Ć w i c z e n i e 6

BADANIE PRĄDNICY SYNCHRONICZNEJ

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest praktycznie poznanie zasadniczych właściwości prądnicy synchronicznej z

biegunami wydatnymi oraz poznanie sposobów synchronizacji i regulacji obciążenia prądnicy przy jej

współpracy z siecią.

Program ćwiczenia

6.1. Dane znamionowe badanej maszyny synchronicznej i silnika napędowego

6.2. Pomiar rezystancji uzwojeń prądnicy

6.3. Próby przy biegu jałowym prądnicy

6.3.1. Pomiar strat mechanicznych prądnicy

6.3.2. Wyznaczenie charakterystyki biegu jałowego i pomiary strat w żelazie prądnicy

6.4. Próba zwarcia pomiarowego

6.5. Synchronizacja prądnicy z siecią

6.6. Charakterystyki obciążenia

6.7. Wyznaczenie trójkąta Potie’ra, znamionowego prądu wzbudzenia i zmienności napięcia

6.8. Wyznaczenie charakterystycznych parametrów oporowych maszyny synchronicznej

6.8.1. Parametry w stanie pracy ustalonej symetrycznej

6.8.2. Parametry w stanie pracy ustalonej niesymetrycznej

6.8.3. Zestawienie parametrów oporowych.

6.1. Dane znamionowe badanej maszyny synchronicznej

i silnika napędowego

Badanie prądnicy synchronicznej należy rozpocząć od zapoznania się z danymi znamionowymi

maszyny badanej i pomocniczej. Następnie należy dokonać oględzin maszyny synchronicznej przy

zdjętych ruchomych pokrywach umożliwiających dostęp do układu szczotkowego zwracając uwagę

na twornik, bieguny wystające i klatkę Leblanca.

Dane znamionowe maszyny pomocniczej i badanej maszyny synchronicznej należy zamieścić w

sprawozdaniu. Jeżeli na tabliczce znamionowej brakuje wartości znamionowego współczynnika mo-

cy, a podana jest moc czynna, to współczynnik ten należy obliczyć ze wzoru:

2

N

I

U

3

P

N

cos

N

N





6.2. Pomiar rezystancji uzwojeń prądnicy

Rezystancje uzwojeń prądnicy synchronicznej nie będą mierzone. Wartości rezystancji są podane

na osobnych tabliczkach, należy je przepisać do sprawozdania.

6.3. Próby przy biegu jałowym prądnicy

Układ połączeń

Układ połączeń do próby biegu jałowego przedstawiony jest na rys. 2.82.

Rys. 2.82. Układ połączeń do badań prądnicy synchronicznej w stanie jałowym

6.3.1. Pomiar strat mechanicznych prądnicy

Przebieg pomiarów

Przed przystąpieniem do rozruchu zespołu maszynowego należy ustawić minimalną wartość re-

zystancji rezystora R

1,

a następnie zamknąć wyłącznik W

1

i dokonać rozruchu przyciskiem START.

Następnie rezystorem R

1

należy zmniejszyć prąd wzbudzenia do takiej wartości, przy której wystąpi

prędkość synchroniczna. Przy prędkości tej i nie wzbudzonej prądnicy synchronicznej (wyłącznik W

2

otwarty) należy odczytać wskazania mierników po stronie silnika i zanotować je w sprawozdaniu.

Opracowanie wyników

Straty mechaniczne prądnicy badanej oblicza się w sposób następujący:

1. oblicza się straty w silniku napędowym ze wzoru:

b

a

at

2

a

os

U

I

2

R

I

P

P

s

Δ







(6.1)

220V

GS

W

2

ATr

V

1

A

3

F1

F2

PW

M

D1

D2

E1

E2

A

2

V

1

A

1

W

1

=220V

+

-

R

1

A1

B1

E1

E2

Rozrusznik

START

STOP

A1

B2

U

V

W

N

3

gdzie P

os

odczytuje się z wykresu P

os

= f(I

fs

) znajdującego się na stanowisku pomiarowym, a za R

a

t

przyjmuje się sumę rezystancji w gałęzi twornika silnika napędowego, zaś za



U

b

należy przyjąć

1V.

Silnik napędowy jest wycechowany dla prędkości synchronicznej. Przy stałej prędkości jego

straty są sumą stałych strat mechanicznych, strat w żelazie zależnych tylko od prądu wzbudzenia I

fs

i strat prądowych zależnych od kwadratu prądu I

a

. Suma strat mechanicznych i w żelazie jest więc

zależna tylko od prądu wzbudzenia I

fs

, co jest przedstawione na wykresie



P

os

= f (I

fs

).

2. oblicza się moc pobraną przez silnik

P

in

= U

s

I

a

3. oblicza się straty mechaniczne prądnicy jako

P

m

= P

in

- P

s

Obliczenia powyższe należy podać w sprawozdaniu.

6.3.2. Wyznaczenie charakterystyki biegu jałowego i pomiary strat w żelazie

prądnicy

Przebieg pomiarów

Nie zatrzymując zespołu maszynowego należy dokonać potrzebnych w tym punkcie pomiarów.

W czasie pomiarów należy utrzymać prędkość równą prędkości synchronicznej. Zmieniając autotrans-

formatorem regulacyjnym ATr wartość prądu wzbudzenia I

f

prądnicy odczytuje się dla wybranych

wartości tego prądu wskazania wszystkich mierników. Pomiary powinny być “gęste”. Należy wyko-

nać je w dwóch etapach. W pierwszym etapie prąd wzbudzenia należy tylko zwiększać od zera do

takiej wartości, przy której napięcie prądnicy wyniesie ok.

N

U

4

,

1

. W etapie drugim prąd należy tyl-

ko zmniejszać sprowadzając go do zera.

Uwaga: Przy dużym prądzie wzbudzenia napięcia prądnicy występujące na zaciskach przełącznika

woltomierzowego PW i woltomierza V

1

uzyskują niebezpieczne wartości dla obsługi. Przy

napięciach takich należy zachować szczególną ostrożność.

Wyniki pomiarów należy zestawić w tablicy pokazanej na rysunku 2.83.

4

Lp.

I

f

U

UV

U

VW

U

WU

U

o

I

fs

U

s

I

a

P

in

P

os

P

s

P

o

U

2

o

A

V

V

V

V

A

V

A

W

W

W

W

V

2

Rys. 2.83. Tablica pomiarów próby biegu jałowego prądnicy synchronicznej

W tablicy tej:

I

f

- prąd wzbudzenia prądnicy,

3

U

U

U

U

W U

VW

UV

o







- wartość średnia napięcia prądnicy z napięć międzyprzewodowych,

P

in

= U

s

I

a

- moc pobrana przez wirnik silnika napędowego,

P

os

- straty jałowe silnika odczytane z charakterystyki P

os

= f (I

fs

) dla danego prą-

du I

fs

,

P

s

- straty mocy w silniku obliczone ze wzoru (6.1),

P

o

= P

in

- P

s

- straty mocy w prądnicy równe sumie strat mechanicznych i strat w

żelazie.

Kolumny od “

1

I

” do “ 2

o

U

” należy wypełniać tylko dla jednego etapu pomiarów.

Opracowanie wyników

Na podstawie uzyskanych wyników należy wykreślić następujące charakterystyki:

a) biegu jałowego

)

f

f(I

U

o



przy n = const dla rosnących wartości prądu i dla wartości malejących

(krzywe 1 i 2 na rys. 2.84),

b) strat jałowych prądnicy synchronicznej

)

f(U

P

o

o





(krzywa 3 na rys.2.84) należy odczytać prąd

I

fo

dla

N

U

U

o



i zaznaczyć go na wykresie, zaś z charakterystyki

)

f(U

P

2

o

o





należy odczytać

dla napięcia znamionowego straty jałowe oraz straty w żelazie i straty mechaniczne. Straty mecha-

niczne należy porównać ze stratami pomierzonymi w punkcie poprzednim (6.3.1).

5

Ponadto z wypośrodkowanej charakterystyki

)

f(I

U

f

o



(krzywa 3 na rys. 2.84) należy odczy-

tać prąd

N

o

fo

U

U

dla

I



i zaznaczyć go na wykresie, zaś z charakterystyki

)

f(U

P

2

o

o



należy od-

czytać dla napięcia znamionowego straty jałowe oraz straty w żelazie i straty mechaniczne. Straty

mechaniczne należy porównać ze stratami pomierzonymi w punkcie poprzednim (6.3.1).

I

wo

I

w

E

0

=U

0

U

n

[V]

3

2

1

c

b

a

p

E

szcz

0

[A]

Rys.2.84.

Charakterystyki biegu jałowgo prądnicy synchronicznej

)

f

f(I

U

o



przy n = const



P



[W]



P

ż



P

m



P

0

=f(U

0

)



P

0

=f(U

0

2

)

[V

2

]

[V]

U

0

2

U

0

Rys.2.85. Charakterystyki strat jałowych prądnicy synchronicznej

Omówienie charakterystyk

a.

Charakterystyka biegu jałowego

)

f

f(I

U

o



. Z ogólnego wzoru na napięcie indukowane ma-

szyny synchronicznej

6











n

c

N

f

44

,

4

i

U

1

1

1

wynika, że przy stałej prędkości obrotowej n, U

i

jest proporcjonalne do



, czyli charakterystyka biegu

jałowego U

o

= f(I

f

) - z uwagi na to, że U

o



U

i

- jest w innej skali charakterystyką magnesowania



=

f(I

f

). Z tego powodu często te dwie nazwy są ze sobą utożsamione. Strumień



pola wirującego jest

stały w czasie, dlatego jest proporcjonalny do amplitudy sinusoidy indukcji tego pola,stąd U

i



B.

Pole wirujące jest wytwarzane przez przepływ wzbudzający 2I

f

N biegunów, gdzie N

jest liczbą

zwojów cewki bieguna. Przepływ ten jest równy sumie napięć magnetycznych w obwodzie, które

można sprowadzić do sumy napięcia na dwóch szczelinach powietrznych między wirnikiem a stoja-

nem i napięcia na elementach ferromagnetycznych. Przy małych prądach wzbudzenia I

f

=c

1

B, gdyż

przenikalność magnetyczna odcinków ferromagnetycznych w tym zakresie jest duża i prawie cały

przepływ maszyny pokonuje reluktancje szczelin powietrznych. Przy małych prądach jest więc U

i

=

c

3

I

f

,, czyli odcinek charakterystyki biegu jałowego jest tu prosty. Przy prądach większych odcinki

ferromagnetyczne podlegają nasyceniu magnetycznemu i prąd I

f

wskutek tego musi wzrastać więcej

niż proporcjonalnie do napięcia U

i

. Skutkiem tego charakterystyka oddala się od prostej p (rysunek

2.84).

Kształt charakterystyki biegu jałowego zależy od wielkości szczelin powietrznych maszyny oraz

od charakterystyk magnesowania poszczególnych odcinków ferromagnetycznych. Odcinki ab i bc

(rys. 2.84) są miarą odpowiednio wielkości szczeliny oraz wykorzystania magnetycznego żelaza ma-

szyny. Ponieważ każdy ferromagnetyk ma swoją pętlę histerezy, więc i charakterystyka biegu jałowe-

go ma również pętlę, która jest jednak wąska z uwagi na obecność w obwodzie magnetycznym szcze-

lin powietrznych. Pod pojęciem charakterystyki biegu jałowego rozumie się charakterystykę wypo-

środkowaną.

b.

Charakterystyka strat jałowych P

o

= f(U

o

). Pod pojęciem strat jałowych prądnicy synchronicznej

rozumie się sumę strat mechanicznych i strat w żelazie. Straty mechaniczne zależą tylko od prędkości

obrotowej i przy stałej prędkości są stałe. Straty w żelazie zależą od częstotliwości, a więc od prędko-

ści obrotowej (f = p n) i od kwadratu indukcji. Przy stałej prędkości są więc zależne tylko od kwadra-

tu napięcia. Zatem straty jałowe maszyny synchronicznej przy stałej prędkości obrotowej

P

o

= P

m

+ P

ż

= C + C

1

U

o

2

Wynika stąd, że wykresem P

o

= f (U

o

2

) jest linia prosta wyznaczająca w przecięciu z osią strat straty

mechaniczne (rys. 2.85), a wykresem P

o

= f(U

o

) jest parabola podniesiona o wartość strat mechanicz-

nych.

7

6.4. Próba zwarcia pomiarowego

Układ połączeń

Należy skorzystać z układu pomiarowego poprzedniego punktu programu

(rys. 2.82). Zaciski uzwojenia twornika należy zewrzeć w gwiazdę poprzez am-

peromierze, po jednym w każdej fazie (rys. 2.86).

220V

GS

W

2

ATr

A

3

F1

F2

M

D1

D2

E1

E2

A

2

V

2

A

1

W

1

=220V

+

-

R

1

A1

B1

E1

E2

Rozrusznik

START

STOP

A1

B2

U

V

W

A

4

A

5

A

6

Rys.2.86. Schemat układu pomiarowego do próby zwarcia prądnicy synchronicz-

nej

Przebieg pomiarów

Przy niewzbudzonej prądnicy (wyłącznik W

2

otwarty) należy dokonać rozruchu zespołu maszy-

nowego, jak w punkcie poprzednim. Rezystorem R

1

reguluje się prędkość synchroniczną zespołu i

utrzymuje ją przez cały czas pomiarów.

Zamykając wyłącznik W

2

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 V

1

, który wskazuje

napięcie równe zero.

Wyniki odczytów należy zamieścić w tablicy pokazanej na rys. 2.87.

Po dokonaniu potrzebnych pomiarów należy stwierdzić brak wpływu zmiany prędkości obroto-

wej na prąd zwarcia. W tym celu należy nastawić taką wartość prądu wzbudzenia prądnicy, przy któ-

rej prąd zwarcia jest równy prądowi znamionowemu prądnicy. Przy stałej wartości tego prądu wzbu-

dzenia nalezy zmieniać prędkość obrotową zespołu maszynowego w granicach uwarunkowanych

względami elektrycznymi i mechanicznymi zespołu. Przy zmianach prędkości prądu zwarcia nie po-

winien się zmieniać w sposób widoczny. Należy obserwować wskazania amperomierzy A

4

, A

5

i A

6

przy powolnych zmianach prędkości obrotowej prądnicy, a spostrzeżenia zamieścić w sprawozdaniu

podając zakres zmienności prędkości obrotowej, przy której prąd zwarcia nie ulegał wyraźnej zmia-

nie.

W tablicy tej:

8

3

6

5

4

I

I

I

k

I







- średni prąd zwarcia,

Lp.

I

f

I

4

I

5

I

6

I

z

I

1

U

2

I

2

P

s



P

os



P

s



P

o



P

obc



P

u



P

d

A A A A A A V A W

W

W

W

W

W

W

Rys. 2.87. Tablica pomiarów próby zwarcia pomiarowego prądnicy synchronicznej

P

s

= U

2

I

2

- moc pobrana przez silnik napędowy,

P

os

- straty jałowe silnika odczytane z krzywej P

os

= f (I

f

) dla danej wartości prądu wzbudzenia I

f

,

P

s

- straty w silniku obliczone z wzoru (6.1),

P

p

= P

s

- P

s

- moc dostarczona prądnicy,

P

obc

= P

p

- P

m

- straty obciążeniowe prądnicy (P

m

- straty mechaniczne wyznaczone w p. 6.3.1.),

)

I

U

R

I

(

3

P

k

p

1ph

2

k

d

Δ





- straty podstawowe (R

1ph

- rezystancja fazowa uzwojenia twornika

podana w p. 6.2,



U

p

= 0,2 V - spadek napięcia na szczotce),

P

d

= P

obc

- P

u

- straty dodatkowe twornika.

Uwaga: Jeżeli wartości strat dodatkowych są małe wobec strat obciążeniowych, to należy je pominąć

i przyjąć P

obc



P

u

.

Opracowanie wyników

W wyniku pomiarów należy narysować:

a) charakterystykę zwarcia prądnicy I

k

= f(I

f

),

b) charakterystykę strat obciążeniowych P

obc

=f(I

k

).

Orientacyjne przebiegi tych charakterystyk są pokazane na rys. 2.88.

I

k

I

n

I

fk

I

f

[A]

I

k

=f(I

f

)



P

obc

=f(I

f

)



P

obcn



P

obc

[A]

Rys. 2.88. Charakterystyki zwarcia i strat obciążeniowych prądnicy synchronicznej

9

Z charakterystyk wykreślonych należy odczytać prąd wzbudzenia prądnicy I

fk

oraz straty znamio-

nowe



P

obcn

dla prądu znamionowego prądnicy.

Objaśnienia charakterystyk

a. Charakterystyka zwarcia prądnicy I

k

= f(I

f

)

. Na rys. 2.89 jest przedstawiony wykres wskazowy

maszyny synchronicznej będącej w stanie zwarcia symetrycznego, pomiarowego. Napięcie indu-

kowane przez wypadkowe pole wirujące w uzwojeniu twornika U

i

jest sumą czynnej I

k

R

1f

i induk-

cyjnej I

k

X

r

straty napięcia. Na wytworzenie tego napięcia w stanie jałowym potrzebny jest prąd

wzbudzenia I

fo

, który można odczytać z charakterystyki biegu jałowego dla danego U

i

. Na skutek

oddziaływania twornika, którego przepływ magnetyczny jest w fazie z prądem twornika i działa

bezpośrednio rozmagnesowująco na pole magnetyczne stojana, prąd wzbudzenia I

f

musi być więk-

szy od prądu I

fo

w przybliżeniu o wartości I

fr

, reprezentującą przepływ oddziaływania twornika.

jI

k

X

r

E

I

fr

I

fo

I

f

I

k

I

wo

I

k

R

1f

a

b

0

I

w

E

0

c

Rys. 2.89. Wykres wskazowy prądnicy synchronicznej dla zwarcia pomiarowego

Wartość napięcia zaindukowanego U

i

jest niewielka i nawet przy dużych wartościach prądu I

k

znajduje się jeszcze na prostoliniowej części charakterystyki biegu jałowego. Na skutek tego U

i

~ I

fo

, a

ponieważ z drugiej strony U

i

= I

k

Z

k

, gdzie

2

r

2

1f

X

R

k

Z





- jest impedancją zwarcia, więc stąd

I

k

~I

fr

. Prąd I

fr

jest także proporcjonalny do prądu zwarcia. Przy założeniu, że X

r

nie ulega zmianie

trójkąt abc przy zmianie prądu zwarcia nie zmienia kierunku boków

ab

i bc ; każdy z tych boków jest

10

proporcjonalny do prądu zwarcia. Wobec tego i bok trzeci

k

I

ac



musi być także proporcjonalny do

prądu zwarcia. Stąd wynika, że wykresem

)

f

f(I

k

I



jest linia prosta.

b. Charakterystyka strat obciążeniowych

)

k

f(I

obc

P





. Straty obciążeniowe składają się ze strat w

uzwojeniu twornika oraz ze strat przejścia na szczotkach. Pierwsze z tych strat są proporcjonalne

do kwadratu prądu, zaś drugie - przy założeniu stałej wartości spadku napięcia na szczotce nieza-

leżnego od wartości prądu twornika - są zależne liniowo od tego prądu. Straty przejścia są stosun-

kowo niewielkie. Z tego powodu charakterystyka strat obciążeniowych ma przebieg bardzo bliski

paraboli.

Należy zaznaczyć, że podczas zwarcia pomiarowego moc pobrana przez prądnicę pokrywa jej

straty mechaniczne i obciążeniowe, straty w żelazie są do pominięcia, gdyż będąc proporcjonalne do

kwadratu napięcia

i

U

, które wynosi kilka procentów napięcia znamionowego, stanowią tylko część

procenta znamionowych strat w żelazie.

6.5. Synchronizacja prądnicy z siecią

Układ połączeń

Do synchronizacji prądnicy z siecią służy układ pomiarowy przedstawiony na rys.2.90. Będzie on

wykorzystany również w dalszych punktach programowych ćwiczenia.

Rys. 2.90. Schemat połączeń do synchronizacji i współpracy prądnicy z siecią

Przebieg synchronizacji

Synchronizację przeprowadza się przy pomocy woltomierzy V

1

, V

0

i V

3

oraz trzech żarówek

połączonych w układzie “na ciemno”.

=220V

220V

GS

W

2

ATr

A

3

F1

F2

E1

E2

W

1

+

-

R

1

Rozrusznik

U

V

W

N

A1

B2

E1

E2

START

STOP

A

1

A

2

V

2

M

D1

D2

A1

B2

W

3

PW

PW

V

1

V

3

V

0

A

4

A

5

A

6

W

1

W

2

W

4

RI

L

1

L

2

L

3

11

Najpierw dokonuje się rozruchu zespołu maszynowego przy nie wzbudzonej prądnicy. Po takim

ustawieniu ślizgacza rezystora R

1

, przy którym prędkość obrotowa zespołu jest w przybliżeniu równa

prędkości synchronicznej, zamyka się wyłącznik W

4

i regulatorem indukcyjnym RJ nastawia się war-

tość napięcia bliską wartości napięcia znamionowego prądnicy (wartość nastawianego napięcia wska-

zuje woltomierz V

1

). Następnie zamyka się wyłącznik W

2

i wzbudza prądnicę do takiego stanu, gdy

napięcie panujące między szczękami wyłącznika W

3

i wskazane przez woltomierz V

1

uzyska wartość

w przybliżeniu równą napięciu nastawionemu przez regulator indukcyjny.

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 czterech poniż-

szych warunków. Należy sprawdzić, czy są one spełnione.

1) Wartości skuteczne napięć prądnicy i sieci (po obu stronach wyłącznika W

3

) powinny być jedna-

kowe. Napięcia te wskazują woltomierze V

1

i V

2

. Należy porównać ze sobą wszystkie napięcia

międzyprzewodowe przy użyciu przełączników woltomierzowych, może się bowiem zdarzyć, że

na którejś fazie wystąpi brak napięcia z powodu np. niepoprawnego układu połączeń. Jeżeli rów-

ność napięć nie zachodzi, to trzeba zmienić wartość napięcia prądnicy lub na regulatorze indukcyj-

nym. Ponieważ regulator ma odwzorowywać sieć, więc poprawniej będzie zmieniać wartość na-

pięcia prądnicy, która musi się dostosować do sieci.

2) Następstwo faz prądnicy powinno być zgodne z następstwem faz sieci. Warunek ten sprawdza się

obserwując jednoczesność zapalania się i gaśnięcia wszystkich żarówek. Jeżeli następstwa faz są

zgodne, to wszystkie żarówki palą się z jednakowym natężeniem lub gasną i zapalają się równo-

cześnie. Jeżeli ta jednoczesność nie występuje, to należy na chwilę otworzyć wyłączniki W

2

i W

4

i

skrzyżować ze sobą dwie dowolne fazy po jednej lub po drugiej stronie wyłącznika W

3

. Po za-

mknięciu obu wyłączników zapalanie i gaśnięcie wszystkich żarówek powinno być jednoczesne.

3) Częstotliwość napięcia prądnicy powinna być równa częstotliwości sieci. Warunku tego nie da się

dokładnie w praktyce spełnić, można tylko doprowadzić w przybliżeniu do równości tych często-

tliwości. Miarą różnicy częstotliwości prądnicy i sieci jest częstotliwość zapalania się i gaśnięcia

żarówek. Należy rezystorem R

1

doregulować tak prędkość obrotową prądnicy, aby żarówki zapala-

ły się i gasły wolno.

4) Kąt rozchylenia wskazów napięcia prądnicy i sieci powinien być równy zeru. Warunek ten jest

spełniony w momencie całkowitego zgaśnięcia żarówek. Ze względu na bezwładność cieplną włó-

kien żarówek uchwycenie tego momentu na podstawie obserwacji żarówek nie jest możliwe. Dla-

tego rolę wskaźnika spełnia dodatkowo woltomierz zerowy V

0

, który ma celowo rozrzedzoną skalę

w okolicach zera i dzięki temu umożliwia dość dokładne ustalenie chwili, gdy kąt rozchylenia

wskazów jest równy zeru. Wskazówka woltomierza ma swoją bezwładność i spóźnia się, dlatego

12

moment napięcia równego zeru występuje trochę wcześniej, niż wskazuje je wskazówka zdążająca

do zera.

Po przeprowadzeniu odpowiednich regulacji zapewniających praktyczne spełnienie powyższych

warunków można zamknąć wyłącznik W

3

w momencie, gdy wskazówka woltomierza zerowego V

0

zbliża się do zera. Po zamknięciu tego wyłącznika niedokładność synchronizacji zlikwiduje sieć wy-

muszając na prądnicy dokładny bieg synchroniczny wirnika i odpowiedni kąt pracy.

Objaśnienie synchronizacji

Wartości chwilowe napięć trójfazowych są rzutami na oś czasu T wskazów gwiazdy wirującej z

prędkością kątową



= 2



f. Jeżeli wartości chwilowe napięć sieci w każdej chwili, to gwiazdy napięć

prądnicy i sieci muszą być jednakowe i muszą pokrywać się ze sobą (rys.2.91a).

Jednakową długość wskazów sprawdza się woltomierzami V

1

i V

2

. Do sprawdzenia czy gwiazdy

się pokrywają, czy nie - służy układ żarówek. Przy synchronizacji “na ciemno” żarówki są włączone

między odpowiadające sobie fazy, tj. między U

p

i U

s

, V

p

i V

s

oraz W

p

i W

s

pod warunkiem, że następ-

stwa faz sieci i prądnicy są jednakowe (rys.2.91a). Jeżeli następstwa faz są różne, to wtedy dwie z

żarówek, np. żarówki 2 i 3 (ryss.2.91b) ssą włączone do dwóch różnych faz. Skrzyżowanie ze sobą

dwóch dowolnych faz po dowolnej stronie przełącznika W

3

powoduje, że albo wszystkie żarówki

zostają włączone między różne fazy, albo wszystkie pozostają między jednakowymi fazami. W oby-

dwu przypadkach zostaje przywrócona zgodność następstwa faz.

Przy niejednakowych częstotliwościach napięć prądnicy i sieci prędkości kątowe każdej z gwiazd

napięć będą inne. Wystąpi wtedy względna prędkość kątowa



r

=



p

-



s

= 2



(f

p

- f

s

) jednej gwiazdy

względem drugiej powodująca rozchylanie się jednakoimiennych promieni. Przy zgodnym następ-

stwie faz

U

s

U

p

V

s

V

p

W

s

W

p



U



U



U

U

s

U

p

V

s

V

p

W

s

W

p



U

1



U

2



U

3

a)

b)

c)

d)

T

3

2

1

3

1

2

U

s

U

p

U

p

U

s

V

s

V

s

V

p

V

p

W

p

W

p

W

s

W

s



s



p



p



s

Rys. 2.91. Wzajemne położenie gwiazd napięć sieci i prądnicy:

a) i c) przy zgodnym następstwie faz;

13

b) i d) przy przeciwnym następstwie faz z różnym rozchyleniem promieni

wszystkie żarówki będą się świecić pod wpływem jednakowych wartości napięć U



będących różni-

cami geometrycznymi jednakoimiennych napięć fazowych (rys.2.91c). Przy coraz dalszym rozsuwa-

niu się promieni gwiazd napięcie U



będzie rosło powodując coraz jaśniejsze, równoczesne palenie

się wszystkich żarówek. Największa wartość napięcia żarówek U



wynosi

f

U

2

, a najmniejsza war-

tość jest równa zeru.

Jeżeli następstwo faz jest niejednakowe, to napięcia U



są różne na różnych żarówkach, wskutek

czego żarówki zapalają się i gasną kolejno jedna po drugiej (rys.2.91d).

6.6. Charakterystyki obciążenia

Do pomiarów charakterystyki obciążenia wykorzystuje się układ pomiarowy z rys. 2.90. Pomiary

należy wykonać zaraz po przeprowadzeniu synchronizacji, dla następujących rodzajów obciążeń

prądnicy:

a) indukcyjnego (cos



= 0

ind

),

b) pojemnościowego (cos



= 0

poj

),

c) czynnego (cos



= 1).

Pomiary każdej z powyższych charakterystyk muszą się odbywać przy zachowaniu stałej warto-

ści prądu obciążenia prądnicy. W ćwiczeniu należy przyjąć wartość tego prądu równą wartości prądu

znamionowego.

Objaśnienie procesu regulacji obciążenia prądnicy

W warunkach synchronizacji wskazy napięcia prądnicy i napięcia sieci są ze sobą w fazie i mają

jednakowe wartości. W tym stanie maszyna synchroniczna nie oddaje żadnej energii do sieci, ani jej z

sieci nie pobiera, sieć utrzymuje jednak maszynę w synchroniźmie. Silnik napędowy maszyny syn-

chronicznej dostarcza jej niewielką moc potrzebną na pokrycie strat jałowych prądnicy, tj. strat me-

chanicznych i strat w żelazie.

Moc czynną oddawaną przez maszynę (praca prądnicowa) lub przez nią pobieraną (praca silni-

kowa) reguluje się zmianą momentu napędowego silnika. Moment maszyny zwiększa się przez pozor-

ne zwiększenie prędkości obrotowej silnika (zwiększenie oporu rezystora R

1

na rys.2.90), a zmniejsza

się przez zmniejszenie prędkości. Moc bierną prądnicy zmienia się poprzez zmianę prądu wzbudzenia

maszyny synchronicznej.

Jeżeli w maszynie idealnie zsynchronizowanej z siecią zostanie zwiększony prąd wzbudzenia, to

wzrośnie strumień pola wirującego. Skutkiem tego zostanie zwiększone napięcie indukowane. Różni-

14

ca geometryczna tego napięcia i napięcia sieci musi być skompensowana wewnętrznym spadkiem

napięcia maszyny. Na skutek zwiększonego strumienia wzrosną straty w żelazie, pojawią się również

straty obciążeniowe. Jeżeli moment silnika napędowego pozostanie bez zmiany, to zwyżkę strat w

maszynie musi pokryć moc pobrana z sieci. Na skutek tego maszyna w takim stanie będzie pracować

jako silnik i równocześnie jako kompensator (rys.2.92a).

jIX

r

jIX

r

-E

p

-E

p



U

s

U

s

2







I

I

a)

b)

Rys.2.92. Wykresy wskazowe maszyny synchronicznej przewzbudzonej pracującej z siecią:

a) praca silnikowa, b) praca kompensatorowa

Gdy maszyna ma pracować przy cos



= 0

ind

, to równocześnie ze wzrostem prądu wzbudzenia

prądnicy należy nieco zmniejszyć prąd wzbudzenia silnika napędowego do takiego stopnia, aby wska-

zania watomierzy W

1

i W

2

(rys.2.90) były jednakowe i miały przeciwne znaki. Wtedy wskazy napięcia

prądnicy i napięcia sieci będą ze sobą w fazie (rys.2.92b). Przy zmniejszaniu prądu wzbudzenia prąd-

nicy ze wzbudzeniem silnika napędowego należy postępować odwrotnie.

W celu obciążenia prądnicy mocą pojemnościową należy maszynę synchroniczną niedowzbu-

dzić, czyli wychodząc ze stanu idealnego zsynchronizowania należy wzbudzenie jej zmniejszyć. Wte-

dy wewnętrzna strata napięcia prądnicy uzyska kierunek przeciwny do straty przy obciążeniu induk-

cyjnym i wskutek tego prąd prądnicy, proporcjonalny do tej straty i spóźniający się względem niej o

kąt



/2, stanie się prądem pojemnościowym (rys.2.93a). Przy oddawaniu tylko energii pojemnościo-

wej przez prądnicę wskazania watomierzy W

1

i W

2

muszą być jednakowe i przeciwne - nie tylko

względem siebie ale również w stosunku do wskazań przy obciążeniu mocą czysto indukcyjną.

15

I

-E

p

U

s

jIX

r

jIX

r

-E

p

U

s

I

U

s

I

-E

p

jIX

r

2















Rys. 2.93. Wykresy wskazowe maszyny synchronicznej współpracującej z siecią:

a) praca przy obciążeniu pojemnościowym;

b) przy obciążeniu czynno-pojemnościowym;

c) przy obciążeniu czynnym.

Celem obciążenia prądnicy mocą czynną należy zwiększyć moment napędowy silnika. Na skutek

tego wirnik prądnicy uzyska chwilowe przyśpieszenie i zostanie przesunięty do przodu o kąt mocy



.

Wskutek tego i wskaz napięcia prądnicy związany z polem wirującym wirnika przesunie się wzglę-

dem wskazu napięcia o ten sam kąt



. Rozchylenie się tych wskazów stworzy wewnętrzną stratę na-

pięcia, która spowoduje przepływ prądu oddawanego przez prądnicę (rys.2.93b). Prąd ten będzie prą-

dem czynno-pojemnościowym. Chcąc spowodować oddawanie przez prądnicę tylko mocy czynnej

należy ją równocześnie trochę dowzbudzać (rys.2.93c); dla cos



= 1 wskazania watomierzy są jedna-

kowe i mają ten sam znak.

Z powyższego opisu wynika, że chcąc zachować stały współczynnik mocy prądnicy należy rów-

nocześnie regulować wzbudzenie prądnicy i moment mechaniczny silnika napędowego.

Przebieg pomiarów

Przy dokonywaniu pomiarów wszystkich charakterystyk obciążenia wychodzi się ze stanu zsyn-

chronizowania prądnicy z siecią.

Pomiary należy rozpocząć od pomiarów charakterystyki obciążenia przy obciążeniu czysto in-

dukcyjnym. W tym celu należy zwiększyć napięcie na regulatorze indukcyjnym do wartości około 1, 2

napięcia znamionowego prądnicy w sposób powolny i równocześnie zwiększyć odpowiednio prąd

wzbudzenia prądnicy tak, aby wskazania amperomierzy A

4

, A

5

i A

6

były w przybliżeniu równe zero.

W ten sposób dochodzi się do stanu zsynchronizowania prądnicy z siecią przy wyższym napięciu.

Wzbudzenie prądnicy należy zwiększyć dotąd, aż prądy wskazane przez amperomierze A

4

, A

5

, A

6

dadzą wartość średnią ich wskazań równą prądowi znamionowemu prądnicy. Następnie zwiększa się

opór R

1

do takiej wartości, przy której wskazania watomierzy W

1

i W

2

są jednakowe, ale mają prze-

16

ciwne znaki. Podczas tej regulacji prąd obciążenia trochę się zmniejszy, należy go skorygować zwięk-

szeniem wzbudzenia prądnicy. Dokładne nastawienie prądu obciążenia prądnicy i cos



= 0

ind

wymaga

kilku korektur prądu wzbudzenia prądnicy i rezystora R

1

. Po możliwie dokładnym nastawieniu prądu

znamionowego i skorygowaniu wartości cos



= 0

ind

dokonuje się odczytów wskazań na odpowiednich

miernikach. W ten sposób otrzymuje się pierwszy punkt charakterystyki obciążenia.

Następne punkty pomiarowe wykonuje się dla napięć coraz niższych. Przechodząc do każdego

następnego punktu pomiarowego zmniejsza się najpierw napięcie regulatora i równocześnie zmniejsza

się prąd wzbudzenia prądnicy, następnie zmniejsza się wartość oporu rezystora R

1

. Postępując w ten

sposób można wykonać pomiary dla każdego napięcia.

W celu dokonania pomiarów dla charakterystyki obciążenia czysto pojemnościowego postępuje

się podobnie z tą jednakże różnicą, że pierwszy pomiar wykonuje się przy napięciu znacznie wyż-

szym, niż przy obciążeniu indukcyjnym. Napięcie to powinno mieć wartość równą ok.

n

U

4

,

1

. Po

nastawieniu tego napięcia zmniejsza się prąd wzbudzenia prądnicy. Na skutek zmniejszenia strumie-

nia straty w żelazie zmaleją, jednak sumaryczne straty maszyny wzrosną, gdyż do strat w żelazie doj-

dą straty obciążeniowe. Wskutek tego przy pierwszym obciążeniu prądnicy prądem znamionowym o

charakterze pojemnościowym należy zwiększyć moment napędowy silnika. Przy dalszych pomiarach

podczas zmniejszania prądu wzbudzenia moment obrotowy silnika napędowego należy zmniejszać.

Przy obciążeniu czysto pojemnościowym prądnicy można zdjąć charakterystykę tylko w niewielkim

zakresie odpowiadającym pracy statecznej. Po zauważeniu, że maszyna zaczyna wypadać z synchro-

nizmu (wahania wskazówek amperomierzy A

4

, A

5

i A

6

) należy ją odłączyć od sieci wyłącznikiem W

3

.

Po ewentualnym zsynchronizowaniu powtórnym prądnicy z siecią przystępuje się do pomiarów

charakterystyki obciążenia przy cos



= 1. W tym celu doprowadza się napięcie prądnicy do wartości

ok.

n

U

2

,

1

. Obciążenie czynne uzyskuje się zwiększając wartość oporu rezystora R

1

, a warunek cos



= 1 uzyskuje się zwiększając odpowiednio prąd wzbudzenia prądnicy.

Wyniki pomiarów dla wszystkich charakterystyk obciążenia należy zestawić w tablicy pokazanej

na rys.2.94.

Lp. U

1

=U

2

I

f

I

4

I

5

I

6

I



1



2

c

w



1

+



2

P cos



V

A

A

A

A A dz

dz

W/dz

dz

W

-

Rys.2.94. Tablica pomiarów charakterystyk obciążenia prądnicy synchronicznej

W tablicy tej:

17

3

I

I

I

I

6

5

4







- średni prąd przewody prądnicy,

P

c





(

)





1

2

w

- moc oddawana przez prądnicę,

I

U

3

P

cos

1





- współczynnik mocy.

Opracowanie wyników

Należy wykreślić na wspólnym rysunku następujące charakterystyki obciążenia:

a)

)

f(I

U

f



przy

const

I

I

n





i cos



= 0

ind

,

b)

)

f(I

U

f



przy

const

I

I

n





i cos



= 1,

c)

)

f(I

U

f



przy

const

I

I

n





i cos



= 0

poj

.

Przykładowe charakterystyki są pokazane na rys.2.95.

c'

U [V]

I

fr

b'

a

b c

co

s



=1

cos



=0

poj

co

s



=0

ind

E

0

=

f(

I

f

)

0

I

fz

, I

fo

[A]

I

f

Rys.2.95. Charakterystyki obciążenia prądnicy synchronicznej a)

)

f(I

U

f



przy

const

I



i cos



= const.

Objaśnienie charakterystyk

18

Z rys.2.92b. widać, że przy obciążeniu czysto indukcyjnym napięcie prądnicy jest równe w przy-

bliżeniu różnicy arytmetycznej napięcia i

U i indukcyjnej wewnętrznej straty napięcia

r

IX (“w przy-

bliżeniu” - dlatego, że przy sporządzaniu tego wykresu pominięto rezystancję uzwojenia twornika).

Ponieważ prąd I ma wartość stałą podczas pomiarów, więc różnica ta jest stała dla każdego prądu

wzbudzenia I

f

. Zatem dla otrzymania napięcia U należy odjąć od napięcia

o

U odcinek

r

IX

ab



(rys.2.95). Przy obciążeniu indukcyjnym oddziaływanie twornika ma charakter rozmagneso-

wujący i dlatego prąd wzbudzenia musi być większy o prąd I

fr

od prądu I

fo

odpowiadającego napięciu

prądnicy przy biegu jałowym. Prąd I

fr

(odcinek ab na rys.295) ma wartość stałą, gdyż prąd obciążenia

prądnicy jest stały podczas pomiarów. Powstały trójkąt abc (zwany trójkątem Potiera) jest jednakowy

dla wszystkich napięć. Dla otrzymania charakterystyki obciążenia indukcyjnego należy przesunąć

trójkąt Potiera wierzchołkiem a po charakterystyce biegu jałowego, wówczas wierzchołek c wykreśli

charakterystykę obciążenia.

Przy obciążeniu czysto pojemnościowym prądnicy (przy zachowaniu tej samej wartości prądu

prądnicy) charakterystykę obciążenia otrzymuje się przez przesuwanie po charakterystyce biegu jało-

wego takiego samego co do wielkości trójkąta Potiera lecz odwróconego do góry (trójkąt a b

’

c

’

na

rys.2.95). Konieczność odwrócenia tego trójkąta wynika z faktu, że przy obciążeniu pojemnościowym

oddziaływanie twornika prądnicy jest domagnesowujące, a napięcie jest większe od napięcia prądnicy

o stratę indukcyjną

r

IX

(rys.2.93a).

Przy innych wartościach prądu obciążenia prądnicy boki trójkąta Potiera ulegają proporcjonalnej

zmianie. Charakterystyki obciążenia otrzymuje się także przez przesuwanie trójkąta Potiera.

Charakterystyka obciążenia czynnego ma przebieg wynikający z analizy wykresu wskazowego

pokazanego na rys.2.93c. Przy tym obciążeniu twornik oddziaływuje w strefie międzybiegunowej

prądnicy, różnica napięcia prądnicy i napięcia sieci nie jest już różnicą arytmetyczną. Dlatego pojęcie

trójkąta Potiera traci tu sens.

Wszystkie charakterystyki obciążenia pomierzone przy różnych prądach obciążenia prądnicy i

przy różnych współczynnikach mocy mają wspólny punkt początkowy dla

0

U



, odpowiada on zwar-

ciu maszyny. W tym stanie maszyna pracuje “na siebie”.

6.7. Wyznaczenie trójkąta Potiera, znamionowego prądu wzbudzenia i

zmienności napięcia

19

Wyznaczenie powyższych wielkości dokonuje się metodami graficznymi.

Trójkąt Potiera wyznacza się metodą Fischer-Hinnena. W tym celu powtarza się wykres charaktery-

styki biegu jałowego (rys.2.96) z rys.2.84. Na wykresie tym zaznacza się punkt A odpowiadający

napięciu znamionowemu prądnicy i prądowi wzbudzenia odczytanemu z charakterystyki obciążenia

przy cos



= 0

ind

(rys.2.95). Z charakterystyki zwarcia (rys.2.88) odczytuje się prąd I

wz

odpowiadający

prądowi znamionowemu prądnicy i odkłada się go w lewo od punktu A. .

U

U

n

[V]

A

B

C

D

F

E

H

M

L

G

K

N

I

f

I

fn

I

fo

[A]

k

E

o

=f(I

f

)

0



n

Rys.2.96. Konstrukcja graficzna do wyznaczenia trójkąta Potiera metodą Fischer-Hinnena

oraz znamionowego prądu wzbudzenia metodą wykresu szwedzkiego

Otrzymuje się punkt B, przez który prowadzi się prostą k, równoległą do początkowej, prostoliniowej

części charakterystyki biegu jałowego. Na przecięciu tej prostej z charakterystyką biegu jałowego

otrzymuje się punkt C, z którego spuszcza się prostopadłą do odcinka AB uzyskując punkt D. Łącząc

punkt C z punktem A otrzymuje się trójkąt ACD, który jest poszukiwanym trójkątem Potiera. Należy

obliczyć reaktancję rozproszenia X

r

według wzoru:

 

n

I

3

V

CD

r

X



Należy również odczytać wartość prądu I

fr

odpowiadającą odcinkowi AD , który jest miarą oddziały-

wania twornika przy prądzie znamionowym.

20

Do wyznaczenia znamionowego prądu wzbudzenia stosuje się metodę wykresu szwedzkiego.

Konstrukcję graficzną wykonuje się na poprzednim rysunku (rys.2.96). Rzutując punkt F położony na

charakterystyce biegu jałowego i odpowiadający napięciu znamionowemu na oś odciętych znajduje

się prąd

I

fo

. W punkcie E wystawia się prostopadłą i na niej odkłada się odcinek EH

BA



1 05

,

. Łączy się

punkty G i H ze sobą. Prowadzi się symetralną odcinka GH , przecina się ona z osią odciętych w

punkcie K. Z punktu tego zakreśla się łuk HG koła o promieniu KG . Z punktu E prowadzi się pod

kątem



n

w stosunku do odcinka EH odcinek EL . Łączy się punkty 0 z L i odcinek OL obraca się na

oś odciętych. Jego długość jest miarą znamionowego prądu wzbudzenia I

fn

dla cos



n

,

n

n

I

i

U

. W

sprawozdaniu należy podać wartość wyznaczonego prądu wzbudzenia.

Metodą wykresu szwedzkiego można wyznaczyć prąd wzbudzenia dla dowolnego napięcia prąd-

nicy, dowolnego prądu obciążenia i również dowolnego współczynnika mocy. Przy obciążeniu po-

jemnościowym kąt należy odkładać po lewej stronie odcinka EH .

Celem wyznaczenia zmienności napięcia prądnicy w punkcie I

fm

wystawia się prostą, prostopadłą

od osi odciętych. Odcinek MN jest miarą zmiany napięcia w woltach, jaka zachodzi przy odciążeniu

prądnicy do zera przy niezmiennym prądzie wzbudzenia. Znamionowa zmienność napięcia



u =

MN

AG

100%

Zmienność napięcia prądnic synchronicznych jest duża i może dochodzić do 40%.

W sprawozdaniu należy zamieścić rysunek zgodny z rysunkiem 2.96 oraz obliczyć i podać: X

r

,

I

fn

,



u.

6.8. Wyznaczenie charakterystycznych parametrów oporowych maszyny synchronicznej

Maszyna synchroniczna zachowuje się różnie w różnych warunkach pracy. Maszyna może się

znaleźć w stanie:

a) pracy symetrycznej (lub ustalonego zwarcia symetrycznego),

b) pracy niesymetrycznej (lub ustalonego zwarcia niesymetrycznego),

c) przejściowym podczas zwarcia.

Reakcje maszyny na te różne stany symbolizują odpowiednie reaktancje. Niżej zostaną omówio-

ne i podane metody wyznaczania tych wielkości.

21

6.8.1. Parametry w stanie pracy ustalonej symetrycznej

Parametrami charakterystycznymi w stanie pracy ustalonej, symetrycznej maszyny synchronicz-

nej są:

a) rezystancja uzwojenia fazowego twornika,

b) rezystancja uzwojenia wzbudzenia,

c) reaktancja rozproszenia w uzwojeniu twornika,

d) reaktancje synchroniczne, podłużna i poprzeczna.

Rezystancja uzwojenia fazowego twornika jest rozumiana jako rezystancja danej fazy pomierzo-

na prądem stałym i odniesiona do temperatury umownej 75

o

C. Otrzymane w p.6.2. rezystancje fazowe

pomierzone w temperaturze



o

należy przeliczyć wg wzoru:

o

1ph

75

1ph

235

75

235

R

R









i zamieścić w sprawozdaniu.

Dla otrzymania rezystancji uzwojenia wzbudzającego należy rezystancję tego uzwojenia wyzna-

czoną w p.6.2 również przeliczyć na temperaturę 75

o

,

R

R

w

75

w

o







235

75

235



Wartość tak obliczoną należy również podać w sprawozdaniu.

Reaktancje rozproszenia należy przyjąć jako równą reaktancji obliczonej z trójkąta Potiera w

p.6.7. Należy ją powtórzyć w sprawozdaniu.

Reaktancje synchroniczne podłużną i poprzeczną wyznacza się metodą biegu asynchronicznego

wirnika, która to metoda będzie opisana w ćwiczeniu 7. W tym ćwiczeniu należy wyznaczyć tylko

reaktancję podłużną na podstawie wyników próby biegu jałowego i charakterystyki zwarcia. W stanie

zwarcia strumień oddziaływania twornika działa w osi podłużnej i dlatego w tym stanie występuje

tylko reaktancja synchroniczna podłużna. Zgodnie z przyjętą definicją reaktancji synchronicznej

I

U

X

i

d



gdzie

i

U

- napięcie indukowane odczytane z charakterystyki biegu jałowego (rys.2.84) dla prądu

wzbudzenia I

f

wyznaczonego z charakterystyki zwarcia (rys.2.88) dla danego prądu

I

.

Należy przyjąć szereg wartości prądu obciążenia maszyny

I

, dla każdej wartości odczytać z cha-

rakterystyki zwarcia wartość prądu wzbudzenia I

f

, a następnie z charakterystyki biegu jałowego od-

22

czytać napięcie

i

U

i obliczyć według ostatniego wzoru odpowiadający szeregowi wartości prądu

I

szereg wartości X

d

. Wyniki odczytów oraz obliczeń należy zestawić w tablicy pokazanej na

rys.2.97.

I

f

I

i

U

X

d

A

A

V



Rys.2.97. Tablica obliczeń reaktancji synchronicznej podłużnej

Na podstawie wyników z tej tablicy należy wykonać wykres X

d

= f(I

f

). Wykres ten ma przebieg

opadający ze wzrostem prądu wzbudzenia (rys.2.98) ze względu na magnetyczne nasycenie się części

ferromagnetycznych prądnicy.

X

d

I

f



[A]

0

Rys.2.98. Wykres reaktancji synchronicznej podłużnej w zależności od prądu wzbudzenia

6.8.2. Parametry w stanie pracy ustalonej niesymetrycznej

Podczas pracy niesymetrycznej prądnicy w stanie ustalonym niesymetryczny układ prądów moż-

na traktować jako sumę geometryczną składowych zgodnej, przeciwnej i zerowej.

Składowa zgodna odpowiada układowi normalnemu wskazów i dlatego parametry oporowe ma-

szyny dla tej składowej są identyczne z parametrami wyznaczonymi dla pracy symetrycznej.

23

Składowa przeciwna prądu wytwarza strumień wirujący w stosunku do wirnika z przeciwną

prędkością synchroniczną, czyli w stosunku do magnesów prędkość ta jest podwójnie synchroniczna.

W wyniku tak dużej prędkości pola tej składowej względem masywnych biegunów wytwarzane są w

nich oraz w uzwojeniu wzbudzenia dodatkowe, duże straty.

Impedancję i jej składowe dla składowej przeciwnej można wyznaczyć jedną z dwóch metod, a

mianowicie z próby dwufazowego zwarcia ustalonego lub z próby biegu maszyny w kierunku prze-

ciwnym do pola wirującego twornika. W tym ćwiczeniu należy zastosować metodę drugą.

Próby dokonuje się w układzie pomiarowym z rys.2.90. Zaciski F

1

i F

2

uzwojenia wzbudzającego

zwiera się ze sobą. Wirnik badanej maszyny synchronicznej napędza się silnikiem napędowym z

prędkością synchroniczną. Krzyżuje się odpowiednio fazy uzwojenia twornika z fazami napięcia regu-

latora indukcyjnego, tak aby pole wirujące twornika miało kierunek przeciwny do kierunku wirowania

wirnika. Dla sprawdzenia, czy ten warunek jest spełniony, należy zamknąć wyłącznik W

3

po uprzed-

nim nastawieniu napięcia na regulatorze na wartość równą zero i zwiększać powoli napięcie wyjścio-

we regulatora. Jeżeli skrzyżowanie faz jest poprawne, to przy małym napięciu popłyną duże prądy.

Przy prądach fazowych bliskich wartości znamionowego prądu odczytuje się wskazania ampe-

romierzy, woltomierzy i watomierzy. Do obliczeń bierze się średnie wartości prądów i napięć. Należy

obliczyć

- impedancję dla składowej przeciwnej

I

3

U

Z

2



,

- rezystancję dla składowej przeciwnej

2

w

2

1

2

3I

c

)

(

R









,

- reaktancję dla składowej przeciwnej

X

Z

R

2

2

2





2

2

Obliczenia należy zamieścić w sprawozdaniu.

Składowa zerowa prądu ma jednakową fazę w uzwojeniach fazowych twornika. Płynąć ona może

tylko wtedy, gdy uzwojenia fazowe są skojarzone w gwiazdę z wyprowadzonym punktem zerowym.

24

Prądy składowej zerowej dają w każdej fazie pola jednakofazowe, tętniące. W wyniku dodania tych

pól otrzymuje się pole wypadkowe równe zeru. Składowa zerowa nie ma więc wpływu na bieguny.

W celu wyznaczenia parametrów dla tej składowej należy zasilić wszystkie

uzwojenia fazowe twornika ze źródła prądu jednofazowego.

Układ połączeń

Pomiary będą przeprowadzane w układzie pokazanym na rysunku 2.99. Zamiast budować ten

układ, wystarczy dokonać odpowiednich zmian połączeń w układzie z rys.2.90. W tym celu należy

zewrzeć zaciski uzwojenia wzbudzającego oraz zaciski U, V, W twornika, a jedno napięcie między-

przewodowe regulatora indukcyjnego włączyć między dowolny zacisk fazowy twornika a zacisk ze-

rowy.

GS

F1

F2

U

V

W

N

V

3

A

4

W

2

W

RI

L

1

L

2

L

3

Rys.2.99.

Układ pomiarowy do wyznaczania parametrów oporowych prądnicy dla skła-
dowej zerowej

Przebieg pomiarów

Podczas pomiarów wirnik maszyny jest w zasadzie nieruchomy. Po nastawieniu napięcia na re-

gulatorze indukcyjnym na wartość równą zero zamyka się wyłącznik W i podwyższa napięcie do ta-

kiej wartości (kilka procent napięcia znamionowego), przy której prąd wskazany przez amperomierz

jest nie mniejszy od prądu znamionowego i nie większy od potrójnej wartości prądu znamionowego

prądnicy. Następnie obraca się wolno wał prądnicy i obserwuje się wskazania amperomierza. Jeżeli

wskazania te zmieniają się podczas obrotu wirnika, to do obliczeń bierze się wartość średnią. Ponadto

odczytuje się wskazania watomierza, woltomierza i amperomierza, a następnie oblicza

- impedancję dla składowej zerowej

I

U

3

Z

o



,

- rezystancję dla składowej zerowej

25

2

w

o

I

c

3

R





,

- reaktancję dla składowej zerowej

X

Z

R

o

o

2

o

2





Wyniki pomiarów i obliczeń należy zamieścić w sprawozdaniu.

6.8.3. Zestawienie parametrów oporowych

Wyznaczone parametry oporowe należy zestawić w tablicy, jak na rys.2.100. Ponieważ wartości

bezwzględne nie są miarodajne do porównania własności różnych maszyn, więc w energetyce przyję-

to określać wszystkie wielkości w jednostkach względnych odniesionych do impedancji znamionowej

maszyny.

R

1f

R

w

X

r

X

d

X

q

R

2

X

2

R

o

X

o



-

Rys.2.100. Zestawienie parametrów oporowych prądnicy synchronicznej

n

n

n

I

3

U

Z



W tablicy należy podać również wartości względne poszczególnych oporów.

Zakres pytań na kolokwium ustne

a) teorii prądnicy synchronicznej,

b) przepisów normy PN-65/E-06000 dotyczących maszyn synchronicznych.