• Cele

Celem naszego ćwiczenia było zapoznanie się z rozruchem maszyny synchronicznej (rozruch synchroniczny i asynchroniczny).

Jednym z podstawowych problemów eksploatacji maszyn synchronicznych jest zapewnienie warunków umożliwiających powstanie trwałej więzi pomiędzy elektromagnesem (lub magnesem trwałym) wirnika oraz polem wirującym, wytwarzanym przez uzwojenia stojana przyłączone do sieci sztywnej. Więź ta może zaistnieć jedynie przy dostatecznie małej prędkości względnej wirnika i pola, a towarzyszące temu procesy nieustalone nie mogą stanowić zagrożenia dla maszyny ani sieci zasilającej. Przyjmowanie przez wirnik ustalonego, stabilnego położenia względem pola nazywa się synchronizacją. Sposób przygotowania maszyny do procesu synchronizacji zależy od jej wielkości i konstrukcji, przeznaczenia, parametrów sieci zasilającej itp.

• Rozruch synchroniczny

Synchronizacja generatorów wymaga precyzyjnego ustawienia wirnika względem pola odpowiadającego napięciu sieci. Dokonuje się tego metodą tzw. synchronizacji dokładnej, porównując chwilowe wartości siły elektromotorycznej, wyindukowanej w uzwojeniach stojana przez wirujący wzbudzony wirnik, z odpowiednimi napięciami sieci, do której ma być przyłączony generator. Włączenie maszyny do sieci powinno nastąpić w chwili, gdy pomiędzy parami odpowiednich zacisków wyłącznika występuje możliwie najmniejsze napięcie.

Dla osiągnięcia tego stanu należy

- uzgodnić kolejność faz prądnicy i sieci,

- wyrównać częstotliwość napięć generatora i sieci, nadając maszynie odpowiednią prędkość,

- wyrównać skuteczne wartości napięć sieci i prądnicy regulując prąd wzbudzenia,

- doprowadzić do zgodności faz napięć sieci i generatora.

Podczas rozruchu synchronicznego układ jest zbudowany tak jak na załączonym schemacie.

Podczas synchronizacji działa wzbudnica (samowzbudna prądnica prądu stałego) połączona z silnikiem prądu stałego zasilanego przez generator prądu stałego, który jest połączony z maszyną asynchroniczną. Po załączeniu układu wskaźniki w kolumnie synchronizacyjnej wskazują częstotliwość sieci oraz napięcie w niej panujące. Regulując R₁ zmienialiśmy prędkość maszyny tak aby zrównała się ona z częstotliwością sieci (f = 50 Hz). Potem ustawiliśmy na zaciskach maszyny napięcie sieci (U = 400 V). Następnie pozostało tylko załączyć maszynę w momencie kiedy żarówki kolumny synchronizacyjnej zgasły (żarówki w układzie „na ciemno” - kolejność faz zgodna przy zgaszonych żarówkach).

• Rozruch asynchroniczny

Rozruch asynchroniczny jest najczęściej wykorzystywaną metodą zbliżenia prędkości wirnika do prędkości pola wirującego. Odbywa się dzięki prądom wyindukowanym w klatce, w którą wyposażony jest wirnik lub w litych elementach obwodu magnetycznego wirnika. Wytwarzany w ten sposób moment przypomina w zasadzie moment powstający w silniku indukcyjnym, posiada jednak dodatkowe składowe wynikające z niepełnej, jedynie dwuosiowej symetrii zwartych obwodów wirnika. Rozruch asynchroniczny wzbudzonej maszyny w ogóle nie jest możliwy. Uzwojenie wzbudzenia nie może też pozostawać otwarte z uwagi na niebezpieczne dla izolacji napięcie, jakie wyidnukowałyby się w nim podczas rozruchu. Na ogół uzwojenie to jest zamykane na czas rozruchu asynchronicznego rezystancją o wartości zbliżonej do dziesięciokrotnej wartości rezystancji własnej uzwojenia.

Zwiększenie rezystancji ma na celu ograniczenie prądu wyindukowanego w uzwojeniu wzbudzenia przez pole wirujące, a tym samym zmniejszenie niekorzystnego "siodła" na charakterystyce momentu średniego. To obniżenie momentu może w pewnych przypadkach doprowadzić do utknięcia wirnika bezpośrednio po przekroczeniu połowy prędkości synchronicznej (tzw. efekt Görgesa). "Siodło" na charakterystyce momentu średniego wynika z istnienia składowej przeciw­nej pola eliptycznego.

moment średni wirnika z charakterystycznym „siodłem”

• Krzywe „V”

Zależność natężenia prądu twornika od natężenia prądu wzbudzenia obrazują Krzywe „V”. Z wykresu można również odczytać informację o charakterze pobieranej lub oddawanej do sieci mocy (czynna lub bierna). Z lewej strony krzywa jest ograniczona warunkami stabilności maszyny (zbyt duże zmniejszenie prądu wzbudzenia może spowodować wypadnięcie maszyny z synchronizmu), natomiast z prawej warunkami temperaturowymi. Minimum krzywej „V” oznacza kąt mocy określony równaniem cos

• Wnioski

Podczas wykonywanego ćwiczenia udało nam się zsynchronizować maszynę synchroniczną z siecią. Poprzez użycie układu Leonarda, oraz dobranie odpowiednich rezystancji spełniliśmy wszystkie wymienione wcześniej warunki

Z powodu ograniczeń czasowych niestety nie udało nam się wykonać pomiarów krzywych „V”, z tego też powodu zostały one opracowane teoretycznie.

cosϕ=1P

Granica

stateczności

P=0

I_f

I_fN

I_f0N

I_N

I_s

---