Prdnica prdu zmiennego.

Transkrypt

1 POLITECHNIK LSK YDZIŁ INYNIERII RODOISK I ENERGETYKI INSTYTT MSZYN I RZDZE ENERGETYCZNYCH LBORTORIM ELEKTRYCZNE Prdnica prdu zmiennego. (E 16) Opracował: Dr in. łodzimierz OGLEICZ Sprawdził: Dr in. łodzimierz OGLEICZ Zatwierdził: Dr hab. in. Janusz KOTOICZ

2 1. Cel wiczenia. Celem wiczenia jest wyznaczenie charakterystyk biegu jałowego i zwarcia trójfazowej synchronicznej prdnicy prdu zmiennego oraz jej synchronizacja z sieci elektroenergetyczn. 2. prowadzenie Rodzaje maszyn synchronicznych. Maszyny synchroniczne (prdnice, silniki lub kompensatory) charakteryzuj si stał niezalen od obcienia i równ prdkoci synchronicznej, prdkoci obrotow wirników. n = n S = const. irnik maszyny synchronicznej stanowi elektromagnes zasilany prdem stałym. zalenoci od budowy rozrónia si maszyny synchroniczne z biegunami jawnymi rys.2. lub z biegunami utajonymi rys.1. czasie rozruch doprowadza si prdko obrotow wirnika do prdkoci synchronicznej i synchronizuje maszyn z sieci. 1 1 w w u u Rys.1. Maszyna cylindryczna (z biegunami utajonymi). v Rys.2. Maszyna jawnobiegunowa. v prdnicach (generatorach) wał maszyny napdzany jest przez turbin a pole magnetyczne wirnika (stałe w czasie i wirujce w przestrzeni) indukuje w nieruchomych uzwojeniach stojana siły elektromotoryczne umoliwiajc oddawanie mocy elektrycznej do odbiorników sieci. silnikach stałe pole magnetyczne wirnika poda za wirujcym polem magnetycznym wytwarzanym przez uzwojenia stojana umoliwiajc oddawanie mocy mechanicznej na wale maszyny. Zwikszajc prd wzbudzenia silnika synchronicznego (przy stałym lub zerowym) obcieniu mona doprowadzi do stanu w którym silnik zacznie pobiera z sieci moc biern pojemnociow (czyli oddawa moc biern indukcyjn) kompensator synchroniczny.

3 2.2. Budowa i układ połcze prdnicy synchronicznej. Prdnice synchroniczne prdu zmiennego budowane s zazwyczaj jako trójfazowe (wyjtkowo rzadko jako małe maszyny jednofazowe). zwojenie twornika umieszczone jest z reguły w stojanie a uzwojenie wzbudzenia w wirniku. zwojenie wzbudzenia zasilane jest przez piercienie lizgowe z prdnicy prdu stałego zwanej wzbudnic lub przez układ prostownika półprzewodnikowego umieszczonego w wale maszyny (układ alternatora). Prd stały, płyncy w wirujcym uzwojeniu wzbudzenia wytwarza kołowe wzgldem stojana pole magnetyczne. Pole to powoduje indukowanie sinusoidalnie zmiennych napi twornika o czstotliwoci ( f ) cile zalenej od prdkoci obrotowej ( n ) wirnika (f = k n). L1 L2 L3 twornik stojan 2 1 N n 2 uzwojenie twornika uzwojenie wzbudzenia 1 S 2 1 wirnik piercienie lizgowe szczotki zbudnica regulator prdu wzbudzenia Rys.3. Schemat maszyny synchronicznej trójfazowej z obwodem wzbudzenia zasilanym przez wzbudnic. Prdnice synchroniczne rzadko pracuj indywidualnie. Przewaajca wikszo prdnic współpracuje ze sob w ramach pastwowych a czsto midzypastwowych układów elektroenergetycznych (tzw. praca na sie sztywn).

4 2.3. Przyłczenie prdnicy do sieci (sztywnej). Przyłczenie prdnicy synchronicznej do sieci odbywa si przewanie poprzez jej synchronizacj. by osign stan synchronizmu naley regulowa pr dko obrotow (n) maszyny napdzajcej (co umoliwia zrównanie czstotliwoci) oraz prd wzbudzenia (I w ) prdnicy (co umoliwia zrównanie wartoci skutecznych napi). arunki synchronizacji mona uj nastpujco: jednakowa kolejno faz prdnicy i sieci, jednakowe wartoci skuteczne napi prdnicy i sieci, jednakowe cz stotliwoci napi prdnicy i sieci, zgodno któw fazowych napi prdnicy i sieci. Po przeprowadzeniu synchronizacji i przyłczeniu prdnicy do sieci, zmiana mocy maszyny nap dzajcej powoduje zmian mocy czynnej (P) oddawanej do sieci (n = const), a zmiana prdu wzbudzenia - zmian mocy biernej (Q). 3. Badania i pomiary Okrelenie wielkoci mierzonych. Prac kadej prdnicy prdu zmiennego okrelaj nastpujce wielkoci (wielkoci mierzone): n - prdko obrotowa lub f - czstotliwo indukowanego napicia, I f - prd wzbudzenia, I - prd obcienia prdnicy, - napicie prdnicy, P - moc czynna, Q - moc bierna, cosϕ - współczynnik mocy. łasnoci ruchowe prdnic mona okreli za pomoc charakterystyk, podajcych zwizki pomidzy wymienionymi wielkociami. Prdnice pracuj z reguły przy stałej (lub praktycznie stałej) prdkoci obrotowej zadanej z zewntrz, lub wymuszanej przez sie sztywn n = const (f = const). Rozrónia si nastpujce charakterystyki prdnic: 1. Charakterystyka biegu jałowego 0 = f (I w ) przy n = const. 2. Charakterystyka zwarcia (zwarcie symetryczne) I Z = f (I w ) przy n = const. 3. Charakterystyki obcienia = f (I ); przy I = const, f = k n = const, cosϕ = const., charakterystyk obcienia przedstawia si przy rónych wartociach prdu obcienia (I) lub rónych współczynnikach mocy (cosϕ). 4. Charakterystyki zewn trzne = f (I) ; przy I w = const, f = k n = const, cosϕ = const., charakterystyk zewntrzn przedstawia si przy rónych wartociach prdu wzbudzenia (I w ) lub rónych współczynnikach mocy (cosϕ).

5 5. Charakterystyki regulacji I = f (I) ; przy = const, f = k n = const, cosϕ = const., charakterystyk regulacji przedstawia si przy rónych wartociach napicia prdnicy () lub rónych współczynnikach mocy (cosϕ), lub I w = f (P) przy = const, f = k* n = const, Q = const. 6. Krzywe (krzywe Mordey'a). I = f (I w ) przy = const, f = k* n = const, P = const. krzywe przedstawia si przy rónych wartociach mocy czynnej (P). 7. Ktowe charakterystyki momentu lub mocy. M = c * P = f (θ) przy = const, n = const, I w = const. ktow charakterystyk momentu (mocy) przedstawia si przy rónych wartociach prdu wzbudzenia (I w ) Schemat układu pomiarowego. celu wyznaczenia charakterystyk prdnicy zestawiono układ pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rysunku 4. Sie sztywna L1 L2 L3 Tr kład do synchronizacji z przełcznikiem rodzaju pracy f SYN- -CHRO- -NO- -SKOP ϕ ał elektryczny M ~ kład nap dowy Leonarda G = G = M = G ~ Prdnica badana (synchroniczna maszyna prdu trójfazowego). Rys.4. Schemat układu pomiarowego prdnicy.

6 Objanienia: kład nap dowy Leonarda układ umoliwiajcy płynna regulacj prdkoci obrotowej urzdzenia napdzanego (omówiony w wiczeniu E 19). ał elektryczny bezporednie połczenie elektryczne ("na sztywno") twornika prdnicy prdu stałego z wirnikiem silnika prdu stałego (w. E 19) 3.3. Przebieg wiczenia. 1. Odczyta i zapisa dane znamionowe badanej prdnicy prdu zmiennego. 2. ykona pomiary charakterystyk biegu jałowego i zwarcia przy stałej synchronicznej wartoci prdkoci obrotowej prdnicy n = const. yniki pomiarów naley sukcesywnie notowa w tabelach pomiarowych (dane poniej). 3. Dokona synchronizacji prdnicy z sieci elektroenergetyczn. Lp. I w n Lp. I z I w n [ ] [ ] [obr/min] [ ] [ ] [obr/min] charakterystyka biegu jałowego charakterystyka zwarcia itd. itd. Tabele naley pobra z ZŁCZNIK do instrukcji. 4. Opracowanie wyników pomiarów. 1. Sporzdzi wykresy zalenoci: 0 = f(i ) (dwie krzywe dla wartoci prdu wzbudzenia narastajcego i malejcego na jednym wykresie), I Z = f(i ) (dwie krzywe dla wartoci prdu wzbudzenia narastajcego i malejcego na jednym wykresie). 2. Okreli wpływ zmian wartoci prdu wzbudzenia prdnicy i momentu napdzajcego na wale prdnicy na wartoci: napicia prdnicy; obrotów prdnicy: natenia prdu: mocy czynnej i biernej, zarówno przed jak i po synchronizacji prdnicy z sieci sztywn. 5. Sprawozdanie. Sprawozdanie powinno zawiera: 1. Stron tytułow (nazw wiczenia, numer sekcji, nazwiska i imiona wiczcych oraz dat wykonania wiczenia). 2. Dane znamionowe maszyn (moc, napicie, prd, obroty, współczynnik mocy). 3. Schemat układu pomiarowego. 4. Tabele wyników pomiarowych. 5. ykresy podanych (w pkt 4) zalenoci. 6. ypisane warunki synchronizacji. (z podaniem w [%] ewentualnych moliwych odstpstw). 7. wagi i wnioski (dotyczce przebiegu charakterystyk, ich odstpstw od przebiegów teoretycznych, poprawnoci metod pomiaru itp.). szelkie prawa zastrzeone