania napięcia U należy odjąć od napięcia U odcinek
o
ab=ðIX (rys.2.95). Przy obciążeniu indukcyjnym oddziaÅ‚ywanie twornika ma charakter rozmagneso-
r
wujący i dlatego prąd wzbudzenia musi być większy o prąd Ifr od prądu Ifo odpowiadającego napięciu
prądnicy przy biegu jałowym. Prąd Ifr (odcinek ab na rys.295) ma wartość stałą, gdyż prąd obciążenia
prądnicy jest stały podczas pomiarów. Powstały trójkąt abc (zwany trójkątem Potiera) jest jednakowy
dla wszystkich napięć. Dla otrzymania charakterystyki obciążenia indukcyjnego należy przesunąć
trójkąt Potiera wierzchołkiem a po charakterystyce biegu jałowego, wówczas wierzchołek c wykreśli
charakterystykę obciążenia.
Przy obciążeniu czysto pojemnościowym prądnicy (przy zachowaniu tej samej wartości prądu
prądnicy) charakterystykę obciążenia otrzymuje się przez przesuwanie po charakterystyce biegu jało-
wego takiego samego co do wielkości trójkąta Potiera lecz odwróconego do góry (trójkąt a b c na
rys.2.95). Konieczność odwrócenia tego trójkąta wynika z faktu, że przy obciążeniu pojemnościowym
oddziaływanie twornika prądnicy jest domagnesowujące, a napięcie jest większe od napięcia prądnicy
o stratÄ™ indukcyjnÄ… IX (rys.2.93a).
r
Przy innych wartościach prądu obciążenia prądnicy boki trójkąta Potiera ulegają proporcjonalnej
zmianie. Charakterystyki obciążenia otrzymuje się także przez przesuwanie trójkąta Potiera.
Charakterystyka obciążenia czynnego ma przebieg wynikający z analizy wykresu wskazowego
pokazanego na rys.2.93c. Przy tym obciążeniu twornik oddziaływuje w strefie międzybiegunowej
prądnicy, różnica napięcia prądnicy i napięcia sieci nie jest już różnicą arytmetyczną. Dlatego pojęcie
trójkąta Potiera traci tu sens.
Wszystkie charakterystyki obciążenia pomierzone przy różnych prądach obciążenia prądnicy i
przy różnych współczynnikach mocy majÄ… wspólny punkt poczÄ…tkowy dla U=ð0 , odpowiada on zwar-
ciu maszyny. W tym stanie maszyna pracuje na siebie .
6.7. Wyznaczenie trójkąta Potiera, znamionowego prądu wzbudzenia i
zmienności napięcia
18
Wyznaczenie powyższych wielkości dokonuje się metodami graficznymi.
Trójkąt Potiera wyznacza się metodą Fischer-Hinnena. W tym celu powtarza się wykres charaktery-
styki biegu jałowego (rys.2.96) z rys.2.84. Na wykresie tym zaznacza się punkt A odpowiadający
napięciu znamionowemu prądnicy i prądowi wzbudzenia odczytanemu z charakterystyki obciążenia
przy cosjð = 0ind (rys.2.95). Z charakterystyki zwarcia (rys.2.88) odczytuje siÄ™ prÄ…d Iwz odpowiadajÄ…cy
prądowi znamionowemu prądnicy i odkłada się go w lewo od punktu A. .
k
Eo=f(If)
[V]
U
C
M
F
N
A
Un
B
D
L
H
jð=ðjðn
If
E
G
[A]
0
Ifo K Ifn
Rys.2.96. Konstrukcja graficzna do wyznaczenia trójkąta Potiera metodą Fischer-Hinnena
oraz znamionowego prÄ…du wzbudzenia metodÄ… wykresu szwedzkiego
Otrzymuje się punkt B, przez który prowadzi się prostą k, równoległą do początkowej, prostoliniowej
części charakterystyki biegu jałowego. Na przecięciu tej prostej z charakterystyką biegu jałowego
otrzymuje się punkt C, z którego spuszcza się prostopadłą do odcinka AB uzyskując punkt D. Aącząc
punkt C z punktem A otrzymuje się trójkąt ACD, który jest poszukiwanym trójkątem Potiera. Należy
obliczyć reaktancję rozproszenia Xr według wzoru:
CD[ðV]ð
X =ð
r
3I
n
Należy również odczytać wartość prądu Ifr odpowiadającą odcinkowi AD , który jest miarą oddziały-
wania twornika przy prÄ…dzie znamionowym.
19
Do wyznaczenia znamionowego prÄ…du wzbudzenia stosuje siÄ™ metodÄ™ wykresu szwedzkiego.
Konstrukcję graficzną wykonuje się na poprzednim rysunku (rys.2.96). Rzutując punkt F położony na
charakterystyce biegu jałowego i odpowiadający napięciu znamionowemu na oś odciętych znajduje
siÄ™ prÄ…d
Ifo. W punkcie E wystawia siÄ™ prostopadÅ‚Ä… i na niej odkÅ‚ada siÄ™ odcinek EH =ð 1,05BA . AÄ…czy siÄ™
punkty G i H ze sobą. Prowadzi się symetralną odcinka GH , przecina się ona z osią odciętych w
punkcie K. Z punktu tego zakreśla się łuk HG koła o promieniu KG . Z punktu E prowadzi się pod
kÄ…tem jðn w stosunku do odcinka EH odcinek EL . AÄ…czy siÄ™ punkty 0 z L i odcinek OL obraca siÄ™ na
oÅ› odciÄ™tych. Jego dÅ‚ugość jest miarÄ… znamionowego prÄ…du wzbudzenia Ifn dla cosjðn, U iI . W
n n
sprawozdaniu należy podać wartość wyznaczonego prądu wzbudzenia.
Metodą wykresu szwedzkiego można wyznaczyć prąd wzbudzenia dla dowolnego napięcia prąd-
nicy, dowolnego prądu obciążenia i również dowolnego współczynnika mocy. Przy obciążeniu po-
jemnościowym kąt należy odkładać po lewej stronie odcinka EH .
Celem wyznaczenia zmienności napięcia prądnicy w punkcie Ifm wystawia się prostą, prostopadłą
od osi odciętych. Odcinek MN jest miarą zmiany napięcia w woltach, jaka zachodzi przy odciążeniu
prądnicy do zera przy niezmiennym prądzie wzbudzenia. Znamionowa zmienność napięcia
MN
Dðu = 100%
AG
Zmienność napięcia prądnic synchronicznych jest duża i może dochodzić do 40%.
W sprawozdaniu należy zamieścić rysunek zgodny z rysunkiem 2.96 oraz obliczyć i podać: Xr,
Ifn, Dðu.
6.8. Wyznaczenie charakterystycznych parametrów oporowych maszyny synchronicznej
Maszyna synchroniczna zachowuje się różnie w różnych warunkach pracy. Maszyna może się
znalezć w stanie:
a) pracy symetrycznej (lub ustalonego zwarcia symetrycznego),
b) pracy niesymetrycznej (lub ustalonego zwarcia niesymetrycznego),
c) przejściowym podczas zwarcia.
Reakcje maszyny na te różne stany symbolizują odpowiednie reaktancje. Niżej zostaną omówio-
ne i podane metody wyznaczania tych wielkości.
20
6.8.1. Parametry w stanie pracy ustalonej symetrycznej
Parametrami charakterystycznymi w stanie pracy ustalonej, symetrycznej maszyny synchronicz-
nej sÄ…:
a) rezystancja uzwojenia fazowego twornika,
b) rezystancja uzwojenia wzbudzenia,
c) reaktancja rozproszenia w uzwojeniu twornika,
d) reaktancje synchroniczne, podłużna i poprzeczna.
Rezystancja uzwojenia fazowego twornika jest rozumiana jako rezystancja danej fazy pomierzo-
na prądem stałym i odniesiona do temperatury umownej 75oC. Otrzymane w p.6.2. rezystancje fazowe
pomierzone w temperaturze Jðo należy przeliczyć wg wzoru:
235+ð75
R =ð R
1ph 1ph
235+ð Jðo
75
i zamieścić w sprawozdaniu.
Dla otrzymania rezystancji uzwojenia wzbudzającego należy rezystancję tego uzwojenia wyzna-
czoną w p.6.2 również przeliczyć na temperaturę 75o,
235 +ð 75
R =ð R
w w
235 +ð Jð
75
o
Wartość tak obliczoną należy również podać w sprawozdaniu.
Reaktancje rozproszenia należy przyjąć jako równą reaktancji obliczonej z trójkąta Potiera w
p.6.7. Należy ją powtórzyć w sprawozdaniu.
Reaktancje synchroniczne podłużną i poprzeczną wyznacza się metodą biegu asynchronicznego
wirnika, która to metoda będzie opisana w ćwiczeniu 7. W tym ćwiczeniu należy wyznaczyć tylko
reaktancję podłużną na podstawie wyników próby biegu jałowego i charakterystyki zwarcia. W stanie
zwarcia strumień oddziaływania twornika działa w osi podłużnej i dlatego w tym stanie występuje
tylko reaktancja synchroniczna podłużna. Zgodnie z przyjętą definicją reaktancji synchronicznej
Ui
Xd =ð
I
gdzie Ui - napięcie indukowane odczytane z charakterystyki biegu jałowego (rys.2.84) dla prądu
wzbudzenia If wyznaczonego z charakterystyki zwarcia (rys.2.88) dla danego prÄ…du I .
Należy przyjąć szereg wartości prądu obciążenia maszyny I , dla każdej wartości odczytać z cha-
rakterystyki zwarcia wartość prądu wzbudzenia If, a następnie z charakterystyki biegu jałowego od-
21
czytać napięcie Ui i obliczyć według ostatniego wzoru odpowiadający szeregowi wartości prądu
I szereg wartości Xd. Wyniki odczytów oraz obliczeń należy zestawić w tablicy pokazanej na
rys.2.97.
Xd
I
If Ui
A A V
Wð
Rys.2.97. Tablica obliczeń reaktancji synchronicznej podłużnej
Na podstawie wyników z tej tablicy należy wykonać wykres Xd = f(If). Wykres ten ma przebieg
opadający ze wzrostem prądu wzbudzenia (rys.2.98) ze względu na magnetyczne nasycenie się części
ferromagnetycznych prÄ…dnicy.
Xd [ðWð]ð
[A]
If
0
Rys.2.98. Wykres reaktancji synchronicznej podłużnej w zależności od prądu wzbudzenia
6.8.2. Parametry w stanie pracy ustalonej niesymetrycznej
Podczas pracy niesymetrycznej prądnicy w stanie ustalonym niesymetryczny układ prądów moż-
na traktować jako sumę geometryczną składowych zgodnej, przeciwnej i zerowej.
Składowa zgodna odpowiada układowi normalnemu wskazów i dlatego parametry oporowe ma-
szyny dla tej składowej są identyczne z parametrami wyznaczonymi dla pracy symetrycznej.
22
Składowa przeciwna prądu wytwarza strumień wirujący w stosunku do wirnika z przeciwną
prędkością synchroniczną, czyli w stosunku do magnesów prędkość ta jest podwójnie synchroniczna.
W wyniku tak dużej prędkości pola tej składowej względem masywnych biegunów wytwarzane są w
nich oraz w uzwojeniu wzbudzenia dodatkowe, duże straty.
Impedancję i jej składowe dla składowej przeciwnej można wyznaczyć jedną z dwóch metod, a
mianowicie z próby dwufazowego zwarcia ustalonego lub z próby biegu maszyny w kierunku prze-
ciwnym do pola wirującego twornika. W tym ćwiczeniu należy zastosować metodę drugą.
Próby dokonuje się w układzie pomiarowym z rys.2.90. Zaciski F1 i F2 uzwojenia wzbudzającego
zwiera się ze sobą. Wirnik badanej maszyny synchronicznej napędza się silnikiem napędowym z
prędkością synchroniczną. Krzyżuje się odpowiednio fazy uzwojenia twornika z fazami napięcia regu-
latora indukcyjnego, tak aby pole wirujące twornika miało kierunek przeciwny do kierunku wirowania
wirnika. Dla sprawdzenia, czy ten warunek jest spełniony, należy zamknąć wyłącznik W3 po uprzed-
nim nastawieniu napięcia na regulatorze na wartość równą zero i zwiększać powoli napięcie wyjścio-
we regulatora. Jeżeli skrzyżowanie faz jest poprawne, to przy małym napięciu popłyną duże prądy.
Przy prądach fazowych bliskich wartości znamionowego prądu odczytuje się wskazania ampe-
romierzy, woltomierzy i watomierzy. Do obliczeń bierze się średnie wartości prądów i napięć. Należy
obliczyć
- impedancję dla składowej przeciwnej
U
Z =ð ,
2
3I
- rezystancję dla składowej przeciwnej
( að1 +ð að2 )cw
R =ð ,
2
3I2
- reaktancję dla składowej przeciwnej
2 2
X =ð Z -ð R
2 2 2
Obliczenia należy zamieścić w sprawozdaniu.
Składowa zerowa prądu ma jednakową fazę w uzwojeniach fazowych twornika. Płynąć ona może
tylko wtedy, gdy uzwojenia fazowe sÄ… skojarzone w gwiazdÄ™ z wyprowadzonym punktem zerowym.
23
Prądy składowej zerowej dają w każdej fazie pola jednakofazowe, tętniące. W wyniku dodania tych
pól otrzymuje się pole wypadkowe równe zeru. Składowa zerowa nie ma więc wpływu na bieguny.
W celu wyznaczenia parametrów dla tej składowej należy zasilić wszystkie
uzwojenia fazowe twornika ze zródła prądu jednofazowego.
Układ połączeń
Pomiary będą przeprowadzane w układzie pokazanym na rysunku 2.99. Zamiast budować ten
układ, wystarczy dokonać odpowiednich zmian połączeń w układzie z rys.2.90. W tym celu należy
zewrzeć zaciski uzwojenia wzbudzającego oraz zaciski U, V, W twornika, a jedno napięcie między-
przewodowe regulatora indukcyjnego włączyć między dowolny zacisk fazowy twornika a zacisk ze-
rowy.
W
RI
U
L1
V
L2 A4 W2
GS
V3 W
L3
F1 F2
N
Rys.2.99. Układ pomiarowy do wyznaczania parametrów oporowych prądnicy dla skła-
dowej zerowej
Przebieg pomiarów
Podczas pomiarów wirnik maszyny jest w zasadzie nieruchomy. Po nastawieniu napięcia na re-
gulatorze indukcyjnym na wartość równą zero zamyka się wyłącznik W i podwyższa napięcie do ta-
kiej wartości (kilka procent napięcia znamionowego), przy której prąd wskazany przez amperomierz
jest nie mniejszy od prądu znamionowego i nie większy od potrójnej wartości prądu znamionowego
prądnicy. Następnie obraca się wolno wał prądnicy i obserwuje się wskazania amperomierza. Jeżeli
wskazania te zmieniają się podczas obrotu wirnika, to do obliczeń bierze się wartość średnią. Ponadto
odczytuje się wskazania watomierza, woltomierza i amperomierza, a następnie oblicza
- impedancję dla składowej zerowej
3U
Z =ð ,
o
I
- rezystancję dla składowej zerowej
24
3aðc
w
R =ð ,
o
2
I
- reaktancję dla składowej zerowej
2 2
X =ð Z -ð R
o o o
Wyniki pomiarów i obliczeń należy zamieścić w sprawozdaniu.
6.8.3. Zestawienie parametrów oporowych
Wyznaczone parametry oporowe należy zestawić w tablicy, jak na rys.2.100. Ponieważ wartości
bezwzględne nie są miarodajne do porównania własności różnych maszyn, więc w energetyce przyję-
to określać wszystkie wielkości w jednostkach względnych odniesionych do impedancji znamionowej
maszyny.
R1f Rw Xr Xd Xq R2 X2 Ro Xo
Wð
-
Rys.2.100. Zestawienie parametrów oporowych prądnicy synchronicznej
U
n
Z =ð
n
3I
n
W tablicy należy podać również wartości względne poszczególnych oporów.
Zakres pytań na kolokwium ustne
a) teorii prÄ…dnicy synchronicznej,
b) przepisów normy PN-65/E-06000 dotyczących maszyn synchronicznych.
25
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Bad synchwos prPR0114 Sonderablauf RoboterauslastungMobilerFräsermatematyka prCKE 07 Oryginalny arkusz maturalny PR Fizykabiologia pr odpGlee S01E17 Bad Reputation 720p WEB DL DD5 1 h 264 LP(1)pr przykladowe pytaniawięcej podobnych podstron