ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY
W SZCZECINIE
KATEDRA ELEKTROENERGETYKI I NAP
DÓW
ELEKTRYCZNYCH
MASZYNY ELEKTRYCZNE
Sprawozdanie z wykonania ćwiczenia
Nr ćwiczenia
Temat: Badanie maszyny Synchronicznej
2
Kierunek studiów: Elektro-
Studia:
Data wykonania: Rok: Zespół:
S1
technika 18.06.2012 2011/2012 3
Wykonał:
Jakub Wróblewski
Prowadzący:
Piotr Czajkowski dr inż. Sebastian Szkolny
Norbert Rosman
Ocena: Podpis:
Szczecin 2012
1
Spis treści:
1.protokół z pomiarów s.3
2.Spis Aparatury s.4
2.1 Maszyna Badana, s.4
2.2 Napęd, s.4
3.Część Teoretyczna: s.4
3.1 Cel ćwiczenia, s.4
3.2 Opis układu pomiarowego: s.4
ż� Do pomiaru charakterystyki biegu jałowego, s.4
ż� Do pomiaru Charakterystyki zwarcia, s.4
ż� Do pomiaru Charakterystyki zewnętrznej, s.5
ż� Do pomiaru krzywych V, s.5
4.Synchronizacja, s.6
5.Wyniki pomiarów: s.7
�� Charakterystyka biegu jałowego, s.7
�� Charakterystyka zwarcia, s.8
�� Charakterystyka zewnętrzna s.8,
�� krzywe V, s.9
6.Wyznaczonie pozostałych parametrów: s.9
�� Wyznaczenie nasycenia obwodu magnetycznego maszyny, s.9
�� Wyznaczenie stosunku zwarcia, s.9
�� Wyznaczenie przeciążalności statycznej maszyny, s.9
�� Wyznaczenie procentowego wzrostu napięcia na zaciskach maszyny, przy jej obciążeniu do wa-
runków obciążenia znamionowego od zera, s.10
�� Wyznaczenie granicy stabilności przy mocy jaką oddawała maszyna(2kW), s.10
7.Wykresy: s.11
�� Charakterystyka biegu jałowego, s. 11
�� Charakterystyka zwarcia, s.12
�� Charakterystyka zwarcia i charakterystyki biegu jałowego w jednostkach względnych, s.12
�� Dolna gałąz
Charakterystyki zewnętrznej, s.13
�� Krzywych V, s.14
�� Charakterystyka cosĆ =f(If) s.15
8.Wnioski, s.15
2
1.Protokół z pomiarów:
3
2.Spis Aparatury:
2.1 Maszyna Badana: 2.2 Napęd:
Prądnica Synchroniczna Multi Moto
62d66b Nr 839189 1960 Typ 611.10 Nr 4977/2007
Praca 1000
IP 235 K. izol. F Praca S1
Moc 7,5 kVA
obr/min
min Znam
Stojan 400/231 V 10,8 18,7 A
P 0,08 7,0
Wirnik 10V 36A
n 10 1040
Prąd 350
CosĆ 0,8
UA 3,8 400
Temp 35C PNE 5506000
IA 21,8 21,8
UE 220 220
IE 2,27 2,27
3.Część Teoretyczna:
3.1 Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia było zapoznanie się z działaniem i właściwościami maszyny synchronicznej, oraz
zbadanie jej przez wyznaczenie charakterystyk .
3.2 Opis układu pomiarowego:
Do pomiaru charakterystyki biegu jałowego:
Na rys.1 znajduje się schemat do pomiaru charakterystyki biegu jałowego.
Pomiarów dokonuje się przy otwartym obwodzie twornika i stałej prędkości
obrotowej. Zmieniając prąd wzbudzenia najpierw wzrostowo następnie
malejąco odczytujemy wskazania woltomierzy.
Rys.1
Do pomiaru Charakterystyki zwarcia:
Na rys.2 przedstawiony jest schemat do pomiaru charakterystyki
zwarcia. Pomiary wykonuje się przy zwartym obwodzie twornika i
znamionowej prędkości obrotowej. Regulując prąd wzbudzenia
obserwujemy jak zmienia się prąd twornika.
Rys.2
4
Do pomiaru Charakterystyki zewnętrznej:
Rys.3 ukazuje jak wygląda układ pomiarowy do
pomiary charakterystyki zewnętrznej prądnicy
synchronicznej. Pomiaru dokonuje się na prądnicy
obciążonej regulowanym rezystorem trójfazowym
(rezystor wodny), przy stałym prądzie wzbudzenia,
stałej częstotliwości i stałym współczynniku mocy.
Rys.3 Pomiary dokonuje się w następujący sposób:
-wzbudzamy prądnice do jej napięcia znamionowego, a rezystor ustawiamy na Rmax ,
-następnie załączyć maszynę na obciążenie,
-kolejnym krokiem jest zmniejszanie obciążenia i zwiększanie prądu twornika do wartości
znamionowej.
Do pomiaru krzywych V:
Rys.4 przedstawia układ do pomiaru krzywych V. Pomiaru
dokonuje się na maszynie pracującej równolegle z siecią
sztywną przy stałych wartościach napięcia twornika, mocy
czynnnej oraz czestotliwości. Przez regulacje prądu
wzbudzenia w calym zakresie możliwych zmian. Odczytuje się
prąd twornika.
Rys.4
5
4.Synchronizacja:
Istotnym problemem maszyny synchronicznej, pracującej w reżimie prądnicowym jest jej synchro-
nizacja z siecią. Synchronizacja polega na dopasowaniu odpowiednich faz z fazami sieci elektroenerge-
tycznej. W tym celu stosuje się synchronoskopy, mierzące różnicę napięć miedzy odpowiednimi fazami.
W praktyce podstawowymi synchronoskopami są żarówki (tzn. synchronoskopy lampowe), bądz
wol-
tomierze. Są trzy sposoby podłączenia synchronoskopów lampowych:
�� Na ciemno  żarówki podłączone są między odpowiadającymi sobie fazami silnika i sieci, gdy
wszystkie żarówki są wygaszone
�� Na światło wirujące  jedna żarówka jest połączona między odpowiadającymi sobie fazami
silnika i sieci, dwie pozostałe są połączone na krzyż. Sychnronizacja następuje, gdy jedna ża-
rówka nie świeci, a dwie pozostałe świecą.
�� Na jasno  wszystkie żarówki są połączone między fazowo, synchronizacja następuje gdy
wszystkie świecą.
Najpraktyczniejszą metodą jest metoda na ciemno, ponieważ łatwiej jest zauważyć nieświecenie ża-
rówki, niż maksymalne świecenie.
Przy zastosowaniu woltomierzy, zamiast maksymalnego świecenia obserwujemy maksymalne wy-
chylenie wskazówki woltomierza, a zamiast nieświecenia obserwujemy wskazanie woltomierza w okoli-
cach 0V.
Schemat połączeń synchronoskopów:
Aby przeprowadzić synchronizacje muszą być spełnione następujące warunki:
- wartości napięć maszyny i sieci musza być równe
- częstotliwości napięć muszą być równe
- kolejność faz napięć i sieci muszą być równe
- wartości chwilowe odpowiadających sobie faz musza być równe
6
5.Wyniki pomiarów:
Charakterystyka biegu jałowego
LP n(obr/min) If(A) if(A) E1(V) E2(V) E3(V) Eśr(V) ef(V)
1 0,22 0,02 35,9 0,09
35,9 35,9 35,9
2 1,06 0,10 63,5 0,16
63,5 63,5 63,5
3 1,76 0,17 90,9 0,23
90,8 90,9 90,9
4 2,49 0,24 121,0 0,30
120,9 121,0 121,0
5 3,11 0,30 150,3 0,38
150,2 150,2 150,2
6 3,92 0,38 200,4 0,50
200,2 200,3 200,3 Rosnąco
7 1000 5,35 0,51 251,0 0,63 od 0 do
250,9 250,9 250,9
1,3 Un
8 6,88 0,66 304,6 0,76
304,4 304,5 304,5
9 8,31 0,80 351,1 0,88
350,9 351,2 351,1
10 10,34 0,99 403,0 1,01
402,8 402,9 402,9
11 13,11 1,26 453,9 1,13
453,7 453,5 453,7
12 17,06 1,64 499,0 1,25
498,8 498,6 498,8
13 19,76 1,90 520,4 1,30
520,2 520,4 520,3
14 17,92 1,72 508,4 508,4 508,5 508,5 1.27
15 15,05 1,45 483,1 483,1 482,9 482,8 1.21
16 13,69 1,34 472,4 473,1 472,2 472,7 1,18
17 12,46 1,20 453,2 453,0 453,2 453,1 1,13
18 10,40 1,00 418,4 418,2 418,3 418,3 1,05
19 9,25 0,89 393,6 393,4 393,6 393,5 0,98
Malejąco
20 1000 7,61 0,73 349,1 349,0 349,0 349,0 0,87 od 1,3Un
do 0
21 5,46 0,53 274,2 274,1 274,1 274,1 0,69
22 3,31 0,32 171,1 171,1 171,0 171,0 0,43
23 1,87 0,18 113,8 113,8 113,7 113,8 0,28
24 0,57 0,05 53,4 53,4 53,4 53,4 0,13
25 0,24 0,02 42,1 42,1 42,1 42,1 0,11
26 0,22 0,02 39,2 39,2 39,2 39,2 0,10
7
Charakterystyka zwarcia
N=nn
LP If(A) if(A) IU(A) IV(A) IW(A) Iśr(A) iaz(A)
(obr/min)
1 0,20 0,02 0,48 0,48 0,48 0,48 0,04
2 1,06 0,10 1,01 1,00 1,00 1,00 0,08
3 2,70 0,26 2,03 2,00 2,00 2,01 0,17
4 4,32 0,42 3,03 3,00 3,00 3,01 0,25
5 5,90 0,57 4,04 4,01 4,01 4,02 0,34
6 7,45 0,72 5,03 5,00 5,01 5,01 0,42
7 9,02 0,87 6,03 6,00 5,99 6,01 0,50 1000
8 10,56 1,02 7,04 7,00 7,01 7,02 0,58
9 12,10 1,16 8,04 8,01 8,00 8,02 0,67
10 13,67 1,31 9,07 9,03 9,02 9,04 0,75
11 15,25 1,47 10,09 10,05 10,07 10,07 0,83
12 16,72 1,61 11,05 11,02 11,02 11,03 0,92
13 18,15 1,75 12,02 11,96 11,94 11,97 1,00
Charakterystyka zewnętrzna
LP IU IV IW Iśr U1 U2 U3 Uśr
1 0,00 0,91 0,91 393,4 396,3 402,3
0,6 397,3
2 0,00 1,90 1,90 3,85,0 388,0 400,5
1,27 394,2
3 0,00 3,06 3,06 372,5 374,0 403,6
2,04 383,4
4 1,30 3,76 4,06 361,6 359,2 389,2
3,04 370,0
5 3,21 4,83 4,83 320,1 321,5 338,0
4,29 326,5
Rosnąco (A)
6 5,16 5,88 5,78 247,4 248,3 253,9
5,61 249,9
7 5,44 6,08 5,98 202,0 203,2 208,7
5,83 204,6
8 6,08 6,57 6,41 150,7 152,6 155,9
6,35 153,1
9 6,39 6,75 6,46 109,3 112,5 113,3
6,53 111,7
10 6,52 6,73 6,56 76,1 78,1 78,8
6,60 77,7
Napięcie wzrosło skokowo do 515V
11 4,11 9,15 9,50
Malejąco (A)
(pomiary zostały przerwane)
8
Krzywe V
LP If(A) I1(A) I2(A) I3(A) Iśr(A) P
cosĆ
1 1,65 9,5 9,8 9,5 0,310
9,6
2 3,03 8,1 8,2 8,1 0,356
8,1
3 5,07 6,3 6,4 6,2 0,456
6,3
4 7,01 4,9 5,3 5,0 0,569
5,1
5 10,07 3,5 3,7 3,7 0,752
3,6
Oddawana do
6 12,07 3,47 3,7 4,0 0,787
3,7
sieci 2kW
7 15,01 4,2 4,5 4,9 0,657
4,5
8 17,00 4,9 5,3 5,7 0,546
5,3
9 20,04 6,6 6,9 7,3 0,425
6,9
10 22,26 7,8 8,0 8,5 0,363
8,1
11 25,02 9,3 9,5 10,0 0,309
9,6
6.Wyznaczonie pozostałych parametrów:
�� Wyznaczenie nasycenia obwodu magnetycznego maszyny:
Irem +� I
0'0 +� AC
f 0
kns =� =�
0'0 +� AB Irem +� I
fd�
Irem +� I
0,8 +�10,4
f 0
kns =� =� =�1,24
Irem +� I 0,8 +� 8,2
fd�
Gdzie:
Irem  początek charakterystyki biegu jałowego
If0  prąd wzbudzenia potrzebny do uzyskania podczas biegu jałowego SEM Ef = Un
If�  prąd wzbudzenia potrzebny do uzyskania podczas biegu jałowego SEM Ef = Un dla przedłużenia prostoliniowej
części charakterystyki
�� Wyznaczenie stosunku zwarcia:
I
fo
kz =�
I
fz
10,4
kz =� =� 0,573
18,15
Gdzie:
Ifz - prąd wzbudzenia, przy którym w stanie symetrycznego zwarcia w uzwojeniu twornika płynie prąd In
9
�� Wyznaczenie procentowego wzrostu napięcia na zaciskach maszyny, przy jej obciążeniu do warunków obciążenia
znamionowego od zera:
U0 -�Un
D�u% =� ��100
Un
397,3-� 77,7
D�u% =� ��100% =� 411,33%
77,7
Gdzie:
U0  napięcie dla którego prąd obciążenia jest równy zero
Un  napięcie znamionowe
�� Wyznaczenie granicy stabilności przy mocy jaką oddawała maszyna(2kW):
P
I � 0,8�� �� I
f min
Pn f 0
2
I � 0,8�� ��10,4 � 2,22
f min
7,5
Gdzie:
P  moc jaką oddawała maszyna
Pn - moc znamionowa
10
7.Wykresy:
11
Charakterystyka biegu jałowego Ef=f(If)
600
500
400
300
Ef(V)
200
100
0
0 5 10 15 20 25
If (A)
Wzrastająca gałąz
charakterystyki biegu jałowego Wzrastająca gałąz
charakterystyki biegu jałowego
praktyczna charakterystyka biegu jałowego
12
charakterystyka zwarcia I=(If)
14
12
10
8
I(A)
6
4
2
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
If (A)
Charakterystyka zwarciowa i Charakterystyka biegu
jałowego w jednostkach wzglednych
1,4
1,2
1
0,8
iaz , ef
0,6
0,4
0,2
0
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2
if
Charakterystyka biegu jałowego Charakterystyka zwarciowa
13
Dolna gałąz
Charakterystyki zewnętrznej U=f(I)
450
400
350
300
250
U (V)
200
150
100
50
0
0 1 2 3 4 5 6 7
I (A)
14
Krzywe V
12
10
8
I (A) 6
4
2
0
0 5 10 15 20 25 30
If (A)
Charakterystyka cosĆ=f(If)
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
If
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0 5 10 15 20 25 30
cosĆ
15
8.Wnioski:
Badanie maszyny asynchronicznej przebiegło bezproblemowo, jedynie podczas wyznaczana
charakterystyki zewnętrzne wystąpiły małe komplikacje. Napięcie na zaciskach maszyny wzrosło
skokowo powyżej wartości znamionowej w momencie w którym rozpoczęliśmy pomiar przy malejącym
prądzie wzbudzenia. Zmusiło nas to do przerwania pomiarów.
Charakterystyka biegu jałowego została sporządzona na podstawie pomiarów a jej kształt jest zgodny z
charakterystyką wzorcową. Z charakterystyki biegu jałowego możemy odczytać wartość znamionowego
prądu wzbudzenia(czyli wartość prądu dla Un).
Charakterystyka zwarcia jest zależnością liniową i taka tez otrzymaliśmy. Dzięki niej możemy wyznaczyć
znamionowy prąd wzbudzający przy zwarciu(wartość prądu dla znamionowego prądu twornika). Z
charakterystyki zwarcia wyznaczamy również stosunek zwarcia który jest wielkością charakteryzującą
wiele podstawowych własności maszyny. Wynosi on z reguły 0,5  1,5. Nasz równy jest 0,573, a niski
stosunek zwarcia odnosi się do dużych maszyn.
Charakterystyka zwarcia i charakterystyka biegu jałowego w jednostkach względnych pozwala
nam ustalić prąd wzbudzenia potrzebny do uzyskania podczas biegu jałowego SEM Ef = Un i
prąd wzbudzenia, przy którym w stanie symetrycznego zwarcia w uzwojeniu twornika płynie prąd In.
Charakterystyka zewnętrzna, jej pomiaru dokonywaliśmy obciążając maszynę rezystorem wodnym.
Ukazuje nam ona jak zmienia się napięcie względem prądu przy różnym obciążaniu maszyny. Dzięki tej
charakterystyce możemy wyznaczyć procentowy wzrost napięcia na zaciskach maszyny, u nas
Przyjmuje on wartość 411,33%.
Synchronizacja przebiegła bezproblemowo jako synchroskopu użyliśmy woltomierza oraz żarówki.
po zrównaniu napięć i częstotliwości z siecią, w momencie w którym woltomierz wskazał zero a lampka
zgasła załączyliśmy maszynę na sieć. Ten stan wykorzystaliśmy do pomiaru krzywych V.
Krzywe V a właściwie krzywa z uwagi na to, że został przeprowadzony pomiar tylko dla jednej mocy, zo-
stała wyznaczona i jej kształt jest zadowalający. Dzięki krzywej V możemy znalez
ć granice stabilności po
przekroczeniu zaobserwowaliśmy kołysanie i ostatecznie wypadnięcie maszyny z synchronizacji.
Krzywa V osiąga wartość najmniejsza w miejscu gdzie cosĆ= 1.
Na podstawie wyników pomiarowych potrzebnych do sporządzenia krzywej V, wyznaczyliśmy krzywą
cosĆ=f(If) dzięki której widzimy zmiany współczynnika mocy względem prądu wzbudzenia.
16