Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej
Zakład Mechatroniki i Maszyn Elektrycznych
Ćwiczenie nr 3
temat
Badanie trójfazowej prądnicy synchronicznej
przy pracy autonomicznej
prowadzący
d a t a w y k o n a n i a ć w i c z .
d a t a o d d a n i a
s p r a w o z d a n i a
mgr inż. Piotr Łukaszewicz
semestr
3
ocena
grupa
EN-2
rok akademicki
2013/2014
Autor:
Joanna Wojtkun
1.
Wartości danych znamionowych.
Prądnica Synchroniczna
U
N
V
38/115
I
N
A
25
P
N
kW
5
cos
ϕ
-
1
n
N
obr/min
600/1800
n
synchr.
obr/min
1500
Silnik napędowy
P
n
kW
5,5
I
n twornik
A
56,5
I
n
wzbudzenia
A
2,4
U
n twornik
V
115
U
n wzbudzenia
V
115
n
obr/min
1500
2.
Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia było dokonanie pomiarów prądu twornika, prądu wzbudzenia oraz napięcia na
zaciskach twornika w celu wyznaczenia charakterystyk: biegu jałowego, zewnętrznej oraz regulacji.
3.
Charakterystyka biegu jałowego.
Charakterystyka biegu jałowego prądnicy, inaczej charakterystyka magnesowania, to zależność
siły elektromotorycznej E (U) od prądu magnesującego (I
wzb
). W celu jej wyznaczenia należy
doprowadzić prądnicę do prędkości obrotowej równej znamionowej, przy stałej częstotliwości
(50Hz) a następnie zmierzyć napięcie na zaciskach twornika oraz prąd wzbudzenia. Pomiarów
należy dokonywać przy stałej prędkości oraz przy prądzie wzbudzenia w zakresie od 0 do takiej
wartości, dla której U=1,3U
n
.
Lp.
U
I
wzb
I
t
n
f
-
V
A
A
obr/min
Hz
1
0
0
0
1500
50
2
20
0,4
0
1500
50
3
40
0,8
0
1500
50
4
60
1,2
0
1500
50
5
80
1,6
0
1500
50
6
100
2
0
1500
50
7
120
2,48
0
1500
50
8
140
3,04
0
1500
50
9
150
3,5
0
1500
50
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Charakterystyka biegu jałowego U=f(Iwzb)
Iwzb [A]
U
[
V
]
]
[
150
5
,
149
115
*
3
,
1
3
,
1
V
U
U
n
≈
=
=
=
4.
Charakterystyka zewnętrzna.
Charakterystyka ta określa zmiany napięcia na zaciskach uzwojenia twornika w zależności od
zmian wartości prądu jego obciążenia, U=f(I
t
). Zmiany te zachodzą przy stałej prędkości obrotowej,
przy stałym współczynniku mocy. Także prąd wzbudzenia przyjmuje stałą wartość, równą prądowi
znamionowemu, I
wzb
= 2,4 A. Pomiarów można dokonywać dla różnych charakterów obciążenia
(cosφ
ind
, cosφ=1, cosφ
poj
), ponieważ ze względu na różny charakter oddziaływania twornika
charakterystyki mają różne przebiegi.
Lp.
U
I
wzb
I
t
n
-
V
A
A
obr/min
1
115
2,4
0
1500
2
114
2,4
1,8
1500
3
112
2,4
5
1500
4
110
2,4
9,5
1500
5
108
2,4
11
1500
6
102
2,4
14
1500
7
98
2,4
15
1500
8
96
2,4
16
1500
9
94
2,4
17
1500
10
92
2,4
18
1500
11
86
2,4
20
1500
12
82
2,4
20,5
1500
13
78
2,4
22
1500
14
74
2,4
22,5
1500
15
72
2,4
23
1500
16
68
2,4
24
1500
17
60
2,4
25
1500
5.
Charakterystyka regulacji.
Charakterystyka regulacji I
wzb
=f(I
t
) określa jak należy regulować prąd wzbudzenia przy zmianie
prądu twornika, aby utrzymać stałe napięcie na zaciskach prądnicy. Regulacja zachodzi przy stałej
(znamionowej) prędkości obrotowej oraz przy stałym współczynniku mocy. Podczas dokonywania
pomiarów początkowo nadana została prędkość znamionowa przy I
t
= 0, tak aby ustalić prąd
wzbudzenia (prąd magnesujący), dla którego napięcie będzie równe znamionowemu. W kolejnych
krokach zmieniany był prąd obciążenia I
t
przy jednoczesnej regulacji prądu wzbudzenia, aby
napięcie na zaciskach prądnicy pozostało takie samo. Pomiary można wykonać dla różnych
charakterów obciążenia (cosφ
ind
, cosφ=1, cosφ
poj
), ponieważ charakterystyki będą miały różne
przebiegi.
Lp.
U
I
wzb
I
t
n
-
V
A
A
obr/min
1
57,5
2,4
0
1500
2
57,5
2,32
1,8
1500
3
57,5
2,4
5,1
1500
4
57,5
2,72
15
1500
5
57,5
2,84
19,25
1500
6
57,5
2,96
21
1500
7
57,5
3,12
22,5
1500
0
5
10
15
20
25
30
0
20
40
60
80
100
120
140
Charakterystyka zewn
ę
trzna U=f(It)
It [A]
U
[
V
]
6.
Wnioski.
Pierwszym etapem badania trójfazowej prądnicy synchronicznej było wyznaczenie
charakterystyki biegu jałowego. Ma ona taki sam przebieg jak charakterystyka magnesowania
(Φ=f(I
wzb
)), wynika to z proporcjonalności indukowanego napięcia do wartości strumienia
głównego, E = cΦ. Prądnice synchroniczne nie są zwykle mocno nasycone, więc napięcie
znamionowe na charakterystyce wykracza jedynie nieznacznie poza prostoliniowy charakter.
Przedstawia to wykres zamieszczony w punkcie nr 1. Przy konstruowaniu i eksploatacji maszyn
bardzo ważna jest znajomość ich charakterystyki biegu jałowego. Konstruktor oblicza ją z danych
obwodu magnetycznego, a użytkownik wyznacza poprzez pomiary. Przy wzroście i zmniejszaniu
prądu wzbudzenia nie wyznaczymy tej samej krzywej, ma na to wpływ zjawisko histerezy. A zatem
za charakterystykę biegu jałowego uznaje się pośredni przebieg zakreślonej pętli.
Drugi etap to wyznaczanie charakterystyki zewnętrznej. Wraz ze wzrostem prądu obciążenia
twornika zmniejszało się napięcie na jego zaciskach. Oznacza to, że prąd obciążenia miał charakter
indukcyjny. Przy takim charakterze obciążenia następuje rozmagnesowujące działanie przepływu
twornika. Z charakterystyki zewnętrznej dla warunków znamionowych można odczytać zmienność
napięcia.
Ostatni etap to wyznaczanie charakterystyki regulacji. Z analizy charakterystyki możemy
wywnioskować, że jeżeli prąd obciążenia o charakterze indukcyjnym wzrasta, przy U=const,
n=const., cosφ=const., to należy zwiększać prąd wzbudzenia. Określanie znamionowego
współczynnika mocy prądnicy synchronicznej jest bardzo ważne. Aby uzyskać prąd znamionowy
przy znamionowym napięciu i cosφ potrzebny jest pewien prąd wzbudzenia. Prąd ten musi osiągać
tym większą wartość im mniejszy współczynnik mocy. Dlatego też należy dążyć do wartości
cosφ=1.
0
5
10
15
20
25
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
Charakterystyka regulacji Iwzb=f(It)
It [A]
Iw
zb
[
A
]