background image

STAN USTALONY MASZYNY SYNCHRONICZNEJ: 

Charakterystyka biegu jałowego: 

U=f(I

f

n=const 

U

U

N

1

1

I

f0N

I

f

 

N

f

I

0

 - znamionowy prąd wzbudzenia przy biegu jałowym 

N

f

fN

I

I

0

)

5

.

2

2

(

=

 

Md

B

 

Zależność indukcyjności wzajemnej od indukcji 

 

Charakterystyki zewnętrzne

U=f(I),  n=const   I

f

=const   cos

ϕ=const 

-zależność napięcia na zaciskach od prądu twornika przy stałej wartości prędkości 

kątowej, stałym prądzie wzbudzenia i przy stałym współczynniku mocy 

1 – obciążenie indukcyjne 

2 – obciążenie rezystancyjne 

2 – obciążenie pojemnościowe 

U

U

N

1

1

2

3

1

I

I

N

 

- 1 - 

background image

Zmienność napięcia: 

N

N

ifN

r

U

U

U

U

=

 

ifN

 - napięcie  indukowane przez strumień magnesów (bez reakcji twornika), czyli 

przy I=0 

r

U

≈0.4 (dla znamionowych warunków obciążenia, zwykle cosϕ=0.8 

 

Charakterystyki regulacyjne

I

f

=f(I)   n=const    U=const=U

n   

cos

ϕ=const  

1 – obciążenie indukcyjne 

2 – obciążenie rezystancyjne 

2 – obciążenie pojemnościowe 

I

nf

1

1

2

3

1

I

I

N

I

f

 

 

Przy znamionowym cos

ϕ, znamionowym prądzie twornika, prąd wzbudzenia 

dla utrzymania napięcia znamionowego musi być 2-2.5 raza większy niż znamionowy 
prąd wzbudzenia przy biegu jałowym: 

5

.

2

2

       

)

5

.

2

2

(

0

=

=

fNr

N

f

fN

I

I

I

 

Charakterystyki zwarcia ustalonego symetrycznego 

I=f(I

f

) n-=const 

I

I

f

I

fzN

I

N

 

I

fzN

 – znamionowy prąd wzbudzenia przy zwarciu 

- 2 - 

background image

Dla uproszczonego schematu zastępczego maszyny (z pominięciem 

rezystancji) otrzymamy przy zwarciu maszyny: 

f

d

z

cI

X

E

I

=

=

 

Przy prądzie wzbudzenia równym znamionowemu prądowi wzbudzenia przy 

biegu jałowym (przy I

f

=I

f0N

5

.

1

4

.

0

0

0

=

=

N

z

r

z

I

I

I

 

I,U

I

f

I

fzN

I

N

U

N

I

f0N

I

z0

A

D

B

C

 

Stosunek zwarcia: 

fzN

N

f

N

z

z

I

I

I

I

K

0

0

=

=

               

5

.

1

4

.

0

1

=

=

fzNr

z

I

K

 

Wyznaczanie reaktancji synchronicznej podłużnej (nasyconej) 

AD

AC

I

U

X

z

if

d

=

=

 

Wyznaczanie reaktancji synchronicznej podłużnej (nienasyconej) 

 

AD

AB

I

U

X

z

if

d

=

=

 

 
 
 
 
 

- 3 - 

background image

Charakterystyka biegu jałowego: U=f(I

f

)  

0

100

200

300

400

500

600

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

I

f

 

 

[A] 

[V]    U

f

 

U

I

foN 

I

U

rem 

 

Charakterystyka zwarcia 

0

1

2

3

4

5

6

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

I

f

 

 

[A

[A]    
I

I

n

 

I

fz

I

f

I

fz2

I

fo

I

Zo

 

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

i

f

 

 
 

         u

f

, i

Z

, x

I

BC

 

I

fzN 

I

fg 

I

foN 

I

Zo 

D

G

H

O

I

 

Charakterystyka biegu jałowego, zwarcia i przebieg reaktancji X

w jednostkach 

względnych. 

- 4 - 

 

background image

 

Charakterystyka obciążenia: 

- zależność napięcia na zaciskach prądnicy od prądu wzbudzenia przy stałym 
współczynniku mocy, stałym prądzie i stałej prędkości obrotowej: 

U=f(I

f

)   n=const   I=const    cos

ϕ=const 

Największe znaczenie ma charakterystyka przy obciążeniu czysto 

indukcyjnym (cos

ϕ=0 ind) i przy prądzie znamionowym: 

U

r

1

1

I

fr

A

C

B

O

A’

C’

B’

O’

 

W punkcie B – znamionowy prąd wzbudzenia przy zwarciu: 
Trójkąt ABO nazywamy  trójkątem zwarciowym (trójkątem Potiera): 
AC – odpowiada spadkowi napięcia na reaktancji rozproszenia 
OB. – odpowiada znamionowemu prądowi wzbudzenia przy zwarciu 
CB – odpowiada za reakcję twornika  
OC – odpowiada przepływowi wypadkowemu  
Wyznaczanie trójkąta Potiera: 

-  punkt B – z próby zwarcia 
-  od punktu B’ wykreśla się odcinek B’O’ 
-  z punku O’ kreślimy prostą równoległą do prostoliniowego odcinka 

charakterystyki magnesowania 

-  - prosta ta przecina charakterystykę biegu jałowego w punkcie A’ 

 

Moment maszyny synchronicznej w stanie ustalonym: 

Przy pominięciu rezystancji twornika – dla dużych maszyn synchronicznych 

założenie to jest bardzo dokładne- tzn. przy założeniu,  że sprawność maszyny jest 
równa 100%, moc mechaniczna jest równa mocy pobranej (odebranej) od strony 
obwodu elektrycznego, wówczas dla maszyny cylindrycznej (bieguny ukryte) 
z uproszczonego wykresu wskazowego wynika: 

ϑ

ϕ

sin

cos

d

X

UE

m

mUI

P

=

=

 

φ - kąt pomiędzy prądem a napięciem na zaciskach maszyny 
ϑ - kąt pomiędzy wartością napięcia indukowanego przez prąd wzbudzenia (s.em.) a 
napięciem na zaciskach maszyny 

Moment mechaniczny można wyrazić zależnością: 

M

P

M

ω

=

 

- 5 - 

background image

gdzie 

ω

M

 jest prędkością mechaniczną wirnika 

Stąd: 

ϑ

ω

sin

M

d

X

UE

m

M

=

 

Przy czym: 

p

p

f

M

ω

π

ω

=

=

2

 

p- liczba par biegunów,  
ω - pulsacja  

M

M

p

f

n

ω

π

ω

55

.

9

2

60

60

=

=

=

 

 

Moment maszyny jawnobiegunowej

Dla uproszczonego wykresu wskazowego dla maszyny jawnobiegunowej: 

d

d

I

X

U

E

+

=

ϑ

cos

              

 

q

q

I

X

U

=

ϑ

sin

ϑ

cos

d

d

d

X

U

X

E

I

=

       

ϑ

sin

q

q

X

U

I

=

 

)

cos(

cos

ϑ

ψ

ϕ

=

=

mUI

mUI

P

 

ψ

- kąt pomiędzy E oraz prądem I 

)

sin

sin

cos

cos

(

ϑ

ψ

ϑ

ψ

I

I

mU

P

+

=

 

)

sin

cos

(

ϑ

ϑ

d

q

I

I

mU

P

+

=

 

)

sin

)

cos

(

cos

sin

(

ϑ

ϑ

ϑ

ϑ

d

d

q

X

U

X

E

X

U

mU

P

+

=

 

)

1

1

(

cos

sin

sin

2

d

q

d

X

X

mU

X

E

mU

P

+

=

ϑ

ϑ

ϑ

)

1

1

(

2

sin

2

sin

2

d

q

d

X

X

mU

X

E

mU

P

+

=

ϑ

ϑ

 

ϑ

ω

ϑ

ω

2

sin

)

1

1

(

2

sin

2

d

q

M

M

d

X

X

mU

X

mUE

M

+

=

 

 

- 6 - 

background image

 

Przeciążalność statyczna maszyny synchronicznej: 

Moment znamionowy maszyny cylindrycznej można wyrazić wzorem: 

n

M

d

n

n

n

X

E

U

m

M

ϑ

ω

sin

=

 

Moment maksymalny przy znamionowym napięciu i znamionowej wartości prądu 
wzbudzenia: 

M

d

n

n

k

X

E

U

m

M

ω

=

 

Stąd przeciążalność: 

n

n

k

M

M

u

ϑ

sin

1

=

=

 

Moment znamionowy można także wyrazić wzorem: 

n

n

n

M

n

M

n

s

I

mU

P

M

ϕ

ω

ω

cos

1

1

=

=

 

n

n

d

n

n

k

I

X

E

M

M

u

ϕ

cos

=

=

                    

zn

d

n

I

X

=

 

n

fzn

fn

n

n

zn

I

I

I

I

u

ϕ

ϕ

cos

cos

=

=

 

Ze wzoru na stosunek zwarcia: 

z

n

f

fzn

K

I

I

0

=

                

n

n

f

fn

z

I

I

K

u

ϕ

cos

0

=

 

Przeciążalność statyczna jest zatem odwrotnie proporcjonalna do znamionowego 
współczynnika mocy oraz proporcjonalna do stosunku zwarcia 

Zwiększenie stosunku zwarcia można uzyskać poprzez zwiększenie szczeliny 

powietrznej (zmniejszenie reaktancji synchronicznej – zmniejszenie reaktancji reakcji 
twornika) 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

- 7 - 

background image

Wykres Potiera 

wyznaczanie znamionowego prądu wzbudzenia i zmienności napięcia 

X

p

 – reaktancja Potiera 

 

 

Wyznaczanie zmienności napięcia  

n

n

ifn

U

U

U

U

=

 

Przebiegi napięć i prądów przy próbie małego poślizgu

I

max

I

max

U

max

U

max

U

min

U

min

I

min

I

min

 

- 8 - 

background image

]

[

3

min

max

=

I

U

X

d

        

]

[

3

max

min

=

I

U

X

q

 

Krzywe Mordey’a (V) 

- zależność prądu twornika od prądu wzbudzenia  

I=f(I

f

)      U=const      P=const      cos

ϕ=const   ω=const 

 

I

f

I

Granica

stabilności

Przewzbudzenie

(L)

Niedowzbudzenie

(C)

 

 

Przebiegi prądu zwarciowego i napięcia  U

UV 

 podczas próby zwarcia 

dwufazowego – zniekształcenie przebiegów związane jest z faktem, że składowa 
przeciwna prądu wytwarza w uzwojeniu wzbudzenia s.em. o częstotliwości 2f, dzięki 
temu w wirniku płynie prąd o tej częstotliwości, który tworzy strumień wirujący 
względem uzwojenia stojana z prędkością synchroniczną oraz 3 razy większą, stąd w 
stojanie powstają składowe prądu o częstotliwości 1,3,5,7...razy większej od 
częstotliwości znamionowej 

 
 

- 9 - 

background image

 
 
 

  

Obciążenie niesymetryczne generatora: 

 

=

C

B

A

W

W

W

a

a

a

a

W

W

W

2

2

2

1

0

1

1

1

1

1

3

1

 

=

2

1

0

2

2

1

1

1

1

1

W

W

W

a

a

a

a

W

W

W

C

B

A

 

gdzie:    

°

=

=

120

3

2

j

j

e

e

a

π

 

 
 
 
 
 

Zwarcie ustalone niesymetryczne: 

Zwarcie jednofazowe: 

u

u

I

I

I

I

I

3

1

3

1

2

1

0

=

=

=

=

 

if

i

i

i

E

E

E

E

=

=

=

1

2

0

     

0

 

Siły elektromotoryczne indukowane mają tylko składową zgodną 

0

2

1

0

=

+

+

U

U

U

 

Napięcie na zaciskach fazy U jest równe zero 

Równania maszyny w składowych symetrycznych przyjmują postać: 

2

2

2

1

1

1

1

0

0

0

0

0

I

Z

U

I

Z

U

U

I

Z

U

i

+

=

+

=

+

=

 

 

- 10 - 

background image

0

1

2

1

2

1

0

0

0

1

2

1

0

0

0

1

0

2

1

0

0

0

1

0

2

2

0

1

1

)

(

         

Z

Z

Z

U

I

I

I

I

Z

Z

Z

U

I

Z

I

Z

I

Z

U

I

Z

I

Z

I

Z

U

U

U

U

i

i

i

i

+

+

=

=

=

+

+

=

+

+

=

+

+

+

+

+

+

=

 

Prąd zwarcia jednofazowego jest równy: 

0

1

2

1

3

Z

Z

Z

U

I

i

zI

+

+

=

 

Dla zwarcia dwufazowego możemy przeprowadzić podobne rozumowanie, 

otrzymując: 

1

2

1

3

Z

Z

U

I

i

zII

+

=

 

Pomijając rezystancje dla poszczególnych składowych w powyższych 

równaniach możemy przyjąć, że impedancje są równe reaktancjom. Reaktancja dla 
składowej zerowej jest związana praktycznie ze strumieniem rozproszenia ( ew. 3-
harmoniczna przestrzenna pola magnetycznego), stąd: 

0

1

X

X

>>

 

Reaktancja dla składowej przeciwnej związana jest ze strumieniem reakcji 

twornika dla dużego poślizgu i ze strumieniem rozproszenia, stąd: 

2

1

X

X

>>

 

Przyjmując dla uproszczenia, że: 

0

2

0

X

X

 

1

1

jX

U

I

i

z

=

 

Otrzymamy: 

3

:

3

:

1

:

:

=

zI

zII

z

I

I

I

 

 

- 11 -