WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI · M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michna: Maszyny synchroniczne...

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI

KATEDRA ENERGOELEKTRONIKI I MASZYN ELEKTRYCZNYCH

LABORATORIUM MASZYNY ELEKTRYCZNE

ĆWICZENIE (MS) MASZYNY SYNCHRONICZNE BADANIE CHARAKTERYSTYK

PRĄDNICY/GENERATORA SYNCHRONICZNEGO

Materiały pomocnicze Kierunek Eelektrotechnika Studia stacjonarne 1-szego stopnia semestr 3

Opracował

Mieczysław Ronkowski Grzegorz Kostro Michał Michna

Gdańsk 2012-2013

M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michna: Maszyny synchroniczne 2

ĆWICZENIE (MS) MASZYNY SYNCHRONICZNE BADANIE CHARAKTERYSTYK PR ĄDNICY SYNCHRONICZNEJ PROGRAM ĆWICZENIA ................................................................................................................................................ 2 1. TEORIA ................................................................................................................................................................. 2

1.1. Budowa, działanie i model fizyczny maszyny synchronicznej............................................................................ 2 1.2. Model obwodowy (schemat zastępczy) maszyny synchronicznej....................................................................... 5

2. BADANIA............................................................................................................................................................... 6 2.1. Oględziny zewnętrzne......................................................................................................................................... 6 2.2. Pomiar rezystancji uzwojeń ................................................................................................................................ 6 2.3. Pomiar charakterystyki biegu jałowego .............................................................................................................. 6 2.4. Pomiar charakterystyki zwarcia i reaktancji synchronicznej............................................................................... 9 2.5. Pomiar charakterystyki zewnętrznej ................................................................................................................. 12 2.6. Pomiar charakterystyki regulacyjnej ................................................................................................................. 12 2.7. Zadania ............................................................................................................................................................. 13

3. PYTANIA KONTROLNE ................................................................................................................................... 14 4. LITERATURA POMOCNICZA.......................................................................................................................... 15

PROGRAM ĆWICZENIA • Pomiar rezystancji uzwojeń maszyny. • Pomiar charakterystyki magnesowania. • Pomiar charakterystyki zwarcia • Pomiar charakterystyki zewnętrznej. • Pomiar charakterystyki regulacyjnej.

1. TEORIA

1.1. Budowa, działanie i model fizyczny maszyny syn chronicznej Maszyna synchroniczna (MS) jest przetwornikiem elektromechanicznym (rys. 1.1) o trzech wrotach, które fizycznie reprezentują: „wyj ście elektryczne” – zaciski uzwojenia twornika „a”; „wejście elektryczne” – zaciski uzwojenia wzbudzenia „f”; „wejście mechaniczne” – koniec wału (sprzęgło). Moc mechaniczna (dostarczana) Pm i moc elektryczna (odbierana) Pa ulegają przemianie elektromechanicznej za pośrednictwem pola magnetycznego – pola wytwarzanego uzwojeniem wzbudzenia. Energia pola magnetycznego jest energią wewnętrzną maszyny, gdyż przetwornik nie ma możliwości wymiany tej energii z otoczeniem.

Rys. 1.1. Maszyna synchroniczna (praca prądnicowa) – trójwrotowy przetwornik elektromechaniczny: wrota (zaciski) obwodu twornika „a” – odpływ energii elektrycznej przetwarzanej ma energię mechaniczną, wrota obwodu wzbudnika

(wzbudzenia) „f” – dopływ energii pola wzbudzenia, wrota układu (obwodu) mechanicznego „m” – dopływ energii mechanicznej

Uwaga: Działanie maszyny synchronicznej oparte jest na wykorzystaniu idei pola o wirującym strumieniu magnetycznym.


Budowę i podstawowe elementy MS przedstawiono na rys. 1.2. Maszyna składa się z następujących elementów czynnych: magneśnicy/wzbudnika (uzwojenie wzbudzenia, pierścienie ślizgowe, rdzeń magneśnicy) umieszczonej na wirniku; twornika (3-fazowe uzwojenie twornika, rdzeń twornika) umieszczonego na stojanie; wału.

Układ elektromechaniczny na rys. 1.3 przedstawia schematycznie budowę (elementarnej) wielofazowej MS o wydatnobiegunowym wirniku wraz z ilustracją zasady jej działania. Uzwojenia MS stanowią:

trzy fazy (pasma) na stojanie – osie magnetyczne poszczególnych faz są odpowiednio względem siebie przesunięte w przestrzeni o kąt 1200 (dla MS o liczbie par biegunów p>1 kąt wynosi 120o/p);

uzwojenie wzbudzenia na wirniku o osiach magnetycznych d i q, położnych odpowiednio na osi bieguna i w strefie międzybiegunowej.

Aby zachować czytelność rysunku, układ uzwojeń fazowych (pasm) MS zaznaczono szkicowo na rys. 1.3 obwodami a-a', b-b' oraz c-c'. Przy czym, litery a, b oraz c oznaczają umowne początki uzwojeń (pasm), a litery a', b' oraz c’ — umowne końce tych uzwojeń. Analogiczny sposób wyróżniania umownych początków i końców uzwojeń przyjęto dla wzbudzenia, odpowiednio f oraz f’. Oznaczenia znormalizowane (przemysłowe) zacisków uzwojeń MS są takie jakie podano na rys. 1.2c.

a)

b)

c)

d)

Rys. 1.2. Budowa i podstawowe elementy maszyny synchronicznej (produkcja firmy ELMOR Gdańsk): a) twornik 3-fazowy, b) wzbudnik wydatnobiegunowy, c) tabliczka zaciskowa, d) tabliczka znamionowa

Uzwojenie wzbudzenia f - f’, zasilane prądem stałym, wzbudza pole magnetyczne — reprezentowane przez przepływ Θf. Pole magneśnicy jest nieruchome względem układu elektromagnetycznego wirnika, ale ze względu na ruch obrotowy wirnika (wymuszony maszyną napędową) jest polem wirującym względem uzwojenia twornika (stojana). Zgodnie z prawem Faradaya, wirujący strumień wzbudnika Φf indukuje SEM rotacji E0 w poszczególnych fazach uzwojenia twornika.


a)

© Mieczysław RONKOWSKI 2

MS: PRACA PRĄDNICOWASTAN JAŁOWY

MS: PRACA PRĄDNICOWASTAN JAŁOWY

)( fff IΦΦ ====

rΩE ~0

fE Φ~0

+

Wiruj ący strumie ń Φf wzbudnikaindukuje SEM rotacji E0

w 3-fazowym uzwojeniu twornika

b)

© Mieczysław RONKOWSKI 3

MS: PRACA PRĄDNICOWASTAN OBCIĄŻENIA CZYNNO-BIERNEGO

MS: PRACA PRĄDNICOWASTAN OBCIĄŻENIA CZYNNO-BIERNEGO

+

Pole wzbudzenia Θf

wyprzedza („ci ągnie”)pole twornika Θa – efektem jest

generacja momentuelektromagnetycznego Te

hamuj ącego

Prądy 3-fazowego uzwojenia twornika Iaa, Iab, Iac wzbudzaj ą

wiruj ące pole twornika Θa

Rys. 1.3. Elementarna maszyna synchroniczna: budowa i ilustracja zasady jego działania – pole wzbudzenia Θf wyprzedza („ciągnie”) pole twornika Θa – efektem jest generacja momentu elektromagnetycznego Te hamującego

(obciążającego turbinę/silnik napędowy)

Uwaga: Prędkość obrotowa wirnika określa częstotliwość SEM E0 – napięcia na zaciskach uzwojenia twornika Ua:

πΩ2

rme

pf ==== (1.1)

60s

e

pnf ==== (1.2)

gdzie: rmΩ - prędkość kątowa mechaniczna wirnika (prędkość synchroniczna) [rad/s];

sn - prędkość obrotowa mechaniczna wirnika (prędkość synchroniczna) [obr/min];

p – liczba par biegunów.

Zależność na SEM indukowaną w uzwojeniu twornika MS jest analogiczna do zależności na SEM dla transformatora (z pominięciem współczynnika kua):

uaaef kzfE 44,40 Φ= (1.3)

gdzie: za – liczba zwojów na fazę uzwojenia twornika; kua – współczynnik uzwojenia twornika.

Uwaga: SEM rotacji E0 jest wielkością elektromechaniczną – jest efektem obrotowego ruchu mechanicznego (prędkość Ωrm) pola wzbudnika Φf (wzbudzanego prądem I f). fe - częstotliwość SEM E0 określa rów. (1.1) lub (1.2).

Załączenie obciążenia na zaciski uzwojenia twornika wymusza przepływ prądu 3-fazowego (Iaa. Iab, Iac) w uzwojeniach, które wzbudzają własne pole magnetyczne wirujące względem stojana — reprezentowane przez wirujący przepływ Θa. Pole twornika wywołuje tzw. zjawisko oddziaływania/reakcji twornika.

Uwaga: Zasadą pracy ustalonej maszyny synchronicznej jest ruch synchroniczny pola twornika Θa i pola wzbudnika Θf - ruch synchroniczny obu pól oznacza, że pola są nieruchome względem siebie.

Wzajemne położenie pól (wektorów pól) zależy od charakteru pracy MS (prądnica lub silnik) oraz od charakteru obciążenia (czynne, czynno-indukcyjne, czynno-pojemnościowe).

Ruch synchroniczny jest warunkiem generacji użytecznej mocy elektrycznej – użytecznego momentu elektromagnetycznego.


1.2. Model obwodowy (schemat zast ępczy) maszyny synchronicznej Statyczne stany pracy MS o wirniku cylindrycznym (turbogeneratora) można opisać za pomocą modelu obwodowego przedstawionego na rys. 1.4a. SEM rotacji E0 reprezentuje sterowane źródło napięcia

oznaczone symbolem a napięcie Ua jest napięciem fazowym na zaciskach maszyny. W stanie biegu jałowego MS (prąd twornika Ia = 0) zachodzi relacja Ua.≅ E0 , w stanie obciążenia (prąd twornika Ia ≠ 0) Ua ≠ E0, natomiast w stanie zwarcia Ua = 0. Straty mocy i spadek napięcia w uzwojeniu twornika oraz zjawisko oddziaływania twornika odwzorowują odpowiednio: rezystancja uzwojenia twornika Ra i reaktancja synchroniczna Xs., W praktyce, ze względu na relację Ra << X s, w bilansie napięć pomija się rezystancję Ra w modelu obwodowym MS. Na rys. 1.4b pokazano symbol graficzny MS na schematach połączeń: U, V, W – zaciski trzech faz uzwojenia twornika, N – zacisk zerowy (gwiazdowy) uzwojenia twornika połączonego w gwiazdę (Y), F1, F2 – zaciski uzwojenia wzbudzenia. a)

uaaef0 k z fΦ 4,44E ====

)(IΦ Φ fff ====

b)

G 3~

W

V

U

N

F1

F2

Rys. 1.4. Maszyna synchroniczna (prądnica/generator): a) podstawowy model obwodowy (schemat zastępczy) maszyny o wirniku cylindrycznym – strzałkowanie napięć prądów dla pracy prądnicowej; a) symbol graficzny maszyny na

schematach połączeń


2. BADANIA

2.1. Oględziny zewn ętrzne Należy dokonać oględzin badanej maszyny synchronicznej oraz urządzeń wchodzących w skład układu

napędowego. Przede wszystkim należy dokładnie przeczytać i wynotować dane zawarte na tabliczce znamionowej maszyn..

Tablica 1 Dane znamionowe maszyny synchronicznej

Lp. Dane znamionowe maszyny synchronicznej Jednostka Wartość 1 nazwę lub znak producenta 2 nazwę i typ 3 numer fabryczny 4 rok wykonania 5 moc znamionową kVA 6 znamionowe napięcia V 7 znamionowy prąd stojana A 8 znamionowy współczynnik mocy 1) - 9 układ połączeń uzwojeń stojana 2) - 10 znamionowe napięcie wzbudzenia V 11 znamionowy prąd wzbudzenia A 12 prędkość (lub częstotliwość) obr/min 13 klasa izolacji 14 warunki pracy niesymetrycznej (I2/IN) 15 stopień ochrony

2.2. Pomiar rezystancji uzwoje ń Tablica 2a

Pomiar rezystancji uzwojenia twornika (stojana) Zaciski U1-U2 Zaciski V1-V2 Zaciski W1-W2 Wart. średnia

Lp. U I RaU U I RaV U I RaV Ra V A Ω V A Ω V A Ω Ω

Tablica 2b Pomiar rezystancji uzwojenia wzbudzenia

Zaciski F1-F2 Lp. U I Rf

V A Ω

2.3. Pomiar charakterystyki biegu jałowego Definicja charakterystyki biegu jałowego (magnesowania) (rys.2.1):

E0 = f (If)

przy: n = ns = const Ia = 0


If [A]0

E0 [V]

E0sz

Ifon

Uśredniona charakterystyka magnesowania

E’0

E’’0

3/UE an0 ====

2

EEE 00

0

′′′′′′′′++++′′′′====

Rys. 2.1. Charakterystyka biegu jałowego (magnesowania) maszyny synchronicznej

Ze względu na wystąpienie zjawiska nasycenia w elementach obwodu magnetycznego, charakterystyka biegu jałowego MS jest nieliniowa (rys. 2.1).

Rys. 2.2. Schemat układu do pomiaru charakterystyki biegu jałowego (magnesowania) maszyny synchronicznej


Kształt charakterystyk biegu jałowego pozwala ocenić właściwości obwodu magnetycznego MS, poziom nasycenia, właściwości materiałów ferromagnetycznych jarzm i biegunów. Ważne znaczenie ma wartość magnetyzmu szczątkowego – wynosi zwykle od 1 do 3% wartości znamionowej [3]. Schemat układu pomiarowego do wyznaczenia charakterystyki biegu jałowego (magnesowania) MS przedstawiono na rys. 2.1. Charakterystykę biegu jałowego MS zdejmuje się tak samo jak dla maszyny prądu stałego. Struktury magnetyczne obydwu rodzajów maszyn są bardzo podobne – kształt ich charakterystyk biegu jałowego nie różnią się istotnie.

Uwaga: Podczas próby, aby nie tworzyć lokalnych pętli histerezy, zmieniamy monotonicznie wartość prądu wzbudzenia rosnąco ↑If, a następnie – monotonicznie malejąco ↓If (ilustrują to odpowiednio strzałki na rys. 2.1). Tak zmieniamy prąd wzbudzenia If, aby nie przekroczył wartości prądu znamionowego w zakresie If = (1,1 ÷ 1,2) Ifn. Na rys. 2.1 zaznaczono charakterystyczną wartość prądu wzbudzenia I f0n wzbudzającą strumień magneśnicy, który indukuje SEM E0 o wartości równej napięciu znamionowemu maszyny

( 30 /UE an==== przy połączeniu uzwojenia twornika w Y).

Tablica 3a

Pomiar charakterystyki biegu jałowego Punkty pom. fe [Hz] If [A] EU [V] EV [V] EW [V] Oblicz.

E′0 [V] Oblicz. E′′0 [V]

1↑ pocz. 0 - 2↑ const - 3↑ - 4↑ - 5↑ - 6↑ - 7↑ -

8↑ końc. 7↓ pocz. -

6↓ - 5↓ - 4↓ - 3↓ - 2↓ -

1↓ końc. 0 -

Uwaga:

W tab.3 strzałkami ↑ oraz ↓ oznaczono odpowiednio punkty pomiarowe dla wartości rosnących i malejących prądu wzbudzenia I f. Aby uprościć wyznaczenie (obliczenie) uśrednionej charakterystyki magnesowania, należy dla odpowiednich par punktów pomiarowych (np. zakres od 1↑ - 1↓ do 7↑ - 7↓) nastawiać odpowiednio takie same wartości prądu wzbudzenia I f.

Wartości średnie SEM E′0 oraz E′′0 dla trzech faz (obliczone w tab. 3a) zestawiamy w tab. 3b celem obliczenia uśrednionej charakterystyki biegu jałowego. Wartość uśrednionej SME E0 wyznaczamy z zależności:

2

000

EEE

′′′′′′′′++++′′′′==== (2.1)


Tablica 3b

Obliczenia uśrednionej charakterystyki biegu jałowego Wartości oblicz. w tab. 3a Oblicz.

Punkty pom. ↑

Punkty pom. ↓

If [A]

E′0 [V]

E′′0 [V]

E0 [V]

1↑ pocz. 1↓ końc. 0 2↑ 2↓ 3↑ 3↓ 4↑ 4↓ 5↑ 5↓ 6↑ 6↓ 7↑ 7↓ pocz

8↑ końc.

2.4. Pomiar charakterystyki zwarcia i reaktancji sy nchronicznej Definicja charakterystyki zwarcia (rys.2.3):

If [A]0

Iaz [A]

Iazsz

Iazn=Ian

Ifzn Rys. 2.3. Charakterystyka zwarcia prądnicy synchronicznej

W stanie zwarcia, ze względu na silne rozmagnesowanie maszyny przez przepływ oddziaływania twornika Θa, obwód magnetyczny maszyny nie jest nasycony. Z tej przyczyny charakterystyka zwarcia MS jest prostoliniowa (rys. 2.3). Schemat układu pomiarowego do wyznaczenia charakterystyki zwarcia MS przedstawiono na rys. 2.4.

Uwaga:

Podczas próby zmieniamy tak prąd wzbudzenia I f, aby prąd zwarcia Iaz nie przekroczył wartości prądu znamionowego w zakresie Iaz = (1,1 1,2) Ian. Na rys. 2.3 zaznaczono charakterystyczną wartość prądu wzbudzenia I fzn wzbudzającą strumień magneśnicy, który indukuje SEM E0 wymuszającą w uzwojeniu twornika prąd zwarcia o wartości równej prądowi znamionowemu maszyny: Iaz = Ian.

Iaz = f (If) przy: Ua = 0 n = ns = const cos ϕ = const.


Tablica 4a Pomiary charakterystyki zwarcia

Pomiary przy Ua = 0 Oblicz. Lp. If [A] I U [A] I V [A] I W [A] I az [A]

0 Ifzn Ian

Wartości średnie prądu zwarcia Iaz dla trzech faz (obliczone w tab. 4 a) zestawiamy w tab. 4b celem wyznaczenia reaktancji synchronicznej Xs. Do jej wyznaczenia konieczne jest ponowne wykonanie pomiaru charakterystyki biegu jałowego badanej MS przy wartościach prądu wzbudzenia I f podanych tab.4a.

Tablica 4b Pomiary charakterystyki biegu jałowego do wyznaczenia reaktancji synchronicznej

Wartości z tab. 4a Pomiary przy Ia = 0 Oblicz. Oblicz. Lp. If [A] I az [A] UU [A] UV [A] UW [A] E0 [V] Xs [Ω]

0 Ifzn Iazn

Wartości reaktancji synchronicznej w tab. 4b obliczamy z następującej zależności:

azs I

EX 0==== (2.2)

Uwaga:

Dodatkowo przy prądzie I f0n, któremu na charakterystyce magnesowania odpowiada SEM 30 /UE an====

(patrz rys. 2.1), wyznaczamy wartość prądu zwarcia Iaz0, a następnie obliczamy reaktancję synchroniczną:

03 az

nas

I

UX ====

Wyniki pomiarów i obliczeń zestawiamy w poniższej tabeli. If0n [A] = 30 /UE an==== [V] = Iaz0 [A] = Xs [Ω] =

Wartość reaktancji synchronicznej zależy do poziomu nasycenia obwodu magnetycznego maszyny, który zależy od wartości prądu wzbudzenia i prądu zwarcia. Prąd wzbudzenia określa wartość SME E0. Problemem jest jaką wartość E0 należy przyjąć do wyznaczenia reaktancji synchronicznej. W praktyce wyznacza się wartość nienasyconą i nasyconą reaktancji synchronicznej. Wartość nienasyconą wyznaczamy w oparciu o powyżej opisaną metodę w zakresie prostoliniowej części charakterystyki magnesowania. Wyznaczenie wartości nasyconej wymaga pomierzenia charakterystyki obciążenia MS, tj. zależności Ua = Ua (I f) przy Ia =Ian oraz cosϕ= 0ind [3]. Charakterystyki zwarcia pozwala określić ile razy większy jest prąd zwarcia od prądu znamionowego przy różnych wartościach prądu wzbudzenia. Najbardziej interesująca jest wartość tego


stosunku przy takim prądzie wzbudzenia, który w stanie jałowym MS indukuje E0 = Uan . Stosunek ten nazywamy stosunkiem zwarcia i definiujemy następująco:

fzn

nf

z I

Ik 0==== (2.3)

Wartość stosunku zwarcia jest powiązana z wartość nienasyconą reaktancji synchronicznej:

%s

z Xk

100==== (2.4)

gdzie, Xs% – % wartość reaktancji synchronicznej wyrażona następująco:

[%] ][

][% 100

ΩΩΩΩΩΩΩΩ

n

ss Z

XX ==== (2.5)

przy czym, Zn – impedancja znamionowa (wielkość fikcyjna)

][ ΩΩΩΩafn

afndef

n I

UZ ==== (2.6)

Zgodnie z wzorem (2.4) stosunek zwarcia równy jest odwrotności procentowej reaktancji synchronicznej. Praktyczne wartości stosunku zwarcia wynoszą:

• dla turbogeneratorów 0,5 – 1,0 (średnio 0,75) • dal hydrogeneratorów średnio 1.

Dla badanej maszyny synchroniczne należy wyznaczyć wartości stosunku zwarcia wg wzorów (2.3) i (2.4). Uwaga:

Opisany w p. 2.4 pomiar reaktancji synchronicznej dotyczy turbogeneratorów (wirnik cylindryczny). W przypadku hydrogeneratorów (wirnik wydatno biegunowy) wyróżniamy reaktancję synchroniczną w osi podłużnej Xd i w osi porzecznej Xq, przy czym Xq < Xd [3]. Dla turbogeneratorów zachodzi równość obu reaktancji i oznaczamy ją symbolem Xs.

G

3~

W

V

U

N

F1

F2

W3 P

+

_

A

If

~1x220V

IU IWIV

Ws =

PW

A

V

W4

SN

UU UWUV

Rys. 2.4. Schemat połączeń prądnicy synchronicznej do pomiaru charakterystyki zwarcia


2.5. Pomiar charakterystyki zewn ętrznej Definicja charakterystyki zewnętrznej:

Tablica 5

Pomiar charakterystyki zewnętrznej Pomiary

Lp. UU[V] U V[V] U W[V] I f[A] I U [A] I W [A] I V [A] cosϕ Ua[V] Ia[A] const. const.

Rys. 2.5. Schemat połączeń prądnicy synchronicznej do pomiaru charakterystyki zewnętrznej i regulacyjnej: a)

obciążenie czynne (rezystory), b) obciążenie bierne pojemnościowe (bateria kondensatorów), c) obciążenie indukcyjne (regulator indukcyjny)

2.6. Pomiar charakterystyki regulacyjnej Definicja charakterystyki regulacyjnej:

Ua= f (Ia)

przy: n = ns = const. If = Ifon = const. cos ϕ = const.


Tablica 6 Pomiary charakterystyki regulacyjnej

Pomiary Lp. UU[V] U W[V] U U[V] I f[A] I U [A] I W [A] I V [A] cosϕ Ua[V] Ia[A]

const. const. const. const. const.

2.7. Zadania 1. Dla badanej PS obliczyć straty (W i %) w uzwojeniach twornika i wzbudzenia dla prądów

znamionowych. 2. Wykreślić charakterystykę stanu jałowego badanej PS. Nanieść na niej punkty

odpowiadające charakterystycznym wielkościom (parametrom) PS. Uzasadnić fizycznie jej kształt.

3. Wykreślić charakterystykę zwarcia badanej PS. Nanieść na niej punkty odpowiadające charakterystycznym wielkościom (parametrom) PS. Uzasadnić fizycznie i analitycznie jej kształt.

4. Dla badanej PS obliczyć wartości reaktancji synchronicznej nienasyconej (w Ω i %) odpowiadające wartościom prądów wzbudzenia Ifon.i Ifzn.

5. Dla badanej PS wykreślić charakterystykę reaktancji synchronicznej nienasyconej Xs (w Ω i %) od prądu wzbudzenia If. Uzasadnić fizycznie jej kształt.

6. Dla badanej PS obliczyć stosunek zwarcia kz. 7. Wykreślić charakterystykę zewnętrzną badanej PS przy zadanym charakterze obciążenia

cosϕ=1. Nanieść na niej punkty odpowiadające charakterystycznym wielkościom (parametrom) PS. Uzasadnić fizycznie i analitycznie jej kształt.

8. Wykreślić charakterystykę zewnętrzną badanej PS przy zadanym charakterze obciążenia cosϕ=0poj. Nanieść na niej punkty odpowiadające charakterystycznym wielkościom (parametrom) PS. Uzasadnić fizycznie i analitycznie jej kształt.

9. Wykreślić charakterystykę zewnętrzną badanej PS przy zadanym charakterze obciążenia cosϕ=0ind. Uzasadnić fizycznie i analitycznie jej kształt.

10. Wykreślić charakterystykę regulacyjną badanej PS przy zadanym charakterze obciążenia cosϕ=1. Nanieść na niej punkty odpowiadające charakterystycznym wielkościom (parametrom) PS. Uzasadnić fizycznie i analitycznie jej kształt.

11. Wykreślić charakterystykę regulacyjną badanej PS przy zadanym charakterze obciążenia cosϕ=0poj. Nanieść na niej punkty odpowiadające charakterystycznym wielkościom (parametrom) PS. Uzasadnić fizycznie i analitycznie jej kształt.

12. Wykreślić charakterystykę regulacyjną badanej PS przy zadanym charakterze obciążenia cosϕ=0ind. Uzasadnić fizycznie i analitycznie jej kształt.

If = f (Ia)

przy: Ua = Uan n = ns = const. cos ϕ = const.


13. Obliczyć dla badanej PS wartość znamionowego prądu wzbudzenia Ifn odpowiadającego znamionowej mocy (napięciu i prądowi twornika) i znamionowemu charakterowi obciążenia cosϕ=0,8ind.

14. Dla badanej PS obliczyć stosunek znamionowego prądu wzbudzenia Ifn do znamionowego prądu wzbudzenia przy biegu jałowym Ifon.

15. Wyznaczyć znamionową wartość zmiany napięcia badanej PS dla wartości współczynnika mocy cos ϕ2 = 1 (czynnego).

16. Wyznaczyć znamionową wartość zmiany napięcia badanej PS dla wartości współczynnika mocy cos ϕ2 = 0,8ind.

17. Wyznaczyć znamionową wartość zmiany napięcia badanej PS dla wartości współczynnika mocy cos ϕ2 = 0,8poj.

3. PYTANIA KONTROLNE • Pytania ze znajomości teorii i zagadnień dotyczących sprawozdania

1. Podać rodzaje budowy maszyny synchronicznej. Wymienić elementy stojana i wirnika. 2. Opisać zasadę działania prądnicy synchronicznej w ujęciu ciągu logicznego przyczyna - skutek. 3. Narysować podstawowy (elementarny) model fizyczny (układ dwóch przepływów) prądnicy

synchronicznej. Wykazać, że w stanie pracy ustalonej prądnicy układ dwóch przepływów jest nieruchomy względem siebie. Jakie są tego konsekwencje?

4. Opisać reakcję twornika prądnicy synchronicznej dla obciążenia o charakterze czynnym, indukcyjnym i pojemnościowym. Narysować odpowiednie położenia układu dwóch przepływów prądnicy.

5. Opisać obraz fizyczny (składowe strumieni) i statyczny model obwodowy (schemat zastępczy) prądnicy synchronicznej dla biegu jałowego.

6. Opisać obraz fizyczny (składowe strumieni) i statyczny model obwodowy (schemat zastępczy) prądnicy synchronicznej dla stanu zwarcia.

7. Opisać obraz fizyczny (składowe strumieni) i statyczny model obwodowy (schemat zastępczy) prądnicy synchronicznej w stanie obciążenia. Uwzględnić charakter obciążenia.

8. Narysować modele statyczne prądnicy synchronicznej: fizyczny (składowe strumieni) i obwodowy (schemat zastępczy). Podać i wyjaśnić wzajemne relacje między wielkościami modelu fizycznego a zmiennymi i parametrami modelu obwodowego (schematu zastępczego).

9. Narysować statyczny model obwodowy (schemat zastępczy) prądnicy synchronicznej, nazwać tworzące go elementy i dokonać interpretacji fizycznej tych elementów.

10. Podać, nazwać i objaśnić podstawowe wielkości charakterystyczne i zależności dotyczące prądnicy synchronicznej (If , Ia , Θf , Θa , Φf, Φa , Φσa , Eo , Xs , Te , ∆PFe , ∆PCua , ∆PCuf, ∆Po).

11. Na podstawie jakich pomiarów (charakterystyk) wyznacza się parametry statycznego modelu obwodowego (schematu zastępczego) prądnicy synchronicznej? Podać zależności między wynikami tych pomiarów i parametrami schematu zastępczego.

12. Podać charakterystykę biegu jałowego badanej prądnicy synchronicznej i uzasadnić fizycznie oraz analitycznie jej kształt.

13. Podać charakterystykę zwarcia badanej prądnicy synchronicznej i uzasadnić fizycznie oraz analitycznie jej kształt.

14. Podać charakterystyki zewnętrzne badanej prądnicy synchronicznej i uzasadnić fizycznie oraz analitycznie ich kształt. Uwzględnić charakter obciążenia.

15. Podać charakterystyki regulacyjne badanej prądnicy synchronicznej i uzasadnić fizycznie oraz analitycznie ich kształt. Uwzględnić charakter obciążenia. • Pytania z przygotowania do ćwiczenia

1. Podać najważniejsze dane tabliczki znamionowej maszyny synchronicznej. 2. Co to są w maszynie synchronicznej: uzwojenia wzbudzenia (magneśnicy, wirnika) i twornika (stojana),

wielkości wzbudzenia i twornika? 3. Wymienić podstawowe układy połączeń uzwojeń prądnicy synchronicznej. 4. Wymienić podstawowe metody rozruchu silnika prądu stałego (napędzającego badaną prądnicę

synchroniczną).


5. Jak ustawić poziom prądu wzbudzenia i poziom napięcia na tworniku silnika prądu stałego (napędzającego badaną prądnicę synchroniczną) w czasie rozruchu? Jakie są ograniczenia na poziom prądu rozruchowego?

6. Podać orientacyjne wartości procentowe dla prądnicy synchronicznej: • spadku napięcia na rezystancji uzwojenia wzbudzenia i twornika, • reaktancji synchronicznej, • mocy wzbudzenia (magnesującej), • strat w żelazie, w miedzi uzwojeń i mechanicznych, a także relacje między ich wartościami, • sprawności.

7. Podać definicję reaktancji synchronicznej prądnicy synchronicznej. Dlaczego i jak ją można wyznaczyć? 8. Jak należy dobrać zakresy woltomierzy i amperomierzy do pomiarów rezystancji uzwojeń prądnicy

synchronicznej? Wymienić oddzielnie dla uzwojenia wzbudzenia i uzwojenia twornika. 9. Jak należy dobrać zakresy woltomierzy, amperomierzy i obrotomierzy (częstościomierzy) do pomiarów

charakterystyki biegu jałowego prądnicy? 10. Jak należy dobrać zakresy woltomierzy, amperomierzy i obrotomierzy (częstościomierzy) do pomiarów

charakterystyki zwarcia prądnicy? 11. Jak należy dobrać zakresy woltomierzy, amperomierzy, watomierzy i obrotomierzy (częstościomierzy)

do pomiarów charakterystyki zewnętrznej prądnicy? 12. Jak należy dobrać zakresy woltomierzy, amperomierzy, watomierzy i obrotomierzy (częstościomierzy)

do pomiarów charakterystyki regulacyjnej prądnicy? 13. Wymienić podstawowe charakterystyki prądnicy synchronicznej (dotyczące tematyki ćwiczenia),

wymieniając współrzędne oraz wielkości jakie należy utrzymywać stałe. 4. LITERATURA POMOCNICZA

1. Latek W.: Zarys maszyn elektrycznych. WNT, W-wa 1974. 2. Latek W.: Badania maszyn elektrycznych w przemyśle. WNT, W-wa 1979. 3. Manitius Z.: Maszyny synchroniczne. Skrypt. Wyd . Pol. Gdańskiej, Gdańsk 1977. 4. Manitius Z.: Maszyny Elektryczne. Cz.I. Skrypt. Wyd. Pol. Gdańskiej, Gdańsk 1977. 5. Plamitzer A.: Maszyny elektryczne. Wyd. 7. WNT, W-wa 1992. 6. Praca zbiorowa (red. Manitius Z.): Laboratorium maszyn elektrycznych. Skrypt. Wyd.2. Wyd. Pol.

Gdańskiej, Gdańsk 1990. 7. Rafalski W., Ronkowski M., Zadania z maszyn elektrycznych, Cz. I: Transformatory i maszyny

asynchroniczne, skrypt, wyd. 4, Wyd. Politechniki Gdańskiej, 1994. 8. Ronkowski M., Michna M., Kostro G., Kutt F.: Maszyny elektryczne wokół nas: zastosowanie,

budowa, modelowanie, charakterystyki, projektowanie. (e-skrypt). Wyd. PG, Gdańsk, 2011. http://pbc.gda.pl/dlibra/docmetadata?id=16401&from=&dirids=1&ver_id=&lp=2&QI=

9. Roszczyk S.: Teoria maszyn elektrycznych. WNT, W-wa 1979. 10. Staszewski P., Urbański W.: Zagadnienia obliczeniowe w eksploatacji maszyn elektrycznych,

Warszawa, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej 2009. 11. PN-IEC 34-1:1997 Maszyny elektryczne wirujące. Ogólne wymagania i badania:

http://www.pkn.pl/

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI · M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michna: Maszyny synchroniczne...

Documents

Transcript of WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI · M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michna: Maszyny synchroniczne...