Badanie maszyn synchronicznych











Badanie
maszyn synchronicznych

 

1.        
Ustalenie możliwości zastosowania silnika
pierścieniowego w roli prądnicy synchronicznej oraz spodziewanych odstępstw w
zjawiskach podczas pracy

Budowa maszyn synchronicznych jest podobna do
budowy silników pierścieniowych. Nie występują żadne różnice w budowie stojanów
tych maszyn. Trójfazowe uzwojenie stojana maszyny pierścieniowej może być
wykorzystane jako uzwojenie twornika. Wirnik typowej maszyny synchronicznej
posiada jednofazowe uzwojenie wzbudzenia oraz uzwojenie tłumiące kołysania,
najczęściej w postaci uzwojenia klatkowego. Maszyna pierścieniowa, posiadająca
w wirniku trójfazowe uzwojenie wyprowadzone na zewnątrz poprzez pierścienie
pozwala na uzyskanie jednofazowej formy uzwojenia wzbudzenia lub uzwojenia
spełniającego równocześnie rolę uzwojenia wzbudzenia i uzwojenia tłumiącego,
zależnie od sposobu połączenia źródła napięcia stałego z zaciskami uzwojeń i
samego uzwojenia. Dla najczęściej występującego połączenia uzwojenia wirnika maszyny
pierścieniowej w gwiazdę można zastosować dwa sposoby połączenia zacisków
uzwojenia z zasilaczem prądu stałego.

 



 

W układzie A jest odwzorowana sytuacja
występująca podczas pracy typowego jednofazowego uzwojenia wzbudzenia
zasilanego z zasilacza prądu stałego. Uzwojenie tak połączone nie może
wywoływać momentu tłumiącego kołysania powstające podczas współpracy maszyny
synchronicznej z siecią. Wartość dopuszczalną prądu stałego wymuszanego w tym
układzie należy przyjąć równą prądowi znamionowemu uzwojenia wirnika maszyny
indukcyjnej. Drugi układ, oznaczony jako B, pozwala na zastosowanie większej
wartości prądu stałego, ze względu na dwukrotnie mniejszą wartość prądu w dwóch
fazach w porównaniu z trzecią, co przy założeniu nie przekraczania znamionowych
strat w uzwojeniu wirnika prowadzi do następującego wyrażenia określającego
wartość strat łącznych w uzwojeniu:



Jeśli założyć, że straty te mogą być co
najwyżej równe stratom w uzwojeniu wirnika podczas gdy przez każdą fazę płynie
prąd znamionowy, to dopuszczalna wartość strat w uzwojeniu wirnika będzie:



czyli

Dodatkową korzyścią stosowania układu B jest
to, że dla sinusoidalnie zmiennych sił elektromotorycznych indukowanych na
skutek poruszania się tego uzwojenia względem wypadkowego pola wirującego
podczas pracy maszyny w sieci sztywnej, określanego mianem kołysań, zachowuje
się ono jak uzwojenie tłumiące.

Istotną różnicą występującą pomiędzy maszyną
synchroniczną i indukcyjną pierścieniową jest wielkość szczeliny powietrznej
(między stojanem i wirnikiem). Ma ona wpływ na wartość reaktancji synchronicznej maszyny, która w
maszynach synchronicznych ma wartość ograniczaną dość dużą szczeliną, a w
maszynach pierścieniowych pracujących jako synchroniczne posiada dużą wartość,
mocno ograniczajÄ…c np. moment maksymalny maszyny
podczas pracy w sieci, lub zmiękczając charakterystyki zewnętrzne podczas pracy jako
prÄ…dnica przy pracy autonomicznej.

W ramach pracy własnej powtórzyć
zagadnienia sygnalizowane kolorem niebieskim w powyższym tekście.

 

2.          
Wyznaczenie charakterystyki magnesowania prÄ…dnicy

 

Badanie polega na wyznaczeniu
zależności napięcia indukowanego w tworniku od wartości prądu wzbudzenia przy
stałej częstotliwości tego napięcia. Częstotliwość napięcia wynika z prędkości
wirowania wirnika oraz liczby par biegunów uzwojeń. Wyniki pomiarów zestawia
się w następującej tabelce:

 






L.p.


If


Ua


n




A


V


obr/min




1


 


 


 




. . . . .


 


 


 




. . . . .


 


 


 




. . . . .


 


 


 




10


 


 


 






 

Pomiary przeprowadza siÄ™ przy wykorzystaniu
następującego układu połączeń:

 



 

Na podstawie pomiarów narysować
wykresy: Ua = f(If) dla f =fN = const czyli n = ns=
const.

 

3.        
Wyznaczenie charakterystyk zewnętrznych podczas pracy samotnej
(autonomicznej) przy obciążeniu czynnym i pojemnościowym

 

Charakterystyki zewnętrzne przedstawiają
zależność napięcia wyjściowego prądnicy od wartości prądu obciążenia przy
stałych wartościach częstotliwości, prądu wzbudzenia i współczynnika mocy
odbiornika. W trakcie badań wykorzystane zostaną dwa typy odbiorników o różnych
charakterach. Czynny, złożony z sześciu żarówek, w odniesieniu do których będą
stosowane różne sposoby łączenia (szeregowe, równoległe, w trójkąt i gwiazdę)
zapewniające uzyskanie kilku wartości rezystancji fazowych symetrycznego
odbiornika trójfazowego. Odbiornik o charakterze biernym pojemnościowym
stanowić będą trzy zestawy kondensatorów połączone w gwiazdę. Wyniki pomiarów
zostanÄ… spisane w tabelach:

 






L.p.


Ia


Ua


If


cosjodb


n




A


V


A


-


obr/min




1


 


 


If_dop


1
lub 0 (C)


ns




. . . . .


 


 




. . . . .


 


 




. . . . .


 


 




10


 


 






 

Badanie przeprowadza się w następującym
układzie połączeń:

 



 

Na podstawie pomiarów narysować wykresy: Ua
= f(Ia) dla If = const, cosjodb = const oraz f =fN = const
czyli n=ns= const.

 

4.        
Wyznaczenie zależności prądu zwarcia prądnicy od prądu wzbudzenia i
prędkości wirowania

Badanie zostanie przeprowadzone podczas
symetrycznego zwarcia uzwojenia twornika w układzie, w którym odbiornik
zastąpiony zostanie symetrycznym trójfazowym zwarciem. Wykonane zostaną dwa
cykle pomiarów:

·        
wyznaczenie
zależności wartości prądu zwarcia od prądu wzbudzenia przy znamionowej
prędkości wirowania, w zakresie zmian prądu wzbudzenia zapewniającego uzyskanie
znamionowej wartości prądu w zwartym obwodzie twornika

·        
wyznaczenie
zależności prądu zwarcia od prędkości wirowania przy prądzie wzbudzenia
wywołującym podczas wirowania z prędkością gwarantującą znamionową częstotliwość wartość znamionową
prÄ…du zwarcia w tworniku

Wyniki pomiarów zestawione zostaną w
następujących tabelkach:

Tabela
1.






L.p.


Iazw


If


n




A


A


obr/min




1


 


 


ns=
. .
. .




. . . . .


 


 




. . . . .


 


 




5


 


 






 

Tabela 2.






L.p.


Iazw


n


If




A


obr/min


A




1


 


 


If =
. .
. .




. . . . .


 


 




. . . . .


 


 




10


 


 






 

Na podstawie wyników pomiarów sporządzić
wykresy:

Iazw=f(If) dla
n= . . .
. . obr/min; Iazw=f(n)
dla If = . .
. . . A

 

Na podstawie przebiegów
charakterystyk magnesowania i zwarcia przy znamionowej częstotliwości,
wyznaczyć w ramach pracy własnej wartość reaktancji synchronicznej schematu
zastępczego jednej fazy maszyny dla stanu nienasyconego.

 

5.        
Synchronizacja prÄ…dnicy z sieciÄ… przy wykorzystaniu
układów żarówkowych na ciemno oraz światła wirującego

 

Przed przystąpieniem do badań właściwości maszyny
synchronicznej w sieci sztywnej, należy przeprowadzić jej synchronizację z
siecią. W trakcie ćwiczenia przebadane zostaną dwie możliwości synchronizacji:

 

·        
Synchronizacja żarówkowa w układzie "na ciemno

 



 

·        
Synchronizacja żarówkowa w układzie "światła wirującego

 



 

Proces synchronizacji ma na celu
uzyskanie podczas pracy samotnej prądnicy synchronicznej w stanie jałowym,
napięcia na zaciskach twornika równego napięciu w sieci. Warto zdać sobie
sprawę z tego, że aby dwa napięcia sinusoidalne trójfazowe były takie same,
musi zostać spełnionych kilka warunków, które w odniesieniu do omawianego
procesu tworzą zestaw warunków synchronizacji. Są to:

·        
równość wartości skutecznych napięć prądnicy i sieci

·        
równość częstotliwości napięć prądnicy i sieci

·        
taka sama kolejność faz napięć prądnicy i sieci

·        
równe fazy odpowiadających sobie napięć prądnicy i sieci.

 

W ramach pracy własnej
zapoznać się ze sposobami regulacji poszczególnych parametrów napięcia prądnicy
oraz z działaniem przedstawionych wyżej układów synchronizacji żarówkowej.

 

Synchronizacja przeprowadzana jest
przy zastosowaniu następującego układu połączeń:

 



 

6.        
Demonstracja nastawiania wartości mocy czynnej i
biernej oraz kołysań podczas pracy w sieci sztywnej

 

Na podstawie
podręczników powtórzyć materiał dotyczący pracy maszyny w sieci sztywnej przy
stałej wartości mocy, przy stałej wartości prądu wzbudzenia oraz zagadnienia
zwiÄ…zane z momentem elektromagnetycznym maszyny cylindrycznej.

 

7.        
Spostrzeżenia i wnioski