Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej

Zakład Mechatroniki i Maszyn Elektrycznych

Ćwiczenie nr 3

temat

Badanie trójfazowej prądnicy synchronicznej

przy pracy autonomicznej

prowadzący

d a t a w y k o n a n i a ć w i c z .

d a t a o d d a n i a

s p r a w o z d a n i a

mgr inż. Piotr Łukaszewicz

semestr

3

ocena

grupa

EN-2

rok akademicki

2013/2014

Autor:

Joanna Wojtkun

1.

Wartości danych znamionowych.

Prądnica Synchroniczna

U

N

V

38/115

I

N

A

25

P

N

kW

5

cos

ϕ

-

1

n

N

obr/min

600/1800

n

synchr.

obr/min

1500

Silnik napędowy

P

n

kW

5,5

I

n twornik

A

56,5

I

n

wzbudzenia

A

2,4

U

n twornik

V

115

U

n wzbudzenia

V

115

n

obr/min

1500

2.

Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było dokonanie pomiarów prądu twornika, prądu wzbudzenia oraz napięcia na

zaciskach twornika w celu wyznaczenia charakterystyk: biegu jałowego, zewnętrznej oraz regulacji.

3.

Charakterystyka biegu jałowego.

Charakterystyka biegu jałowego prądnicy, inaczej charakterystyka magnesowania, to zależność

siły elektromotorycznej E (U) od prądu magnesującego (I

wzb

). W celu jej wyznaczenia należy

doprowadzić prądnicę do prędkości obrotowej równej znamionowej, przy stałej częstotliwości

(50Hz) a następnie zmierzyć napięcie na zaciskach twornika oraz prąd wzbudzenia. Pomiarów
należy dokonywać przy stałej prędkości oraz przy prądzie wzbudzenia w zakresie od 0 do takiej
wartości, dla której U=1,3U

n

.

Lp.

U

I

wzb

I

t

n

f

-

V

A

A

obr/min

Hz

1

0

0

0

1500

50

2

20

0,4

0

1500

50

3

40

0,8

0

1500

50

4

60

1,2

0

1500

50

5

80

1,6

0

1500

50

6

100

2

0

1500

50

7

120

2,48

0

1500

50

8

140

3,04

0

1500

50

9

150

3,5

0

1500

50

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Charakterystyka biegu jałowego U=f(Iwzb)

Iwzb [A]

U

[

V

]

]

[

150

5

,

149

115

*

3

,

1

3

,

1

V

U

U

n

≈

=

=

=

4.

Charakterystyka zewnętrzna.

Charakterystyka ta określa zmiany napięcia na zaciskach uzwojenia twornika w zależności od

zmian wartości prądu jego obciążenia, U=f(I

t

). Zmiany te zachodzą przy stałej prędkości obrotowej,

przy stałym współczynniku mocy. Także prąd wzbudzenia przyjmuje stałą wartość, równą prądowi
znamionowemu, I

wzb

= 2,4 A. Pomiarów można dokonywać dla różnych charakterów obciążenia

(cosφ

ind

, cosφ=1, cosφ

poj

), ponieważ ze względu na różny charakter oddziaływania twornika

charakterystyki mają różne przebiegi.

Lp.

U

I

wzb

I

t

n

-

V

A

A

obr/min

1

115

2,4

0

1500

2

114

2,4

1,8

1500

3

112

2,4

5

1500

4

110

2,4

9,5

1500

5

108

2,4

11

1500

6

102

2,4

14

1500

7

98

2,4

15

1500

8

96

2,4

16

1500

9

94

2,4

17

1500

10

92

2,4

18

1500

11

86

2,4

20

1500

12

82

2,4

20,5

1500

13

78

2,4

22

1500

14

74

2,4

22,5

1500

15

72

2,4

23

1500

16

68

2,4

24

1500

17

60

2,4

25

1500

5.

Charakterystyka regulacji.

Charakterystyka regulacji I

wzb

=f(I

t

) określa jak należy regulować prąd wzbudzenia przy zmianie

prądu twornika, aby utrzymać stałe napięcie na zaciskach prądnicy. Regulacja zachodzi przy stałej
(znamionowej) prędkości obrotowej oraz przy stałym współczynniku mocy. Podczas dokonywania
pomiarów początkowo nadana została prędkość znamionowa przy I

t

= 0, tak aby ustalić prąd

wzbudzenia (prąd magnesujący), dla którego napięcie będzie równe znamionowemu. W kolejnych
krokach zmieniany był prąd obciążenia I

t

przy jednoczesnej regulacji prądu wzbudzenia, aby

napięcie na zaciskach prądnicy pozostało takie samo. Pomiary można wykonać dla różnych
charakterów obciążenia (cosφ

ind

, cosφ=1, cosφ

poj

), ponieważ charakterystyki będą miały różne

przebiegi.

Lp.

U

I

wzb

I

t

n

-

V

A

A

obr/min

1

57,5

2,4

0

1500

2

57,5

2,32

1,8

1500

3

57,5

2,4

5,1

1500

4

57,5

2,72

15

1500

5

57,5

2,84

19,25

1500

6

57,5

2,96

21

1500

7

57,5

3,12

22,5

1500

0

5

10

15

20

25

30

0

20

40

60

80

100

120

140

Charakterystyka zewn

ę

trzna U=f(It)

It [A]

U

[

V

]

6.

Wnioski.

Pierwszym etapem badania trójfazowej prądnicy synchronicznej było wyznaczenie

charakterystyki biegu jałowego. Ma ona taki sam przebieg jak charakterystyka magnesowania
(Φ=f(I

wzb

)), wynika to z proporcjonalności indukowanego napięcia do wartości strumienia

głównego, E = cΦ. Prądnice synchroniczne nie są zwykle mocno nasycone, więc napięcie
znamionowe na charakterystyce wykracza jedynie nieznacznie poza prostoliniowy charakter.
Przedstawia to wykres zamieszczony w punkcie nr 1. Przy konstruowaniu i eksploatacji maszyn
bardzo ważna jest znajomość ich charakterystyki biegu jałowego. Konstruktor oblicza ją z danych
obwodu magnetycznego, a użytkownik wyznacza poprzez pomiary. Przy wzroście i zmniejszaniu
prądu wzbudzenia nie wyznaczymy tej samej krzywej, ma na to wpływ zjawisko histerezy. A zatem
za charakterystykę biegu jałowego uznaje się pośredni przebieg zakreślonej pętli.

Drugi etap to wyznaczanie charakterystyki zewnętrznej. Wraz ze wzrostem prądu obciążenia

twornika zmniejszało się napięcie na jego zaciskach. Oznacza to, że prąd obciążenia miał charakter
indukcyjny. Przy takim charakterze obciążenia następuje rozmagnesowujące działanie przepływu
twornika. Z charakterystyki zewnętrznej dla warunków znamionowych można odczytać zmienność
napięcia.

Ostatni etap to wyznaczanie charakterystyki regulacji. Z analizy charakterystyki możemy

wywnioskować, że jeżeli prąd obciążenia o charakterze indukcyjnym wzrasta, przy U=const,
n=const., cosφ=const., to należy zwiększać prąd wzbudzenia. Określanie znamionowego
współczynnika mocy prądnicy synchronicznej jest bardzo ważne. Aby uzyskać prąd znamionowy
przy znamionowym napięciu i cosφ potrzebny jest pewien prąd wzbudzenia. Prąd ten musi osiągać
tym większą wartość im mniejszy współczynnik mocy. Dlatego też należy dążyć do wartości
cosφ=1.

0

5

10

15

20

25

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

Charakterystyka regulacji Iwzb=f(It)

It [A]

Iw

zb

[

A

]