Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej Zakład Mechatroniki i Maszyn Elektrycznych Badanie trójfazowej prądnicy synchronicznej Ćwiczenie nr 3
temat
przy pracy autonomicznej d a t a o d d a n i a
prowadzący
d a t a w y k o n a n i a ć w i c z .
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
UN
V
38/115
IN
A
25
PN
kW
5
cos ϕ
-
1
nN
obr/min
600/1800
nsynchr.
obr/min
1500
Silnik napędowy
Pn
kW
5,5
In twornik
A
56,5
In wzbudzenia
A
2,4
Un twornik
V
115
Un 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.
Charakterystyka biegu jałowego.
Charakterystyka biegu jałowego prądnicy, inaczej charakterystyka magnesowania, to zależność siły elektromotorycznej E (U) od prądu magnesującego (Iwzb). 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=1,3Un.
U = 3
,
1 U = 3
,
1 *115 = 149 5
, ≈ 15 [
0 V ]
n
Lp.
U
Iwzb
It
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
Charakterystyka biegu jałowego U=f(Iwzb) 160
140
120
100
]
80
[VU
60
40
20
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
Iwzb [A]
Charakterystyka zewnętrzna.
Charakterystyka ta określa zmiany napięcia na zaciskach uzwojenia twornika w zależności od zmian wartości prądu jego obciążenia, U=f(It). Zmiany te zachodzą przy stałej prędkości obrotowej, przy stałym współczynniku mocy. Także prąd wzbudzenia przyjmuje stałą wartość, równą prądowi znamionowemu, Iwzb = 2,4 A. Pomiarów można dokonywać dla różnych charakterów obciążenia (cosφind, cosφ=1, cosφpoj), ponieważ ze względu na różny charakter oddziaływania twornika charakterystyki mają różne przebiegi.
Lp.
U
Iwzb
It
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
Charakterystyka zewnętrzna U=f(It) 140
120
100
80
]
[VU
60
40
20
0
0
5
10
15
20
25
30
It [A]
5.
Charakterystyka regulacji.
Charakterystyka regulacji Iwzb=f(It) 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 It = 0, tak aby ustalić prąd wzbudzenia (prąd magnesujący), dla którego napięcie będzie równe znamionowemu. W kolejnych krokach zmieniany był prąd obciążenia It przy jednoczesnej regulacji prądu wzbudzenia, aby napięcie na zaciskach prądnicy pozostało takie samo. Pomiary można wykonać dla różnych charakterów obciążenia (cosφind, cosφ=1, cosφpoj), ponieważ charakterystyki będą miały różne przebiegi.
Lp.
U
Iwzb
It
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
Charakterystyka regulacji Iwzb=f(It) 3,5
3
2,5
]
2
[A
zb
1,5
Iw
1
0,5
0
0
5
10
15
20
25
It [A]
6.
Wnioski.
Pierwszym etapem badania trójfazowej prądnicy synchronicznej było wyznaczenie charakterystyki biegu jałowego. Ma ona taki sam przebieg jak charakterystyka magnesowania (Φ=f(Iwzb)), 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.