1. CEL ĆWICZENIA.

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z podstawowymi wielkościami charakteryzują- cymi prądnicę synchroniczną w czasie pracy z siecią sztywną oraz wyznaczenie podstawowych charakterystyk w tym stanie pracy.

2. PRZEBIEG ĆWICZENIA.

W powyższym ćwiczeniu wykonaliśmy kolejno:

• Synscronizację maszyny synchronicznej z siecią sztywną,

• Pomiar krzywych V (Mordeya),

• Pomiar charakterystyki obciążenia,

• Wyznaczenie reaktancji Potiera,

• Wyznaczenie znamionowego prądu wzbudzenia i zmienności napięcia metodą wykresu amerykańskiego.

3. SCHEMATY POMIAROWE.

1. schemat układu synchronizującego b) układ pomiarowy krzywych V.

z kolumną synchronizacyjną.

4. TABELE WYNIKÓW POMIARÓW.

1. Pomiary krzywych V.

Lp.	Iu	Iv	Iw	Iśr	If	cosϕ	Uwagi
		A	A	A	A	A		-
1.	23	23,5	24,5	23,67	0,41	0		P=0
2.	16,5	16,5	17,5	16,83	1,08	0
3.	6,5	5,5	6,5	6,17	2,4	0
4.	3,2	2,7	3	2,97	2,7	0
5.	9,5	10	10	9,83	3,6	0
6.	23	24	24	23,67	5	0
1.	22,5	22	23	22,50	0,75	0,29		P=2,5 kW
2.	14	13,5	15	14,17	1,6	0,46
3.	7	6,6	6,6	6,73	3	0,97
4.	7,2	7	7	7,07	3,2	0,93
5.	13	13	13	13,00	3,9	0,50
6.	23	24	24	23,67	5	0,28
1.	20	19,5	20	19,83	1,3	0,53		P=4 kW
2.	12,5	12,5	13,5	12,83	2,1	0,82
3.	10	9,5	10	9,83	3,1	0,99
4.	14,5	14,5	14,5	14,5	4	0,72
5.	17	17,5	17,5	17,33	4,4	0,61
6.	24	24,5	24,5	24,33	5,2	0,43
1.	25	25	25	25,00	1,4	0,63		P=6 kW
2.	18	18	18	18,00	2,4	0,87
3.	16	16	16	16,00	3,4	0,98
4.	18	18	18	18,00	3,9	0,87
5.	21	21	21	21,00	4,3	0,75
6.	25	25	25	25,00	4,7	0,63

2. Wyznaczanie charakterystyki obciążenia

Lp.	If	U1	U2	U3	Uśr
	A	V	V	V	V
1.	5,7	262	262	262	262
2.	4,8	226	226	226	226
3.	4	182	182	182	182
4.	3,3	130	130	130	130
5.	2,95	102	102	102	102

5. WYNIKI I PRZYKŁADY OBLICZEŃ.

• Wyznaczanie krzywych V.

I_śr = = = 14,17 [A]

cosϕ = = = 0,46

• Wyznaczanie charakterystyki obciążenia.

U_śr = = = 262 [V]

• Wyznaczanie reaktancji Potiera.

Po skonstruowaniu trójkąta Potiera odczytujemy wartość indukcyjnej straty napięcia:

ΔU = 36 V,

a następnie obliczamy reaktancję Potiera

X_p = = = 0,88 [Ω]

• Wyznaczanie zmienności napięcia i znamionowego prądu wzbudzenia.

Zarówno zmienność napięcia jak i znamionowy prąd wzbudzenia odczytujemy z uprosz- czonego wykresu amerykańskiego wykonanego dla badanej maszyny:

Δu = 0,045

I_fn = 2,18 A

6. WNIOSKI.

1. Praca równoległa z siecią energetyczną jest najczęściej spotykanym przypadkiem pracy prądnicy synchronicznej. Podczas synchronizacji musimy pamiętać o warunkach, jakie musimy spełnić. A są to:

• równość modułów napięć maszyny i sieci

• równość częstotliwości maszyny i sieci (utrzymanie prędkości synchronicznej maszyny)

• zgodność kolejności faz (przed załączeniem prądnicy do sieci należy sprawdzić kolejność faz jedną ze znanych metod)

• równość wartości chwilowych napięć maszyny i sieci

W ćwiczeniu synchronizację wykonano przy użyciu kolumny synchronizacyjnej.

2. Charakterystyka obciążenia jest to zależność napięcia twornika od prądu wzbudzenia przy stałym prądzie twornika i współ czynniku mocy. Ponieważ jest ona wykorzystywana do wyznaczenia reaktancji Potiera, musimy spełnić warunki I = I_n oraz cosϕ = 0.

3. Wyznaczenie zmienności napięcia i znamionowego prądu wzbudzenia jest możliwe po uprzednim zapoznaniu się z charakterystykami biegu jałowego, zwarcia oraz po wyznaczeniu reaktancji Potiera. Na wykresie 4 (dołączonym do sprawozdania) znamionowy prąd wzbudzenia obrazuje odcinek OC' natomiast zmienność napięcia jest równa stosunkowi długości odcinków DF i C'D.

4. Krzywe V przedstawiają zależność prądu twornika I od prądu wzbudzenia I_f przy stałym napięciu oraz mocy czynnej i częstotliwości. Ilustrują one zachowanie maszyny pracującej równolegle z siecią sztywną w zakresie zmian prądu wzbudzenia. Po wyznaczeniu znamionowego prądu wzbudzenia zauważamy, iż w jego zakresie prąd twornika uzyskuje minimalną wartość. Podobnie cosϕ osiąga podczas pracy przy znamionowym prądzie wzbudzenia największą wartość, bliską jedynce.

POPRAWA:

1. Schemat układu synchronizacyjnego z kolumną synchronizacyjną.

2. Schemat układu do pomiaru krzywych V.

3. Wyniki i przykłady obliczeń

• Wyznaczanie krzywych V.

I_śr = = = 14,17 [A]

cosϕ = = = 0,46

• Wyznaczanie charakterystyki obciążenia.

U_śr = = = 262 [V]

• Wyznaczanie reaktancji Potiera.

Indukcyjną stratę napięcia na wykresie 3 obrazuje odcinek CB, który jest jednocześnie przyprostokątną trójkąta Potiera. Wartość straty napięcia odczytana wynosi:

ΔU = 36 V,

Mając obliczoną wartość indukcyjnej straty napięcia możemy obliczyć reaktancję Potiera:

X_p = = = 0,88 [Ω]

• Wyznaczanie zmienności napięcia i znamionowego prądu wzbudzenia.

Zarówno zmienność napięcia jak i znamionowy prąd wzbudzenia odczytujemy z uprosz- czonego wykresu amerykańskiego wykonanego dla badanej maszyny. Znamionowy prąd wzbudzenia obrazuje odcinek OC' natomiast zmienność napięcia jest równa stosunkowi długości odcinków DF i C'D.

Δu = = 0,045

procentową stratę napięcia wyznaczamy ze wzoru:

Δu_% = * 100% = 0,045 * 100% = 4,5%

I_fn = OC' = 2,18 A

4. Wnioski.

• Krzywe V charakteryzują zależność prądu twornika od prądu wzbudzenia przy stałym napięciu (U=const), stałej częstotliwości (f=const) oraz stałej mocy czynnej (P=const). Ponadto linia przechodząca przez minima krzywych V dzieli obszar pracy prądnicy na dwie części: indukcyjną, leżącą po prawej stronie tej prostej i pojemnościową, leżącą po lewej stronie prostej. Prądnicę pracującą przy obciążeniu indukcyjnym nazywamy przewzbudzoną, a prądnicę pracującą przy obciążeniu pojemnościowym nazywamy niedowzbudzoną. Znajomość krzywych V dla danej prądnicy pozwala nam sterowac mocą oddawaną przez prądnicę. Jeżeli nastąpi zwiększenie zapotrzebowania na moc indukcyjną lub pojemnościową w sieci, możemy poprzez ustawienie odpowiedniego prądu wzbudze-nia skompensować niedobór danej mocy.

• Reaktancja Potiera możemy określić poprzez wyznaczenie tzw. trójkąta Potiera. Reaktancja ta jest wielkością o tyle ważną przy analizie prądnicy synchronicznej, iż w wielu obliczeniach możemy nią zastąpić reaktancję twornika. Pomiar reaktancji twornika jest dosyć uciążliwy, gdyż wymaga wyciągnięcia twornika, natomiast reaktancja Potiera stanowi wystarczające przybliżenie tej reaktancji.

• Nominalny prąd wzbudzenia oraz zmienność napięcia możemy wyznaczyć znając charakterystyki biegu jałowego, zwarcia oraz obciążenia prądnicy synchronicznej. Posłu- gujemy się w tym celu uproszczonym wykresem amerykańskim. Znajomość nominalnego prądu wzbudzenia jest potrzebna do sterowania mocą oddawaną przez prądnicę. Możemy bowiem wówczas określić przedziały pracy prądnicy (pojemnościowy lub indukcyjny). Nominalna wartość prądu wzbudzenia odpowiada również minimalnej wartości prądu twornika, a maszyna wzbudzona nominalnym prądem oddaje moc czynną (cosϕ=1).