POLITECHNIKA POZNAŃSKA INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI PRZEMYSŁOWEJ Zakład Maszyn Elektrycznych
Laboratorium Maszyn Elektrycznych Ćwiczenie nr 2 Temat: Badanie prądnicy synchronicznej - praca autonomiczna
Rok akademicki: 2006/2007 Wydział Elektryczny Studia dzienne magisterskie Elektrotechnika sem 6 Specjalność: UEiIPP	Grupa laboratoryjna: 1. Krzysztof Wiśniewski 2. Wróbel Paweł 3. Urbański Sławomir 4. Dworzyński Krystian 5. Dopierała Michał	Data
				Wykonania ćwiczenia	Oddania sprawozdania
				07.03.2007r.	14.03.2007r.
				Ocena:
Uwagi:

1. Cel ćwiczenia

Ćwiczenie polegało na zbadaniu prądnicy synchronicznej pracującej samotnie czyli naszym zadaniem było badanie prądnicy w taki sposób by wyznaczyć odpowiednie charakterystyki: stanu jałowego, ustalonego stanu zwarcia symetrycznego oraz charakterystyki zewnętrznej (przy różnych charakterach obciążenia) oraz obciążeniowej przy prądzie znamionowym i obciążeniu czysto indukcyjnym. Celem jest także wyznaczenie reaktancji synchronicznych: podłużnej i rozproszenia twornika.

2. Schemat układu pomiarowego i dane znamionowe

Schemat układu

Dane znamionowe:

• Prądnica synchroniczna

• Moc znamionowa P_N = 5 [kW];

• Prędkość obrotowa 1800obr/min ( w naszym przypadku pracowała dla f=50Hz czyli osiągnęła prędkość 1500obr/min;

• Prąd znamionowy I_N=25A;

• Napięcie U_N= 38/115V;

• f=60 Hz;

• cosϕ=1;

• Silnik napędowy

• Moc znamionowa P_N = 6,5 [kW];

• I_N=56,5 A

• n=1500 obr/min

• U_wzb=115 V

• I_wzb=2,4 A

3. BADANIE PRĄDNICY SYNCHRONICZNEJ

1. Wyznaczenie charakterystyki stanu jałowego

Charakterystyka biegu jałowego (magnesowania) to zależność siły elektromotorycznej E od prądu wzbudzenia. Przy pomocy silnika napędowego doprowadzamy maszynę synchroniczną do prędkości obrotowej 1500 obr/min i odczytujemy napięcie na zaciskach nieobciążonego twornika przy n=const (ω=const), zmieniamy prąd wzbudzenia od I_wzb=0A do I_wzb dla napięcia 1,4U_n czyli około 160V.

Tabela pomiarów:

• Dla U zwiększanego od 0 do 150V

Lp.	Uo[V]	Iwzb[A]
1.	0	0
2.	20	0,2
3.	40	0,35
4.	60	0,55
5.	80	0,75
6.	100	0,95
7.	120	1,15
8.	150	1,60

• Dla U zmniejszanego od 150 V do 0V

Zostało to wykonane w celu sprawdzenia czy maszyna posiada magnetyzm szczątkowy.

Lp.	Uo[V]	Iwzb[A]
1.	150	1,60
2.	120	1,15
3.	100	0,93
4.	80	0,73
5.	60	0,55
6.	40	0,35
7.	20	0,19
8.	0	0

Jak widać z powyższych pomiarów maszyna nie wykazała magnetyzmu szczątkowego. Wnioskuje to po tym, że dla I_wzb=0A U_o=0V; gdyby napięcie U_o byłoby większe od 0V wówczas mamy do czynienia z magnetyzmem szczątkowym.

Charakterystyka biegu jałowego (magnesowania)




1. Wyznaczenie charakterystyki ustalonego zwarcia symetrycznego

Charakterystyka ustalonego zwarcia symetrycznego jest zależnością prądu twornika od prądu wzbudzenia, wyznaczana jest przy zwartych zaciskach twornika i przy n=const=1500obr/min. Do wyznaczenia tej charakterystyki wystarczą mi już 2 punkty pomiarowe, ponieważ charakterystyka zwarcia jest linią prostą przechodzącą przez punkt (0,0). Zwiększamy tak długo prąd wzbudzenia, aż prąd twornika osiągnie wartość znamionową 25A.

Tabela pomiarów:

Lp.	IZ[A]	Iwzb[A]
1.	0	0
2.	25	0,95

Charakterystyka ustalonego zwarcia symetrycznego




Sprawdziliśmy także jak prąd zwarcia zależy od prędkości obrotowej. Dla wyznaczonego wcześniej prądu wzbudzenia, przy którym prąd twornika osiągnął 25A, czyli I_wzb=0,95A=const zmniejszamy prędkość obrotową od n=1500obr/min.

Tabela pomiarów:

Lp.	IZ[A]	n[obr/min]
1.	25,0	1487
2.	25,0	1435
3.	25,0	1300
4.	25,0	1250
5.	25,0	900
6.	24,5	625
7.	24,0	440
8.	22,0	203
9.	18,5	105
10.	16,0	85
11.	12,0	57
12.	8,0	55

Charakterystyka I_z=f(n) dla I_wzb=const=0,95A





Warto zauważyć, że prąd zwarcia praktycznie nie zależy od prędkości obrotowej (częstotliwości). Wynika to stąd, że prąd. zwarcia, jako iloraz SEM i impedancji obwodu zwarcia, jest praktycznie stały w zakresie częstotliwości, w którym rezystancja jest pomijalna w stosunku do reaktancji

3.3 Obliczenie stosunku zwarcia

Wyznaczanie stosunku zwarcia i reaktancji synchronicznej podłużnej przy wykorzystaniu charakterystyk zwarcia i magnesowania maszyny synchronicznej.

I_f0 = prąd wzbudzenia dla którego na biegu jałowym mamy napięcie znamionowe (U_N);

I_fz = prąd wzbudzenia dla którego przy zwarciu mamy prąd znamionowy (I_N);

Stosunek zwarcia:




Stosunek zwarcia można także wyrazić jako




przy czym I_z0 oznacza prąd zwarcia dla I_f = I_f0. Stosunek ten oznacza zatem krotność ustalonego prądu, jaki płynie w tworniku po zwarciu maszyny wzbudzonej na biegu jałowym do napięcia znamionowego, w stosunku do prądu znamionowego. Stosunek zwarcia zawiera się w granicach od 0,4 do 1,1 przy czym wartości mniejsze odnoszą się do maszyn większych.

Po podstawieniu do w miejsce I_z0


                                                                  

gdzie    X_d         - reaktancja synchroniczna w osi podłużnej,

otrzymuje się zależność


                                                     

z której wynika, że stosunek zwarcia jest ilościowo równy odwrotności reaktancji synchronicznej podłużnej wyrażonej w jednostkach względnych. Większy stosunek zwarcia oznacza zatem mniejszą reaktancję synchroniczną maszyny i większy prąd zwarcia odpowiadający danemu wzbudzeniu.

Stosunek zwarcia określa również przeciążalność statyczną maszyny zgodnie z zależnością


                                                 

Znamionowy prąd wzbudzenia I_fn oraz cos_n są zwykle podawane na tabliczce znamionowej maszyny.

Wyznaczenie stosunku zwarcia dla badanej maszyny:




1. Wyznaczenie charakterystyki zewnętrznej prądnicy przy różnych charakterach        obciążenia

Dane pomiarowe:

Obciążenie rezystancyjne (R)		Obciążenie indukcyjne (L)		Obciążenie pojemnościowe (C)
U	I	U	I	U	I
[V]	[A]	[V]	[A]	[V]	[A]
114	4,0	104	3,0	128	6,5
104	11,5	92	6,0	140	10,0
94	16,5	78	10,0	156	15,0
86	20,5	66	13,0	168	20,0
74	22,0	48	17,0	-	-
68	24,0	36	20,0	-	-
-	-	29	21,5	-	-

Charakterystyki zewnętrzne prądnicy U=f(I) (zestawione na wspólnym wykresie):

n,I_wzb=const




2. Wyznaczenie charakterystyki obciążeniowej przy prądzie znamionowym i obciążeniu czysto indukcyjnym

I_N=25A; n=1500obr/min; cosφ=0 (L);

Dane pomiarowe:

Lp.	U [V]	Iwzb [A]
1.	43	1,35
2.	54	1,45
3.	69	1,60
4.	88	1,80
5.	112	2,1
6.	139	2,55

Charakterystyka obciążeniowa U=f(I_wzb):




3. Wyznaczenie reaktancji podłużnej i reaktancji rozproszenia twornika

W celu wyznaczenia reaktancji indukcyjnej rozproszenia, znając charakterystykę magnesowania i charakterystykę obciążenia twornika, konstruuje trójkąt zwarcia.




Reaktancja synchroniczna podłużna:




4. WNIOSKI:

Wyznaczona przez nas charakterystyka biegu jałowego (magnesowania) pokrywa się z charakterystyką teoretyczną. Badaliśmy ją mierząc napięcie w funkcji prądu wzbudzenia w dwóch przypadkach: raz gdy zwiększaliśmy napięcie od 0 do 150V, drugim razem zmniejszaliśmy od 150V do 0V. Maszyna (jak widać z pomiarów) nie wykazała magnetyzmu szczątkowego. Sama charakterystyka jest w przedziale I_wzb= 0÷1,2A prostoliniowa, powyżej wartości tego prądu następuje jej „załamanie”; jest to spowodowane nasycaniem się obwodu magnetycznego.

Drugą wyznaczaną charakterystyką była charakterystyka ustalonego zwarcia symetrycznego. Jest to zależność prądu zwarcia od prądu wzbudzenia. Wykresem jest linia prosta. Następnie sprawdziliśmy jak od obrotów zależy prąd zwarcia. Odczytuje z niej, że dla „małej” prędkości obrotowej (do 800obr/min) następuje duży wzrost prądu zwarcia (największy wzrost dla n=(0÷200)obr/min, a powyżej 800obr/min prąd zwarcia praktycznie nie zależy od prędkości obrotowej. Charakterystyka została wyznaczona przy Iwzb=0,95A.

Następnie na podstawie charakterystyki magnesowania i zwarcia został obliczony stosunek zwarcia k_Z=0,64[-].

Kolejnym etapem było wyznaczenie charakterystyki zewnętrznej prądnicy przy różnych charakterach obciążenia dla n,I_wzb=const. Dla obciążenia o charakterze indukcyjnym oraz rezystancyjnym obserwujemy spadek napięcia ze wzrostem prądu (jednak porównując te spadki zauważam, że spadek U dla obc. R jest dużo mniejszy niż dla obc. L); zaś dla obciążenia o charakterze pojemnościowym mamy sytuację odwrotną (napięcie rośnie wraz z wzrostem prądu).

Wyznaczyliśmy także charakterystykę obciążeniową przy I_N=25A, n=1500obr/min, cosφ=0(L).Obserwuję wzrost napięcia wraz z wzrostem prądu wzbudzenia. Na podstawie charakterystyki magnesowania i obciążenia został wykreślony trójkąt zwarcia (Poitera), dzięki któremu łatwo jest wyznaczyć reaktancję rozproszenia twornika(X_tr=0,577Ω).

Obliczona reaktancje wynoszą X_D=3,69Ω, a X_td=3,113Ω.

---