PDF datoteka - LES

MODELIRANJE ELEKTRIČNIH STROJEV
LABORATORIJSKA VAJA 4
Vajo opravljali:
Datum in ura:
Poročilo izdelal:
Ocena poročila:
1 BESEDILO NALOGE
Sinhronskemu stroju z izraženimi poli izmerite vzdolžno in prečno sinhronsko reaktanco ter medsebojno
induktivnost dveh faznih navitij.
2 VEZALNA NAČRTA
L
N
L
N
~ +
~ -
~ +
~ -
A
A
V
V
F1
A1
EM
F2
A2
ω
F1
SS
3~
F2
U
V
W
N
TOKOVNE
KLEŠČE
V
A
SPOMINSKI
OSCILOSKOP
DIFERENCIALNA
NAPETOSTNA SONDA
L1
L2
L3
N
Slika 1: Vezalni načrt za preizkus asinhronskega prostega teka sinhronskega stroja.
L
N
A
V
U
V
W
N
SS
3~
F1
F2
0
90 -90
Θ
Slika 2: Vezalni načrt za merjenje medsebojne induktivnosti faznih navitij.
3 OPIS MERILNIH METOD
3.1 Merjenje sinhronskih reaktanc z metodo asinhronskega prostega teka
Metoda asinhronskega prostega teka sinhronskega stroja omogoča določitev vzdolžne (X d ) in prečne (X q )
sinhronske reaktance strojev z izraženimi poli. Obe reaktanci določimo eksperimentalno z naslednjim
preizkusom: nevzbujan rotor sinhronskega stroja z enosmernim motorjem poganjamo tako, da se ne vrti
sinhrono (z nazivno vrtilno hitrostjo), temveč asinhrono z nekim majhnim slipom. Vrtilna hitrost je lahko
pod- ali nadsinhronska. Trifazno statorsko navitje sinhronskega stroja priključimo na trifazno napetost
4 - 1

MODELIRANJE ELEKTRIČNIH STROJEV
nazivne frekvence. Višina priključene napetosti znaša približno 25% nazivne napetosti U n . Tok, ki priteka iz
omrežja v statorsko navitje je relativno velik, a v kolikor je večji od nazivnega, ustrezno zmanjšamo
pritisnjeno napetost.
Ker se rotor ne vrti sinhrono z vrtilnim poljem, se tudi njegov kot glede na os statorskega vrtilnega polja
nenehno spreminja. V nekem trenutku je vzdolžna os rotorja poravnana z osjo vrtilnega polja statorja, v
drugem pa leži rotor prečno na os vrtilnega polja (slika 3).
(a)
(b)
Slika 3: Silnice magnetnega polja, ko je (a) rotor v vzdolžni legi in (b) v prečni legi glede na os vrtilnega polja.
Zaradi različnih reluktanc (magnetnih upornosti) v eni in drugi osi, se amplituda izmeničnega toka iz
omrežja spreminja med vrednostjo I d in večjo vrednostjo I q (slika 4).
Napetost in tok statorskega navitja opazujemo na osciloskopu. Vrednost amplitude toka I d odčitamo z
oscilograma takrat, ko je statorski tok najmanjši in je rotor v vzdolžni legi, največji statorski tok pa
predstavlja vrednost I q , ko je rotor v prečni legi. Napetost se lahko zaradi napetostnih padcev v napajalnem
viru utripajoče spreminja, kar razberemo iz oscilograma napetosti. Napetost je nižja (U q ), ko je tok večji (I q )
in obratno (U d , I d ), tako da iz oscilograma odčitamo amplitudni vrednosti U d in U q .
i
I q
I d
t
Slika 4: Tok v statorskem navitju pri preizkusu asinhronskega prostega teka.
Navitje ima pretežno induktiven karakter, zato lahko nenasičeni vrednosti vzdolžne in prečne sinhronske
reaktance enostavno izenačimo z absolutno vrednostjo impedanc:
X
Z
U
d
d
≐
d
= , (1)
3 ⋅Id
4 - 2

MODELIRANJE ELEKTRIČNIH STROJEV
X
U
q
q
≐ Zq
= . (2)
3 ⋅Iq
Čeprav so vse odčitane vrednosti amplitude, vrednosti le-teh nismo preračunali v efektivne vrednosti, saj
nastopajo v enačbi tako v števcu in imenovalcu in so končne vrednosti enake. V kolikor je utripanje
napetosti zanemarljivo, lahko merimo napetost le z voltmetrom (efektivna vrednost), a takrat poskrbimo
za potrebno ustrezno uskladitev vrednosti obeh količin.
Običajno sinhronskih reaktanc ne podajajamo v absolutnih vrednostih, temveč kot relativne oziroma
normirane vrednosti. Relativno vrednost sinhronske reaktance dobimo, če njeno dejansko vrednost delimo
z vrednostjo osnovne ali nazivne impedance. Osnovna impedanca stroja je podana z njegovimi nazivnimi
količinami:
Z
U
n
osn
= =
3 ⋅ In
U
S
2
n
n
. (3)
Relativni sinhronski reaktanci x d in x q torej izračunamo:
x
x
X
d
d
= , (4)
Zosn
X
q
q
= . (5)
Zosn
3.2 Merjenje medsebojnih induktivnosti
Medsebojno induktivnost dveh statorskih faznih navitij bomo merili v stanju, ko rotor miruje in ni vzbujen.
Meritev bomo izvedli z metodo transformirane inducirane napetosti. Na sliki 5 je sistem dveh, med seboj
magnetno sklopljenih tuljav. Inducirana napetost v drugi tuljavi je posledica izmeničnega magnetnega
pretoka, ki ga v drugi tuljavi ustvarja tok prve (napajane) tuljave.
ω
~
L 12
I 1
U 2
V
Slika 5: Merjenje medsebojne induktivnosti z metodo transformirane inducirane napetosti.
Pri izmeničnem napajanju lahko inducirano (transformirano) napetost v drugi tuljavi izrazimo s pomočjo
medsebojne induktivnosti:
U = ω⋅L ⋅ I = 2π ⋅ f ⋅L ⋅ I . (6)
2 12 1 12 1
Medsebojna induktivnost je tako:
U
2
12
= . (7)
2 π ⋅ f ⋅ I1
L
V našem primeru navitje prve faze napajamo z izmenično napetostjo in merimo tok, ki teče v to navitje, na
sponkah navitja druge faze pa merimo inducirano napetost (slika 2). Ker gre v našem primeru za sinhronski
stroj z rotorjem, ki ima izražene pole, je medsebojna induktivnost navitij odvisna tudi od položaja rotorja.
Meritve opravimo pri različnih kotih rotorja, tako da je končni rezultat izmerjena medsebojna iduktivnost v
odvisnosti od kota rotorja L 12 = f(Θ). Izračunane rezultate prikažemo v diagramu.
4 - 3

MODELIRANJE ELEKTRIČNIH STROJEV
4 VPRAŠANJA ZA RAZMISLEK
a) Kdaj govorimo o nasičenih in nenasičenih reaktancah sinhronskega stroja
b) Kakšna bi bila oblika toka v statorskih navitjih pri asinhronskem teku sinhronskega stroja z
neizraženimi poli (turbogeneratorji)
c) Ali lahko z metodo asinhronskega prostega teka merimo sinhronske reaktance stroja, ki ima na
rotorju dušilno kratkostično kletko
d) Zakaj je tok pri asinhronskem teku, v prečni legi rotorja večji od tistega, ko je rotor v vzdolžni legi.
e) Ali je pri metodi za merjenje medsebojne induktivnosti le-ta odvisna od napajalnega toka
5 PRIPOROČENA LITERATURA
[1] France Avčin, Peter Jereb, Preizkušanje električnih strojev, Tehniška založba Slovenije, Ljubljana,
1983;
[2] Peter Jereb, Damijan Miljavec, Vezna teorija električnih strojev, Založba FE in FRI, Ljubljana, 2009.
[3] Miljavec Damijan, Peter Jereb, Električni stroji - temeljna znanja, Ljubljana, 2005.
[4] Ivan Zagradišnik, Bojan Slemnik, Električni rotacijski stroji, FERI, Maribor, 2001.
[5] Bhag S. Guru, Hüseyin R. Hiziroglu, Electric Machinery and Transformers, Oxford University Press,
New York, 2001.
6 NEVARNOSTI PRI DELU
POZOR, NEVARNOST ELEKTRIČNEGA UDARA!
NAPAJALNA IZMENIČNA IN ENOSMERNA NAPETOST DO 400 V.
MERILNO VEZJE, INSTRUMENTE IN NAPRAVE VEDNO VEŽITE, PRIKLAPLJAJTE ALI
ODKLAPLJAJTE V BREZNAPETOSTNEM STANJU!
MED MERITVIJO SE NE DOTIKAJTE MERILNIH VEZI, PRIKLJUČNIH SPONK IN
MERJENCA!
POZOR, NEVARNOST OBLOKA IN VISOKE INDUCIRANE NAPETOSTI!
OB PREKINITVI ENOSMERNIH TOKOKROGOV OBSTAJA MOŽNOST NASTANKA
ELEKTRIČNEGA OBLOKA IN INDUCIRANJA VISOKIH NAPETOSTI.
POZOR, NEVARNOST DOTIKA VRTEČIH SE DELOV STROJA!
ZARADI IZVAJANJA MERITEV, VSI VRTEČI DELI NISO MEHANSKO ZAŠČITENI.
MED OBRATOVANJEM STROJA SE NE DOTIKAJTE IN NE SEGAJTE V OBMOČJE
VRTEČIH SE DELOV STROJA!
PO IZKLJUČITVI STROJA POČAKAJTE, DA SE LE-TA USTAVI!
4 - 4

MODELIRANJE ELEKTRIČNIH STROJEV
PRIPRAVA NA LABORATORIJSKO VAJO 4
Statorsko navitje nevzbujenega trifaznega sinhronskega stroja z nazivnimi podatki 400 V, 5 kVA, 50 Hz,
cosϕ = 0,8, 1500 vrt/min, priključimo na napetost 100 V. Z elektromotorjem poganjamo rotor, da se vrti
asinhrono in na osciloskopu opazujemo časovni potek statorskega toka ene faze.
Izračunajte relativni vrednosti vzdolžne in prečne sinhronske reaktance ter določite hitrost vrtenja rotorja.
1 A/div
50 ms/div
6 - 5