VOZNM
SPIS TREŚCI Str. 1. REGULAMIN ODRABIANIA CWICZE1 W LABORATORIUM MASZYN ELEKTRYCZNYCH
10
2. TRANSFORMATORY .........................
12
2.1. Przygotowanie do ruchu ikontrola stanu technicznego transformatora w eksploatacji ................. 2.1.1. Dane znamionowe. Opis znamion transformatora . . 2.1.2. Wiadomości ogólne ................. 2.1.3. VYposatenie podstawowe transformatora trójfazowego 2.1.4. Pomiar rezystancji izolacji ............
12 12 13 15 16
2.2.j Badanie transformatora trójfazowego ........... --{ 2.2.1. Pomiar rezystancji uzwojeń pradem stałym 2.2.2. Pomiar przekładni ................. . ł 2.2.3. Próba stanu jałowego . ............... .-2.2.4. Próba stanu zwarcia 2.2.4.1. Cel i przebieg próby stanu zwarcia . . . 2.2.4.2. Przeliczenie wyników próby stanu zwarcia do temperatury odniesienia + 75°C ...... 2.2.4.3. lé.yznaezanie współczynnika dodatkowych strat mocy .................... „ 2.2.4.4. yznaczenie impedancji zwarcia ...... V 2.2.5. Wyznaczenie parametrów schematu zastępczego transformatora ...................... 2.2.6. Wykonanie wykresu wskazowego transformatora . . . 2.2,7. kyznaczenie zmienności napięcia transformatora . 2.2.8. Sprawdzenie grupy połączeń ............. 2.2.8.1. Ustalenie początków i końców poszczególnych uzwojeń .................. 2.2.8.2. Łączenie uwzojeń transformatora o odpowiedniej grupie połączeń ........... 2.2.0.3. Sprawdzenie grupy Połącze ......... 2.2.9. Tolerancje ..................... S/
2.3. Obciążenia transformatora trójfazowego .......... 2.3.1. Obcią enie symetryczna transformatora trójfazowego 2.3.1.1. yznaczenie sprawności i charakterystyk ruchcwycl. .................. 2.3.1,2. yznaczenie zależności aradKu narięcia od współczynnika nocy obc iaż ni ........
20 20 24 26 30 32 34 34 36 39 42 4 43 46 47 49 49 149
4 Str.
transformatora trojfazowe-
2.3.2. 0bcią enie niesymetryczne g 53 2.3.2.1. Wprowadzenie 53 2.3.2.2. Układy połączeń z wyprowadzonym przewodem neutralnym po stronie wtórnej 56 2.3.2.3. Układy połączeń Z niedostępnym punktem gwiazdowym po stronie wtórnej 61 2.3.3. Wyznaczenie parametrów schematu zastępczego i impedancji transformatora dla składowej zerowej . . . 65 2.3.3.1. Schemat zastępczy iimpedancja transformatora dla składowej Źerowej 65 2.3.3.2. Pomiar impedancji dla składowej zerowej . 67 2.3.3.3. Wyznaczenie parametrów schematu zastępczego transformatora dla składowej zerowej . . 70 2.4. Praca równoległa transformatorów ............. 71 2.4.1. Sprawdzenie warunków pracy równoległej transformatorów 71 2.4.1.1. Warunki pracy równoległej transformatorów 71 2.4.1.2. Sprawdzenie warunków pracy równoległej transformatorów 75 2.4.1.3. Załączenie transformatorów do pracy równoległej 77 2.4.2. Ekonomiczność pracy równoległej transformatorów . . 77 2.4.3. Badanie wpływu parametrów transformatorów na ich pracę równoległą ..................... 2.4.3.1. Pomiar prądów wyrównawczych w stanie jało-. wyra 80 2.4.3.2. Praca równoległa dwóch transformatorów o nie jednakowych przekładniach i napięciach zwarcia 82 3. BADANIA WSTĘPNB I NIE1ÓRE PRÓBY MASZYN ELEKTRYCZNYCH WIRUJ4..-
o ........................... ............... ........ .......
3.6. Pi.< 3
t
3.7.
POI
3.8. P 3.9. ro 3.10. NI
.........
........................ ............... ..................
3.12. W.: 313
-
...................
.................. CY0H ............................. 3.1. Badania wstępne ..................... 3.2. Pomiar rezystancji uzwojeń ............... 3.3. Próba nagrzewania .................... 3.4. Wyznaczenie strat i sprawności ............. 3.4.1. Sposoby wyznaczenia sprawnoś ci .......... 3.4.2. Wyznaczenie sprawno
śói sposobem strat poszczególnych ....................... 3.4.2.1.Wyznaczanie strat jałowych ....... 3.4.2.2. Wyznaczanie strat wzbudzenia 3.4.2.3. Wyznaczenie strat obciążeniowych . . . 3.5. Próba wytrzymałości mechanicznej przy zwiększonej pr:ś ci obrotowej %
......
.......................
84 84 85 87 94 94 95 95 95 95 96
Bad
4.1
4.1
(422N Bad
ĄJi 42
5 Str. 53
53 56 61 65 65 67 70 71 71 71 75 77 77 80 80
82 814 84 85 87 94 0,5 95 95 95 96
3.6. Próba Wytrzymałości elektrycznej • 3.6.1. Próba izolacji uzwojeń 3.6.2. Próba izolacji zwojów ..............
Str. 97 97 97 97 98 99 100 100
3.7. Pomiar poziomu hałasu .................. 3.8. Pomiar zakłóceń radioelektrycznych ........... 3.9. Pomiary drgań ....................... 3.10. Niektóre metody pomiaru prędkości obrotowej ....... 3.10.1. Stroboskopowy pomiar prędkości obrotowej . . . . 3.10.2. Pomiar prędkości obrotowej przy zastosowaniu synchronicznej prądnicy tachometrycznej ...... 3.11. Niektóre metody wyznaczania momentu obrotowego ..... 3.11.1. Pomiar momentu obrotowego silników indukcyjnych w stanach ustalonych ............... 3.11.2, Pomiar momentu obrotowego silników indukyjnych w stenach dynamicznych .............. 3.11.2.1. Metodą Ytterberga ........... 3.11.2.2. Metodą elektromaszynowego czujnika przyspieszeń ............... 3.11.2.3. Metodą czujników naprężno-oporowych . . elek3.12. Wyznaczenie momentu bezwładności wirnika maszyny trycznej metodą wybiegu ................ 3.13. Rozdział strat jałowych maszyn elektrycznych ...... 3.13.1. Metoda pracy silnikowej ............. 3.13.2. Metoda pracy prądnicowej ............ 3.13.3. Metoda wybiegu .................
112 1114 1114 115 115
4. MASZYNY PRĄDU STAłEGO ....................
117
4.1. Badania wstępne .................... 4.1.1. Zasady oznaczeń zacisków maszyn prądu stałego . . 4.1.2. Metody wyszukiwania zacisków uzwojeń w maszynach prądu stałego .................. 4.1.3. Ustawian:ie szczotek w geometrycznej streie neutralnej .....................
117 117
Badanie prądnic prądu stałego .............. 4.2.1. Prądnica obcowzbudna ............... 4.2.1.1. Wyznaczanie charakterystyki biegu jałowego .................. 4.2.1.2. Wyznaczanie charakterystyki zewnętrznej 4.2.1.3. Wyznaczanie charakterystyki regulacyjnej 4.2.2. Prądnica bocznikowa ............... 4.2.2,1. Wyznaczanie charakterystyki zewnętrznej • 4,2.2.2. Wyznaczanie. charakterystyki rgulacyjnej 4.2.3. Badanie prądnicy szeregowo..-bocznikowej ...... 4.2.3.1. Wyznaczanie charakte"ystyki biegu jałowego ....................
103 105 105 106 107 108 109
120 123 124 12L 124 125 127 17 127 129 129 129
4.2.3.2. Wyznaczanie charakterystyki zewnętrznej . 4.2.3.3. Wyznaczanie charakterystyki regulacyj-
Str. 131 132
Badanie silników prądu stałego ............. 4.3.1. Silnik bocznikowy iobcowzbudny ......... 4.3.1.1. Wyznaczanie charakterystyki mechanicznej 4.3.1.2. Sterowanie prędkości obrotowej ..... 4.3.2. Silnik Szeregowy ................. 4.3.2.1. Wyznaczanie charakterystyki mechanicznej 4.3.2.2. Sterowanie prędkoś ci obrotowej ..... 4.3.3. Silnik szeregowo-bocznikowy (próba obciążenia) . . 4.4. Badanie specjalnych maszyn prądu stałego ........ 4.4.1. Badanie metadyny - przetwornicy ......... 4.4.2. Badanie amplidyny ................ 4.4.2.1. Badanie amplidyny na biegu jałowym . 4.4.2.2. Wyznaczanie charakterystyk zewnętrznych 4.4.2.3. Wyznaczanie statycznych współczynników wzmocnienia ...............
5. MASZYNY ASY1CHR0NICZ
133 133 133 136 136 139 140 144 145 145 147
147 149 150
....................
151
5.1. Podstawowe badania silnika indukcyjnego ......... 5.1.1. Schematy połączeń ................. 5.1.2. Próba zwarcia .................. 5.1.3. Badanie na biegu ja łowym ............. 5.1.3.1. Wyznaczenie charakterystyki biegu jałowego. Wyznaczenie strat jałowych ..... 5.1.3.2. Rozdział strat j łowycŁ".......... 5.1.3.3. lyznaczenie poślizgu .......... 5.1.4. Pomiar znamionowego napięcia wirnika. rznaczanie przekładni .....................
151 151
5.1.5. Próba obciążenia bezpośredniego ......... 5.1.5.1. Wyznaczenie sprawności sposobem strat poszczególnych (patrz pkt. 3.4.2) ..... 5.1.5.2. Wyznaczenie sprawności sposobem bezpo średnim (patrz pkt. 3.4.1) ......... 5.2. Wykres kołowy trójfazowego silnika indukcyjnego ..... 5.3. Wyznaczanie parametrów schematu zastępczego ........ 5.3.1. Pomiary potrzebne do wyznaczenia parametrów schematu zastępczego ................. 5.3.2. Wyznaczanie parametrów .............. 5.3.2.1. Rezystanca uzwojeł............ 5.3.2.2. Eeatancje rozproszania uzoje ń ..... 5.3.2.3. 1caktancja g łówna irezystancja zastępcza strat w lai .............
rk
152
154 154 156 157 158
159 160 161 162 166 166 167 167 167 17
7 Str,
5.4.
Praca prądnicowa trójfazowej maszyny indukcyjnej 5.4.1. Uwagi ogólne ................... 5.4.2. Próba obiążenia prądnicy współpracującej z siecią o napięciu U = const i częstotliwości f = const
5•5.
Silnik pierścieniowy synchronizowany .......... 5.5.1. Obciążenie przy stałej wartości prądu wirnika 5.5.2. Zdjęcie charakterystyk Il = 12st) i
132 133 133 133
.
136 136 139 140 144 145 145 147 147
150 151. 151 151 152 154
154 156 157 158 159 160
161 12 166 166 167
167 167 167
•
=
.2. ..
.................
5.6. Badanie silnika trójfazowego Xomutatorowego bocznikowego zasilanego od strony wirnika (STKBw) .......... 5.6,1. Badanie zależności SEM stojana (E5) oraz SEM uzwojenia komutatorowego (Ek) od prędkości kątowej wirmika i od położenia szczotek ........... 5.6.2. Próba obciążenia .................
Li 5.7.
Badanie stanów niesymetrycznych trójfazowej maszyny
168
169 170 171
173 174
174 176
in-
d ukcyjnej ........................ 5.7.1. Wprowadzenie ...................
177 177
5.7.2. Schematy zastępcze trójfazowej maszyny indukcyjnej przy niesymetrii napięć zasilających ....... 5.7.3. Silnik indukcyjny z odwróconą jedną fazą stojana 5.7.4. Niesymetria rezystancji w obwodzie wirnika 5.7.5. Program i sposób przeprowadzenia ćwiczenia . .
178 181 182 187
.
.
.
.
Badanie jednofazowego silnika indukcyjnego jednoklatko.......................... 5.8.1. Rozruch jednofazowego silnika indukcyjnego ..... 5.8.2. Pomiar rezystancji uzwojeń ............ 5.8.5. Badanie na biegu jałowym ............ 5.8.4. Badanie w stanie znarcia ............ 5.8.4.1. Próbá zwarcia .............. 5.8.4.2. 7yznaczenie zależności momentu rozruchowego od pojenności kondensatora ..... .8.5. Próba obciążenia ................. 5 5.8.6. Badanie jednofazowego silnika indukcyjnego z uzwojenien pomocniczym zwartym ............
0 ~ ~ 8 wago
189 189
191 191 192 192 192 133 194
5.9. Badanie silnika wykonawczego dwufazowego ........ .piowadzenie ................... 5.9
195
5.9.2. Vyzuaczeri araiaryji serewania(regulacji) 595 .rć ba obciążenia ................. 5.9.4. Próba silnika przy zahamowaniu ...........
198 198 200
5.10.adanie łącza selsynowego ................ Wprowadzenie .................. 5.10.2. Badanie łącza wskaźnikowego ........... 5.10.2.1. Uwagi ogólne .............
200 200 201 201
195
8 Str. 5.10.2.2. Charakterystyka biegu jałowego
seisy..
5.10.2.3. Charakterystyka napię cia przewodowego uzwojenia Synchronizującego w funkcji Położenia kątowego .......... 5.10.2.4 Wyznaczenie klasy dok ładności seisyna nadawczego i odbiorczego ....... 5.10.2.. Wyznaczenie charakterystyk ze ętrzsych łącza ................. 5.10.2.6. Wpływ napię cia wzbudzenia i rezystancjj. linii łączącej selsyny na SZtYWnOŚĆ łą.. cza ................... 5.10.3. Badanie łącza tflsfox.matoiowego ........ 5.10.3.1. Uwagi ogólne ............. 5.10.3.2. Wyznaczeni napięcia Szczą tkow ego i b-. dn asymetrii eelsyna transformatorowego 5.10.3.3. Wyznaczenie charakterystyk zewnę łącza .................. 5.10.3.4. Wpływ napię cia wzbudzenia i rezystamcjj linii łączącej selayny na sztywno ść naPię cia wr3ś cjoyg9 ..........
6.2.4 202
203 204 205
6.2., 207 208 208 208 208
210
6. MASZYNY SYNCHRÓNICZE TRÓJFAZO 211 Pxaca indywidualna prą dnicy Vnchronicznej ....... 211 • . 6.1.1. Wyznaczenie charakterystyki biegu jał owego (magnesowania) ............................. 211 6.1.2. Wyznaczenie strat mechanicznych (tarcia) i strat w rdzeniu (w żelazie) ............... 212 6.1.3. Wyznaczenie znamionowego pr ądu Wzbudzenia i zmienności napięcia .................. 214 o 6.1.4. Wyznaczenie charakterystyki ustalonego zwarcia sy metrycznego ....................... 214 6.1.5. Wyznaczenie charakterystyk ustalonego zwarcia niesymetrycznego .................. 215 6.1.6. Wyznaczenie strat Obci ążeniowych ......... 217 6.1.7. Wyzaczenie Sprawnoś ci maszyny .......... 218 6.1.8. Wyznaczenie charakterystyki regulacji ...... 219 6.1.9. Wyznaczenie charakterystyki obci ążenia ...... 220 •6.1.10. Wyznaczenie charakterystyki zewn ętrzj ..... 222 6.2. Wyznaczenie charakterystycznych parametrów maszyny synchronicznej ............................ 6.2.1. Wyznaczenie stosunku zwarcia ............ 223 223 6.2.2. Wyznaczenie reaktancji indukcyjnej rozproszenia 224 6.2.3. Wyznaczenie reaktancji synchronicznej ..... 224
6.5. Praca 6.3.1.
6.3.2.
6.3 .3. 6.3,4.
9 Str. 6.2.4. Syznaczenie parawetrów cterystycznyoh raczy513" synchronicznej w stanach nisust cnych . . . 226 6.2.4.1. Wyznaczenie reaktancji synchronicznych oraz stałych czasowych w stanach nieustalonych na podstawie próby udarowego trójfazowego zwarcia symetrycznego .....227 6.2.4.2. Wyznaczenie reaktancji synchronicznej Endprzejóciowej podłużnej 1 poprzecznej z by dla caszyny r.ieructwrej .......229 6.2.5. Wyznaczenie reaktancji dla składowych: zgodnej X, przeciwnej X2 I zerowej X0 ............231 6.3. Praca raszyny synchronicznej w sieci Sztywnej ......233 6.3.1. Synchronizacja oaezyny synchronicznej z Siecią 233 6.3.2. Praca prądnicowa maszyny synchronicznej w sieci sztywnej i wyznaczenie krzywych V dla prądnicy . . 235 6.5,3. Rozruch silnika synchronicznego .........237 6.3.4. Praca silnikowa maszyny synchronicznej w sieci sztywnej i wyznaczenie krzywych V dla silnika . 236 LITERATURA ...........................239
--1
1. REGULAMIN ODRABIANIA ĆWICZEŃ W LABORATORIUM MASZYN ELEKTRYCZNYCH 1. Przed przyotąpienian do zaję c labOratOrYjnyCh Studenci powinni zapoz-. noc się z przopiceni bezpieczeń stwa pracy przy urządzeniach elektrycznych oraz ze wskazówkami niesienia doraź nej pomocy w przypadku porażenia prądoz elektrycznym. Na terenia laboratorman nale ży cechowni ostrożność ze wzglę du na niebezpieczeń stwo porażenia prądem elektrycznym oraz zozliwoi ć doznania urazu mechanicznego pozy maszynach wirujących. 2. Warunkiem przyję cia do labOo"wtorjan jest posiadania aktualnej rejestracji no dany semestr lub indywidualnego zezwolenia dziekana. 3. Ćwiczenia Laboratoryjne odbywaj ą się w ustalonych na pocz ątku semestru grupach oraz w przewidzianych rozkiadom zaj9 ż temmi.nach. C. Do odrabiania cwiczeń dopuszczeni zostaj ą stuuonci, którzy: a) podpisali oźezadczanio o znajosooci przepis żw dotycząnych bezpieczeństwa i higieny pracy przy urzą dzeniach elektrycznych oraz regulaminu laboratoryjnego, b) wykazali przygotowanie do ć wiczenia w zakresie podanym na wyioladoje objaśniającym, c) wraz z cażym zespole. Ćwiczeniowym z Łożyli sprawozdanie z poprzedniego ćwiczeniai przedstawili przygotowany program, scseoety i tabela pomiarowe bioincegu deiczenis. Sprawozdanie powinno zawiera ć, - tabolk ty;uł owt, - Wielkoici znamionowe badanych maszyn, - schematy puŁączes szasewere przy odrabianym cWicOcnju, - tabelo puzisroz L - tlotowams ozory, - podane do wykonania wykresy, - Krótkie wnioski i uwagi. 5. I czje arsbj.nj znioznaja nr,kwly O uo;nd u± do zsrztzee nitwitzujcye lab al.., uitz oroz dc polocni oub prowadzących zuj ą ciu. czooir,,,.ti nie wolno bta z.amt I z. ąeza urzodwoń oekzryoz. nie osino roz łączać ukomdw paniarwyth ds oz.zckerowjnjkj p ;lwr,s nie z cas, 6.
mzzzj.ami, proyrzwsni i uzządseniani pomne iczyni uiosnymi do czes należy Obohcuoid się ostroż nie. Za owa105olne Uszkodzenia
doilub
Zniszczenia ; uwagi ĆwjcZąC Ćwiczeniowy, miarowego bal czas wykoaywa zajem w ok łam Ćwiczenie. Za
razury psmjan niu uk ładu po.
7. 0 przyp n leży uoprawie cie termin lonyzi rozkiasi rabiających C.
8. Studenci, kOźo zoną, suszą Sd czeniem u proz odrobienia l
9. Zeliozeo0 lak a) ad.sete5i . b) pozytywny C) pozytyomycm
W przypedan.: go, niemalej
11 zniozozenia przyrządów lub innych urząuzeć p000tałe Z winy lub nieuwagi ćwiczą cych odpowiadaj; poszczególni studenci lub caby zespół ćwiczeniowy. Załączenia lub wyłączania Źródła napięcia do układu pomiarowego badanych maszyn dokonuje tylko prowadz ący ćwiczenie. Podczas wykonywania ćwiczenia zabrania cip dokonywania jakichkolwiek zmian a układzie połącuać bez uprzedniego uzgzdnieaia Z prowadzącym ćwiczenie. Zauważone nieprawidłowości działąnio oraz uszkodzenia aparatury pomiarowej imaszyn należy zgłosIć po natychmiastowym wyłączenie okładu pomiarowego.
ĆWICZEŃ EKTRYCZNYCH
studenci powinni zapoz-. y urządzeniach elektryczmanny w przypadku porarażenia prądem eloktryczgo przy maszynach wiru-
a aoie aktualnej majanioleola dziekana.
mych na początku saps turnicach.
zeiss-
żanci, koćmy: iće dotyczących bezpieeleeorycznjcti oraz ma-
Sale podanym na
wyela-
sprawozdanie z poprzodachasz-ty i 7 psogmazi,
mym cwićzcniu,
st; ds zwrzzoi wosab pzo.odzcych zajęciu. czad urządzać: aohtrywze sicsćżw iriorwycL exm,one. widzianymi do dnilub walne uszkodzenia
7.
przypadku nieodrobieniw któregoś z ćwiczeć w planowanym terminie należy usprawiedliwić swoj; nieobecność i uzgodnić z prowadzącym zaję cia termin odrobienia ćwiczenia. Trzy nieodrobione ćwiczenia w ustalonyiz rozkładem zajęć terminie mogą spowodować Skreślenie z liwty odrabiających ćwiczenia.
W
8. Studenci, którzy z odrabianego ćwiczenia otrzymaj; ocenę niedoscataczną, muszą zdawać dodatkowe kolokwiom z materiału objętego tym ćwiczeniem u prowadzącego ćwiczenia, w terminie dwutygodniowym od daty odrobienia ćwiczenia. 9. Zaliczenie laboratorium no5tę pue na podstawie: 0) adnotacji w liście obecności o odrobieniu wszystkich ćwiczeń, b) pozynych ocen z zaliczeń poszczególnych ćwiczeń, c) pozytywnych ocen ze sprawczdaż. W przypadkach szczególnyca na podstawie oceny z kolokwium końcowego, niezależnie od rygoru wymie:ionego W punkcie ósmym.
2. TRANSFORMATORY 2.1. PRZYGCTDWANIE Dl
auc.4U
I KONTROLA STANU TdIHIIICZiiEGO
2.1.1. Dane znamionowe. Opis znamion transformatora Dane uwżdocznone na tabliczce znamionowej transformatora noszą nazwę Jego wielkości znamionowych lub znamion. Tabliczki znamionowo transformatorów powinny zawierać między I .ymi następująca dane: a)nazwę lub znak wytwórni, b)nazwę i typ wyrobu, c)numer fabryczny, d)rok wykonania, e)numer normy, wg której transformator jest wykonany, f)częstotliwo znamionową w Hz i liczbę faz, g)noc znamionową w Vi, h)napięcie Znamionowe poszczególnych uzwojeń w V oraz zakres ich regulacji, i)prądy znamionowe poszczególnych uzwojeń w J) zmierzone znamionowe napięcie zwarcia w 36, k) zmIerzone znamionowe straty racy jałowe w 1) zmierzone znamionowe straty mocy w stanie zwarcia w 3) symbol znamionowego rodzaju pracy: C - transformator na prac ę ciągłą, 3) - transformator na pracę dorywczą, P - transformator na pracę przerywano, m)symbol grupy połączeń uzwojaś, n)dane dotyczące sposobu chłodzenia, o)klasę użytych materiałów izolacyjnych, jeżeli jest inna niż A. P) dane dotyczące masy transformatora i oleju. Trsnsforastosjest jednoznacznie opisany przec swoje dane znamionowe, które ogólnie biorąc oxrla ę .mnkt pracy, dla których transformator został zbudowany i oznaczony. lokale zdefiniowanie zrecion transformatora jest o tyli trudne, że w transformatorze kierunek przepływu energii coże być W każdej chwili odwrócony, wskutek czego strona pierwotna stanie sit wtórną, i przeciwnle.Z tego powodu znamiona transfo,.tora (napięcia, prądy, moc) mają w znacznym stopniu charakter umowny.
13
UzwojenIem pierwotnym nazywa nie uwojenie przyłączone do źródła energii przy napięciu, które na być srzetworzone. Uzwojenie wtórne jest uzwojeniem, przez które przetworzona energia -jest oddawana z transformatora przy napięciu podwyższonym lub obniżonym. Uzwojenie górnego namiocie (ON) te uzwojenie o wyższym napięciu znamionowym. Uzwojenie dolnego napięcia 0i) to uzwojenieo niższym napięciu znamionowym. Zaczep znamionowy (główny) to zaczep, który odpowiada napięciu znamionowemu.
sra
ro noszę nazwę
ęózy
ymi
ran ich reguła-
Y.00 znamionowa transformatora S., jest to moc pozorna, wyrażona w yA, na którą transformator został zbudcwany i oznaczony. Jest ona określona jako iloczyn napięcia znamionowego Ną, znamionowego prądu L. i współczynnika skojarzenia
s. .i/TU
„N
toc znamionową Jednej fazy transformatora okreóls Iloczyn znamionowego prądu fazowego i znamionowego napięcia tej fazy w przypadku transformatora jedncfazowego jest to zarazem rot znamionowa transformatora). „Przez obciążenie znamionowe jednej fazy rozumie się íloczyn znamionowego napięcia pierwotnego i znamionowego prądu wtórnego, przeliczonego na stronę napięcia pierwotnego. Napięcie znamionowe transformatora jest to wartość skuteczna napięcia międzyfazowego w stanie ja łowym na znamionowym zaczepie, na które uzwojenie zostało zbudowane i oznaczcne. prąd znamionowy trsnsfcrmatpra to wartoóó skuteczna prądu przewodowego równa mocy znamionowej uzwojenia podzielonej przez napięcie znamionowe i wapółczymaik skojarzenia równy N
SN
Podczas ćwiczenia należy zapoznać się z tabliczką znamionową transformatora i e sprawozdaniu podać jego znamiona. 2.1.2. liadonodci ogólne niż A, me mnsnionoae, transformator
trudne, że w .j chwili oówrónzeoiwne.Z te!ją w znacznym
Przed przyjęciem do eksploatacji trsnsfornatów zainstalowanych na atanisiskach procy należy: s) snrswdzić poprawnoóó montażu transformatorów i urządześ zeiazanyci: z ich procą; 0) sprawdzia zgodnośó wykonania z doiumentacj1 techniczną; c) przeprosaczió odpowiednie próby i badania. Przepisy eksploatacji urządzeń elektroenergetycznych" dzieło tranaforzatory na trzy grapy: o) grupa I obejmuje transformatory o górnym napięciu 220 kV I wyższym oraz transformatory O nocy 100 NVA i większej;
li
P
b) grupa iż obejmuje transformatory o nocy większej niż 1,6 IWA, nie zaliczone do grupy 0; c) grupa III obejmuje transformatory o nocy 1,6 IWA i mniejszej. Przy przyjmowaniu transformatorów do eksploatacji przeprowadza si ę następujące próby i badania: a> badanie stanu izolacji transformatora; b) pomiar reaktancjl zwarcia (rozproszenia) dIa transformatorów grupy I oraz dla trsnoformatorów grupy II o nocy 25 IWA i większej, w przypadku gdy pomiar ten nie był wykenany przez wytwórcę lub zakład remontowy; m) pomiar przekł adni transformatorów grupy I I II dla wszystkich stopni przełącznika zaczepów; d) pomiar reZystancji uzwojeń na wszystkich zaczepach przełącznika, jeśli przełącznik podczas transportu był zdemontowany; e) sprawdzenie działania przełągznika zaczepów; f) sprawdzenie działania urządzeń chłodzących i urzadzeń pomiaru temperatury; g) sprawdzenie działania urządzeń zsbezpteczajęcych, automatyki i terowaflis; h) sprawdzenie szczelnoś ci transformatora; 1) próbę w stanie jałowym polegającą na: pięciokrotnym załą czeniu transformatora do sieci, ruchu transformatora w czasie (1...2) godzin przy napięciu Zwiększomym do 110% napięcia znamionowego uzwojenia regulowanego, trzykrotnym przełą czeniu poóobciążeniowego przełącznika zaczepów; J) próbę ruchu przy obciążeniu, polegającą na trzykrotnym przełączeniu podobciążeniowego przełą cznika zaczepów przy prądzie wyfloszęcys nie mniej niż 30% prądu znamionowego transformatora. Podczas eksploatacji stan techniczny transformatorów, ich zdolność do dalszej pracy I warunki eksploatacji powinny byś kontrolowane oceniane na podstawie wyników przeprowadzonych okresowo ogl ędzin i przegiądów.Przeględ przeprowadza się po odłączeniu napięcia od transformatora, natomiast oględziny nożna przeprowadzid podczas ruchu transformatora. Poćczsscglęózin naleiyw szczególności sprawdzić: a) wskazania przyrządów pomiarowych; b) poziom oleju w olejowskazie olej powinien zawierać się między kreskami oznaczającymi dopuszczalną rśżnioę pozioma; C) szczelność kadzi transformatora i urządzeń obiegu olejowego; d) teooeraturę oleju; e) stan urządzeń pomocniczych; f) stan izolatorów (czystość , ślady wylodowaś ); g) stan połączeń szynowych, urządzeń ochrony przepięciowej i zwarciowej oraz uziemień roboczych i ochronnych; i) stan pomieszczenia transformatora (drzwi, 0115, szczc:nośś daci;). Przcglndy powinny obejcowaś W szczetó;.nóici: a) bOdanie stano izolacji tranofore,otcro; b) pomiar rcaktancji zwarcia rozrrcszcmlo) dla trucfommntorjw grupy I oraz II O > 25 .V;,;
c) pC=lar mz.
e) kcntrażę s i ewentumli g) czy3,mi
2.1.3. 1630 I Zalem4nc
1
-
2
-
I 6 7
i
-
3,.
8
0l.-
laki4glg w ztmaJ
łi.ew zl
9 10 II
rty
09 3
pwq
10
0actm
15
Pcgwa2i
X
a
- wyposageod, -
15 c) pomiar reZystanc3i uzwojeń dla transformatorów grupy 1;
izolatorów; e) kontrolę szczelności obiegu olejowego, usunięcie szlamu Z konserwatora i ewentualne czyszczenie oraz dopełnienie lub wymianę oleju; f) konserwację zestyków 5. połączeń śrubowych; 6) czyszczenie i konserwację urządzeń 5. instalacji pomocniczych.
d) czyszczenie
2.1.3. wyposa żenie podstawowe transformatora trójfazowego wyposażenie podstawowe transformatorów trójfazowych o szoty od 25 kPA do 1600 RPA I napięciu do 33 ky (wg PN-75/Ę-06041) zestawiono w tablicy 2.1. Zalecane rozmieszczenie wyposażenia przedstawiono na rysunku 2.1. Tablica
2.1
Noc transformatora w~ kVA
Lp.
Nazwa wyposażenia
25
630
800
„
I
Konserwator
X
2
Olejcwskaz
X
X
3
Wlew oleju konserwatora
X
X
Lz
Spust oleju konserwatora
5
Przekaźnik gazowo-przepływowy 4h. 25 sus Iskiernik na izolatorach na napięcia 15 ky
6
iwyżaze
X
x
x
-
X
X
X
7
Przełącznik zaczepów do regulacji napięcie w stanie beznapięciowyr z napędem
x
x
8
ylew oleju zza pokrywie
-
X
9
Gniazdo termoretrowe
-
X
10
Termometr rtęciowy maksymalny
-
X
11
Uchwyty do podnoszenia transformatora i części wyjmos,aJ.nej z kadzi
x
X
zł
Zawór spustowy oleju z kadzi
x
X
13
Kurek do pobrania próbek oleju
-
X
15.
Zacisk uzioroowy
X
15
Podwozie
X
X
-
-. -
wyposażenie występuje w danej grupie transforzratorów, wyposa2ene nie występuje w danej grupie transformatorów
X
160
16
Rys.2. 1 2.1.4. Pomiar rezymtancji izolacji -
Badanie stanu izolacji transformatora obejmuje: pomiar wskożnik6w stanu izolacji uzwojeń, prńbt o.ytrzyoaiońci elektrycznej izolacji, bodonle oleju. )O w3kaźnikdw stanu i?tmc3i uzwojeń zalicza Sit: rezyztincJq izolacji uzwijeń i wakainik wspóiczynnjk stratności dielektrycznej (t) I pojennośś izolacji uzwoje,
17 - współczynnik zwianpojomnoóci przy zmianie częstotliwości zasilania lub czasu wyladowania (współczynnik dyspersji dielektrycznej). Sposób pomiaru powyiszyob wielkodci oraz ich wymagane wartości podają odpowiedn2e normy przedmiotowe I „Przepisy eksploatacji urządzeń elektraener. getycznyoh". Podstawowa próbę stanu izolacji, jaką należy wykonać podczas przyjmowania transformatora do eksploatacji prał podczas jego przegladów, jest pomiar rezyctancji izolacji. Rezystancja izolacji nowych transformatorów wykazują bardzo wysokie wartości. Podczas eksploatacji rezyntanzja izolacji na ogół maleje. Do przyczyn jej zmniejszenia zalicza się: - zawilgocenie oleju i części wykonanych z materiałów izolacyjnych stałych, - powstanie osadów na izolacji uzwojeń I częściach izolacyjnych, - starzenie się izolacji. Znaczne zoniejazenie się wartości razystoncji izolacji może spowodować jaj przebicie. Wymagane wartości rezystancji izolacji transforoatorów olejowych o mocy do 1,6 NVA wg „Przepisów eksploatacji urządzeń elektroenergetycznych" podano w tablicy 2.2. Tablica
2.2
Wymagana wartość nie mniejsza niż podana)
Wielkość
Tranoformatory przyjmowane do ekaploata- Transformatory w eksploatacji cji
Rezystancja Łzolacji uzwojeń R60 w układach doziemnych
1000 Mś? (przy temperaturze 20°C)
dla temperatury 30°C: a) transformatory o macy do 314 kVA do 10 kl I powyżej 10 ky I 100 m2 70 hQ b) transformatory o mocy powyżej 315 kto do 10 kV powyżej 10 hO 5O NR
35 MŚ? Wskaźnik R/R15
d Izsiacji uzwo-
1,3
1,15
Rezystancję izolacji uzwojeń należy mierzyć induktorem (megaomomierzem) o napięciu co najmniej 2,5 hO w układach (rys. 2.2): - uzwojenie GM względem uziemionego uzwojenia DN i kadzi, - uzwojanie DN względem uziemionego uzwojenia W1 kadzi, - uzwojenie ON względem D.U.
18
C)
Rys .2.2 Podczas pomiaru obserwuje się zmianę rezystanc3j izolacji w czasie.Zjawisko to można wyjaśnić następująco, Rezystancja izolacji 1) przy czym: U - napięcie induktora przyłożone do izolacji, - prąd płynący podczas pomiaru przez Izolację. Schemat zastępczy ukSadu izolacyjnego przedstawiono na rysunku 2.3a. Zgod-. nłe Z nim + c + gdzie: i, - prąd upływności izolacji - i = UG (G - upiywmośś izolacji); ir - prąd ładowania pojemnodcj idealnych, w których pud wp ływem przyłożonego napięcia odbywa się polaryzacja elektronowa i dipolowa; przepływ tego prądu jest krótkotrwał y - ma charakter wykładniczy ze stałą czasową poniżej I p5; ia - prąd absorpcji płynący na pokrycie strat przy polaryzacji warstwowej V materlażach izolacyjnyc;i (zanika nieraz dopiero pa kilku minutach; czas Zanikania jest tym d łuższy, im izolacja jest bardziej niejednorodna, e w szczególności im zawilgocenie jest większe).
19 b) GM
mR
C
R5
c)
R
o
IM
GO
„S
Rys .2.3
Odpowiednio do malejących w czasie chwilowych wartości prądu I (rys. 2.3k) otrzymuje się rosnące w czasie Wartości rżzystanojl izolacji (rys. 2.3c), wynikające ze wzoru: olacji w czasie.Zja-
R
Po czasie dostatecznie długim, gdy t—ss „ prąd izolac3i
= 0, a rmzystarrcja
=RU =*
rysunku 2.3a. Zgod-
b.crośd izolacji); ryrh pod wpływem ja elektronowa I dialy - ma charakter
rzy polaryzacji warnksraz dopiero po taszy, im izolacja Ości im zawilgocenie
aezystancja Mu jest tym większa, im prąd lu mniejszy. Ody izolacjo jest zawilgocona, to prąd i, jest większy, a przez to I rezystancja R0 jest odpowiednio mniejsza nta w przypadku izolacji suchej (bez wody). Stosunek rezystancji izolacji po 60 s (R60) do rezyatanojl izolacji po 15 a (R15) nazywa się Wakaśnikieo absorpcji. Sakaśnik absorpcjl pozwala ocenić stan zawilgocenia Izolacji. Im jest on mniejszy, tym izolacja jest bardziej zawilgocona. Podczas pomiaru należy zawsze zanotować temperaturę górnej warstwy oleju, gdyż rezystancja izolacji zależy od temperatury. Temperaturę mierzy się termometrem umieszczonym w gniećrizie termometrowyr-. çza.knIqta od dołu rurka) na pokrywie transformatora. Przed wstawieniem termometr-u rurkę trzeba napełnić olejem. „Iyniki pomiarów rezyatanoji izolacji nale ży przeliczyć do umownej temperatury *30°C, mnożąc zmierzaną wartość rezystancji przez współczynnik podany w tablicy 2.3 1 zestawić w tablicy 2.1.
20 T a b lica 2.3 Temperatura pomiaru
°C
Wapółczynnik przeliczeniowy
15 0,5
18
21
24
30
45
0,57
0,66
0,76
1,0
2,0
Tablica
2.4
Temperatur-a górnej warstwy oleju t - ... OC Lp.
I
Uzwojenie
R15
R 0
kił
kił
R150
R600
kił
Mil
R60
Wynik próby
-
-
ON/kadi
2
DN/kadź
3
08/DN
2.2. BADANIE TRANSFORMATORA TROJFAZOWE0O 2.2.1. Pomiar rezystancji uzwojeń prądem stałym Znajomoić dokładnej wartości rezystancji uzwojeń transformatora jest ważna przy próbie nagrzewania, do przeliczenia obciążeniowych strat mocy do innej temperatury oraz do oceny symetrii uzwojeń poszczególnych faz.Porównanie rezystancji uzwojeń poszczególnych faz ułatwia wykrycie zwarć siędzyzwOjowych. Rezystancje uzwojeń mierzy się jedną z następujących metod zapewniających dużą dokładność pomiaru; - metodą costkową - dla rezystancji małych od 0,0001Q do Okoł o 22 mostkiem Thompsona, a od około 112 wzwyż mostkiem eheatstone"a, - metodą techniczną. Mierząc rezystancję metodą techniczną, pomiar należy wykonać szybko i przy takim natężeniu prądu (I< 0,2 ON), aby podczas pomiaru uzwojenie nie nagrzało się. Układ pomiarowy dobiera się do wartości mierzonych rezystancji. 1. Układ połączeń do pomiaru mał ych" rezystancji pokazano no rysunku 2.ia. Wartość mierzonej rezystancji Oblicza się wg wzoru; U U R = --a-me -r gdzie; R - rezystancje mierzona, - rezystancja wewnętrzna woltomterza.
21 eb lico 2.3 30
LsbiiCa
45
IA
M
2.4
Rys .2.6 Aby uchyb systematyczny spowodowany zaniedbaniem poprawki uwzględniającej pobór pradu przez woltomierz nie oinł praktycznie wpływu na dokżodność pomiaru, musi być spełniony warunek, że. - Ry > 1000 R przy pomiarze przyrządami klasy 0,2, 402 R przy pomiarze przyrządami klasy 0,5. - Ry Układ ten Jest ozezególnie przydatny przy po.oiar;e „załych" rezystancji, czyli takich, dla których nie trzeba uwzględniać poprawki. 2. Układ połączeń do posiaru „dużych" rezystancji pokazano na rysunku 2.4b. Wartość mierzonej rezystancji oblicza się wg wzoru: R
- (R2 + R0 )
gdzie: R • R, - rezystaacja wewnętrzna amperomierza L przewodów baczących. Uchyb systematyczny spowodowany zaniedbanie, poprawki uwzględniającej spadek napięcia na azperoaierzu i przewodach łączących nie będzie praktycznie wpływał na dokładność pomiaru, gdy. przy pomiarze przyrządami klasy 0,2, - R2 + Rp<7przy pomiarze przyr ądami klasy 0,5. - R2 * Ukiad ten jest szczególnie przydatny przy pomiarze „duiych° rezystancji, tzn. takich, gdy nie trzeba uwzględniać poprawki. Jeśli uwzględnia się poprawkę, nie ma ograniczeń co do wartości rezystancji mierzonej w każdym z rozpatrywanych układów. Ważną funkcję w układach pomiarowych z rysunku 2.6 spełnia wyłącznik W obwodzie Woltosiorza. Maszyny elektryczne mają uzwojenia o znacznej indukcyjności L. przerwania przepływu prądu w uzwojeniu o dużej indukcyjności powoduje wyindukowanie się w nim siły elektromotorycznej e .. L . Wartość tej siły noże wielokrotnie przewyższać zakres pomiarowy woltomierza. Aby zapobiec uszkodzeniu woltomierza, przy odłączaniu żrddła zasilania należy bezwzględnie najpierw ośłpczyć woltomierz, u dopiero potem odłęozyć źródło zasilania. Rezystancje uzwojeń należy, mierzyć pomiędzy. liniowymi zaciskami transformatora. Rezystancje faz oblicza się z poniższych wzorów. 1. Przypadek połączenia uzwojeń w gwiazdę oraz w zygzak z wyprowadzonym przewodem neutralnym (zerowym) - rezyatanc5e fazowe mierzy się bezpośrednio pomiędzy odpowiednio zaciskienm,fazowyn a zaciskiem neutralnym,
22 o ile rezystancja przewodu neutralnego nie przekracza 296 rezystancji fazowej. średnia rezystancja uzwojeń tezowych: C
R •
Be
gdzie: R - ńrednia wartość rezystancji fazowej, Rt, RB, Rc - rezyatancja poszczególnych uzwojeń fazowych (razystancje fazowe). Przypadek połączenia uzwojeń w gwiazdę z niedostępnym punktem gwiazdowy!:::
R
2 -
R
8
+ BBC Rcń 2
Be
= Bi0 • R0c RAB 2 Rż3 +RBC
gdzie: RAB,
Rta, R
C
Rct
- rczystancje pomierzone między zaciskami fazowymi.
3. Przypadek połączenia uzwojeń w trójkąt: 2Biż BBc R A BBABBC - BBB 2RAB
Beż
- Beż R *
.
BBC
RAB *BB_R
RB
+
RAB
- BBC
2
RB RAB+RCA_RBC
Be
BBc - RAB
- Ą
BC 2
- Beż
Be
Rezyatancję uzwojenia w stanie zimnym należy mierzyć 3 razy. Każdy pomiar wykonuje się przy innej wartości prądu. Za wartość rezystancji przyjcuje się średnią arytmetyczną z trzech pomiarów. Przeliczenie rezystancjj do temperatury odniesieńie .750C W transformatorach energetycznych stosuje się zwykle izolację klasy A. rn.a izolacji tej klasy przyjrmje się temperaturę odniesienia .750C (348 X). Rezystancję uzwojeń przelicza się według wzorów: a) uzwojenia miedziane R -
=R -235*t
23 rezymtoncji
b) uzwojenia aluminiowe R_ 225.75 225~t
R-75 gdzie: t
-
R_75
fazowych (razy-
-
podczas pomiaru, zmierzona wartość rezystancji w temperaturze t, wartość rezyatancjż w temperaturze +75°C.
temperatura uzwojenia
wyniki pomiarów rezystancji uzwoeó zestawia się w tablicy 2.5a i w ta-" punktem gwiazdo-
blicy 2.5b. Tablica 2.5a
Temperatura uzwojeń: t Uzwojenie GN lub DN
-
C
... °
Zaciski
U
I
-
V
A
R j (R")
2
12
(Ka)
AR
acskarsi fazowymi.
(R. ")
TRblica 2.5b Uzwcense
R ,
waza
R
R 75
2.
razy. Każdy po-
ezyst005j1 przyj-
zolazję klasy A.
aSa .750C (348 X).
Wzory
do obliczeń: R4
W+ R"
+
-
R -R ..l. 100.
W zasadzie rezyątancjo fazowe transformatora nie powinny się różnić więcej niż 3)ó od wartości średniej.
24 2.2.. Pomiar przekładni Przekładnia zwo)owa jest to (niezalełnie od układu połączeń uzwojeń) stosunek liczby zwojów jednej fazy uzwojenia N do liczby zwojów jednej fazy uzwojenia DN: ZDN
Z -
- Z2
Przekładnia napięciowa fazowo jest to stosunek napięcia na fazie uzwojenie GO do napięcia na fazie uzwojenia DN wstanie jałowym:
ijF U70 gdyż: U20f 2• ° U1f rółni się od cia wywołany prądem stanu jałowego.
E2
ł tylko o bardzo mały Spadek napię-
Poniewał siło elektromotoryczna transformacji indukowana w uzwojeniu fazowym o Z zwojach przez strumień zmieniający Olę z częstotliwością Z = 4,44 F
z4
a przy połączeniu uzwojenia w zygzak: -
4,44 F z
= z dla układów połączeń Yy, Yd, Dy, Dd. dla --z 13
układów połączeń Yz. i Dz.
Przekładni0 naoięciowp transformatora (przekładnię międzyzaciskową lub krótko przekładnią) nazywa się stosunek napięd mię zyfazowych znamionowych uzwojenia górnego napięcia i uzwojenia dolnego napięcia w stanie jałowym:
=
ul
lJ 2N D20 Przekładnia napięciowa zależy odprzekładnj zwojowej i od układu połączenia uzwojeń górnego I dolnego napięcia:
9= W W tablicy 2.6 zestawiono wartości współczynnika W dla różnych układów połączeń uzwojeń. Tablico 2.6 [kład połączeń uzwojeń k
Yy
Yd
1
1]"
Yz 21f "
Dy 1//
Dz 1
2/3
25 lad połączeń uzwojeń) m liczby zwojów jednej
napięcia na fazie uzwomtaOie ełowym:
Ponieważ w transformatorze nie można zmierzyć ani SWI. E, ani liczby zwojów, mierzy się przekładnię napięciową. Jeżeli do nastawienia napięcia transformator ma oswojenia o regulowanej liczbie zwojów, przekładnię mierzy się dla wszystkich zaczepów. Konieczne jest również sprawdzenie prawidłowości oznaczeń na przełączniku zaczepów. Przekładnię należy sprawdzać jedną z metod: - metodą kompensacyjną , np. ze pomocą kompensatora Kellera, - metodą prądu przemiennego za pomocą dwóch wcitomierzy, za pomocą transformatora wzorcowego.
-
1.S.-.---
bardzo szły spadek napię
1akewana W oswojeniu my się z częstotilwod-
Ul
Rys .2.5
lę międzyzaciskową lub 4syfazsWych znamionowych pqoLe w at5nje jałowym,
Schemat połączeń do sprawdzenia przekładni metodą prądu przemiennego zż pomocą dwóch woltomierzy podano na rysunku 2.5. Transformator należy zasilić napięciem 3-fazowym o wartości mieszczącej się w granicach IJ = (1 e 100)% u1 .. W zolu wyeliminowania przekładników z układu pomiarowego uzwojeń wysokiego napięcia pomiar przekładni wykonuje się przy napięciu obniżonym. Aby zmniejszyć uchyb pomiaru spowodowany niesyoetrią napięć , należy załączyć woltomierze pomiędzy zaciski oznaczone tymi samymi literaci p5
stronie pierwotnej i wtórnej. Dopuszczalna odchyłka przekiodnł przybiera mniejszą z następujących wartości: - ± 0,5% w odniesieniu do przekł adni znamionowej. - ± 10% w odniesieniu do znamionowego napięcia zwarcia wyrażonego w %.
j i od układu połącze-
Wyniki pomiarów zestawia siq w tablicy
2.7. Tablica
ila różnych układów poZaczep Tabiics
Zaciski
1MB/2625
I IBIC/2B2C Zaciski I
2.6 BI
Dy
Od
Dz
1
2/3
l1
20
CI
Zaciski
1016/2026
Ul
20
F
2.7
26 izory
: 100,
1_ gdzie:
i =u 2N
przekłodnia znamionowa dla danego zaczepu.
2.2.3. Próba stanu jałowego
mi.nlm
Celem próby stanu latowego jest wyznaczenie jałowych strat mocy (strat mocy w rdzeniu) oraz pradu stanu ja łowego (prądu jałowego) transformatora. Przy próbie stanu jałowegazasila się na ogół stronę dolnego napiecia. Decyduje o tym dostępne źródło napięcia zasilającego. W stanie jałowym transformator pobiera moc czynną, Lecz jej ni wydaje. NOc czynna pobrana przez transformator w stanie jałowym (P10) obejmuje: - straty nocy w uzwojeniu pierwotnym wywołane prądem stanu jałowego „u1o" straty mocy w rdzeniu transformatora wskutek histerezy iprądów wirowych, nazywane stratami w żelazie - dodatkowe straty mocy w kadzi imetalowych częściach konstrukcji wsporczych, - dielektryczne straty nocy. Straty nocy dodatkowe i dielektryczne na ogół się p000ja. Straty u1O można obłlszyś znając ~stancję uzwojeń strony pierwotnej I prąd stanu jałowego. Straty mocy w drzeniu:
-
Pi
ul0
Ponieważ straty mocy w uzwojeniu pierwotnym wywołane prądem stanu jałowego są przy napięciu znamionowym znacznie maie3sze od strat mocy w rdzeniu, często przyjmuje się, ż ePF. P10. Jak wiadomo, straty mocy w rdzeniu zależę od Indukcji magnetycznej występującej w rdzeniu, od częstotliwości, a takie od kształtu krzywej napięcia. Dlatego próbę stanu jałowego należy przeprowadzać przy częstotliwości znamionowej ipraktycznie sinusoidalnej krzywej napięcia. Wówczas:
=
cBmm c1U1
ł kkadnk potęgi a zależy cd wartości indukcji iod gatunku blachy transforma-carowej. W zakresio wartości indukcji stosowanych w transformatorach = 2 + 3, przy czym wartości zbliżone do 2 odnoszą się do rdzenia z blachy gorącowaloowanej, zaś zbliżone do 3 - zimnowalcowanej. w iniarq zclniej= szania indukcji D. odpowiednio naleje. Przy stalej częstotliwości s=g, 5 w stanie jałowym z U1.
„
I
27 Pomiary w stanie jałowym należy przeprowadzić w nie mniej niż piąciu punktach w zakresie napięć (0,8 9 1,1) U w tej liczbie także przy napięciu znamionowym. Rozszerzenie zakresu napięć pozwała ocenić wpływ wahać napięcia zasilającego transformator na pobór mocy biernej, która przy próbie stanu jałowego jest praktycznie równa mocy biernej magnesującej. Prąd stanu jałowego 10 jest suną geometryczną biernego prądu magnesującego oraz czynnego prądu łyd:
-110
= 'Fel *
„p1
Składowa bierna prądu jałowego 1 1 jest potrzebna do wytworzenia strumienia aagnetycznego, który jest no śnikiem energii w transformatorze, natomiast składowe czynna 1Fe1 na straty mocy w rdzeniu. Dla wopółczeinie produkowanych transformatorów o rdzeniach z blachy transformatorowej zimnowalcowanej prąd 11 ..<5% dla mocy > 25 kPi, O dla nosy 1 kPA 1%. Ponieważ rdzeć transformatora jest niesymetryczny (nie—~ reluktanc3e obwodów magnetycznych dlo poszczególnych fez) • prąd stanu jałowego płynący W uzwojeniu umieszczonym no kolumnie środkowej jest mniejszy ni ż prądy w uzwojeniach w kolumnach skrajnych. „Schemat układu pomiarowego podano na rysunku 2.6 Wyniki poniarós, i oblioześ zestawia oię w tablicy 2.6.
Ryo.2.5 Tablica 2.8 Częstotliwość f • 50 Hz Rezystancja fazy uzwojenia pierwotnego R Z pomiarów
Lp.
1A8 9C Dc,, Di SA I
-
y
V
V
V
A
Z obliczeć P10 .05f10 0101 6pulo
I
A 1,
A
Y
W
W
-
PAR
W
„Fe j.i 1Pel WA
A
28 Wzory do obliczeń, Ul - 13 (U 110
3
U9 •
(I * IB
1C)
Plo =F.+ pio lub cos 10 ;:;0
cos lo =
Oio - P 0t9 0 lub Plo dla gwiazdy 2,Pulo
P +P
Qlo= ( U1I10)2
10
u1O
3IoR_1
dla trójkata
.Jol_, X
- 110sin 10 i 1Fel 10,11f10
gdzie: U 1 1 UABIU81"CA - napiącia niędzyprzewodowe, I, I10 I}1 1Fel - prądy przewodowe. Na podstawie wyników z tablicy 2.8 wykreśla się charakterystyki: cos( 2(U1) - rysunek 2.7.
i" Fel"Fe"
b)
B Rys. 2 • 7 Dla charakterystyki l1o - t(U 1 ) W całym zakresie napięć obserwujesię,e skiadowa bierna prądu stanu jałowego I__jest znacznie iększa od jego obiadowej czynnej 1Pe1" Dlatego 110 aprzebieg cha+ 1Pel rakterystyki - 2(U) jest zbliżony do przebiegu charakterystyki sagflanowania I - 2(01). Zależnoćć prądu 110 od napięcie U1 jest bardzo 3,1 skomplikowana. W uproszczeniu nożna wyrazić ją wzoren:
29 10 - °2°l Wykładnik potęgi9 zależy od wartości indukcji w rdzeniu (napięcia i od gatunku blachy transformatorowej. Dla napięć bliskich znamionowemu JA - 3... 5. Gdy napięcie maleje, wartoś djl również maleje i w przebiegu początkowym charakterystyki 110 1(U1 ) spada poniżej 1. Charakterystyka AP., = 1(U1 ) przebiega W sposób zbliżony do parabolicznego, gdyż Ap, Dla charakterystyki cos zależność oos ( od napięcia U1 cożnn prbadstswić w postaci: li u1c2 -
5
- 10
Krzywa cos(q13 = 1(U1) dla wyższych napięć jest opadająca, a
W
przebiegu
początkowym nieco rosnąca. Poniewai sin4"10 1, to ma nie10 wielką wartość. Wartości procentowe przy napięciu znamionowym oblicze się wg wzoriw: - prądu stanu jakowego 110%
kterystyki:
210
. 100
- mocy pobranej W stanie jałowym I1O
plo 10%Z
100,
gdzie: I,Z - prąd znamionowy strocy pierwotnej transformatora, SN - noc znamionowa transformatora. Wartoćyi procentowe są w zasadzie takie same dla Obu stron transformatora. Wyniki pomiarów i obliczeri dla próby stanu ja łowego przy napięciu znamionowym zestawia się w tablicy 2.9. T a b 1 i C a 2.9 10
i0
LiPy0
w
ć obserwujeai.ę,te jego e tiększa od s przebieg cha-
arakteryatyki magia 131 jest bardzo
CO53
-
io
-.
30
I
Próba stanu zwarcia 2.2.i.1. Cel I przebieg próby utnu zwarcia Celem próby stanu zwarcia, zwanej też zwarĆien pomiarowym, jest wyzr.aczenie napięcia zwarcia oraz obcia żeniowych strat nocy na zaczepie podstawowyn. Przy próbie stanu zwarcia zwiera si ę uzwojenie wtórne (na ogół st"onę dolnego napię cia, co podyktowane jest dost ępnyci ś ródłem zasilania), natomiast uzwo3enie pierwotne zasila si ę napięciem 006tawiaonym od zera ds takiej wartodci, przy której przez uzwojenia transformatora przepływać będą prądy znamionowe. Napięcie pIerwotne, przy którym or2ez uzwojenia zwartego transformatora przeplywalil prądy znamionowe I,, nazywa si ę napięciem zwarcia transformatora • Napięcie zwarcia transformatora Podaje si ę zwykle jako wartośd procentową odniesioną do napięcia znamionowego, czyli: Uz% =
S 100.
Noc czynna P. pobrana przez transformator podczas prNby stanu zwarcia obejmuje: - straty mocy w uzwojeniach, - straty mocy w metalowych czędciach obudowy 1 konstrukcji, - straty mocy w rdzeniu. Straty macy w rdzeniu jako bardzo ca łe w stosunku do pozostałych strat macy pomija się nawet przy dużych napięciach zwarcia (gdyż P 0 - c1U patrz pkt. 2.2.3). Dlatego z wystarczającą w praktyce dakaadnośclę przyjmuje się, że noc czynna pobrana podczas próby stanu zwarcia jest w przybliżeniu równe obciążeniowym stratom osty, czyli P2 - lPObc. Obciążeniowe straty mocy obejmują : - pcdotawmwe straty mocy pod, - dodatkowe straty mocy PodstawowymI stratami macy nazywa si ę moc wydzieloną na rezyntancjach uzwojeń zmierzonych prądem stałym. Dodatkowe straty macy powstają wskutek Prądów wirowych wywolanych przez zmienne w czasie strumienie rozproszenia. Obejsują one dodatkowe straty mocy w uzwojeniach oraz straty mocy w metalowych częściach konstrukcji transformatora. ą!artmóń skuteczną ustalonego prądu zwarcia występującego przy napięciu znsmłonowym oblicza się z wzoru: 100
Ui .
Powyższy związek wskazuje, że ustalony prą d zwarcie występujący przy napIęciu znamionowym jest tyle razy wię kszy od prądu znamionowego, ile razy napięcie zospionste jest większe od napięcia zwarcia. „I celu ograniczenia tego prędu transformatory powinny mień odpowiednio duż e Wartości napi ęcia
(- ex
lia 1,19
r2g 5ą
gijpa
31 rwarcia A to tym większe, im większa jest moc znacionow transformatora, nP.: Ala 630 kVA wymagano wartość napięcia zwarcia UZ%4%; śle S3 - (631.. .1600) sWĄ wymagana wartość napięcia zwarcia Uz56 > 5%; 31a S3 i 25 3WA przy 110 k wymagana wartość napięcia zwarcia U )i0%, a przy U) 110 ky wymagana wartość napięcia zwarcia U i2,5%. Schemat poięczeń do próby stanu zwarcia podano na rysunku 2.8. Wyniki pomiarów I obliczeń zestawia się w tablicy 2.10.
R.napCeia_
S
T
Rys.2.8 T a b 1 I c a 2.10 Temperatura uzwojeń: t - ... Lp. V
BC
CA
V
V
-;;-
l
IC
„iz
P,(
5
V
Wzory do obliczeń: U1 =
(Uda • UBC
Ii(I. „a""" 1z
w + Pp
CO51 - _j_4___
11z
lub
CO5(ł;z
1 -
2
____
*•
p12
zos
Or 32 Na podstawie wynikśw z tablicy 2.10 wykreśla się charakterystyki: i, coa(‚ i(U. - rysunek 2.9. Dla chaz-akteryayk: 11z - 1(h) cOa
= f(Ui) prąd zwarcie
(dla gwiazdy
1lfz =
ifz
I
i±.
dla trójkąt.
„hz -p), a współczynnik mocy przy
o,/.
u
zwarciu coaf1 _!li.ImpedOncja zwar-
2 Z .,. Przy stełej C X' częstotliwości reaktancja zwarcic = sonat, c jednocześnie w stałej temperaturze rezystancja zwarcia conot. Reaktancja )C nie zależy od napięcia U1 ani od tamperatury, ponieważ strumień rozproszenia Występuje głiossie W materiałach niemagnetycznych (układ izolacyjny, uzwojenie). Wpływu nasycania żelaza znajdującego się na drodze strumienia rozproszenia praktycznie nie zauwa ża się. Konsekwencją stałości raktancji X51 oraz rezystanc2j ilzi, s tym samym impdeancji Zzl , jest prostoliniowy Przebieg charakterystyk: 1 12: COS(jt f(ili). Charakterystyka p12 - 1(U1 ) ma przebieg prawie paraboliczny, gdy o ą 2 1z zl1lfz « 1 Iz Wartości dla prądu znamionowego należy zestawić w tablicy 2.11. cia Z7
Rys.2.9
Tablica 2.11 Temperatura uzwojeń: t - ... Uz
11N
iz
1z
ain10
2.2.4.2. Przeiic2enie Wyników próby stanu zwarcic do temperatury Odfliesię_ flis *75°C Zmierzone wartości obciążeniowych strat mocy I napi ęcie zwarcia należy przeliczyć do temperatury odniesienia .750 C (348 K). Dopiero Wartości prze liczone można porównywać z danymi zneoionowysi transformatora. Podstawowe straty mocy w uzwojeniach przy prądzie znamionowym i temperaturze t Oblicza się z wzoru:
33 (12
2 + 1N"2)
pod
ul 01
gdzie: l,ni , IUN - znamionowy prąd fazowy odpowiednio uzwojenia pierwotnegó i wtórnego, - średnie rezystancje uzwojeń fazowych pierwotnego R1 , R2 wtórnego zimnego transformatora zmierzone prądem otałym (pkt. 2.2.1). Dodatkowe straty mocy:
przy zwar.
„z dod = z
pod
Obydwa rodzaje strat nocy przelicza się do temperatury odniesienia +75 ag wzorów: a) dla uzwojenia miedzianego
201
ury, gneują-
Apz pod 75
235 • 75 z pod 235 * t
Z dod 75
235.t z dod 235 + 75
im- 5) dla uzwojenia aluminiowego z = Apz pod 75
225.75 „z pod 225 * t
225+t z dod 75 * z dod 225 + 75 gdzie: O -. temperatura uzwojeń przy próbie stanu zwarcia. 2.11
Obciążeniowe straty mocy przy temperaturze *750C: obc 75
pod 75 •
z dod 75
Napięcie zwarcia przy temperaturze .750C: 75)2 Uz 75 - Uz\jsia2:z • Wartości procentowe napięcia zwarcia t obc żeniowych strat mocy oblicza się wg wzorów: ul = 25 100 uri ole-
leży przeope-
6p0b° 75 S3
100
gdzie: 153 - napięcie znamionowe strony pierwotnej, 53 - nom znamionowa transformatora.
2.2.4.3. h"znaczanie współczynnika dodatkowych strat mocy Współczynnik dodatkowych strat nocy (współczynnik strat dodatkowych) sbc
dod 75
pad 75
„z Pod 75
2.2.4.4. Wyznaczenie izpedancji zwarcia Wyniki próby otarni zwarcie przeliczone do temperatury +750C (ewentualnie wertodci z ponterów) służą również do obliczenia impedancjl zwarcia. Impedancja zwarcia Z2 = + 3 X2 jest hnpadancją, jaką zwarty transformator przeciwstawia prądowi pierwotnemu. Schemat zastępczy transformatora dla stanu zwarcia przedstawiono na rysunku 2.10. Crnpedancję zwarcia rezystancję zwarcia R2 i reaktaso3ę zwarcia X Oblicza się wg wzorów zećtawionych w tablicy 2.12. Wzory te pozwalają wyznaczyć parametry razowe (dla jednaj fazy transformatora).
IRX zf Rys .2 . 10 Tabl i co 2.12
Gwiazda
Impeancja zwarcia Z2
Trójkąt
z I
Zz cos 2
Rczystancja zwarcia
paka
3 IN
Reaktancja zwarcie Zz
ir Z2 siip2
eal„cia. tortora
35 we wzorach dla skrócenia zapisu przy oznaczaniu wíelkoàci pominięto liczbę 75. Do wzorów nsleiy podstawić napięcie zwarcia aiędzyfszowe i prąd znamionowy przewodowy. Impodancje wyznaczone z próby stanu zwarcia są impadancjami transforsmcra dla skiadowych symetrycznych zgojinej i przeciwnej (napięcia I prądu).. impedancjo zwarcia transformatora dla składowej zgodne I przeciwnej są równe. Znamionowy prad fazowy I wywołuje znamionowe fazowe straty napięcia: - na rezyatnncji zwarcia URf R2 'fN1 - na ranktanoji zwarcia 0Xf = x „fU" - na Impadencji zwarcia 0Zf = Z Iffl (napięcie zwarcia na fazie uzwojenia). Jedli straty napięcia wyrazić w procentach znamionowago napięcia na fezie uzwojenia otrzymu3o się odpowiednie procentowe straty napięcia: U U U - •100; U )04-0fN P100; = jz = . 100 Wnpóiccynnii mocy przy zwarciu można obliczyć ze wzoru: UR - U2%
cosę
c
13z%
0tateczna wyniki próby stanu zwarcia, odpowiadające prądowi znamionowemu, zestawie się w tablicy 2.13. Tablica 2.13 U,%
H
obc75
obc%ó
U
cos)"
I
Z
2z
1z
k
-
Na podstawie wyników z tablicy 2.13 naleśy wykreślić trójkąt zwarcia (rys. 2.11) i wykres wskazowy transformatora przy zwarciu (rys. 2.12).
ZZ
A2
T\
ZZIęNzUZfX
'X,
R7 Rys.2.11
Rys.2.12
2.2.5. Wyznaczenie parametrów schematu zastępczego transformatora Schemat zastępczy transformatora w postaci odpowiadającej czwórnikowi w układzie T przedstawiono na rysunku 2.13. Schemat zbudosyna jest dla jednej fazy transformatora, a więc wszystkie wielkości no sio zaznaczone - prądy, napięcia, impedanc3e - są wielkodciaci fazowymi. R
ąrl
(.1.
Rf
x®
LJ --J
Rys .2 . 13 Schemat zastępczy transformatora przedstawiony na rysunku 2.13 jest schematem dla składowych symetrycznych kolejności zgodnej i przeciwnej. Schematy zastępcze transformatora dla składowych zgodnej i przeciwnej są jednakowe, tors. że odpowiednie parametry schematów zastępczych są takie 0500.
Na rysunku 2,13 przyjęto, że transformator jest Zasilany od strony górnego napięcia (wówczas przekładnia transformatora 1), a w związku z tyrs wszystkie parametry obwodu napięcia dolnego, jak również iopedanmję odbiornika przeliczono na stronę napięcia górnego. Parametry strony górnago napięcia wyróżniono indeksem 1, natomiast strony dolnego napięcia indeksem 2. Przeliczenie wykonuje się na podstawie p:zekładni napięciowej fazowej (pkt. 2.2.2):
12f
„2f -
„32f
„
f
ł1f
N2f
Na podstawie równoważności strat "cY występujących w uzwojeniu dolnego napięcia wywołanych prądem rzeczywiście płynącym oraz prądem sprowadzonym:
Xr2
X,2 19-2
odb „
2odb
Schemat zastępczy transformatora oprowadzony na stronę górnego napięcia można również przedstawić sr postaci jak na rysunku 2.14, na którym impedancje poszczególnych uzwojeś transformatora określają związki:
37 ii
=
O
jX1 z1
W -
::: :
=
•
z,
_________________ -
%
1:artości parametrów schematu zaatys 2 14 tęp000go wyznacza się na podstawie prób: stanu jałowego (mit. 2.2.3) i stanu zwarcia (pkt. 2.2.i.).tyniki próby stanu jałowego służą do wyznaczenia parametrów ga łęzi poprzecznej,tzn. reaktancji magnesującej (głównej) X 1 oraz rezystancji zastępczej strat mc07 w rdzeniu Fel 'Parametry te oblicza się wg wzorów zeatawonyoh W tablicy 2.14. TabIioa
Gwiazda
Rezyotsnoja ą$el
e
R10
2.14
Trójk1:
P7
?
u.
Reaktanc.3a X1 V",21
F3 1,0
„p1
113
IYe wzorach należy podstawić napięcie cliędzyfazowa, prąd przewodowy, pr ąd stanu jał owego i straty mocy w rdzeniu odpowiadające napieciu znaml000wełlaż. Podstawiając do wzorów z tablicy 2.14 różna Wartości napięcia U, oraz cdamWiads3ące temu napięciu witości strat mocy w rdzeniu 6P, I prądu magnesującego I, można uzyókać charakterystyki:X, ąmi = f(ul) - rysunek 2.15. Przebiegi tych charakterystyk wynikają za skomplikowanej RFĘlX,l zależności strat mocy w rdzeniu 6P., oraz pradu magnesującego I 1 od napięcia U, (pkt. 22.3). t uproszczeniu wzory opisujące zależność raaktancji 1 rezyatancji Fel RFel od napięcia U1 nożna przedstawić w postaci:
XPI =
Ulf
-
„plr
'U21'- 1 Pel pFe cU przy czyn: „j3 f(U1).
(2-«) • 1
O. łys.2.15
f
F
38 Opierając sig na wynikach próby stanu zwarcia, można wyznacoyó parametry gałęzi podtużnej: reaktancję rozproszenia uzwojenia ON - X,, 1 i uzwoje:ia DN - N r2 oraz rezyataocje reprezentujące obciąż eniowe straty mocy w tych uzwojeniach: R1 I R2. Roaktancja zwarcia - Xri * SYznaczenie reaktancji rozproszenIa każdego z uzwojeń oddzielnie nie jest zoiliwe, gdy ż strumień rozproszenia występują cy w transformatorze jest wytworzony przez oba uzwojenia i dok ładny rozdział tego strumienia na części wytworzone przez każde Z uwzojeń i odpowiednio z tymi uzwojeniami Skojarzone nie jest możliwy. N przybliżeniu przyjmuje się, iC permeoncje (przewodności magnetyczne) dla strumieni rozproszenia obu uzwojeń są takie same, czyli Ar2 Wówczas X,1
X "r2 2
Rezystancja zwarcis Rz i - R1 + Doktadne rozdzielenie rezystancji Ri na R1 i R również nie jest możliwe. Rezystancja zwarcia okre ślona jest zależnością: R21 = kdl
R1_ + kd2 R22- = k
(R1_ + R_)
gdzie: 1" R2_ - rezystancje uzwojeń, odpowiednio strony ON i ON,zmierzo... ne prądem stał ym (pkt. 2.2.1), kai. kd2 - wspó łczynniki dodatkowych strat macy odpowiednio w uzwojeniu GN L DN, - wa6łczynnjk Ca łkowitych dodatkowych strat mocy. Z próby Stanu zwarcie nie można wyznaczyć współczynników kdl i kó2, a jedynie współczynnik k (pkt. 2.2.4.3). Jedli uzwojenia obu stron transformatora wykonane są przewodami o zblizonych przekrojach, czyli gdy S2 mo żna przyjąć, że kói - kó2 = kó. Tym samym zakłada się, że R. 1 do R1 mają alę w takim samym stosunku jak R2 do R2 . Zatem Ni R1
Rzi R1 - R21 - R1
Gdy przekrój przewodu uzwojenia DN jest znacznie większy niż uzwojenia ON, czyli gdy S2lS1, mo żna przyjąć, że dodatkowe straty mocy Wydzielają się jedynie w uzwojeniu DI, czyli ż e k dl = 1 a 5d2 - kś. Zatem R1 = - R1.
39
zwonocy
transformatorze dwuuzwojeniowym moce znamionowe obu uzwojeń są takie same. Srednie dlugoóci zwojów obu uzwojeń nie różnią się, znacznie od siakie, a przekroje przewodów są proporcjonalne do prądów znamionowych. Oleteęo niekiedy w przybliżeniu przyjmuje się, że 21
nie jest zękooje kie
=
Dla schematu zastępczego z rysunku 2.14 często przyjmuje się, że 11
21
Zz i 2
Obliczone parametry schematu zast ępczego transformatora dla schematu z rysunku 2.13 należy 2anieścić W tablicy 2.15a, a dla schematu z rysunku 2.14 w tablicy 2.15b.kbrtości parametrów należy również podać na schemacie zastępczym transformatora. Tablice 2.15a
).1 12
lei 12
Rzi
Ri
tri 12
=
-
ir2
„ zl
12
Tab1 iCS
2.15b
2.2.ę. Vykonanie wYkresu wakazowego transformatora Ile zadanych co do wartoóci i charakter-u obciążej transformatora należy narycown. wykresy „ skazowe. ż ykrms Wskazcsy transformatora wykonany jest dla jednaj fazy tronforrntor, S więc wszyntkie napięcia i prądy na nim zaznaczona sę wielkoitiemi fazowymi. Na rysunku 2.15 przedstawiono wykresy wokazowe transformatora Obciążonego tólio aaayc prąder 12f przy trzech r6nych uartcćciach współczynnika mamy odbiornika, tj. obciąkeniu cmynn-induinyjnyn n (oma 2" obciążeniu czynnyn icos 1) Oraz ObcfaćefliU czynno_pojemnoloiowy
41 S wykresów widać , że kąt jest zawsze 001153 korzystny niż kąt obciążenia 2" poniOwnl transformator otciąża dródło zasilające mocą bierną indukcyjną niezbędną do wytworzenie strumienia magnetycznego. No żna również zauważyć , że charakter obciążenia transformatora ma istotny wp ływ na wartość napięcie wtórnego U Wykresy z rysunku 2.16 odpowiadają sposobom u2 jęcia schematowi zastę pczemu transformatora, sprowadzonemu na stron ę napię cia górnego, a przedstawíonemu na rysunku 2.13. Sposób rysowania wykresu wakazowego transformatora zależy od danych wyjściowych. Przykładowo: 1. Dane: 11f" cOs. Rysuje się napięcie 01f przesunięty względem niego o kąt qi prąd l. Od napłęcis U odejmuje się straty napięcia na reaktancji X,1 - XriIiii. (i-prostopadły do) oraz relig zystsncji R1 - R1 I1 I Z.. (II - równoległ y do). Jako Wynik otrzymuje się alkę elektronotoryozmę E1. E f • Względem sił y elektrocotorycz_ mej rysuje się przesunięty o kąt gO° strusieś nagnetyozny( który ją indukuje. Nastę pnie rysuje się prądy 11 Oraz 11 geometrycznym zsumowaniu których otrzymuje się prąd Prąd °2f otrzymuje się jako różnicę geometryczną prądów tif oraz Oa siły elektromotorycznej t 1f odejmuje się straty napię cia no reektoncji X,2 - X;2Ii.I g oraz na rezystansji R - R2l2 I2f otrzymuj ąc jako różnicę napięcie ł5f . Z wykresu moż na odczytać : 52f" L f , coao2 . S. Danę:U2 , T" CO5 2. Rysuje się napięcie U2 i przesunięty względem niego O kąt rfo prąd 12f" Do napięcia u2 dodaje się straty napięcia oraz X.2 I 2 .j5, Jako wynik otrzymuje się siłę elektromotoryczną Elf Z, względom której jest przesunię ty o kąt 900 atrumieć magnetyczny Nastę pnie rysuje się prąd 1 if 4 Orso Prąd jest sumę geometryczną prą Sumując dów „pif oraz 1yelg" geometrycznie prądy otrzymuj si ę prąd 1• Dodając do lof sił y elektromotorycznej F straty napi ęcia R1 I 1 1 lf oraz Xrilifil i f uzyskuje się napięcie 5• Z Wykresu noż na odczytać: 51f 11f °°5?y Dane: U if 12f cos. W tym przypadku wykres wskazowy transformatora nożna narysować jedynie przy pominięciu prądu jał owego, czyli przy założeniu, że 1 = 111.Sposób ten ilustruje rysunek 2,17. Rysuje się prostą przechodząca przez punkty DA", na której b ędzie leżzł wskaz napięcia i przesunięty względem niego O kąt 2 prąd punktu O zatacza się Suk O promieniu U1 . Z punktu ż " rysu5e się stratę napięcia R0 I II I I dodaje do niej stratę napięcia X2 I f iI f . Nastę pnie otrzymany trójkąt zwarcia i"s"c" należy przesunąć do potażenim ABC, tak by OC = U 1 . Wówczas o U. 2 wykresu można odczytać: Uí f Oraz 005%. Z wykresu wskazowego transformatora nożna także odczytać wartość zoien= ości n5pięca (pkt. 2.2.7).
I f
I4f
!y3.2.17 2.2.7. yznaczenię zm!ennoścl napięcia transornatora 3madmk napięcia transformatora jest to rdinica algebraiczna między napięciem pierwotnym a odniesionym do obwodu pierwotnego napięciem wt6rnym: =
- 01 -
- U
Gdy
i ui:i, 20 rektyce r -zy3ęcn pcdawad spadek napiec12 mioncwst 2
W
prccentach napięcia zms-
- 2: 2 22
20
Przeisztalcając p 70sz zaie0nod4 otrzjmaje i.t:
I
„i.
ce
ks Zmienność napięcia jest spadkiem napięcia, który wystę puje przy obciąreniu zaarlionowyie. Spadek napięcia można obliczyć wg wzoru: U.
cos"2 • U. sin 2 ) * 0,05j32 (u
gdzie: j
cos9,2 - J
in)
- współczynnik obciążenia (gdy = 1 - obciążenie znamiorc.2k we),
U, U - procentowe straty nacięcia odpowiednio na rezystoncji L reaktancji zwarcia kpkt. 2.2,i.4). te wzorze kqtf, należy traktować jako dodatni dla obciążeń indukcyjnych, Jako ujemy dla obciążeń pojemnościowych (co ma wpływ na znak przy Spadek napięcia można również odczytać z wykresu wskazoweg tranaforomtara. Należy jednak pamiętać, że odczytany z wykresuu [y] jest fazowym spadkiem napięcia oprowadzonym na stronę pierwotną . Stąd też = Au
100
Spdek napięcia U [y] jest równy odcinkowi iż (rys. 2.17). 2.2.8, Sprawdzenie grupy połączeń Uzwojenie fazowe trójfazowych tranafornatorów cożna łączyć (kajarzyć ) zarówno po stronie pierwotnej, jak i wtórnej w gwiazdę , trdjt lub zygzak. W praktyce spotyka się następujące U k 1 a d y p O L z C Yy, ca, Oy, yz (duże litery Odnoszą się do uzwojeń górnego napięcia, może - dolnego napięcia). O r u p a p a L c C e ń informuje o uk ładzie pożączeń transformatora oraz podaje zwroty si ł elektromotorycznych Indukowanych w uzwojeniu dolnego napięcia w Stosunku do sił elektronotorycznych indukowanych w uzwojeniu górnego napięcia. Przyjęto, że grupa połączeń określa kąt przesunięcia jednakowo_bieo_ aych sił elektromotorycznych uzwojenia dolnego napi ęcie względem uzwojenia górnego napięcia, liczony zgodnie z ruchem wskazówek zegara, przy czyn zamiast kąta podaje się odpowiednią liczbę godzin, pami ętając, że na tarczy zegara lb.. 300 . Najczęćciej stosowane grupy Połącleń zestawiono w tablicy 2.16. 2.2.8.1. Ustalenie pocz2tków L końców Poszczególnych uzwojeń Ustalenie początków i końców poszczegdjnych uzwojeń rozpoczyna się od wyszukanie za pomocą induktora par koń ców poszczególnych uzwojeń. 1 transformatorze początkami nazywa -Się te zaciski strony górnego napięcia I strony dolnego napięcia, które w każ dej chwili wykszują tę samą biegunowość . Podobnie końce uzwojeń riają również Stale zgodną biegunowość zawsze przeciwna w porównaniu z poczatkarri.
T bil
C C
„
poŁ czt naplę bi
nego (Głą) IA
Yo
o° (Oh)
ić
D95
Yd5
*Lego (DN) 90.nc (ON) dolnego(DN) (A
9 2(2B (A (A 2B 4 21 IB 11
M
+1500
L" 1119 IC
21 28 2C
II ś Ic
LA 28 21
(AlBIt
21 28 2
MI91C
?1232C
V _______ (A (Z (C
ffi 2ą 23 2C
28
2A IA
D9 11
M
ICAIB II
(A 25
IC Yz1
2C
29
-
- +330 YdA4 ()
IA
41
Yz5
19
2C 2111
jĄ
2128 2e
45 P O-.--a
AM
na$qcz nasfaw,gnc :
Aż
A 24
B2
C4
cz
Rys .2 . 18 Początki i kozice uzwojeń nożna wyznaczyć np. metodą prądu przemiennego. •tym celu jedno z uzwojeń kojarzy się w gwiazdę i zasilą napięciem obniżonym (rys. 2.18). Uzwojenie fazowe połączone nieprawid łowo pobierze prąd około 2 razy większy od prądu pobieranego przez pozostałe uzwojenia, gdyż suma Wartości chwilowych strumieni poszczególnych kolumn nie jest równa zeMając ustalone prawidłowe połączenie uzwojeń pierwotnych można jedne z końców uznać za „początki" i oznaczyć je. Pozostałe końce będą końcamI". Poszczególne fazy transformatorów trójfazowych oznacza się wielkimi literami A, 3, C a punkt gwiazdowy literą N. Cyfra umieszczona przed literą znaoza uzwojenie, cyfra 1 dotyczy zawsze uzwojenia górnego napięcia. Cyfra umieszczona za literą - koniec lub zaczep tego uzwojenia (np.: lAl - pomzątek uzwojenia fazy A strony górnego napięcia, a 1A2 jego koniec). 4A1 espigzie
iAM
2A2
ą :
Rys. 2. 19
T
Początki i końce uzwojeń wtórnych ustala się w odniesieniu do początków zoziców uzwojenia pierwotnego w uk ładzie jak na rysunku 2.19.Jeżeli badame uzwojenie leży na tej samej kolumnie co uzwojenie pierwotne, to woltomIerz wskaże sumę lub różnicę arytmetyczna napięć indukowanych w obu szwoieniach, napięcia te są bowiem zi sobą alba w fazie, albw cz przeiwfazie. ieleli badane uzwojenie wtórne le ży na innej kolumnie nit uzwojenie piersotne. to uoltooierz wskaże geometryczną sumę lub różnic ę napięć na fazach uzwojenia.
2.2.8.2. Lqzen.e uzwojeń tranofornamora
O
odpowiedniej grupie połączeń
Aby połączyć uzwojenia w oćpowiednię grupę połączeń solna postępować następujący sposób (np. na rys. 2.20 przetatewicno grupę połączeń Ydll): a)
- rysuje się trójkąt napięć strony górnego napięcia L oznacza się no je.. go wierzchołkach zaciski 14, 12, 10; - rysuje się trójkąt napięć strony dolnego napIęcia przesunięty względna trójkąta napięć strony górnego napięcia o kąt lik L oznaoze na jego wierzch łLact cackaLi 2k, 23, 20; - zgodnie z oznaczeolani zacisków oznacza się litery końcówek po strónse górnego napięcia (dla wygody nojriora uzwojenia po łączonego w gwiazdę); - analogicznie do liter po stronie górnego napięcia zznaczs 31ę litery po stronic dolnego napięcia tak, by wskazy napięć leżących na tej samej kalumnie były szpiędec siebie równoległe ,1 miska takie same zwroty; - rysole się schemat r200tażowyuzwojenia. 2.2.8.3. Sprawdzenie grupy po łączeń Gr-spę połączeń można wyznsczyd r6ż ym 4 lOetodami: -. metodą kompensacyjną, np. za pomocą kompensatora Kellora, - metodą pdu przemiennego, - metodą prądu stałego, - metodą fezcolerza,
47 oscyloskopem dwustrumieniowym — obserwuje się na ekranie kąt przeaunię cia między jednoimiennymi wskazani napięć strony górnego I dolnego napięcia. W celu wyznaczenie grupy polaczej metodą prądu przemiennego lączy się dwa dowolnie wybrane jednoimienne zaciski obu uzwojeń transforaetora. Jedna z uwzcjeń transformatora, najlepiej uzwojenie górnego napięcia, zasila się ze wzgledu na bezpieczeóstczo napięciem Obniionyzc, ccc ogół napięciem cle przekraczającym 750 V. Następnie ciorzy się napięcia między wszystkimi aciskani uzwojeń górnego i dolnego napięcia. wyniki pomiarów zestawia się w tablicy 2.17. Ta bij c
I
ci9eiiicriaic
J2A231„ ?A2C 0252C y
1A2a
;v
lJ25 51A20
2.17
lC2A
01525
1o0A d132C UlcosIUccoc oYUyoyc"m
V
Grupę połączeń mocna wyznaczyć letodą graficzną lub snalityczccą.W cco wyznaczenia grupy poiąozei metodą graficzna rysuje cię trćdk t napięć ą dzyprzeodow."oh zesilajncych, np. liSic, laatępnie Z punktćw it,i5,1c matacza się. tuki odpowiadające pomierzonym naoięc om strony górne napięcIe - dolne napięcie. Połączone elektrycznie równoimienne zaciski Obu szwa;ed transfóroatora pokrywają się. W punktach przecięcia się cykrećlonych laków otrzymuje się wierzchołki trójkąta napięć strony dolnego napięcia 2-42S2C, Kąt, o jako należy obrócić wskaz napięcia górnego np. 1B1C, aby pokryt się z takimże imiennyca wskazem napięcia dolnego (282C), wyrażonyw gz-izmach, jest szukanym kątom godzinowym, Odpowiadającym done3 grapie poje-
qdeu jego
Sposób wyznaczania przesunięcia godzinowego przedstawiono na rysunku 2.21. Otrzymano tu przesunięcie li godzin M 330- lik
unie 2A
is 43
po ka-
Rys.2.21 2.2.9. Tolerancje Dopuszczalne odchyłki wartoćci znącior.owych zestawione w tablicy 2.18,
48 Tabl loS Dopuszczalna odchyłka
Wielkość
Lp.
i
straty mocy w stanie jałowym (jałowe straty mocy)
.14% wartości znamionowej
2
Straty mocy w stanie zwarcia (obciążeniowe straty mocy)
.14% wartości znamionowej
3
Ogólne (całkowite) straty mocy
.10% wartości znamionowej
4
prąd stanu jałowego
+3096 Wartości znamionowej
5
Przekładnia na zaczepie znamionowym - wartość mniejsza niż: - w odniesieniu do przekładni znaeinOwej - w odniesieniu do znamionowego napięcia zwarcia w
±0,5% wartości znamionowej ±10% wartości znamionowej
6
Napięcie zwarcia na zaczepie znamionowym
±10% wartości znamionowej
7
Rezystancja uzwojeń poszczególnych Oaz zmierzona prądem stałym
±3% wartości średniej
1.Odchyłka strat mocy w stanie jałowym przy napięciu znamionowym: -
PO - Po8 100
gdzie: P08 - moc w stanie jałowym odczytana z tabliczki znamionowej, P0 - zmierzona moc w stanie jałowym (pkt. 2.2.3). 2.Odchyłka strat mocy
W
stanie zwarcia:
obc% gdzie:
obcN obc75 obcN
100
obcN - obciążeniowe straty mocy odczytane z tabliczki znani nowej, zmierzone obciążeniowe straty mocy przeliczone do temperatury +750C (pkt. 2.2.4.2.).
3.Odchyłka ogólnych strat nocy: •
obc75 - „ON ° 4NPobcN) ON • „obc0
100
4. Odchyłka prądu stanu jałowego przy napięclo znamionowym: I - I.. 100 Ol gdzie: 105 - prąd stanu jałowego odczytany z tabliczki znamionowej, - zmierzony prąd stanu jaiswego (pkt. 2.2.3).
(i9 2.18 5. Odchyłka przekładni na zaczepie znamionowym: I
100,
gdzie: 2- zmierzona przekładnia na Zaczepie znamionowym (pkt. 2.2.2), -- przekładnia znamionowa, U, li29 - napięcia znamionowa transformatora odpowiednio uzwojenia girnego i dolnego napięcia.
9.
Odchyłka napięola zwarcia na zaczepie znamionowym; 100 zN%
3 gdzie:
uz,,% - napięcia
zwarcia odczytane z tabliizki znamionowej,
Zmierzone napięcie zwarcIa przeliczone do temperatury +750C (pkt. 2.2.4.2). Odchyłka remyatancji uzwojeń poszczególnych faz zimnego transformatora: - R -
100,
gdzie: R. - rezystancja uzwojenia fazy transformatora zmierzona prądem stałym (pkt. 2.2.1), R - średnia reZystancja trzech faz (pkt. 2.2.1).
2.3.
OBCL ż lIg TRANSFOR$ATORA TRI5JFAZOW800
2.3.1. Obciążenie symetryczne transformatora trójfazowego 2.3. 1.1. Wyznaczenie sprawności i charakterystyk ruchowych Pomiary należy wykonać przy trzech rśinych charakterystykach oboiąłenia, tj. przy obciążeniu czynno-indukcyjnym (cOS21), obciążeniu czynnym 1) oraz obciążeniu czynno-pojemnościowym (CosC), dla różnych ucładów połączeń uzwojeń. Podczas pomiardw utrzymuje się stałą wartość napięcia zasilającego U1. Schemat pomiarowy przedstawiono na rysunku 2.22. „cyniki posiardw 1 obliczeń zestawia się w tablicy 2.19.
51 Tablica
2.19
itrona pierotna
lartodci zojercone
obliczone
Lp. 131 lB
13 1i1c
V
V
-
U
i
,Blc V
V
r
1i A
A
„ ic 1i A
A
io
i
i
WIli
coocę VA
-
Q V/ib
st
Itrona wtórne
II
3atozo obliczone
lartości zmierzone
132A29
1 132/i2C J 13 232C 1 2 1 19/i112B 12Cl 121 2al P201 P2 132 lcos32l 02
bzory do obliczeri:
-
I_(I/i . Ip+ 1C)
cos ę= Plub cos T= 21(P
PpO8
Q = Ptg? lub Q F2 - P2 Qi P IOC
13•
10 podstawie wyników z tablicy 2.18 wykredla Olę zale/inodci: Il f(12) - rysunek 2.23.
COS1,
r
52 1,)
1*
C)
d)
120
Rys .2 . 25 2.3.1.2.
„znaczenie zależności spadku napięcia od współczynnika nocy obciążenia
Definicje spadku napięcia oz-oz zmienności napięcia transformatora poda no w punkcie 2.2.7. Pomiary wykonuje się W układzie przedstawionym na rysunku 2.22. Podcza pomiarów utrzymuje się stały prąd obciążenia I2 Zmienia Współczynnik cy obciążenia cosp2 , kyniki posiarów I Obliczezi należ y zamieścić w tablicy 2.20. TabS 1
IIłł;IłiiIii;11111
53 bzurj do obliozet
22
3
4B °
•
3 (12A • 1213 • 221)
- P2,1
2$ iU
coo2
2c
„2
2J? -
=
•
U2 . 100 U20
22
)= T" vIsie: „2 ł - prąd 2520ionowy strony wtórnej. Należy wykreślić zaledność 1l% - f(cos 2) - rysunek
2.2.
loS
O
Icos spz
O
Rys. 2.24 2.3.2. ObcjążOnje ntesyrnetryozne tranoforsatora trójfazowego 2.3.2.1. Wprowadzenia ?łieoyoetrlę obciążenia transformatora powoduje nierównomierny rozdziak Odbiorników jednofazowych lub dwufazowych pomiędzy poszczególne fazy.
r
54
Analizę obciążenia niesymetrycznego transformatora przeprowadza się me. todę składowych symetrycznych. k inetodmie tej naturalny niesymetryczny u. kład prądów fazowych kI, ) oraz napięć fazowych )trans A" u. formuje się do układu składowych symetrycznych kolejności zerowej, zgodne , i przeciwnej prądów („ I, Ił)oraz napięć ()„ 2, Ul). Równania trans. formujące naturalny układ napięć fazowych do układu składowych symeśrycz. nyck mają w zapisie macierzowym postać: 1
I
I
a2 2 1 a a
idzie: s =
29 u
37C.
- operator obrotu o kąt
lacierz I
I
1
jest macierzą transformującą (transformacyjną).
Analizę naturalnego układu niesymetrycznego przeprowadza się po trans. formacji poPrzez badanie trzech zastępczych układów symetrycznych: kolej. iwćci zerowej, kolejności zgodnej i kolejności przeciwnej. Yektory napię fazowych składowej symetrycznej kolejności zgodnej i przeciwnej tworzą u. kłady wrujaoo. Kierunek wirowania układu składowej symetrycznej kolejnoś. ci zgodnej jest zgodny z kierunkiem wirowania naturalnego układu niesyne. trycznego, a kierunek wirowania układu składowej symetrycznej kolejnośc przeciwnej jest do niego przeciwny. 5 układzie kolejności zerowej występu. je równość wsrtości chwilowych we wszystkich trzech fazach. Na rysunku 2.25 pokazano graficzny sposób rozkładu niesymetrycznego u• kładu napięć fazowych U, ) na składowe symetryczne: zerową (lJ Qc sgodną (UM, UBI, ))) i przeciwną Ay B2" C2 Superpozycja składowych symetrycznych napięć pozwala wyznaczyć natural ne wartości napięć fazowych: naturalny układ układ układ układ symetryczny symetryczny symetryczny niesymetryczny zerowy zgodny przeciwny
•
9
=
+
=
+ )j1(a2U1) .
A22 B22>
=
+ !i(a1) *
C2(8
55
al-
3 U2 C2
Ryz .2.25
56 Powyższe równania mają
W
zapisiC macierzowym postać: 1
I
11
o
O
=
2 2 Macierzą transformującą jest tu macierz I
1 a
1 O
O
1
Analogicznie isk napięcia transformuje się prądy. Składowa zerowa prądu jest jednakowa co do wartości i fazy we wszystkich uzwojeniach faowych i równa się 3 prądu w przewodzie neutralnym:
każe ona.dopłysać do transformatora lub od niego odpływać tylko wtedy, gd odpowiednio doprowadzenie lub odprowadzenie energii odbywa się siecią czteroprzewcdową.Skłsdowa zerowa prądu występująca w uzwojeniu wtórnym po łączonym w gwiazdę z wyprowadzonym przewodem neutralnym może mieć Swój od 4 powiednik w uzwojeniu pierwotnym tylko wtedy, gdy uzwojenie to jest pałą. czonew trójkąt lub w gwiazdę z wyprowadzonym przewodem neutra2nymj Jedl: uzwojenie wtórne jest połączone w zygzak, przepływy kolejności zerowej za: sze znoszą się w obrębie samego zygzaka i nie przenoszą się za uzwojeni pierwotne niezależnie od jego układu połączenia. Składowe zgodna I przeciwna prądu stanowią normalne układy trójfazowe dlatego występują zawsze jednoozednie po stronie piereotnej i wtórnej niezależnie od okOadu połączeń. Wynika stąd, że w przypadku występowania tylko składowych zgodnej i przeciwnej prądu mamy zawsze całkowitą odpowied. nio ć prądów fazowych strony pierwotnej I wtórnej, czyli całkowitą kompan. h każdej z kolumn (równość. przeoację przepływów pierwotnych i wt6mycj pływów przy pominięciu przepływu stanu jałowego). Przebieg zjawisk przy obciążeniu niesymetrycznym zależy od układu połączeń uzwojeń oraz budowy obwodu magnetycznego transformatora. Wyróżni się tu dwie zasadnic5e grupy układów połączeń uzwojeń: - układy z wyprowadzonym przewodem neutralnym po stronie wtórnej, - układy z niedostępnym punktem gwiazdowym po stronie wtórnej. 2.3.2.2. Okłady połączeń z wyprowadzonym przewodem neutralnym po stronie wtórnej Przy symetrycznym układzie napięć zasilających i symetrii wewnętrzne transformatora pierwotne napięcia fazowe sprowadzone na st-onę wtórną twe rzą układ symetryczny (napięcia te są równe napięciom fazowym strony wtór mej w stanie jałowym):
57 = Ec - aE. 0. Strona pieradowe symetryczne tych napi ęć: Eo 0, k na nie narzuta zatem stronie wtórnej ani sk ładowej napi ęcia kolejności eciwnej, ani zerowej. Sk ładowe te są wytwarzane przez stronę wt6rną jailoczyny prądów odpowiednich składowych przez odpowiadaJ ące in impedan_ Równania sk ładowych symetrycznych napi ęć fazowych strony wtórnej są tezujace:
V
wszysts laym:
Z- 21 2
22
pi ę s fazowe strony wtórnej transformatora opisuj ą zstem równania (dla roszczenia zapisu w równaniach pomini ęto wyróżnienie strony wtórnej in-
td d i ę Síeciq
esem 2):
etórnym po-
ć swójodost połąJeśli" erowej Sawuzwojenie
ójfacowe i órnej niewanis tyloópswied_ tą koopeność prze-
2'B UC=
-
2 oo Zolo - aZ1I1 -
eŚ 1 w powyższych równaniach uwzgl ędni ć , że ..3.1), otrzymuje si ę:
ładu P° Wyróżnia
A = A"00 jIB =
-
Z
2 -
(patrz pkt.
5 (żi „ i
+ aS 2 )
-
2 Rozwa żmy akrajny przypadek niesymetrii, tj. obciążenie jednofazowo. Dla ładu z rysunku 2.26a można napisać równania warunkowe:
1 3
= „
=O
1
2A
= odbA
Składowe symetryczne prądów fazowych strocy wtórnej wynósz ą:
=5ó
stronie
rewnętrznej ; tórną two-
Napi ęcia fazowe strony wtórnej w przypadku obci ążenia jednofazowego oż suje zatem uk ład równamł: I, (Z.0 2Z)
lJ =
rocy wtór-
=
- -
AO I( - Z)
T58
kapięcia międzyfazowe będą równe:
C
4 - 01A
-P.
-A
=
- zc C „
A
A wynika, że prąd w fazie
Z porównania podanych wy żej zależności na obciążonej
z ° 3odb Poniżej przedstawiono wpł yw niesymetrii obcikanla na prac ę transformatora przy różnych układach połączeń z eyprowadzonya przewodem neutralnym po stronie wtórnej. Rozpływy prądów po stronie pierwotnej i wtórnej w przy padku obciażenia jednofazowego dla ró żnych układów połączeń pokazano na ry sunkoch tych układów połączeń. 1. Układ połączeń Yyn (rys. 2.26a). przepływy składowej zgodnej i przeciwnej strony wtórnej są tu równe odpowiednim przepł ywom strony pierwotnej, Natomiast jednakowe dla wszystkich faz przepływy składowej zerowej strony wtórnej nie soją swojego odpowiednika po stronie pierwotnej (80=z210, przy 22 jest liczbą zwojów uzwojenia fazowego strony wtórnej). OZYTO IB
lż
b)
IC l
A
lC
15 C
ze 1251211
CJiaX
ve
Rys. 2.2r> Nieskompensowane przepływy składOwOj zerowej wzOudzoją we wszyati trzech kolumnach strumienie magnetyczne kolejnońci zerowej )jeónakowe do wartodci i zedne co do fazy). Strumienic te indukują wuzwojeniach zowych pierwotnych i wtórnych) sił y elektrosotoryc000 kolejności cerce Drogs powrotna strumieni magnetycznych kolejności zerowej Osłey id
59 akcji transformatora. Jeś li transformator trójfazowy okłada się z trzech nsforsątorśw jednofazowych lub ma rdzeń pięclokolumnawy albo pisozczoto strumienie te zasykajo się u rdzeniu mo3ą tzw. swobodny powrót). tego ich wartośś jest dużo ( o A e0) Dudą wartoś.i moja tym samym y elektromotoryczne kolejnoś ci zerowej. I transformatorze trójkoluznodo strumienie magnetyczne kolejnoś ci zerowej zamykają się od jarzma zms poza rdzeniem transformatora (tzw. strumIenie jarzmowe), płynąć pocle jak strumienie magnetyczne trzeciej harmonicznej przez powietrze olej i kadd. Zwiększają one straty mocy w transformatorze o straty Isow kadzi i innych elementach konstrukcyjnych. Reluktancja drogi strusiemagnetycznych kolejności zerowej jest w tym przypadku stosunkowo duła, stek czego wartódż i tych strumieni oraz indukowanych przez nie sił etrccotorycznych są znacznie mniejsze niż w poprzednim przypadku. Przy obciążeniu jednofazowym prądem znamionowym straty mocy zwk ę_prn•eczają obciążeniowe straty mocy występujące przy znsoionowye obciążeniu etrycy(dla dużych transformatorów rezystsncja lia okisdoaej zerowej (10...20)%,nstomdapt rezystarlcja zwarsie R Drugim skutkiem obpia ejpjtd9ptazowego jeat zniekształcenie gwiazdy p" ąilo fazowych ds rysunku 2.26b pokazano wyk re. a zowy napięc Qwych strony wtórnej transformatora obc ążoneto jednofazowo.IiwZglęcno na nim jedynie stratę napięcia na reaktancji dla składowej zerowej (pominięto straty napięcia na irnpederrcjach dla składowych zgodnej Z1 i oraz na rezyatancji dla składowej zerowej R9).Poniewoż cilecieolej 2 elektromotoryczna kolejności zerowej
wskazowy odpowiada układowi rownańr
Siły elektromotoryczne kolejnoś ci zerowej Sztanc do sil elektromotoryozwypadk. we równoważone przez od-ch fazowych dają siły elektromot mc mcwiednie napięcia fozouS. Z wytmeu wd :„ te gwiazda napięś fazowych trony wtórnej uległa wyrożnera znieższtolctniu: napięcie fazy obciążonej S c-iucznię- zmalało, napięcie jednej c faz nieobciążonych bardzo wzrosło, mcpięcie drugiej fazy nieobciążonej pozostało prawłe bez zmian. Zmiany po:czególnycn napięś fazowych i ich wzajemae przesunięcia fazowe zaledą md że na skutek strat napię nrskteru obosąłenia ccoo"f) doleży zaznaczy trójkąt napięś międzyfazowych również nic jest •ta na ispedancjach Z i
t
równoboczny. In wtększe jest obciążenie przewodu neutralnego oraz im większa reaktancja dla skladowe,í zerowej, tys większe ładzie przesunięcie c gwiazdy napięś tezowych. Ze względu na dudą uartmbć rsuitsscji
jest środka przy
I60 konstrukcjach rdzeni. ze Swobcdnym powrotem strumienia kolejności zerowej (w dużych transformatorach - (1000...200c0)% wobec = (4 ... 20)N)obciążenie przewodu neutralnego przy układzie połączeń Syn jest niodopuszczalne. Dla transformatorów trójkolucnoowych, których y jest znscznao acniajsze (x0 (25.. .6O)%), w praktyce dopuszcza się niewielkie obciążenie jednofazowe oraz nieznaczną niesyczetrię Oboiążeno trcljfazowcgc. Prąd w przewodzie neutralnym nie powinien jednak przekraczać 1 pradu znamionowego. Powyższe rozważania prowadzą do wniosku, że układ połączeń Syn modne stosować jedynie przy obciążeniu nynetrycznyac.
OOZą
Ukł
2.Układ połączeń YNyn (rys. 2.27). W tym przypadku w uzwojeniu pierwotnym mogą wystąpić przepływy Składowej zerowej, kompensujące przepływy skio dowej zerowej po stronie wtórnej. h wyniku tego po stronie pierwotnej będzie obciążona tylko faza odpowiadająca fezie obciążonej po stronie wtdr.. nej. Niesymetryczna praca transformatora jest tu możliwe bez ładnych ograniczeń. 3.Układ połączeń Dyn (rys. 2.28). Przy tym układzie połączeń ucczojeń, podobnie jak przy układzie YNyn, po stronie pierwotnej mogą wystąpić Składowe prąciu kolejności zerowej wskutek czego obciążenie dowolnej fazy strony wtórnej odbije cię tylko na odpowiadającej je fazie strony picrwo ne 3. IA I(e IB
IB
IC śa"
5
) 1)
2H 2
C
IC
Ut ; IC Z
12A :2N Rys.2.27
JA
óc
A
Z
23
Rys.2.28
!2A Z
Rys.2.29
4.Układ połączeń Yzn (rys. 2.29). W tym przypadku, podobnie jak sc ukia. cizie połączeń Syn, występują w prądzie wtórnym wszystkie trzy akładowc prądu, równo co do wartości 1 fazy. Jednakłenie powodują one tu takich
!
łac
61 utkńw 3ak w tadzio połącz" Yyn. góył przepływy kol Obici zerowej znoszą się wzojmenie na każdej z kolumn. Układ pomiarowy przedstawiono na rysunku 2.30. Podczas posiarćw należy utrzymać stałą wartość napięcia zasilającego U.
R
Rys .2 . 30 „niki pomiarów i obliczeń zestawie się w tablicy 2.21. Tablica
2.21
tory do obliczeń: P.1 = P g * P13 •Pl - Pl W
przypadku zasilana czteroprzewodowego (uk ład połączeń OlJyn) nalały pa stronie pIerwotnej oprócz prądów fazowych mierzyć także prąd w przewo:łe neutralnym. Moc pobraną przez transformator mierzy oię tu w układzie trzema watomierzami, a wówczas P1 + P1 + iOL Należy wykreślić zależności: 1j 2A251 2B2C 1 1 2C2ń 02ś 2B" 2C"2 ?rzykładowo przedstawiono Powyższe zależności dla układu połączeń -- Yyn .rys. 2.31a) i układu połączeń Dyn (rym. 2.31b). Rys.2.29
odobnie jak w .cła tkie trzy składowe one tu takich
1.3.2.3. Układy połączeń z niedostę pnyn punktem gwiazdowym po stronie wtórnej Przy połączeniu uzwojeń po stronie wtórnej w gwiazdę z nnye punkgwiazdowym lub w trójkąt W prędach uzwojeń fazowych nagą wystąpić,przy
CO
11) t2
U2 020
-
020
U2Ą2B
2_ u2 02C
4
U2B U2
____ _ UM
U2A
12
O
O
I
12
-
Rys.2 .31 dowolnym Obciążeniu, tylko składowe zgodne í przeciwne, gdyż jA •
0
je = O
Napięcia fazowe strony wtórnej opisują równania
-
* Z(aI *
=
-
ai •
Przy obciążeniu niesymetrycznym nie występują tu dodatkowe jednakowofazowe siły elektrozotoryczne naruszające symetrię napięć lamowych. Oczywiście należy się liczyć z pewną asymetrią napięć spowodowaną stratami napięcia, wywołanymi składowymi prądu kolejności zgodnej I przeciwnej, os łapadancji zwarcia transformatora. Ta asymetria napięć jest nieduża i dlatego w przypadku układów połączeń z niedostępnym punktem gwiazdowym po stronie wtórnej dopuszcza się dowolną , możliwą dla danego układu, niesymctrię obciążenia. Rozpatrzmy przykładowo obciążenie dwufazowe. Rozpływ prądów dla różnych ukłedńw połączeń uzwojeń transformatora, W przypadku obciążenia dwufazowego, pokazano na rysunku 2.32. 1. Przy układach połączeń Yy i Dy można napisać równania warunkowe dla Strony wtórnej:
IC
B" AB odbA
Składowe symetryczne prądów fazowych strony wtórnej są: = 3 A1 -
-
63
b) fl
r) Yd
lż
18
lż X
lC
t;211M IB
U29; U2
48 r13
II
1CIA
1181
12 1 f 1Ą(
1281
e gdyż
21
2a l
32C 21
28
:„ 24
Rys .2.32 Napiącia fazowe strony Wtórnej opisuje układ równań:
= --
Rowe jednakowofszowe Lć fazowych. Cczyw.jś_ Iwaną stratami napieprzeciwnej, na ispest nieduża i ślategwiazdowym po str0układu, nteayretrją w prądów dla różnych bolążenia dwufazowe-
„
jjc - c . rapiącia międzyfazowe strony wtórna zatem są:
Z porównania zależności na j49 wynika, że:
f3 EA
'Onania warunkowe dla
idb • Układ połączeń Yd. Równania Warunkowe dla strony wtórnej są:
są:
BC"
AC" 2odb"
y czyn I jest prądem płynącym przez odbiornik. Z równań warunkowych tła, te
IA
64 3kłado"e symetryczne wtórnych prądów fazowych:
= Napięcia fazowe strony yt6rnej równe odpowiednio napięciom międzyfazo wyo, opisuje układ równaś:
A=
AzĘ
- • zLt -
• I 3I
Z porównania zależności na UA wynika, że prąd płynący przóz odbiornik
-
odb
z
Układ pomiarowy przedstawiono na rysunku 2.33. Podczas pomiarów należy utrzymywać stałą wartość napięcia zasilającego U1. R nanataU,.j S =T
Rys .2.33 wyniki pomiarów zestawia się w tablicy 2.22. Tablica 2.
I Lp.1
U1
I
U225
U232c
U2
12
I Układ
H yIAHAIyHH/IAI conat
Na podstawie wyników z tablicy 2.22 wykreśla się zależności: U2B2C1 U2C2A -
-
65 2.3.3. lyznsczenie paracetrów schematu zastępczego J. impedancji transformatora dla składowej zerowej
napięciom oiędzyfazo-
pnąCy przóz odbiornik
2.3.3.1. Schemat zastępczy S impedar.cja transformatora dla składowej zerowej Analizując metodą składowych symetrycznych zjawiska a transformatorze obciążonym niesymetrycznie, wykorzystuje się trzy oddzielne schematy zastępcze transformatora dla poszczególnych składowych. Schematy zastępcze i impedoncje transformatora dla składowych zgodnej L przeciwnej są jednakowa, gdyż zjawiska w transformatorze nie ulegają zmianie przy zmianie kolejności faz, dokonanej ma przykład przez zamianę o sobą dwóch przewodów zasilających. Schemat zastępczy transformatora dla zych składowych został przedstawiony w pkt. 2.5.5. Izpedancja. transferom.. tora dla składowej zgodnej Z1 i przeciwnej 22 jest praktycznie równa jego lopedancji zwarcia Z z" czyli z
ozem pomiarów należy
Schemat zastępczy oraz iooedancja transformatora dla składowej zerowej zależą od budowy Obwodu magnetycznego transformatora oraz od jego układu połączeń. Sprowadzony do strony wtórnej (przeważnie strony dolnego napię.. nie) schemat zastępczy transformator dla składowej zerowej przedstawiono ma rysunku 2.34. Parametry strony pierwotnej wyróżniono indeksem 1, matoaisst strony stdrne3 indeksem 2. Zasady sprowadzania parametrów przedste-. clonO w pkt. 2.2.5. Schemat zbudowany jest dla jednej fazy transformatora, podobnie jak schemat dla skłsdooyoh zgodnej L przeciwnej.
R 0
E
Rya.2.3k Tablica 2.22 22
Układ połączeń
leżności:
Parametry gałęzi podłużnych na schematach zastępczych dla wszystkich aJciodowych symetrycznych są jednakowe, gdyż strumienie rozproszenia dla wszystkich składowych zamykają się tymi samymi drogami. Parametry gałęzi poprzecznej, w przypadku gdy transformator trójfazowy skiada się z trzech transformatorów jednofazowych lub ma rdzeń pięcioko.. bonowy, są dla wszystkich składowych równe, gąyż strumień magnetyczny kolejności zerowej zamyka się w rdzeni"i, podobńie jak strinianic kolejności zgodnej i przeciwnej. W transformatorze trójkolumnowym strumień kolejności cerowej zamyka się poza rdzeniem, więc reluktahz5a dla niego jest znacznie większa niż dla strumieni zgodnego i przeciwnego. Wynika stąd, że iope-
W
z
Z 0
dancja gałęzi poprzecznej dla składc. waj zerowej jest znacznie mniejsza niż dla pozostałych składowych. Obcemość kadzi, jej materiał kształt mają wpływ na wartość impedancji gałęzi poprzecznej dla skiadowej zeroWoj. Schemat zastępczy transformatora dla składowej zerowej można również
10
100
i
EO
Rys.2.35
przedstawić „ w postaci jak na rysunku 2.35, na którym impedancje transformatora określają zwIązki:
Rp
jX 0 OO
20
OO°OO"
Rp0
=
uzwojeń
R2
jXr2
• Talad po jj.ą uzwo ednej
.względn.
Układ po się wza enle eh. od cję. lnejr stancje jednu Z
Impedancja dla składowej zerowej
= R0 +
jX0
W zależności od układu połączeń uzwojeń impedancja wartości.
ZO
przyjmuje
różne
1. Układ połączeń Yyn. Ponieważ uzwojenie pierwotne połączone jest w gwie zdę niedostępnym punktem gwiazdowym, składowa zerowa prądu w uzwojeniu tym nie noże płynąć. Na schemacie zastępczym obrazuje to otwarty wyłącznik W. Zatem
z
0002O Jeśli uwzględnić, że
'o — ZoO „ Z. Układ połączeń INyn. W tym przypadku składowa zerowa prądu może dopły. wać po stronie pierwotnej do transformatora. Na schemacie zastępczym wyłącznik W jest zamknięty w pozycji 1. Jeśli składowa zerowa napięcia zasilającego jest równa zeru, to zaciski strony pierwotnej transformatora są zwarte. Wówczas impedancja dla składowej zerowej O0
Jeili uwzględnić, że
ZOO»-o"
ch b
le uzc łs4o.e3 b oki
otrzymuje się
200» 20"
02O°z
Schemat poćac uzwoje d ,-*nie -
--;
,z.20°
otrzymuje się
O °° Z20
+
1O
- Zz
or b
rzecznej dla Oktado. Znacznie mniejsza ch składowych. Obcoateriał i kształt toóó impedancji gadla składowej zero-
67 Układ połącze6 Dyn. Składowa zerowa prądu może płynąó W połączonym w .rójkąt uzwojeniu pierwotnym, nie wypływając na zewnątrz. Na schemacie motępczym obrazuje to wyłącznik W zamknięty w pozycji 2. Icpedancja dla ładowej zerowej O = 2O ° z 00 uwzględnieniu, że
czy transformatora owej nożna również
zpedoncjo uzwojeń
-10 z10
0 nZ 0 otrżycu3e alę
Układ połączeń Yzn. W tym przypadku przepływy kolejności zerowej znomą się wzajemnie na każdej z kolumn. Wynikiem 1cl występowania są jedynie tz-.smienie między połówkami uzwojeń zygzaka, osadzonymi na wspólnych ho„.naoh. Odpowiadająca temu reaktancja rozpraszania Stanowi przy zygzaku eaktancję.dla składowej zerowej. Reaktanc3a ta jest znacznie mniejsza od mo rmalnej reaktancji zwarcia. Orientacyjnie można przyjąć,ż e xOW O, 1U. zystoncja dla Składowej zerowej odpowiada obciążeniowym stratno sosy W zwojeniu zygzakowym i wynosi około 0,4R2, czyli Rn O,WU. r.
.3.3.2. Poriar impedancji dla Składowej zerowej przyjmuje
różne
łączone jest e gwiaprądu w uzwajania 0 otwarty wyłącznik
wa prądu może dopły. ie zestępozym wyzer-owa napięcia erwotnej tranafor-. e3
Schemat połączeń do pomiaru izpedancjż transformatora dla składowej zetwej podano na rysunku 2.36. Zasila się uzwojenie wtórne transformatora, mn. uzwojenie z którego podczas pracy energia jest Odbierana (przeważnie zwojenie dolnego napięcia). Uzwojenia fazowe strony zasilanej łączy się mnregowo lub równolegle, tak aby prądy we wszystkich krzech uzwojeniach azowych były jednakowe co do wartości I fazy. W warunkach laboratoryjnych in znnnlejozenia natężenia prądu zasilającegi celowo jest szeregowe połą2w-je uzwojenia. Poniewal istotne znaczenie dla wartości impedancji dla ażadowej zerowej os sposób skojarzenia uzwojeń, pomiary wykonuje się dla -ń±nych układów połączeń. Mierząc noc pobraną przez transformator ursieOzczony W kadzi oraz transS:ruatr bez kadzi, nożna wyznaczyó straty nocy w kadzi transformatora. Wartości pomierzona i obliczone zestawie się w tablicy 2.23. tablica 2.23 .9. 3U0 uo I i
OI Icosę0
III _Iyyl ż lwl ż i_
RQ
lii!!
Xą
Ii _I_IrsItkIcsIWIWIW(
Wzory do obliczeń: U0 o
Uwagi -
68
a) Yqn
b) YNyn PO
i3u0
c)
_
co Yzrc
Rys.2.36
Ro PO
lub
X0
-
lub X0 Z0 sinTo
= po
Parametry dla składowej zerocej podaje się zwykle jako wartodaj względne (procentowe), w odniesieniu do irnpedancji Z:
Obci
69
ZQ% = izle: „J I M
100
R0%
100
100 „
2,, -11,4
- znaelionowe napięcie na fanie transformatora, - znamionowy prąd fazowy. Ł.) Z0 transf,ee,s
ci)
xo
traesę
etor bez
kadm
Rys-2.37 Na podstawie wyników z tablicy 2.23 należy zzyireślió zeleżncoi: P0. 20, 10 . Przykładowo na rysunku 2.37 pokazano powyższe ckarakta-
00, X, = f
względne
rystyki dla układu połąozeó Yyn. ayjęcie transformatora z kadzi powoduje zmianę strumienia magnetycznego kolejnoóci zerowej, s zatem i reaktancji X0. Kadź odgr-jwa nodwójną rolę - Z jednej strony zwiększa peraeancję prze= wodności magnetyczną), z drccgi"ej zaś jako zwój zwarty tłumi objęty przez siebie strucnieci. Jeśli no przykład kadzi) > X0(bez kadzi) to znaczy, że w danym przypadku przeważa wpływ wzrostu perneancji nad tłumiącym działaniem kadzi. Dla transformatora umieszczonego w kadzi parametry X0 i
70 nie są stałe. naleją one wraz za wzrostem prądu wskutek wzrostu nasycenia ómianek kadzi. k celu porównania z sobą wartoóci parametrów dla poszczegó]nych skł adowych symetrycznych należy zestawić je w tablicy 2.24. Tablica 7.24 Układ połączeń
ZQ
03
'0-%
Z196
Z2
ąlX = R2%
Z YNyn Dyn łzo
2.3.3.3. Wyznaczenie parametrów schematu zastępczego transformatora dla składowej zerowej Parametry schematu zastępczego transformatora dla składowej zerowej wyzfocza się w sposób analogiczny jak parametry dla składowych zgodnej i przeciwnej pkt, 2.5.5). lmpedsnoja dla składowej zerowej Z przy układzie połączeń Yyn, zmierzona w stanie jałowym dla składowej zerowej w Układzie pomiarowym z rySmaku 2.36a, jest praktycznie równa impedancji gałęzi poprzecznej Z00. Z pomiaru tego maina Więc wyznaczyć (przy pominięciu straty napięcia na jepedancji uzwojenia zasilanego, czyli przy przyjęciu, że ł Zoo = Zo 3"J ILeo
po
U0 310
1j.iO"
IFO - I0sin 0 Ponieważ 2 >>Zz można przyjąć, że impedancja dla składowej zerowej przy układach połączeń iNyn oraz Dyn, zmierzona w stanic zwaro ża dla składowej zerowej w układach pomiarowych odpowiednio z rysunku 2.36k i rysunku 2.36c, jest w przybliżeniu równa impedancji gałęzi poprzecznej. Poszczególne parametry gałęzi poprzecznej wyznacze Się w sposób przedstawiony w pkt. 2.5.5. W transformatorze trójkolumnowym za łożenie Xr2 x 1 może w przypadku Składowej zerowej wprowadzić w obliczeniach większe błędy niż dla pozostałych składowych, co spowodowane jest tym, żeX ,rł X. Dlatego też zwykłe rezygnuje się 2 wyznaczenia parametrów ga łęzi podłużnej z
71 0
wzrostu nasycenia
szczególnyc4 okiodo..
a b 1 i c „ 22i
próby stanu zwarcia dla składowej zerowej, przyjmując, że parametry te są akic same, jak dla składowych zgodnej i przeciwnej. Obliczone wartości parametrów schematu zastępczego transformatora dla xkładowej zerowej należy zestawić w tablicy 2.25 oraz nanieść na schemat ckazany na rysunku 2,34 lub na rysunku 2.35. Tablica 2.25 X,2
uo
ansformatora
i celu porównania ze sobą wartości parametrów gałęzi poprzecznej dla paszczogólnych składowych symetrycznych zestawia się je w tablicy 2.26. Tablica 2.26
ładowej zerowej wyz.. r;ch zgodnej i prze-
połączezi fyn, zziepomiarowym z ryPoprzecznej Z OO. z ty napięcia na lo-
składowej Zerowej anie zwaroia dla rysunku 2.36b L z ęzi poprzecznej. sposób przedstazenie X1 = X,.2 Lach większe błędy że X,. Dla.. łęzi podłużnej z
Z015
Z00
X
R
Ry Q
I 2.4. PRACA ROSNOLDIŁ4 TRANSPQRY.ATORĆW 2.4.1. Sprawdzenie warunków pracy równoległej transformatorów Yarunki pracy równoległej transformatorów Transformatory pracują równolegle, jeśli są zasilano z tej samej sieci obciążone tą sarną grupą odbiorników. k:spółpraca transformatorów byłaby idealna, gdyby: - przy odłączonym obciążeniu nie płynęły prądy wuzwojeniach wtórnych, - transformatory obciążały się proporcjonalnie do swoich mocy znamionowych, - yrędy poszczególnych transformatorów były ze sobą w fazie. 4 warunkach ruchowych trzeba zadowolić się współpracą zbliżoną do idesinej, ponieważ oo transformatorach, w odróżnieniu od maszyn wirujących,nie ma możliwości sterowania parametrami wpływającymi na idealną współpracę. o-ystarczajęco w praktyce optymalną, tak pod względem technicznym jak i ionomicznyrn, procę równoległą zapewniają następujące waO•Unkł : - równa przekładnie transformatorów przy jednakowych napięciach znamionowych,
- jednakowe grupy połączeń , napięcia zwarcia, - stosunek mocy znamionowych transformatorów nie większy niż 3,
.cduje nierd .rf3. 2.38).
równe
-. jednakowe współczynniki mocy przy zwarciu (jednakowe trójkąty zwarcia). Warunek jednakowych współczynników mocy przy zWarciu jest na ogół spełniony, jeśli moce znamionowe współpracujących transformatorów są zbliżona (atcaunek ich nie przekracza 3) dlatego wartości współczynnika nocy lub trójkąta zwarcia nie zalicza się formalnie do warunków pracy równoległej.
i
Warunek pierwszy
- jednakowe przekładnie
Nierówność przekładni pociąga za sobą0 pod wpływem różnicy sił elektromotorycznych indukowanych we Wtórnych uzwojeniach transformatorów, przepływ tzw. prądów wyrównawczych. Prąd wyrównawczy fazowy: I
lwf gdzie:
II
2f0 2fO _
r72
z" -z2
z 1 -zł
- napięcia wtórna na fazie transformatorów
i
w stanie
jałowym,
- impedancje zwarcia transformatorów przeliczone
Zil
na
strunę wtórną. Widać, że prąd wyrównawczy wywołany różnicą w przekładniach jest ograniczony tylko impedancją zwarcia transformatorów. Prąd wyrównawczy w procentach prądu znamionowego można obliczyć wzorów:
z
I
1 w I
100
= Ui
4u ii
100 Warunek
II
0w - -y
100
___________u
•
100
•
% - procentowe napięcia zwarcia transformatorów, - prądy znamionowe transformatorów, o=--. - stosunek mocy znamionowych transformatorów,
gdzie: U, U I, I
Wskazy Skle grupy po mgoónie, po Prąd wyrówn W przypa grupach poł
-ćw są
0 020020
021
. 100 - procentowa odchyłka napięć wtórnych,
rmy czyn
- znamionowe napięcie wtórne transformatorów.
Z podanych wzorów wynika, że wartodó procentowa prądu wyrównawczego zależy nie tylko od odchyłki przekładni, ale również od stosunku macy zonni000wych wkpćłprocująeych tronalorcatorów. Prąd wyrównawczy nie zależy, praktycznie bizrąc, od cbcilżenis nmłłcdojq 319 na praiy cbc ątenin po-
i
Przy prs aymsz2cyn -:l
73 odujo nierówność w rozkiadzie obctążoć współpracują cych trnsfor,aatorów ya. 2.38).
flj 3, trójkąty Zwarcia) U jest na ogól apelaator5w są zb112c>n,. OłcZYflhlika mocY lub Zy
111 iw+
Pracy równoleej
/
sił eiakt_ fornatorów, prze-
/ /
I I rnatorćw
w stanie
/ /
ów Przeliczone
na
/ /
dniach jest ogra.. (rownowczy
W
/
pro-
-
—w Rys .2. 38
Oorów,
rów,
Warunek drugi - zgodność faz napięć wtórnych, jednakowe grupy połączeń Wskazy sil elektrofloryczflyOh odpowiadających sobie faz transfoto_ rów 5ą skierowano zgodnie (są w fazie), jeśli tronoforootory rają jednako-e grupy pożączań. Jeś li wskazy sil elektromotorycznych nie są skierowane zgodnie, pod wpływem ich różnicy Z800et poplynće prąd wyrównawczy. Prąd wyrównawczy okreś lony jes zaiOżnoś ciaoi jak dla warunku pieozeo. W przypadku dwóch jednakowych transfcry,atorów o różniących si ę jedynie grupach polączeń 100
wtórnych
rOWnawczego zaOku nocy Y nie obcią 2a015 p_
przy czyn
- 011 1 -20 —20 14
1.0
Przy przesunięciu wskazów sil elektromotorycznych w obwodach wtórnych wynoszacyo 1h00') to°) rótnica georletryczno między silami olektrecsscrycznynj wynosi 51,3i)2,. :ojwiększa róż nice gecnotryczna cI ędzy nlsci eleltroro..
74 toryczoysi występuje w przypadku przesunięcia 61h(1600 ) i wynosi 200k U2. lartodci prądów wyrównawczych wówczas wynoszą , np: gdy U,% = 4,5% - I(1h) = 5,76 L; 22,22 I, I(6h) - gdy= 10% - I(1h) 2,59 „N I(6h) = 10 I. idać więc, że warunek jednakowych grup połączeć mus być bezwzględnie przestrzegany. koma doprowadzić do Współpracy wszystkie układy o nieparzystym przesunięciu godzinowym, spełniające pozostałe warunki pracy równoległej, nie dokonując przełączeć wewnątrz transformatora, a Jedynie przez zastosowanie odpowiednio dobranych połączeć między zaciskami transformatora O szynami zbiorczyoi zarówno po stronie górnego, Jak 1 dolnego napięcie) .Nożsa również dpprowadzić do wsmmółpracy układy o przesunięciach 0,4, 8 h względnie 2, 6 i 10 h. Układy o parzystych i nieparzystych przesunięciach godzinowych pracować równolegle nie mogą. Strunek trzeci - jednakowe napięcia zwarcia Jeżeli napięcia zwarcia transformatorów pracujących równolegle nie są Jednakowe, noc obciąiene S rozkłada się na poszczególne transformatory wg zale żności: I
511 -
N S U
II . 11 U1
S14
U" 2% +S
U
gdzie: 3- Si • Sii 30, 51 - obciążenie poazczególnych transformatorów, U, U
-
nam
procentowe napięcia zwarcie transformatorów.
Należy zwrócić uwagę , aby transformator c mniejszej mocy znamionowej miał większe napięcie zwarcia, gdyż transformator o mniejszej wartości procentowej napięcia zwarcia osiągnie obciążenie znamiodowe, mino że transformator o większym napięcIu zwarcia będzie niedooiątony. Niekiedy, gdy transformatory mają znacznie różniące się napięcia zwarcia, załącza się szeregowo z transformatorem o mniejszym napięciu zwarcia dtawjk. Strunek czwarty - zbliżone wartości mocy znamionowej Od mocy znamionowej transformatora zależy trójkąt zwarcia, czyli wartoóJ współczynnika nocy przy zwarciu. Ponieważ trójkąt strat napięcia w transformatorze pokrywa się z trdjkąken zwarcia, prąd obciążenia jest mc fazie ze utratą napięcia na rezystaflcJi zwarcia. Jo1i współczynniki mocy zwarcia transformatorów nie są jednakoue, prądy obciążające współpracujące
-.
„ćafloi
75
) I wynosi 20
2N
2
si być
bezwzględnie
nieparzystym przesuY równoległej nie IC przez Zastosowanie forcatora a szynami naPięcia).r".ożna rówh 0,4, S h względnie
uI
------
31 31
I \\\ xi" R 31131 I\\— 11 Z pI Z
R111 z
„---.
U1=l) /
godzinowych pracować
cos 9.1
I 5,1 równolegle nie są ólne transformatory
S
oatorćw,
armatorów.
mocy Znamionowej tejszej wartości prowe, SicÓ że trans-
się napięcie zwarcm napięciu zwarcia
amia, czyli warstrat napięcia w bciążenja jest w WSpółczynniki oocy jące współpracujące
xz Rys .2.39 równolegle transformatory nie są w fazie (rys. 2.39). Wówczas dopuszczalr.e nbcią2enie transformatorów ze względu na geometryczne dodawanie się prądów est mniejsze od susy algebraicznej ich mocy znamionowych, nawet wtedy gdy r.apięcio Zwarcia obu transiornatorów są jednakowe. Omówione wyżej dwa ostatnie warunki pracy równoległej decydują o równomierności obciążenia się transformatorów. Oba czynniki - nierówność napięć zwarcia i geonetryczne dodawanie się nocy - sprawiają, że największa noc S, 5, którą nagą przenieść pracujące równolegle transformatory bez przekroczenia W żadnym z nich mocy znamionowej, jest mniejsza od sumy aryczetycznej macy znamionowych tych transformatorów: 8rnax
°
2.4.1.2. Sprawdzenie warunków pracy równoległej transformatorów Warunki pracy równoległej transformatorów ruszą być Sprawdzone przed rśanolegiyo połączeniem transformatorów. Ponieważ nie udaje się wykonać dwóch transformatorów o jednakowych oorametraeh, dla niektórych warunków pracy równoległej dopuszcza się pewne tolerancje (tablica 2.27). Dla sprawdzenia warunków pracy równoległej wygodnie jest odpowiednie wartości zestawić w tablicy 2.28.
76 Tablica
2.27
.1.3. Zołz Przed prz
krunek pracy r6wnoległe3
I
Dopuszczalna cdchylła
Równe przekładnie
(
0,5 10% U)
Wzńr do obliczenia odchyłki
=
Jednakowe grup] połączeń
3
Równe napięcia zwarcia
2.2.2
2
-
±
i% li U2%=
punktu
•100 or
1 ór" 2
Pomiar
izenia prawie adn, że po z ik 1i3) spra" t6rnej przy. zrys. 2.40). na napięd we leniem do p :a naleły po rons format
2.2.8.3
„Jz%U z%ó,
100
z%śr
i Uz%śr=
11
2.2.4.1
2
11: 4
Stosunek mocy znamionowych
5
Jednakowe współczynniki nocy przy Zwarciu
-
-
-
2.2.4.1
Tablica 2.28
Lp.
harunek pracy równoległej
I
Równo przekładnie
2
Jednakowe grupy połączeń
3
Równe napięcia zwarcia
4
Stosunek nocy snanionowyh
5
Jednakowe współczynniki mocy przy zwarciu
Tranofor- Tranofor- Odchylzator I zator II ka
hYnik próby
Skonocic oojzniej5Z nałączonyc u.jące w po Straty ze go prą
77 .1.3. Załączenie transformatorów do pracy równoległej przed przyłączeniem drugiego transformatora do pracy równoległej z już rającym transformatorem celowe 305t przeprowadzenie ostatecznego spraw_ cis prawidłowoćoi połączeć . Sprawdzenie to przeprowadza się w ten spoże po zasileniu strony pierwotnej dołączanego transformatora (wyłazW3) sprawdza się różnicę napięć między jednoimiennymi zaciskami strony mej przyłączanego transformatora a szynami zbiorczymí strony wtórnej S. 2.40). Wyłącznik kk można zamknąć dopiero po stwierdzeniu, Że różninapięĆ we wszystkich fazach jest praktycznie równa zeru. Przed przystąniem do pomiaru napięć jeden z zacisków strony wtórnej II transformatonależy połączyć z odpowiadającym mu zaciskiem układu szyn zbiorczych *nsformatora X). R —5 T
SN 2A 25 Xc Rys. 2.40 2.4.2. Ekonomiczność pracy równoległej transformatorów Ekonomiczność pracy równoległej transformatorów opiera się na zasadzie najmniejszych strat transformacji. Oznaczc to, że liczba transformatorów załączonych do pracy równoległej powinna być taka, aby straty mocy wystę ujące w pracujących transformatorach były możliwie jak najmniejsze. Straty mocy W występujące jednym transformatorze podczas obciążenie go prądem I =J31 wynoszą:
gdzie: J3
- współczynnik obciążenia, - straty macy jałowe, obc - straty macy obciążeniowe.
Przy pracy równoległej dwóch jednakowych transformatorów i obci ążeniu takie samym prądem: - 2P. 2 ą7P
R„ T
Przejście od pracy pcjedynczego transformatora do pracy równoleg łej dwóch transformatorów powinno odbywać się przy obc ąż eniu P2" przy ktdryz straty mocy w jodnyn transformatorze będą równe stratom nocy w dwóch transformatorach pracujących równolegle: 78
P0 + 3 1
- 2P0
+ 2 ()5PObC
stąd
V ogólnym przypadku równoległej pracy jednakowych transformatorów przejś cie od pracy (n-1) transformatorów do pracy n transformatorów powinno następować przy obciąż eniu j n takie, by straty mocy podczas pracy równoległej (n-1) oraz n transformatorów były jednakowe: (n-1) p0 + (n-1) (ó)2
= n6p. •
Stad n(n-1fs" Pn
-t
obc Zagadnienie to soma także rozwiązać graficznie (rys. 2./1). Punkty przecięcia się krzywych wyznaczają 4? I J,M obciążenia, przy których ze względów ekonomicznych należałoby załączyć do Pracy równoległej następny transformator. Przy pracy równoległej niejednakowych transformatorów trzeba uwzględnić rźż ne straty w transformatorach oraz niejednakowy rozdział obciaże:j na poszczególne transformatory. I Schemat połączeń Przedstawiono na rysunku 2.1,2. P2 P3 „niki pomiarów I oblicześ zostowie się e tablicy 2.29. ąys.2.41
III
79 R T
Ttwsęorn
24 2B 2C
Ry.2.42 Tab2 ica 2.29
Ul
. .
llNllllllllIHHIIIIUIIIIIM
80 Wzory do obliczeń:
Ap - P1 P2 PI•II _pI I=
(I + 18
pII Ic)
;a]eży wykreślić zależności: zlP" = f(I);6p11 - rysunek 2.11 oraz wyznaczyć 123 . Wzory 2.4.3. Badanie wpły parametrów transformatorów na ich pracę równoległą 2.4.3.1. Pomiar prądów wyrównawczych w stanie jałowym Jeśli siły elektromotoryczne indukowane w uzwojeniach strony wtórne: transformatorów pracujących równolegle nie będą jednakowe tak co do codoku, jak i fazy, w uzwojeniach transformatorów, nawet nieobciążonych,poply.. ną prądy wyrównawcze.
nap ęoe ata,.śane
T
Rys.2.L13 Badanie wpływu przesunięcia godzinowego na pracę równoległą transfox-smtorów wykonuje się w układzIe pomiarowyn z rysunku 2.3. Napięcie zasilające nastaeia się takie, by prądy nie przekraczały wartości znamionowych. Do pomiarów wykorzystuje się dwa jednakowe transformatory u różniących się jedynie grapach połączeń . Należy wykonać paniery dla szeregu różnic lżh o przesunięciach godzinowych wtórnych sił elektromotorycznych transformatorów. k"niki pomiarów zestawia się w tablicy 2.0.
81 Tablica 2.30 Grupa połączuń Iw i transonaatora I
II
zory do obliczeń: =*
• I)
. 100
tw% U2O 2ł
ul lN
te: U20 - mapiącie wtórne W Stanie Jałowym przy zasilaniu trunuforcatora napiącioa U1, - znamionowe napięcie wtórne (w etanie jałowym) przy zasilaniu transformatora napięciem znamionowym U1,, - znamionowy prąd wtórny transformatora.
Rys .2
82 Należy wykreślić zależność: I
- f(h) (rys. 2.44).
2.4.3.2. Praca równoległa dwóch transformatorów flach i napięciach zwarcia
O
niejednakowych p
Poniary wykonuje się w układzie polącześ z rysunku 2.42. kyniki rów 1 obliczeń zestawia się W tablicy 2.31. Tablica 2.3 Transformator I
Transformator II
Lp1 „2
Obiornik
I, II
IIIII i IIjiIIIIITiI IA8ICI
t C)
V
A
A
A
A
%
A
A
A
- -
b)
4II In
d)
UZ 1-° Z U0 __ -I Rys.215
I
' 1 83 Vzory,do obliczeń:
jednakowych przękiad (X • 13 + Ic) 2.A2. WynIki poxnia
Tablica 2.3" +11
13 „ A A
A
1
116 -
100
11011
II * III
1fl = Na podstawie wyników z tablicy 2.31 wykreśla się zależnojci: II; 1(I) (rys. 2.k5). W przypadku niejednakowych przekiadni pojawla się prąd wyrównawczy.Chaiterystyczny jest tu zanik prądu - przy pewnym obciądeniu - w tranafortorze o nitszyrn napięciu wtórnys (rys. 2.45b). Jedli napięcia zwarcia wspdipracujących transformatorów są niejednakowe, sforisatory obciąkaję się nierównomiernie, odwrotnie proporcjonalnie do Ch napięd zwarcia (rys. 2.45c). Dla przykładu niejednakowych napięd zwarcia oraz niejednakowych przeadn transformatorów współpracujących równolegle zaleŻnońć liniowa jest ruszona, zwiaszcza przy mniejszych obciądeniach (rys. 2.45d).
3. BADANIA WSTĘPNE I NIEKTÓRE PRÓBY MASZYN ELEKTRYCZNYCH WIRUJĄCYCH 5.1. BADćNLt WSPĘPNM Przed przystąpieniem do prób maszyny elektrycznej wirującej należy: a)sprawdzić jakość montażu (np. nożj.iwość swobodnego obracaniu się wirnika), b)zapoznać się z tabliczką znamionową, c)- sprawdzić sten izolacji między uzwojeniami I kadłubem oraz między poszczególnymi uzwojeniami maszyny przez pomiar rezystencji izolacji, przez wyznaczenie zależności rezystancji izolacji od czasu, lub innymi metodami. Tabliczka znamionowa zacieru szereg istotnych "ch (znamion), charakteryzujących maszynę i skreślonych zgodnie z wymogami normy PN-72/ N-06000 - Maszyny elektryczne wirujące. Wszystkie ewentualne wątpliwości dotyczące znamion maszyny należy bezwzględnie wyjaśnić przed przystąpieniem do łączenia układu pomiarowego. - Wielkości znamionowe maszyn należących do określonej serii produkcyjnej zostają ustalone u fazie jej projektowania, czy też w trakcie pruby typu przeprowadzanej w wytwórni. Stąd w wyniku rozrzutu parametrów produkcyjnych (maszyny wytworzono w tym samym ciągu produkcyjnym nie są identyczne) nalały liczyć się z rozczutez znamion tych zaczyn. Dopuszczalne odchyłki wartości znamionowych maszyn określone są w cytowanej wyższej normie. Tak więc z określać zawartych w tabliczce znamionowej korzystamy przy doborze Źródeł zas).lania maszyny, doborze zierników i innych niezbędnych w układzie urządzać (np. hamownie). Natomiast do wszelkiego rodzaju obliczać maszyny wykorzystujemy w miarę możliwości jej parametry określone na drodze doświadczalnoj. Pomiar rezyotancji izolacji należy wykonać prądem stałym przy pomocy magomierza (np. ioduktorowegc miernika izolacji). Maszyny o napięciu znamionowym do 1000 V badamy nogomierzem 500 T, natomiast przy naoięciu znamionowym maszyny Un 1000 V pożądene jest użyć mogomiarza 2.500 V (nie mniej, niż 1000 y). Współczynnik charakteryzujący stopieć zawilgocenia izolacji
(patrz punkt 2.1.3) maszyny dobrze wysuszonej poci-
mian być nie mniejszy, niż 1,5 przy temperaturze 20n 1,4. przy temperaturze 10c,
55 1,3 przy temperaturze 60°C, ;rZy czyn Rą >
U5 [yj P 1000 •
3.2. POMIAR MyZXSTAWCJI Uzw03ź6 Dla zmierzenia rezystanc3i uzwojeń maszyn elektrycznych należy posłagiwać się takimi metodami pomiarowymi )ak: 1) metodą moatka Whoatatone"a (przy pomiarze dużych zezyatanci), 2) metodą nosika Thomsona (przy pomiarze małych rezymtsnc3i), 3) metodą woltomierza i amperomierza (tzw. metodą techniczną) o dwu wariantach układu pomiarowego a) podczas pomiaru małych rezyatanc3i (rys. 3.ia), b) podczas pomiaru dużych rezyatanci (rys. 3.1b).
Rys .3.1 wyłączWażną funkc3ę w układach pomiarowych z rysunku 3.1 spełnia nik W w obwodzie woltomierza. Przerywanie prądu w uzwo3woiu o dużej Sndukcynożcź L po skodczonym pomiarze rezyetemc3i (np. uzwo3onia wzbudzenia maszyn, uzwoenia wysokonapięciowe transformatorów) wznieca w nim siłę elektromotoryczną wielokrotnie przekraczającą zakres pomiarowy wo.comierza. W rezultacie miernik z regały ulega zniszczeniu. Uależy więc bezwzględnie otosoaaĆ następującą kolejność łączeż, 1 - odłączyć woltomierz, 2 - odłączyć źródło prądu. Jeśli przy pomiarze miornikwni oognetoeloktrycznyni klasy 0,7 okaże się , że w układzie pomiarowym (rys. 3.la) jast, I l Z (400
a w układzie pomiarowym (rys. 5.1b) jmet rA (400
!
-L
to wartości mierzonych rezyotancji należy wyznaczać z wzorów: dla układu a) R
dla okładu b)
U - I R
gdzie: U - mierzony spadek napięcia lv), I - mierzony prąd [a], - rezyatancja wewnętrzna woltomierza [] - rezyatancjo wewnętrzna amperomierza [Q]. Przy pomiarze remyotencji należ y znać. temperaturę uzwojeń. Stąd pomiary najlepiej jest przeprowadzać na zimnej naczynie, przyjmując temperaturę uzwojeń równą temperaturze otoczenia. Prąd pomiarowy nie powinien nagrzewać uzwojeń. Stąd jago wartość nie może przekraczać 2 ą prąd znamionowego uzwojenia a czas peaiaru nale ży ograniczyć do 60 a. Zmierzoną rezyatancję aprowadza mię do temperatury odniesienia, wynoszącej: 750C dla uzwojeń z klasą izolacji A. B i k 1150C dla uzwojeń z klecą izolacji F i 5, posługując się wzorom: 235, „5 Rg = R ż55 + gdzie: R. - rezystancja zmierzona, - temperatura uzwojenia w czecie pomiaru, - temperaturo odniesienia, 235 - stało materiałowa uzwojeń miedzianych; (dla uzwojeń aluminiowych wartość etażej wynosi 255). Bliższego wyjaśnienia wyoaga pomiar rozystancji uzwojeń wirników. W maszynach elektrycznych wirniki po łączone są z zaciskami zewnętrznymi maszyny poprzez zestyki ćlizgowe szczotko - pierścień, lub szczotka komutator. Rezystancja przejścia R zestyku ślizgowego jest funkcją wielu zmiennych, takich jak: wartość i kierunek przewodzonego przez zestyk prądu, wartość i kierunek prędkości kątowej wirnika, materiałów z których wykonano zestyk, jakości dotarcia szczotki, stanu powierzchni komutatora lub pierścienia ślizgowego itd. Dla przykładu przedstawiono na zyssnku 5.2 charakterystykę napięciowo-prądową AU = f(j) pary zestyków ślizgowych z szczotkami elektz"ografitowymi. Na rysunku 3.2 6 U oznacza sumę spadku napię cia na zestykach ślizgowych pod dwoma ozczżtksmi - umodoaą i katodową, natomiast j jest średnią gęstością prądu. Jak widać, w pobliżu obciążeń znamionowych maszyny i znamionowych g ęstości prądu a szczotce j (dla szczotek grafitowych oko ło 10 spadek napięcia 6 U w niewielkim stopniu zależy od przewodzonego przez zestyk prądu. Stąd cezystencjo przejścia = zmienia się znacz-
zje i azyb rąz pod uw tyć mały, zwojeń wi: pełniony w msleiy zię :atora. Przy pco stancji pr. zą aertość =tsnu obci wacheęglt gofitOWYc C,ć
Próbę :ionooyo możliwa, Próba zgodnie z cię sp050 spis tych go z wyją Oporowy n szyn prąd też O dłu dowanych bu tercoz mywanych
87
Rys. 3.2
nie i ozybko os055ta eros z malejącą wartoócią przewodzonego prądu. Biorąc pod uwagę , że prąd pomiarowy vi układach pomiaru cezystencji powinien :yć noży, nożna stwierdzić, iż niadopuazczalny jest pomiar rozyotsncji urzojeś wirników maszyn oleżtbycznych na ich zewnętrznych zaciskach. Poełnieny przy takim pomiarze błąd może sięgać kilkuset procent. Mierzyć należy między pierścieniami ślizgowymi, lub odpowiednimi wycinkami komu-.000ra. Przy pomiarach eksploatacyjnych maszyn nie określa sit z reguły rezysoncji przejścia zestyku ślizgowego R, natomiast przyjmuje się stałą wartość spodku napię cia na parze szczotek U = 2 V niezależnie od stenu obciążenia maszyny (powyższa wartość aktualno tylko przy szczotkach węglowych, gnsiutowycb i elaktro-groiitowyoh. Dla szczotek mnisiog-afitowych wartość 6 U może być znacznie oniajsza. Przyjmuje się tu o 0,6 V na parę szczotek).
3.3.
PRÓBA NAORZE WANI%
Próbę nagrzaaanio należy wykonywać przy bezpośrednim obciążeniu znasianowym maszyn. Jeśli bazpoórodnie obciążenie nocą znamionową jest niesożliee, próbę należy wykonać metodami zastępczymi. Ppóbo nagrzewania przy bezpośrednim obciążeniu powinna być wykonana zgodnie ze znamionami maszyny. Pomiar temperatury części maszyn wykonuje się sposobem oporowym, termozwtrowym lub wbudowanych czujników (dokładny spis tych sposobów podaje morza). Znicza się stosowanie sposobu oporowesposób go z wyj ątkiem uzwojeń o bardzo wałej rezystancji, dla których oporowy nie zapewnia dostatecznej dokładności pomiaru. Dla stojanów maalbo szyn prądu przemiennego o nocy większej od 5000 kO lab 5000 kPA, też o diugoci rdzenia większej nić I o, zalano się stosować sposób obudowanych zzujmików. Niedopuszczalne jamb jednoczesne zastosowania sposobu tarmozeti-saego i oporowego w calu sprawdzenia wyników pomiarów wykonywanych sposobem oporowym.
88 Przyrosty temperatury poszczególnych części maszyn nie powinny przekraczać wartoś ci dopuszczalnych dla danej klasy izolacji i danego oposabo pomiaru. lIp. dopuszczalne przyrosty temperatury w C uzwojeń prąd przemiennego maszyn chłodzonych powietrzem mocy mniejszej 0cl 5000 kPA, uzwojeń wzbudzenia maszyn prądu stałego i przemiennego zasilanych prądem stałym, uzwojeń tworników połączonych z komutatorem (napięcie znamionowe nie przekraczająca 11000 P) wynoszą w zależności od klasy izolacji. i sposobu pomiaru:
I
I I I
Sposóo poaiaru temparotOry
oc
Klasa izolacji
I
terzometrowy 50
I
I
I I termooporowy I metrowy 60
65
E oporowy
II I temno-
oporowy i
70
80
-
Sposób oporowy pomiaru temperatury polega na określeniu średniego pzmy rootu temperatury uzwojeń no podstawie przyrostu ich oezystsacji. Przyrost temperatury w DC dla uzwojeń miedzianych oblicza się wg następujących wzorów: - dla maszyn do pracy ciągłej i przerywanej: g_z (235 +
z) - oz -
- dla soezyn do pracy dorywczej: c ć"=
Z oślo ziach f 15 imania c turę) w czasu nsi
1I
i metrowy
75
niek w ca nemperatu mych para i-a oblic joj prac2
(235 ° z)
w których: Rz - rezyatancja uzwojenia zimnego, - temperatura uzwojenia podczas pomiaru rezystoncji Rg - rozyotancja uzwojenia nagrzanego, - temperatura czynnika chłodzącego określona wg normy. Za temperaturę „„cz w maszynach chłodzonych powietrzem z bezpośredniego Otoczenia należy przyjąć średnią wartość temperatur zmierzonych w równych odstępach czeou ostatniej czwartej części czasu trwania próby. Pomiar temperatury należy wykonać przy pomocy kilku (co najmniej dwóch) termometrie, umieszczonych w różnych punktach około maszyny no poziomie jej środka w odległości 1-2 o od niej i wyznaczyć wartość średnią ich wskazań. Próbę nagrzewania przeprowadza się w celu określenia niektórych znamion maszyny (moc, moment, natężenie prądu, dopuszczalna temperatura czynnika chłodzącego) w warunkach określonego rodzaju pracy, jak rów-
- 11
t -c P -o g
powyc założeni ruzpocza rat000 C ros ot0 5 runkcjl 5.30 (kr: Podoi ma prze) rym nie 3.3. kr
89 nicż w celu okreź lenia ciepinych parametrów maszyny (ustalony przyrost tosporatury, stała czasowa nagrzewania i stygnięcia). Znajomośó cieplmych pamanetrów maszyny jest niozbędma na przykład do ustalania na droze obliczeniowej dopuszczalnego obciążeOża maszyny w innych warunkach jej pracy, aniżeli ustalonych przez producenta. Z równał bilansu ciepinego ciała jednorodnego (O jednakowych właanożciach fizycznych w całej swej masie) i doskonałego pod względne przewo.drania ciepła (wszystkie cząsteczki ciała nsją zawsze jednakową temperaturę ) wynika wykładniczy przebieg przyrostu temperatury AP w funkcji czasu nagyzewaia t, wyrażający się wzorem:
- rółnica między temperaturą ciała a temperaturą jego otoczenia, - ustalony przyrost temperatury ciał a po czasie t—oo t - czas liczony od początku procesu nagrzewania ciała, - stała czasu nagrzewania. Powyższy wzór obowiązuje przy założeniu, że proces nagrzewania rozpoczął się (t = O, gdy temperatura ciała równa była cemperatu0). Przebieg rze otoczenia funkcji przedstawiono na rysunku 5.3a(krzywa „a=), Podobnie wykładniczy charakter za przebieg stygnięcia ciała,o indrym nie wydziela się ciepło (rys. .3a krzywa b"):
Rys.3.3a t -5
Rys.5.3b
!
gdzie:
- przyrost tosperatozy ciała w chwili - stała czasu stygnięcia.
t
= o,
Z fizycznego punktu widzenia ciepina stał e czasu są sianą czasu, po ktoryru ciało osiągnęłoby ustalony przyost temperatury, gdyby wydzielana w nim moc była stało 5 ciepło nie przenikało as otoczenia.
ą pamiętając, współrzędny
Parametry funkcji nagrzewania istygnięcia ciało jednorodnego (Ł "; ł ; t) nożna wyznaczyć różnymi metodami. Jaź li proton nagrzewania ciała (z reguły dł ugotrwały) przerwano, zenin ciało osiągnęło praktycznie usta. lony przyrost tesperatuzy, parametr ten można wyznaczyć np. metodą wykreślną, pokazaną na rysunku 3.3b. Konstrukcja wykresu oparta jest na równaniu pochodnej funkcji ó ł = f(t) Lkó0
d
. 6
=
Jak widać, wykres zoleżnodci cinającą oś 6 .3
:: miejscu 6J 0
Wartości pochodnej
dla
f) jest linią proszę, przeczasu
w kolejnych punktach krzywej najłatwiej wyzna-
czyó wykreślając styczno do krzywej w tych punktach imierząc tangensy kątów nachylenia stycznych do osi odcię tych. Ponieważ jest trudno zapewnić dokładność przy wykreś laniu stycznych do krzywych w określonych punktach, na rysunku 3.3b podano metodę obredlenia ustalonego przyrostu temperatury poprzez graficzne wyznaczanie skożczonych wartości wzrostu przyrostów temperatury (k = 1;2;3...) sy jednakowych odstępach cnasu 3t. Otrzymany wynik będzie dokładniejszy, jeś li zamiast wzrostów odłożymy na wykresie wartości n •dk gdzie n jest dowolną od jedności. liczbą, większą Ciepine stale czasu nożna wyznaczyć przy pomocy różnych metod. Dwie z nich pokazano na rysunku 3.4. Jak wynika z zależności podanej uprzednie dla krzywej nagrzewania: T
°
=
-
=
ności (2.,
Po C
ym O O
Dla krzywe
tga
2 początku układu współrzędnych, gdzie Ad1= O będzie: T tsC,
Stąd styczna, wyprowadzona z początku układu współrzędnych odcina no prostej Mla odcinek odpowiadający w okoli czasu ciepinej otałoj nza50 Tg. 3odobnie w doocinym ziescu krzywej nagrzewanie będzie: T
=
L
tęco
U
61 1U
-
Ł t
Noieły czą ciał szyna ol mwteniałó hrodłani
gdzio:
odstę p czasu odpowiadający przyprostokątnej AB irójkąta ABC.
W analogiczny sposób nośna określić stałą czasu stygnię cia ciała T. pokrywa się tu z osią odciętyci układu pamiętając, że prosta współrzędnych.
Rys .3.4 łona metoda okreżlaos ciepinych stałych czasu polega na wyznaczeniu wartości funkcji po spływie czasu równego stałej T lub jej wiolokrotDla krzywej nagrzewania wartości te wynoszą: ności (2T; 3T
...).
- o) 0,6525 =„ ą (1 = O,865d5
Po czasie t = T Po czacie
T
Do czasie t
= 2T
(1 - a-3) = 0,950
T 6 &=
Dla krzywej stygnięcia będzie:
= „-2 = t2T =
0,135
„ t=3T =
= 0450L
o
Walały pamiętać, że onówiofle wy2;e3 własności ciepine I netody dotyczą ciał jednorodnych o nieskończenie wielkiej przewodności ciopinej.Maszyna eloktryczna przy swej okooplikowszaj budowie, złożono z różnych zateriałów o bardzo różniących się włsoroćciacb fizycznych, z kilkoma ródłani ciepła (poszczególne straty), z różnymi warunkami oddawania cis-
92 pin w różnych jej siojucacis, Ule daje się sprcwadzió do jadaorodnogo modelu. Stąd rósnied proces nagrzowwla i stygnię cia maszyn eiektrycznyc: nie da się przedstawić zależnościnni opisującymi własności ciepine ciel jhdnorodnych. Ze złożonej budowy maszyny wynika złoż ony, wieloy1cżadniczy charakter krzywych nagrzewania i stygnię cia. Dla przykładu, krzywą nagrzowania z"oz-
wypływa : <.03 i trze: zywej osę: ucadniczy, rametrani uniku 3.3b :oetej, pr atury będ ą
Rys.3.5 łożoną na jednowykładnicze krzywe cząstkowe przedstawiono na rysunku Opis matematyczny takiej krzywej ma postać : t
D
3.5.
D
-e
-e
o po wynuożoniu cynnikóe:
t
-y; + „
2•
*
1•e
-
t
t ~...-
ó0.e
°
Tak więc ustalona temperatura krzywej nagrzewania maszyny elektrycznej junt sumą współczynników tenperaturowyoli Z ć wykrzywych kładniczych, cząstkowych. W praktyce udaje się wydzielić z krzywej nagrzewania maszyny elektrycznej trzy pierwsza, cząstkowe krzywe wykładnicze i wyznaczyć ich parametry. Wartości parametrów (l"i T. dla nl.3) są z reguły tek całe, że niewiele wpływają na przebieg krzywej nagrzewania maszyny. Opisane uprzednio metody określania ciepinych parametrów ciała jednorodnego nie mogą być stosowane bez sastrzsdeó do przebiegów sielowykładniczych. Punkty konstrukcji służącej cis wyznaczenia ustalonego przyroato temperatury (rys. 3.3b) nie ułożą się wzdłuż linii prostej. Wartości cieplnych stałych czasu określone metodą stycznej do krzywej, w punkcie to 0, będą za małe. Metodę postępowania można ustalić znając zależność między ciepinymi stałymi czasu krzywych cząstkowych: T1 2D2) T
Wyjaśni: zledniczeg czasu krzyc szej stałe. wyznaczyć zowykiadat jest powie zraz osią
93 do jednorodnego mcaszym elektrycznyct ności ciepine ciał kładniczy chacakte yeą flagrzowania zoz
oo na rysunku 3.
- 5:O
ania maszyny oleklywych wy-
a",,
a maszyny olekwyznaczyć izb ozZ reguły tak main maszyny. akrów ciała jednoiogów wielswykładtalonego prrooez zlej. Wal"tościcjei. 3, W punkcie i.O, zależność między
Wypływa etąd wniosek, ł e przyrosty temperatur krsywyeh o ąstkowycb dnuiaj i trzeciej stosunkowo szybko ustalają się, po czym dalszy przebieg cywej nagrzewania, lub styię cia maszyny, jest praktycznie jednacykżadniczy, odpowiednio przesunię ty względem osi odciętych i określony uranetrami 6 &1 oraz T1 . Tak wię c punkty konstrukcji opisanej ma myimaku 3.3b przy rzeczywistej krzywej nagrzewania ułożą się wzdłuż linii ;rostej, proasinającej oś rzędnych w miejscu „ jeśli wzrouty kropamatury będą brane n praktycznie jednowyklodniczego obszaru krzywej.
wielowyWyjaśnienia wymaga jeszcze pojęcie sta łej czasu przebiegu kładniczego. Wiadomo, że przebieg taki nożna wyrazić szeregiem stałych czasu krzywych cząstkowych. Pis uproszczenia wprowadzono pojęcie zsotęponej stałej czasu T. przebiegu wielowykładniczego. Parametr T nożna wyznaczyć tzw. metodą ca łkową traktując np. krzywą nagrzewania jako jedzzwykładniczą. Obliczając całkę (d0 -3ć dt, której wartość równo jest powierzchni pole, ograniczonego krzywą nagrzewania, asymptotą . oraz osią rzędnych (na rys. 3.6o pole zakreskowane) dostaniemy: S=
li Powierzchnię pola S wyznaczamy przy pomocy planimetru. Podobnie możne określić parametr T7 krzywcj ebyęnięcia maszyny (rys. 3.6b) . Wprowadzenie parametru T jest jednoznaczne z zastąpieniem krzywej nagrzewanie (lub stygnięcia) zeszyny krzywą zastępczą, jednowyklzdniczą O parametrach T = T I jednakowych wartościach przyrostu ustalonego temperatury. Wówczas powierzchnie pól S1 í S (rys.3.7) „ zawartych między krzywymi., 54 sobie równe, cyfra I oznacza krzywą zastępczą, jednowykiadniczą, natomiast cytra 2 oznacza krzywą nagrzewania, wielowykiadniczą . Matematyczny związek między zastępczą stałą czasu T5 5 sta łymi omasu krzywych cząstkowych ... T wyrażony jest równaniem:
- rt--
m
oo(
.
t +
t -2+
= Rozwiązanie równania ma postać : *
6e
t --\
dt
2 T2 + ... •
Jeśli stale czasu moją być wyznaczane metodą stycznej do krzywej (rys. to punkt stycznośzi należy wybrać w części praktycznie jednowyklad_ niuzej, po uplyaie dostatecznie długiego zussa od początku procesu cieplnego. W ten sposób wyznaczy aię parametr T1 krzywej cząstkowej, którego wartość zbliżona jest do
3.4),
3.4. WYZNACZENIE STRAT I SPRśWNości
3.4.1.
Sposoby wyznaczenia sprawności
Stosuje się następujące sposoby wyznaczenie sprawności: - sposób bezpośredni, polegający na bezpośrednim równoczesnym pomiarze mocy wydawa:sj i mocy pobieranej. W tym przypadku sprawność Oblicze się wzoru: R"2 = p- 100 gdzie: P2 - moc czynna wydawana, P1 - zoo czynna pobierana, - sposób strat ogólnych, polegająoy no pomiarze ca łkowitych strat maszyny, - sposób strat poszczególnych, polegający na obliczeniu sprawności es podstawie strat jalowych i obciążeniowych.
91 dwóch ostatnich przypadkach sprawność oblicze się
trz.Podobnie możn, S. 3.6b). Wprowam krzywej nagrzewaykładnic żą o astalonego temperazwartych miedz. PCzą , jedflOwykład. aielOwykłsdiczą 5 sta ł ymi cnerównaniem:
0 .e
-
= nie:
Z
P
z wzoru:
(i
- wartość strat ogólnych lub suma strat poszczególnych.
3.4.2. Wyznaczenie sprawności sposobem strat poszczególnych Wyznaczenie sprawności sposobem strat poszczególnych polega ma zenie sprawności na podstawie: strat jałowych,
obli-
i
- Strat wzbudzenia -
maszyn syntylko w przypadku maszyn prądu sta łego chronicznych, strat obciążeniowych. może różnić się od sprawności rzeSprawność ta ma charakter uzcwny czywistej.
-
jdt
i
n 3.4.2.1. Wyznaczanie strat jałowych
oj do krzywej (rys. ycznie jednowyka. ;tku procesu ciepl:ząatkowej, która-
Straty ja łowe należy wyznaczyć doświadczalnie sposobem pracy silniko.e, lub prądnicowej. Przez straty jałowe rozumiemy somę strat mechanicznych i strat w żelanie. Metody rozdziału strat jałowych opisane są w punkcie 3.13. Przy wyznaczaniu strat w maszynach prądu stałego I w maszynach zyzchronicznych stosuje się jeden z wymienionych apoaobów,s w maszynach in.dukcyjzyoh sposób pracy silnikowej. 3.4.2.2. Wyznaczanie strat wzbudzenia
ci:
Straty wzbudzenia w maszynach pr ądu stałego i maszynach synchronicznych wyznaczs się doświadczalnie jako iloczyn prądu wzbudzania przez napięcie wzbudzenia.
zacnym pomiarze awność oblicza alę
3.4.2.3.
ych strat maazysprawności
na
Wyznaczanie strat obciążeniowych
Straty obciążeniowe, z wyjątkiem strat obciążeniowych w maszynach synchronicznych, należy wyznaczać w następujący sposób: a) straty nocy w uzwojeniach, z wyjątkioz strat oz uzwojeniach wirników silników indukcyjnych, dla których wykonuje się próbę obciążenia, należy obliczać na podstawie rezystancji uzwojenia zmierzonej prądem uze-. tym lub obliczonej dla prądu stałego; rezystsncję uzwojeniu należy sprowadzić do temperatury odniesienia wła ściwej dla zastosowanej kla-. my izolacji uzwojenia (dla klas izolacji uzwojećz i, E I B temperatura odniesienia wynosi 75°C), b) straty przejścia przez szczotki, z wyjątkiem strat przejścia przez szczotki wirników silników indukcyjnych, dla których wykonuje się próbę obciążenia, należy obliczać przyjmując spadek napięcia:
I
- dla jednej szczotki węglowej lub grafitowej I Y, - dla jednej szczotki netalo-grafit000j 0,3 V. a) straty dodatkowe należy określić szacunkowo: np. - w przypadku maszyn prądu stał ego bez uzwojenia kompensacyjnego O nienastawianej prędkości obrotowej 1% mocy stanowiącej ileczyn największego prądu znuiuionowogo przez największa napięcio znamionowa, - w przypadku maszyn indukcyjnych 0,5% mocy znamionowej, - w przypadku maszyn komutatorowych prądu przemiennego 15 mocy znaizionowaj, d> utraty nocy w uzwojeniach I ewentualna straty przejścia przez azcoc;ki w wirnikach silników indukcyjnych w przypadku, jeżeli możliwe jest wykonania próby obciążania, należy wyznaczyć na podstawie zmierżono; wartości pcólizgu; poślizg powinien być zmierzony w stanie nagrzanym szyny przy temperaturze otoczenia zawartej w granicach 10 _30005 straty w wirniku maszyn trójfazowych oblisza się wg szoru, 6 P.112 = w którym:
1
caI -
„Pe
P - moc czynna pobierana z sieci, cal - staty mocy w uzwojenia stojana, „.u2 - utraty mocy w uzwojenia wirnika, P 0 - utraty nocy w rdzeniu, - poślizg w procentach.
W przypadku, jeśli niemożliwe jest wykonanie próby obciążenia, straty te należy obliczać , jak podano w s) i b). Wyznaczenie strat obciążeniowych w maszynach synchronicznych wykonuje aię doświadocalnie sposobem wybiegu.
3.5. PRÓBA WYTRZYMżŁOiCI MECHANICZNEJ PRZY ZWIĘKSZONEJ PRĘDKOSCI OBROTOWEJ Maszynę należy doprowadzić do prędkości obrotowej wynoszącej: I20P znamionowej prędkości obrotowej - dla prądnic, 12 największej prędkości obrotowej przy biegu jakowym - dla silnikod, dla których nie ogranicza się największej dopuszczalnej prędkości obrotowej, 12c11 największej dopuszczalnej prędkości obrotowej wymienionej na tabliczce znamionowej, nie mniej jednot niż 15 znamionowej prędkości obrotowej - dla silników, dla których ogranicza się największą dopasnczalną prędkość Obrotową i utrzymać ją przy tej prędkości w ciągu 2 min.
97
nie kompensacyjnego Y stanowiącej honajwiększe napięcia neizionowej eiziexanego 1% „uczy
ejócia przez jeżeli możliwe jaz". odstawie zmierzonew etanie nagsza,iyz nicach 10 -30°c € Wzoru,
Wynik próby należy uznać za dodatni, jeżeli po próbie nie wystąpią żadne uszkodzenie ani trwale odkształcenie uniemożliwiające dalszą pracę szyny, a ponadto maszyna przejdzie z wynikiem dodatnio próbę izolacji uzwojeń. 3.6. PRÓBA WYTRZYMAŁO3CI ZL(TRYCZNEJ 3.6.1. Próba izolacji uzwojen Izolację uzwojeń i części izolowanych zoszyn nowych i maszyn przewimię tych poddaje się próbie napięciem probierczym przemiennyc praktycznie ainusoidelnyz o częstotliwości 50 Hz oz przecią5 I minuty. Wartość napięcia probierczego oraz sposób wykonanie próby podaje norma. Wynik poćby należ y uznać za dodatni, jeśli podczas próby nie nastąpilo przebicie oolscji oni przeskok. 5.6.2. Próba izolacji zwojów
obciążenia, stra-
runicznych wykonuje
Izolacja zwojów powinna wytrzymać w ciągu 3 min. podwyższone na zsoickach uzwojenia napięcia o wartości równej: a( 1,3 napięcia znamionowego dls wszystkich uzwojeń, z wyjątiiao wymienionych w poz. b) i c), b) 1,5 napięcie znamionowego - w przypadku uzwojenia o stopniowanej ino.. locji. I jednym końcu uziemionym podczas pracy, z) 1,1 najwyższego napięcia, które może wystąpić podczas pracy w przypadku prądnic prądu ataiego O zmienności napięcia większej niż 7C. Dopuszczalne jest;zwiękazenią czę stotliwości lub prędkości obrotowejprędkość ta jednak powinna być mniejsza od prędkości obrotowej przy próbie wytmzyizełośsi seohuniozaej. Silniki indukcyjne pierścieniowe należy sprawdzać przy nieruchomym wirniku i rozwartych pierścieniach. Szczotki maszyn komutatorowych nogą być podczas próby podniesione.
3.7. POMIAR POZIOMU HhLhPJ ynOszącej owym - dla silnidopuszczalne;
wyzię nicnej na taznamionowej prędranizza się nej-
Hałasem nazywa się zbiór niemile broniących tonów o różnej częstotliyoóoi, natężaniu 1 czasie trwanie. Żródlem bełauu są również maszyny elekłryczne. Dla obiektywnej oceny poziomu hałasu wprcwadza się jednostki charakteryzujące balas, a odpowiednie przepiuy określają dopuazczalne poziomy, halasu (patrz np. pN-81/Z-06019). Poziomem nazywa się logaritmiczny stosunek, wielkości zmierzonej do ode]kości przyjętej jako odniesienie, czyli: K log
98 Poziom okekla się w belach lub decybelach (dB) W pomiarach zjawisz akustycznych wyróźnia się: - natężanie (inteasywnoni) - ciśnienie, - moc akustyczną. Ponieważ ucho ludzkie reaguje na dźwięki również w zależności od częstotliwości, wprowadza się jeszcze jednostkę wrażliwoś cI ucha tzw. fon. Pon jest jednostką poziomu głośności i odpowjadc, przy częatotJjwośc 1000 Hz naziomowi ciś nienia 1 dW. Maszyny elektryczne są źródłami halasz O głośności rzędu 55-80 fonów. Oprócz fonu stosowana jest jeszcze jednostka głośności zwana sonec. Pomiary akustyczne wykonuje się zwykle przy pomocy miernika ciśnienie akustycznego. Czujnikiem jest mikrofon kondensatorowy lub Piezoelektryez. np. Impuls z mikrofonu dochodzi, przez wzmacniacz, do wska ź nika wyakalo.. wanego zwykle w dW. Dla dokładniejszej anelizy mierzonych d żwiękćw oraz wykrycia wywołujących je przyczyn, wyznacza się zależność poziomu ciśmienia akustycznego od częstotliwości, tzw. widmo d źwiękowa. Dla wyznaczenia widza d źwię ku stosuje się analizotory.
3.8. P08118 ZAKłÓCEŃ RĄDIOELEEERYCZCH Przez zakł ócania radioelektryczne rozumie się napięcia, prądy lub Pola elektromagnetyczne wielkiej czę atotliwoci, utrudniaj ące lub uniemożliwiające odbiór radiowy i telewizyjny. Zak łócenia powstające w czasie pracy urządzeń elektrycznych nazywana są przemysł owymi zakłóceniami medioslektrycznymi. Żród łem wytwarzającym zakł ócenie radioelektryczna są również maszyny elektryczne. w zakł ócaniach radioelektrycznych wyróżnia się napięcie zak łóceń i natężenie pól zakłóceń . Napięcia zakłóceń to ojwiększa z wartaścj napięcia zmierzona na zaciskach źród ła zakłóceń przy danej częstotliwości. Napięcie zak łóceń wymaże zię w pV lub dW w etosomku do I py. Natężenie pól zakłóceń to najwię ksza z wartości natężenia Pola magnetycznego zmierzona przy danej czę atalliwo0j Nat ężenie pola zakłóceń Jaat wyra żane s yY/- lob dW w stosunku do I Jaka ochronę przed zakł óceniami stosowane są filtry, ekrany, kondensatory, d ławiki itp. arządzana i ś rodki przeciwzakłóceniowe Zakłócenia radlselekhryczne wyznacza się przy pomocy mierników przypominających radioodbiorniki. Napięcia zakłócań wyznacza si ę w paśmie częstotliwości (0,15 - 30) MHz, natomiast nat ężenia pól zakłócań w zakresie częstotliwości 00 .. 1000) k8iz, Dla urządzeń pracują cych na taranie wydzielonym, np. na terenie fabryk, w odległości nie mniejszej niż lo m od granicy terenu wydzielonego, obowiązują ograniczenia zakłóceń do pociota W. Rozróżnia się cztery zakresy dopuszczalnych poziomów zak łóceń: N - nominalny,
99
W ~arach - wysoki, O - obniżony, 1 2 - specjalne. zależności od sSę. cj ucha Iza. zon. cZęatotljw0 . Są Źródł waj bala,
Dopuszczalne wurtoś i zakłóceń radioelektrycznych wywarzanycł, przez ałlniki elektryczne psaszechnego u ż ytku dlu poziomu normalnego zeatawiozo w tablicy 3.1. Tablica 3.1
ości zwana Sonez arnik ciśnienie lub Piezoalektnye
„skażnilca wyakalo sych dów1ęk oraz OśĆ ?OZiOxaa ciśęlcowe. Dla wyzna_
ja, pr ądy lub pojące lub unjenoż tające w czasie zakł 60enia01 a001ektryCZ,, 04 ęcznych wyrĆ,żnja C zckłó to iwj_ Zakłóco, lub da w utoaun_ Ści natęż enja potężenia poł a za-
ekrany, honden. loca.
Cierników przy_ Się w pa śmie skłócań w za-
S terania fu-
su Wydziulonę_
„ kłócan,
Pasmo cząstotliwoici W MHz 0,15-0,5
0,5-5
llapiqcie za020cen
2
1
Nato pil
-
-
5-3ę
30-300
2
-
-
200
Silnik komutatorowy nocy u łamkowej prą du puzeciecnago, bez kondensatora przeciwzakłóceniowego, wywołuje zakłócenie radioelektryczne o po:łomie napięciu rzędu 70 nV przy częstotliwoś ci 0,5 ilHz. Po zastosowaniu ssndenaatora napięcie zakłócań nożna obniżyć nawet do wartości 0,15 mY ęruy tej samej częstotliwości.
3.9. POIIIARY DRGSS Celon pomiaru drgań jest sprawdzenie stanu niewyaa żenia muszyny.WjelCościazi churakteryutycu,.yzj drgań są: - wychylenie (przemieszczenie, droga), - prędkość , - przyspieszenie. Wielkość drgać bada się na ogół w trzech płaszczyznach wzajemnie do siebie prostopad łych, na obu tarczach, lub stojakach łożyskowych, okraśisją c drgania pionowe, poprzeczne l pozioue (poosiowe). Przyrządy niorzące amplitudę drgań nazywa się wibrosetraoj, natomiast przyspieuzenie podają tzw. akcelerometry. Stosunkowo najłatwiej, szczególnie przy użyciu czujników elektromagnetycznych, mierzyć nożna prędkość drgać. Poniewa ż czł owiek rozmaicie odczuwa drgania o tych samych wychyleniach lecz różnych częstotliwońciacn, pr ędkość drgań jest na ogół krytariuc oceny drgań. Skuteczna wartość prędkości drgań , jest dla maszyn elektrycznych wirujących jedynym kryterium oceny drga ń.
100 3.10. NIZKTÓRS J.T0JlY POMIARU P4DK0ŚCI OBROTOWEJ 3.10.1. Stroboskopowy pomiar prędkości obrotowej Jest to metoda pomiaru bezatykowego, nieobciążającogo mechanicznie badaną maszynę i jako taka szczególnie przydatna do pomiaru prędkości obrobosej maszyn małych. Stroboskop wyposażony jest w elsktryozny generator impulsów o nastawianej częstotliwości. Impulsy ta przyłożone do siatki sterują cej lampy błyskowej powodują jej cykliczne zapalanie się I gaśnięcie. Czas błysku jest krótki (kilkunaóoie po) „ gdyż tylko a tym przypadku uzyska się Oatsj obraz wirującego przedmiotu. Oświetlając lampą błyskową znak umleazczocj na wirującej części maszyny nastawiamy (przestrajejąc generator) częstość błysków tak, aby otrzymać pojedynczy, nieruchomy obraz. No skali stroboskopu odczytujemy liczbę błysków lampy ma minutę, równą prędkości obrotowej wał u maszyny a, tej samej jednostce czasu. Należy tu jednak pamiętać • że takt sam obraz (pojedynczy i nieruchomy) uzyskany w przypadku, gdy częstość bł ysków f równa jest liczbie obrotów „n" w tej samej jednostce czasu, jak równie ż w ogólnym przypadku, gdy: f_E[Hz] lub operując prędkościami kątowymi: -2 zr gdzie: a = 1; 2; 3; Obr
Tak więc dla uniknięcia posyłek należy znać poziom prędkoś ci obrotowej badanej maszyny (wyznaczyć np. przy pomocy innego miernika) i odpo= eiadnj.o nastawić wstępnie stroboskop, lub też rozpoczynać pomiar od wysokiej częstości bł ysków lampy (jeśli istnieje pewność, że jest ona wyższa od aktualnej prędkości obrotwej maszyny), obniżając j ą płynnie aż jo uzyskania pierwszego, pojedynczego i nieruchomego obrazu. W popularnych stroboskopach dokładność odczytu prędkości obrotowych jest niewielka, czę eto niewystarczająca, a powyższa metoda została onisiona jedynie ze względu na jej przydatność do pomiarów w szerokim zatresie prędkości obrotowych. Przełącznik rodzaju pracy Stroboskopu umożliwia zwykle pracę lumpy łyskowoj synchronizowaną siecią enargetycz, zasilającą staobomkop. I tym przypadku lumpa zapale się Z częstotliwością sieciową fb" a przy ;ynchronicznych prędkośojech obrotowych maszyny obraz jest nieruchomy i K krotny. Dla maszyn irukcyjnyzh K = p (p - liczba par biegunów)
101 Wówczas prędkość obrotowa ueszyay wynosi:
°b rOb ° -X-. SS
rotowej
'90 sechenicznie luro prędkości ojiOPUłaów O nasta-. sterującej iuspy ęzie. Czas błysku ku Uzysku się .oet ę Znak Urcieezczona
prędkość kątowa:
r w °Tb
j I
je: nb - liczba błysków na ninztę (no 25r. wb - pulnacja błysków „b
60 b"
I wynoszące °nb nożna wyznaczyć
prędkości obrotowa wyższe od ziożnoścj:
=
nb
+
a prędkości kątowa:
W ostatnio szorze: o= 1
w przedziale prędkości obrotowej od
N
do 2.p0 ,
a = 2 w przedziale prędkości obrotowej od 2 nb do 3, nb itd.
o = 3 w przedziale prędkości obrotowoj od 3 nb do 4
m
Tek więc i w omawianej metodzie dla prowidżowego wyznaczenia prędkoóoj obrotowej maszyny należy orientoweó się, w 30kmm przedziale te prędoś6 się mieści. Przykłady uzyskanych obrazów tla różnych „n° przy fb = 50 ka podano o tablicy 3.2. tablica 3.2 2
1 W
U
1
3 w
U
W
4 fl
5 W
U
0)
6 O
W
000 316 1500 137 1000 103 750 76 600 63 500 52 000 628 4500 471 4000 419 750 393 3600 377 3500 366 000 942 7500 785 7000 733 6750 707 6600 691 6500 681 td.
itd.
itd.
itd.
itd.
itd.
tnósiona metoda na zastosowanie w przypadkach, gdy prędkości obrotowe lub kątowe oaezyoy wynoszą:
102
+
a . n,
°
b
ponieważ :
+
Jak już powiedziono, obserwowany obraz jest w tych przypadkach nierc chany. Jedli prędkość obrotowa maszyny jest różna od prędkodci opisanych w powyż szych przypadkach (nie wię cej jednak niż kilka %)„ obserwowany obmn wiruje. Gdy prędkośc obrotowa jest mniejsza od a . + obraz ej-
ro
W
j ś jj jr jećnakow zoá do wah -etrycznie Ljzbę
ruje w kierunku przeciwnym kierunkowi wirowania wirnika, gdy zaś większa w kierunku zgodnym. Jeśli na czole wał u silnika zaznaczona jos kreska promieniowa, to prędkość obrotową lub kątową wału nożna eyznaczyc zliczając ilość krasek wirują cego obrazu mijaj ących dowolny, nieruchomy wzglę dem stojana punkt odniesienia, z jednoczesnym pomiarom czasu zliczania. Prędkoś ci te wynoszą,
„ nb
60x
prażtyn ón.
= gdzie:
x t
-
a
-±
+
„
liczba zliczonych kresek, czas zliczania [o]
Trzeci człon wzoru ma warto ść dodatnią w przypadku wirowania obrazu w kierunku zgodnym z kierunkiem wirowania walu; ujemną 5ą , gdy kjermn. wzglę dem siebie przeciwno. Jedli wyznaczamy prędkość obrotową lub poś lizg silników indukcyjnych przy zasilaniu silnika istroboskopu z tej samej sieci = tb),oOtat_ nie wzory przybiorą postać: n
-
P
katoda kiatkOwyc charakter w pobliżu
pt 2 P. s.x
„„pb Ponieważ : s
=
O (n < nb);
lub też : n
n1
oraz
K
-;
p
(liczba por biegunów)
gdzie:
n1
W tych iswsnychb przypoz należy pet miki dale prędkośc bywa się
-
prędkość obrotowa, synchroniczna zlinika,
-
prędkość kątowa, synchroniczna.
Poś lizg sad wyniesie: 100 [%]
103 ;Ofliewaś: gdzie:
f2 =,
= 50 Hz;
Ch Przypadkach miar
zo w przypadku, gdy: 1
dtoś cj opisanych %) obserwowany J Obx
- t Jeśli interesuje nas pomiar prędkości obrotoweł silnika w określonych jednakowych odstępach 6n postępujemy inaczej. Na tarczy przymocowowj do wału silnika kreślimy N promieniowych kresek, rozmieszczonych oyatrycznio na jej obwodzie. Liczbę N określamy z wzoru,
Obraz a ż. nb + iks, gdy za ś jesz ilya Zaznaczona Jesz osio można wyznaczy.
dowolny, nieruchomy zniaz"em czasu zii.
60db Począwszy od prędkości obrotowej Wału m = m I dalej w odstępach kn otrzymujemy nieruchomy obraz, okładający się z H kreaek. Praktycznie da się jeszcze odczytać prędkości pośrednie w odstępach O.
wirowania obrazu a Gdy kierunki 04
W tych przypadkach obraz jest nieruchomy lasz 2-krotny (liczba obserWowanych kresek 2-krotnie większa od rzeczywistej N). Przypomina się, że przy wszystkich pomiarach stroboskopom błyskowym zależy postępować uwadnie, gdyż łatwo tu popełnić błędy, otrzymując wymiernika miki dalekie od rzeczywistych. Najlepiej przy pomocy innego prędkości obrotowej wyznaczyć wstępnie przedział prędkości, w której odbywa się pomiar (liczbę o).
oików indukcyjnych
L (f1 = fb),ostat..
3.10.2. Pomiar prędkości obrotowej przy zastosowaniu synchronicznej prądnicy tachorzetrycznej Metoda szczególnie przydatro dla pomiaru poślizgu maszyn inriukcyinycm klatkowych, choć również stosowalna dla innych typów silników o sztywnej charakterystyce mechanicznej, których znamionowe prędkości obrotowe lożą . pobliżu prędkoś ci synchronicznych maszyn indukcyjnych.
obrotowa, mynch T
- -
cątowa, oyncbroni. pr
Rys .5 .8
104 Schemat ukladu pomiarowego w zastosowaniu do silnika indukcyjnego pokazano na rysunku 3.8. Waż silnika indukcyjnego Sł. sprzężony jest mechanicznie z walem synchronicznej prądnicy tachometrycznej PW O liczbie par biegunów p15.= Napię cie sieci energetycznej O częstotliwości f zostaje w trsnsfornaSorku T Obniżono do poziomu napięcia prądnicy tachometrycznaj przy 3e średniej prędkości obrotowej. Częstotliwość f napięcia pr ądnicy lachometryczne, odpowiadająca mierzonej prędkości obrotowej m silnika moduluje nzęolotliwoźć sieci f1. Uzyskana zmodulowana fala zawiera mi ędzy innymi częsootliwość 2 = f1 - f równą częsotliwośoj poślizgu silnika. Pała ta po jej wyprostowaniu w prostowniku I4 zasila cewk ę licznika impulsów L uraz woltomierz. W czasie T =-- licznik zarejestruje I impuls, a wskazówka woltomierza wykona jedno wychylenie. Poślizg silnika można wyznaczyć z zależności:
-.
=
=
z
odczytując liczby zarejestrowanych impulsów z (lub też liczbę wychyleń wskazówki woltomierza) w określonym Czasie t. Jeśli f1 = 50 Hz, a poślizg s wyrazimy w % to: 2.z Wówczas prędkość obrotowa silnika: n-n1(i -
a prędkość kątowa: (I •
8%
fobr]
1,
1-.
gdzie: n - synchroniczna prędkość obrotowa silnika, - synchroniczna prędkość kątowa silnika. Opisana metoda umożliwia bardzo dokładny pomiar poślizgu w przypadku użycia dokładnego miernika czacu. Licznik L posiada wyprowadzone zaciski umożliwiające podłączenie sekurócnierza elektrycznego, którego uruchomienie odbywa się wraz z włączeniem licznika impulsów. Czas pomiaru powinien wynosić nie mniej niż kilkanaście sekund. Przy małych poślizgach (np. bieg jałowy silnika) należ y zliczać liczbę wychyleń wskazówki woltomierza nie posługując olę licznikiem impulsów. W przeciwnym razie błąd pomiaru wynikający z przypadkowej chwili załączania licznika byłby zbyt duży.
105
3.11.
M KT6F3 METODY WYZWA.CZANIA MOMENTU OBMOTOWEGO
Pomiar momentu obrotowego silników indukcyjnych w stenach ustalonych Próby wykonujemy przy współpracy badanego silniku z bamownicą, której charakterystyka M = f(n) unożliwla pomiar sonantu w zakresie poślizgów od O = O do u = 1, a więc również w obrębie niestatecznej pracy silników indukcyjnych. Takie wymagania spełnia np. hanownica komutatorowa prądu przoniennego. Poniary powinny odbywad się w zasadzie przy znamionowym napięciu zasilenia silnika. Poxiiewat jednak ozęata powtarzanie takich prób w warunkach laboratorium dydaktycznego prowadziłoby do zniszczenia silnika (wielokrotne jego przeciążanie) wykonujemy badania przy odpowiednio obniżonym napięcia zaoilającyn. Otrzymane s ten apoaób wartości momentu obrotowego silnika przeliczamy ma napięcie znamionowa, pamiętając jednak, że takie przeliczeniu obarczone jest błędem. Jeśli badaniu podlega silnik indukcyjny pierścieniowy, pomiary wykonujemy dla dwóch przypadków: a) rezystancja dodatkowa w obwodzia wirnika Bó = 0, b) R, e 0. Schemat połączeni układu pomiarowego pokazano na rysunku
3.9.
ul v T o.-o
Rys. 3.9 Wyniki pomiarów i obliczeni zestawiamy w tablicy 3.3. T a b 1 i c s 3.3
uw:Ei min Rd - O Rd_O
106 Obliczenia: II
M
„A"1be
F(11
(L1 y;-
EiJ,
-l).(2)
gdzie: 0_
(1J
z1 -
25r. Nale ż " wkceżlió charaktez"atyki: I; M; = (n), któzycn prz7k2adow.y pzzebieg pokazano na zyeunko 3.10.
Rya .3.10
3.11.2.
Pomiar nonenco akantowego silników indukcyjnych w stanach dynamicznych
Moment dynamiczny silnika nożna wyrazić następującą zależnością: Mś =
[.m],
J - sonant bozwladnożci mas wirujących [k9s2 ], dw - przyrost prędkości kątowej wirnika [1] w czasie dt [o]. Moment bazwłodności mas wizujących bodenogo silnika jest wielkością stolą. Można go wyznaczyć różnymi metodami, np. metodą wybiegm (patrz pkt. 3.12. Tak więc wyznaczenie momentu dynamicznego Silnika epcowadza się do ocreź lonia przyapieazenia () „ jakie moment zen nadaje mason wirującym e każdej chwili badanego procesu. Zwykle wiolkoćó przycpieacenia zamienia alę s odpowiodnich przetwoęnikach elaktro-mechanicznyoh na
107 limiowozalożny od przyspieszania sygnał elektryczny, rejestrowany następnie na taóiaie rejestratora, np. oscylografu pę tlicowego. 3.11.2.1. Metodą Ytterbarga
pęłtzcn
Prądnicę tachometryczną PT prądo stałego sprzęgany starannie, przy pomocy nieelastycznego sprzęgia,zwsłembaćsnegosilnikai ze-
C os
SA
F
ź grfu /
7
Rp
PT Rd
których przy ado
rysunku 3.11. Napięcie prądnicy tacbomotryczmej PT jest proporcjonalne do psędR7s311 kości kątowej wału (U = c.s. Dla zzyakania w obwodzie pomiarowym prądu proporcjonalnego do pochodnej nakondensator pię cia (a więc i prędkości kątowej) załącza się do obwodu który wraz Z resyatancją obwodu (R = Rpt • R • R) tworzy układ różniczkujący:
-;). Przy tak dobranych elementach obwodu, by iloczyn R.0 - T (stała czasu) był dostatecznie mały w porównaniu z czasem lt t - czas trwanie stanu dynamicznego silnika j
„1
gdyż wówozos:
du BI"
55
1 - e
koyjnych
zależnoś cią :
zawie dt [oj.
jest wielkością wybiegu (patrz ilniza sprowadza on nadaje masom śoóć przyopieezesechenicznych na
eol
Tak więc prąd płynący w obwodzie pomiarowym jest proporcjonalny do pochodnej napięcia (również pochodnej prędkości kątowej), a tym samym do przyspieszenia i momentu dynamicznego badanego silnika. Otrzymany oscylogram przedstawia krzywą momentu dynamicznego w funkcji czasu rozruchu silnika. Gdyby równocześnie, przy pomocy innej pętlicy oscylografu rejestrować prędkoóó kątową badanego silnika nożna w łatwy sposób wyznaczyć na otrzymanym oscylogramie skalę momentów. Bierzemy pod uwagę dowolny, skończony przedział czasu 6t [oj i znając okolę prędkości kątowej wyznaczamy jej przyrost 6w w tym przedziale. Średnia wartość momento dynamiczmego silnika Udór [NZ] w rozpatrywanym przedziale ćlt wynosi: Mór = J Najwygodniej jest rozważać teki przedział czasu 6 t, a którym warto" Md zmienia aię stosunkowo nieznacznie. Moment dynamiczny zarejestrowany opisaną metodą jest zniekształcony i zaviera obok interesujących nas tzw. momentów pasożytniczych stlnika (po-
108 cOdząoycIz od wyższych harmonicznych pola) znaczną pulsację,
żródłez której jest komutator i zęby wirnika prądnicy tachometrycznę j .Dla zoniel. ezenia tych szkodliwych pulsacji pożądano jest stosowania specjalnej prę.. nicy tachometrycznej O cylindrycznym wirniku (uzwojenie naklejane) i możliwie dużej liczbie wycinków komutatora. Naloty tu również zaznaczyć, że niestaranne sprzężenie silnika z prąd_ nicą tachonotryczną prowadzi do powstania drgań mechanicznych tej ostatniej, mających wpływ na jakość rejestracji momentu. 3.11.2.2. Metodą elektromaszynowego czujnika przyspieszeń Siłę elektromotoryczną, proporcjonalną da przyspieszenia nożna otrzymać bezpośrednio na zaOiokach tzw. elektromaazynowego czujnika przyspieszeń . Slaktromaszynowy czujnik przyspieszeń jest msezyne elektryczną dwuiwzową z wirnikiem kubkowym (Porre. rias), w której jedno z uzwojeń (1) asilane jest z baterii akumulatorów, drugie zaś, po2 miarowo (2) łączyny z pętlicą oscylografu (zys. 3.12). Można uzasadnić, że dla zachowania liniowej zależności mię dzy przyspieszeniem czę_ dci wirujących maszyny a siłą elektromotoryczną, Rys.3.12 indukowaną w uzwojeniu pomiarowym (przy założonym dopuszczalnym błędzie) musi być spełniona następująca zależność, 2 10 gdzie:
ó - szerokość szczeliny powietrznej, k - grubość ścianki kubka obrotowego, 8 - średnia średnica kubka, - rezyetywność materiału kubka.
Tak więc, nie każda dwufazowa maszyna z wirnikiem kubkowym może być wykorzystana jaicc elektromaszynowy czujnik przyopeeze ń. Czujnik przyspieszeń sprzęgany sztywno z wał em silnika badanego. Jak długo prędkość kątowa kubka czujnika przyspieszeń jest stała (.„ = f(t) = const) w uzwojeniu pomiarowym nie indukuje się żadna 858 (stronień magnetyczny w osi poprzecznej czujnika jest stały e czasie). Z chwilą, gdy prędkość obrotowa zacznie zmieniać się w czasie ś o) w uzwojeniu pomiarowym powstanie 858 proporcjonalna do przyspieszenia. Jak wiemy (patrz metoda Ytterberga), przyspieszenia to zarejestrowane w funkcji czasu na taśmie oscylografu jest w innej skali momentem dynamicznym, rozwijanym pizez badany silnik. Skalę tego momentu wyznaczany w sposób analog-iczny jak w poprzednio opisanej metodzie. Zarejestrowany przebieg również i w tej metodzie zawiera zakłócenia w postaci pulsacji powstałych w wyniku istniejącego uzębienia pakietu stojana. Te zakłócenia w krzywej momentu dynamicznego silnika nie występują w metodzie czujników naprężno-oporowych.
Em Na rysunku 3.13 pokazano przebieg momentu dynamicznego oraz prędkości kątowej trójfazowego silnika indukcyjnego przy jego nawrocie.
Rys.3.13 Z ton sposób wyeliminowano z przebiegu id = f(t) w zakroziw pokliagów I >3> O (praca silnikowa maszyny) wpływ azybkozanikających wiekcromagnetyozmych stenów nieustalonych, s7stępu34cych przy załączaniu maszyny do sieci. To stany nieustalone mają decydujący wpływ na przebieg krzywej momentu dynamicznego i wystąpiły tu w zakresie (nie nakazanym na rys. 3.13) pracy hamulcowej maszyny. Zakłócenia opisana wyżej, zostały tu wyeliminowane przy pomocy filtru dolnoprzepustowego IC. 3.11.2.3. katodą czujników naprężno-oporowych Czujnik napręŻnooporowy (tensometr) wykonany jest z cienkiego drutl oporowego, naklejonego na papierowy pasek. łozy mechanicznym naprężaniu paska zmionia się zezystanojs drutu w wyniku aniony jego ślugoici, przekroju i zeI zystywnoóci. Zmiana rezyotencji R jest tu w określonych granicach) proporcjonalna do na. prężenia. ((proszczony szlejo konI strukcji miernika przyspieszenia przedstawiono w przekroju no rysunku 3.14. Da wał badanego silnika (1) 3 nasadzona jest 121, 4o której zanocowano z pzec±ologcych tiran końce dwóch prostoką nych płaskowników (3), wyżcwyc! ze stali cęęiowwj sprężynowej. Zrugte iońoo piaskoanikón przytworinzC są lo tarczy zOrichowej (4). to a.cwwnikóz3) z-"yttzce cbuwercr.r.it cztry tencoetry (5), któryc w3pronadzwnia ię wy zi opzz.cdwio .s układ rostkowy, zasilany zwy-
110 kle napięciem przemiazulyn u częutotliwokcj akustycznej. Sygnały elektryczne doprowadzamy 110 wierzchołk6w 003tka tensometrycznego poprzez pierdzienie iliz(1owe osadzone On tulei (2) I szczotki lub też za poirednictwem specjalnego kolektora rtęciowego sprzę2ono5o sechunicznie Z czujnikiem przyopiezzenia. Zasada dziekania opisanego przetwornika jest następująca: Jak długo wał silnika wiruje z prędkością ustaloną, w płaskownikach stalowych (3 i naklejonych czujnikach tensozetrycznych (5) nie występuje naprężenia mechaniczne (6 ° 0) Pomijany tu znikomo małe naprężenia wynikająca z ta, cia elementów wirujących przetwornika o powietrza. W tym przypadku mostek tenmonetryczny jest zrównoważony - różnica potencjałów między pomiarowymi wierzchołkami nosika wynosi 0. W stanach dynamicznych silnika, np. przy jego rozruchu, kiedy przyspieszenie 0, w wyniku działania momentu bezwładności tarczy zamachowej (4), w płaskownikach (3) występują naprężenia zginające (6 ó 0), w efekcie dwa tensometry są ozciągane a pozostałe dwu ściskana. W tensometrach rozciąganych wystąpi przyrost rezyutanzji = Ro • 6 R), W ściskanych zaś rezyutancju zmaleje (1( o R0 - AR), proporcjonalnie do ich naprężania. Równowaga mostku zostaję zachwiana, między wierzchołkami pomiarowymi pojawi się napięcie 3 liniowo zależne (w określonych granicach naprężeń) od przyspieszenia wału silnika. Raplęcis to, po wzmocnieniu w specjalnym wzmacniaczu tensometrycznym I odfiltrowaniu składowej zmiennej napięciu zasilającego mostek, doprowadzone zostaje do pętlicy oscylografu. Skalę zerejestrowanego przebiegu Ud = f(t) można wyznaczyć podobnie, juk w poprzednich metodach, lub też naprężając nieruchoay miernik przyspieszeń znanym momentom i odczytując odchylenie plamki świetlnej pętlicy oscylografu. Określoną w ten sposób okolę momentu statycznego należy wymnożyć -
Jw •Jp
gdzie: J, - moment bezwładności wirnika badanej maszyny, J2 - moment bezwładności tarczy przetworniku przyspieszań. Otrzymaną m ter, sposób skolę momentu dynamicznego nanosimy na zarojostrmaumy przebieg. Wyciery takich elementów miernika jak: turczy zamachowej i plackcwuikós sprężystych musz; być tsk.dobrane, żeby częstość drgań własnych arządzemka leżała omocznie romyżej interesujących nos częstości drgań rejestrowanego momentu. Opisana metoda pozwala na uzyskanie lepszych efektów rejestracji 10centów dynamicznych silników w porównaniu z poprzednio opisanymi metodast. (O przetwornikach elektromaszynowych, jak już wspomniano, zaktócenia wywołane Są uzębieniem obwodu magnetycznego, czy też pojawiają się w wyniku obecności komutatora. W metodzie czajników tensometrycznych mule-
ME ty jednak dbać o to, aby sygnały przewodzone z elementów wirujących na styki nieruchoma nie był y zniekszta łcone zojenną rezyatsncją przejścia stykach. W przypadku ożycia kolektora rtęciowego warunek powyższy jest w stopSiu dostatecznym spe łniony, w przypadku zaś stosowania pier ścieni
śliz-
gowych i szczotek elementy te powinny być wykonane z motali szlachetnych, np. srebra. Wykres zarejestrowanego przab±egu czasowego momentu podczas rozruchu nieobciąż onego trójfazowego silnika indukcyjnego jednoklatkowego (z zględnieniem elektromagnetycznych procesów przejściowych) pokazano na ryaunku 3.15. Jak wida ć , przebieg zOraantu jest oscylacyjny i noże w
paw-
zych chwilach sieć wartości ujemne, basujące wirnik.
Ryu.3.l5 Na zakończenie należy jaszcza podkreślić , że Opisana metoda czujników tenaozetrycznych (w odróżnieniu od pozostałych omówionych zetod) pozwala również na rejestracj ę momentów obrotowych, przekazywanych Z wa łu silnI-
ka do urządzania napędzanego, także n stunach pracy ustalonej. Wynikiem każdej z opisanych matni pomiaru momentu dynuniczcego silnika jest zapis tego momentu w funkcji czasu (Md = f(t)). Zwykle bardziej interesującym jest przebieg momentu w funkcji poślizgu, czy też prędkości kątowej. W przypadku jednoczesnej rejestracJi, przy puzony prądnicy zachozetrycznej, przebiegu prędkości kątowej w funkcji czasu s., = f(t) lutwo da się wykreślić interesującą zależność kld
112 Przebióg funkcji M d = f() można też uzyskać W sposób bezpośredni, fotografując obraz uzyskany na ekranie oscyloskopu katodowego (zasiaot oscylografu pętlicowego) ‚ jeśli do wzmacniacza odchylnia poziomego prłoŻyny napięcie proporcjonalr,e do prędkości kątowej, c wzmacniacz odchylania pionowego Wyoteru3emy sygnałem z przetwornica przyspieszeń.
3,12. WYZNACZENIL tIdBN"X"J BZZitŁADNOŚCi WIRNIKI MhSZYNY SLEKTRYCZNEJ SStOI
WYBIEGU
Moment bezwż udnoćci wirnikew naszym oiektryczmyoh nożna wyznaczyć zastępującymi metodami, opisanymi w nersię PN-64/S-04252: a)drgań skrętnych cymontouonego z maszyny wirnika zawieszonego na aprężystyc drucie, b)wehadke Pomocniczego s stanie zmontowanym maszyny, c)wybiegu w Stanie zmontowanym maszyny. W tym rozdziale spisano tylko metodę wybiegu. Badaną maszynę elektryczną należy uruchomić jako silnik wprowadzając ją na poziom prędkości obrotowej wyższy od zaarionowogo. Wa ł miluśka sprzęgamy z prądnicą t-hometryozną pokącaaną z miernikiem prędkości kątowej. Na skalę ziernika przyklejany odpowiednio wycięty pasek papiars tek, aby można było na nim zaznaczać wychylenie wskazówki ziernika. Po oznaczenia prędkości ustalonej dla czasu t O od łączamy silnik od sieci zasilającej (w silnikach prądu stalego należy równi.ż odljczyó azwojenie wzbudzenia). Straty mechaniczne A P5 silnika powodują zsniejozonie jago prędkości kątowej. W jednakowych I określanych odstępach cza as (np. co 3 sek) zaznaczany na skali ziernika położenie jego wskazówki postępując tak, aż do chwili zatrzymania się walu silnika. Po odczytaniu wartości prędkości kątowych, odpowiadających poszczególnyc znakom ze Skali ziernika i czasu związanego c tymi prędkościami, liczonego od chwilO odłączania silnika od Sieci, wykreślany zależność oJ = f(t) zwaną krzywą wybiegu. Należy tu zaznaczyć, że opisany tok postę powania nadaje się ds zdejmowania krzywej wybiegu maszyn, których czas wybiegu jest stosunkowo d ługi (np. kilkadziesiąt sekund). W przeciwnym przypadku wynik obarczony 3051 zbyt dużymi błędami i należy rejestrować krzywą wybiegu przy pomocy oscylografu pętlicowego. W następnej kolejnoś" wyznaczany, posł ugując cię jedną ze znanych metod, straty mechaniczne APo badanej maszyny dla określonej (objętej krzywą uybiagu) prędkości kątowej w (patrz punkt 3.13) Do Otrzymanej krzywej wybiegu wykreślany styczn; w punkcie 0, odpowiadającym prędkości kątowej ou,, dla której wyznaczone został y straty 6 P... Z punktu C wykreślamy prostq równoległą do osi rzędnych, której przecięcie z osią odciętych uyznaczu punkt A. Styczna do krcywęj wybiegu natomiast przecina oś odciętych w punkcie B. Otrzymany odcinek iż wyznacza umowny czas T po, upł ywie którego zukoiczyiby się wybieg, gdyby
utraty tent równe akra 1 ulą. Konit mika, okre prędkości rem:
do, W fi
Znak (-) W ka stratus. Moc str razić możn
Uwzględ ny moment
W techn elę fleszy ściowy wią
113
C)p
Rys. 3.1 G atrety sechoniczna maszyny Ł Pz były niezależne od prędkości kątowej I równe stratom wyznaczonym dla punktu styczności C krzywej wybiegu m prostą . Konstrukcję wykresu pokazano na rysunku 3.16. Bezwładność nosy wirnika, określonej jej momentem bezwładności J[kgin2] przy zmieniającej się prędkości kątowej n.. "twarze tzw. moment dynamiczny wyrażający się wzorem:
dw e [i] jest przyspieszeniem równym tangensowi kąta nachylenia styczs maj do krzywej wybiega względem osi odciętych (w). dW AC 2. g = tgn =-=Znak (-) we wzorze oznacza przyspieszenie ujemne, czyli hamowanie wirnika stratami mechanicznymi Moc strat mechanicznych 6 P maszyny przy prędkości kątowej w wyrazić nożna związkiem: Ć Pa = Md Uwzględniając powyższe zależności otrzymany wzór okreklający wyznaczany moment bezwładności wirnika: =
W! Wp2
[].
W technice apotyke alę też pojęcie momentu zaneohowago, wyrażającego się iloczynem ciężaru wirnika i kwadratu średnioy (GZ2 ) . Wzór wielkohalowy wiążący J n GZ2 we postać: GO2
ąj [.n2].
3.13. ROZDZIAL STRAT JAZ,CWYCS MASZYN ELEKTRYCZNYCH Jak wiadomo (por. punkt 3.4.2.1) straty ja łowe maszyn elektrycznych wirujących są suną strat mechanicznych (tarcia) 6 pm 1 strat rdzeniu (żelazie) A P. Otrzymany je odejmując od nocy dostarczane: zaszycie wszystkie straty mocy w uzwojeniach (proporojonalne do iloozyr. 12.R) oraz ewentualne straty przejścia przez szczotki (I.0 - patrz punkt 3.4.2.3 oraz 3.2). Metody rozdzia łu strat jałowych ma 54 na cel wyodrębnienie poszczególnych strat z ich suwy. Rozdział strat nożna przeprowadzić: a)metodą pracy silnikowej, b)metodą pracy prądnioowaj, c)metodą wybiegu. 3.13.1. Metoda pracy silnikowej Podczas pracy silnikowej maszyny na biegu jslowyz zmieniamy wartośi napięciu zasilanie. Dla ka żdej wartości napięcia wyznaczamy straty ja łowe maszyny. W trakcie próby Utrzymujemy prędkośż kątową wirnika na znazionowym poziomie, nastawiając w msazynach prądu stałego odpowiednio ich prąd wzbudzenia, 5 w maszynach indukcyjnych zmieniają c napięcie zasilania w przedziale, w którym prędkość wirnika nożna uznać praktycznie za Stałą. W tych warunkach straty mechaniczne naezyny, zależ ne od prędkości kątowej wirnika, są również stałe. Straty w rdzeniu natomiast zmieniaj ą się wraz z kwadratem sił y elektrozotorycznaj indukowanej K. Stąd wykres strat ja łowych w funkcji siły elektromotorycznej indukowanej jest parabolą, przecinającą oś rzędnyoh w punkcie o wartoś ci równej stratom mechanicznym maezyny 6P (bo dla E = O straty w rdze: nic 6 P 0). Wykres strãí. ja łowych sporządzany zwykle w funkcji E°. Przedstawia on wówczae linię prostą, którą łatwo jest ekstrapolować do przecięcie z osią rzędnych (rys. 3.17).
Rys .3.17
115. RYCZNXCR
W maszynach prądu stałego siłę elektromotoryczną E obliczamy z ano-
zyn elektrycznych • i strat w mocy dostarczane; jOnał ne do iloczynz (I.ź U - 1,atru ch ma ą na celu
B
E = U - I (11 +
u
- 6 Up
- napięcie przyłożone do zacieków obwodu twornika,
I - natężenie prądu w obwodzie twornika, Rt - rezyatsncje uzwojenia twornika, - rezystancja uzwojeż biegunów pomocniczych, Aup - zapięcie przejścia pod szczotkami.
3.13.2. Metodo pracy prądnicowej
zieniemy wartoóc Czamy straty jaiu_ rą wirnika na o, go odpowiedj0 ich napięcie zadmać praktycznie za łężne od rędkgśc
tomieat Zmieniają aj E. tOrycznej induko.O wartoj ró, straty w rdzekle W funkcji E 2. ekutrapolowa ć de
Metoda polega na napędzeniu maszyny badanej do jej znamionowej prądtoóci kątowej przy pomocy wyezoroowanego silnika, lub hanownioy. W sil-. miko wywzorcowanym znane aą łączne straty nocy w funkcji jego obciążenia, o stąd I noc na wale przy równoczesnym pomiarze mocy pobieranej .18k więc moc na wale silnika napędzającego niewzbudzoną maszynę badaną równa jest ej znamionowym stratom mechanicznym, a po wzbudzeniu do poziomu znamionowej siły elektromotorycznej, jej znamionowym stratom jałowym. Znamionowe straty w rdzeniu są równe różnicy obu poprzednich wartości.
3.13.3. Metoda wybiegu Metoda może być stosowana do naecyo prądu stałego. Maszynę badaną wprosadzany do pracy na biegu jałowym przy znamionowej prędkości kątowej wir-
E1 t
re n
Ryo.3.la
116 nika L prądzie wzbudzenia odpowiadającym znamionowej sile alektrozotazycznoj indukowanej w tworniku. W tym stanie auszyny określszy jej zzasionowe stuty jałowe ó P. Następnie wprowadzany maszynę na pozica prędkości kątowej nieco wyższy niż znamionowy i zdejmujemy dwukrotnie krzywą wybiegu w nastę pujących warunkach: a) rozwarty obwód wirnika; wartość prądu wzbudienia jak w chwili wyznaczania strat b) rozwarty obwód wirnika I wzbudzenia. W pierwuzyz przypadku wirnik zaczyny hamowany jest atratani ja łowymi 6P0 , którym odpowiada umowny czas wybiegu T0 , w drugie stratami mechanicznymi A P0 (odpowiadający czas T . ) . Opia próby wybiegu oraz OpOób okreś lenia uisoonych czasów wybiegu podano w punkcie 3.12. Styczna do krzywych wybiegu kreślimy tu w punktach, którym odpowiada znamionowe prędkość kątowa wirniku coa (rys. 3.18). Momenty dynamiczne wirnika zaczyny wyrażają się związkiem, podanym w punkcie 3.12, opisującym wyznaczanie momentu bezwładnoś ci metodą wybiegu. Dla maszyny niewzbudzonej będzie:
Meazyny we lub azs uzyskania jasiu koni Zgodnie L koócóse uzwoj
Ola maszyny wzbudzonej: uzwoj uzwoj uzwoj Z oba równać po wyelizinowaniu momentu bezwładności J wyznaczamy straty zaohaoioznę zaczyny:
uzwoj
uzwoj
W zale Straty w żelazie wynoazą: 22e =6 P. -
po
E]
sposobu I go. Na ry au stu łe regowo-b W obw stałego lub nast
a Więc pięcia n Jeden przeciwi go uzwoj
obwodu a
nośó, WI nej wad syłąo za
sile ełektrocotookreś lany jej znuaazyzuę na pozica jziujeny ukrotnie ja jak w chwili
stratami ja łowy"zl Pugio stretaoj me6b3, wybiegu oras nkoje 3.12. Styczne powiada znamionowa
iązkiein, podanym . zwiodą wybie.
Ości
L J !yznaCzawy
4. MASZYNY PRĄDU STAŁEGO 4.1. 340451A WSTĘPNE 4.1.1. Zasady oznaczeń zacisków maszyn prądu stałego Maszyny prądu stałego posiadają uzwojenie wzbudzanie (obce, bocznikowe lub szeregowe), uzwojenia twornika oraz uzwojenie komutacyjne. Dla uzyskania dokładniejszej konoensacji Oddzia ływanie twornika oprócz uzwoenis konutazyjnego może być zastosowane również uzwojenie koopensacyjne. Zgodnie z PN-73/E-01111 stosowane są następujące oznaczeniu zacisków I końcówek uzwojeń oraz symbole graficzne uzwojeń: M A2 uzwojenie twornika: 41, A2 uzwojenie biegunów bonutacyjnych:
31, 32
uzwojenie kompensacyjne:
Cl, C2
uzwojenie szeregowe:
Dl, D2
uzwojenie bocznikowe:
31, 32
uzwojenia obcowzbudne:
P1, P2
o_._._ryL___c2 CI CZ PI
D2
F1
F-2
W zaieżnoścd od rodzaju posiadanych uzwojeń oraz sposobu ich zasilania powstają różne składy połączeń maszyny prądu sta łego. Na rysunku 4.le-ó podano przykiudowo nohezety połączeń silników prądu sta łego: 5) obcowzbudnego, b) bocznikowego, c) szeregowego i d) szeregowo-bocznikowego. W obwód uzwojenia wzbudzenie bocznikowego lub obcego prądnicy prądu stałego włącza się rezystor (opornik) „ oszywany nastawnikiem wzbudzenia lub nastawnikiem napięcia (rys. 4.2a). Zmieniając wartość rezyetencji, a więc również natężenie prądu wzbudzenia, nożna nastawiać wartość napięcia na zaciskach twornks prądnicy. Jeden zacisk nastawniku oznaczony literą g jest nazywany uauiakiez pczaciwiokzowyn I służy da rozładowania energii pole eleitromsgoetycznego uzwojenia wzbudzenie przy wyłączuniu prądnicy.Gwałtowne przerwanie obwodu wzbudzenia bocznikowego lub obcego, pzciudejącego dużą indukcyjuość , wywołuje w uzwojeniu siłę elektromotoryczną samoindukcji O znaczuej wartości, które noże spowodowsO uszkodzenia izolacji maszyny. Przy wyłączaniu prądnicy nastuwzuik napięcia zwiera uzwojenie wzbudzenia „przy
EM b) -
DI -
02
A2
BI
Rys.4.1 czyo prąd wzbudzeniu powoli zaniku. Schemat obwodu uzwojenia wzbudzenia o nastawnikiem napię cie podano na przykładzie prądnicy obcowzbudnej na rysunku 4.2. Na rysunku 4.2c przedstawiono nastawnik napię cia za pomocą odpowiedniogo symbolu graficznego. Należy pawiptać , że nastawnik napięcie osiącna się jedynie do obwodu wzbudzenie pr ądnic. Nie wolno go stoaować w sLnikuch prądu stałego, gdyż odłą czenie uzwojeniu wzbudzenia od sieci (obwód zacisku q) przy jednoczesnym zasilaniu napię ciem obwodu tworniku prowodzi do PowstanIa niebezpiecznego stanu aweryjnego, przy którym silnik uzyskuje bardzo dużą niedopuszczalną wartość prędkości obrotowej. Prąd rozruchowy silników prądu sta łego ogranicza żię zo pomocą rozruszniku. Rozrusznik uocżliwu zułącuwnie szeregowo z obwodem iworniha dodatkowej resyutencJi. Po wprowadzeniu wirniku w rumb, rozyotanc3ę dodatkową rozruszniku stopniowo zouiiojszz się . Rozrusznik nie yest zaprojekbo-uony do procy ciągł ej, należy więc zwracać uwagę , by po zaśoćozeniu rozruchu rozrusznik zewrzeć . Zaciski rozrusznika są oznaczone następująco: R (Wirnik), S (sIeć ), I (uzwojenie wzbudzenia) - rysunek 4.3a. Schemat obwodu twornika z rozrusznikiem podane na przykładzie silnika bocznikowego os rysunku 4.3, przy czym na rysunku 4.3c rozruesnik przedstawiono w postaci graficznego symbolu.
km
LN
8l
Rys.4.2 b)
ci)
R S M
C)
120 Przy od łączaniu silnika oz sieci energia elektromagnetyczna ozwojenir wzbndzonla rozładowuje się przez zamknię ty obwód rozrusznika i Iwornika. 4.1.2. Metody wyszukiwania zacisków uzwojeń W maszynach prądu stałego Jeżeli tabliczka zaciskowa badanej maszyny nie jest opisana lub gdy zachodzi podejrzenie występowaniu błędnych polączeń , dokonuje się poda.. rów mających na celu wyszukanie odpowiednich zacisków maszyny. Ćwiczenie przeprowadza się na maszynie azaregowo_bocznikowej, posiadającej ozwojenia wzbudzenia bocznikowe oraz szeregowe, uzwojenie twornika oraz uzwojenie komatacyjnę . Końce tych uzwojeń są wyprowadzone do ośmiu Zacisków za tabliczce zaciskowej maszyny, przy czym zaciski nie są opisane. Należy wyszukać i óznaczyć poszczególne zaciski maszyny. istnieje umowa, że litera z namaran I oznacza począ tek danego uzwojenia, natomiast litera z numerem 2 - koniec uzwojenia. Określenie pooząt... ku I końca uzwojenia wynika z następującej zasady: podas pracy s11. kosej Maszyny jeniu bocznikowego o. ozer ągowęgo prąd we wszystkich uzwojeniacbfian płynąć od początku do końca zwo3enia Sposób okrsólunia kierunku iania maszyny elektrycznej jest szczegół owo podany w nocnie PN-72/K-06000. Kierunek wirowania maszyny okre śla się , patrząc na lrsszynę od strony wyprowadzonego końca walu, a w przypadku gdy maszyna za dwa wyprowadzone końce wał u - od strony końca wału o większej średnicy. Jeż eli maszyna ma dwa końce wał u s tej musej średnicy łub nie mu wyprowadzonych końców wał u, to usta ła się kierunek obrotów, patrząc: a) od strony przeciwnej do komutatora łub od pierścieni ślizgowych, jeżeli komutator lub pierścienia ślizgowe są tylko i jednaj strony maszyny, b) od strony pierścieni ślizgowych, jeżeli komutator jest z jednej, a pierścienie ślizgowe z drugiej strony maszyny, c) od strony umownej, jeż eli nie można Określić kierunku wirowania sposobami poprzednio wyziienionyśi. Szukanie zacisków badanej maszyny azeragowo_bocznikuwej rozpoczyna się od znile iiia p000cą oz mi ś pakońceIc tworzących Obwod zaokiuięty. Sonda taka para należy do jednego z nióć wuzystkie szczotki jednego znaku I sprawdzi omozi erzem, który o_ sod zza ni przez sny. Przerwany obwód je obwodom twornika Następnie yonuJ 5 ę pomiar re S sc i egoinychwojoń Pomiar razystn cji pozwała zorientować zię , które zaciski odpowisdsjq uzwojeniu wzbudzenia bocznikowemu. Spośród uzwojeń zaazny prądu stał ego uzwojenie wzbudzenia bocznikowe posiadu największą rezystancję wynosIąc ą zwykle od okoł o kilkudziesięciu do około Oto kilkuóziesięcju cn ćw.Vsolsży jeszcze zbadać , które zaciski należą do uzwajanie wzbudzonio azePegweego oraz szwojeniakozutacyjnego ś tyo calu uzwojenie wzbudzania bocznikowe zasila
121 wig przez wytąoznik niewielkim napięciew stał ym (rys. 4.4). Do zacieków dwóch badanych uzwojeń przyłącze się kolejno woltomierz gnetoeiektrycznajlepiej z zerem pOórcdku okuli.
::10 505
flys.4.4 Uzwojenia wzbudzenia bocznikowe I szeregowa wieszczą się W Osi podiużnej maszyny, u więc w chwili za łączenIu Orąds do uzwojenia bocznikuwago (lub w chwili wyłączenia prądu) woltomierz przyłączony do uzwojenia szeregowego wychyli się) Uzwojenie komutacyjne znajduje się w osi po----przocmaej maszyny. Przy zmianach notęienja prądu w uzwojeniu wzbudzenia bocznikowym woltomierz przyłączony do zacisków uzwojenia kosutacyjnego nie wychyle się . Należ y jeszcze wyznaczyó początki poszczególnych uzwojeń , oznaczane literaci z numerem 1 oraz końce uzwojeń, oznaczane literami numerem 2. W badanej maszynie wszystkie uzwojenia moją wyprowadzenia na tabliczce zaciskowej. W takim przypadku jeden (dowolny) zacisk zwornika przyjmuje się na tabliczce zuciskowę j jako początek uzwojenia twornika I oznacza literą Al, rotomiast drugi waciak przyjmuje się jako koniec uzwojenia twornika I oznacza liter ą t2. Następnie wykonuje cię badaniu zające na celu ustalenie prawid łowych cznaozeń uzwojenie wzbudzenia bocznikowego. Maszynę uruchamia się jako silnik obcowzbudny lub bocznikowy.
AI
sos 500(90KG
Ryu.4.5 Na rysunku 4.5 pokazano schemat silnika, w którym uzwojenie wzbudzenia jest zoolorw Z obeugo troiła. Uzwojenie twornics zucha się rugulouaoym napI ęciem otuływ przy takiej biegunowoś ci, aby prąi plynął w tzw-
22 olku na zucioku bi do zacisku 02. Przy danym kierunku prądu w obwodzie twornika zmiana kierunku pr ądu w uzwojeniu wzbudzenia powoduje zmiankierunku wizowaniu si:niku. Przy danym kierunku prądu w obwodzie kwornika imiona kIerunku prądu w uzwojeniu wzbudzenia powoduje zmianę kienunku wirowaniu silniku. Przy kierunku prądu w twornika od zacisku Al ds zacisku 02 napięcie zu silające uzwojeniu wzbudzenie powinno zaleś teką biegunowość , przy której wirnik obreca uię w prawo. Wtedy zaciek uzwojenia wzbudzeniu połączony z biegunem dodatnim iród ła zasilania oznaczu się literą 31, natomiast zacisk połączony z biegunem ujemnym - literą 32.
Alt \A2B2 81 I
re1dtazw
M Rys .4.6 celu prawidł owego oznaczenia zacieków uzwojenia konzutezyjnego wykonaje Olę pomiary impeJsnji cbwoda złożonego o szeregowo poląuor.nego us jenia twornika oraz uzwoJenia kemutanyjnego dla úwóch możlinych przypadków pCiącześ, jak na rysunku 4.6. Przy prawid łowym połączeniu uzwojeń bioguny kuzautacyjne wytwarzają pulą magnetyczne przeciwdzia łające pol u twornika w osi poprzecznej. Wyniku stąd, że wluśtiwyr. połączeniem jest to, przy który,z inpedancja jest mniejsze. Wioz ąc pod uwagę układ u eniejsieJ impedancji zacisk uzwojeniu kosmuteoyjnego połąozony z zociskiez 2 twornika nonecie cię literą 81, natomiast drugi zacisk - literą 32. 1, 00
:r
62 AQA2
82
04
ilya.4.7
Pla oznaczeniu zacisków uzwojenia wzbudzenie szeregowego naledy wykonać pomiary w układzie polączoć jak na rysunku 4.7. 2zwojenie wzbudzenia bocznikowe zasila się przez wyłącznik niewielkim napięciem sta łym O takiej biegunowości, aby prąd płynął od zuciaku 31 do zacisku 22. Do za-
ciskia najIco chwil sobie ii ma wolto
t P wów U
23 pr ądu
obwodzIe
zisków uzwojeniu szecegowegó przy łączu się woltomierz magnetoelektryczny,
powoduje zniany u w Obwodzie Iworni.. Juje zmianę kieruojt_
najlepiej c zerem pcóroiku ukuli. Obserwuje się kierunek wychylenia woltoolerzu w chwili załączeniu nuzięziu do uzwojenia badanego, u więc w chwili, gdy prąd w uzwojeniu bocznikowym rośnie. Z dwóch możliwych spo-Sobów przyłączenia woltomierzu do zacisków uzwojenia szoregcwego należy wybrać ton, przy którym wskazówka woltosierza wychyłu się w prawo oz ohwili zułęczea.iu napięciu do uzwojenia bocznikowego. Wtedy nacisk dodatni .oł toojerzs przyłączony jest do zacisku Dl uzwojenia szeregowego. Ucho- rat połączeż silnika szeregowo-bocznikowego o zgodnym kierunku przepłyuw uzwojeś wzbudzaniu azeregowego i bocznikowego pokazano na rysonhj4.8.
U
W
Ciuku 12 napięcie mnowość , przy której nudzeniu połączony 31, natoast za...
ozzutacyjnego wykoPOlączonego ozzwzoilOwych pmzypedleceniu uzwojeś wdziałającu Polu połączeniem jest wugę ukisd o rnícinY Z50i5klęm 02 - literą 32.
IWO
wego us łuży wykoojenie -wzbudzania iem stałym O taisku 32. Do za-
lys." .0 4.1.3. Ustawianie szczotek w geometrycznej otrefie neutralnej Wiólszoóć oBscy-zz elektrycznych prądu utulegc posiadu bieguny komnatazyjr.e. Maszyny takie muszą wiać zożliwie dokładnie ustawione Szczotki o eozetrycznej strefie neutralnej, zzylio osi poprzecznej maszyny.
:E2
iQ mYI
Rys.4.9 Ustuwleazie szczotek w geocetrycznej strefie neutralnej wykonuje się( przy nieruchomym wirniku,w układzie połączeć juk no rysunku 4.9. j;zv;oje;úO ..budzeniu casilo się przez wyłącznik niewielkim prądom otzzlyo. o cucioków tworniku przyłączu się miliwoltomierz zugnetoelektryczny, najlepiej
124 zerem pośrodku skali. Należy obserwować wychylenie wskazówki z,iljwo. tomierza w chwili przerywanią, za pomocą wyiącznika;prądu w uzmojęcj wzbudzeniu. Szczotki ustawie się w takim położeniu, przy którym wyez_ lenie miliwoltomierza jest możliwie jak najmniejsze. Pomiar zaczynu oi przy stosunkowo dużej rezystancji załączonej do obwodu uzwojenia wzbo-. dzenia, albo przy bardzo małym napięciu zasilającym uzwojenie azbudzeniw aby zbyt duże odchylenia nie uszkodziło miliwoltomierza, po ccys coraz bardziej uczula zip układ pomiarowy.
4.2. BADANIE PRDNXC PR4DU STAŁEGO
4.2.1. Prądnica obcowzbudne 4.2.1.1. Wyznaczanie chaaktarystyki biegu jakowego Charakterystyka biegu jałowego, zwana również chsrakteryot zagnasz. waniu, okreklu zależność siły elettronotorycznaj 3 índukowanoj e ozooe olo tworniku od prądu wzbudzenie I, przy stulaj prędkości obrotowej wirniku. Cburoktezywtykę biosu jałowego wyanucza się przy otwartym obwodzi, tworniku, łącząc układ wg schematu pokazanego na rysunku 4.10.
Rys .4. 10
Utrzymując stałą prędkość obrotową, prąd wzbudzania zwiększa się od zera do wartości, przy której napięcie na zaciakech twornika ociąga wartość około 1,5 napięciu znamionowego. Następnie zdejmuje się charakteryst.kę biegu jałowego przy malejącym prądzie wzbudzenia.\Na skutek zjawiska histerezy otrzymuje eię inne wartości siły elektromotorycznej przy
125
nic wskazówki zilicol. a;prądu w uzwojeni. J, przy którpz syczy. ze. Pozjar zaczyni si wodo uzwojęnio wzbz z uzwojenie wzbudzeni,, jena, po czym Córat
az"aktoryst.. negRem0 indukowanej w 00503, e rędkości Obrotowej Otwartym aunka 4.10.
a zwiększa się od worfljkc ooięga waruje się churakte_ nia.\Nu skutek zja. tr000tor3?cznsj przy
.zraataj4oyz, a inne przy malejącym prądzie wzbudzenia. W czasie porniewów przy rosnącym prądzie wzbudzeia należy zwrócić uwagę, aby nastawiać prąd wzbudzenia plynnie W 3edną stronę, gdyż ewentualne ozniejszanie prądu powodowatoby oeztanie dodatkowych pętli histerczy unieoożliwisjących prawidiowe wyznaczanie charakterystyki btegu jabowego. Podobnie przy powżerach dla malejącego prądu wzbudzenia jeat niedopuszczalny obcilosy wzrost prądu. Pyposy przeWys411 zleg charakterystyki biegu jato.ego podano na rysunku 4.11. !Jedynie przy sutych wartościach prądu wzbudzenia przebieg charakterystyki biegu jutowego jest proatoliriowy. Wraz cc wzrostem prądu wzbudzenia wstępuje wyraźne zakrzywiania się charek:eryatyki spowodowane naeyceniez się obwodu magnetycznego maszyny. Przy nnądzie wzbudzenia równym zeru na zaciskach twornika moźe występować napięcie, które jest równe sile elektromotorycznej azczątkowej 5sz• Sita 5az jest indukowana przez strunieć magnetyczny azczątkowy. Wyniki pomiarów zależy zestawić w tablicy 4.1.
l
TablIca 4.1
—
V
A
n
Uwagi
obr/zin.
-
nonat
przy roanącyn prądzie 1,,
nonet
przy nslsjąoym prądzie I,
4.2.1.2. Wyznaczanie charakterystyki zewnętrznej Charakterystyką zewnętrzną prądnicy obcowzbudnej nazywa się zależność napięcia na zaciskach prądnicy U od prądu obciążenia X, przy otste3 wart000i prądu wzbudzania X i otakej prędkości obrotowej n. Schemat pokączeń pokazano na ryaunko 4.12. Prądnicę należy wzbudzić na biegu jełowyo do napięcia znsnionowego Un Przez zmianę razyatancji odbiornika R0 nastawia się prąd obciążenia I w zakresie od zera do około 1,3 I,. Wyniki pomiarów zestawiany w tablicy 4.2. Na podstawie pomiarów wykreślany charakterystykę zewnętrzną prądnicy obcowzbudnej (ryz. 4.13)
126
rw A
+0----0
101
Rys .4.12 Tablica a v
A
4.2
1
obr/miJ conot
cOnSt
1
Ze wzrostem prądu obciążenia napięcie na zaciskach prądnicy- U nieznacznie naleje. Jest to spowodowane epadicien napięcia na re-U całego Obwodu twornika, w maszynach fliekoepensowanych dodatkowo wplywer. oddziaływani twornika.
Rys .4 .13
127 4.2.1.3. Wyznaczanie charakterystyki regulacyjnej iaraktnyatyką regulac3, jn4 nazywa się zależność prądu wzbudzenia 1. od prądu obciążenia prądnicy 1, przy sta łym napięciu na zaciskach tzaorzika, równym znamionowana (U = J) oraz przy sta łej prędkości obrotowej wartości znamionowej (n = no ). Układ pomiarowy należy połączyć wg achezatą pokazanego na ryaunza 4.12.
(4
Na podstawie wyników pomiariw zestawionych w tablicy 4.3 wykreśla się zkarskteryetykę regulacyjną prądnicy obcowzbudnej (rys. 4.14). Tablica 4.3
82
M
Lp.
i
lw
. ::::„: na
e
U
=
C,
=:i
4.2
n
ir/rnln nast ądo obciążenia I kuch pr ądnicy U e. Jest to sponapię cia na re-
obwodu tworniku, eśompenaowanych C Oddziaiywaj0
Rya.4.14 4.2.2. Prądnice bocznikowa 5.2.2.1. Wyznaczanie cheraktacyatyki zawz ętrznej Prądnica bocznikowa jest prądnicą samowzbudną, w której pr ąd wziudzezie płynie pod wpływem aity elektromotorycznej indukowanej w uzwojeniu tworniku. kby samowzbudzenie się prądnicy mogło naatąpić : - w osi pod łużnej maszyny musi wystąpić aruoień magnetyczny szczątkowy, - uzwojenie wzbudzenia zuai być tak połączona z azwojeniezo twornika, aby niewielki prąd, jaki płynie w pierwszej obwili pod wpływem si ły elektromotorycznej szczą tkowej wzmocnił dzia łanie Strumienia ragnetycznego szczątkowego, - całkowita rezyetencjc w obwodzie wzbudzenia nasi być mniejsza Od wartości krytycznej, (J
128 - pa"dkodó obrotowa wirnika prądnicy woal byó wię ksza od wartoRci kry. łyownej. Cbarakteryztyką zewnętrzną prądnicy boczuikowe3 nazywa się zsleżnokr wapięoia 5 na zaciskach prądnicy od prądu obciążenie I przy etat, prqdkoóoi obrotowej n oraz ataisj rezyetancji obwodu wzbudzania. Cha. rakteryatykę zewnętrzną ysnwcza się W akkędzia pOiąoneż pokazanym na ry-. ssaka 4.15.
Rys .4.15 Wyniki pomiarów zestawu się w tablicy 4.0. Tablica 4.4 Lp.
U
I
I
n
-
V
A
A
obr/min nonet
tjpowy przebieg ctarakteryatykj zewnętrznej prądnicy boaznikwj pokazano na rysunku 4.16.
129
lękaza od wartości nazywa się zalęża n8 I przy ata cdu wzbudzenia. 4c20h pOka
Poując charakterystyki zewaętr000 prądnicy bocznikowej i obcowzbudnej nożna zuuwużyó, że no- pięcie prądnicy bocznikowej naleje „znacznie szybciej. W prądnicy boi oznikowej prąd wzbudzenie I% nałejący przy saniojszającym pięciu U, powoduje indukowanie I 3ię siły elektromotorycznej O nalejozoj wartości w porównaniu z prądRys.4.16 prąd nicą obcowzbudną, w której wzbudzenia nie zależy od napięciu zwornika. śledz4c przebieg charakterystyki zewnętrznej prądnicy boczniwowej widać zakrzywienie się cbsrakteryatylci oalejącej do tanu zwarcia, przy któryz prąd wzbudzenia jest równy zera. Prąd zwarcia 2 7 płynie pod wcływoz wiły ulektrorotoryoznej wzczątkowej z.2.2.2. Wyznaczanie charakterystyki regulacyjnej Podobnie juk w przypadku pr ądnicy obcowzbudnej, charakterystyką regulacyjną nezywa się zależność prąob. (ó) du wzbudzeniu Iw od prądu ciążenia prądnicy I przy stałym - - - - - prądnicy zapięciu na zaciskach równy" zn8z1000wenu (U = Un) uraz obrotowej przy sta łej prędkości o wartości znamionowej (n = n0). wg Paniery należy wykonywać schecatu polączeż pokazanego na u rysunku 4.15. Charakterystykę reRya.4.17 bocznikowej ęulaoyjną prądnicy (rys. 4.17) należy wykreślić na podstawie wyników pomiarów zestawionych w tablicy 4.5. Tablica 4.5 Lp.
L-
I
U
I
n
A
otr,"rnin O
=
cznat
=
n
U
=
conot = U.
4.2.3. Badanie prądnicy szeregowo-bocznikowej Wyznaczanie charakterystyki biegu ja łowego Y boczr4owoj
W prądnicy szeregowo-bocznikowej przepływ wzbudzania jest wytworzony przez dwu uzwojenia: bocznikowe oraz szeregowe. Uzwojenie bocznikowe jest
V 130 decydujące, naboziaat uzwojenie szeregowe apelnia colę pomocniczą. W calu zbadania udzialu pcuaccogólnych uzwojeń w atroieniu mzbuuzenju wym cza uzę charakterystykę blago ja łowego oddzielnie dla każdego uzwoje_ Uzwojenie zasila aię z obcego żcód ża. W uzwojeniu szeregowy prąd wzi. dzenie nastawia się od zera do wartoóci prądu znamionowego twornika. Ze względu na znaczne różnice w wartożolach prądu wzbudzenia uzwojenia boc nilcowego oraz azeregowego należy pamiętać o motanie rozystencji regulecyjnaj I przyrządów pomiarowych (szczególnie amperomierza). Schemat połączeż pokazano na rysunku 4.18a (dla uzwojenia bocznikowego) oraz rysunku t.lSb (dla uzwojenia szeregowego).
Wykreż nocowania co na ryc Należy
«zbudzeni cetn i Cz wie krzy rysunku.
jed noc zus eń azbud
sianiu oo uze nazyc nuszyny.
4.2.3.2.
Chora] zależnoż
Ryo.4.18 Wyniki pozisrów należy wpisać do tablicy 4.6. Tablica Lp.
-
U V
I A
n
000ti
obc/rio
-
conut
uzwojenIe E1-E2
const
uzwojenie 01-02
4.6
131
rolę powocniczą.
joniu wzbudzeniu wy ilu kuż dego UZWOjez
3zeregowy. prąd wzb• LOflOWOgO twornika.-
dzenia uzwojenia be: .e resyatancji regule zierza)
Wykrębkusy charakterystyki magorzstawionę przykbado o na rysunku 4.19. Należy obrać różne skule prądu Obud200iu dla uzwojenia bocznikoszeregowego tak, aby obydwie krzywe dobrze sieżcily się na rysunku. Trzeba pazięta ć , że przy
°I
uzwojenia bocznikow
uzwojednoczeanya dziabaniu obu jeżi wzbudzenia ich udziaby w stru-
wieniu 54 inne ze względu na szybsze naoycenie obwodu magnetycznego
Wy s.4. 19
aaszyny.
4.2.3.2. Wyznaczanie charakterystyki zewnę trznej Charakterystyką zewnę trzną prądnicy szeregowo-bocznikowej nazywa się zależność napięcia U n zaciskach prądnicy od prądu obciążenia 2, przy
Iw
Sblicu
jonIe El-E2 VIOJerie
4.
J Rys.4.20
132 sta łej pr ędkości obrotowej n oraz sta ł ej rezyataewjj obwodu uzwojenll bucznikowogo. Charakterystycę zewnętrzną wyonscza B1.ę przy zgodnym Oras ocay przeciwnyn kierunku przepływów uzwojenia wzbudzenia bocznikowegc (ob) I szeregowego Schemat połączeil układu pomiai.o5e80 pokazano na rysunku 4.20. Wyniki pomiarów zestawia aię w tablicy 4.7. Tablica j
Lp.
U
-
V
IIw k
fl
Uwagi
OOr/mż fl
-
• csnst
Ob-
Na podstawie pomiarów uykteśh się cbawakteryztykj zewnę trzne (rys. 4.21). W zależności od wielkoś ci dozwojeaia szeregowego przy zgodnym ćmiałaniu przepł ywów Charakterystyka zewnętrzna coże zleć przebieg wzraata jąoy, praktycznie sta ły lub nieuna_ nonie opadający. Dla przeciwnego dzia łania przepływów uzwojenia boczR79,4.21 nikowego i szeregowego chacakterysty, ka zewnę trzna za przebieg szybko malejący. W zast000waoiauh praktycznych stosuje si ę Z reguły dozwojenie szeregowa przy zgodnym dzia ł aniu przepływów.
4.2.3.3. Wyznaczanie charakterystyki regulacyjnej Charakterystyką regulacyjną nuzywa się zależncś ó prądu wzbudzenia od prądu obciąż enia pr ądnicy 1, przy sta łym napięcIu na zaciskach prądnicy, równym znamionowemu (U U n) oraz przy stalej pr ędkoś ci obrotowej o wartoś ci znamionowej (n = n• Pomiary nale ży wykonywać po po układu wg schematu pokazanego na rysunku 4.20. Wyniki pomiarów łączeniu należy wpisać do tablicy 4.8 OtSZ wykreślić charakterystykę regulacyjną prądni.cy azecegowu..bocznikowej (rys. 4.22) . W praktyce przy stosunkowo silnym dozwujeniu szeregowym charaktorystykç regulacyjną prą dnicy szeregowobo-cznikowej syznacza się tylko przy zgodnym dzia łaniu przepływów uzwojeniu bocznikowego i szeregowego.
133
ji obwodu uzwojeniu Q przy zgodnym unie bocznhlcowog;
Tu bibo 4.8 0p.
A
O
U
I
1
V
1
obc/nin
SUnku 4.20. U = U,.= conut
W prądnicy z odpowiednio dużym dziekuflian wzzaoziejącyn przepływu uzwojenia szeregowego otrzymuje się charakterystykę regulacyjoboreksą opadającą , nutoiaiaat turystyka zee.;ę t050a jest rosnąca (porównaj rys. 4.21 A 4.22). Przy słabym dozwojeniu szeregowym ob.uralcteryatyko zewnętrzna natomiast jest lekko opadająca, na charakterystyka regulacyjna przebieg rosnący.
1
n
o
% = sonat
Rys .4.22
4.3. BADANIE SILNIKćW PR41)U STAŁSGO 4.3.1. Silnik bocznikowy i obcowzbudny 4.3.1.1. Wyznaczenie charakterystyki wecbanicznej W silniku bocznikowym oraz obcowzbudnym prąd wzbudzenie nie jest funkcją obciążeniu silniku, co sprawka, że własności ruchowe silnika bocznikowego i obcowzbudnego Są jednakowe. Charakterystyką mechaniczną silnika bocznikowego (obcowzbudnego) nazysa się zależność; prędkoś ci obrotowej n od sonantu obciążenie M, wartości przy stałej wartośzi zapięciu zasilającego oraz przy stałej prądu wzbudzeniu, czyli zależność n = f(M) przy U = const oraz I = conot. Schemat połączeć; przy wyznaczeniu charakterystyki mochuniczncj silnika bocznikowego przedstawiono na rysunku 4.23. Utrzymując atełą wsrtośó napięcia zasilającego U oraz Ska łą wartość prądu wzbudzenia 1, owianiu się obciątenie od zera, czyli od biegu ja łowego, do wartości równaj około 1,2 momentu znamionowego. Oprócz charakterystyki mechanicznej y,ykreśi.a się charakterystykę upowcuności „2 w funkcji nocy użytecznej P2 . Sprawność wyznacza s ę metodą bezpośrednią lub metodą utrat poszczególnych. Przy stonowaniu nabody bez-
134
Do obi szczujące cia
Z otor biążeni
gdzie
hy8.4.23
ioo
pośredniej na łoży wyznaczyć moc użyteczną I"2 oraz noc zrzez maszynę z abel zasilającej J. obliczyć cprawnośó
2%
p,
z
pobranej wzoru:
Moo P1
mej
=—
Jeżeli Silnik jest Obciążony hamulcem usOŻliwbejącyz bezpośredni potiar wonentu, to moc mechaniczną użyteczną możuu.obliczyć z zależności:
.
= 1,027
„2 lub
p2 rW) 2 [5]
-
N
M[kGo]
EJ „
M
-G3
{.]
[lim]
oraz co: min
W celu obliczenia sprawności metod ą strat óoazczególnych należy wyznaczyć wszystkie straty zezy występujące w maazynie. Przed prób ą obciążenia wykonuje wię pomiary badanego silnika na biegu ja łowym. Moc pobrana przez twornik podczas biegu ja łowego pokrywa utraty mechaniczne J. straty w żelazie, utraty nocy na rezyatancjach W obwodzie twornika oraz traty nocy przy przejściu prądu pod szczotkami: U gdzie:
„to =
l"pe, a +
SP
20
„
„
+
lub
WycI
= Nt + Nt, Nt - recyatancja uzwojenia twornika,
- rezyutsncu
Le. uzwojeniu kocutucyjnego.
Wartość spadku napię cia pod szczotkami L. U stawie wekezówek podanych w pkt. 3.2.
przyjmuje aię
na
Na podstawie pomiarów na biegu Je łowyn oblicza się sumę strat nicznych i utrat w żelazie:
podmecha-
135
"v..
- 1to
to -
Do obliczeń dotyczących stanu obciążenia silnika wprowadza się upranie jest funkcją obciążoszczające zalożonię, że suma strat (ii)
Z otrzymanych pomiarów podczas obciążenia silnika oblicza się straty obciążeniowe i
Pobe
/
Susa wazyatktch strat w maszynie: -
2
Pe+c +
obo *
I
ędzie
P5 oznacza straty mocy W uzwojeniu wzbudzenie, przy czym:
Mao P1 pobrana przez silnik: P,= U I
° „i pobraną Z Wzoru:
Moc mechaniczną użyteczną P2 otrzymuje się jako r6żnicę oazy pobranej P1 oraz sumy strat Ep:
-
p2 =pl -P.
m bezpośredni po myć zależności:
z
Stąd sprawność: P 100
I
oraz moment uiytec ony silnika:
Ii p2[w]
cynio należy ized próbą Obcią-
1OWyJS.
Moc pobra-. mechaniczne I otrasomniku oras sera-
55[kGm] - 0,975
lub
s5tas]=
mę strat macha-
60
251,,
„2 „] ohml
Wyniki pomiarów i obliczeń zestawia się w tablicy 5.9. Tablica 4.9
I
Lp. U
Je się na pod-
-
1 1
1
1,
1,
n 1 pl„„Fe,m ni: I ES
obc 6pW E6P P2
1 11.
136 Na podstawie tablicy 4.9 wykreSie si ę charakterystyki przedstawioz, na rysunkach 4.24 I 4.25, tj. Charakterystykę mechaniczną I charaktezyetykę sprawności.
Rys.4.24
R7e.4.25
Cechą charakterystyczną silnika bocznikowego (obcowzbudnego) jest wzgl ędnie mała miana pr ędkości obrotowej w zakresie obci ążeś od biegu ja łowego do obci ążenia znamionowego. 4.3.1.2. Sterowanie pr ędkości obrotowej Możliwości nastawienia prędkości obrotowej ellnike bocznikowego (obcowzbudnego) wynikaj ą z równanie: UI (R - R) _U
w którym Rd oznacza wartość rezyatencji oporniku regulacyjnego, w łączonego szeregowo do obwodu twornika. Istniej ą nast ępuj ące sposoby nastawiania pr ędkości obrotowej silnika, - przez zmianę napi ęcia zasilaj ącego 1), - przez zmianę pr ądu wzbudzenia - przez włączenie w obwód twornika dodatkowej rezyatanoji nastawianej 5d• W ćwiczeniu wyznaoza el ę charakterystykę pr ędkości obrotowej eilnika obcowzbudnego przy zmianie napięcia, charakterystykę pr ędkości obrotowej przy zmianie pr ądu wzbudzenie oraz zdejmuje się charakterystyki mechaniczne przy różnych wartościach rezyeteacji dodatkowej w łączonej w obwód tworniku. Schemat połąozeó uk ładu pomiarowego podano na rysunku 4.26. Charakterystyk ą pr ędkości obrotowej silnika obcowzbudnego przy zmianie napięcia nazywa si ę zależność pr ędkości obrotowej n od napięcia Ub, przy ute łyiz momencie obci ążenia M. oraz przy stałej wartości pr ądu wzbudzeniu I. Przy zdejmowaniu tej charakterystyki opór regulaC3,jnLY w obwodzie tworniku jest zwarty 5d = 0) . Pomiary wykonuje ci ę na biegu ja łowym, s następnie przy momencie obci ążęnia różnym od zera.
Wyniki ze 4 dane przy
137 A F4
Rys .4.26 Wyniki zestawia się w tab1cy 4.10. Nale ży wykreślić oharakierystyki podane przykładowo na rysunku 4.27. 2 Lp.
ut
-
V
5
b1iea
it
I
n
mu
A
A
min
Nz
cOost
Rys.4.27
conSt
4.10
V 138 cara erystyki prędkości Obzbowej przy zmianie napięcia twornika. o = f(U 1) przy M 2 conmt, I = conet sOj ą przebieg liniowy". Ze wzroutez napięcia twornika prędkość obrotowa rośnie. W celu obstawienia prętkości obrotowej przez zmianę napi ęcie twornika stosuje Si ę we wupóZczesnych przenyaiowych ukladach napędowych półprzewodnikowe alciady prostowników uterpęanych, zasilanych z Siec1 pr ądu przemiennego. Charakterystyką prędkouoi obrotowej przy" zmianie prądu wzbudzenie nazysa się zależność prędkości obrotowej n od prądu wzbudzenia I, przy stakyz momencie obciążenia M oraz przy stalyn napięciu twornika U. Przy zdejmowaniu tej charaktoryrtykj upór regulacyjny R (rys. 4.26) Jest zwarty. Wartość prądu wzbudzenIa nastawie się za pomocą rezyataacji włączonej szeregowo do ibwOdu Uzwojenia wzbudzenia. Przy zzziejazaniu się prądu wzbudzenia prędkość obrotowa silniki rośnie. Prędkość ob.rctowa nie Ooże przekroczyc wartości doruozczoinej dla danoj seszyny. Dla Silniku obcowzbudnego poriary wykonuje się do wartości prędkości obrotowej równaj około 1,2 prędkości souzicnowej. Wyniki pomiarów zestawie się e tablicy 4.11. Przebieg chsrakcerywtyk, która należy wykreślić podano przykładowo na rysunku 4.28. Tablica 4.11
I 1P I
U
iw A
fl
2)ii olo
I
conat
Nz) conac
W celu zbadania możliwości nastawiania prędkości obrotowej przez clączenie Szeregowo w obwód twornika dodatkowej rezyctencjl nastawionej It wyznucza się charakterystyki nechuniczne n = f(M) przy Stałej wartości napięcia li i Stałyc prądzie wzbudzenia I. Przy zdejmowaniu danej charakterystyki mechanicznej wartość rezystancji R wiącoonaj aze-
Rys .° .28
Ryn.4.29
139 ragowo w obwód twornika jest również stała. W ówiczeniu należy wyznacZyć rodzinę charakterystyk mechanicznych dla różnych wartości raZyetanzjl R. Wyniki pomiarów należy zestawić W tablicy 4.12. Na podstawie pomiarów nałoży wykreślić charakterystyki podana przykładowo 9ar7aanku 4.29. Tablice 4.12 Lp.
U
Ut
it
i,
R
n
U0
-
V
V
P.
A
fl
EM
Sm
COn8t
sonat
sonat
Jeśli poninąż oddziaływanie tworniico, charakterystyka mechaniczna silnika z rezyatanzją dodatkową Rd" włączoną szeregowo w obwód twornika, jest linIową funkcją momentu obciążenia. Dla większych waatoWci razystancji 5d charakterystyki mechaniczne mają przebieg bardziej stromy. ladą tej metody nastawiania prędkości obrotowej silnika są duża straty nocy spowodowane przepływem prądu twornika przez rezystancję regulacyjną nastawnika. 4.3.2. Silnik szeregowy 4.3.2.1. Wyznaczania charakterystyki mechanicznej W silniku szeregowym prąd wzbudzenia jest równy prądowi twornika. Przy zmianach obciążenia zmianie się więc jednocześnie prąd twornika i prąd wzbudzania. Za względu na zależność utrumianis magnetycznego od prądu 0b014tenia prędkość Obrotowa silniku zalania się w szerokim Zakresie. Przy uslyoh obciążeniach oilnik szeregowy wykazuje niebezpieczny wzrost prędkości obrotowej. Silnik szeregowy za względu na możliwość rozbiegasio się, nie noża być za łączony do sieci zasilającej bez momentu obaląania. Charakterystyką mechaniczną silnika szeregowego nazywa alę zależność prędkości obrotowej n od momentu obciążania U przy stałej wartości zapięcia zasilającego U. Przy pomiarach należy zwróció uwagę, aby przy załych obciążeniach nie przekroczyć największej dopuszczalnej prędkości obrotowej, które zgodnie z normą wynosi 1,2 największej prędkości podabej na tabliczce znamionowej, albo 1,5 prędkości znaolonowęj. Schemat połączeń układu pomiarowego pokazano na rysunku 44.30. Wyniki pomiarów należy zestawić w tablicy 4.13.
Rys .4 • 31 T a b 1 I c a LP.0
I
V
I
j
C.
I
I
obi,
w
IRi
P2 Na
I
cOnst
I
6.13
W
I
I
J
I
J
Na podstawie wyników pomiarów należy wykreślić charakterystyki: n," X = f(U 0 ) ( rys. 4.31). Wzory do obliczać: Pl = U . 1, P2 [w) - M. CNM] • C.)
[1]
Schero
:uchowy r Chars napięcia przy 5ta ki rezysl wy łączoi
lub
2 [w] =
. u. [iz]
1 ° Lro i. * 151. -]
Wynik rukterys"
P2 =
100
4.3.2.2. Sterowania prędkości obrotowej Prędkość obrotową silnika azere5owego nożna nastawiać przez: - zwionę napięcia zasilającego U, - w łączenie do obwodu twornika dodatkowej rezystancji nastawianej 0d - zmianę prądu wzbudzenia poprzez bocznikowanie uzwojenia wzbudzenia rezystencją R" lub przy wykonaniu uzwojenia wzbudzenia z odpowiednini zuczepaci, - zbocznikowanie uzwojenia twornika rezyatancją W ćwiczeniu w3zna000 się charakterystykę prędkości obrotowej przy zmianie napięcie zasilającego, charakterystyki oecbaniczne przy różnych wartościach rezystancji w łączonej w obwód maszyny oraz charakterystykę prędkości obrotowej przy bocznikowaniu uzwojenie wzbudzenia I uzwojeniu twornika.
W cel
zenie wy mac za mości no wai.tośĆ
141
ilyu.4.32 akteryatyki; n, r,
Schemat połączeń układu pomiarowego podano na rysunku 4.32. Prąd rozruchowy należy ograniczyć przez obniżenie napięcia zasilającego. Charakterystyką prędkości obrotowej silnika szeregowego przy zsionie napięcie nazywa alę zależność prędkości obrotowej n od napięcia 2, przy stokyn momencie obciążeniu M. Przy wyznaczaniu taj charakterystyki rezyatanzja natoziest Rd w obwodzie twornika jest zwarta R= 0, eyłączniki: W1 , W2 są Otwarte. Wyniki pomiarów należy zestawić w tablicy 4.14. Należy wykreślić aha-. rokteryatykę podaną przykładowo na rysunku 4.33.
4.14
TabIico
ć przez
laetewianej Bd, lis wzbudzenia cata z odpowiednimi
bratowej przy ZOO przy różnych charakterystykę ania i uzwojenia
I
Lp.
U y
I
n
I
Obr
mu I
„
?1M z
I
I
I
W celu zbadaniu r.ożliwości zostawianiu prędkości obrotowej przez włą-. czenie szeregowo w obwód twornika dodatkowej rezystancji nastawionej R wyznuczu się charakterystyki mechaniczne: n r(25 ), przy stalej warzoś ci napicic U. Przy wyznaczeniu danej charakterystyki cechunicznę j sortość rezystanzji P włączonej szeregowo w obwód nuszyny jest ćów-
I
V,2
N
.-w. ćy4.33
Rys -4.34
nicż sta ła. W ćwiczeniu należy wyznaczyć rodzinę charakterystyk nicznych dla róówych wartoózi royotoncji 5d Wyląconiki: W1 , w2 Są otwarte.
zecr.a.
Pomiary Zestawia się w tablicy 4.15. Na podstawie wyników po.. .arów r loży wykreślić charakterystyki podane przykładowo na rysunku 4.34. Tc61 iC a
ILp.I U
-
V
U1
I
Rd
V
A
.0 j
OOflat
I
4.15
11
mu
Onr mTn-
Nz
amykę
conat
Padanie Wożliwoś oj nastawiania prędkości obrotowej przez bocznikowonie uzwojenia wzbudzenia za pomocą rezystancji nastawianej R ycykouu3e aię przy zuokniętym wyłączniku W1 oraz otwartym wyłączniku W. Przy wyznaczaniu charakterystyki prędkożci obrotowej napięcie zasilające I oraz moment obciążenia N Są stałe. Rezystor jest zwarty. Zmnie3_ R uzenie wartości rezystancji bocznikującej R, powoduje zmniejszenie prodo wzbudzeniu I., a tym namyw wzrost prędkoś ci obrotowej. Wyniki pomiarów notuje się w tablicy 4.16. Nalewy wykreślić charakterystykę n = Ww) - (rys. .35) Tablica 4.16
L.
Beć zle oz azkni oNa rw zraz Szezai4 zeni:
U
-
I
I
n
11
zasIl sien
lonu: nami: dla
M0
min conot
H
conat
zen zero Stos naw ęcwe wya
143
Rya.4.35
Rys.4.36
Badanie możliwości nastawiania prędkości obrotowej przez bocznikowanie uzwojenia twornika rezymt c3". stawianą R2 wykonuje się przy zamknię tym wybąozniku W2 oraz otwartym wyłączniku W1. Wyznacza się charakterystykę prędkości obrotowej przy stałym napięciu zasilającym U oraz przy stałym momencie obciążenia. Rezystor R0 jest zwarty. Zmniejszania rozystancji bocznikującej R2 powoduje zwiększenie prądu wzbudzenia I. = X, a więc zmniejszenie prędkodci obrotowej. Pomiary zalety zanotować w tablicy 4.17. Należy wykreślić charakterystykę n = f(I) - (rys. 4.36).
Lp.
-
I
U V const
t
I
A
I
I
Tablica
4.17
mu
I
° obr
I
Bm monet
Jeżeli w silniku szeregowym prądu atałago zmieni aię biegunowość na zaciskach maszyny, to moment obrotowy zachowa ten sam kierunek, ponieważ zostanie zmieniony zarówno kierunek prądu w tworniku, jak i kierunek strumienia magnetycznego wywołanego prądem wzbudzenia. Podobnie jak szeregowy silnik prądu stałego zbudowany jest silnik komutatorowy jednofazowy szeregowy zasilany napięciom przemiennym. Wykonacie uzwojeć atojana i wirnika oraz sposób ich połączenie są jednakowe dla prądu ata łego i przemiennego. Ze względu na zmienny w czasie strumieó wzbudzenia silniki prądu przemiennego posiadają jarzmo atojuna wykonana z pakietu blach w odróżnienia od jarzma wykonanego z litego zabanału dla silników zasilanych tylko napięciem stałym. Silniki komutatorowa szeregowa budowane są również jako tzw. silniki uniwersalne przystosowane do zasilania napięciem stałym lub jednofazowym przemiennym. Charakterystyka mechsniozaa silnika komutatorowego jednofazowego szeregowego za przebieg podobozy", jak silniku szeregowego prądu stałogo,a więc wykazuje bardzo dużą zcienność prędocAci obroltoej przy zciar.uciz uzzen-
ím tu „ bciążenia. Silnik zasilony napięciem stałym rozwija przy bym suzyz obciążeniu większą prędkość obrotową ni przy zasilaniu napięciem pro.wiennyn. Prędkowc obrotową oiników kamatstorowycb jednofazowych wis się wzastosowaniach praktycznych za pomocą rezyutancji dodatkowyco włączonych szeregowo do obwodu twornika, przy wykorzystaniu zaczepu, uzwojenia wzbudzenia lub przez zmianę napięcia zasilającego. Są to więc metody stosowane równIeż przy nastawianiu prędkości obrotowej silmikO, szeregowych prądu ulcalego.
Churek" • le000ść rtości aniu tac 437 Wyniki
4.3.3. Silnik szeregowo-bocznikowy (próba obciążenia) W silniku szeregowo-bocznikowyn 000liwo jest połączenie zalet silnik. bocznikowego I szeregowego. Przepływ uzwojenia Wzbudzenia bocznikowego. niezależny od momentu obciążenia, zabezpiecza silnik przed rozbieganien się przy biegu jalowyo, eliminując w ten sposób istotną wadę silnik. szeregowego. Uzwojenie wzbudzenia szeregowo umożliwia zwiększer.°o „momentu rozruchowego silnika.( W ouwt000wwni3clo praktycznych stosuje się zgodna dalukanie przepływów uzwojenia bocznikowego I szeregowego. Istniej, również możliwość skierowania przepł ywu uzwojenia szeregowego przeciwnie do przepływu uzwojeniu bocznikowego. W kabin przypadku przy cdpowiednlc dobranej liczbie zwojów uzwojenia szeregowego nożna uzyokaó bardzo wotywną chsraktezywtykę cecbanlczną, przy której prędkość obrotowe jest prawie stuła przy różnych wartościach momentu obciążonis. W praktyce nie stosuje się jednak przeciwnie działającego dozwojenia szeregowego 5u względu na niebezplecseóstwo niestabilnej procy podczas przeciążenia eiiniku.rzy zgodnym dziaksniu przepływów unwojenis bocznikowego i szeregowego strunież magnetyczny silniku zwiękczu się przy wzroście moment. obciążenia i wywołuje zoniejuzonie prędkości obrotowej silnika. W takim przypadku właściwości silniku bocznikowo-szeregowego są pośrednie roiędzy silnikiem bocznikowym a uz000gowyrs i zależą od udzia łu przepływów poszczególnych uzwojeń. W dwi000niu wyznacza się charakterystykę zieuhaniczną oraz charakterystykę sprawności silnika szeregowo-bocznikowego prz zgodnym dzia łaniu przepływu uzwojenia wzbudzeniu bocznikowego i szeregowego.
Rys.4.3?
W obl
Na pc by wykrc sunku 4.
2/e
wykot tod łui
a przy tym napięcie. oa nsfazo,oych nast. ;ancji dodatkowych teriu cacce lącego. Są to odą5 „ bratowej silnik
15
145 Charakterystyką mechaniczną alinika czecogowo-boccnikoeego nazywa się leŻnoóó prędkokoi obrotowej n od momentu obciąienla n przy scalaj w szwoctoici napięcia zaailaj4ce5o li oraz przy stakym prądzie I anta bocznikowym. Schemat potączeó ukladu porziarowego podano na rysem-
4.57. Wyiki pomiarów naiaóy zestawić w tablicy 4.15. TaS1Ica
ernst I
1
0.1i
1 cOrrSt
W oblicc, „.ach obowiązują związki: P1 = S . I „2 [w] nz [] M [Nm] lub
[w] =
°[ P2
nl
u5
tPn],
100
Ha podstawie zwierconych wartoici, zestawianych w isblioy 1.18, maleBy wykrailit charakterystyki podane przykiadowo era rysunku 4.38 oraz rywerku 4.39.
21
.1
1
H _ Rys.4.38
Wya.4.39
4.4. BADAHIS SFSCJILNYCH 545155 PRDU STAŁEGO 4.0.1. Badanie zetadysy - przetwornicy
Metodyna należy do specjalnych maszyn prądu atakego, w których 3esb wykorzystane pole poprzeczne twornika. ilotadyna posiada szczotki n osi podłużnej i poprzecznej. Obwód magnetyczny maszyny jeat wykonany w ten
146 sposób, do persesnoje (przewodnoś ci magnetyczne) w osi pod łużnej przeeznej są jednakowe.
Rye.4.40 Schemat połączeń zetadyny - przetwornicy pokazano na rysunku 4.40. W stojanie jest napięcie zasilająca U1 , natomiast do drugiej pazy szctek: 141-142 przyłączony jest odbiornik O rezystancjj R. Równanie na pięć obwodu 261-242: U1
+ I R4
Poeijejąo spadek napię cia na rezyatencjj obwodu twornika: U1 Przy zsinieniu, że obwód oagnetyozxuy jest nienuaycony mo żna napisać: = clO Ponieważ silnik napędowy utrzymuje sta łą prędkość Obrotową układu, czy_ li n = 000st El= C 25 U1 Z otrzymanej zefeżnośuj wynika, że przy wtulaj warto ści napięcia zaułającego U1 prąd wtórny 22 nie zależy od rezyatancjj. odbiornika R. W zietadynie - przetwornicy l000unt elektromagnetyczny jest równy zeru, ponieważ w stojanie nie sieści się ż adne uzwojenie, natomiast przy zwież onej wyzmetrii magnetycznej w osi pcd ł uż nej I poprzecznej sensat reluktancyjny nie występuje. Silnik napę dowy rozwija noc potrzebną jedynie na pokrycie strat mechanicznych. W netadynie - przetwornicy dokonuje się zemiana energii elektrycznej prądu sta ł ego w energię elektryczną prądu sta. lego O zmienionych wartościach napię cia i prądu, przy czyn wartość prądu płynącego w odbiorniku nie zależ y Od jego resyutancji.
1>,? pod łużnej i Badając zetadynę - przetwornicę należy zwrócić uwagę na to, aby przed sałączoniew napięcia zasilającego U1 obwód odbiornika R był sankcjęty (najlepiej - zwarty). Zaciski IAI-1A2 nie nogą być rozwarte, gdyż wówczas siła elektromouzyskuje wartość prądu toryczna Z.1 wynosi zero, natomiast prąd ł wsrcis określoną wzorem: Ul
„l Ę Po uruchomieniu metadyny - przetwornicy wykonuje się pomiary przy różnych wartościach rezystancjl obciążenia R. Wyniki należy zanotować w tablicy 4.19. Ile b lica Lp.
1'Y$unku 4.40 drogiej pazy szcn_ R. Równanie na.-
0
U1
4.19
il
U2
22
R
A
V
A
Ii
const
Rezystancję obciążenia oblicza się z wzoru: R = U2 12 Na podstawie Domiarów wykreśla się charakterystyki: I, 32, i 2 =
mika: 4.4.2. Badanie amplidyny nożna napisać,
rotową układu, czy_
5i-1źoi
napięcia zaodhjornlka R. jest równy zeru, >miast pvzy zsio„3 005ent reiuj.. „zebną jedynie na dokonuje się zanyczną prądu atayc wemtoóó prądu
o.4.2.1. Badamłe amplidyny na biegu jałowym 5 wykorzy amplidyna jest specjalną maszyną prądu stałego pracującą staniem poła poprzecznego. Posiade ona szczotki w 001 podłużnej i poprzecznej. Podczas pracy amplIdyny szczotki w osi poprzecznej są zwarte. Obwód magnetyczny jest wykonany w ten sposób, że permeancje (przewoćnokć magnetyczna) w osi pod łużnej i poprzecznaj są jednakowe. Amplidyna pracuje jako dwustopniowy wzzacniech elektromaszynowy. Pierwszy stapiać wzmocnienia stanowi układ złażony z uzwojenia aterającego, asieszczonego w stojanie i obwodu szcz ęk w osi poprzeaznaj twornika. Dragi stopień wzmoctwornika nienia utworzony jest przez obwód szczotek w osi, poprzsaznaj oraz obwód szczotek w osi pod łużnej. Do obwodu szczotek pod łużnych witozona jest uzwojenie kompensacyjne oraz odbiornik. TJzwojeOia kompensaZwykle cyjne służy do kompensacji pod łużnego oddziaływania twornika. przepływ uzwojenia kompensacyjnego można nastawiać przez rezystsncję bocsnikojąaę uzwojenie kompensacyjne. Dla zlikwidowania magnetyzmu szczątkowego stosuje się uzwojenie rozmagnesowująca zasilane prądem przemiennym.
N
IH
RYS .4.41 Schemat polączeu układu pomiarowego amplidyny przedstewion na rysunku
4.41.
Przed rozpoczęciem pomiarów demegnesuje się amplidynę , dziakając prą den sterującym w odpowiednim kierunku. Podczas biegu Jałowego amplidyny (napięcie oznaczono symbolem więc przy otwartym wyłączniku W1 , wyzxwczs się następują ce charakterystyki magnesowania: - przy Otwartym wyłączniku W2: U = f(15) - przy zamkniętym wyłączniku W2: -U do = f(15);
1 g = (I); Udo=(Iqo Zmieniając wartoźó I kierunek prądu sterowanie I wyznacza się charakterystykę magnesowania z małą pętlą histerezy. Wyniki pomiarów należy zanotować w tablicy 4.20. ł 8blice
LD.
U
qo
I qo
4.20
Udo V
11:9 Na podstawie pomiarów wykreólu się charakterystyki: Uą =
_.__._J..
otwartym wyłączniku W2( oraz
Udo x f(1,»;
l q0
=
(oczy
r(13); U 0 =
(przy zamknię tym wyłączniku W(. Przykładowy przebieg charakterystyki U go = f(18 ) pokazano na rysunku 4.42.
Rya.4.42
wiono na ryaurdziałając prą. ynboies II), 400 charaktery_
do = f(1ą .
Onucza cię cha-
4.4.2.2. Wyznaczanie charaktaryatyk zewnętrznych Charakterystyką zewnętrzną azplidyny nuzywa się zsleinoóć napięcia wyjod prądu twornika w osi podłużnej „d" przy stałej wartościowego U dci prądu sterującego I. W Ćwiczeniu wyonauza cię charakterystyki zewnę trzne amplidyny dla następujących stanów: a) amplidyna skompensowana - wartość rezystwncji bocznikującej uzwojenie kompensacyjne kb - R1 tak dobrane, strumień ct przy biegu jebwys uraz przy obciążeniu znamionowym prądem siało tę Sam ą wartość (okospensomuane podłużne oddziaływanie twornika), b) amplidyna przekoopensowana - kb ° c( amplidyna niedokozpenwowana < R1. Wyniki pomiarów zestawia Się e tablicy 4.21. 0.21 TabIicu
-
1
U
ni
V
Stan kompensacji i
skompensowanie
cocet
Lp.
przekozponaowanio niedokomzpanaowanie
50 Na podstawie wyników pomiarów wykreśla się charakterystyki zewnetrzre f(ld), podane przykładowo „ rysunku 4.43. Osiągnięcie stanu pełnej koOpan.. sacji stwierdza się wówCZas,gdy przy atakoj warto--ci prąciu sterującego prąd W osi poprzecznej pozostaje staiy przy zmianie rezyatancji obciąkeflis. Dla amplidyny skompensowanej charakterystyka zewnętrzna lekko opada na skutek wpiywu Spadku nardacia na rezystnncjach obwodu twornika.
Rys.4 .45
4.4.2.3. .yznaczanje statycznych współ czynników wzmocnienia .k ś woczeniu wyznacza się statyczne wspÓł czynniki wzmocnienie amplidyny dla różnych stanów kompensacji pod łużnego Oddziaływania twornika przy znamionowym wyaterowaniu amplidyny i przy znamionowej rezystancji obcią eata: udn R. Napięcie amplidyny U I prąd Obciąż enia 1, odczytuje się jako współrzędne punktu przecięcia proatej spadku napię cia na znamionowej rezystancji obciążenia z charakterystykami zawnę trznai (rym. 4.4j). Oblicza się: — wspÓczynnik wzmocnienia napięcia: k Ud ua U - wapóiczynnik wzecnjenja prądu; ki - Współczynnik wzmocnienia mocy: ks = 0,
Schazca; sianowych, aparatury. jącegO (be alka: — rozruch — rozruch — rozruch - rozruch Sposób czonych ni Jeśli jąoego po podczas r sy panier silnika i
kdw po aw wy_ yszykl ew tzr0 przyl żadowo „
pełnej koopen_ óWCZaS,gdy orzy du er"ijązwgo 3 pozostaje ototoncji obciĄź .. skonpensowoj t-no lekko ospadku nupI obwodu twornik5.
nia amplidyny Mika J1
ni ą olonowej
j3k.2 r0
-
5. MASZYNY ASYNCHRONICZNE 5.1. ż-OtSTAWOWł. bAiż1Ik SILSIilł INDUKCYJNEGO 5.1.1. Schematy połączeń Zomerzat połą zeń zależy od typu badanego silnika i jego danych znamionowych, rodzaju badań, którym silnik ma być poddany oraz dostępnej aparatury. W zalełności od typu silnika oraz rodzaju urządzenia obciążającego (bszoanicy) można wyróżnl.ć kilka sposobów dokonania rozruchu silniks: - rozruch przy pomocy rozrusznika rezyutancyjnego (silnik piorócieniowy), - rozruch przy pomocy przełącznika gwiazda - trójkąt (silnik klatkowy), - rozruch przez bezpośrednie załączenie napięcia sieci, - rozruch przy pomocy innego mimIka (np. silnika hwnownicy). Sposób rozruchu powinien zapewniać urucOomiene silnika przy ograniczonych wartościach prądów udarowych. Jeśli podczas rozruchu silnika nie można zastrzować układu ograniczającego prąd rozruchowy silnika należy pamię tać o konieczności zoiersnla, podczas rozruchu silnika, cewek prądowych przyrządów pomiarowyoś . Zakresy pomiarowe mierników należy dostosować do danych znamionowych badanego silnika i rodzaju bedni.
R V4
S
ssrnik
lys.5. 1
152 Na rysunku 5.1 przedstawiono przykładowy schemat połączeń s.nika pierścieniowego z rozrusznikiem i"ezyotancynym (oporowym), pomiarem mocy metodą dwóch watomierzy, pomiarem prądu w obwodzie stajana oraz amperomierzem magnetoelektrycznym w obwodzie wirnika umożliwiającym określenie częstotliwe ici prądu, przez pomiar ilości wychyleń w określonym przedziale czasu. Zakres pomiarowy togo amperomierza może byś dowolnie mniejszy od płynącego w obwodzie prądu, a uzyskanie odpowiednich wychyleń odbywa się przez zastosowanie bocznika I opornika regulacyjnego.
Ju R Lii
Li
l000 utzUd zurę uzWojes Napięcie, wy, jest cno sse strumie 1 pięcIa, prą
0bliczan - średni pr
moc pob:a Wwrnk
- aopółczy
- lJspedenc
ILys.5.2 Na rysunku 5.2 przedstawiono przykładowy schemat połączeń jednoklatkowego z przsłącznikieo gwiazda - trójkąt.
- rozyetaz silnika
5.1.2. Próba zwarcia Zwaroi silnika wystę puje, gdy przy zasilaniu uzwojenia stojana napięciom znamionowym prędkość kątowa
- resktan"
- prąd za
Tak Ob niższy oz związana stali na - moment
153
2ąozeń 5.nika cyn), pomiarem mocy >Jana oraz emporo:iająoyn okseśleW Określoyn paza-
8 mniejszy od płyylod odbywa się
jest utrudnione. Pc-zy dokbadnych pomiarach malekałoby ostaliś zaspanaturę uzwojed przed każdym odczytem. ilapięcie, zwarcia, czyli napięcie, pazy którym wystąpi prąd znamionowy, jest znacznie większe nik pazy transformatorze, ze względu na więk50)% 150. Mierzyny wartości nasze strumienie rozproszenia i wynosi (12 pięcia, prądu i nocy czynnej oraz momentu, tablica 5.1. Obliczamy: - średni prąd stojana: „U • „V + „W
- noc pobraną: lzm - współczynnik nocy: cos
Piz (9z - •3z iz ti
lub
aro
- inpedancję zwarcia: TMlzf lzf - rozystancję zwarcia: czod
Rzi = 2,1000 „P 5
Silnika - reaktancję zwarcia:
1z1 = Z51 ain - prąd zwarciowy (przy napięciu znamionowym):
a Stojana nawirnika jest :ik wynosi (208) przy znemj5_ le Zwarcia -z, jeśli to jest Wirnika zaje-. Oaktancja zwar-. bardzo zalyn astępnjo ZaŁioĆ prądu. ądu. oaiary, nierOohonago
„5fl
( M fl „iz(U
-
Tak obliczony prąd zwarcia przy napię ciu znamionowym będzie nieco mikozy od pomierzonego (pazy U = U0), gdyż reaktancjo zwarcia cilnika związana ze strumieniami rozproszenia maleje wraz ze wzrostem nasycenia stali na drodze tych strawieni, czyli w zębami, - sonant rozruchowy (początkowy) pazy napięciu znamionowym: Lrpn trp,)
L
Iii
B- nocbic Lp
U
lu
„V
„W
A
A
A
iyiOnU3eln
„p A
wykresy:
°Wr
WLW
tiz"
Z1
WrI
R1 QA
110,
rysunek
5.3.
005
Rys.5. 3
5.1.3. Badanie na biegu 3aiowya 5.1.3.1. y;flocoonle ctaratteny$tyii biegu Jał owego. Wyznaczenia strat ło Chaoaezerystyxa lego Ja łowego Jest to zależnosć nocy pobieranej I cn u napięcia przy biegu Jełowyo. hczpoczyoeny paniery pozy napięcia wiekonym n kilka procent od znamionowego i stopniowo napięcie obniżany do takieJ war005cl, przy której prędaśĆ obrotowa (kątowa) pozostało Jeszcze praatycznic stała (da ok. t. .. Mierzyny wartoś ci podane w lewe cz łca tabiiy 5.2. osiizg wyznac.w.y przy napięciu znamionowym tab1.5.3. tbiiczainy: - śOAói prąd stojana: 10
-
• i M • iw 3
- moc czynna pobraną: P10 = Pą + - aspóiczynnik nocy:
moc bluzną: I10 uin0
Q10= straty mocy w uzwtjeniu sto3ana: cu10
i ifo
gdzie 01 - zez:lsta.cje uzwojenia atu OLS
0110k 5.5.
pkt. 5.3.2.1),
straty jakowe tbliczary omejmując od cocy pobranej sczui.j moty o 1aojeniaci. Procyyczn1e wyutarczy odjąć tylko otruty zocywso3eniu stojana, gdyż ze względu cm bardzo zoły prąd w zimie:, rot aty w uzwojeniu wimr.iku są pomijalole maże: 1O pFo+rz =
Cu10
°ku w
gdzie: ó1-. - utraty mechaniczne, - utraty W rdzeniu (w żOuoiO), - straty w rdzeniu: Fe - strocy mechaniczno
-
odczytujecy z wykresu: (rys. 5.7. patrz
- pożlieg (przy 21 = U111) wyznaczamy metodą objaknizną u pkt. 5.1.3.3, naozenke Strat
pobia.ranj I prąprzy napięciu ięcie ob1itmzy
e) pozostało jepodane w lewej liOflOwym tab1.5..
- procentowy prąd biegu jałowego (przy 21 110 lioN=
100
labijco
5.2
IIIIIIIIIIIIIIIIIII Wyniki pomiarów i oblicoed przy napięciu znamionowym iL = U1 ) zestawiamy w tablicy 5.3.
156 T3b1ic U1
110 P10 x
6
[CoO
I10% o ° o
C.10
Wykonujemy wykresy: I, p10, ki 5.4, 5.5, 5,6. 10{AJ
cos
ęO,
Pe+n
6p m
ryour-
Q1O
J0[WJ
PFI•1
10
\\„łł7f1 C05%I
I
I I
-
u0 yIyJ
(in
o
Rye.5.4
kys.5.5
5.1.3.2. Rozdzial strat jałowych ?ćając wyznaczone utraty jałowe przy różnych wartościach napięcia i otelej prędkości kątowej nożna dokonać ich rozdziału na straty mechaniczna oraz straty Iv rdzeniu w następujący sposób: wykreśla się zależność strot jałowych od kwadratu napięcia. Ekstrapoluje się prostoliniowo wykres strat jakowych do wartości napięcia równej zeru, otrzymując wartość stra; mechanicznych, rysunek 5.7. 4
I
Rys -5.6
Rys -5.7
157 Przy bardziej dokiodaymi obliczeniach nudy zeniast napięcia U bro pod uwagę siłę elektr000toryczoą E.
5.1.3.5.
Wyznaczanie poślizgu
Poślizg amina wyznaczyć przez pomiar prędkości obrotowej lub kątowej wirnika (n lub Na podstawie znajomości, prędkości oyuchroniczne3 n lub w, poślizg obliczamy wg następujących wzorów: ul -n
:u1
,3
cl Naloży jednak liazjo Się przy tw.j owładnie z bardzo dutymi błędowi pomiarowymi. Przykładowo, przy klasie obrołozierza I • mierzonej wielkoci poślizgu 0,005 oraz zakresie miernika zgodnym z wartooią prędkości synchronicznej, błąd w wyznaczeniu poślizgu może wynieść ± 20. Widać więc, Że metodo powyższa może byś stosowana tylko w przypadku dysponowania bardzo dokładnym obrotomierzom. W odniesieniu do silnika pierócieniowogo poślizg wyznacza się w naatępus,cy sposób: mierzy się czas jednego lub kilku okresów zizian prądu wirnika wskazywanych przez amperomierz roaatoalektryczny. Częstotliwość prądu w wirniku, f2
t [uz],
gdzie: x - ilość okresów w czasie t [sak]. Pośliag: f2 lub 8%= Jeśli
100 [%]
50 Hz, to:
Prędkość kątowa wirnika:
Brdno dobre rezultaty doje także metodo pomiaru prędkości obrotowej przy zastosowaniu synchronicznej prądnicy tacbonatzycznej, opisana w pkt. 3.10.2, oraz metoda pomiaru prędkości obrotowej z zastosowaniom Stroboskopu wyzwalanego capięcleo sieciowym (pkt 5.10).
158 5.1.h. Pomiar znamionowego napięcia wirnika Wyznaczanie przekładni Pomiary mogj by" przeprowadzone tylko w silnikach pierócieniowych. Znamionowe napięcie wirnika 11 0) jest to napięcie, które zmierzymy przy nieruchomym wirniku W 0) pomiędzy rozwartymi pieróceniami ólizgomzyni wiznika, jeśli stojan zasilamy napięciem znamionowym. Zgodnie z Polskimi Normami, przekładnią silnika tndukcyjnego piericiemilowego nazywamy stosunek fazowego napięcia stojana do fazowego napięcia wirnika przy otwartym obwodzie wirnika i prędkości kątowej równaj zero. Kolna więc, , , wyznaczyć ze znamionowego napięcia stojana i znasionowegc napięcia wirnika, uwzględniając układy połączeń uzwojeń, jako:
gdzie: k - wspiłczynnik uwzględnIający sposób połączenia uzwojeń atojano i wirnika, k = 1, gdy oba uzwojenia połączone są tak samo (fy, Id), gdy uzwojenie stojana jest połączone w trójkąt, a wirnika w gwiazdę, k = -„ gdy uzwojenie stojana jest połączone w gwiazdę, a wirnika V 3 w trójkąt. wyniki pomiarów i obliczeń zestawiamy a tablicy 5./m. T a b lica 5.4
Podczas analízy stanów pracy silnika przy użyciu schematu zastępczego oraz przy dońwiadczalnym wyznaczaniu parametrów schematu zastępczego celowe jest posługiwanie się przekładnią („)„ określoną stosunkiem S4 fazowej stojana do l fazowej meirnikm (EyQf) (przy nieruchomym wirniku):
= ĘiL. klot
SE ł fazową wirnika wyznacza się ze zmierzonego aspięcia pomiędzy rozwarty mi pierścieniami wirnika, przy prędkuóci kątowej równej zero, uwzgłężniajc układ połączeń E 20f - k')2
159 gdzie: k"
erściecjowych ZnaZmierzymy przy nieiami ślizgowymi wi,
-
współczynnik uwzględniający sposób polączenie uzwojenia wiraż -
=
1 dla połączenia W trójkąt,
k"
dla polączenie w gwiazdę.
Sini fazową stojana oblicza Sią Z napięcia fazowego stajana, uwzględniając straty nepięd na rezystmncji i realatancjt rozproszenia uzwojenia stojana (patrz pkt 5.3.2):
cyjnego pieritieazowegc napięcia
ej równej
zero, i Znamionow8
1f
1f
-
1
10
i
X 1)
*
k"niki pomiarów i obliczeń zestawiamy w tablicy
Jako:
5.5. 5.5
T a b 1 i c a
uzwojeń stojana
7, Od),
ójkqt, a wirnika
I
U2
Lv
V
I
2Of V
5.1.5. Próba obciążenia bezpośredniego
iazdę , a wirnika
Silnik można obciążyć np. prądnicą, która oddaje energię do odbiornika o nastawianym prądzie lub specjalną bazzownicą, która onożliwia bezpośrednie wyznaczenia momentu jakim silnik został obciążony. Silnik zasilany napięciem znami000apa c częstotliwości znamionowej. Rozpoczynany pomiary" od biegu jałowego (k1 0) I kożczymy przy obciążeniu silnika nie przekraczającym 1,2 P (przy wyznaczaniu momentu kryn tycznego M pomiary kontynuuje się do takiej wartości obciążenia, przy
której wystąpi poślizg krytyczny). Podczas próby mierzy się prąd stojana, moc czynną pobraną i wartodci potrzebne do wyznaczenia poślizgu (patrz pkt. 5.1.5.3). Jeśli obciążany pilnik bazżowaicą, mierzymy moment użyteczny silnika
Mu. lniki pomiarów zestawiamy w tablicy
atu Zastępczego estępczego celo-
Tablica 5.6
amekiem Sini fazouchomya wiraż-
między rozwarty.. ro, UwZglęinja_
5.6.
LU1 u ww A a
1
1
Iż P
PP1
p
O Sa
~ ~ 11 -ITI-Fr
O1P W
PF,,w P W
W
OP 9
P2MO Mz
W
~ ~ H 4ah
I
- sprawnokc
5,1.5.1. .Wyznaozonie opranoaci spouobem sbra poazcsogóloyck (patrz pkt. 5.4.2) Na podstawio watokzi zmierzonyck (tabl. 5.5) obliczamy: -sredni prąd stajana:
- moc Odda.
Ił •:• I + 5
11
-momentu
-. moc czynną pobraną:
+ - współczynnik mocy: COt
- poblizg (patrz
Pll
ą"
-yT
tg
\I
wykreś sanki 5.6.
p. 4.1.5.5)
311M
pzędkoóć obrotową: n
n1(1
- moc bierCą:
COS"f
= 41u1 i - straty mocy w ur,wojenio stojana:
- straty mocy w uzwojeniu wirnika:
gdzie: 12t
„
5.1.5.2.
coop „
- straty jakcoc wg: pkt. 5.1.3.1 (przyjmuje się, ło straty jałowe pozostają niezołenne podczas całej prdby obciążania), - straty dodatkowe: = 0,005 P0 gdzie: P - moc znamionowa silnika w watach, - suma, strat poszczególnych: = + + P d +
000
od.d
Pe*m u_0
Nalo
lub
= 5 Co1 °
„ P0+m + ApCu2 +iP4
MożO azczegó
161 - spraatOść
ólnycś
.)100 = ( _ Ęp2
oaz,: - moc oddana (moc na wale):
- moment uiytoczfl2" (moment na wale): P
[w] 2
EW]
[kOm].
n [obr/min]
°
Wyki"eślwzy wylcaeayr, I, cos „ a, sanki 5.8, 5.9.
OJw
(Mu)
2" „ i . i = f(P2), „Y
n
ałowc
Fe.m
I
Rys-5.9
Rys.5.b
5.1.5.2. Wyznaczanie sprawnoś ci sposobem bezpośrednim (patrz pkt. Silnik oboiqż wny bamownicą. Noc oddaną (moc mechaniczną użyteczną) oblicza się z wzoru: = MNm] :..„ {] [w] •uc . [kOm] 0,975 Należy zwierzyć moc pobraną
p1 i sprawność ob]issyć
2bezp.
Z
wzoru:
100 []
Można ponadto wyznaczyć sprawność (I moc oddaną P2 ) a000dą strat poszczólnyci (pkt. 5.1.5.1) I porównać uzyskane s oba przypadkach wyniki
(
162 W tablicy 5.7 zestawiamy wyniki pomiaw i Oblicoeć. TObljc Lp.
L
Ul
J
„l
°
yAWWW
M
M
I II5
%
2 bp1
I
j Obu
01
w
flIfl
W
w
I
LnPI?IP w
I/AI
lik
Wykonujemy wykresy: I, COS ę • 5, n = f (N, ) i 9 „ P1, Q1 = Przebiegi wykresów są analogiczne, ak ńa rysunkneb 5.8 i 5.9.
5.2. WYKRJcS KOLY TRÓJFAZOWEGO SILNIKA INDUKCYJNEGO Dane niezbędne do wykonania wykresu kołowego Oeby wykonać i posługiwać się wykresem kołowym silnika indukcyjnog: pierścieniowego lub jednoklatkowego należy Znać: - prąd idealnego biegu jałowego - współczynnik mocy idealnego biegu jałowego cos — prąd zwarcia 11z przy U1f — wap6łczynnik mocy przy zwarciu cos - napięcie znamionowe - prędkość eynchronicueą w(n1) - stosunek strat mocy na rezyutuncjech uzwoja wirnika i Stojana przy Zwarciu. Wykonanie wykresu e. Przyjmujemy okulę prą du a i [] - skala mocy:
82 3 Ulnf a1 mm
- skale momentów: a
2 rN5l
= „ Lssi
2
lub 83= 0,975 ni
[gm
]
MIH
b. Sposób kreślenie wykeau. Znalezienia środka kola: - na osi pionowej zaznacza się wektor napięcia i skalę cosp . Na tej skali, jako średnicy wykreślamy pólkole cou . Wyznaczenia cna pP danego kąta o lub czynność odwrotną objaśnia rysunek 5.10.
I
163
Ul
U4 Oblicz 5._
L P2
\ W
W
IW
j%ja
K cos
=
01 UL
cna)" I
5.9.
O Rys.5.1O
żJNWO -
a
Rys-5.11
(cos .p) „ ysunok 5.11. kreślimy watkOO L 0 pod kątem można otnzymad Z pomiarów napędzając maPrąd I i ros szynę z prędkością kątową równą synchronicznej lub z obliczenia:
indakcyjneg,. L0
„\1"Of Fio
zoo (f.,
mim2 o lab
-
P -P
arc tg iJ
3"lnf 1 Qf przy czym:
=
stojana przy
lę
coap. Na Wyznaczenie 18 rysunek 5.1 OL
-
-
-
-
krazlimy wektor
środek okręgu S wyznacza przecięcie się symetralnych I I odcinka P~ o P0 (rys. 5.11). Punkty P.0 I P szukanym okręgu,
odcinka ledo, na
kreślimy prostą poziomą (rys. 5.12) przechodzącą przez jest to linia mocy pobranej P1,
punkt 0,
-
-
dzielimy w stosunku:
odcinek pionowy
PC
P =
-
linie
P. 0 P
-
linia
„
-
ca
„
otrzymujemy punkt
C
przechodzące przez punkt C jest linią momentu Id, jest unią mocy mechanicznel
P
164 - skala poślizgu s: kreślimy styczną do okręgu w zunkcie skalą poślizgu u bę dzie odcinek równoległ y do linii moment. łączący dowolny punkt s = O wykreś lonej stycznej punktom $ = I na linii 000y r.echaniczaej lub na je przedlueniu. Najwygodniej jest przyjąć d ługość odcinka równą li jećuzutkos.
f( 000 St punkt
PosługiwanIe Się wykreson Dla dowolnego punktu pracy Silnika P: a) prąd fazowy stojana odpowiada odcinkowi dów Otrzyrmamr.y prąd: I = OP a1,
P.
Uwz(Çlędniając skalę prą-
g) luome.
b) prąd I c( współczynnik nocy cos
czwartego
Oiędoy
przy cinke
h) cmos O
e
(P i)
punior Pn nim: lisi
Na poda
s) wykc
b ora Rys .5, 12 d) poślizg (P 0P)
odcinka na skali poślizgu przed łużenie woktora prądu
e) noc pobieraną P1 , sonant L, rzec mechaniczną P wyznaczają odcinki pionowe lącząco punkt P z odpowinisl liniorzi (nocy pobrunej, sonantu i nocy oechunlcznej):
W
Ouflkcj0
p"
I
165
10" linii zooent „ś lonuj stycznej
= 32 PP
o rz) lub no jej• Odcj,,ka -OWflą 1Q
8
PP f) moc bierną Q1 pobieraną Z nieci wyzoucus odcinek poziomy, punkt P z wektorem napię cia inie pobranej mocy biernej):
ilają c sicaię
p I
ląccący
yir
Q1
Q2
g) moment maksymalny: M =P 6.5. wartego ciędzy przy czym P
( jest punktem przecięcia okręgu przez symetrzlno od-
cinka P. P, b) noc mechaniczna makeymalna
wyznaoza synetralna odcinka i) punkt procy znamionowej P,, wyznaczamy znając moc znamionową silnika i straty mechaniczna 6 P. w następujący sposób: po uwzględnieniu skali odcinek odpowiadający mocy Pz wykreślamy między okręg linię mocy mechanicznej, otrzymując punkt P0 , przy czym: P. = i"n + 6 Pm ?a podstawie sporządzonego wykresu kotowago molosy: a) wykreślić charakterystyki: (rys. 5.13)
(a)
M, II
„?„
„ i"
(rys. 5.14),
= 5(1!)
cos i
(ryu. 5.15),
5(ci
b) oraz obliczyć : mmx - przeciążalność silnika
k=
=
ne prądu
Iczają odcjn Poiranej,
poślizg krytyczny sk = - noc mechaniczną maksymalną: MzX - początkowy moment rozruchowy (przy TMrp =
=
I
166
Rya.5.13
ys.5.14
R ys.5.15
5.3. WYWACUNIE PAR4MTRÓW SCEMAJ ZSTCZEGC
5.3.1.
POm:18rY potrzebne do wy0000zonia parametrów sciozatu za otpc zego
Dana niezbędne do wznaCzenja pazametiów schematu zast ępczego uzysku_ na podstawie takich podstawowych bada ń oaezyny Jak: pomiar rozyotancji uzwojeń pi ądeo etabyo, -. poiniaczękładni (dotyczy tylko silników pierńcieniowych 3o
się
- próba maszyny na biegu Ja łowym, - próba zwarcia pomiarowego.
167 5.3.2. Wyznaczanie parametrów 5.3.2.1. Wezystancje unwojać W przypadku silniku pierścieniowego można zmierzyć rezystsncję uzwojenia atojana I wirnika (125t) oraz wyznaczyć przekładnię (5) Na podstawie tych wkulkości można dokonać podzia łu rezystaucji zwarcis R, na rezyatencję obwodu stojana ż wirnika. tylko W przypadku silniku klatkowego, prądem sta łym nożna zsiorzyć mezyatancję stojanu (R1 ) . Przybliżoną wartość rezyatenuji wirnika sprowadzoną do warunków uzwojenia atojana nożna określić z wzoru:
Przyblilenia wyniku z faktu nie uwzględnienia wpływu prądu przemiennego na rezystancja uzwojenia stojana. 5.3.2.2. Reażnaazje rozproszenia uawOjez Przy wyznaczaniu raaktaocji rozproszenie uzwojeż (Xrl Zrż) soje się założenie, że:
przy
3-
gdzie: X - wartość raaktancji rozproszenia uzwojeniu wirnikw,SprOwa. dzona do warunków uzwojeniu stojana (X2 (przcZa łożenia takie jest sł uszne w przypadku równości permeancji wodnoś ci magnetycznych) dla strumieni rozproszenia stojana i Wirnika. Roaktancje rozproszenia wyznaczs się z reaktanoji. zwarcia X 01: )crl W X 2 W
PfWJ
X 01
5.3.2.3. Reaktancje główna i rezyataocjn oDstępcza strat w żelazku Reakturcję główną (Xj$ oraz rezl"atunoję zastępczą utrat w żelazie (R) w oparciu o schemat możno wyznaczyć na podstawie próby na biegu ja łowym, zastę pczy przedstawiony na rysunku 5.16. Sile elektromotoryczna: tematu
lego uzysku..
ni
(ir - .110
R1
gdzie: L3. - napiqcie es fazie uzwojenia stojana. . Reaktanc3s głowne:
• 20Fe
3E1
18
X 2<(
RRO
Xri Jio /i,O 4
3Fe
x/1
Sa
I
RYS .5.16 gdzie: i,of - prąd plynący przez uzwojenie fazowe stojana podczas próby biegu jałowego silnika. Rezystannja zastępcza strat w Żelazie:
li
5.4. PRACA PRDNICcWA TRÓJPAZORSJ MASZYNY INDUKCYJNEJ 5.4.1. Uwagi ogólne Jedli maszynie indukcyjnej po14cz000j z siecią posiadającą własną cnęatotliwość f1 I napięcie Ul nadaó prędkość kątową c.> większą od cynchronicznej (w kierunku zgodnym z kierunkiem wirowania pola wirującego to Stasie się ona prądnicą. Przy prędkości kątowej wirnika większej od synchronicznej (t. ślizg jest ujemny stO, wskutek tego zmienia się na przeciwmy kierunek wektora prądu wirniku: 12 2a a zatem równiet prąd stojana 1 1 będzie miot kierunek przeciwny, czylI maszyna oddaje prąd do sieci. Składowa magnesująca prądu I nie cnieflis kierunku, tus. moc bierna indukcyjna jest model pobierana z sieci. Możliwa jest również prace Samotna maszyny ir.iukcyjnej jako prądnicy.
W takim przypadku moc bierna musi być dostarczona np. z kondensatorów statycznych.
osO
- —„-R „wo
5.4.2. Próba obciążeniu prądnicy współpracującej Z siecią o napięciu U = const I częStotliwcści f = conot mechanicznie innego 0.880708 uruchamiamy przy pomocy sprzężonego 7. nią prędkość silnika napędowego (np. henownicy komutatorowej) zwię kszamy do prędkości synchronicznej S = 0, załączany napięcie sieci kątową i następnie prędkość kątową zwiększamy stopniowo powyżej synchronicznej. Wartości odczytana I obliczone zestawiamy W tabUoy 5.8.
R"2
TabliZo Idcos
Lp. Ui1uI.,1wLi
y
Po
:
ć
sek
nQ
7.
w
a podczas próby Przy obliczeniach pocłuęujesy się wzorami: - moc pobrana przez prądnicę: =
ij
- sprawność:
Pl -
IJNEJ Wykreślamy wykbesy
100
I.. P., l, cou • P
x
f(a), rysunek 5.17.
Cą własną osęLększą od cynWi2"U4cego)
J
po•.
iwny kierunek
:lwny, czyli a
nie snieZ sieci. prąd nicy.
Tpbr./min.]
Rys.5.l?
5.8
170 5.5. SILNIK PIERŚ IENI07JY SYNCHRONIZOWANY Silnik pierścieniowy skaje się synchronizowanym, jeśli po dokonahr rozruchu zes1amy uzwojenie wirnika prądem stałym, tzn. silnik rusza jak Indukcyjny, po czym po za łączeniu prądu stałego do Uzwojenia wirnika pracuje jak silnik s2nohroniczn. Silnik synchronizowany za jednak oniejozą przeciążalność niż odpowiadający os silnik synchroniczny. Buduje się silniki pierścieniowa Z góry praeznaozone do pracy jako sycobronizowanc i wówczas posiadają one z zegoły dołączoną wzbudnicę. Schemat rołącoeń uzwojeń wirníka pozy pczepł-z_ wie prądu stałego 1 2s pokazano na rysunku 5.18.
Rozrusznik Rya.5.18 Przy połączeniu uzwojeń wirnika wg schematu (rys. 5.18) dla uzyskania równoważnej S natężenie prądu Stałego:
-Ji Jeśli przyjąć , e grzanie wirnika jest spowodowane przede wszystkim przez straty nocy w uzwojeniu wirniku bo utraty te przy 12t nie ulegają zmianie: „0u2st
2
Poz oba rek ciążen: te cni teść
załoi:
R ( -f2 X) =3R212 = p102
czyli prąd ataly 1 2s = 42 12 jest również równoważny w skutkach cieplnych prądowi proesiennena 1 21 biorąc pod uwagę grzanie się uzwojenia wirnika jako całości. Z uwagi jednak na rozpływ prądów w wirniku (rys. 5.18) uzwojenie Kozy, w której płynie 1 2s może nagrzewać się nadmiernie. Zachowanie się silniku po załączeniu prądu stałego do wirnika tłumaczą wykresy rysunków 5.19 i 5.20. Jeśli za łożyć stałą wartość prądu wirnika 12a1; = conat, to przy zmianie obciążenia silnika od 0 do P co edpowiada w przybliżeniu zmianie nocy pobranej od P10 da P1 - koniec P wektora prądu I, porusza po Odcinku okręgu o promieniu
121 (IK - prąd wirnika oprowadzony do stojana) od punktu A do punktu B. Noc pobrana w punkcie B jest dla założonego prądu wirnika mocą pobraną maksymalną, której przekroczenie powoduje wypadnięcie silnika aynchronizno.
przy
171
Ul
U14
P
C
P 31i A
/
-o
Ry5.5.19
Rys.520
Żfla Osi49n46 Przy wwtwcoza ąco duŻ o p ądzie 1 2s 2f > 110f icO ohaiaktor pojemnościowy współczynnika nocy oos . Jeżli przy sta łym obn const) zmieniony wsztoóż prądu 12ni „ ciążeniu silnika P = conot to owianie niego składowa bierna prądu I, (cyn. 5.20). Minimalna warmóż prądu 12st poniżej kt6re3 silnik wypada z nchz"onizau jest pozy założonej
OO
5.5.1.
°°° 12st min (odcinek pionowy
2
Obciążenie przy stałej wartości prądu wirnika
Wyznaczamy w przybliżeniu maksymalną wartość mocy pobranej przy danym prądzie IJ a t: 3 u1 „=-
+ W
nax ° imax
L2sc . 2nt „2 =-- ; „=-„
Ulf
Odpowiadająca mooy Pl. a. santoni minżmalio współczynnika mocy wynosi:
(005
(005
jn)njn =
1f]Of + (12f)2
17? Ixaeciążalnodć silnika przy danym prądzie
2t
M55 1Dax 2xnax 1 - Mn - n -Fla Wykonu3erny pomiary wielkości zecawionych
w tablicy 5.9 dla kilku 1:-
cynk waitoSci prądu wirnika. Tablica
5.;
iiiiiiiiiiiil"ii"iir•
HIIIIIUIIIUIIII___ Napodstawie pomiarów wykonu3eay wykresy L, cos .Q1= rysunek 5.21.
.1 FA
Rys.5.21
lab
_9!19 173 005
5.5.2. Zdjęcie ciarakteryatyk J,, =
ciążenia silnika
=
„2st
„2st min dla danego ob-
Wyznaczany minżaalną wartość prądu wirnika 2( 1 e P1
3 U. I
„10
min
m25t min +p10 pl-P10
12st min
cdezmuo1zy dla dwóch Carakterystyżi 1.1 CDS
12st" rysmmnek 5.22.
Q1, P1
T a b 1 i c w 5.10 Z oblicze ń
Z poniarćmo Lp.
$ 8
8
U1 i 5 I
i. I
F1 czep
VIAAAWWW
-
:2=t 12 A
A
12f 1
-
1
kVAr
-
W
Uwsti
-
174
Radar. przy róż się przy lub obli się szOs pornialós Poui
ros Q1[YĄ
\f 32 [A)
O
Rys.5.22 5.6. BADANIE SILNIKA 11R53pAZOWjGO KOMUTATOROWEGO BOCZNIKOWEGO ZASILANEGO OD
5.6.1.
STRONY WIRNIKA STKBw)
Badanie zależnożoj SEN sto3ans E5) oraz SEN uzwojenia komutatorowego °k od prędkoici kątowej wirnika i od położenia szczotek
Badanie przoprowadza olą napędzając STR3w silnikiem pomocniczym przy rozwartych obwodach uzwoeż stojana A uzwoeź komutatorowych. Można to uzyskać przez rozłączanie zacisków UEl, TMk1" Wki od zacisków Usl, Y51, rysunek 5.25. 01
Rys .5 . 25
175 Badania połoga na pomiarach watożoi oraz częstotliwości SEM B I Ek przy różnych waztościach pxędkożci kątcaej wirnika. Badanie przeprowadza się przy stałej wartości napięcia zasilaj ącego uzwojenie wirnika równej lob zbliionej do napięcia znamionowego oilnlca oraz przy niezmieniaj ącym Wyniki się ustawieniu szczotek, taidn by SEM Ek była różna od zera. pomiarów zestawia się w toblicy 5.11. Poniaz7 należy wykonać dla kilku położeń soczotek.
Tablica 5.11 n Lp.
z - -- -- B
CZNIECWEO
uzwojenia siks
OflOoniczyn przy tych. Można to i8ICÓW
lii,
y51,
Rys .5 .2t
—i—
Uwagi
176 Na podatsygło wyników pozJartw zeetawionycn e tablicy 5.11 nalc łY wy.f = f(z- ) dla kazdogo ustawienia szczotek kreślic wykresy N, Ek Irys. 5.21:). Na podstawie wykresów nożna ustalić, jakiej wartości prędkości ktowoj biegu jałowego (c.z) odpowiada położenie szczotek. Możno także ustaliż przebieg funkcji N, =
5.6.2, jedba obciążania Probę Obciążenia wykonujemy dla trzeci różnych położeń szczotek (trzo wartooci prędkości kątowych biegu jałowego o,,,). W tablicy 5.12 nalez.. zestawić wielkości zmierzone i obliczone. tab lica
5.1
IIIiłIIIIIIIIIł II"II"I"III". Należy obliczyć: - noc „zeobefliczną użyteczną: u
EWO) .
[] [w]
- sprawność:
oraz wylreślić ctiaxakteryotyki n, L1 . cos o, 5.27,
„
( rys. 5.25.5.26,
aoz 177
5.11 należy wystawienia Szczotek Cy
ci. prędkości k ętu. Można także usts-. Rys .5.26
Rys.5.25
M?
żeń szczotek (trzest lblicy 5.12 nalezy
oE13
.Lfl
3Okwcó
abljca517
o Rys. 5,28
Rys .5.27 cJo
SdżBTRYCZNYCH TRĆJIMZOWEJ BADIdIIR STAI W MASZ YNY INDUKCYJNEJ 57
Wprowadzenia
stanach niesYmetrYcsTrójfazowa maszyna indukcyjna często pracuje W nych. Praca w stanie niesymetrycznym noże wynikać z celowego zamierzenia adem zamierzonego stanu niooyaeti"3"projektanta uk ładu napędowego. Przyk ł cznogo jest rozruch z zaatosowealez impedancji dodatkowe3 w jednej fazie wirnika, niesymetrycznymi rezystanc3smi w obwodzie stajana, rozruch Z ady halsowania elektrycznego maszyny indukróżnorodne niesymetryczne ukł cyjnej, praca trójfazowego silnika indukcyjnego Z dodatkowym kondensatu-
(rys. 5.2,5.2o,
zon przy zasileniu z sieci jednofazowej. Stan niesymetryczny trójfazowej naszyny indukcyjnej no że być róeoicż rezultatem powstania niespzaam050i ć przerwę w fazie stojana o maszynie. Jako przyk ład nożna tutaj wyrdwni lub wirnika, powstanie zwaro zwojowych itp. ę najczęś ciej przy zaAnalizę stenów niesymetrycznych przeprowadza si stosowaniu metody sk ładowych symetrycznych. W metodzie tej naturalny niefazowych ) oraz napięć symetryczny układ prądów fazowych („a" I, Iwą ładowych symetrycznych kolej(Un , U, 05) transformuje się do układu wk napięć ności zerowej, zgodnej i przeciwnej prądów (Id, Ii , 12) oraz obliczeniach stanu óstalonego maszyny indukcyjnej pos łu(Ue . ul, 2" w prądy i napięcIa S possani gujemy olę raceankiwa symbolicznym, zapisująę ,,, U zeepsiosej. Równanie transformująca napię cia fazowe stojana tJ, 0,
I
178 do układu sk ładowych 8.YmctrYcznych napięć mają stępującą postaż,
U 1
=
I
W
zapisie maciazzoeyz .w
uu
1
1
a
2 a
uv
2 2 gdzie: o=e
W układzie o uje s kierzom ci zgodnej y czyn 5 .tłiwsóć napi W układzie eoisnyz do Prądy koloz tliwcóż (2 -
W powyższym równaniu macierzą transformującą jest macierz: I 1• I [A] 1 =
I
a
1
W układnie oej zerowej
a2
oć
a
Przy połącz płynąć sylW włączenIu w e zie występuje. Prądy akteA stdej ciwill szniozsoych i s .zbudzone pros unoszą się sse czą Pola puloc przeutrZenl. 0
Po transformacji rozpatrywanie naturalnego Stanu niesymetrycznego ze.. Stępuje się badunies: trzeci zawtę pcsycb układów symetrycznych: kolejnun-. ci zerowej, zgodnej i przociwnej. Mczliwe jest również dokonanie transforzac)j odwrotnej. Superpozym składowych symetrycznydn napięć (prą dów) pozwała wyznaczyć maturalne sos. teóci fazowych napięć (prądów). W zapisie macierzowym równanie trenofor.. nacji odwrotnej, podane przyk ładowo dla napięĆ, ma nastę pującą postać: Ti2
uv
i
I
I
fiJ.
2
a
ul
fazowe sto
2 u2 Przy analizie zjawisk zachodzących w trójfazowej zeszycie icdukcyjne w stanie nieejetrycznyn posługujemy się schematami zast ępczymi zaczyny dla składowej symetrycznej zerowej, zgodnej i przeciwnej. 5.7.2: Schematy zastę pcze trójfazowej maszyny ic ćukcyjne3 przy niesymetrii napięć zasilającymi Scbesat zastę pczy zaczyny indukcyjnej dla sk ładowej symetrycznej ko1ęcsóci zgodnej prądu podano na rysunku 5.29, natomiast dla sk ładowej symetrycznej kolejno żci przeciwnej prą du - na rysunku 5.50. Straty cezy rdzeniu (P) pominięto.
un
Rys -5.29
tys .5.10
Przy formo,
sie meo
179 owym
W układzie wkładowej oysesryoznej zgodnej wirnik silnika indukcyjnego uje w kierunku zgodnyc, z kierunkiem poła nagnecyeznego. Prądy kolejci zgodnej płynące w uzwojeniu wirnika posiadają częstotliwość sf1, 7 C57k 5 Oznatza poślizg maszyny indukcyjne3, natomiast f. - czętliwoó napięcia zasilającego. W układzie składowej symetrycznej przeciwnej wirnik wiruje w kierunku ecianym do kierunku psIe magnetycznego. Prądy kolejności przeciwnej płynące w uzwojeniu wirnika powiadają czętiiwo ć (2 - ) t i . W układzie niesymetrycznym trójfazowej maszyny indukcyjnej prąd sitkaej zerowej wyołepuje tylko wtedy, gdy spełniony jest warunek:
i ż
Sywezryccnoęo zcznyci kolejnoć..
ej. Superpozyc
zYĆ natarelne we,_
5"£Lnio trannf oz~ Pu j4cq Poatak.
nie indukc3,-0. pczjsi zOOZyDy
iy
C
i. 1 O
Przy połączeniu uzwojenia stojana w gwiazdę prąd składowej zerowej note płynąć tylko w układzie czteroprzewodowym (Z przewodem zerowym). Przy po łączeniu w gwiazdę z izolowanym punkiem zerowym prąd akiadawej zerowej ne występuje. Prądy składowej zerowej płynące w trzeci fazach stojana posiadają w tażdej e 11wilí jednukowe wartości. Fale pól magnetycznyci pierwszych karzunicznych i wyiszyoto harmonicznych rzędu niepodzielnego przez trzy wzbudzone przez prądy okłedowej zerowej płynące u trzeci fazach stajana ztoeazą się wzajemnie. Pa l e harmoniczne rzędu podzielnego przez trzy tworzą pela pulsujące o jednakowej fezie w czasie oraz u jednakowych osiach w przestrzeni. Fizyczny model dla prądów składowej zerowej szojane można urealizowuć, zaailająz napięciem przemiennym połączone szeregowo u7we3enis fazowe stojana, juk na rysunku 5.31. lp
1)4
Y4
Wf
yjnej przy
etrycznej kolejOkłwżowej ży_ Strety moty e, Rys .5. 31 Przy forsowaniu achosatu zastę pczego dla układowej zerzwej wystarczy ględzić, z wystarczającą dla praktyki ćokładnoeclą, tylko harmoniczno .a rzędu trzeciego.
180
WystęJ składowe, momentu nezitu t tego z n ku 5.35.
Rys .5. 32 Schemat zastępczy dla ekżadowaj zerowej trójfazowej maszyny induc mej z wirnikiem klatkowym przedstawiono na rysunku 5.32. Parametry szyny i.,ndukcyjfloó występujące na schemacie zastępczym dla sk ładowej s maję metrycznej zerowej (rys. 5.32) wyró żniono indeksem „0", gdyż inne wartości, niż odpowiednie parametry schematu zastępczego dla aż dowej symetrycznej zgodnej i przeciwnej. uzwojeWyłącznik W powinien być zamknięty, jeżeli współczynnik trze stojana dla trzeciej harmonicznej jest równy zeru, gdyż wtedy ind..z harmoniczna poł a magnetycznego w szczelinio powietrznej maszyny cyjnej nie występuje. dla składowej zerowej oraz Związek między pożlizgien o o dla harmonicznej podstawowej jest na3t ępu34cy = - 2 .„ 3 a 2_o0 = ą
powlizg:
2k trójfw URS
War achasz
-5s
Schemat zastępczy dla składowej symetrycznej zerowe (rys. 5.32) bardzo podobny do schematu zastępczego silnika indukcyjnego jednofazo.. go. Istotną różnicą jest łataj fakt, że schemat zastępczy dla składowe symetryczne zerowej obowiązuje dla trzeciej harmonicznej pala magney indukcyj oznego, na;omiaat schemat zastępczy jednofzOwega silnika jest sporz ądzony dla harmonicznej podstawowej. Wspólną cechą jest natcmiast pulsuję co pale magnetyczne stojana, które można rozłożyć na polo wirujące w kierunkach przeciwnych: współbieżne i przeciwbieżne. ka le współbieżne indukuje w obracającym się wirniku si ły elektromotory O jednofazowego o częstotliwosci ef l dla indukcyjnego silnika ej.1 = (- 2 + 3 o) f 1 dla układu składowej zerowej. Pole przeciabie indukuje a wirniku si ły elektromotoryczne o częstotliwości (2 - s)f1 d indukoynego silnika jednofazowego oraz (2 - s 0)f1 w (ą - 3 5) f1 układu składowej zerowej.
będą :
5
leynt
prze miasi
181 od Występujący w stenie niesymetrycznym maszyny indukcyjnej moment składowej zerowej prądu soda wywierać istotny wpływ na charakterystyki momóntu wypadkowego maszyny. Jako przykład modna tutaj podac przebieg momentu trójfazowego silnika indukcyjnego z wirnikiem klatkowym, pracującego z odwróconą jedną fazą stojana w układzie połączeń, jak ma zymazko ąą3.
T $ R
Rys - 5.33 5.7.3. Silnik indukcyjny z odwróconą jedną fazą stojana Zakłada się , Że napięcia sieci zasilającej tworzą symetryczny układ trójfazowy: 4,r
Ur
ą _Ue7ToU.
UST ume_3=a2um;
Rapięcia na zacisincń uzwojeń fazowych stojana silnika po łączonego wg sobenatu podanego na rysunku 5.33 wynoszą: UUURS=Ua ; Uy= UST =a2 Uz ;
Dw=_UTR_alJw •
SkłodOWO symetryczne zapięń stojana obliczone wg szoru: U0 Ul
I
I
I
Um
I e e2 a2U5 s a -aU5
będą: Uo=IaUn;
ul
U.
U2
5 t0.
1 badanym silniku indukcyjnym klatkowym wyst ąpią składowa momentu kolejnoń ci zorowoj, zgodnej J. przeciwne. Dla schematu połączoń jak na rysunku 5.33 podano no rysunku 5.34a przebieg m000ntu od skiedowoj cerowej prądu w funkcji poślizgu a, natomiast na rysunku 5.31:5 - przebieg momentu wypadkowego.
182
Ryu.5.30 Przy nieruchomym wirniku moment od stoadowej zerowej prądu nie występuje. Moduł układowej zgodnej napięcia jest dwa razy mniejszy od modułu składowej przeciwnej. Przy nieruchomym wirniku moment składowej symetrycznej przeciwnej jest więc, co do bezwzględnej wartości, cztery zezy wżąłozy od momontu składowej symetrycznej zgodnej. Silnik indukcyjny z odwróconą jedną fazą stojana (rys. 5.53) rusza w kierunku ujemnym. Na okutek głębokiego siodła powstałego s przebiegu silnika momentu wypadkowego indukcyjnego z wirnikiem klatkowym przez moment wkładowej symetrycznej zerowej, wirnik „zawiinle" przy poślizgu wynoszącym około s, w więc przy prędkości równej w przybliżeniu (- na), gdzie n oznacza prędkość syncbronicznę badanego silnika indukcyjnego. 5.7.4. Siooynetria rezyotancji w obwodzie wirnika W Ćwiczeniu laboratoryjnym badany jest przypadek niesymetrii rezystancji w obwodzie wirnika trójfazowej maszyny pierścieniowej. Niesynetria taka została wywołano przez przyłączenie niesymetrycznego opornika trójfozowego do zacisków wirnika (rys. 5.35). Zakłada się, że stojan jest zasilany symetrycznym napięciem trójfazowym. Uzwojenia stojana oraz wirnika eą połączone w gwiazdę z izolowanym punktem zerowym. Przy tym założeniu składowa zerowa prądu stojana i wirnika nie występuje. Symetryczny okład trójfazowych napięć zasilających powoduje przepływ prądów stojana, które wytwarzają Pola magnetyczne wirujące względem etojana z prędkością synchroniczną ul, a względem wirnika z prędkością s.,1 oraz indukujące w uzwojeniu wirnika siły elektromotoryczne o częstotliwości sf1. Pod wpływem wił elektromotorycznych płyną prądy w uzwojeniach fazowych wirnika. Ze względu na niesyoetrię rooystencji zew-
183
Rys -5.35 trwogo obwodu wirnika prądy te są niesymetryczno I wytwarzają eliptyczne pole wagnaty020e. i-rwy rozkładzie prądów wirnika na składowe ayzetzyoznO, z powodu braku przewodu zerowego, sk ładowa kolejności zerowej nie występuje. Prądy kolejności zgód.nej wirnika wytwarzają składową zgodną poła magnetycznego, która wiruje zgodnie kierunkiem ruchu wirnika z prędlcoówzględem stojano. Prądy nią swlazgięden wirnika oraz z prędkością o kolejnoś ci przeciwnej wirnika wytwarzają składową przeciwną pola magnetycznego, która wiruje w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu wirnika z prędkością (- aw.) wzglę dem wirnika, natomiast względem stojana Z prędkością (1 - 2 5) w, obliczoną w następujący sposób, - 5031 0 03
gdzie:
(1
= - s ., + (1 - a)
(1 - 2 )
(1 - a)w1 oznacza prędkość kątową wirnika.
Pole kolejności zgodnej wirnika, wirujące synchronicznie z polem stojana, indukuje W uzwojeniu 50035mw siły elektromotoryczna o częstotliwości f , napięcia sieci zasilającej. Pole kolejnoś ci przeciwnej wirnika indukuje w stojanie wiły elektromotoryczne o częstotliwoś ci (1 - 2 w)f1. Prąd stojana jest superpozycją prądu o częstotliwoś ci f, oraz prądu o częstotliwości zależnej od poślizgu (1 - 2 a)f1. Przy niesymetriach występujących w obwodzie wirnika trójfazowej maszyny indukcyjnej następuje generowanie do sieci prądów o częstotliwości innej niż znamionowa. Prądy te mogą stanowić przyczynę zokłóceć s układach automatyki. Na rysunku 5.36 pokazano odkształcona przebiegi prądu 500jena przy niesynetrii rezyatancji zewnę trznej obwodu wirnika, wywołanej przyłączeniem do jednej fazy wirnika rezywtancji o wartości 9 razy większej od rezyatancji uzwajania fazowego wirnika. Pokazane przebiegi dotyczą silnika indukcyjnego pierścieninwego o następujących danych znamionowych: moc 2,2 kW, napięcie 380 V (gwiazda), prędkość obrotowa 1400 obr/min. Na rysunku 5.36 pokazano przebiegi prądu stajana przy różnych poślizgach, przy czym prąd odniesiono do wartości -j-2- ]„ gdzie I - prąd znamionowy stojana.
RM
obwodzie wirnika. Dla t iączonyc dowych O
przy
Po dn zew zgodno
silni mika metry wielb do l cymo indu Rya.5.36
Przy wartodni poź3.izgu S = 0,5 pole magnetyczne kolejno.-ci przeciwnej wirn5ice jest niezucione względom stojana i nie indukuje w jego uzwojeniu iadnyoŁi sil elektroaotorycznycb. Przy poślizgu s = 0,5, kiedy sk ładowa O częstotliwości (1 - 2 s)f l nie wystę puje, prąd stojana od.zyakujo zmiennośd sinusoidalną (rys. 5.36c). Przy niesyzetrii rezystaflci w obwodzi: wirnika, prądy fazowe wirnika posiadają tworzą k2ad niesymetryczny, natomiast prądy fazowe stojana jednakową wąrtość skuteczną . Przy tego rodzaju niesynezrii, nawet przy prądzie stajana nniejszya nil znanionowy, może wystąpiś przociążenio jodwoj lub dwóch faz wirnika. „V takim przypadku zabozpioczenie tazniczne W
185 obwodzie stojana nie obroni silnika przedd, ekutkami przegrzania uzwojenia wirnika.
Dla trójfazowego, niesymetrycznego układu rezystancJl R, R,, Rw PO14ezon7ch w gwiazdę , zależno ść składowych symetrycznych napięć od aktadowyob symetrycznych prądów ijeet nast ępująca: Uw0
ZO
Z2
Z1
Uw1
Z1
Z0
Z2 1w1
132
1
j2
13o
przy czym: Ze Z1
w
• l
I
I
I
a
a2
R
a
Rw
2
Z2
= 0, obowiązującego przy braku przewoPo uwzględnieniu warunku du zerowego, upraszczają się wyralenia, określające napięcie kolejności zgodnej U,,. oraz napięcie kolejności przeciwnej 1.352:
s0,4
jfloścj przeciwJe w jego szwo0,5, kiedy 4 at-jama od-
fazowo wirnika a pooiają nawet Drwy zeciążenje jod.e tsrniczx,ę yi
Uw1
= ~ZO
2
[,w11
o
„cl
Powyższe zależności muszą być uwzględniono na schecotact zastępczych silnika indukcyjnego z nieaymetrią rezyatsnoji zewnętrznego obwodu wirnika dla składowej symecryaznej zgodnej (rys. 5.37w) oraz składowej symetrycznej przeciwnej (rys. 5.37b). Na schematach zastę pczych wszystkie wielkości przeliczono do częstotliwości f, napięcia zasilającego oraz do liczbyzwojśw uzwojenia stojana. Odpzaiadnio do stosowanej metody układowych symetrycznych przy niesymotrii rezyatancji zewnętrznego obwodu wirnika występują w maszynie indukcyjnej następujące norenty: nazywamy nzzantem kolejności zgodnej, o stałej wartości O - moment 91 czecie, zalotnej od poślizgu, wytwarzany przez system sk ładowych zgodnych prądów, łej wartości - moment 112 nazywany momentem kolejności przocianej, o sta składowych o czasie, zależnej od poślizgu, wytwarzany przez system przeciwnych prądów, O częstotlięcci 2at1 - moment tętniący, einuaoidalnie zmienny w czasie, zraz omplatudzie
zależnej od
poślizgu,
ętniący jest ćgodnia wartość momentu tętniczego wynosi zero. remont t lridłsfl drgaś mechanicznych całego układu napędoweco.
136
CO
R
X
L
s 1 i o
b)
3ys. 5.37
Ryu.5.58
Rys.5.39
Na x"yu3ku 5.38 podaio W funkcji poślizgu s pzzyiadowo cbazator3styii momentów: M i ,LI2 oraz momentu wypadkowego = IŁ1 ' M2 proy znacznej niosyzotnii rezystano3i w obwodwie wirnika. Dla porównania na rysunku 5.313 podano również naturainę charakterystykę momentu silnika indukcyjnego M = f(s).
87 os rysunku 5.39 podano c xekbezystyki sonantu wypadkowego i przy różnyz stopniu niesynetrii w obwodzie wirnika, wywołanej przyiączeniez do jednej fazy wirnika rezyataocji dodatkowej Rć. Moment kolejnoścI przeciwnej U2 jsst ujemny w zakresie poślizgów O <3 (0,5, równy zeru dla poślizgu s = 0,5 oraz przyjmuje wartości dodatnie w przedziale 0,5 < 5 (1. Charakterystyka momentu wypadkowego ?.L przy nieoyootrii rezyotancji w obwodzie wirnika posiada specyficzno siodła w zskreśie poślizgów 0,3
Zbarakte_ ł% przy porównania na atu silnika inOWO
Ryu.5.".O
188 Wadanie maszyny indukcyjnej w stanach nlcaymetryoznych przeprowadze się w laboratorium przy sprzęgnięciu z maazymq hamowniczą pozwalająca płynnie nastawiać żądaną prędkość obrotową. Program ćwiczenia jest nnatępujący: Rosy1. Nastawić niesymetryczny układ rezystancji w obwodzie oiojsna. atencjo zewnę trznego obwodu wirnika należy zawrzeć . Stojan zasilany jest praktycznie oymetzyozmym napięciem trójfazowym. Przy obniżonym napięciu zacilającyzi, dla kilku różnych wartości prędkości obrotowej, należy: - przailednić na oecyloskopże przebiegi ptądów fazowych 000jana oraz wirnika, - zanotować wskazania amperomierzy włączonych do obwodu otojano i wir.mika. 2. Zawrzeć rozyotancjo zewnętrznego obwodu ukojona i wirnika. Za pomocą wyłącznika W1 przerwać obwód jednej fazy stojsna. Dla kilku różnych wartości prędkoóci obrotowej należy: - prześledziĆ na oscyloskopie przebiegi prądów fazowych sio.a oraz wirnika, - zanotować wskazania amperomierzy włączonych do obwodu stojana i wirnika. Zaobserwować, że silnik indukcyjny c przerwą w jednaj fację 000jeme rozwija moment przy wirującym wirniku, natomiast przy nieruchomym winmikw moment ailnilca jest równy zeru (brak początkowego momentu rozruchowego). Przy znamionowej wartości napięcia zasilającego wyznaczyć charakteryod stykę momentu oraz prądu stojaaa w funkcji poślizgu W zakresie biegu jałowego do takiej wartości obciążenia, przy której prąd stojana na wartośc znamionową. Pomiary wykonać dla dwóch przypadków: - stan oymetryczny (wyłącznik 81 zemknięty), - przerwa s jodne3 fazie stojana (wyłącznik W1 otwarty). moment „ gdzie 11 . oznacza taki p rozwijany przez silnik indukcyjny z przerwą w jednej fanie stojana, przy którym w dwóch pozostałych fazach stojana płynie prąd znamionowy. U - conocna moment znamionowy silnika. Wykreślić pomierzona charakterystyki momentu i prądu stojana w funkcji poślizgu w stewie symetrycznym oraz podczas przerwy w jednej fazie stojana. 3. Nastawić niesymetryczny układ rezyotawoji w obwodzie wirnika. Razystancje zewnętrznego obwodu stojana należy zewrzeć. Dla kilku różnych wartości prędkości obrotowej (z uwzględnieniom wartoóti równej połowie prędkości synchronicznej) przy obniżonym napięciu zasilającym, należy: - prześledzić na oscyloskopie przobiegi prądów fazowych otoana oraz wirnika, - zanotować wskazania amperomierzy włączonych w obwodzie stojana i wirnika. Obliczyć stosunek momentów:
189 ciu zaailającyw ohoizcPrzy zwuriys uzwojenia wirnika oraz przy spię ą cwnroknyn do około polowy wartoś ci znamionowej wyznsczyz naalO terystykę momentu w zekresib poilizgós O C 41 oraz dwie charakterystyki momentu prry ziezyoetriI rezystancji zewnę trznego obwodu wornika: -jedną przy włączznych nieoyoetrycznych rez3 uncjach w trzech fazach wirnika oraz drugą przy przerwanej jednej faz:.e wirnika 1 zwartych dwóch pozootołych fazach. charakterystyki momentu Na wsSólnyo układzie współ rzędnych wykreślić w funkcji poślizgu. Przy niosywetrii w obwodzIe wirnika zwróci ć uwagę na drgania mechaciśu połowy prędorne układu napę dowego, nnjbzrdzie3 wyczuwalne w pobii koś ci wynubronic000i. ędkoś ci wirSilnik Indukcyjny zasilać napię ciem znasionowyO. Przy pr nika bliskiej synchronicznej wykona ć przerwę w jednej fazIe wirnika ść przy zwartych dwóch pozosta ł ych fazach. Stopniowi owriajazaz warto wskazania ezperomierzy anIeazczOflyCh a prędkości obrotowej. Odczyta ć obwodzie atojena i wirnika w dwóch przypadkach: dzie równy znani000wewu, - gdy prąd w obwodzie wirnika bę zounionową. - gdy akutecoflu wartość prądu atOjzna oo ągnie wartość a" ozracza prąd płynący w gdzie stosunek !i Należy obliczyć l wn jednej fazie wirnika 1 tenis dwóch fazach wirnika pcć czac przerwy 5 ść prądu stojana cnięobcią heniu sIlnika, przy którym skuteczna warto znani000w14 (1wn oznoc"a znsmi000Wy pr ąd wirnika) go wartość ę jedną fazą wirniDokonując rozruchu silnika indukcyjnego z przarwafl Inka, zaobserwować efekt Gęrgasa, tj. .zawiaa,ia" wirnika silnika ądkośdukcyjnego z niaeyzetrią recyotancji w obwodzie wirnika przy na ci ayzzhaOflluzflCJ. ci równej w przybli żeniu połowie pr ędkoś (ryz. jedną fazą atojsza Przy układzie połączeń ztcjsnu z odwróconą onego trójfazowego silnika indukcyj5.33) dokona ć rozruchu nieobci ąż i:eziaolcwyw mego klatkowego oraz sIlnika indukcyjnego z wirnikiem ć efekt „zawlpzłączOflyfl w gwiazd ę bez przewodu zerowego. Zaobserwowa zawie" wirnika silnika indukcyjnego klatkowego przy prędkooci równej ć , ze prędkości synchronicznej. Dla porównania, zbada w przybliżeniu o rO\eflt w przyblizefllu silnik inzukcy Jny pier śoieniOeY uzyska ł prędkoś porównanie kierunku wirowania prędkości aynchzonioznei. Przeprowadzić z odwróconą fazą stosirnko w układzie synetryczzyr. oraz w uk ładzie Jana. 5.8. BADANI JEDNOPAZOęfEGO SILNIKA INDUKCIJ1GO jniNOKLoKOpKGO 5.8.1. Rozruch jednofazowego silaike indukcyjnego Werunkien 7twrzenia momentu rozrachsoee ę o w iraazyoiw Indukcyjnej aSt u Jednafaoolotnienie pala oagnatyuznego wirującego. W t ym cela S aliniś tyah w przaatrzeni, wyz azieszrzs się dwa jzwo j ez j a w wsiach orzaeunię
190 zwykle o 900 elektrycznych, przy czym pomiędzy prądami przepływającymi przez te uzwojeniu musi istnieć przesunięcie fazowe. W silniku indukcyjnym jednofazowym jedno Z uzwojen nazywane jest głównys lab roboczym - zaciski oznaczona Ul - 02. Uzwojenia główne jest coznane przez ca ły czas pracy silnika. Drugie z uzwujen może być również zasilar.e przez ca ł y czuu i w6wczeu nazywane jest uzwojeniem pomocniczym pracy -. zaciski oznaczany ZI - Z2. To drugie uzwojenie ;p.oż c być tęż załączone tylko w chwili rozruchu i wtedy namywu się uzwojeniem pomocniczym rozruchowym - zaciski oznaczone Ul - kl. Poniewa ż oba uzwojenia silniku indukcyjnego jednofazowego zsoilane s ą z tej samej sieci jednofazowej, dla osi ągnięcie przesunięcia fazowego między pr ądami s obwód uzwojenia ponouniczego (rozrachowogc) włącoa się inpedaację dodatkową . Po dokonaniu rozruchu uzwojenie rozruchowe, przyat000wane do pracy krótkotreuboj, zostaje samoczynnie od łączono przez: - wylącznk odórodkowy po osiągnię cia przez silnik około W. pr ędksdcl zauzonowej lub - wyłą cznik elektromagnetyczny, jeê;li 5 wyniku wzrostu prędkoóoi Obpotowaj zmaleje prąd przopłyaejący przez uzwojonie główno. Wirnik silnika jednofazowego jest zawsze jednoklatkowy (jak siloika trójrazowego jednokletkowago) Zsiatę kierunku wirowania silniku uzyskuje się przez zoanę kierunku prze ływo prądu w jednym z uzwojeć. Schemat połącued silnika jednofazowego t kondensatoram roorochowyn od łączonym przez wyłącznik odórodbowy W przedstawiono na rysunku 5.ż1.
Tez;
Rys.5.li
n
Na rysunku 5.52 Pokazany jest oocylograa przebiegów coosowych: f(t) podczas rozruchu silnika.
191 epływcJący ywane jest g26w-
kówne jest za..
że być również
un Pomocniczym te być też 08.uiec
zasilane że
wą
fazowego
0) W.ącza się
na do
2
pzacy
prędkoćc
kości
Obo-
Rys -5 .42 juk
uj1njk
5.8.2.
cnę kierunku yZruchowym C
Poniur rezystancji uzwojeż
PoziOmy wykonujemy w sposób omówiony w pkt. wiamy w tablicy 5.13.
3.
Wyniki poniar6w zesta-
ryaurut;u 5.01. Temperatura otoczenia t = Lp.
....
T u b 1 I c a
0C
Uzwojenie
R
1.
Giówne
2.
Pomocnicze (rozruchowe)
5.13 R75
5.o.3. Badanie mu biegu jałowy Sposób wykonania pomiarów podano w pkt. 5.1.5.1. Układ połączaż przedstawiony junt no rysunku 5.01. Wyniki pomiarów i obliczać zostawiany w tablicy 5.10. T u b 1 I C a [Lo.
ch: I W
U
J
t
JP0 Jn k c )
I
I
J non p0
Q
0
R1r
Apou jPo~mJ W
TI
I
5.14 Fo
192 Wroólamy zalebności: p, Q" l o , cna
Badanie w stanie zwarcia gdzie: 5.8.u.0. Próba iwarCie się w Próbę zwarcia (przy zehaaowan3?zz wirniku silnika) Przeprowadza celu wyznaczenie paracatróW nieruchowej maszyny w funkcji napięcia zosinocy pomiaru prądu, strat lającego. Przy próbie zwarcia dokonuje si ę oraz momentu rozruchowego początkowego.
Sohes
Wynib
Pomiary wykonujeoY me ukladzie z ryounku 5.01. Wyniki pomiarów I ubliCZeI"m zestawiamy w tablicy 5.15. 1
O
b 1 i mm a
5.15
.
Na - rysom
Na podstawie wyrików z tablicy 5.15 wykre ś lamy charakterystyki (rys. f(U) przy C = const.
5.03) I.,. P, eec z" TMr
-
)Oys.5.03
.8.O-.2. Wyznaczenie zaleóccżci zozantO rozruzhr.wC80 cd pojerulusci hond sanatora Wplye pojemności kondensatore na moment rozruzbiwy silnIka wyznaczi ęciom mm skalaj warkotci, W zlurę noblisię przy casilenij silnika napi ć szybwobci powinno to być zapięcie naoionowe. Pomiary mileby wykonywa późrJejezyoh ko, aby nalane temperatury silnika nIe epnwodosmmla blędów me niższym od ęciu obliczeniaeh. Jeśli pomiary wykonana coataly przy napi tkowy i moment rozruchowy początmuay znezm1000wego, pr ąd rozruchowy począ moima me przybliżeniu obliczyć z zależ ności:
ni ka
193 oraz
O
T
zeprowedza się w cji napięcia nasi&, strat nocy
gdzie: 1, M - wartości zmierzone przy napięciu U, „ 11r - wartości przelicaone -dla napięcia znamiOnowegO U. Schemat układu pomiarowego przedstawiony Jest na rysunku 5.51. Wyniki pomiarów i oblicześ zestawiamy w tablicy 5.16. Tablica 5.16
E-I -
u i i; V I
coa
-
I
P coa
, S
-
O
°AI w
li,1pr h, 6X A
M
r
W
con Na podstawie danych z tablicy 5.16 wykreślamy charakterystykę Mc - rysunek 5.44a oraz wykresy wektorowe - rysunek 5.64b.
a) M:.
„\
akterystyki (rys.
\ C
.
Rys .5 . bi -u
d zunnoci
silnika aascau W zlecę oÓŻ ity wykouywaó szybdów w c6żnieczych ęciu nlżezys od chowy" psccętku
5.5.5. Próba obcIążania Celem próby obcląż5niu jest wyznamcenie charakterystyk ruchowych silniku. Silnik zasilamy napięciom znOzionosyo i obciążamy hamownicą. Nierwocy pomiar wykonujemy na biegu jałowym, a naatę pne przy wzraatającyo 510585zje obciążenia. Spcswnośó silnika określany sposobem bezpośrednim metodą Sumowania przez pomiar momentu u żyteocnego Al5 , prędkości obrotowej n oraz izocy pobranej c sieci P. Schemat układu pomiarowego przedstawiono na rysunku 5.41.
194 Wynjk ponja61; 1 b11e5 z atawiay w tablicy 5.17. T c b 1 i CO
5.17
UIPP
Na podstawie danysk z tablicy 5.17 w3lkce1asy zaleŻ5Odcj aos, = oraz 2 • . Q =
3,
Cheraktarysty.j zeją przebieg podobny, jak pokazany na rysunku 5,9 5.10. 5.8.6. oddanie jednz!azowago silnika isdukcyjago z uzwojeniom p000cniozyn zwartym Jedsofazow, Silnik Indukcyjny, W któryz dla uz,,pskenízi sozonsu roznu obowego częki kCŻdO8O Z WyatająOyCb biegunów stojana otoCzona jest jadnysi lub kilkom zwartymi zwcjurui ruzy800y jest Silnikiem Z UZwoeajen COzcnioryz Zwuz"tyn, silnikiem Z dzielanyn blegunez, ozy też po prostu zwsr tzbjeganoaz. Wirnik takIego silnika wiruje W kierunku częźol blsguns un zwartym UZwcjenien. Ssheat ukiudu pozierowago pokazany jest na rysunku 5.45.
ul =A
Nys .5.1,5 WynikI nosiaCów i obliczeń , dla Próby obci ążenia, zOstawianI w taili07 5.18. TablIca 5.18
Nn podati 5.1,6): n.
L"wufszcw uklodaot su nie jest W naw
nilciOn kub"c W żłobka oich pr:e dzającys, ó konujO Się i,la ansi pole na6ret
- 3IuplitOC
-
- aoplicuaa
-91 195
buca
n t
[]
cos
a ryoUn!u 5.9
U ZWO
jeniuo Rys.5.46
sonantu rozruzona jest jodz
uzwcJeni0
Nz podstawie wyników z tubliuy 5.18 wykzedlozy cbaraktezystyki (ryc.
5.46):
n, 1,
P,
9
• CO2 ~p
d po prosto zwo_
ęści biogazu ze 5.9. BA0A81 S1LNitt WYKONOWCZEGO D7IJPtZ
5.9.1.
Wi5ty
W
twbh-
Wprosadzwnie
Iwufazowe silniki indukcyjne ag stosowane jako elementy wykonawcze W oktodach outooatyoznoj regulacji. Wiród maszyn tego typu szczególnie chętczynnie jest stosowany silnik o satyn nowencia bezsiodnoizi wirnika, i1nc e rozutazie zastosowaniu juko wirnika tzw. kubka z zateriolu nieegzstyczoogc, csczęście ulusinian. Dwudozowy silnik indukcyjny z wirkubkowym niezagzotyzznym nazywa się tuż ulinikiorn typu ?errariuo. n1 1, W żłobkuoh stojana oiinlko dwufazowego cnieuzcz080 są dwa uzwojeniu O zt.oth przesuniętych o 900 (rys. 5.47a). Jedno z uzwojeń nazywa cię arbaózująoyz, drogie sterujący.. W niektórych silnikach uzwojenIa stojana wylonujo cię zkc tzw. uzwojeniu nostkowe (ryz. 5.97b). 815 uoożliwienio ruchu silnika prądy stojana suszą wytworzyć wirujące pulu magnetyczne. Sterowania silnikieci dwufazowym rznie być, -
ocipiltudowe, iaznso, aciplltudowo-fuzowa.
196
b)
U2(2)
VI
n 2
VI (3)
Ly2
o
o
Dla u zwojenia zmihnę a łąszedi S ku 5.69.
ÊV2
(4)
Rys .5. 47 Przy sterowaniu saplitudowym silnik jest zasilany napię ciem dwufazo. Dwufazowy układ napi ęć moŹna łatwo otrzymać , np. z sieci trójfaznoo. zteroprzewcdoaej, jeAli jedno z uzwojeć zasila się napięciem fazo;-J, natomiast drugie uzwojenie napię ciem międzyprzewodowym S-T. . bezowanie amplitudowe polega na regulesi amplitudy napię cia zasilającego jedno z uzwojeć silnika. Aby zrealizować sterowanie fazowa, do obwodu dwufazowego zaailającego silnik należy włączyć przesuwnik fazowy. Przy starowaniu fazowym należy zmieniać fazę napięcia zasilającego jedno z uzwojeń silnika przy stale, amplitudzie napięć . 5.
aygna do ay iys.5.48 Schemat potączań silnika z uzwojeniem mostkowym dla sterowania amplitudowego i fazowego pokazano na rysunku 5.48. Najprostszym przypadkiem sterowania jest sterowanie amplitudowo-fazsaę . Przy tym sposobie aterowaniasilnik jest zasilany napięciem jednofazowym.
50 me wzbw
(2)
-oVl (3)
-Y2(4)
ęcien dwuf az. ieci tmójfazo.. spię cie0 faunewudewy
geja zaujlzją _
to zuuila,ąze azowyz naley caprzy Sta łe
C
Soniu ampliorzypsdkje0
Obie storo-
197
Ê
Dla uzyskania niezbę dnego przesunięcia fazowego prądów, do obwodu uzwojenia wzbudzenia załącza się kondenuacor. Silnikiem st005jo się przez zsienę amplitudy napięcia zsaila ącego uzwojenie steru34ca. Schemat połącze* silnika przy sterowaniu szplitudowo-fazosyz pokazano na rysunku 5.49.
A
4 Ryz .5. 49 Na schematach oznaczono: ęcie, prąd i zoz uzwojenia sterującego, 3stO" „str 9s0r - napi d i mQc uswo3enis wzbudzenia, ęcie, prą cia , I. Fw - napi U o - napięcie na kondenoatorza. wzb - napięcie obwodu wzbudzenia. Przy silnikach wykonawczych zwykle posł ugujemy się współczynnikiem sygnału. Współczynnik sygna łu et okrabla Clę stosunkiem waz"tubci sygna łu do sygnale pezyj000go jako odniesienia (sygnału znamionowego):
us O=
un
Przy sterowaniu fazowym, przez współczynnik sygnału rozumie się otosanek ką ta
198
.
o
o.= -9O Badany Silnik Obciążany banownicą.
5.9.2.
Wyznaczenie charakterystyki Sterowania (regulacji)
Charakterystyką Sterowania nazywany zaleinnóć prędkoćoj obrotowej wi-flika od współczynnika sygna ł u, przy wta łyn momencie obciążenia. Prożory wykonujemy .przy różnych obciążaniach. Przy sterowaniu anpłitudowo-fazc... wyz pomiary nożna wykonać również przy nastawianej pojemności kondensatora. Wyniki pomiarów zapisujemy w tablicy 5.19. Pablica U a trfl = .... V
7
•
V
V
-
conut
-
const
Sonat
V
o
; -
-
mu
n P
-T
O
Sterowanie amplitudowe Sterowania fazowe
-
-
Uwagi_H
N.
O
5.19
Sterowanie
-fazowe amplitudowo-
Na pożatawje pomiarów wykreś lecy charakterystykę sterowaniaw (n) = fCn)
przy
= Sonet, (ryn.5.50).
(n) (J
wwconsf
C=..= cohS Rys.5.50
5.9.3.
Próba obci ążania
Przy próbie obciąż enia wyznaczany przede wszystkim charakterystykę zachaniczną , to jest zależność prędkości ką towej od znmenta obciążenie.Cha
wapółraktezyst.ykę mechaniczną wyznacZa się przy różnych wartoociach czynnika sygnaiu. Próbę obciążeniu wykonuje się , w zasadzie, przy cnamiofloeYn napię ciu pOzy obwodu ozbudzOnia, a przy sterowaniu aaplitudowo-fazowyn również znamionowej- pojozności kondensatora. Próbę obciążenia ożna także wyconać przy nastawianym napięciu zasilającym I zmienIanej waioici PQjeMnOú,ei kondensatora (dla sterowania anplitudOwO-fazOWegO) „ jeśli chodzi o wyznaczenie wpżywu odobyioć napięcia na przebieg charakterystyk. Na podstawie pomiarów próby obciążenia wykreżla się , oprócz charakterystyki zeciamicznoj, również charakterystyki podające zeleżnożć nocy nechamicznej użytecznej I nocy sterowania od prędkoóci obrotowej. Wyniki powiazów zestawiamy w tablicy 5.20. Tablica 5.20 Lp.
U.0 U5 „w
v
y
2atr ę a I
y
str
ś
c
p Uwago
c Go5m
v
W
-
H
W uwagach należ y podać , jakiego rodzaju sterowania dotyczy badanie. Przy oblIczeniach poslugujowy się wzorami: 5tr = 5str P
lub P0,7_ .102
Na podstawie pomiarów i oblitzeż wykeebiwny: chdrakteryztyko mechanichaczną n = 1() lub w =f(Slil )przy n = conwt (rys. 5.51) wraz racterystyki pokazana na rysunku 5.52. Cw°cons
corisi
° iyw.5.
M p
2:0 5.9.4. Próba silnika przy zahamowaniu Zasadniczym celem próby jest wyznaczenie onarakteryotyki - mozWat rozruchowy w ummkcji wspóiczynnika sygnału. W czasie próby, mirnik silnika jest unieruchomiony w hamuownicy. Obwód wzbudzenia silnika zasilany zwykle napięciom znamionowym a zmioxmlnny ssmółczynaik sygnału. W silnikach o sterowaniu ampiitudowo-fazowym nożna równieć zmieniać pojemność kondensatora. Wyniki pomiarów zapisujemy W tablicy 5.21. Tablica
m ztrn = ... V
12wsb
y
Uw
5str I
v
°„ ł „str
str
Sotr
I„
w
w
P
M,
Mr
I
5.21 Uwagi
of APAWRGti
mr
Nr
[N5] Ptw) S5 tyĄ
ssir --
O
ci
W uwagach należy podać, jakiego rodzaju sterowania dotyczą pomiary. Moc i moment obliczany wg 550. rów podanych w pkt. 5.93. Na podstawie pomiarów i obliczał wykroilamy charakterystyki pokazane na rysunku 5.53.
Wys .5. 53
3.10. BP.DAKIi L4CZW SWLS1WOWWGO 5.10.1. Wprowadzenie Synchroniczne przekazywanie na odległość przemieszczeó kątowych nie sprzężonych ze sobą neclmanicznio walów realizuje się me układach autoratyki przy pomocy indukcyjnych maszyn elektrycznych nazywanych selsyxismi. ielzyny swoją budową przypominają maszynę synchroniczną i asynchroniczną. lod względem wykonania spotyka się seleyny trójż azcwe i jednofazowo. Solaymsy trójtmzowe w zasadzie Są zbudowane tak samo jak pierścieniowo sIlniki indukcyjne. Uzwojenie wirnika poprzez pierścienie i szczotki jest dołączono do obwodu zewnę trznego. Selsyny trójfazowe znalazły zastosowanie w układach napędoaycb walu elektrycznego, utrzymującego jednakową prędkość kątową dwóch lub kilku silników znajdujących się W OWnej odległości od siebie.
23 Seleyny jednofazowe posiadają typowe zwojosio trójfazowe połączone W gwiazdę , które nazywane jest synchronizującym oraz jednofazowe uzwojenie WzbUdZerkl.O. Rozróżnia się następująco rodzaje łącz aelsynoaych: - wskaźnikowe. - tafonnatcrowe, - ró.csoa, - nocy, - nocy wzmacniające. 5.10.2. Badanie łącza wskaźnikowego
5.10.2.1.
Uwagi ogólne
Łącze wskaźnikowe skiada się z dwóch seisynów - nadajnika i odbiornika - elektrycznie ze sobą połączonych (rys. 5.5t).
r 6(32)
Rys .5.55 Uzwojenia wzbudzenia seioynów są zasilane pX"ąders przemiennym. Prąd przemienny przepływając przez uzwojenia jednofazowo cytwarze w obwodzie zagnutyoznyn seisynów pulsujące polo magnetyczne, które indukuw. uzwojeniach synchronizujących seisynów sity eloktrozzotoryczne. Jeżeli wirniki selsynów zajnują zgodne położenie kątowe, to w odpowiadających sobie fazach uzwojeń synchronizujących indukują cię jednakowe siły syneieatronotaryczne, które wzajemnie cię równoważą i w uzwojeniach chronizujących nie płyną prądy. Przy braku zgodncści położeń kątowych wirników salsynów w odpowiadających sobie fazach nadajnika i odbiornika indukują się niejednakowe siły elektromotoryczne. Pod spływna powstałej różnicy wił eloktronozorycżnych przepływa przez uzwojenie synchronizują-
202 ca prąd, który wopoidziałając ze stronieniem uzwojenia Wzbudzania seleyno odbiornika wytworna moment obrotowy - wynobronizujący. Moment synchronizujący działający na wirnik seisyna odbiorczego d ąży do takiego ustawienia wirnika, przy którym po łożenia kątowe wirnika Obu seiaymów będę jednakowe. Dla tego po łożenia solsynów prądy w uzwojeniach ayncbrcnicuJ ących nie płyną i zanika moment Syncnronizuj ący. W ten sposób za pomocą łącza wakaźnikowogo realizowane jest zdąlne przekazywanie POIO"nia k ątowego Seloyna nudawozego. 5.10.2.2. Charakterystyka biegu jotowego aelsyna Cnarakterystykę biegu Jałowego oeloynów zdejmuje-się zmieniając napięcia na uzwojeniu wzbudzonia ae łeynów od O do napięcia o ICit wyższego niż znamionowe. Układ jest zasilany napięciem z autotrsnofocmatoi"a regulacyjnego .Scbeasa połączeń pokazano na rysunku 5.55. Wyniki pomiarów I obliczeń zapisujemy w tablicy 5.22.
0
L2
5.10.2
Bada n
wonie c U1 _2; U kątowe; położenpoilku p aolsyna którym 20° , 31 wyob.
Na; cały tablic
Rys -5.55 tablica 5.22
:.
i
W tOO
000
9
uw P
No podstawie otrzymanych wynilcow wykr01,1am2 cbaralenystyii J; p; o = f(t,5 ) (zys. 5.56).
U51
ązbudzonj0 seisy7. Moment ży do takiego Obu Seioyflów jeniach Sncir.. e Jest
zdalne
ZOiofliając 080 icU wyższego
203 5.10.2 .3. Charakterystyka napięcia przewodowego uzwajania synchrOnizu-. 360050 e funkcji poleżenia kątowogO wirnika Badania przeprowadzamy W układzie pokazanym na rysunku 5.57. Z łajomwazie ciarekteryatyki napięcia przewodowego w funkcji położenia wirnika skali U3_1; 23 = f() rozpoczynamy ustawiając pokrętłem cezo kątowej tauccy w położeniu, w którym dokonywany jest odczyt kąta. W tym położeniu 3wdno z napięć przewodowych powinno sie ć wartość zero. W przypadku pojawiania się napięcia należy zwolnić uchwyt utrzymujący stojan seisyna w nieruchomym położeniu i znalezć takie położenie stojana, przy ktdrym jedno z napięć zniknie. Następnie zmieniamy położenie wirnika co 200, aż do 360° i w każdym położeniu dokonujemy odczytu napięć przewodowych.
Ul8cyjmego .Scbe-. Obliczeń zepi-
+I
V.
IJ12 Jw / j-w
7cosy
v U2-3 Rys -5.57 Napię cie na uzwojeniu wzbudzenia utrzymujemy autotranwfornotoreT przez cały czas poniarow na wartoś ci znamionowej. Wyniki pomiarów zapisujemy w tablicy 5.23. Tablica 5.73 Lp.
U
-
Stopni
1 1J1_2 V
U1_3
02_3
V
Y
Na podstawie otrzymanych wyników wykre ślamy charakterystyki: 112;
3_
3 = f() - rysunek 5.55. U;2-,
U1.2 u3.1 uż [VI
5.10.2.4.
WyznaczenIe klasy dok ładnoś ci seisyna nadawczego i odbiorczego
Do pomiarów wykorzystujo się woltomierz lampowy (Yi). Klasę dokładneśc seloynw nadawczego okrośla alę na podstawie symetrii jego uzwojooż fazowych. Do uowojenia wzbudzenia aolsyna nadawczego doprowadza się napięcia znamionowe z autotzcnzformatora. Obracając posoli wirnik l,edaneso meisyne, znajdujemy położenia, w których napięcie przewodowe jest minimaino lub równe zeru. Takich położeń zerowych będzie cześć, gdyż katdej parze llzwojejá fazowych odpowiadają dwa położenia zerowe,przesunięte azgiędozo siebie o kąt 1800. W tezo sposób co 600 otrzyma cię na jednej z par uzwojeń napięcie prawie równe zeru. Uchyb owisyiza nadawczego oblicza się jako ń redniq arytmetyczną z bezwzględnych wartoś ci maksymalnego uchybu dodatniego + 6 i uchybu ujemnego
Maksymalne uchyby Obliczamy jako różnica między kątem znamionowym, a kątem przy którym napię cie orzuwodowo jest minimalne. Uchyby te wyznacza oię pzy obydwu kierunkach obrotu wirnika. W zależnoś ci od dopuszczalnego maksymalnego uchybu kątowego 601 selsyny dziali się na klasy. W celo wyznaczania dokładności selayna odbiorczego doląoza się do niego wzorcowy seleyn nadawczy (rys. 5,51). Uzwojenia wzbudzenia eeisynów przez cały czas pomiarów są zasilane napięciem znamionowym. inzed rozpoczęciem pomiarów nało ży sprawdzić, czy zero skali kątowej nadajnika poksywa się z położeniem zerowym wskazówki odbiornika. Jeżeli położenia te °ą niezgodne, należy je skorygować przez ustawienie wskazówki odbiornika. Zmieniając położenie wirnika seisyna nadawczego co 100 w zakreole od OO do 3600, odczytujemy różnice wskazań połażeń kątowych selayna nadawczego i odbiorczego. Następnie pomiary powtarzany dla przeciwnego kierunku ruchu wirnika seisyna nadawczego w porównaniu z poprzednio.
F
25 Wyniki pomiarów zapisujemy w tablicy 5.2. Tab1ica
F
L.
Zgodnie
z
wskazówką zegara n
-
5.21
Przeciwko wskazówce zegara n
Z wyników zastawionych w tablicy 5.24 wybierany nakaynainy uchyb do„ a nastę pnie obliczany uchys
1
i ujeory datni. + okrewlający klasę seisyna:
w8man I
IzunI
Podział seisynów nadawczych i odbiorczych na klasy w zaleónoóci od dopuszczaloago uchybu z8 N przedstawia poniższa tablica:
L
K1558
Rodzaj pracy O O
±
I
nadawczy odbiorczy
ii
nadawczy odbiórczy
± ±
0,25 0,75
III
nadawczy odbiorczy
±
0,5 1,5
-
0,25° 0,75°
-± -±
0,50 1,50
- ± 1,00 - Z 2,50
j 5.10.2.5. Wyznaczenia charakterystyk zewnętrznych łącza Układ połączeń pokazano na rysunku 5.51. Napilcie na uzwojeniach wzbudzania utrzyzujeoy przez cały czas poziacien pooiarów nsleiy aelsyzzy rów na wartości znanionoaej. Przed rozpoczę dów dla tedoprowadzić do położeń zerowych i adnotowa ć wskazania przyrzą go pOżOżafl±O. do 1800 przez Nastę pnie wyruoza się kąty niezgodności w zakresie od 00 trznym momentem. Zalety zoznaczyo ką; anie seisyna odbiorczego zewnę obciąż niezgodności, przy któryo wystę puje oczonO ooksywslfly. ęa o zwroDla kątów od 1800 do 560° obciążany selayn odbiorczy n000n cie pozeciwayn do poprzedniego. Aby uniknąć nadnie cnego przegrzewania azwojeń poziary należy przeprowadzić moż liwie szybko. lyniki pomiarów 1 obliczeń zapisujemy w tablicy 5.25.
T ab1Iza
l -
lapnie
i, 1,
13
5.25 1
5.10.2
co
Pr
G
z ooh
Na podstawie ozzzyoarca Wynikćw obliczowI, tzw. sztywnoić wlaściwą l ązza - wartoić momentu synyironizu ązego przypadająca na 10 ką ta niezNodflOdCi
S
m
Sw
= dla Izątiw 8, (
100 .
Inną spotykaną lisanięż Oielkodcją 3e5; tzw. sztywnodó lub wepólczynnik sztyw0000i okredlony wzorem : S
=
3-0
d ai
Jnberpzetacj z-aicz.ną Jego Jest styczna do chanaktez-ystykj nonont,. przy kącie niezgodnokci wcwnyn zeru. Na powozowie pzniazów wyki-eOlowy obarakier2-styki (rys. 5.59, 5.60, 5.51): Li; 12; I; 1an I,; 1!
go
180
\-9/0
90
180
(°1
18~
'270
0
101
480
360
101
2C 7
5,10.2.6. Wpiyw napięoia wzbudzania i r0zy8taflWi. linii 1ącz4ce3 aeisyny na nztywność bcna Pozy nta 5.e9 oazysbanajl linii 6ącząca9 0019502 (no. RL = 0) wyznaczdla rólnych napipć wzbudzania nb aklenyntykl M = f(5) Równioż pozy stuiy napię cIu wzbudzonin (np. U) wyznaczany dla różnyca rwzyntanci linii lączące,i ue1yny charakterystyki M = Obiad po100000 przedstawiono na rysunku 5.5.
5.26.
Wyniki pomiarów zaztaoinOy w kobuzy
Tablica
ymcić Waś jwą 2ą 1 kąta 0jz6od_
M
Rs O lub Wnp
V
-
5.26
c
im
cn_
gdzie: R. - mezyatnnca linii łączącaj selayny, Oy5t7ki 0000nt 5.59, 5.62,
- rezystanc3a uzwojenia ayncb000iZUjQcegO. Na podstawie oyników z cublicy 5.26 wybroniony oharabterya;yki
M, S = d('LT)
5.65):
I M, S =
PL<
vol
• R1w
360
U.
V 2lB 5.10.3. Badaniu łącza transformatorowego 5.10.3.1. Uwagi ogólne Tnorzutorowe łącze seisynowa spotykane jest w napędach nadążnych. W łącza transformatorowym uzwojenie wzbudzenia aelayna odbiornika nie jest zasilana (ryz. 5.Gt). Pulsujący strumień wytworzony przez prąd płynący w uzwojeniu aynchronizującys odbiornika, indukuje w uzwojeniu wzbudzenia aelsyna c6birczego silę eiektrorzotoryuzną będącą funkcją kąta niezgodności (d= .5 -
:1Hn PN
vWU
6
SN
3
giST
Rys-5.66
5.10.3.2. Wyznaczenie napięcia szczątkowego i błędu as),metriI aelzyna tranaforro torowego Badania przeprowadza się w układzie pokazanym na rysunku 5.Et. Uzwojenie wzbudzenia aelsyna nadawczego jest zasilane z autotransformatora napięciem o stałej amplitudzie. Wartoiż napięciu szczątkowego wyznaczamy niezząz woltomierzem lampowym minimalne napięcie występujące na uzwojeniu wzbudzania seisyna odbiornika łącza transformatorowego. Napięcie to znajdujemy obracając wirnik uelayna odbiornika, przy zakasowanym wirniku celuyna nadawczego. Po znalezieniu położenia wirniku, przy którym wyutdpoje minimalne napięcie y uzwojeniu wzbudzenia aelsyna odbiorniku obracamy wirnik O 1800 . Jeżeli po obróceniu napięcie wyjściowe będzIe mia ło minimalną wartość to selsyn nie wykazuje asymetrii. W przypadku wystąpienia asymetrii, chcąc ponownie uzyskać minimalne zapięcie, należy wirnik obrócić o pewien kąt w jedną lub drugą stronę . Olartońó tego kąt,) ru stopniach etanowi błąd asymetrii aelsynu. 5.10.3.7. Wyznaczenie charakterystyk zewnę trznych łącza Bwiaois przeprowadza sig w układzie połączeń pokazanym za rysunku
209 Wirnik seluyna odbiornika łącza trsnagorzatorowegO ustawia się w położenie, przy który- napięcie wyjś ciowe jest najaniajsze. Wirnik aelayna nadawczego należy zshsoowaó w położeniu zerowym. Następnie wirnik selwyz na odbiornika łącza transformatorowego obraca się co 200 i w każdym tych położeń przeprowadze się odczyt wskazań przyrządów. Wyniki pomiarów zapisujemy w tablicy 5.27.
„pędach nad ąinycji. na Odbiornika nie y przez prąd pływ Uzwojeniu echa9 funkcją kąta
Tablica 5.27 Lp.
1 stopnie
?l
23
I
I
wn
hy
cna
ą H
ST Na podstawie obrzynanych wyników nale ży wykreślni charakterystyki: 21, 12; 13 Iw.; P,; U0, = f(d) (rys. 5."37, 5.68, 5.99).
[AJ
utnij selsyna
aku 5.99. Ilzwo.trenuj orna tura owego W7znac uszy )ące ca uzwo2_ ęo. Napięcie to :oowan,n wirniku y któryc Wystę_ biopnika obra-. re będzie cia ło ypadku oyatąje, należy wir9 tego kąta w
Rys. 5.7
3 wt,
UW
[A] Pwn 10
350
101
[w]
O
na rysunku
I
•
z.5.98
PNI,
coSS"0
c0s;1
n
go yo.5.62
400
„O"
0)
210 5.10.3.4. Wpływ napięcia wzbudzenia i ceoystancji linii iączące3 aeiayn P4 sntywnodć napięcia wyjdciowego $ztywnodó napięcia wyjioiowego seisyco tpanofozpa toPowego definiowana 3eet analogicznie jak eztywnodó momentu w łączu wskażaikosyto pkt. 5.10.2.. Wpływ napięcia wzbudzenIa aelsyna nadawanego i recyatancji linii 14czące aeisyny na antyeność napięcia wyjściowego oęlayne tzansfocrzatoncwago jest podobny jak wpływ tych parametrów no sztywność nonenta to łączu wskażnikowyn (pkt. 5.10.2.6).
elekt napęd poto. klej
zącej selayny
;o definiowana pkt. 5.10.2.. ji linii ląansO ormo toroWanto w lq-
6. MASZYNY SYNCHRONICZNE TRÓJFAZOWI
iL
61. PRACA INDYWIDUALNA PR4DNICY SYNCHRONICZNEJ
.1. Wyznaczenie charakterystyki biegu jał owego (magnesowania) W celu wyznaczenia charakterystyki magnesowania, tj. zależności siły silnika elektromotorycznej Z od prądu wzbudza1iENEi ży przy pomocy napodowegO doprowadzić maszynę synchroniczną do znamionowej prędkości obprzy rotowej I odczytać napięcia na zaciskach nieobcią000ego twornika kresie od Iw = O do tusonat i prądzie wzbudzenia nasśawiańymw 2a przy której U 0 = 1,3 kie3 wartości Schemat polęczeć układu pomiarowego przedstawiona na rysunku 6.1. 4
-
Iw A F1 F2
U
R
V N
I
Rys.6.1 Wyniki pomiarów i obliczeń zestawiamy w tablicy 6.1. Tablica 6.1 Lp.
-
J V
U0 V
I O
O
nOnom
00000
12.
Li 1/3
f Hz
conat
ur
-
212
Rys .6.2 Charakterystyka magnesowania, rysunek 6.2: a - charakterystyka magnesowania dla maszyny posiada ąooj sagnetyzu szczątkowy, b - charakterystyka magnesowania dla maszyny nie poiadającej magnetyzmu szczątkowego. 6.1.2. Wyznaczenie strat nechanicznych (tarcia) I strat w rdzeniu (W żelazie) Sumę strat mechanicznych i stret w rdzeniu zszywaną stratami jałowyxzi nożna wyznaczyó doświadczalnie sposobem pracy silnikowej lub prądnico. mej. Sposób pracy prądnicowej polega na tym, że badaną maszynę synchroniczną napędzu się ze znamionową prędkością obrotową wywzorcowanym silnikiem, np. silnikiem prdu staloWo. Badane aaaoyne pracuje juko prądnica na biegu ja łowym. Schemat palą. czet pokazany jest no rysunku 6.1. Jeżeli do napędu maszyny synchronicznej używa się niewywzorcowanego silnika bocznikowego prądu stałego, to należy określić jego straty mechaniczne i w rdzeniu 6p (Fa+m)o Uoc pobierana przez twornik silnika napędowego wynoai: ts = s
1ts
a straty mocy w uzwojeniu tworniku silnika: 2 APeuts t ta
-
gdzie: Rta - rezystancja sbwoóu twornika silnika. Straty mechaniczne i W rdzeniu silnika określa się z wzoru: uts5 przy czym njeks a
oznacza bieg jałowy:
213 Przy zachowaniu sta łej predkości kątowej straty mechaniczne silnika nie ulegają uziomie, a przy zachowaniu stałego napięcia na zaciskach twornika straty w rdzeniu 6 P 5 też można uważać za stała. Można więo napisać , że: =
zS"Pea
oonst.
Po sprzęgnięciu silnika napędowego z badaną maszyną syzlcbroniczoą niewzbudzoną , zoo oddawana przez Silnik pokrywa utraty mechaniczna (straty tarcia w łożyskach, straty tarcia wirnika o powietrze,atraty wentylacyjne) badanej maszyny syncbronicznę j, które oblicza się z wzoru:
-[A)
1"ta -
2(Pe+z)a -
)ącOj mag etyzu
6 P(p5)5
Pc.z
Ladającej magnetyzmu
Cats
Następnie należy maszynę ayncbzoniczną wzbudzić do napięcia znamionowego, zasilając jej uzwojenie wzbudzające z obcego żród ła. Moc przekazana przez silnik badanej zaczynie pokrywa Obecnie łączne utraty biegu jałowego (straty oeobaniazne i straty w rdzeniu): Cute
a stąd straty w rdzeniu: Fe = 6 Fe.. Wyniki pomiarów i obliczać należy zestawić w tablicy 6.2.
L strat w rdzeniu
2ab11ca
14 stratami jałowysi Iwej lub pr4dnico14 maszynę synoboWyWZOXCOWSflym sil-
Lp.
Uwagi
-
-
1.
Silnikna biegu jalowyn w celu wyznaczania strat ja ł .
2.
Silnik sprzężony o maszyną oynchr. niewzbud 00314
3.
Silnik OprZężoxzy Z maszyną Oync hr. wzbud zoną
IwIn. Schemat połą-
niewywzorcowanego Lż jego straty ze:ez twornik silnika
2
wzoru:
U. „ to 1>ts V
*
W
„cots W
P(005)5
W
6.2
2Pe+m Ap. „ Fe W
W
W
1/5
conat
Oli 6.1.5. Wyznaczenie znamionowego pr ądu wzbudzenia i zmienności napięcia Wyznaczenie znamionowego prądu wzbudzenia maszyn synchronicznych wykonuje się metodą bezpośredniego obciąż enia sposobem pracy orądnioowej prąd lub metodą wykreślną. W celu wykonania pomiaru należy nastawiać wzbudzenia maszyny przy znamionowej prędkości kątowej, obciążeniu prądem znamionowym i przy znamionowym współczynniku mocy. Prąd wzbudzania wywołujący znamionowe napięcie, co przy znamionowym obciążeniu odpowiada znamionowej mocy maszyny, nazywa się znamionowym prądem wzbudzenie I na rysunku 6.3 oznaczony jest przez l. Jók wynika z rysunku 6.5, przy wyznaczeniu znamionowego prądu wzbudzekorzysta nia i zmienności napięcie magnesowanie cię z charakterystyki ok.. (punkt 6.1.1) I oharakterystyki ciążeniowej dla oboiążenia znanionowago przy znamionowym cos ę (punkt
.Oc.esI E* _______________
6.1.9). Zmiennością napięcia nazywi się względną zmianę wartości napięoia stosunku do napię cia znemiozowego,występującą na zaciekach prądnicy 93mRy9.6.3 chronicznej, przy jej ca łkowitym odciąż eniu od mocy znamionowej do biegu ja łowego, przy zachowaniu znamionowej prędkości kątowej I znamionowego prądu wzbudzenia. Zmienność napięcia wyraka się zwykle w procentach napię cia znamionorw,ał
wego, czyli:
=
E. - U n
ioc
Gdy prąd tworniku przestanie płynąć , nie występuje już oddziaływanie twornika i cały prąd 1,, działa magneaująuo, wytwarzając
6.1.4. Wyznaczenie charakterystyki ustalonego zwarcia symetrycznego Charakterystyką ustalonego zwarcia symetrycznego nazywamy zależność prądu twornika od prądu wzbudzenia, wyznaczoną przy zwartych naciskach tworniku i przy prędkości kątowej zbliżonej do znamionowej. W celu wyznaczenia tej charakterystyki należy zawrzeć przez amperomierza zaciski tworniku I doprowadzić wirnik maszyny do prędkości kątowej zbliżonej do znamionowej, s następnie zwiększać prąd wzbudzeniu do wartości, przy której prąd twornika osiągnie wartość znamionową I. Wobec tego, że SEM równoważąca spadki napięć w uzwojeniach twornika jest rzędu kilkunastu procentów napię cia znamionowego, więc charakterystyka
czy
215 f(X) jest prostoliniowe I wystarczy do jaj wykreślenia znalezienie tylko dwóch punktów. Jeżeli maszyna posiada magnetyzm szczątkowy, charakterystyka zwarciowa nie przechodzi przez początek układu wspAłrzędnyah.
Schemat połączeń układu pomiarowego pokazano za rysunis 6.4.
A % F4~~l
Pps.6.4
Rys.6.5
Wyniki pomiarćw i obliczeń zestawiamy w tablicy 6.3. Tablica 6.3 Lp.
1,
I
„S
IT
A
-
P
I
„ I
I const
Przykładowy przebieg charakterystyki ustalor.egu zwarciu syzatrycunagc pokazano na rysunku 6.5.
6.1.5. Wyznaczacie charakterystyk ustalonego zwarcie niezymetryc znego
zależność
Charakterystyki ustalonego zwarcia niesymetrycznego zdejmuje się podobnie juk charakterystyki symetrycznego zwarciu ustalonego z tym, As połączenie uzwojeń stojana zależy od rodzaju zwarcia. Na rysunku 6.6 przedstawiono schematy połączeń uzwojeń stojana dla wyznaczenie:
0) charakterystyki zwarcie jednofazowego 1
przez empero-
rędkości kątzdo I wzbudzania jonową I. Pojest twornika
charakterystyka
I
b) charakterystyki zwarcia dwufazowego (zwarcie dwufazowe baz przewodu zerowego) „z2 =
c) charakterystyki jednofazowego Z.arcla podwójnego (zwarcie dwufazowe z przewodem zerowym) „z = 20
216 cł)
4: *LL C)
urr
ys.6.6
Rys .6.7 Na rysunku 6.7 podano przebiegi tych charakterystyk oraz charakterystykę ustalonego zwarcia symetrycznego = Jak wynika z wykresu, charakterystyki niesycetrycznego zwarcia ustalonego przebiegają odpowiednio wyżej od charakterystyki symetrycznego zwarcia ustalonego, gdyż oddział ywanie twornika przy zwarciu niesymetrycznym jest odpowiednio oniejaze. W "szynach z wirnikiem cyiiniryoznyn, dla których nożna przyjąć, ta reaktsnzja rozproszenia stojana jest w przybliżeniu równa 0,1 reaktorcji oddział ywania twornika zachodzi w przybliżeniu stosunek: I : I
: 1z 20
10 = I : 1,6 : 1,9 : 2,6
Wyniku z tego, że najmniej groźne jest zwarcie symetryczne, o najniebezpieczniejsze zwarcie jednoazowa. Dodatkowe zagrożenie maszyny pcw-
217
y
N
staje w przypadku zwarcia niesymetrycznego, ze względu na pojawienia sig przępkywu przeciwbieżnego, któro w maszynach z wirnikiem cylindrycznym powoduje nadmierna nagrzewanie się wirnika. Dlatego też przy próbie zwaroka dwufazowego i jednofazowego prąd zwarciowy nie powinien przekraczać 0,25 I, a przy próbie podwójnego zwarcia jednofazowego 0,40 1,.
6.1.6.
Wyznaczenie strat obciążeniowych
Wyznaczania strat obciążeniowych w maszynach synchronicznych
wyko-
nuje się doświadczalnie sposobem zwarcia lub sposobem wybiegu. W celu ?y-znaczenia
2XI.
.7"
strat obclądeniowych metodą zwarcia należy maszynę Synchroniommą napędzać za znamionową prędkością obrotową wywzorcowanym silnikiem napędowym. Jeżeli do napędu maszyny synchronicznej używa się niewywzorcowanego silnika bocznikowego prądu stalago to najpierw, podobnie jak przy wyznessaniu strat ja łowych (punkt 6.1.2), należy określić jego straty mechaniczne i w rdzeniu straty mocy w uzwojeniu twornika i moc pobieraną przez twornik silnika Ptw, przy czym moc przekazaną przez silnik badanej meazynie oblicza się z wzoru: ts -
(P.n)s -
Cuts
Po sprzężeniu silnika napędowego z maszyną synchroniczną , w której uzwojenie twornika jest zwarte (Schemat polącześ wg rys. 6.4) nadaje się zeszycie znamionową prędkoiż kątową . Wzbudzenie maszyny synchronicznej należy tak dobraż , aby w zwartym obwodzie tworniku płynął prąd znamionowy. Straty obciążeniowe Ł Pobc 2"Cup „ dod gdzie:
6 P50 = dod
3
I . - straty mocy w uzwojeniach (podstawowa) straty dodatkowe.
przez obc oblicza się odejmując od mocy mechanicznej pobieranej maszynę synchroniczną P1 z P jej straty mectamicznePn , czyli:
az charakterys-
zwarcia ustasymetrycznego :iu aiesynetry-
za przyjąć , że 0,1 reaktan-
:zne, u majniemaszyny „ pcw-
obc Straty mechaniczne A P maszyny synchronicznej wyznacza się przy posiarze strat jakowych, lub za ponosą tego samego silnika napędowego, napędzając badaną maszynę niewzbudzoną Z otwartymi obwodem uzwojenia twornika. Straty dodatkowe iXPdod można utuczyć odejmując od cslkowitych strat obciążeniowych straty mocy z, uzwojeniach: dod = 6 obc
Cup
Rezystancja jednej fazy uzwojeniu twornika, odpowiadająca cutkowitym stratom obckążeniowyzi:
218
gdzie: cbc
Współczynnik strat dodatkowych: S. ka. Wyniki obliczać i pomiarów należy zestawić w tablicy 6.4. gdzie: Tablica Lp.
Uwagi
-
-
U5 1ta
v
„Cute W
W
ewz)s W
W
6.4
„cbc
Cupdod R
W
W
W
k
dl -
1. Silnik na biegu jalewym w celu wyznaczenia strat jałasych
r
2. Silnik apr 28 żony Z maszyną Syncbr. niewzbsdzoną
6.1.7. Wyznaczacie sprawności maszyny Sprawność maszyny można wyznaczyć sposobem bezpośrednim, sposobem utrat ogólnych lub sposobum strat poazczególnyoh. Wyznaczenie sprawności sposobem Strat poszczególnych polega na obliczeniu sprawności na podstawie: Strat mechanicznych I w rdzeniu, strat obciążeniowych 1 strat wzbudzenia. Określania strat mechanicznych i w rdzenia dlPę m podano w punkcie 6.1.2, strat obciążeniowych A P.b.w punkcie 6.1.6, a atraty wzbudzenie 6 P wyznacza się doświadczalnie jako iloczyn prądu wzbudzenie przez napięcie wzbudzenia:
-1
= 1w Straty całkowite oblicza się jako sumę poszczególnych strat:
ZAP = óPFe+m
obc +
Sprawność maszyny synchronicznej, pracującej jako prądnica: = (i P2
Cbar prądu t nowej ; Powl dla róż eon 0 P 9 rakzery Obar prąd we pięcie nastaw: Sta łym cy. Pom prędkc U0 = U = conci Sohemal
„/
. 100 =
. 100 P2
Ul.cos a,ż P
219 gdzie: P2 = „JUI 002p - moc odbierana z prądnicy, a pracującej ja-. bo silnik: =
P 100
1 •
U;)
-Z
. 100 =
I cOsql -P 00591
100,
gdzie: P1 = ./5U .I zasp - moc pobierana przez cilnik Z sieci. 6.1.8. Wyznaczenie charakterystyki regulacji Charakterystyką regulacji nazywa się zależność prądu wzbudzenie od prądu twornika przy znamionowym napięciu na zaciskach twornika, znamionowej prędkości obrotowej i znamionowym współczynniku nocy. S conat i U = coost nożna wykonać Pomiary I. = i(I) przy dla różnych charakterów obciążenie, np. dla ccm p i,, czap = I i cno 91p04" gdyż ze względu na różny charakter oddziaływanie twornika charakterystyki mają inny przebieg. zmieniać Charakterystyka regulacji dla prądnicy określe, jak należy prąd wzbudzenia, aby przy różnym obciążeniu twornika utrzymać stałe napięcie przy c.3 = connt Dla pracy silnikowej wskazuje ona, jak należy nastawia ć prąd wzbudzenia, aby przy zmianach obciążenia, przy zasilaniu sta łym napięciem i sta łą częstotliwością utrzymać stały współczynnik nocy. znamionową Pomiary przebiegają w ten sposób, że maszynie nadaje się O ustala się taki pr ąd wzbudzenie I, aby prędkość kątową i przy 1 00 = Un i następnie zmieniając odbiornikami prąd obciążenia przy coa= = conat naatawia się ka żdorazowo prąd wzbudzenia tak, aby zawsze U = U. Schemat układu pomiarowego pokazano na rysunku 6.8.
r
220 Wyniki ponianbw 1 oblíczeú należy zestawić w tablicy 6.5. Ta U
::
1,
cozp
buca
6.5
P
V
•
conat
co not
conot
conat
conot
conat
c000t
cónat
oast
10
• 10
10
Należy wykreślić charakterystyki reulaci pokazane pzykżadowo na ry.ounku 6.9. COSm* nO
eos9 04
Iw
COS
[]
u=
I
=consi
Rya.6.9 5.1.9. ?yznaczcnie charakterystyki oic ąŻanio zależCharakterystyką obciążenia caszyn synchronicznych nazywa się ność napięcia no zaciekach twornika od prądu wzbudzenia przy znucionowe3 prędkości kątoweJ, przy stałeJ wartości prądu twornika I stałeJ wartości współczynnika nocy.
22 Poza charakterystyką obciążenia dla warunków znamionowych ważny áest przebieg charakterystyki obciążenia dla prądu znamionowego przy gdyż łącznię z charakterystyką zagneaowania pozwala ona wyznaczyć w aposów przybliżony trójkąt zwarcia (patrz punkt .2.1). Pomiary przeprowadza się zgodnie ze schematem połączeń podanyn na rysunku 6.8, odczytując napięcie na zaciskach twornika przy zzienianys prądzie wzbudzenia, zachowujzLo stały prąd twornika, stały współczynnik sosy i znamionową prędkość kątową. Wyniki pomiarów i obliczeń należy zestawić w tablicy 6.6. Tablics 12
1
lw
COS99
LI
conat
const
conzt
conot
consi
conSt
6.6
V
10
10
Na podstawie wyników zestawionych w tablicy 6.6 należy wykreślić charakterystyki obciążenie, których przykładowy przebieg pokazano no rysunku 6.10.
U [y]
OS L5 Un . conśt ..wcons rw consł
Ryz .6. 10
222 6.1.10. Syznaczenie charakterystyki zewnętrznej Charakterystyką zewnę trzną nazywa się zależność napięcia na zaciekach twornika od prądu obci ążenia przy znamionowym prądzie wzbudzenia, zzanienowej prędkości ką towej i znamionowym współczynniku mocy. Warunki takie występują przy zmianach obci ążania prądnicy pracującej autonomicznie, wyposa żonej w regulatcr prędkoś ci lecz bez regulatora napięcia. Pomiary U = C(I) przy ł = conot S wn = oo080 dokonuje się dla cos= I i oos OPOP, gdyż różnych charakterów obciążenia (ccm ze względu na różny charakter oddzia ł ywania tworniku charakterystyki moją różny przebieg. Pomiary przeprowadza atę na maszynie połączonej wg antenata pocozanego na rysunku 6.8. Należy odczytywać napięcie na zaciskach twornilca,prcy zmieniającym się obci ążeniu, zachowując taką wartość prądu wzbudzania, żeby na biegu jałowym napięcie było równe znamionowemu. Prędkośó kątowa u, oraz wspblczynnik mocy zoo p muszą być podczas pomiaru nieb (cc= oonat, coap= c005t). Z charokteryotyki zewnę trznej dla warunków znamionowych można również odczytać zmienność napięcia (patrz punkt 6.1.3). Wyniki pomiarów i obliczań należy zestawić w tablicy 6.7. Tablica 6.7 Lp.
U
-
T
cos
P
-
W wago wy zza rys tyk Ono Ola zm którym niśo p
oonot
zemst
combi
cen30
conct
oonst
dzie w cia k
0000t
canst
cOnst
Sto tak--"o ayncbr zmienzu zwarcI st szyn 0,8 do
10
10
10
:a podstawie wyników ponterów należy wykreślić charakterystykę nętrzną , której przykładowy przebieg pokazano na rysunku 6.11.
zaw-
22 cO
na zaciskach znakaęnia, y. Warunki taa ut o n omiezale, ęcia. honuje się dla 5 P,) , j „ gdyż ktaryutyki ma-
osoj
cosf=f ,
na ta pokazano-
twornika,prry ezbudzenla, kątaędkośó aru StulO
CQS ose.
tfl
oO
I=... =congf i cos!f= eoissL
sl ind
\\\\\\:oj
O
córa, również
Rys. 6.11
7. 1ica
6.7
erystykę zew6.11.
6.2. WYZNACZENIE CHARkKRYSTYC ZNYCH PARROW AMET MASZYNY SYNCHRONICZNEJ 6.2.1. Wyznaczanie atosonku zwarcia W celu wyznaczania stosunku zwarcia należy wykonać próbę biegu jolowaga (punkt 6.1.1) i próbę zwarcia Symetrycznego (punkt 6.1.4). Sposób wyznaczenia stosunku zwarciu z charakterystyki magnesowania i charakterystyki ustalonego zwarcia symetrycznego pokazano na rysunku 6.12. Oznaczając przez 1w0 prąd wzbudzanie potrzebny do uzyskania map ęcis znscionowego na biegu ja łowym a przez 1.. pr ąd wzbudzenia, przy którym w stanie ustalonego zwaroja symetrycznego płynie w uzwojeniu twornika prąd znamionowy oraz przez Ttzo prąd zwarcia występujący przy prą. dzie wzbudzenia Iwo , utoeunek zrcis ka określa się z wzoru1 tzo
„wo
Stosunek zwarcia wynosi dla asszyn z biegunami wydatnymi od około
tA) Rya.6.12 0,8 do 1,2, a dla maszyn z biegunami utujonyzi od okoiz 0,5 do 0,8.
6.2.2. dysiozzenie reaktancji indukcyjnej rozproszenia 6.2) i charakZnając charakterystykę magnesowania U. = =O=yorEt terystykę obciążenia U = i(X) dla I = 1n = const i cos ą
O
Rya.6.13
(rys. 6.10) soma wyznaczyć w przybliżeniu trójkąt zwarcie (ryo,i."U) Z punktu S odpowiadającego napięciu Un na chazakterystyceobciążenia odkłada się odcinek AB" = równolegle do osi odcię tych. Z punktu A prowadzi się równoległą do części prostoliniowej charakterystyki magnesowania. W przecięciu tej równoległej z charakterystyką magnesowania leży punkt C, ksóry jest trzecie wierzci łkiec
szukanego trójkąta SIT. Odcinek DC przedstuwie stratę napięcia na reuktanoji indukcyjnej rozproszenia przy obciążeniu znazionowyu. Jeżeli uzwojenie twornika jest połączone w gwiazdę , a mierzone napięciu są norięzlomi przewodowymi, to: jI 0 Xt r Stąd reaktoncję indukcyjną rozproszenia uzwojeniu twornika (tzw. reaktscję Potier"u) można obliczyć z wzoru, 43 . 1tn
DC
1 tr
tn
tn
6.2.3. Wyonoozenio reaktanoji synchronicznej Reaktonju syJIshronioOna zależy od wielkożoż szczeliny powietrznej na osi przepł ywu twornika i dlatego dla maszyny o biegunach wydztnych zajeiy od położenia osi biegunów względem osi przopływn twęrnika i W każdyn pcloóenJ jest inna. Rozróżnuy: reuktuncję synchroniczną pod łużną: ktd 1r
It.
tanzj; mynchronicznt poprzeczną:
xą =xtą , 2tr „ gizio:
- jest eukti.cją indukcyjną rocprozzenis (ostrz punkt 6.2.2..
-
- rosktsmcj I Jskcy3u oć Jziwł ywonia twornika m oni pod łużnej, - reettocJ imcaicyjną oćdzi ż ywani: icozsiku W oka poprzecznoj.
2
225 Reaktancja synchroniczne jest proporcjonalna do marcooncji (przewodności magnetycznej) ośmodta i dlatego raaktancja synchroniczna poprzeczna jest mniejsza od pod łużnej z powodu większej szczeliny powietrznej,
cha rakO = naret
przy zmyw zwykle
pt w przy(my s .6.13). ;cegO fl8otyoe obflek 48 = odciętych. równolegrej ohaz-akW przeodębarak teryunkt 0, 1 tkiem
napięcia na o. Jeżeli rio Są na-
(tzw. znak-
iębrznej za ąnych ]e1 w każdym za
H
y
reg.
>:Ã~~) W I
Rys.6.14 Dla maszyny" z wirnikiem cylindrycznym i ma łym nasyceniu żelaza XdcXq I X dla Żelaza nieneayoonego można określiĆ na podRaektancje stawie pomiaru przeprowadzonego na maszynie połączonej wg schematu pohasanego na rysunku 6.14. Twornik maszyny synchronicznej należy dołączyć do sieci o znamionowej częstotliwości i napięciu stanowiącym około 25% napięcia znamionowego maazyny. Wirnikowi nadaje się prędkość kątową nieznacznie różniącą aię od y"rędkośoi synchronicznej i s kierunku zgodnym z kierunkiem wirowania pela magnetycznego. Prąd jaki płynie z sieci do maszyny, będzie najmniejszy przy pod łużnym położeniu osi biegunów względem osi przepływu twornika 1do (reak-
;
tancja synchroniczna największa) w chwili, gdy woltomierz elektromatnetyczrry włączony między otwarte zaciski uzwojenia wzbudzenia wskazuje zero. Pred przyjmie natomiast wartość na3więisza przy pnprzecznys położeniu cal magnesów. względem osi przepływu twornika iqo (r-eaktancja synchroniczna najmniejsza), gdy woltoniećz elektromagnetyczny wskazuje wartość maksymalną. Równocześnie dla prądów 1d0 í 1ąo należy odczytowaś odpowiadające im napięcia O i na zaciskach twornika maszyny. Wyniki pomiarów i obliczeż należy wpisać do tablicy 6.8. Tablica 6.8 Lp.
park'. 6.2.2),
I
u
-
-
1
O
2
maka.
X
V
0cl pcd łużosI poprze-
U
ąsjni.
„dOminim
Xd
I
X
226 gdzie:
li Xd =
=
Xą =1=
Ud
.JN
i 4.
Uą
•J• „qo
Reaktancje Xd i Xą Odnoszą się łącznie do strumienia rozproszenia twornika i strumienia oddzia ływania twornika. Znająo reaktancję indukcyjną rozproszenie twornika można wyzniczyó: 1td =
- tr
- 1tr przy czyn reaktancje te odnoszą się dla stanu nienasyconego. Oscylogram przebiegu prądu i napięcia stojana przy wyznaczania reaktancji eynohronicznej pokazany jest na rysunku 6.15.
U
Rys.6.15
6.2.4. Wyznaczenie parametrów charakterystycznych maszyny synchronicznej w etanach nieustalonych Stan nieustalony maszyny synchronicznej, podczas którego prądy nieustalone płyną w obwodzie klatki tłumiącej, litym rdzeniu wirnika oraz obwodzie wzbudzenia, nazywa się stanem podprzę jściowym. Po zaniknięciu prądów w klatce tłumiącej oraz lityn rdzeniu wirnika stan podprzejśoiowy przechodzi w stan przejściowy. Stan przejśoiowy przechodzi w atan ustalony po czasie potrzebnym do stłumienia prądów nieustalonych w obwodzie wzbudzenia. Podobnie jak dla stanu ustalonego maszyny synchronicznej odróżnia się reaktancję synchroniczną pod łużną i poprzeczną X oraz x (pkt. 6.2.3) również w jaj Stanach nieustalonych wyróżnia się: - roaktancję synchroniczną podprzejóciową pod łużną i poprzeczną X,
i
- reoktencję zynohroniczoą przejściową pod łużną I poprzeczną X 1 X. 227 sprzężone PooiewaO w zaczynach synchronicznych uzwo3ez4e wobudzeoic = Zą , co ozoacza, że w col jest tylko z Osią pod łużną naazyoy, więc poprzecznej eaazyny nie wystę puje stan przejściowy. W zaczynie oynchwonicznej o równomiernej szczelinie powietrznej, w której Xd=Xą XeX.
Czesia icduk-
cylograw eynchao-
Ly a oraz „iknięciu sjśniowy n U5t5 obwodzie
żnie się ct.6.2.3)
Jeśli nauzyns nie posiadu klatki tleniącej I litych nabiegunników to ż Parametry ohczaktOryciyzzfle nuozyny wynchronicznej w stenach nieustalonych osIna wyznaczyó: - na podstawie oscylogramu udarowego pr ądu zwarcia - pkt. 6.2.4.1, - z próby wyłą czeniu zwarcia ustalonego (odzyskiwania zapię cia) - z próby odłączania napię ciu przy załyn poślizgu, - z panieru toniku prądu sta łego w uzwojeniu twornika, - przeprouodzuyą o poniory dla n9-szyny znajdującej się n spoczynku
pat.
6.2.4.2. 6.2.4.1. Wyznaczenie reaktaocji synchronicznych oraz sta ł ych czuaowych w stanach nieustalonych os podstawie próby udarowego trójiecowogo zwarcia "metrycznego Maszynę aynohroniozoą napędzany, ze biegu ju łowyo, ze znainioonną prędkością obrotową i wzbudzamy. Poniewa ż wurtości reektencji oraz sta łych czsoowych zależą od otanu zasycenIa obwojów magnetycznych, oupięcie stanu ja ł owego naszyxzy 0u przed zwarciem wasi nieć cdpowlednią wartoóć - dla otrzyzooia porsoetrów odpowiade ących stenowi nienssyconemu U. = (0,1 + 0,4) U 0 , - dla otrzyoaoiu parametrów odpowiadających etanowi nasyconenu U. U0 . Po dokonaniu zwarcia rejestrujemy przebiegu czosowo :darowego pr ądu zwarcie a ż do przejś ciu zwarcie w stan ustalony. Ozcylogroóujezy pr ądy we wszystkich trzeci tuzach, z uwagi co kontrolę jednoczesności zwarcia uzotkich trzech faz. Proebiegi prądu zwarcia niejednoczsanegc nie przedstawiają tu żodnsj wartości "miaro-e3. Punkcje azazowe prądów twornika przy trójfazosyc udarowym zwarciu symetrycznym określa równanie: cos(ozt +9)
i,
i
zu 0
- r" ę d
•(
)
-
e
cÓst +9 OO5@zt +9+
1
r 0009 X"O X - ---- e 2Xd X" ą
coo(ę -
3r( +
cos(9.
zr)
cos(2c.it +9) a
cos(2cot +9- ir)
2X X" cos(2aut +9+
r)
220 gdzie: U0 napięcie na fazie uzwojenia twornika w stanie jalowyaz w chwili zwarcia, Ta - stuła czasowa składowej ąpeniadycznej prądu tworniku, - podprzejścjowa stała czasowa podłużna (przy zwartym obwodza twornika) - Przejściowa sta ła czasowa pod łużna (przy zwartym obwodzie twornika) kąt w chwili zwaroia między osią fazy U i osią podłużną. W rozwa żaniach przybliżonych pomijany składową o częstotliwoźci podwójnej, gdyż ma ca łą wartośż w porównaniu z pozostałymi składowymi.
Rya.ó.16a
Rys.6.16b
22
Ika oowodzie obwodzie OdłUźob.
bai powyci.
Na rysunku 6.16a pokazano obwbednie przebiegu czasowego ujarowoga porzeboegiem da zwarcia jednej fazy. Początkowy przebIeg obwiedni jest obwiedni, którą wyumyólonym, wynikającym z ekstrapolacji dalszej czębci k000jez7 na papierze z siatką póklogarytmiczną - rysunek 6.161. Oprocowanie oscylogranU przebiegu czasowego udarowego pr ądu zwarcia: 1. Na oscylogramie rysujemy obwbeónieuóarcwcgO pr ądd zwarcie i. i, 2. Wyznaczany abiodową aperiodyczną 1e" bióącą osią symetrii prądu składowej, kreśląc symetralną jego obwiedni. Początkowa wartani tej otrzymana u wyniku ekstrapolacji na papberze pótiogorytzicznyo, wynoni
prądu
nieustaloną 5. Na papierze półlogarytmicznym wykreślony składową du i niludawoj O
czę stobliw050i podstawowej otrzymanE, po cdjęciu od prą nporiodycznej i5 oraz składowej ustalonej i0 . i" + i"= I - (i +
Po zaniknię ciu akbsóowej podprzejóciowei i otrzymuje się przebbss wazprootoiiniowy przedstawiający atiadową praajuciową i". Początkowa tość tej stiadcwej wynosi l'(0). ładową i, któ4. Wynajemy oddzislniC, no papierze póllogorytniczrtz, sk re na przebieg prostoliniowy. Początkowe jej wznoś6 wynosi i(0). ąc 5. Na oscylogramie doprowadzamy obwiednie do punktu t = O korzystaj z cależnobciz 1(0)
°
+ i5 (0)
+ 1' (0) „ í, (0)
e wartOśoi prądów odczytanych z oscylogramu wyznaczamy: No pod s tawi - reoktanoję synchroniczną pndprzejściOzeą podbuźną: łd gdzie: i
j „ : (0)
1° (3) jest amplitudą prądu,
- reaktancję synchrontczną przejdciową podłużna:
x Ą gacie: i• - i • i
2,
0) jest amplitudą prądu.
fazoDo powyż szych wzorów podstawiony wonboSci skuteczne wielkości równej mych. Czas, po którym dana skiadowe prądu zanika do „ortoccz 0,566 swej wartości początkowej ozooczs jej obalą opasaną rysunek 6.166 6.2.4.2. Wyznaczenie rcaktancji synchronicznej podprzejscbowoj podłużnej j poprzecznej z próby dla aanzyry nieruchomej Do aucioizów dwóoh tuz twornika uleruchonoj caazyny synchronicznej doprowadzamy napię cie jednofazowe o częstotliwości znacionowey(ryc.G.l?o).
—
—
230
Wzory do Ob.
zi::::::
JO Na podstaw
-
:.2.5.
- ..L - - - ...\J_ - -Ryu.6.1? W zawartym przez amperomierz uzwojeniu wzbudzenie płynie prąd o częstobliwoścl Sieci. Poniewa ż strumień zmianie się z częetotliwością aynchronieiziczną nożna uważać, że przebiegi są szybkozmienne, jak w Stanach ustalonych. Obracając wirnik można uzyskać takie jego położenie, w nićrym oś przepływu twornika pokrywo olę z osią podł użną wirnika (oz = 0). Natomiast Wówczas prąd oz uzwojeniu wzbudzenia ma wartość największą. waptość jeśli wirnik znajduje się w położeniu poprzecznym prąd ten na najmniejszą (n = 900). Dla większości maszyn synchronicznych X.( X. Tylko dla niektórych przypadków maszyn jawnobiegunawycb X s X. Dlatego by uniknąć pomyiok należy mierzyć prąd w uzwojeniu wzbudzenia. Próbę wykonujemy przy napięciu znamionowym (reakkancje dla stanu nasyconego) oraz przy znamionowym prądzie twornika (reaktoncje dla stanu nienasyconego). JeżelI próby nie można wykonać przy znamionowym napięciu lub prądzie, należy wykonać kilka pomiarów przy napięciach zasilania U = (0,2+0,7) U iwykreślić zależności X i od napięcia lub prąciu. Wartości, reakStanowi tancji podprzejściowej podłużnej ipoprzecznej, odpowiadające nasycanemu inienasyconemu otrzymuje się przez ekstrapolację odpowiednio na wartość znanionowago napięcia lub prądu twornika. Wyniki pomiarów i obliczeń zestawiamy w tablicy 6.9. Tablica Iw
U
u
i
p
X"
Neaktancja chroniczna prz na reaktoac ż Reaktwz oj a dolnej oklado. śni kątowej, częutotliwośoJ 6eaktanz ę lub z próby b do próby d-uf
Za pomocr,
6.9
x
x; iż ssz
I
min
Pzds;a.a ozy wzór co
231
Wzory do obliczać: Ponieważ do maszyny jest przyłożone napięcie U, więc napięcie na fazie uzwojenia twornika wynosi P U ZT,
ZT Na podstawie wyników z tablicy 6.9 wykreślamy (rys. 6.17b) 1. = 6.2.5. Wyznaczenie reaktancji dla składowych: zgodnej X1, przeciwnej X2 I zerowej X0 Reaktancja dla składowej zgodnej jest to reaRtsncja, jaką maszyna synchroniczna przeoiwztewia składowym zgodnym prądu. Reaktancja ta jest równa reakiezicji syncbrooicznej wyznaczonej w punkcie 6.2.3. Reoktoncja dla składowej przeciwnej jest stosunkiem biernej sinusoidalnej składowej przeciwnej napięcia w maszynie o syncbroniczmej prędkości, kątowej, do sinusoidalnej składowej przeciwnej prądu, o tej samej częstotliwości. Roaktancję tą nożna wyznaczyć z próby dwufazowego zwarcia ustalonego lub z próby biegu maszyny w kierunku przeciwnym. Układ połączeć stojana do próby dwufazowego zwarcia ustalonego jest pokazany na rysunku 6.18.
Rys .6. 18 Za pomocą metody składosyob eynetryczoych można wykazać, że: U.ccsq - _______
Podstawiaj ąc cos ę" = szy wzór do postaci:
oraz 52 =lp
„
można sprowadzić powyż-
232 U2
2 P
X2
W celu wyznaczenia reaktancji dla składowej przeciwnej z biegu maszyny w kierunku przeciwnym zestawia się układ połączeń pokazany na zyounku 6.19.
czyi
Rys .6.19 Do uzwojenia stojana dołączany napięcie o waztokci (0,1 ~ 0,2) U, a wirnik ze zwartym uzwojeniem wzbudzenia napędzany z prędkością syncbronlczną w kierunku przeciwnym do kierunku wirowania pola wtojuna. Reaktancja dla układowej przeciwnej wynosi: sino,
12
gdzl.
gdzie: 2 Se .JUI =
ca
czyli:
czyI
x.Js2 2
-
p2
3I
Reaktancja dla ukł adowej zerowej jest stosunkiem sk ładowej biernej napięcia fazowego kolejności zerowej przyłoż onego do maszyny synchronicznej do składowej zerowej prądu fazowego. Składowe zerowe prądów są ze sobą a fazie w uzwojeniach wszystkich trzeci faz. Przepływ wypadkowy tyci prądów jest równy zeru. Reaktancja X0 odpowiedz pezmeanoji dla strumieni rozproszenia. Jedną z metod wyznaczania reaktancji dla uk ładowej zerowej jest netoda ustalonego podwójnego zwarcia jednofazowego opisanego w p. 6.1.5. Układ połączen do tej próby dla maszyny wzbudzonej przedstawiony jest na rysunku 6.20. ęiej
a synchro-
biernej :hs"oniczsą ze cooy tych etru-
St meto1.5. jest co
233
A
W
M 12
RyS.6.20
Rye.6.21
Rssktancja dla składowej zerowej mierzonej 20
6in
.
=
W
takie układzie wynosi:
gdzie:
czyli:
Reaktsncję X, nożna również wyznaczyć metodę zasilania nieruchomej zaczyny synchronicznej prądem, będącye w fezie we wszystkich trzech fazach uzwojenia. Poszczególne fazy uzwojenia nogą być połączone równolegle lub szeregowo, jak na rysunku 6.21. Reekterscja dla składowej zerowej wynosi:
= Jzo gdzie: 20 = U
lko
czyli: Ó
3I
Powyższe metody wyznaczania reektencji dla składowej zerowej X, pozwalają otrzymać pewną ćrednią (dla trzeOż faz) wartoić tej reaktancji.
6.3. PRACA MARSYRY SiIWHR02;ICZNF.2 W 62502 S7PYWNE2 6.5.1. Synchronizacja maszyny synchronicznej z Siecią Ażeby trójfazowa maszyna synchroniczna mogla być przyłączona do drugiej procującej zaczyny synchronicznej lub do sieci, nuci być osiągnięty
4
234 stan, W któryn na wyłączniku lączącya oszynę z siecią (lub inną maszyną) sama chwilowych wortosci napięć odpowiednich faz po obu stronach otwartego wyłącznika jest równa zero, czyli;
gdzie; u - napięcie chwilowe maszyny synchronicznej, '. u0 - napięcie chwilowe siecDo spełniania tej zależności konieczne są następujące warunki; 1) równość wartości skutecznych napięć prądnicy i sieci, 2> równośc częstotliwości tych nap ęó, 3)maszyna I sieć ruszą być załączone tak, aby kąt przesunięcia fazowego napięć tej samej fazy prądnicy i sieci wynosił zero, 4)zgodna kolejność wirowania faz maszyny i sieci. tęczenie równolegle maszyn synchronicznych lub tai przyłączenie maszyny do sieni z zachowaniem wyłaj wymienionych warunków nazywany synzhronizaóją. W praktyce synchronizację dokonuje się przy pomocy specjalproces nych tzw. kolumn synchronizacyjnych, a przy dużych jednostkach ten jest całkowicie zautomatyzowany. Na rysunku 6.22 podany jest scheprądnicOwą mat, który umożliwia przeprowadzenie synchronizacji cetodę przy pomocy podstawowycs przyrządów i układu żarówek i pracę równoległą maszyny synchronicznej z siecią w warunkach laboratoryjnych.
A2
AI
lF Rys .6.22 Równość wartości skutecznych napięć prądnicy i sieci można sprcwdolć woltomierzem, a ewentualną regulację napięcia maszyny uzyskuje się przez zmianę jej prądu wzbudzenia. Częstotliwoici tych napięć mierzy się ozęotoóciomiorzem, a regulację częstotliwości maszyny uzyskuje się przez zmianę prędkości kątowej silmika napędowogo. Warunek trzeci i czwarty sprawina się przy pomocy uhlada żarówek, które np. zgodnie z rysunkiem 6.22 załączone są systemem„nm ciemno”. jeżeli przy niewielkiaj różnicy częstotliwości 6oszyoy i sieci żarówki zapalają się i gasnę równocześnie, to oznacza, że kierunki wiro-
I 1
nie cos dwdch trzeci -
231 maszyną) oscar-
Oby np. przełączyć wenia faz zą zgodno, w przeciwnym przypadku nele żał dwie dowolne fazy maszyny a połączeniu z siecią. Po uzgodnieniu kierunków wirowania faz, chwila w której gasną wszystkie żarówki (można dodałże suma kwas z jedną z żarówek włączyć równolegle woltomierz) oznacza, łącznik 2, łącząnapięć chwilowych maszyny i sieci jest równa zero i wy a sienią nie cy maszynę z siecią, motom zemknąć i wówczas mię dzy maszyną prsopływa żądna moc czynna ani bierna. 6.5.2. Praca pręd.nicowa maszyny synchronicznej w sieci sztywnai i wyznaczenie krzywych V dla pr ądnicy
fazowego
iw may synepecjalproces snie„ądnicową )wnolegżą
sprawdzić się przez regulację owej silmocy niąstemez no y i sieci unii eiro-
cie i częstOZa sieć sztywną przyjmuje się taką sieć, w której napię enia rozpatrywanej maszyny. tliwość są stałe niezależnie od zmian obciąż y od zsian prądu Przepływ mocy biernej mię dzy maszyną a siecią zależ wzbudzenia maszyny synchronicznej. Obrazuj ą to uproszczone wykresy ws(coćrc"zowe pokazane na i,,ysw2ku 6.23, gdzie a - oznscza stan w chwili oync nizacji, b - przewzbudzenia i c - niadowzbudzenie maszyny synchronlcz- napięcie mej, 2 - siłą elektromotoryczna maszyny symcżroncZnej, U5 sieci. y od momentu obroPrzepływ mocy czynnej między maszyną a siecią zależ momentu obrótoWogo towego na wale maszyny synchronicznej. Zwiększenie łe w silnika napę dowego powoduje, że przewagą momentu napędowego na wa stosunku do momentu hamującego, biegnącej na biegu jałowym maszyny synsioci przez wichronicznej wywoła wyprzedzenie wirującej gwiazdy napięć ąt h . W wynirującą gwiazdę sił elektromotorycznych maszyny o pewien k ładową ku tego, z maszyny do wleci zaczynu płynąć prąd 1, zawierający wk ądniczynną, stanowiący obciążanie maszyny synchronicznej, która jaka pr , iw bsrdmiw zostaca zacznie oddawać do sieci moc czynną, cym większą dowego. Gdy maszynie aynchronie zwię kszony moment obrotowy silnika napę moment obrotowy na niconej pracującej równolegle z siecią zmniejszy się z sieci prąd i moc wale uytuacja odwróci się i maszyna zasznie pabi000ć ą to wyczynną, przechodząc do pracy jako silnik synchroniczny. Zlustruj kresy wskazowe pokazane na rysunku 6.24, gdzie: a - dotyczy pracy prądnicowej, b - pracy silnikowej. wzbudzenia ądu trzyeymi V nazywa się zależność prądu twornika od pr że przy maszyny synchronicznej przy stałym obciąż eniu P = sonat, a tak U = sonat i f = const. oddawaną Po dokonaniu synchronizacji nastawią się pewną moc czynną const, a przez zasłaniaprzez prądnicę do sieci i utrzymuje się P od ę 005 nie prądu wzbudzenia maszyny synchronicznej imienia si przez cos( = 1 do cos ind." Podobnie post ępuje się dla cos dwóch innych mocy p2 w conot i P3 c000t, O następnie dla wszystkich trzech stałych mocy sporządza się wykresy zależności I - fI) i cozc
236 CO5f
E . LJ
I.
b)
-
[Al
Ry8.6.23
Rya.6.26
Wyniki pomiarów i obliczo6 naleiy zostawić w
twbliy
6.10.
tablion U
I
V
i
1, A
Q
P
VAr
W
= sonat
6.10
-sonat
Wsz: jak powad:
11 fly, COflOt
P2 =
00006
sonat
11
ta
3ynchr= wszej ; ipoi
$ 01;
coast
P3 = conat
OSab1.. sonar
11
rolę, kości i niej w
Nalwiy wyoroAlić krzywe I = sos 4; = (I) przy P = conat, pokazano przykładowo na rysunku 6.25.
ku 4.21 Wjod.;
237
-
I
cOni to= p. coh51 > pl
„ zewzbu4zerne O Rys .6. 25 6.3.3. Rozruch silnika synchronicznego Rozruchu silnika synchronicznego SoSna dokonać przez synchronizację,tak jak w przypadku prądnicy, ynaga to jednak pomocniczego silnika, który doprowadza maszynę do prędkoóci synchronicznej. Obecnie prawie zawsze razruchu silnika synchronicznego dokonuje się przez tzw. rozruch asynchroniczny, taki jak Silnika indukcyjnego. Do takiego rozruchu nadaje się silnik synchroniczny o klatką rozruchową , albo z litymi nabiegunnikami. w pierwszej chwili rozruchu uzwojenie wzbudzenia nie jest zasilana prądem stałym i powinno byd zwarte przez rezystancję równą około 10 Rw. aby indukowane SEM nie zniszczyły izolacji uzwojenia, w moment wywołany prądem wirnika nie osłabiał ocecantu asynchronicznego. Patrz rysunek 6.22. 3zięki kistce rozruchowej, albo litym nobiegunnikon spełniającym jaj rolę , clnik synchroniczny rusza jak silnik indukcyjny I w pobliżu prądkoici synchronicznej po doprowadzeniu do wirnika prądu Stałego o odpowiedniej wartości wpada w synchronizm. Często Silnik wpada w synchronizm samoczynnie bez włączenia prądu stałego pod wpływem momentu reluktancyjnego. iiocanty Występujące w trakcie rozruchu asynchronicznego pokazano na rysunku 6.26: a) obwód wirnika zwarty, b) Obwód wirnika zamknięty przez odpowiednio dobraną rezystanoję. Dokładna analizo wykazuje, łe na charakterystyce Xklatki+skł wap6kbie występuje też charakterystyczne siodło.
7, 238 b)
c) ?1
(.
wp Łb
WW Rys .6. 26
6.3.4. Praca z,lnizo"Na za$Zyny synchronicznej w ajent szipenej i wyznź c.zor.o krzywych V dla silnika Silnik w zala żnoici ni obciążenia na anie zoną secheniczną, pobiora z Sieci różną moc czynną , przy czyn należy paniętOż, że pczoclążOnis sil.nika noe wywołaż wypadnięcie Z nynchmoniznU. Na pobór nocy biernej z icoi wpływa się przsz meęuieoję prądu wzbudzenia, padolnie jak w prądnicy zyncóroniozzlej. zżżzych I cos = ź (2). przy Przy ponierzO krzywych I P, oraz przy U = zonal I oaiyoo żocach obciąż enia sIlnika P, P o. cczcc korzyatzy z układu połączeż pzzsdatswionflSa na rysunku 6.22. Wyniki pomiarów I obliczeż należy zestawić w tablicy 6.11. 1ah1iao
6.11 COż
-V
A
A
!A
cost
CO2151;
P1Ocor.3t
laszt
ornat
P2
ornat
------Czat const P3
.„ ornat
i
obiema
230 przy P omast.
U I
0080= NalSŻy wykreślić krzywe t raWterystyk Jest podobny jak na rysunku 6.25. Przebieg pojemSilnik ocbofliO5fl2 pczowzbudz0fl7 pobiera z kaci moc bierną indukcyjną. ZOt/ bierną , a nied000bUć maściową kos,komkrzywa Krzywa przy M". = O dla silnika Żadnej nocy necka2ynchOfliCZfleB0, tzn. Że silnik nio oddaje ąckian mocy ma wSa505 stratY zylniosned na wole, 5 pobiera z sieci z wyj , a wi.ic zachowuje saj podobnie jak kond0005 pojennOkciOWą ćo noc bierną tory, poprawia3ąt c056 sieci.
-4 LITERATURA [i] A d I I n s B. Tbe Oenerel Theory oZ Eleotrical kaohifles, Chapsan end Hall, 1959. W Z.: TeorIa maszyn elektrycznych, PsT, Werszawa 1982. 2 B a 3 O r C p591, Warszawa 1965s I c k i B.: Y.eszyny elektryczne, t. 1, 3 9 (3) D u
1966.
Z
L$ sil-
o wzbu-
onot 1 .ku 6.22.
1975. ( ś) J e z I O r s ki. 8.: Treflskormatory, WSZ, Warszawa W przemyśle, 1,kT,5arSZa[53 L a t e W W.: Badanie maszyn elektrycznych wa 1179. L a t e W W.: Teoria maszyn elektrycznych, WSZ, Warszawa 1982. [63 1972. [7] L. e t e W W., Turbogeneratory, 5HZ, Warszawo V. e I $ e 1 J.: Zasady elektrOmeChanhczfleS0 przetwarzania energii, 1HT, Warszawa 1970. r 8.5.: Kaszyny Blektryczne, WSZ, Warszawa 1982. 0 i t zO Z.: Zadania z maszyn elektrycznych, kPP, Poznosi 1971. [io] S t e I O automatyce I elektroenergetyce, [113 S t e I n Z.: 14aszyny elektryczne W WP?, Pozsad 1978. WS1P, Warszawa 1983. [12) S t e I n Z.: Maszyny i napęd elektr"JCZflY, 1968. [131 W ę g 1 a r z J.: kaszyfly elektryczne, WSZ, Warszawa tIA) Polskie Morsy. tlI) Przepisy eksploatacji urządpeń elektroenergetycznych,
[9] P 1 a
![NLS - Skrypt Szkoleniowy[1]](https://docer.tips/img/300x300/nls-skrypt-szkoleniowy1_5a73ed07d64ab23b056967bc.jpg)
![2009.02.19 - skrypt OTZ[1]](https://docer.tips/img/300x300/20090219-skrypt-otz1_5a7462b9d64ab2a38e229e0f.jpg)
