background image

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: 

 

background image

 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

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

background image

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. 

background image

 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

 

 

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). 

background image

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 

background image

 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

= 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

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. 

 

background image

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: 

background image

 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 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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 

background image

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 

background image

 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

background image

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 

background image

 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; 

background image

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-

background image

 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. 

background image

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-

background image

 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

 

1

 

2

 

c

w

 

1

+

2

  P  cos

 

 

A  A  dz 

dz 

W/dz 

dz 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys.2.94. Tablica pomiarów charakterystyk obciążenia prądnicy synchronicznej 

 

 

W tablicy tej: 

background image

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 

background image

 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 

background image

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. 

background image

 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. 

 

background image

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-

background image

 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

 

 

 

 

 

 

 

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. 

background image

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. 

background image

 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 

background image

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.