P. Buchwald

S. Dorożko

A. Zając

J. Krygier

R. Bielawski

Temat: Badanie maszyny synchronicznej - praca w sieci sztywnej.

Dane znamionowe:

prądnica synchroniczna 3-fazowa

Y / D Un=127 / 73 V In=50 / 87 A

Sn=11 kVA cos = 0,8

nn=1500 obr/min f = 50 Hz

wzbudzenie: 65 V 8,0 A

1. Schemat badanego układu.

2. Synchronizacja maszyny z siecią sztywną.

Aby maszyna synchroniczna mogła zostać załączona do sieci musi być osiągnięty stan, w którym na wyłączniku łączącym maszynę z siecią suma chwilowych wartości napięć odpowiednich faz po obu stronach otwartego wyłącznika jest równa zero. Spełnienie tej zależności gwarantują nam warunki:

a) równość wartości skutecznych napięć prądnicy i sieci - uzyskiwana przez regulację prądu wzbudzenia maszyny i sprawdzana za pomocą woltomierzy po obu stronach wyłącznika;

b) równość częstotliwości tych napięć - uzyskiwana przez zmianę prędkości silnika napędowego i sprawdzana za pomocą częstościomierzy po obu stronach wyłącznika;

c) zerowa wartość kąta przesunięcia fazowego napięć tej samej fazy prądnicy i sieci;

d) zgodna kolejność wirowania faz maszyny i sieci.

Warunki c), d) sprawdzamy za pomocą żarówek. W naszym układzie doświadczalnym dokonujemy synchronizacji maszyny "na ciemno" tzn. wszystkie trzy żarówki muszą zgasnąć w momencie osiągnięcia synchronizacji z siecią. W rozwiązaniach praktycznych zadajemy niewielką różnicę częstotliwości i wtedy, przy spełnionych warunkach a), c), d), żarówki gasną i zapalają się jednocześnie. W chwili gdy żarówki gasną można załączyć wyłącznik.

3. Wyznaczenie zależności It = f(Iw) i cos j = f(Iw) przy P = const.

Wyniki pomiarów i obliczeń dokonanych dla trzech wartości mocy czynnej:

Lp.	U	I	Iw	Q	P	f	cos fi
	V	A	A	Var	W	Hz
1	120	39	1	6581,6	3000	50	0,41
2		28	1,5	4936,2			0,52
3		22	2	3550,6			0,65
4		18	2,5	2598			0,76
5		13	3	1558,8			0,89
6		12	3,5	259,8			1,00
7		15	4	-692,8			0,97
8		16,5	4,5	-1818,6			0,86
9		19	5	-2857,8			0,72
10		22,5	5,5	-3550,6			0,65
11		25,5	6	-4416,6			0,56
12		28	6,5	-5282,6			0,49
13		31,5	7	-6062			0,44
14		34,5	7,5	-6841,4			0,40

Lp.	U	I	Iw	Q	P	f	cos fi
	V	A	A	Var	W	Hz
1	120	30	1	5888,8	2250	50	0,45
2		24,5	1,5	4589,8			0,55
3		19,5	2	3204,2			0,68
4		14,5	2,5	2078,4			0,82
5		11,5	3	866			0,96
6		11	3,5	-86,6			1,00
7		12	4	-1212,4			0,93
8		14,5	4,5	-2251,6			0,80
9		17,5	5	-3031			0,70
10		21	5,5	-3897			0,61
11		24	6	-4589,8			0,55
12		28	6,5	-5629			0,47
13		37	7	-6235,2			0,43
14		34,5	7,5	-7014,6			0,39

Lp.	U	I	Iw	Q	P	f	cos fi
	V	A	A	Var	W	Hz
1	120	19,5	1	4070,2	0	50	0,59
2		15,5	1,5	3204,2			0,68
3		10,5	2	2165			0,81
4		5,5	2,5	1212,4			0,93
5		0	3	0			1,00
6		2	3,5	-692,8			0,97
7		8	4	-1732			0,87
8		12,5	4,5	-2598			0,76
9		17	5	-3550,6			0,65
10		20,5	5,5	-4330			0,57
11		24,5	6	-5196			0,50
12		28,5	6,5	-6062			0,44
13		31,5	7	-6754,8			0,41
14		35,5	7,5	-7620,8			0,37

Wzory do obliczeń:

cos j = cos(arctg(Q/P))

Zależności:

Uwagi i wnioski:

Zależność prądu obciążenia od prądu wzbudzenia to tzw. krzywe V. Najniższe punkty poszczególnych krzywych odpowiadają oddawaniu przez maszynę tylko mocy czynnej (cosj=1 ).

Przy wystąpieniu niedowzbudzenia ( lewa strona wykresu ) maszyna oddaje też moc bierną pojemnościową, a przy wystąpieniu przewzbudzenia ( prawa strona wykresu ) maszyna oddaje też moc bierną indukcyjną.

Najniższa krzywa to charakterystyka kompensatora mocy biernej. Przy cosj=1 maszyna nie oddaje mocy czynnej.

4. Wyznaczenie zależności momentu synchronicznego i momentu reluktancyjnego od kąta obciążenia.

Tabele pomiarów i obliczeń dla:

Momentu synchronicznego

- praca prądnicowa

Lp.	P	M	b	j
	W	Nm	stopnie	stopnie
1	0	0	0	0
2	450	1,43	0,5	1
3	900	2,86	1,5	3
4	1350	4,3	2	4
5	1800	5,73	3	6
6	2250	7,16	4,5	9
7	2700	8,59	5,5	11
8	3150	10,03	6	12
9	3600	11,46	6,5	13
10	4050	12,90	9	18
11	4500	14,33	10	20
12	4950	15,76	10,5	21
13	5400	17,20	11,5	23
14	5850	18,63	12,5	25

- praca silnikowa

Lp.	P	M	b	j
	W	Nm	stopnie	stopnie
1	0	0	0	0
2	450	1,43	-2,5	-5
3	900	2,86	-7	-14
4	1350	4,3	-8	-16
5	1800	5,73	-9	-18
6	2250	7,16	-10,5	-21
7	2700	8,59	-13	-26
8	3150	10,03	-13,5	-27
9	3600	11,46	-14,5	-29
10	4050	12,90	-15	-30
11	4500	14,33	-16	-32
12	4950	15,76	-17	-34
13	5400	17,20	-18,5	-37
14	5850	18,63	-20	-40

Momentu reluktancyjnego

- praca prądnicowa

Lp.	P	M	b	j
	W	Nm	stopnie	stopnie
1	0	0	0	0
2	450	1,43	3,5	7
3	900	2,86	6	12
4	1350	4,3	7	14
5	1800	5,73	9	18
6	2250	7,16	14	28
7	2700	8,59	22	44

- praca silnikowa

Lp.	P	M	b	j
	W	Nm	stopnie	stopnie
1	0	0	0	0
2	450	1,43	-2	-4
3	900	2,86	-4	-8
4	1350	4,3	-9,5	-19
5	1800	5,73	-11,5	-23
6	2250	7,16	-13,5	-27
7	2700	8,59	-16	-32
8	3150	10,03	-19	-38
9	3600	11,46	-23	-46
10	4050	12,90	-27	-54

Wzory do obliczeń:

Moment: M = P/w gdzie w = 2 p f

Kąt elektryczny: j = 2*b

Zależność momentów od kąta j :

Uwagi i wnioski:

Podczas badania momentu reluktancyjnego dla dużych obciążeń maszyna wypada z synchronizmu. Prób dla większych obciążeń zaniechaliśmy.

Wyniki uzyskane dla momentu synchronicznego zaznaczone są na wykresie kreseczkami długimi, a dla momentu reluktancyjnego kreseczkami krótkimi.

Moment jest wyskalowany w Nm.

Lewa strona wykresu przedstawia pracę silnikową, a prawa pracę prądnicową.

Na podstawie uzyskanych wyników dobrałem krzywe teoretyczne ( zaznaczone liniami przerywanymi ), które są zbliżone do przebiegów doświadczalnych.

Sinusoida o większej częstotliwości reprezentuje teoretyczny przebieg momentu reluktancyjnego, a sinusoida o większej amplitudzie reprezentuje teoretyczny przebieg momentu, który występuje w maszynie cylindrycznej. Trzecia krzywa o największej amplitudzie jest sumą dwóch poprzednich i reprezentuje teoretyczny przebieg momentu synchronicznego.

Z wykresu widać, że są dość duże niedokładności, które wynikają głównie z błędów odczytu kąta b .

5. Asynchroniczny rozruch silnika synchronicznego.

Rozruchu silnika dokonywaliśmy w trzech wariantach:

a) uzwojenie wzbudzenia zwarte rezystancją dodatkową Rd = 80 W

Obserwacje:

- wyindukowane napięcie U = 120 V ;

- maksymalna wartość prądu w pierwszej chwili rozruch Imax = 2,2 A ;

- prąd ten maleje;

- maszyna sama wpada w synchronizm;

b) obwód uzwojenia wzbudzenia otwarty

Obserwacje:

- wyindukowane napięcie U = 300 V;

- prąd nie płynie;

- maszyna sama wpada w synchronizm;

c) obwód uzwojenia wzbudzenia zwarty

Obserwacje:

- wyindukowane napięcie U = 0 V;

- maksymalna wartość prądu w pierwszej chwili rozruchu przekroczyła 5 A;

- maszyna nie wpada sama w synchronizm, utrzymuje prędkość obrotową

n = 900 obr/min.

Wniosek:

Najkorzystniejszy jest wariant a). Pozostałe dwa mogą być szkodliwe dla badanej maszyny.

---