POLITECHNIKA L SKA

WYDZIAŁ IN YNIERII RODOWISKA I ENERGETYKI

INSTYTUT MASZYN I URZ DZE ENERGETYCZNYCH

LABORATORIUM ELEKTRYCZNE

Pr dnica pr du zmiennego.

(E – 16)

www.imiue.polsl.pl/~wwwzmiape

Opracował: Dr in . Włodzimierz OGULEWICZ

Sprawdził: Dr in . Włodzimierz OGULEWICZ

Zatwierdził: Dr hab. in . Janusz KOTOWICZ

1. Cel wiczenia.

Celem wiczenia jest wyznaczenie charakterystyk biegu jałowego i zwarcia

trójfazowej synchronicznej pr dnicy pr du zmiennego oraz jej synchronizacja z

sieci elektroenergetyczn .

2. Wprowadzenie.

2.1. Rodzaje maszyn synchronicznych.

Maszyny synchroniczne (pr dnice, silniki lub kompensatory)

charakteryzuj si

stał niezale n od obci enia

i równ pr dko ci

synchronicznej, pr dko ci obrotow wirników.

n = n

S

= const.

Wirnik maszyny

synchronicznej stanowi elektromagnes zasilany

pr dem stałym

. W zale no ci od

budowy rozró nia si maszyny synchroniczne z

biegunami jawnymi

–

rys.2. lub

z

biegunami utajonymi

– rys.1. W czasie rozruch doprowadza si pr dko

obrotow wirnika do pr dko ci synchronicznej i synchronizuje maszyn z sieci .

W

pr dnicach

(generatorach) wał maszyny nap dzany jest przez turbin a

pole magnetyczne wirnika (stałe w czasie i wiruj ce w przestrzeni) indukuje w

nieruchomych uzwojeniach stojana siły elektromotoryczne umo liwiaj c

oddawanie mocy elektrycznej do odbiorników sieci.

W

silnikach

stałe pole magnetyczne wirnika pod a za wiruj cym polem

magnetycznym wytwarzanym przez uzwojenia stojana umo liwiaj c oddawanie

mocy mechanicznej na wale maszyny. Zwi kszaj c pr d wzbudzenia silnika

synchronicznego (przy stałym lub zerowym) obci eniu mo na doprowadzi do

stanu w którym silnik zacznie pobiera z sieci moc biern pojemno ciow (czyli

oddawa moc biern indukcyjn ) –

kompensator synchroniczny

.

1

2

3

4

5

6

7

9

8

10

U

U

V

V1

V

W

W

W1

V2

U2

W2

U1

u

w

v

U

U

V

V1

V

W

W

W1

V2

U2

W2

U1

u

w

v

Rys.1. Maszyna cylindryczna

(z biegunami utajonymi).

Rys.2. Maszyna jawnobiegunowa.

2.2. Budowa i układ poł cze pr dnicy synchronicznej.

Pr dnice synchroniczne pr du zmiennego budowane s zazwyczaj jako

trójfazowe (wyj tkowo rzadko jako małe maszyny jednofazowe). Uzwojenie

twornika umieszczone jest z reguły w stojanie a uzwojenie wzbudzenia w

wirniku. Uzwojenie wzbudzenia zasilane jest przez pier cienie lizgowe z

pr dnicy pr du stałego zwanej wzbudnic lub przez układ prostownika

półprzewodnikowego umieszczonego w wale maszyny (układ alternatora). Pr d

stały, płyn cy w wiruj cym uzwojeniu wzbudzenia wytwarza kołowe wzgl dem

stojana pole magnetyczne. Pole to powoduje indukowanie sinusoidalnie

zmiennych napi twornika o cz stotliwo ci ( f ) ci le zale nej od pr dko ci
obrotowej ( n ) wirnika (f = k

∗ n).

Rys.3. Schemat maszyny synchronicznej trójfazowej z

obwodem wzbudzenia zasilanym przez wzbudnic .

Pr dnice synchroniczne rzadko pracuj indywidualnie. Przewa aj ca

wi kszo pr dnic współpracuje ze sob w ramach pa stwowych a cz sto

mi dzypa stwowych układów elektroenergetycznych (tzw. praca na sie

sztywn ).

L1

L3

L2

twornik

stojan

uzwojenie wzbudzenia

uzwojenie twornika

szczotki

N

S

n

U1

U2

V1

V2

W2

W1

Wzbudnica

wirnik

pier cienie lizgowe

regulator pr du wzbudzenia

2.3. Przył czenie pr dnicy do sieci (sztywnej).

Przył czenie pr dnicy synchronicznej do sieci odbywa si przewa nie poprzez

jej

synchronizacj

. Aby osi gn stan synchronizmu nale y regulowa

pr dko obrotow (n) maszyny nap dzaj cej (co umo liwia

zrównanie

cz stotliwo ci

) oraz

pr d wzbudzenia (I

w

) pr dnicy (co umo liwia

zrównanie

warto ci skutecznych napi

). Warunki synchronizacji mo na uj

nast puj co:

jednakowa kolejno faz pr dnicy i sieci,

jednakowe warto ci skuteczne napi pr dnicy i sieci,

jednakowe cz stotliwo ci napi pr dnicy i sieci,

zgodno k tów fazowych napi pr dnicy i sieci.

Po przeprowadzeniu synchronizacji i przył czeniu pr dnicy do sieci, zmiana

mocy maszyny nap dzaj cej powoduje

zmian mocy czynnej (P)

oddawanej

do sieci (n = const), a

zmiana pr du wzbudzenia -

zmian mocy biernej (Q

).

3. Badania i pomiary.

3.1. Okre lenie wielko ci mierzonych.

Prac ka dej pr dnicy pr du zmiennego okre laj nast puj ce wielko ci

(wielko ci mierzone):

n - pr dko obrotowa lub f - cz stotliwo indukowanego napi cia,

I

f

- pr d wzbudzenia,

I - pr d obci enia pr dnicy,

U - napi cie pr dnicy,

P - moc czynna,

Q - moc bierna,

cosϕϕϕϕ - współczynnik mocy.

Własno ci ruchowe pr dnic mo na okre li za pomoc charakterystyk,

podaj cych zwi zki pomi dzy wymienionymi wielko ciami. Pr dnice pracuj z

reguły przy stałej (lub praktycznie stałej) pr dko ci obrotowej zadanej z

zewn trz, lub wymuszanej przez „sie sztywn ”

n = const (f = const).

Rozró nia si nast puj ce charakterystyki pr dnic:

1. Charakterystyka biegu jałowego

U

0

= f (I

w

)

przy n = const.

2. Charakterystyka zwarcia (zwarcie symetryczne)

I

Z

= f (I

w

)

przy n = const.

3. Charakterystyki obci enia

U = f (I

W

)

; przy I = const, f = k ∗ n =

const, cos

ϕ = const.,

charakterystyk obci enia przedstawia si przy ró nych warto ciach
pr du obci enia (I) lub ró nych współczynnikach mocy (cos

ϕ).

4. Charakterystyki zewn trzne

U = f (I)

; przy I

w

= const, f = k

∗ n =

const, cos

ϕ = const.,

charakterystyk zewn trzn przedstawia si przy ró nych

warto ciach pr du wzbudzenia (I

w

) lub ró nych współczynnikach

mocy (cos

ϕ).

5. Charakterystyki regulacji

I

W

= f (I)

; przy U = const, f = k ∗ n =

const, cos

ϕ = const.,

charakterystyk regulacji przedstawia si przy ró nych warto ciach
napi cia pr dnicy (U) lub ró nych współczynnikach mocy (cos

ϕ),

lub

I

w

= f (P)

przy U = const, f = k* n = const, Q = const.

6. Krzywe V (krzywe Mordey'a).

I = f (I

w

)

przy U = const, f = k* n

= const, P = const.

krzywe V przedstawia si przy ró nych warto ciach mocy czynnej (P).

7. K towe charakterystyki momentu lub mocy

. M = c

*

P = f (θθθθ)

przy U = const, n = const, I

w

= const.

k tow charakterystyk momentu (mocy) przedstawia si przy

ró nych warto ciach pr du wzbudzenia (I

w

).

3.2. Schemat układu pomiarowego.

W celu wyznaczenia charakterystyk pr dnicy zestawiono układ pomiarowy

zgodnie ze schematem przedstawionym na rysunku 4.

Rys.4. Schemat układu

pomiarowego pr dnicy.

M

~

SYN-

-CHRO-

-NO-

-SKOP

U

f

ϕ

ATr

L1

L3

L2

G

=

G

=

M

=

G

~

A

A

V

A

A

A

W

V

V

Układ

nap dowy

Leonarda

„Wał elektryczny”

Pr dnica badana

(synchroniczna

maszyna pr du

trójfazowego).

Układ do

synchronizacji

z

przeł cznikiem

rodzaju pracy

„Sie sztywna”