L-03	Dec Zbigniew Foltman Jarosław Gromala Marcin Iwoński Sylwester Joniec Wojciech

Rzeszów, 12.01.2006

Maszyny Elektryczne I

Sprawozdanie z laboratorium

Temat: Generator synchroniczny.

Program ćwiczenia:

1. Zapoznanie się z budową i danymi znamionowymi generatora.

2. Praca samotna generatora:

• Pomiar charakterystyki biegu jałowego:
  

• Pomiar charakterystyki zwarcia trójfazowego:
  

• Pomiar charakterystyki zewnętrznej:
  

• Pomiar charakterystyki regulacji:
  

Praca generatora na sieć sztywną:

• Przeprowadzanie synchronizacji

• Pomiar krzywych „V”:
  

1. Dane znamionowe generatora.

2.1. Schemat układu pomiarowego.

2.2. Pomiar charakterystyki biegu jałowego.

Pomiaru napięcia nieobciążonego generatora dokonywaliśmy dla narastających wartości prądu wzbudzenia, po osiągnięciu napięcia 227 [V] musieliśmy zaniechać zwiększania prądu wzbudzenia ze względu na zakres napięciowy elektronicznego miernika używanego w ćwiczeniu. Następnie obniżaliśmy prąd wzbudzenia, dzięki czemu uzyskaliśmy obraz oddziaływania histerezy magnetycznej.

2.2.1. Tabela pomiarów:

[A]	[V]	[V]	[V]	[V]
0	16,9	16,9	16,9	16,9
0,35	51,1	51,2	51,1	51,1
0,6	80,4	80,4	80,7	80,5
0,8	106	106	106,4	106,1
0,95	124,7	124,7	124,9	124,8
1,2	148	148	148,2	148,1
1,65	182	181,8	181,7	181,8
2,25	210	210	210	210,0
2,8	227	227	227,1	227,0
1,95	202,8	202,6	202,6	202,7
1,5	181	180,8	181	180,9
1,1	150,5	150,3	150,5	150,4
0,65	100,1	100,2	100,7	100,3
0,3	60	59,9	59,7	59,9
0	17	17	17	27,0

2.2.2. Charakterystyka biegu jałowego:

2.3. Pomiar charakterystyki zwarcia trójfazowego.

Wyznaczaliśmy charakterystykę zwarcia symetrycznego w układzie jak na schemacie przy impedancji obciążenia równej zero. Maszynę napędziliśmy do prędkości znamionowej. Pomiary rozpoczęliśmy od takiej wartości prądu wzbudzenia, aby prąd twornika był znamionowy. Następnie zmniejszaliśmy prąd wzbudzenia.

2.3.1. Tabela pomiarów:

[A]	[A]	[A]	[A]	[A]
4,3	29,12	29,11	29,31	29,2
3,65	24,5	24,7	24,2	24,5
3,1	21	21,2	21,3	21,2
2,6	17,6	17,7	17,8	17,7
1,95	13,5	13,4	13,5	13,5
1,4	9,4	9,1	9,3	9,3
0,8	5,7	5,9	5,8	5,8
0,1	0,91	0,83	0,87	0,9
0	0,78	0,73	0,8	0,8

2.2.2. Charakterystyka zwarcia.

2.4. Pomiar charakterystyki zewnętrznej.

Charakterystykę zewnętrzną sporządzaliśmy, napędzając prądnicę za stałą, znamionową prędkością obrotową. W stanie jałowym wzbudzaliśmy prądnicę do napięcia znamionowego, a następnie kolejno zwiększaliśmy prąd obciążenia.

2.4.1. Tabela pomiarów:

U1	U2	U3	I1	I2	I3	Uśr	Iśr
[V]	[V]	[V]	[A]	[A]	[A]	[V]	[A]
162,5	162,2	162,1	0	0	0	162,3	0,00
152	153,1	154,5	4,53	3,97	4,54	153,2	4,35
137	139	140	6,2	5,6	6,2	138,7	6,00
128,7	129	129,2	7,65	7,4	7,74	129,0	7,60
122,5	123,7	124,5	7,95	7,69	8,13	123,6	7,92
107	108	108,1	8,9	8,7	9	107,7	8,87
85,5	86,1	86	9,5	9,5	9,6	85,9	9,53
71,4	71,5	71	9,7	9,8	9,8	71,3	9,77
59,7	59,8	59,2	9,8	9,85	9,85	59,6	9,83

2.4.2. Charakterystyka zewnętrzna.

2.5. Pomiar charakterystyki regulacji.

W czasie pomiarów napędzaliśmy prądnicę ze stałą prędkością obrotową. Pomiar rozpoczęliśmy od stanu jałowego, wzbudzając prądnicę do napięcia 160 [V]. Następnie zwiększaliśmy prąd obciążenia i tak regulowaliśmy prądem wzbudzenia, aby napięcie nie ulegało zmianie.

2.5.1. Tabela pomiarów:

If	I1	I2	I3	Iśr
[A]	[A]	[A]	[A]	[A]
1,3	0	0	0	0
1,5	4,14	2,82	4,24	3,73
1,6	5,91	4,61	5,96	5,49
1,7	7,24	5,6	7,45	6,76
1,8	8,85	7,42	8,94	8,40
1,9	10	8,31	10,03	9,45
2,1	11,84	10,64	12,07	11,52
2,3	13,24	11,65	13,51	12,80
2,5	15,16	14,14	15,33	14,88

2.5.2. Charakterystyka regulacji.

3. Praca na sieć sztywną.

3.1. Przeprowadzanie synchronizacji.

Po spełnieniu warunków wymaganych do podłączenia generatora do sieci sztywnej, tj:

- kolejność faz napięć prądnicy i sieci musi być taka sama;

- wartości skuteczne napięć prądnicy i sieci powinny być jednakowe;

- częstotliwość napięć prądnicy i sieci powinna być jednakowa;

- odpowiadające sobie napięcia prądnicy i sieci powinny być ze sobą w fazie;

dokonaliśmy załączenia. W tym stanie pracy prąd i moc prądnicy były równe zeru.

3.2. Pomiar krzywych `V'.

Pomiarów krzywych `V', czyli I = f(I_f) oraz cos fi = f(I_f), dokonaliśmy dla dwóch różnych wartości mocy czynnej.

3.2.1. Tabela pomiarów:

P=2,6 [kW]				P=4,5 [kW]
If	I	cos fi		If	I	cos fi
[A]	[A]	-		[A]	[A]	-
7,45	20,18	0,183	i	7,4	19,1	0,33	i
6,9	18,34	0,206	i	6,5	16,05	0,42	i
6,05	15,13	0,283	i	5,6	12,9	0,473	i
4,95	10,6	0,304	i	4,6	9,55	0,671	i
4,05	6,88	0,585	i	3,55	7,41	0,936	i
3	3,5	0,982	i	3,2	6,91	0,991	i
2,8	3,76	0,942	p	2,9	6,9	0,982	p
2,5	5,34	0,783	p	2,5	7,54	0,895	p
1,95	7,27	0,527	p	2	8,63	0,734	p
1,4	10,13	0,364	p	1,65	10,62	0,586	p
0,75	13,4	0,223	p

3.2.2. Krzywe `V'.

4. Podsumowanie i wnioski.

4.1.Praca samotna generatora synchronicznego

a) charakterystyka biegu jałowego generatora synchronicznego

Charakterystyka biegu jałowego ma inny przebieg przy zwiększaniu prądu wzbudzenia, a inny przy zmniejszaniu. Dzieje się tak na skutek histerezy magnetycznej rdzenia żelaznego. Charakterystyka w początkowym zakresie ma przebieg prostoliniowy. Jest to spowodowane dużą szczeliną powietrzną na drodze strumienia magnetycznego, a powietrze jest środowiskiem o stałej przenikalności magnetycznej. Powyżej pewnej wartości prądu wzbudzenia charakterystyka zaczyna się zakrzywiać jest to spowodowane nasycaniem się rdzenia maszyny.

b) charakterystyka zwarcia symetrycznego

Charakterystyka jest liniowa wskutek małego nasycenia obwodu magnetycznego. Na naszej charakterystyce nie dokonywaliśmy przesunięcia krzywej równolegle do początku układu współrzędnych, jak to zaleca instrukcja, gdyż wpływ pozostałości magnetycznej jest bardzo słabo widoczny. Wartość znamionowego prądu wzbudzenia przy zwarciu, odczytana z wykresu wynosi I_fzN = 4,25[A].

c) charakterystyka zewnętrzna generatora synchronicznego

Na charakterystyce tej widać, że wraz ze wzrostem prądu twornika zmniejsza się napięcie na zaciskach prądnicy. Jest to spowodowane tym, że wraz ze wzrostem prądu wzrasta spadek napięcia na reaktancji uzwojenia stojana, co przy stałym napięciu indukowanym na tworniku powoduje zmniejszenie się napięcia na zaciskach prądnicy.

d) charakterystyka regulacyjna generatora synchronicznego

Przebieg tej charakterystyki jest związany z przebiegiem charakterystyki zewnętrznej. Widać na niej, że wraz ze wzrostem prądu twornika napięcie na zaciskach prądnicy maleje. Aby więc utrzymać stałą wartość napięcia musimy zwiększać prąd wzbudzenia. Czyli wraz ze wzrostem prądu twornika powinien wzrastać prąd wzbudzenia. Jak widać na charakterystyce jest to prawdą.

Powyższe rozważania są słuszne tylko w przypadku niezmiennego charakteru obciążenia przy wyznaczaniu charakterystyki zewnętrznej i regulacyjnej.

4.2. Praca na sieć sztywną generatora synchronicznego.

Najważniejszymi charakterystykami przy pracy na sieć sztywną są tzw. krzywe "V", czyli zależność prądu twornika od prądu wzbudzenia. Przebieg tej krzywej zmienia się wraz ze zmianą mocy, czyli dla różnych mocy otrzymamy rodzinę charakterystyk. Obszar na płaszczyźnie w którym mogą zawierać się krzywe "V" jest ograniczony przez maksymalne wartości prądów twornika i wzbudzenia, a także przez najmniejszą wartość prądu wzbudzenia przy której prądnica nie wypada jeszcze z synchronizmu.

Na charakterystykach tych widać, że początkowo wraz ze wzrostem prądu wzbudzenia prąd twornika maleje, a generator oddaje do sieci moc czynną i bierną pojemnościową. Krzywa osiąga minimum dla
. Przy dalszym zwiększaniu prądu wzbudzenia prąd twornika rośnie, a generator oddaje do sieci moc czynną i bierną indukcyjną. Wraz ze wzrostem mocy na wale napędzającym generator minimalny prąd twornika zwiększa się jak również zwiększa się prąd wzbudzenia przy którym to minimum występuje.

Na naszej charakterystyce występuje pewne odstępstwo od charakterystyki teoretycznej. Przecięcie się krzywej otrzymanej dla mocy 4,5 kW z krzywą dla 2,6 kW, spowodowane jest tym, że musieliśmy ciągle regulować moc doprowadzaną przez silnik napędowy, gdyż wartość prądu generatora ma wpływ na wartość strat, a tym samym moc oddawaną. Utrzymanie stałej wartości mocy było bardzo trudne i jak widać nie do końca nam się udało.

Ch-ka zwarcia symetrycznego

4

3

2

1

0

30

25

20

15

10

5

0

Ch-ka biegu jałowego

I­_N

I_fZN

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0

2

4

6

8

10

12

I [A]

U [V]

Charakterystyka zewnętrzna U=f(I)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Charakterystyka regulacji

I_f [A]

I [A]

0

5

10

15

20

25

0

2

4

6

8

P=2,6 kW

P=4,5 kW

I_f [A]

cos fi

I_f [A]

I [A]

---