18.10.2012r.

Politechnika Śląska Wydział Elektryczny

Laboratorium z Maszyn Elektrycznych

„Prądnica synchroniczna trójfazowa”

Grupa dziekańska 1

Sekcja 5:

Marek Kaleta

Bartłomiej Klama

Piotr Raczek

Mateusz Słota

Cel i program ćwiczenia

Celem ćwiczenia było poznanie właściwości oraz wyznaczenie charakterystyk prądnicy synchronicznej trójfazowej. Pomiary przeprowadzone w ćwiczeniu pozwalają na porównanie właściwości badanej maszyny z przepisami (np. sprawdzenie zapasu wzbudzenia, zmienności napięcia.

Znajomość charakterystyk biegu jałowego, zwarcia i obciążenia stanowi wyjście do wyznaczenia podstawowych parametrów prądnicy, koniecznych do analizy zachowania się maszyny w ustalonym i nieustalonym stanie pracy.

Program ćwiczenia obejmował:

• zdjęcie charakterystyki biegu jałowego,

• zdjęcie charakterystyki zwarcia:

- charakterystyka symetrycznego zwarcia trójfazowego,

- charakterystyka zwarcia dwufazowego,

- charakterystyka zwarcia jednofazowego,

• zdjęcie charakterystyki zewnętrznej,

• zdjęcie charakterystyki obciążenia,

• zdjęcie charakterystyki regulacji.

Badane przyrządy

Dane znamionowe badanej prądnicy:

• S_n = 4 kVA

• P_n = 3,2 kW

• U_n = 230 V

• I_n = 10 A

• cosφ = 0,8

• f_n = 50 Hz

• n = 1500 obr/min

Dane znamionowe silnika prądu stałego:

• P_n = 4 kW

• U_n = 230 V

• I_n = 22 A

Schematy pomiarowe, charakterystyki i tabele wyników

Charakterystyka biegu jałowego

Przed przystąpieniem do ściągania charakterystyki stanu jałowego należało zmierzyć napięcie szczątkowe prądnicy. Napięcie to pochodzi od magnetyzmu szczątkowego magneśnicy prądnicy.

Charakterystyka biegu jałowego przyjmuje kształt pętli histerezy a zatem pomiary należy wykonywać w dwóch kierunkach: dla narastającego prądu wzbudzenia I_w oraz opadającego. Pomiary wykonujemy przy stałej liczbie obrotów n = const. oraz przy zerowym prądzie obciążenia (otwartych zaciskach wyjściowych) I = 0. Wyniki pomiarów przedstawiono w tabeli.

U_ps = f(I_w) przy n = const., I = 0

Rys. Schemat układu pomiarowego do badania charakterystyki biegu jałowego

Tabela pomiarowa U_ps = f(I_w) dla n = 1500 obr/min i I = 0 A

Iw	Ups
A	V
0	20
1,2	112
2	152
3	208
4	244
5	276
6	296
7	320
8	344
9	352
10	368
9	360
8	352
7	336
6	328
5	320
4	288
3	252
2	184
1,2	124
0	19

Charakterystyka zwarcia

Charakterystyka zwarcia przedstawia zależność skutecznego prądu twornika od prądu wzbudzenia przy zwartych zaciskach twornika prądnicy i przy stałej prędkości obrotowej.

I_z = f(I_w), n = const.

Rys. Schemat układu pomiarowego do badania charakterystyki stanu zwarcia.

• Zwarcie symetryczne trójfazowe

I_z3 = f(I_w), n = 1500 obr/min

Iw	Iz
A	A
1,2	2
2	3
2,8	4
3,6	5
4,4	6
5,2	7
6	8
6,6	9
7,4	10

• Zwarcie dwufazowe

I_z2s = f(I_w), n = 1500 obr/min

Iw	Iz
A	A
1,2	3
1,8	4
2,2	5
2,6	6
3	7
3,6	8
4	9
4,4	10

• Zwarcie jednofazowe

• I_z1 = f(I_w), n = 1500 obr/min

Iw	Iz
A	A
1,2	5,4
1,6	6
2	7
2,2	8
2,4	9
2,6	10

Charakterystyka zewnętrzna prądnicy

Charakterystyka zewnętrzna przedstawia zależność napięcia na zaciskach prądnicy w funkcji prądu twornika o symetrycznym obciążeniu przy stałym prądzie wzbudzenia, stałej częstotliwości i stałym współczynniku mocy.

U_ps = f(I_t) przy I_w = const., cosφ = const., n = const.

Rys. Schemat układu pomiarowego do badania charakterystyki zewnętrznej

Tabela pomiarowa U_ps = f(I_t) dla n = 1500 obr/min i I_w = 5 A

It	Ups
A	V
0	270
2	232
3	216
4	176
5	120
6	70
7	10

Tabela pomiarowa U_ps = f(I_t) dla n = 1500 obr/min i I_w = 10 A

It	Ups
A	V
0	368
3	320
4	336
5	320
6	296
7	272
8	240
9	184
10	152

Charakterystyka obciążenia

Charakterystyką obciążenia nazywamy zależność napięcia na zaciskach prądnicy obciążonej symetrycznie od prądu wzbudzenia przy stałym prądzie twornika, stałym współczynniku mocy i stałej częstotliwości.

U_ps = f(I_w), I_t = const., cosφ = const., n = const.

Tabela pomiarowa U_ps = f(I_w) dla n = 1500 obr/min i I_t = 4 A

Iw	Ups
A	V
3	36
4	108
5	184
6	232
7	272
8	304
9	328
10	336

Tabela pomiarowa U_ps = f(I_w) dla n = 1500 obr/min i I_t = 6 A

Iw	Ups
A	V
4,2	8
5	64
6	140
6,6	180
7,6	232
8,5	264
9,6	288

Charakterystyka regulacji

Charakterystyką regulacji nazywamy zależność prądu wzbudzenia prądnicy od jej prądu obciążenia przy stałym napięciu obciążenia, stałym współczynniku mocy i stałej częstotliwości.

I_w = f(I_ps), U_ps = const., cosφ = const., n = const.

Rys. Schemat układu pomiarowego do pomiaru charakterystyki regulacji

Tabela pomiarowa I_w = f(I_ps) dla n = 1500 obr/min i U_ps = 140 V

Iw	It
A	A
2,2	1
3,8	2,8
4,8	4,4
5,8	5,4
6,6	6,2
8	7,6
9,2	9,4

Tabela pomiarowa I_w = f(I_ps) dla n = 1500 obr/min i U_ps = 160 V

Iw	It
A	A
2,4	1
3,2	2
4,2	3
5	4
5,8	5
6,5	6
7,2	7
8	8
8,7	9
9,6	10

Wnioski

Na podstawie pomiarów przeprowadzonych w trakcie ćwiczenia oraz wykonanych charakterystyk zaobserwowaliśmy, że charakterystyka biegu jałowego składa się z dwóch części ze względu na histerezę obwodu magnetycznego.

Spośród trzech zbadanych rodzajów zwarć największe prądy zwarcia występują przy zwarciu jednofazowym tj. przy zwarciu jednej z faz do punktu zerowego. Wynika to prawdopodobnie z tego, iż w pętli zwarcia występuje jedynie jedno uzwojenie a zatem impedancja pętli zwarcia ma najniższą wartość.

Ze zdjętej charakterystyki zewnętrznej można obserwować zmienność napięcia wraz ze zmianami prądu obciążenia. Z charakterystyk wynika, że moc maksymalna wydawana przez prądnice zależy od wartości prądu wzbudzenia i że jest ona do prądu wzbudzenia proporcjonalna. Przez fakt, że wykonano pomiary dla jedynie 2 różnych prądów wzbudzenia nie można określić charakteru tej zależności.

Charakterystyka obciążenia wskazuje, że w miarę wzrostu prądu wzbudzenia wzrasta wartość napięcia na zaciskach prądnicy. Zaś z charakterystyki regulacyjnej opisującej w jakich granicach możemy regulować parametrami prądu wzbudzenia, aby utrzymać stałe napięcie na zaciskach prądnicy przy zmiennym obciążeniu, wynika, że w miarę wzrostu prądu twornika wzrasta wartość prądu wzbudzenia.