LABORATORIUM ELEKTROENERGETYKI
Badanie modelu
podstacji elektroenergetycznej prądu stałego
REALIZACJA ĆWICZENIA
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z konstrukcją elektroenergetycznej podstacji prądu stałego, wyznaczenie charakterystyk jej parametrów energetycznych w funkcji wartości obciążenia oraz rejestracja przebiegów prądu i napięcia badanego modelu.
Program ćwiczenia
Model podstacji prądu stałego i układy pomiarowe
Model fizyczny elektroenergetycznej podstacji prądu stałego stanowi zespół prostownikowy składający się z transformatora trójuzwojeniowego, o grupie połączeń
Y/y0-d11, dwóch zestawów diodowych pracujących w układzie pojedynczego lub podwójnego mostka 3-fazowego oraz dławika i filtru podstacyjnego. Moc znamionowa zespołu wynosi Pn=5,7 [kW], a znamionowy prąd wyprostowany Id=26 [A]. Odpowiednio konfigurując model można zrealizować połączenia odpowiadające konstrukcji podstacji trakcyjnej z przekształtnikami sześcio i dwunastopulsowymi.
Dane techniczne modelu podstacji trakcyjnej prądu stałego:
Dane transformatora prostownikowego:
transformator - trójfazowy, trójuzwojeniowy, suchy z chłodzony powietrzem;
układ połączeń - Y/d11 Y/y0-d11,
moc znamionowa - Sn=6,3 [kVA],
znamionowe napięcie pierwotne - Un1=3 x 400 [V]; wtórne - Un2=3 x 171 [V]
i U=3 x 85,5 [V]; trójne - Un3=3 x 85,5 [V],
znamionowy prąd pierwotny - In1=3 x 9,1 [A]; wtórny - In2=3 x 21,2 [A];
trójny - In3=3 x 21,2 [A].
Dane zestawu prostownikowego:
układ prostownikowy - mostek 3-fazowy lub podwójny 3-fazowy mostek szeregowy;
wskaźnik tętnień w napięciu wyprostowanym - p = 6 lub p = 12,
znamionowe napięcie wyprostowane - Ud=220 [V],
znamionowy prąd wyprostowany - Id=26[A].
Stanowisko laboratoryjne służy do sprawdzenia zależności elektrycznych występujących między napięciami i prądami uzwojenia pierwotnego transformatora prostownikowego, a odpowiednimi wielkościami dla uzwojenia wtórnego i zestawu diodowego.
Ćwiczenie obejmuje wykonanie następujących punktów badań:
sprawdzenie podstawowych zależności elektrycznych występujących w transformatorze prostownikowym i zespole diodowym,
wyznaczenie charakterystyki zewnętrznej Ud = f(Id) zespołu,
wyznaczenie charakterystyk mocy: czynnej P, biernej Q, pozornej S i odkształceń D
wyznaczenie strat mocy czynnej ΔP i sprawności η modelu podstacji trakcyjnej,
pomiar współczynnika mocy cos ϕ pracy podstacji,
pomiar wartości współczynników odkształcenia TDD i THD,
rejestracja przebiegów prądów i napięć w poszczególnych blokach modelu podstacji.
Wszystkie powyżej wymienione punkty ćwiczenia realizowane są dla dwóch układów pracy podstacji; tj. z połączeniem odpowiadającym układowi sześciopulsowemu
o grupie połączeń transformatora Y/d11, oraz układowi dwunastopulsowemu o grupie połączeń transformatora Y/y0-d11.
Do przeprowadzenia pomiarów niezbędna jest następująca aparatura pomiarowa:
stanowisko laboratoryjne podstacji trakcyjnej,
autotransformator 3 - fazowy,
obciążenie rezystancyjne o mocy P=5[kW],
oscyloskop dwukanałowy z sondami napięciowymi i prądowymi,
amperomierze EM i ME o zakresie pomiarowym 0,6 ÷ 30 [A],
woltomierze EM i ME o zakresie pomiarowym 0 ÷ 400 [V],
watomierze ED o zakresach: 5 ÷10 [A] i 100 ÷400 [V] oraz miernik cos ϕ,
miernik współczynników zawartości harmonicznych.
Schematy połączeń stanowiska, w układach sześciopulsowym i dwunastopulsowym przedstawiono na rys. 1 i 2.
W pierwszym punkcie ćwiczenia należy pomierzyć wartości skuteczne prądów
i napięć strony pierwotnej i wtórnej transformatora, gałęzi zestawu diodowego oraz strony stałoprądowej dla obciążenia zmienianego w granicach: Iobc = Id = 0 ÷ Idn. Jako obciążenie należy włączać kolejne elementy rezystora mocy, dobierając odpowiednio połączenie jego sekcji.
W punkcie drugim wyznacza się charakterystykę zewnętrzną Ud = f(Id) modelu
w oparciu o pomiary prądu i napięcia w poszczególnych blokach stanowiska. Charakterystyki należy wyznaczyć łącznie dla całej podstacji oraz dla jej poszczególnych elementów
Moce: czynną P, bierną Q, pozorną S i odkształceń D pobierane z sieci zasilającej wyznaczamy na podstawie wskazań watomierzy oraz amperomierzy i woltomierzy. Do pomiaru mocy czynnej zastosowano układ Arona.
Moc oddaną po stronie stałoprądowej wyznaczamy, jako iloczyn napięcia Ud i natężenia prądu Id. Współczynnik mocy cos ϕ wyznaczamy dwoma sposobami; tj.: ze wskazań miernika współczynnika mocy oraz z mocy czynnej i pozornej (PN-75/06073/12). Miernik współczynnika mocy cos ϕ należy włączyć analogicznie jak watomierze w obwodzie pierwotnym, podpinając koniec cewki napięciowej do punktu zerowego zasilania. Sprawność wyznaczamy metodą pośrednią, zgodną z normą PN -75/E - 06073/12.
Wartości współczynników odkształcenia TDD i THD wyznaczamy przy pomocy miernika opracowanego w DasyLab lub miernika parametrów jakości energii elektrycznej.
Obserwacje oscyloskopowe przebiegów prądów i napięć wykonuje się z użyciem sond prądowych i napięciowych. W przypadku stosowanej w ćwiczeniu sondy prądowej - cęgowej nie istnieje zagrożenie błędnego jej włączenia do badanego obwodu, a co za tym idzie niebezpieczeństwo zwarcia i uszkodzenia obwodów oscyloskopu.
W przypadku sondy napięciowej należy zwrócić szczególną uwagę na jej podłączenie, gdyż wykonanie błędnego połączenia doprowadzić może do zwarcia poprzez obwody oscyloskopu i jego zniszczenia.
Drugą opcją obserwacji przebiegów, wykorzystywaną w ćwiczeniu, jest zastosowanie komputerowego zestawu pomiarowego. Zestaw ten złożony jest z kart pomiarowych, zespołu kondycjonującego sygnał, układu ochrony przeciwprzepięciowej oraz programu rejestracji i obróbki danych DasyLab. Uwagi o zastosowaniu sond napięciowych
i zagrożeń z tym związanych odnoszą się również do komputerowego zestawu pomiarowego.
Otrzymane wyniki należy zanotować w poniżej przedstawionych tabelach, a przebiegi zarejestrować w postaci elektronicznej. Wielkości podane w tabelach odnoszą się do poszczególnych faz - A, B, C, tak jak na rysunkach nr 1 i 2.
Tabele pomiarowe i obliczeniowe
Układ połączeń podstacji z zespołem sześciopulsowym
Wyznaczenie zależności elektrycznych w transformatorze i zestawie diodowym
Lp |
U1AB |
I1A |
I1B |
I1C |
U2AB |
I2A |
I2AB |
Ud |
Id |
|
V |
A |
A |
A |
V |
A |
A |
V |
A |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Wyznaczenie mocy, współczynnika mocy, strat mocy i sprawności
|
POMIARY |
OBLICZENIA |
||||||||||
Lp |
P1 |
P2 |
cos ϕ |
P |
Q |
S |
D |
cos ϕ |
Pd |
ΔP |
η |
|
|
W |
W |
- |
W |
VAR |
VA |
VA |
- |
W |
W |
% |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Układ połączeń podstacji z zespołem dwunastopulsowym
Wyznaczenie zależności elektrycznych w transformatorze i zestawie diodowym
Lp |
U1AB |
I1A |
I1B |
I1C |
U2AB |
I2A |
U3AB |
I3AB |
I3A |
ID1 |
Ud1 |
Ud2 |
UD |
Id |
|
V |
A |
A |
A |
V |
A |
V |
A |
A |
A |
V |
V |
V |
A |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Wyznaczenie mocy, współczynnika mocy, strat mocy i sprawności
|
POMIARY |
OBLICZENIA |
|||||||||
Lp |
P1 |
P2 |
cos ϕ |
P |
Q |
S |
D |
cos ϕ |
Pd |
ΔP |
η |
|
W |
W |
- |
W |
VAR |
VA |
VA |
- |
W |
W |
% |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Pomiar przebiegów prądu i napięcia modelu stacji prądu stałego
Przebiegi należy pomierzyć w punktach podanych na rys. 1 i 2 i zarejestrować
w postaci elektronicznej.
Grupa wykonująca ćwiczenia powinna przynieść na zajęcia dyskietkę.
Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać:
temat, cel i zasadnicze zagadnienia ćwiczenia,
schematy i tabele pomiarowe,
tabele obliczeniowe i przykłady wykonanych obliczeń,
charakterystyki wyznaczone dla modelu podstacji z zespołami sześcio i dwunastopulsowymi,
przebiegi prądu i napięcia dla poszczególnych bloków podstacji elektroenergetycznej,
wnioski i spostrzeżenia.
1
8
Politechnika Radomska im. Kazimierza Pułaskiego
Wydział Transportu
Zakład Energetyki i Elektrotechniki
ul. Malczewskiego 29
tel.: 3617767