Laboratorium Maszyn Elektrycznych |
|
Ćwiczenie S2 - Maszyna synchroniczna, współpraca z siecią |
|
Grupa studencka: 5. Grupa laboratoryjna: D. |
4. 03. 2005 |
Imię i nazwisko : |
Data zaliczenia: |
1. Klaudiusz Szeląg |
|
2. Jan Wolak |
|
3. Dariusz Walczak |
Uwagi: |
4. |
|
5. |
|
1. Dane znamionowe:
Silnik 3 ∼
U 400V 231 V
16kW 23,1 A
50 Hz 1500 obr/min
2. Synchronizacja generatora z siecią
Schemat układu wykorzystywanego do synchronizacji dokładnej
Synchronizacja dokładna została przeprowadzona przy pomocy kolumny synchronizacyjnej. Kolumna umożliwiała odczyt częstotliwości oraz wartości napięć sieci i uzwojeń stojana generatora, jak również względnej wartości napięcia między generatorem a siecią, które było też uwidocznione przy pomocy dwóch żarówek. Maszyna została włączona do sieci w momencie kiedy uzyskano najniższe napięcie względne. Zostało ono uzyskane przez:
- uzgodnienie kolejność faz prądnicy i sieci,
- wyrównanie częstotliwość napięć generatora i sieci przez nadanie maszynie odpowiedniej prędkości,
- wyrównanie skutecznych wartości napięć sieci i prądnicy przez regulację prądu wzbudzenia,
- doprowadzenie do zgodności faz napięć sieci i generatora przez włączenie generatora w momencie kiedy napięcie względne zmieniające się z niewielką częstotliwością było najmniejsze.
3. Rozruch asynchroniczny
Schemat układu wykorzystywanego do rozruchu asynchronicznego
Przed uruchomieniem maszyny uzwojeniami wzbudzenia zostały zwarte przez opornicę suwakową. Po podłączeniu do sieci, gdy maszyna rozpędziła się do prędkości zbliżonej do prędkości synchronicznej, uzwojenia wirnika zostały przełączone w stan normalnej pracy silnikowej. W przypadku ustawienia oporu około 10 razy większego niż opór uzwojenia wzbudzenia rozruch nastąpił bez problemów, jednak w przy ustawieniu zbyt małego oporu uwidocznił się efekt Görgesa - prędkość maszyny nie osiągnęła wartości zbliżonej do prędkości synchronicznej, lecz ustaliła się przy niższej wartości.
4. Pomiary krzywych V
Pomiary krzywych V były wykonywane przy połączeniu mechanicznym silnika synchronicznego z silnikiem prądu stałego podłączonego w układzie Leonarda. Po rozruchu asynchronicznym maszyna została obciążona tak, aby wydawana moc była stała. Było to możliwe dzięki łatwej regulacji momentu mechanicznego silnika prądu stałego przez regulację prądu wzbudzenia. Prądu wzbudzenia maszyny był odczytywany z jednego amperomierza, natomiast prąd twornika z trzech amperomierzy, po jednym na każdą fazę. Wartość prądów twornika została uśredniona, co umożliwiło utworzenie wykresu zależności Is(Iw).
Wyniki pomiarów:
If [A] |
IA [A] |
IB [A] |
IC [A] |
Iśr [A] |
P [W] |
1,5 |
6,5 |
6,5 |
6,1 |
6,3666667 |
0 |
2,5 |
2,7 |
2,7 |
2,8 |
2,7333333 |
0 |
3,5 |
0,6 |
0,9 |
0,7 |
0,7333333 |
0 |
4,5 |
3,8 |
4,4 |
3,8 |
4 |
0 |
5,5 |
6,4 |
7,2 |
6,4 |
6,6666667 |
0 |
6,5 |
10 |
10,5 |
9,5 |
10 |
0 |
7,5 |
13,5 |
12,5 |
12,5 |
12,833333 |
0 |
8,5 |
15 |
16 |
14,5 |
15,166667 |
0 |
9,5 |
17,5 |
17,1 |
17 |
17,2 |
0 |
10,5 |
19,5 |
21 |
19 |
19,833333 |
0 |
11,5 |
22 |
23 |
22 |
22,333333 |
0 |
|
|
|
|
|
|
2 |
14 |
15,5 |
14,5 |
14,666667 |
6400 |
3 |
11,5 |
11,5 |
11,5 |
11,5 |
6400 |
4 |
11,5 |
12 |
11,5 |
11,666667 |
6400 |
5 |
11 |
11,5 |
10,5 |
11 |
6400 |
6 |
12,5 |
13 |
12 |
12,5 |
6400 |
7 |
14,5 |
15 |
14 |
14,5 |
6400 |
8 |
16,5 |
17,5 |
16 |
16,666667 |
6400 |
9 |
19 |
20 |
18 |
19 |
6400 |
10 |
21,5 |
22,5 |
20,5 |
21,5 |
6400 |
11 |
23 |
24 |
22 |
23 |
6400 |
5. Wnioski
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.
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.
W przypadku silnika synchronicznego wymaganą niską prędkość względną wirnika i pola wirującego uzyskuje się za pomocą jednej z trzech metod:
- za pomocą obcej maszyny,
- obniżając częstotliwość napięcia zasilającego uzwojenie stojana,
- metodą rozruchu asynchronicznego.
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 wyindukowałyby 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. Prądy o częstotliwości sf0, wyindukowane w obwodach wirnika z powodu ich niepełnej symetrii, wywołują pole, które ma dwie składowe:
- zgodną, wirującą względem stojana z prędkością ωzg = ω + sω0 = ω0,
- przeciwną, której prędkość względem stojana wynosi ωprz = ω - sω0=(1 - 2s)ωo
Zmiana znaku prędkości ωprz przy poślizgu 0,5 powoduje również zmianę znaku momentu średniego, pochodzącego od tej składowej pola szczelinowego. Ten składnik momentu dodatni dla poślizgów 1 ≥ s > 0,5 staje się ujemny dla s < 0,5.
"Siodło" na charakterystyce momentu średniego - tzw. efekt Görgesa
W1
wył.
zał.
wzbudzenie silnika napędowego
prądu stałego
silnik
250 V
V
250 V
V
50 A
A
220 V
230 Ω
4,7 Ω
E1
E2
F1
F2
A1
A2
wzbudzenie
praca
opornica suwakowa
195 Ω
100 Ω
opornica suwakowa
15 Ω
50 A
A
50 A
A
3 x 380V
walizka pomiarowa
X
Y
Z
U
V
W
3 x W
3 x V
3 x A
kolumna synchronizacyjna
0 1 2 3 4
Wyszukiwarka