1. Dane znamionowe prądnicy synchronicznej

S_n=4/3,2kVA

U_n=400V

I_n=5,8A

f_n=50Hz

cosφ_n=0,8

1. Schemat układu pomiarowego

1. Wyniki pomiarów i wykresy

1. Charakterystyka biegu jałowego U₀(I_f) dla f=50Hz

Pomiar do wyznaczenia charakterystyki biegu jałowego U(I_f) wykonałyśmy przy rozwartych zaciskach twornika, regulując prąd wzbudzenia w zakresie I_f = 0 – 10 [A] (zwiększanie) oraz od 10 – 0 [A] (zmniejszanie). Generator był napędzany z prędkością znamionową tak, aby f = 50Hz.

nr	U0	If
1	25,1859	0,082726
2	71,85842	1,060011
3	190,277	2,881123
4	212,3457	3,228485
5	277,5266	4,331328
6	326,413	5,344336
7	370,9923	6,512633
8	396,8745	7,477289
9	417,2175	8,327266
10	434,2086	9,379832
11	450,9111	10,57505
12	439,7823	9,517493
13	429,8361	8,734691
14	412,8735	7,58141
15	390,4422	6,563893
16	354,5793	5,383279
17	311,5102	4,338585
18	245,0885	3,121744
19	196,3672	2,343478
20	120,0086	1,28123
21	42,70606	0,249121

I_f0 = 7A

1. Charakterystyka zwarcia I_s(I_f)

Pomiar do wyznaczenia charakterystyki zwarcia Is(I_f) wykonałyśmy przy zwartych zaciskach twornika, regulując prąd wzbudzenia od zera do wartości, przy której prąd twornika osiągnął wartość znamionową (Is= 5,8[A]). Generator był napędzany z prędkością znamionową tak, aby f = 50Hz.

nr	Is	If
1	0,080307	0,268824
2	1,021334	0,873445
3	2,304696	1,685788
4	3,353116	2,370615
5	4,482283	3,115454
6	5,578327	3,851942
7	6,860748	4,717339

1. Charakterystyka obciążenia U(I_s) przy cosφ=1 i n=n_n

1. I_f = I_f0 = 7 A

Obciążenie	If	U
brak	0,012119	404,3291
R1	1,514631	397,0181
R1+R2	2,870482	376,074
R1+R2+R3	3,834477	336,061
R1+R2+R3+R4	4,683852	264,2025
R1+R2+R3+R4+R5	5,001074	207,0493

1. I_f=0,9*I_f0 = 6,3 A

Obciążenie	If	U
brak	0,011772	393,7816
R1	1,456089	382,9657
R1+R2	2,704134	355,2313
R1+R2+R3	3,550541	311,9469
R1+R2+R3+R4	4,249592	240,2045
R1+R2+R3+R4+R5	4,521987	187,4681

1. Charakterystyka obciążenia U(I_s) przy n=n_N

Obciążenie	Is	U
brak	0,007241	237,4922
R1	0,857609	227,2623
R1+R2	1,569446	215,8517
R1+R2+R3	1,998457	189,6448
brak	0,002027	254,0407
C1	0,895988	307,7317
C1+C2	2,251351	391,1459
C1+C2+C3	3,944694	459,0899
brak	0,002429	262,3569
(R1+C1)	1,357689	286,9918
(R1+C1)+(R2+C2)	2,795346	297,3578
(R1+C1)+(R2+C2)+(R3+C3)	3,430532	272,1993

1. Charakterystyka regulacyjna I_f(I_s) przy U=250V, cosφ=1

Pomiar charakterystyki regulacyjnej I_f(I_S) wykonałyśmy, zmieniając rezystancję obciążającą twornik i jednocześnie regulując prąd wzbudzenia I_f w taki sposób, aby na zaciskach twornika utrzymywać stałą wartość U_s = 250V. Generator był napędzany z prędkością znamionową tak, aby f = 50Hz.

Is	If	Obciążenie
0,007711	3,394327	brak
0,94679	3,62179	R1
1,934689	4,288586	R1+R2
2,7429	5,052468	R1+R2+R3
4,514681	6,932346	R1+R2+R3+R4
6,052347	8,913469	R1+R2+R3+R4+R5
0,004568	3,363468	brak
1,24787	2,643569	(R1+C1)
2,468995	2,723457	(R1+C1)+(R2+C2)
3,833468	3,853259	(R1+C1)+(R2+C2)+(R3+C3)

1. Pomiary do wyznaczenia X_d i X_q metodą małego poślizgu

Pomiar do wyznaczenia małego poślizgu wykonałyśmy przy rozwartym uzwojeniu wirnika, zasilając twornik z trzech transformatorów napięciem około 42V, maszyna była napędzana do prędkości bliskiej synchronicznej. Przed pomiarem metodą małego poślizgu rozmagnesowałyśmy maszynę na biegu jałowym. W tym stanie pracy zarejestrowałyśmy czasowe przebiegi napięcia i prądu twornika, co przedstawia poniższy wykres. W czasie 5 sekund zapisałyśmy 10000 odpowiednich wartości Uz i Iz.

1. Obliczenia

1. Wyznaczenie na podstawie charakterystyki biegu jałowego i zwarcia reaktancji synchronicznej podłużnej X_d nienasyconej i nasyconej.

$$X_{d} = \frac{U}{I \times \sqrt{3}}$$

Napięcie U odczytuje się z charakterystyki biegu jałowego, natomiast natężenie I z wyników pomiaru zwarcia. Reaktancję nienasyconą obliczyłyśmy dla I_f=4A, a reaktancję nasyconą dla I_f=8A.

$$X_{d,\text{nien}.} = \frac{290V}{2,8A \times \sqrt{3}} = 59,8\Omega$$

$$X_{d,\text{nas}.} = \frac{425V}{5,5A \times \sqrt{3}} = 44,61\Omega$$

1. Wyznaczenie na podstawie wyników pomiarów małego poślizgu reaktancji synchronicznej podłużnej X_d i reaktancji synchronicznej poprzecznej X_q.

Na podstawie wyników pomiarów obliczyłyśmy przebieg reaktancji X(t) zgodnie ze wzorem:

$$X = \frac{U_{z}}{I_{z} \times \sqrt{3}}$$

Wartość reaktancji synchronicznej podłużnej X_d to uśredniona wartość lokalnych maksimów przebiegu X(t), natomiast reaktancja synchroniczna podłużna X_q to uśredniona wartość lokalnych minimów tegoż przebiegu.

						wartości średnie
Xmax	44,95594	35,48658	44,88198	35,62331	44,60531	41,11062489
Xmin	30,92254	29,01803	30,94946	29,0642	30,96956	30,18475709

X_d ≈ 41, 11 Ω

X_q ≈ 30, 18 Ω

1. Wnioski

Charakterystyka biegu jałowego, nazywana inaczej charakterystyką magnesowania, potwierdza istnienie pozostałości magnetycznej, co jest widoczne na wykresie w postaci dwóch różniący się krzywych. Związane jest to ze zjawiskiem magnesowania obwodu głównego maszyny i wynikającymi stąd stratami.

Prąd zwarciowy jest proporcjonalny do prądu wzbudzenia, o czym świadczy prostoliniowa charakterystyka. Jest to związane z bardzo małym wypadkowym strumieniem w maszynie w stanie zwarcia. Charakterystyka zwarcia nie przechodzi jednak przez początek układu współrzędnych ze względu na remanent magnetyczny.

Przy stałym prądzie wzbudzenia i współczynniku mocy wzrost obciążenia powoduje zmianę napięcia. Z wykonanych pomiarów widzimy, że w przypadku obciążenia rezystancyjnego napięcie to spada, natomiast w przypadku obciążenia pojemnościowego rośnie w przybliżeniu liniowo. W przypadku obciążenia mieszanego napięcie początkowo rośnie, po czym maleje.

Wartość reaktancji synchronicznej podłużnej X_d wyznaczona na podstawie wyników pomiarów małego poślizgu jest niższa od wartości tej reaktancji wyznaczonej na podstawie charakterystyki biegu jałowego i zwarcia.