POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA W KIELCACH
LABORATORIUM MASZYN ELEKTRYCZNYCH
Nr ćwiczenia : 5	Temat: Praca równoległa generatora synchronicznego z siecią sztywną .	Zespół: 1.Chęciński Paweł 2.Chojnacki Andrzej 3.Dobrowolski Daniel 4.Dukat Piotr
Data wykonania ćwiczenia: 08.04.1998	Data oddania sprawozdania : 29.04.1998	Ocena:

1. Cel wykonania ćwiczenia .

Celem ćwiczenia jest poznanie metod przyłączania do sieci prądnicy synchronicznej oraz zbadanie zachowania się prądnicy w warunkach ruchowych przy współpracy z siecią sztywną . W ćwiczeniu badana była prądnica samowzbudna trójfazowa stabilizowanym napięciu na zaciskach napędzana prądnicą prądu stałego pracującą jako silnik . Dane znamionowe obu urządzeń zawiera tabela :

Wielkość znamionowa	Prądnica samowzbudna trójfazowa o stabilizowanym napięciu na zaciskach	Prądnica prądu stałego
Typ	Gce 64a	PCM - 65-4b
Moc	Sn=10 kVA	Pn=6,5 kW
Napięcie	Un=400 V	Un=230 V
Prąd	In=14,4 A cosϕn=0,8 In=11,5 A cosϕn=1,0	In=28,2 A
Prędkość obrotowa	nn=1500 obr/min	nn=1450 obr/min
Wzbudzenie	30 V 9,4 A	Własne 0,85 A
Izolacja	Klasa B	Klasa B
Ciężar	108 kg	115 kg

Jako przyrządów pomocniczych w przeprowadzonym ćwiczeniu użyto :

• Woltomierz klasy 0,5 o zakresach 150 lub 300 V

• Amperomierz prądu stałego klasy 0,5 o zakresach 0,75 ; 1,5 lub 3 A

• Amperomierz klasy 0,5 o zakresach 5 lub 10 A

• Watomierz klasy 0,5 o zakresach : napięciowych 100 ; 200 lub 400 V

prądowych 5 lub 10 A

• Herzomierz klasy 0,2 o zakresach napięciowych 100 ; 150 ; 220 ; 380 lub 500 V oraz zakresach częstotliwości 50 ; 400 lub 500 Hz .

2. Włączenie prądnicy do sieci sztywnej metodą synchronizacji .

Synchronizacja polega na doprowadzeniu wartości chwilowych napięć prądnicy do takiej zgodności z napięciami chwilowymi sieci , aby po przyłączeniu tej prądnicy do sieci nie wystąpiły zaburzenia w pracy innych odbiorników , spowodowane dużymi udarami prądów przy niewłaściwie przeprowadzonej synchronizacji . Aby można było to osiągnąć muszą być spełnione następujące warunki :

• Równość wartości skutecznych napięć sieci i prądnicy U_s = U_if .

• Równość częstotliwości napięć sieci i prądnicy f₁ = f₂ .

• Zgodność kolejności faz prądnicy i sieci .

• Chwilowe wartości sumy wektorów napięć prądnicy i sieci powinny się zerować U_s + U_i = 0 .

Równość wartości skutecznych U_s = E_m uzyskuje się poprzez regulację prądu wzbudzenia prądnicy aż do osiągnięcia tego warunku . Jeżeli istnieje różnica w wartościach tych napięć wówczas po włączeniu prądnicy do sieci , pod wpływem różnicy napięć ΔU przepływa prąd bierny , który jednak nie daje żadnego momentu obrotowego . Kontrolę napięć przeprowadza się dwoma woltomierzami z których jeden włączony jest po stronie sieci a drugi po stronie prądnicy .

Równość częstotliwości uzyskuje się przez regulację prędkości obrotowej prądnicy synchronicznej . Jeżeli warunek ten nie jest spełniony pojawia się zmieniająca się w czasie różnica napięć ΔU pomiędzy odpowiadającymi sobie wskazami napięć . Pod wpływem tego napięcia popłynie prąd I , który będzie przesunięty względem napięcia sieci o pewien niewielki kąt ϕ . Pojawi się więc w chwili załączania moment hamujący lub przyspieszający prądnicę synchroniczną .

Gdyby kolejność faz dołączanej prądnicy była inna niż kolejność faz sieci , nie byłoby takiej chwili , w której ΔU₁ = ΔU₂ = ΔU₃ = 0 , i w której można by zamknąć wyłącznik .

Jeżeli wymienione wcześniej warunki są spełnione , to przyłączenie prądnicy do sieci powinno nastąpić w momencie gdy suma chwilowych wartości napięć wynosi zero co oznacza , że potencjały po obu stronach wyłącznika są takie same . Rys.1. przedstawia układ połączeń prądnicy synchronicznej , którą należy przyłączyć do sieci metodą synchronizacji z zastosowaniem układu żarówek „na światło wirujące” . Żarówki zapalają się i gasną w pewnej określonej kolejności ( 1,2,3 lub 3,2,1 ) zależnie od tego czy prędkość kątowa gwiazdy napięć prądnicy jest mniejsza czy większa od prędkości kątowej gwiazdy napięć sieci . Podczas jednego obrotu gwiazdy napięcie na żarówce rośnie od zera do wartości maksymalnej i potem znów maleje do zera . Synchronizm w tym układzie zostaje osiągnięty gdy żarówka 1 nie świeci , a dwie pozostałe świecą jednakowo .

Rys.1. Układ połączeń prądnicy synchronicznej przy włączaniu jej do sieci sztywnej metodą synchronizacji .

W przypadku różnej kolejności faz sieci i prądnicy światła żarówek nie wirują lecz zapalają się i gasną równocześnie . Im wolniej wirują światła , tym mniejsza jest różnica częstotliwości napięcia sieci i prądnicy . Woltomierz V₀ ( na rys. ) pozwala na uchwycenie momentu , w którym suma algebraiczna napięć chwilowych sieci i prądnicy wynosi zero . Ponieważ w ćwiczeniu nie stosowaliśmy żarówek dlatego też na jednej fazie łącznika W wykonaliśmy zwarcie , aby uzyskać wskazanie na woltomierzu zerowym . Łącznik W został zamknięty gdy woltomierz zerowy wskazywał minimalną wartość , bliską zeru .

Ogólnie ćwiczenie zostało przeprowadzone według następujących punktów :

• Łączymy układ według rysunku 1 .

• Podajemy napięcie do obwodu wzbudzenia silnika obcowzbudnego , który stanowi napęd prądnicy .

• Dokonujemy rozruchu silnika aż do prędkości synchronicznej .

• Wzbudzamy prądnicę aż do uzyskania na stojanie napięcia równego napięciu sieci .

• Wskaźnikiem kolejności faz sprawdzamy zgodność kolejności faz sieci i prądnicy .

• Regulując prędkość obrotową silnikiem napędzającym prądnicę doprowadzamy do wyrównania częstotliwości .

• Gdy wskazówka woltomierza zerowego dochodzi w pobliże zera , dokonujemy włączenia prądnicy do sieci .

2. Włączenie prądnicy do sieci metodą samosynchronizacji .

Metoda samosynchronizacji polega na włączeniu do sieci niewzbudzonej prądnicy synchronicznej , wirującej z prędkością bliską synchronicznej . Po włączeniu prądnicy do sieci należy ją wzbudzić takim napięciem , aby przez uzwojenie wzbudzenia przepływał prąd wzbudzenia biegu jałowego I_fon . Przepływ prądu wzbudzenia powoduje wówczas powstanie momentu obrotowego , który po pewnym czasie wciągnie wirnik prądnicy w synchronizm . W czasie samosynchronizacji obwód wzbudzenia musi być zwarty przez opornik w celu zabezpieczenia przed przepięciami . Schemat pomiarowy przedstawia rysunek 2 .

W tej części ćwiczenia przebieg czynności jest następujący :

• Łączenie schematu według rysunku 2 .

• Za pomocą silnika napędowego doprowadzamy prądnicę do prędkości zbliżonej do synchronicznej i sprawdzamy kolejność faz .

• Włączamy prądnicę do sieci .

• Wyłączając opornik gaszący załączamy wzbudzenie prądnicy , nastawione uprzednio do wartości znamionowej biegu jałowego .

3. Wyznaczanie krzywych V .

Krzywe V maszyny synchronicznej przedstawiają zależność prądu twornika od prądu wzbudzenia I_t = f(I_f) przy P = const oraz U = const. Dla każdej krzywej V występuje pewne minimum prądu twornika . Punkt ten odpowiada cos ϕ = 1 . Gdy połączymy te punkty dla kilku krzywych , otrzymamy charakterystykę regulacji dla cos ϕ = 1 . Graniczna krzywa V odpowiada zerowej mocy czynnej obciążenia prądnicy . Jest ona jednocześnie charakterystyką regulacji dla cos ϕ = 0 . Każda krzywa V ma swoją granicę stabilności . Poniżej pewnej wartości prądu wzbudzenia dla odpowiednio dużych obciążeń prądnica wypada z synchronizmu . Schemat układu pomiarowego przedstawia rysunek 1 . Po dokonaniu synchronizacji przy stałym napięciu ustala się stałą wartość mocy oddawanej przez prądnicę . Uzyskuje się to poprzez regulację wzbudzenia silnika napędowego . Następnie poprzez zmianę prądu wzbudzenia prądnicy przeprowadzamy zmianę prądu twornika . Uzyskane wyniki zawiera poniższa tabela :

L.p.	U	I1	I2	I3	Iśr	If	P1	P2	P	cos ϕ
---	V	A	A	A	A	A	A	A	A	---
1.	370	8,4	9,0	8,8	8,73	1,4	800	-800	0	0
2.	370	6,6	7,2	7,1	6,97	2,0	600	-600	0	0
3.	370	4,3	4,8	4,65	4,58	3,0	400	-400	0	0
4.	370	1,8	2,4	2,05	2,08	4,0	400	-480	0	0
5.	370	0,4	0,45	0,4	0,42	4,9	480	-480	0	0
6.	370	3,0	2,6	2,8	2,8	6,0	1200	-1200	0	0
7.	370	5,5	5,0	5,4	5,3	7,0	1200	-1200	0	0
8.	370	7,3	6,9	7,25	7,15	7,8	1200	-1200	0	0
9.	370	8,9	8,3	8,8	8,67	8,4	1280	-1280	0	0

Zależność prądu twornika od prądu wzbudzenia It = f(If) przy P = 0 W oraz U = 370 V przedstawia wykres na następnej stronie . Z wykresu można odczytać Ifo = 4,83 A oraz stosunek U / Xd = 12,31 A .

Rys.2. . Układ połączeń prądnicy synchronicznej przy włączaniu jej do sieci sztywnej metodą samosynchronizacji .

---