POLITECHNIKA L SKA
WYDZIAŁ IN YNIERII RODOWISKA I ENERGETYKI
INSTYTUT MASZYN I URZ DZE ENERGETYCZNYCH
LABORATORIUM ELEKTRYCZNE
Pr dnica pr du zmiennego.
(E – 16)
www.imiue.polsl.pl/~wwwzmiape
Opracował: Dr in . Włodzimierz OGULEWICZ
Sprawdził: Dr in . Włodzimierz OGULEWICZ
Zatwierdził: Dr hab. in . Janusz KOTOWICZ
1. Cel wiczenia.
Celem wiczenia jest wyznaczenie charakterystyk biegu jałowego i zwarcia
trójfazowej synchronicznej pr dnicy pr du zmiennego oraz jej synchronizacja z
sieci elektroenergetyczn .
2. Wprowadzenie.
2.1. Rodzaje maszyn synchronicznych.
Maszyny synchroniczne (pr dnice, silniki lub kompensatory)
charakteryzuj si
stał niezale n od obci enia
i równ pr dko ci
synchronicznej, pr dko ci obrotow wirników.
n = n
S
= const.
Wirnik maszyny
synchronicznej stanowi elektromagnes zasilany
pr dem stałym
. W zale no ci od
budowy rozró nia si maszyny synchroniczne z
biegunami jawnymi
–
rys.2. lub
z
biegunami utajonymi
– rys.1. W czasie rozruch doprowadza si pr dko
obrotow wirnika do pr dko ci synchronicznej i synchronizuje maszyn z sieci .
W
pr dnicach
(generatorach) wał maszyny nap dzany jest przez turbin a
pole magnetyczne wirnika (stałe w czasie i wiruj ce w przestrzeni) indukuje w
nieruchomych uzwojeniach stojana siły elektromotoryczne umo liwiaj c
oddawanie mocy elektrycznej do odbiorników sieci.
W
silnikach
stałe pole magnetyczne wirnika pod a za wiruj cym polem
magnetycznym wytwarzanym przez uzwojenia stojana umo liwiaj c oddawanie
mocy mechanicznej na wale maszyny. Zwi kszaj c pr d wzbudzenia silnika
synchronicznego (przy stałym lub zerowym) obci eniu mo na doprowadzi do
stanu w którym silnik zacznie pobiera z sieci moc biern pojemno ciow (czyli
oddawa moc biern indukcyjn ) –
kompensator synchroniczny
.
1
2
3
4
5
6
7
9
8
10
U
U
V
V1
V
W
W
W1
V2
U2
W2
U1
u
w
v
U
U
V
V1
V
W
W
W1
V2
U2
W2
U1
u
w
v
Rys.1. Maszyna cylindryczna
(z biegunami utajonymi).
Rys.2. Maszyna jawnobiegunowa.
2.2. Budowa i układ poł cze pr dnicy synchronicznej.
Pr dnice synchroniczne pr du zmiennego budowane s zazwyczaj jako
trójfazowe (wyj tkowo rzadko jako małe maszyny jednofazowe). Uzwojenie
twornika umieszczone jest z reguły w stojanie a uzwojenie wzbudzenia w
wirniku. Uzwojenie wzbudzenia zasilane jest przez pier cienie lizgowe z
pr dnicy pr du stałego zwanej wzbudnic lub przez układ prostownika
półprzewodnikowego umieszczonego w wale maszyny (układ alternatora). Pr d
stały, płyn cy w wiruj cym uzwojeniu wzbudzenia wytwarza kołowe wzgl dem
stojana pole magnetyczne. Pole to powoduje indukowanie sinusoidalnie
zmiennych napi twornika o cz stotliwo ci ( f ) ci le zale nej od pr dko ci
obrotowej ( n ) wirnika (f = k
∗ n).
Rys.3. Schemat maszyny synchronicznej trójfazowej z
obwodem wzbudzenia zasilanym przez wzbudnic .
Pr dnice synchroniczne rzadko pracuj indywidualnie. Przewa aj ca
wi kszo pr dnic współpracuje ze sob w ramach pa stwowych a cz sto
mi dzypa stwowych układów elektroenergetycznych (tzw. praca na sie
sztywn ).
L1
L3
L2
twornik
stojan
uzwojenie wzbudzenia
uzwojenie twornika
szczotki
N
S
n
U1
U2
V1
V2
W2
W1
Wzbudnica
wirnik
pier cienie lizgowe
regulator pr du wzbudzenia
2.3. Przył czenie pr dnicy do sieci (sztywnej).
Przył czenie pr dnicy synchronicznej do sieci odbywa si przewa nie poprzez
jej
synchronizacj
. Aby osi gn stan synchronizmu nale y regulowa
pr dko obrotow (n) maszyny nap dzaj cej (co umo liwia
zrównanie
cz stotliwo ci
) oraz
pr d wzbudzenia (I
w
) pr dnicy (co umo liwia
zrównanie
warto ci skutecznych napi
). Warunki synchronizacji mo na uj
nast puj co:
jednakowa kolejno faz pr dnicy i sieci,
jednakowe warto ci skuteczne napi pr dnicy i sieci,
jednakowe cz stotliwo ci napi pr dnicy i sieci,
zgodno k tów fazowych napi pr dnicy i sieci.
Po przeprowadzeniu synchronizacji i przył czeniu pr dnicy do sieci, zmiana
mocy maszyny nap dzaj cej powoduje
zmian mocy czynnej (P)
oddawanej
do sieci (n = const), a
zmiana pr du wzbudzenia -
zmian mocy biernej (Q
).
3. Badania i pomiary.
3.1. Okre lenie wielko ci mierzonych.
Prac ka dej pr dnicy pr du zmiennego okre laj nast puj ce wielko ci
(wielko ci mierzone):
n - pr dko obrotowa lub f - cz stotliwo indukowanego napi cia,
I
f
- pr d wzbudzenia,
I - pr d obci enia pr dnicy,
U - napi cie pr dnicy,
P - moc czynna,
Q - moc bierna,
cosϕϕϕϕ - współczynnik mocy.
Własno ci ruchowe pr dnic mo na okre li za pomoc charakterystyk,
podaj cych zwi zki pomi dzy wymienionymi wielko ciami. Pr dnice pracuj z
reguły przy stałej (lub praktycznie stałej) pr dko ci obrotowej zadanej z
zewn trz, lub wymuszanej przez „sie sztywn ”
n = const (f = const).
Rozró nia si nast puj ce charakterystyki pr dnic:
1. Charakterystyka biegu jałowego
U
0
= f (I
w
)
przy n = const.
2. Charakterystyka zwarcia (zwarcie symetryczne)
I
Z
= f (I
w
)
przy n = const.
3. Charakterystyki obci enia
U = f (I
W
)
; przy I = const, f = k ∗ n =
const, cos
ϕ = const.,
charakterystyk obci enia przedstawia si przy ró nych warto ciach
pr du obci enia (I) lub ró nych współczynnikach mocy (cos
ϕ).
4. Charakterystyki zewn trzne
U = f (I)
; przy I
w
= const, f = k
∗ n =
const, cos
ϕ = const.,
charakterystyk zewn trzn przedstawia si przy ró nych
warto ciach pr du wzbudzenia (I
w
) lub ró nych współczynnikach
mocy (cos
ϕ).
5. Charakterystyki regulacji
I
W
= f (I)
; przy U = const, f = k ∗ n =
const, cos
ϕ = const.,
charakterystyk regulacji przedstawia si przy ró nych warto ciach
napi cia pr dnicy (U) lub ró nych współczynnikach mocy (cos
ϕ),
lub
I
w
= f (P)
przy U = const, f = k* n = const, Q = const.
6. Krzywe V (krzywe Mordey'a).
I = f (I
w
)
przy U = const, f = k* n
= const, P = const.
krzywe V przedstawia si przy ró nych warto ciach mocy czynnej (P).
7. K towe charakterystyki momentu lub mocy
. M = c
*
P = f (θθθθ)
przy U = const, n = const, I
w
= const.
k tow charakterystyk momentu (mocy) przedstawia si przy
ró nych warto ciach pr du wzbudzenia (I
w
).
3.2. Schemat układu pomiarowego.
W celu wyznaczenia charakterystyk pr dnicy zestawiono układ pomiarowy
zgodnie ze schematem przedstawionym na rysunku 4.
Rys.4. Schemat układu
pomiarowego pr dnicy.
M
~
SYN-
-CHRO-
-NO-
-SKOP
U
f
ϕ
ATr
L1
L3
L2
G
=
G
=
M
=
G
~
A
A
V
A
A
A
W
V
V
Układ
nap dowy
Leonarda
„Wał elektryczny”
Pr dnica badana
(synchroniczna
maszyna pr du
trójfazowego).
Układ do
synchronizacji
z
przeł cznikiem
rodzaju pracy
„Sie sztywna”