POLITECHNIKA LUBELSKA w LUBLINIE
LABORATORIUM MASZYN ELEKTRYCZNYCH		Ćwicz. Nr. 6
TEMAT: Badanie prądnicy synchronicznej.		DATA: 13-10-2004
WYKONALI: Bajkowski, Grzegorz Baćkowski, Paweł Arcaba, Marcin Błaszczuk, Łukasz	GRUPA: ED 5.1	OCENA:
			PODGRUPA: IX / 4

Cel ćwiczenia:

Praktyczne poznanie zasadniczych właściwości prądnicy synchronicznej z biegunami wydatnymi oraz poznanie sposobów synchronizacji i regulacji obciążenia prądnicy przy jej współpracy z siecią.

1. Dane znamionowe badanej maszyny synchronicznej i silnika napędowego.

a) prądnica synchroniczna b) silnik prądu stałego PL-E10-P3-20

typ GBOd22b typ PCMB54B

P_n = 4 kW P_n = 11 kW

U_n = 400 V U_n = 220 V

n_n = 3000 ^obr/_min n_n = 2850 ^obr/_min

I_n = 7,2 A I_n = 57,2 A

I_f = 0,714 A

cos  = = ≈ 0,8

2. Pomiar rezystancji uzwojeń badanej maszyny.

R_fU =1,38Ω R_fV =1,395Ω

R_fW =1,39Ω R_IK =5,72Ω

Temp. = 20*C

3. Wyznaczenie charakterystyki biegu jałowego i pomiar strat w żelazie prądnicy.

Schemat pomiarowy:

Pomiar strat mechanicznych prądnicy.

1. Rozrusznik R_r znajduje się w pozycji „rozruch”, następnie zamykamy wyłącznik W₁ i dokonujemy rozruchu zespołu maszynowego.

2. Rezystorem R₁ należy zmniejszyć prąd wzbudzenia do takiej wartości, przy której wystąpi prędkość synchroniczna.

3. Następnie należy odczytać wskazania mierników po stronie silnika.

Iw	I1	U2	I2	ΔPos	Rts	ΔUp	Ps	P2	ΔPm
[A]	[A]	[V]	[A]	[W]	[Ω]	[V]	[W]	[W]	[W]
0	0,59	220	3,1	655	0,248	1	662,26	682,0	19,74

P_s = Δ P_os +I₂²ΣR_ik+2I₂ΔU_p = 653,5 [W] +(3,1 [A])²*0,24 [Ω]+2*3,1[A]*1[V] = 662,26 [W]

P₂ = U₂I₂ = 220 [V]*3,1[A] = 682 [W]

ΔP_m = P₂ - P_s = 682 [W]- 662,26[W] = 19,74 [W]

Wyznaczenie charakterystyki biegu jałowego i pomiary strat w żelazie.

1. W czasie pomiarów należy utrzymać prędkość równą prędkości synchronicznej.

2. Zmieniając autotransformatorem regulacyjnym AR wartość prądu wzbudzenia I_w prądnicy odczytuje się dla wybranych wartości tego prądu wskazania wszystkich mierników. W pierwszym etapie prąd wzbudzenia należy tylko zwiększać od zera do takiej wartości, przy której napięcie prądnicy wyniesie ok. 1,4 U_n. W etapie drugim prąd należy tylko zmniejszać sprowadzając go do zera.

IW	U0	I1	U2	I2	Ps	ΔPs	ΔPos	ΔPo
[A]	[A]	[A]	[V]	[A]	[W]	[W]	[W]	[W]
0,4	100	0,59	220	3.10	682	663,58	655	18,42
0,6	150					3.15		693	663,76		29,24
0,9	200					3.17		697,4	663,83		33,57
1,1	240					3.20		704	663,94		40,06
1,4	280					3.25		715	664,12		50,88
1,5	300					3.30		726	664,30		61,70
1,75	330					3.35		737	664,48		72,52
1,95	350					3.40		748	664,67		83,33
2,30	380					3.43		754,6	664,78		89,82
2,6	400					3.47		763,4	664,93		98,47
3,0	420					3.50		770	665,04		104,9
3,6	450					3,60		792	667,44		127,6
3,1	430					3.58		787,6	666,52		112,3
2,65	410
2,3	390
2,0	370
1,6	330
1,4	290
1,1	260
1,05	240
0,75	190
0,55	140

P_s = U₂I₂ = 220 [V]*3.6 [A] = 792 [W]

ΔP_s=ΔP_os+I₂²ΣR_ik+2I₂ΔU_p=655[W]+(3,6[A])²*0,244[Ω]+2*3,6[A]*1[V]=667,44

ΔP₀= P_s - ΔP_s = 127,56 [W]

Charakterystyka biegu jałowego prądnicy synchronicznej U_o = f(I_w)

Charakterystyka strat jałowych prądnicy synchronicznej.

4. Próba zwarcia pomiarowego.

1. Zaciski uzwojenia twornika należy zewrzeć w gwiazdę poprzez amperomierza, po jednym w każdej fazie.

2. Przy nie wzbudzonej prądnicy należy dokonać rozruchu zespołu maszynowego.

3. Rezystorem R₁ reguluje się prędkość synchroniczną zespołu i utrzymuje się ją przez cały czas pomiarów.

4. Zamykając wyłącznik W₂ i nastawiając coraz to inne wartości prądu wzbudzenia prądnicy w zakresie od zera do takiej wartości, przy której prądy zwartego twornika nie przekraczają wartości 1,2 I_n dokonuje się odczytów wskazań wszystkich mierników oprócz woltomierza V₁(wskazuje napięcie równe 0)

Schemat pomiarowy:

I₁ = 0,55A ; U₂ =220V ; ΔP_m = 23,4 W

Iw	I4	I5	I6	Iz	I2	Ps	ΔPos	ΔPs	ΔPp	ΔPobc	ΔPu	ΔPd
[A]	[A]	[A]	[A]	[A]	[A]	[W]	[W]	[W]	[W]	[W]	[W]	[W]
0,5	2,2	2,0	2,2	2,13	3,0	660		663,23	3,23	26,63	14,04	-40,67
0,9	3,05	3,0	3,0	3,02	3,1	682		663,58	18,42	4,98	27,97	-32,95
1,0	3,6	3,4	3,4	3,47	3,2	704		663,93	40,07	16,67	36,82	-20,15
1,2	3,9	3,8	3,95	3,88	3,3	726		664,30	61,7	38,3	45,94	-7,64
1,4	4,6	4,6	4,65	4,62	3,4	748	655	664,67	83,33	59,93	64,96	-5,03
1,6	5,0	5,0	5,1	5,03	3,5	770		665,04	104,96	81,56	76,91	4,65
1,8	5,7	5,6	5,8	5,7	3,6	792		665,41	126,59	103,19	98,61	4,58
1,9	5,9	6,0	6,0	5,97	3,7	814		665,79	148,21	124,81	108,12	16,69
2,0	6,3	6,4	6,5	6,3	3,8	836		666,18	169,82	146,42	120,33	26,09
2,2	6,8	6,8	6,9	6,83	3,9	858		666,57	191,43	168,03	141,31	26,72
2,4	7,0	7,2	7,2	7,13	4,0	880		666,67	213,33	189,93	153,94	35,99

I_z = = 3,88 [A]

P_s = U₂I₂ = 220 [V]*3,3 [A] = 726 [W]

P_s = P_os + _^R_th +2I₂U_p = 655[W] + (3,3[A])²*0,248[ +2*3,3[A]*1[V] =664,30 [W]

P_p = P_s - P_s = 726[W] - 664,30[W] = 61,19 [W]

P_obc = P_p - P_m = 61,19[W] - 23,4[W] =38,30[W]

P_u = 3*(I_z²R_1f + U_pI_z) = 3*[(3,88[A])²*1,39[ + 0,2[V]*3,88[A]] =19,52 [W]

P_d = P_obc - P_u = 38,30[W] - 19,52[W] = 23,93[W]

Charakterystyka I_z=f(I_w)

Charakterystyka ΔP_obc=f(I_z)

5. Synchronizacja prądnicy z siecią.

Synchronizację przeprowadza się przy pomocy woltomierzy V₁,V₀ i V₂ oraz trzech żarówek połączonych w układ „na ciemno”. Najpierw dokonuje się rozruchu zespołu maszynowego przy nie wzbudzonej prądnicy. Po takim ustawieniu obrotowa zespołu jest w przybliżeniu równa prędkości synchronicznej, zamyka się wyłącznik W₄ i regulatorem indukcyjnym RJ nastawia się wartość napięcia bliską wartości napięcia znamionowego prądnicy. Następnie zamyka się wyłącznik W₂ i wzbudza prądnicę do takiego stanu, gdy napięcie panujące między szczękami wyłącznika W₃ i wskazane przez woltomierz V₁ uzyska wartość w przybliżeniu równą napięciu nastawionemu przez regulator. Idealne zsynchronizowanie prądnicy z siecią zachodzi wtedy, gdy wartości chwilowe napięć w każdej fazie prądnicy i sieci są sobie równe w każdej chwili. Przy założeniu, że napięcia prądnicy i sieci są sinusoidalne, równość chwilowych wartości napięć zachodzi przy spełnieniu poniższych warunków:

1. Wartości skuteczne napięć prądnicy i sieci powinny być jednakowe.(napięcia te wskazują woltomierze V₁ i V₂)

2. Następstwo faz prądnicy powinno być zgodne z następstwem faz sieci.

(żarówki gasną i zapalają się równocześnie).

3. Częstotliwość napięcia prądnicy powinna być równa częstotliwości sieci.

(żarówki zapalają się i gasną wolno)

4. Kąt rozchylania wykazów napięcia prądnicy i sieci powinny być równy zeru.

(V₀ wskazuje 0)

Po przeprowadzeniu odpowiednich regulacji zapewniających praktycznie spełnienie powyższych warunków można zamknąć wyłącznik W₃ w momencie, gdy wskazania woltomierza V₀ zbliża się do zera. Po zamknięciu tego wyłącznika niedokładność synchronizacji zlikwiduje sieć wymuszając na prądnicy dokładny bieg synchroniczny wirnika i odpowiedni kąt pracy.

Schemat połączeń uzwojeń prądnicy:

6. Wyznaczenie charakterystyki obciążenia.

Przy dokonaniu pomiarów wszystkich charakterystyk obciążenia wychodzi się ze stanu zsynchronizowania prądnicy z siecią. Pomiary należy rozpocząć od pomiarów charakterystyki obciążenia przy obciążeniu czysto indukcyjnym. W tym celu należy zwiększyć napięcia na regulatorze indukcyjnym do wartości około 1,2U_n prądnicy w sposób powolny i równocześnie zwiększyć odpowiednio prąd wzbudzenia prądnicy tak, aby wskazania A₄, A₅, A₆ były w przybliżeniu równe zero. W ten sposób dochodzi się do stanu zsynchronizowania prądnicy z siecią przy wyższym napięciu.

Wzbudzenie prądnicy należy zwiększać dotąd, aż prądy wskazane przez amperomierz A₄, A₅, A₆ dadzą wartość średnią ich wskazań równą prądowi znamionowemu prądnicy. Następnie zwiększa się opór R₁ do takiej wartości, przy której wskazania watomierzy W₁ i W₂ są jednakowe, ale mają przeciwne znaki. Po możliwie dokładnym nastawieniu prądu znamionowego i skorygowaniu wartości cosφ=0_ind dokonuje się odczytów wskazań na odpowiednich miernikach. Następne punkty pomiarowe wykonuje się dla napięć coraz niższych.

W celu dokonania pomiarów dla charakterystyki obciążenia czysto pojemnościowym postępuje się podobnie z tą jednakże różnicą, że pierwszy pomiar wykonuje się przy napięciu równym ok. 1,4U_n.Po zauważeniu, że maszyna zaczyna wypadać z synchronizmu należy ją odłączyć od sieci wyłącznikiem W₃.

a) obciążenie czysto indukcyjne: (cosϕ=0_ind)

IW	I4	I5	I6	U0	U1 = U2	P1	P2	P	cosϕ
[A]	[A]	[A]	[A]	[V]	[V]	[W]	[W]	[W]	-
4,8	7,0	7	6,8	0	350	-2000	2000	0	0
4,2	6,9	6,9	7,0			300	-1800	1800	0	0
3,8	6,9	6,9	6,9			270	-1700	1700	0	0
3,4	6,9	6,9	6,7			240	-1650	1650	0	0
3,2	6,9	6,9	6,8			200	-1500	1500	0	0
2,9	6,9	6,9	6,9			160	-1300	1300	0	0
2,5	6,9	6,9	6,9			100	-1000	1000	0	0

b) obciążenie pojemnościowe: (cosϕ=0_poj)

IW	I4	I5	I6	U0	U1 = U2	P1	P2	P	cosϕ
[A]	[A]	[A]	[A]	[V]	[V]	[W]	[W]	[W]	-
4	7	7	7,2	0	450	-2500	2500	0	0
3	7	7	7,3			440	-2600	2600	0	0
2	6,9	7	7,1			430	-2500	2500	0	0
1	7	6,9	7,2			420	-2500	2500	0	0
0	7	7	7,2			420	-2400	2400	0	0

Charakterystyka obciążenia prądnicy synchronicznej U=f(I_w)

Wyk. Nr1 - obciążenie czysto indukcyjne

Wyk. Nr2 - obciążenie czysto pojemnościowe

Wnioski:

Prądnica synchroniczna jest to maszyna prądu przemiennego, w której obroty mają wartość stałą, zależną od par biegunów p i częstotliwości f. Uruchamiając prądnicę silnikiem należy doprowadzić jej prędkość obrotową do wartości odpowiadającej częstotliwości 50 Hz, a następnie doprowadzić napięcie do uzwojenia wzbudzenia. Prądnica synchroniczna może oddawać moc czynną oraz oddawać lub pobierać moc bierną. Moc czynną oddawaną przez prądnicę reguluje się poprzez zmianę momentu napędowego. Moc bierną zmienia się przez zmianę prądu wzbudzenia maszyny synchronicznej. Przy prze-wzbudzeniu prądnica oddaje moc bierną indukcyjną (pobiera moc bierną pojemnościową), zaś przy niedo-wzbudzeniu pobiera moc bierną indukcyjną.

W pierwszych pomiarach wyznaczyliśmy straty mechaniczne prądnicy,

które wyniosły 23,4 W.

Z charakterystyki biegu jałowego odczytaliśmy prąd wzbudzenia przy biegu jałowym I_w0 ma on wartość równą 2,5 A .

Próba zwarcia pozwoliła na wyznaczenie strat obciążeniowych prądnicy. Wynoszą one przy prądzie znamionowym 530 W. W punkcie tym wyznaczono też prąd wzbudzenia odpowiadający stanowi zwarcia prądnicy równy 2,4 A.

Badaną prądnicę można dołączyć do sieci elektrycznej, jednak przed podłączeniem należy prądnicę zsynchronizować z siecią tzn. sprawdzić wartości skuteczne napięć prądnicy i sieci, sprawdzić następstwo faz prądnicy i sieci, sprawdzić częstotliwość napięcia prądnicy i sieci oraz kąt rozchylenia wskazów napięć prądnicy i sieci. Jeżeli wszystkie warunki są spełnione można włączyć prądnicę do sieci. Niedokładności synchronizacji zlikwiduje sieć, wymuszając na prądnicy dokładny bieg synchroniczny.

R

S

T

RI

V₁

V₂

W₁

W₂

A₆

A₅

A₄

W

V

U

V₀

400

350

300

250

200

150

100

50

0

2,5

2,9

3,2

3,4

3,8

4,2

4,8

455

450

445

440

435

430

425

420

415

410

405

---