Politechnika Rzeszowska Grabiny 2011-01-05

LABOLATORIUM MASZYN ELEKTRYCZNYCH

Pytania zebrane cz.1,2,3(trzy zaliczenia-wszystkie grupy)..

1.Transformator.

2.Trójfazowy silnik indukcyjny klatkowy.

4.Silnik indukcyjny jednofazowy.

5. Generator synchroniczny.

8.Silnik prądu stałego.

9.Silnik komutatorowy.

14.Praca równoległa transformatorów.

23.Generator indukcyjny.

Transformator:

1.Jak wyznaczyć z pomiarów nieznane napięcie znamionowe transformatora?

Można to zrobić po wykreśleniu charakterystyki dla stanu jałowego
.Praca w warunkach znamionowych odpowiada początkowemu zakrzywieniu tej charakterystyki dla której odczytujemy wartość napięcia po stronie wtórnej ( które odpowiada napięciu znamionowemu ).Określono to linią przerywaną . w praktyce to zakrzywienie nie jest dobrze widoczne lecz jest różnica w stromości wykresu.

2.Co to jest zwarcie transformatora ?

Stan zwarcia występuje wówczas gdy strona pierwotna transformatora jest zasilana a strona wtórna jest zwarta. Może być awaryjne ( gdy transformator zasilany jest napięciem znamionowym )lub pomiarowe ( kiedy transformator zasilany jest takim napięciem aby prądy nie przekroczyły wartości znamionowych )

3.Podać definicję i przykład grupy połączeń transformatora ?

Transformatory trójfazowe mogą mieć połączone uzwojenia pierwotne:

Y - gwiazdę

D - trójkąt

Uzwojenia wtórne :

y - gwiazdę

d - trójkąt

z - zygzak

oraz liczba która jest przy oznaczeniu to mnożnik razy 30[°]

Przykład:

Yy3 - strona pierwotna połączona w gwiazdę , strona wtórna w gwiazdę i przesunięcie fazowy wynosi

4. Co to jest sprawność transformatora?

Sprawnością nazywamy stosunek mocy czynnej
, oddawanej przez transformator do odbiornika do mocy czynnej
pobieranej przez transformator ze źródła zasilania.

5. W jakich warunkach sprawność jest maksymalna?

W stanie zwarcia ponieważ nie występują straty w rdzeniu czyli:

6.Charakterystyki stanu jałowego Transformatora.

W stanie tym moc Po jest mocą strat transformatora. Stan jałowy jest oczywiście przy zasilaniu strony pierwotnej a rozwartych stykach strony wtórnej.

7.Charakterystyka zewnętrzna transformatora.

Jest to zależność napięcia na wyjściu do prądu wyjściowego dla stałej wartości cosφ znamionowym zasilaniu oraz częstotliwości równej 50[Hz]

8.Jak wyznaczyć reaktancję rozproszenia w transformatorze.

Reaktancję obliczamy korzystając z pomiarów w stanie jałowym. Moc odczytana z watomierza przy napięciu znamionowym oraz prąd znamionowy. Oto uproszczony schemat:

- reaktancja rozproszenia

Trójfazowy silnik indukcyjny klatkowy.

1.Jak wyznaczyć straty mechaniczne w silniku indukcyjnym?

Moc podczas stanu jałowego jest sumą następujących strat mocowych:

- moc zmierzona podczas stanu jałowego ( wartość odczytana z watomierza )

- straty w rdzeniu

- straty w uzwojeniach

- starty mechaniczne które szukamy ( opory łożysk , powietrza itp. )

Straty w uzwojeniach obliczamy z wzoru

- straty w uzwojeniach

- prąd zmierzony podczas stanu jałowego na jednej fazie silnika

- rezystancja uzwojenia.

Tak więc możemy znać wartość
i narysować jej zależność od
( z danych odczytanych z miernika )

2.Narysować charakterystykę momentu względem prędkości dla dwóch różnych częstotliwości dla silnika indukcyjnego.

Wraz z wzrostem częstotliwości Moment krytyczny silnika maleje.

Wraz z obniżeniem częstotliwość Moment krytyczny silnika rośnie

3. Narysować charakterystykę momentu względem poślizgu dla dwóch różnych częstotliwości dla silnika indukcyjnego

Wraz z wzrostem częstotliwości Moment krytyczny silnika maleje.

Wraz z obniżeniem częstotliwość Moment krytyczny silnika rośnie

Silnik Indukcyjny jednofazowy.

1.Schemat połączeń silnika jednofazowego z dodatkową rezystancją . Wykres wektorowy prądów.

Silnik jednofazowy ma dwa pola przemienne . W normalnych warunkach suma momentów pochodzących od obu jest równa zero silnik nie ruszy. Dlatego musimy stworzyć moment rozruchowy poprzez włączenie w uzwojenie dodatkowe silnika rezystancji lub kondensatora . W pytaniu jest rezystancja czyli schemat będzie wyglądał tak :

Moment powstaje z przesunięcia prądu uzwojenia dodatkowego względem uzwojenia głównego to pokazuje schemat wektorowy jest to kąt
.

Co to dało pokarze charakterystyka mechaniczna.

Czerwonym kolorem pokazana jest charakterystyka na której pracuje silnik w punkcie około 0,7n czyli 70% wartości prędkości znamionowej silnik jest odłączany od uzwojenia rozruchowego i wskakuje na charakterystykę naturalną czyli niebieską ( zmienia kolor na czerwoną ). Widzimy że gdyby nie było rezystora silnik nie wystartował by ( moment rozruchowy jest równy zero ). A w tym układzie powstaje moment rozruchowy o wartości Mr. Zaznaczony na charakterystyce. Kolorem zielonym oznaczona jest dalsza część charakterystyki z rezystancją lecz tylko w celach poglądowych. W praktyce rezystancję zwiększa się poprzez zmniejszenie średnicy uzwojeń miedzianych.

2. Po co stosujemy kondensator.

W celu uzyskania momentu rozruchowego poprzez przesunięcie prądu głównego w stosunku do prądu z uzwojenia dodatkowego. Pokazuje to schemat:

Wykres wektorowy będzie wyglądał następująco:

Kąt przesunięcia fazowego między prądem obwodu głównego a dodatkowego będzie dążył do kąta elektrycznego 90° ( π/2 ).Moment rozruchowy wzrośnie w stosunku do uzwojenia z dodatkową rezystancja co widać na rysunku.

3.Sposób wytworzenia początkowego momentu rozruchowego?

Można to dokonać poprzez specjalne zasilanie obwodu dodatkowego -rozruchowego. Uzwojenie może być zasilane z tego samego źródła lecz prądy muszą być przesunięte względem siebie. Czym większy kąt przesunięcia powstaje większy moment rozruchowy. Sposoby to włączenie rezystora lub kondensatora do obwodu rozruchowego co pokazane wyżej.

4. Dlaczego są duże straty w tym silniku?

Występują dwa pola które pracują przeciwbieżnie .Zależność prędkości wirowania jest następująca:

Wyobraźmy sobie że silnik obraca się prędkością podsynchroniczną czyli wartość poślizgu jest znikoma wartość w nawiasie będzie równa dwa czyli:

Dwukrotnie większa prędkość powoduje indukowanie napięcia i prądu o dwukrotnie zwiększonej częstotliwości a co za tym idzie straty w uzwojeniach i rdzeniu silnika - maleje sprawność.

5. Zmiana kierunku wirowania.

Zmiana kierunku wirowania nastąpi po zmianie kierunku płynięcia prądów uzwojenia rozruchowego względem uzwojenia głównego . Realizujemy to w następujący sposób:

6.Charakterystyki dla różnych wartości pojemności kondensator.

7.Narysuj schemat i wykres wektorowy prądów ,charakterystyka mechaniczna silnika jednofazowego z kondensatorem pracy.

Schemat:

Wykres wektorowy będzie wyglądał następująco:

Charakterystyka

Generator synchroniczny.

1.Generator synchroniczny i jego charakterystyka zewnętrzna. Warunki synchronizacji.

Charakterystyki zewnętrzne generatora są nieliniowe.

Warunki synchronizacji generatora z siecią są następujące:

• kolejność faz napięć prądnicy i sieci musi być taka sama

• wartości skuteczne napięć sieci i prądnicy powinny być takie same

• częstotliwość napięć prądnicy i sieci powinna być jednakowa,

• odpowiadające sobie napięcia prądnicy i sieci (napięcia na tych samych biegunach wyłącznika) powinny być ze sobą w fazie.

Do sprawdzania warunków synchronizacji służy kolumna sterownicza.

2.Generator synchroniczny i jego charakterystyka regulacji oraz warunki które muszą być.

Warunki:

3.Generator synchroniczny i jego rodzina krzywych V

Warunki:

Zależność prądu twornika od prądu wzbudzenia przy
nazywamy krzywymi V.

Silnik prądu stałego

1.Silnik bocznikowy schemat i charakterystyka mechaniczna jak się zmienia w zależności od rezystancji.

Schemat jest rozbudowany aby pokazać rozruch . Sam silnik bocznikowy to można powiedzieć tylko prawa strona Bocznik wzbudzenie + Uzwojenie Twornika. Jego charakterystyka naturalna:

Silnik włączony do sieci bez rozruchu mógłby zakłócić pracę elektrowni we Włocławku - Pozdrawiam panią DR.Kopeć.

Jego charakterystyki rozruchowe:

Rozruch odbywa się od dolnej charakterystyki w kolorze niebieskim zygzakiem do góry i hop na naturalną charakterystykę w punkcie pracy tj. gdzie prąd znamionowy.

2.Sposoby regulacji prędkości silników prądu stałego?

Regulacja prędkości wynika z wzoru na prędkość obrotową:

- prędkość obrotowa

- napięcie zasilania

- strumień wzbudzenia

-rezystancja twornika

-rezystancja rozruchowa

Zwiększając parametry licznika prędkość rośnie. Zmniejszając strumień w mianowniku prędkość rośnie.

3.Wpływ zmiany napięcia twornika na charakterystykę elektromechaniczną silnika obcowzbudnego.

4.Wpływ zmiany rezystancji wzbudzenia na charakterystykę elektromechaniczną silnika obcowzbudnego.

Zwiększenie rezystancji w obwodzie wzbudzenia powoduje zmniejszenie prądu If. Te charakterystyki gdyby były narysowane do osi prądu to zeszły by się w jednym miejscu.

Silnik komutatorowy jedno fazowy.

1.Silnik uniwersalny charakterystyka przy zasilaniu napięciem stałym i zmiennym.

To są charakterystyki mechaniczne czyli zależność od momentu ale dla zasilania napięciem stałym oraz zmiennym .

Poniżej zależność regulacyjna od napięcia.

Jak widać zasilanie napięciem przemiennym ma zawsze gorsze parametry jest to spowodowane wpływem indukcyjności uzwojeń . Zwiększają się straty a co za tym idzie zmniejsza się sprawność silnika .W celu poprawy parametrów dla zasilania przemiennego stosuję się odczepy w uzwojeniach co zbliża obie charakterystyki. Ten sposób obrazuje poniższa charakterystyka.

2.Straty w obciążonym silniku.

W obciążonym silniku występują następujące straty:

- straty mechaniczne

- straty w rdzeniu stojana i wirnika

- straty przemagnesowania wirnika

- straty w zezwojach komutacyjnych

- straty przejścia na szczotkach

- straty w uzwojeniach stojana i silnika

3.Straty w obciążonym silniku które występują przy prądzie zmiennym a nie występują przy prądzie stałym.

- straty w rdzeniu stojana i wirnika na wskutek przemagnesowania częstotliwością sieci zwane stratami transformacji.

4.Charakterystyka sprawności przy zasilaniu napięciem stałym oraz zmiennym.

Praca równoległa Transformatorów.

1.Jak się obciąża trafo przy różnych przekładniach.

Warunki połączenia równoległego transformatorów:

- przekładnie transformatorów są równe,

- napięcia znamionowe są równe

- grupy połączeń są jednakowe,

- zaciski wszystkich transformatorów przyłączone do tych samych szyn są jednoimienne,

- napięcia zwarcia transformatorów są równe,

- współczynniki mocy w stanie zwarcia poszczególnych transformatorów są równe.

Jeżeli jest niespełniony główny warunek wtedy powstają niepożądane zjawiska w postaci prądów wyrównawczych oraz nierównomiernego obciążania się transformatorów . Więcej będzie obciążony transformator o mniejszym napięciu zwarcia ( transformator o większej przekładni )

2.Wpływ zmiany przekładni .

Powyżej pokazano zmianę na zaciskach odczepów co spowodowało zmianę przekładni jednego transformatora . Zmiana może wynosić 0,5% .Powstawanie prądu wyrównawczego oraz różność obciążenia transformatorów pokazuje poniższa charakterystyka. Bardziej obciążą się transformator o większej przekładni.

3.Jak obciążają się transformatory przy pracy równoległej jeśli mają różne napięcia zwarcia.

Bardziej obciąża się transformator o mniejszym napięciu zwarcia .

Generator indukcyjny.

1.Od czego zależy częstotliwość w generatorze indukcyjnym?

Częstotliwość zależy od prędkości obrotowej oraz wartości kondensatorów dostarczających moc bierną.

2.Charaktyerystyka zewnętrzna generatora indukcyjnego?

3.Co trzeba zrobić aby na zaciskach prądnicy wyidukowało się napięcie.

Należy napędzić ją z zewnątrz za pomocą silnika który pokona momenty oporów i tarcia . Zastosowanie prędkości większej niż synchroniczna spowoduje zmianę kierunku wirnika względem pola w porównaniu do pracy silnikowej . Indukuje się napięcie , moc czynna oddawana jest do sieci . A paradoksalnie pobierana z niej moc bierna.

4.Jaki jest wpływ mocy biernej na czynną w pracy na sieć sztywną .

Generator aby wyprodukował moc czynną ( tylko taką produkuje ) musi pobierać z sieci moc bierną.

5.Jak wpływa pojemność na obroty krytyczne generatora indukcyjnego.

Prędkość krytyczna rośnie wraz z zmniejszaniem się pojemności.

Powodzenia !

1

---