1. No category

Generatorji in transformatorji
Laboratorijska vaja 2
Ime in priimek:
Datum in ura:
1
Ocena poročila:
Besedilo naloge
Trifazni sinhronski generator, ki ga poganja asinhronski motor, uporabite za otočno napajanje
bremena, pri čemer vzbujanje najprej nastavljajte ročno, nato pa uporabite elektronski regulator
vzbujanja.
Obliko napetosti v prostem teku in pri nazivni obremenitvi opazujte na osciloskopu, z digitalnim
analizatorjem moči pa določite vsebnost višjih harmonskih komponent.
S pomočjo asinhronskega teka določite vzdolžno in prečno sinhronsko reaktanco generatorja.
2
Vezalni načrt
3-FAZNI DIGITALNI
ANALIZATOR MOČI
3-FAZNI
VARIAK
3 x GRELO
220 V 1250 W
U
A
L2
L3
AM
3~
V
SG
A
W
W
A
W
V
N
V
V
A
NASTAVLJIVI
ENOSMERNI
VIR
ELEKTRONSKI
REGULATOR
VZBUJANJA
+
_
Slika 1: Vezalni načrt za meritve obratovalnih stanj sinhronskega stroja.
U
L1
L2
L3
AM
3~
SG
L1
V
W
N
F1
A
V
L2
L3
1
∆U
L1
W
F2
1 TOKOVNE KLEŠČE
2 DIFERENCIALNA NAPETOSTNA SONDA
2
N
3
3 DIGITALNI OSCILOSKOP
Slika 2: Vezalni načrt za merjenje sinhronskih reaktanc z asinhronskim prostim tekom generatorja.
2-1
Generatorji in transformatorji
3
Opis merilnih metod
3.1 Prosti tek sinhronskega generatorja
Trifazni sinhronski generator (SG) poganjamo z asinhronskim motorjem, ki je priključen na
omrežje nazivne napetosti in frekvence. Zaradi omrežnega napajanja je vrtilna hitrost motorja
odvisna le od obremenitve, kar pomeni, da bo le-ta vedno asinhronska, zato bo tudi frekvenca
inducirane napetosti generatorja (fg) vedno nižja od nazivne:
fg =
n
⋅ fn .
nn
(1)
Vzbujalno navitje generatorja bomo napajali z nastavljivim enosmernim virom. Ko se generator
vrti, nima pa še priključenega vzbujalnega navitja, najprej izmerimo remanenčno napetost. Nato
vzbujalno navitje priključimo na enosmerni vir in nastavimo tak vzbujalni tok, da bo na sponkah
generatorja v prostem teku nazivna napetost.
NALOGA 1: Z meritvijo frekvence inducirane napetosti v prostem teku določite vrtilno hitrost
rotorja sinhronskega generatorja.
3.1.1 Oblika inducirane napetosti
Z uporabo diferencialne napetostne sonde s spominskim osciloskopom posnamemo časovni
potek inducirane napetosti prostega teka, analizator moči pa uporabimo za harmonsko analizo
te napetosti. Pri tem uporabimo diskretno Fourierovo transformacijo s kosinusno vrsto in si
zabeležimo vrednosti posameznih členov do 30. harmonske komponente.
NALOGA 2: Izračunajte vrednost skupnega harmonskega popačenenja napetosti (THD - Total
Harmonic Distorsion) in jo primerjajte s tisto, ki jo podaja proizvajalec.
3.2 Obremenitev generatorja pri otočnem obratovanju
Generatorju nastavimo in pustimo vzbujanje prostega teka ter na statorske sponke priključimo
breme. V našem primeru gre za grela, ki so na generator priključena preko trifaznega viriaka,
tako da lahko s prestavo variaka nastavljamo velikost bremenskega toka. Začnemo tako, da je
gumb variaka nastavljen na 0 V, nato pa postopoma zvišujemo napetost in zadnjo meritev
opravimo, ko je gumb nastavljen na približno 380 V (na skali). Pri tem z analizatorjem moči
spremljamo dogajanje in merimo delovne točke. Predvsem se osredotočimo na napetost, saj bo
le-ta, zaradi reakcije indukta, ki jo povzroča naraščajoči bremenski tok statorskih navitij, vedno
nižja (slika 3). Odčitamo in zabeležimo električne količine nekaj teh obratovalnih stanj.
Xs Ia
E0
Xs Ib
E0=Un
Ua
Ub
E0
Xs Ic
Uc
E0
Ic
Ib
Ia
Slika 3: Poenostavljen kazalčni diagram SG za obratovanje pri nespremenljivem vzbujanju in pri povečevanju
bremenskega toka čistega ohmskega karakterja (Ia < Ib < Ic).
2-2
Generatorji in transformatorji
NALOGA 3: Za obremenitev generatorja z ohmskim bremenom izmerite zunanjo karakteristiko,
ki podaja odvisnost napetosti od bremenskega toka pri nespremenjenem vzbujanju.
Če želimo, da bo napetost na sponkah ohmsko obremenjenega generatorja enaka nazivni,
moramo sedaj povečati vzbujanje ter v stroju spet vzpostaviti tak magnetni pretok, da bo
induciral to napetost. Izmerimo vrednost novega vzbujalnega toka (I1) in električne količine na
strani bremena (U2, I2, P2).
3.3 Otočno obratovanje sinhronskega generatorja z regulatorjem vzbujanja
Obravnavani sinhronski generator je opremljen z elektronskim regulatorjem vzbujanja, ki s
spreminjanjem vzbujalnega toka skrbi, da je izhodna napetost konstantna, ne glede na
obremenitev.
Regulator vzbujanja dobi napajanje neposredno s statorskega navitja, tako da je remanenčna
napetost generatorja pogoj za delovanje regulatorja (glej poglavje 3.1).
Z variakom, ki napaja bremenske upore (grela), povečujte obremenitev generatorja in poleg
prostega teka izmerite še najmanj pet točk regulirne karakteristike.
NALOGA 4: V en sam kazalčni diagram vrišite vsa izmerjena obratovalna stanja, pri čemer
zanemarite odstopanje faktorja moči od 1 (zaradi induktivnosti variaka) in predpostavite čisti
ohmski karakter za vse obratovalne točke.
3.4 Določitev vzdolžne in prečne sinhronske reaktance
Metoda asinhronskega prostega teka sinhronskega stroja omogoča določitev vzdolžne (Xd) in
prečne (Xq) sinhronske reaktance strojev z izraženimi poli. Obe reaktanci določimo z naslednjo
meritvijo: nevzbujan rotor sinhronskega generatorja poganjamo z asinhronskim motorjem, zato
je vrtilna hitrost podsinhrona z zelo majhnim slipom. Trifazno statorsko navitje sinhronskega
stroja priključimo na trifazno napetost nazivne frekvence. Napetost počasi dvigujemo do
približno 25% nazivne vrednosti, istočasno pa merimo tok, ki naj ne preseže nazivnega (slika 2).
Ker se rotor ne vrti sinhrono z vrtilnim poljem, se tudi položaj rotorja glede na os statorskega
vrtilnega polja nenehno spreminja. V nekem trenutku je vzdolžna os rotorja poravnana z osjo
vrtilnega polja statorja, v drugem pa leži rotor prečno na os vrtilnega polja. Zaradi različnih
reluktanc v eni in drugi osi, amplituda izmeničnega toka iz omrežja niha med manjšo vrednostjo
Id in večjo Iq (slika 4).
i
Iq
Id
t
Slika 4: Tok v statorskem navitju pri preizkusu asinhronskega prostega teka.
Časovni potek napetosti in toka statorskega navitja opazujemo na osciloskopu. Vrednost
amplitude toka Id odčitamo z oscilograma takrat, ko je statorski tok najmanjši in je rotor v
vzdolžni legi, največji statorski tok pa predstavlja vrednost Iq, ko je rotor v prečni legi. Tudi
napetost se lahko zaradi padcev v napajalnem viru, skladno s tokom spreminja, kar razberemo
iz oscilograma napetosti. Napetost je nižja (Uq), ko je tok večji (Iq) in obratno (Ud, Id), tako da iz
2-3
Generatorji in transformatorji
oscilograma odčitamo amplitudni vrednosti Ud in Uq. Pri preizkusih z majhnimi slipi lahko tok in
napetost, zaradi počasnega spreminjanja, merimo neposredno z A- oziroma V-metrom.
Navitje ima pretežno induktivni karakter, zato nenasičeni vrednosti vzdolžne in prečne
sinhronske reaktance enostavno izenačimo z absolutno vrednostjo impedanc:
X d Zd =
X q Zq =
Ud
3 ⋅ Id
Uq
3 ⋅ Iq
,
(2)
.
(3)
Čeprav so vse odčitane vrednosti amplitude, vrednosti le-teh nismo preračunali v efektivne
vrednosti, saj nastopajo v enačbi tako v števcu in imenovalcu in so končne vrednosti enake.
Običajno sinhronskih reaktanc ne podajajamo v absolutnih vrednostih, temveč kot relativne
oziroma normirane vrednosti. Relativno vrednost sinhronske reaktance dobimo, če njeno
dejansko vrednost delimo z vrednostjo osnovne ali nazivne impedance. Osnovna impedanca
stroja je podana z njegovimi nazivnimi količinami:
Z osn =
Un
3 ⋅ In
=
U n2
.
Sn
(4)
Relativni sinhronski reaktanci xd in xq torej izračunamo:
xd =
xq =
Xd
,
Z osn
Xq
Z osn
(5)
.
(6)
NALOGA 5: S pomočjo izračunanih sinhronskih reaktanc narišite kazalčni diagram
sinhronskega generatorja z izraženimi poli za nazivno obratovalno stanje.
4
Vprašanja za razmislek
a)
Kaj naredimo, če se rotor sinhronskega generatorja razmagneti in zato regulator vzbujanja
ne deluje?
b)
Kaj je skupno harmonsko popačenje? Kako ga izračunamo?
c)
Ali naj regulator vzbujanja deluje, če je vrtilna hitrost sinhronskega generatorja prenizka?
5
Literatura
[1] F. Avčin, P. Jereb, Preizkušanje električnih strojev, Tehniška založba Slovenije, 1983.
[2] Damijan Miljavec, Peter Jereb, Električni stroji - temeljna znanja, FE, Ljubljana, 2008.
[3] I. Zagradišnik, B. Slemnik, Električni rotacijski stroji, FERI, Maribor, 2001.
2-4
Generatorji in transformatorji
6
Nevarnosti pri delu
POZOR, NEVARNOST ELEKTRIČNEGA UDARA!
NAPAJALNA IZMENIČNA IN ENOSMERNA NAPETOST DO 400 V.
MERILNO VEZJE, INSTRUMENTE IN NAPRAVE VEDNO VEŽITE, PRIKLAPLJAJTE
ALI ODKLAPLJAJTE V BREZNAPETOSTNEM STANJU!
MED MERITVIJO SE NE DOTIKAJTE MERILNIH VEZI, PRIKLJUČNIH SPONK IN
MERJENCA!
POZOR, NEVARNOST OBLOKA IN VISOKE INDUCIRANE NAPETOSTI!
OB PREKINITVI ENOSMERNIH TOKOKROGOV OBSTAJA MOŽNOST NASTANKA
ELEKTRIČNEGA OBLOKA IN INDUCIRANJA VISOKIH NAPETOSTI.
POZOR, NEVARNOST DOTIKA VRTEČIH SE DELOV STROJA!
ZARADI IZVAJANJA MERITEV, VSI VRTEČI DELI NISO MEHANSKO ZAŠČITENI.
MED OBRATOVANJEM STROJA SE NE DOTIKAJTE IN NE SEGAJTE V OBMOČJE
VRTEČIH SE DELOV STROJA!
PO IZKLJUČITVI STROJA POČAKAJTE, DA SE LE-TA USTAVI!
POZOR, NEVARNOST DOTIKA VROČIH DELOV!
ZA OBREMENJEVANJE GENERATORJA SE UPORABLJAJO ODPRTA INFRA
GRELA, KI MED OBRATOVANJEM PRI NAZIVNI NAPETOSTI ZAŽARIJO IN
DOSEŽEJO ZELO VISOKE TEMPERATURE.
OBSTAJA VELIKA NEVARNOST OPEKLIN! IZOGIBAJTE SE BLIŽINI VROČIH
DELOV!
2-5