mhxanes

1 ΤΓΧΡΟΝΕ ΜΗΧΑΝΕ - ΕΡΓΑΣΗΡΙΑΚΗ ΑΚΗΗ – ΟΜΑΔΑ 15

A. ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ

-ΘΕΜΑ: Μέτρηση μερικών χαρακτηριστικών μιας τριυασικής Σύγχρονης γεννήτριας.

-ΚΤΚΛΩΜΑΣΙΚΟ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ

ΧΡΗΙΜΟΠΟΙΟΤΜΕΝΑ ΟΡΓΑΝΑ

M: οπόμετρο

G: Σφγχρονθ μθχανι

Rmy: Μεταβλθτόσ ροοςτάτθσ

Rφ: Αντίςταςθ Φορτίου

U: Βολτόμετρο 300V

I1: Ψθφιακό αμπερόμετρο

F: Τροφοδοτικό

S: Διακόπτθσ φορτίου

ΧL: Επαγωγικι αντίςταςθ

ΧC: Χωρθτικι αντίςταςθ

If: Αμπερόμετρο 1/2Α

ΟΝΟΜΑΣΙΚΑ ΣΟΙΧΕΙΑ ΣΗ ΜΗΧΑΝΗ GENERATOR 1.2KVA 0.8

MOTOR 1KW

Y 380-415V 2A

Δ 220-240V 3.5A

EXCITATION DC 220V 1.4A

50HZ 1500RPM

Πινακασ Μετρηςεων Με φορτίο

If ςταθερό

εν κενώ βραχυκυκλώματοσ φ=0 φ=+90 φ=-90

If(A) U(V) If(A) I1s(A) I U I U I U

0,2 64 0,1 0,5 0,5 220 0,5 200 0,4 240

0,4 140 0,2 1 1 215 1 175 1,2 260

0,6 170 0,25 1,5 1,5 205 1,5 157 1,6 275

0,8 220 0,4 2 2 190 2 130 2,2 295

0,8 220 0,55 2,5 2,5 170 2,5 102 2,85 310

1 240 0,67 3 3 146 3 70 3,5 327

1,2 265 0,75 3,5 3,5 110 3,5 37 1,4 290


ΠΡΟΒΛΗΜΑΣΑ & ΘΕΜΑΣΑ

5.1 Οι καμπφλεσ τθσ χαρακτθριςτικισ κενοφ U=f(If) και τθσ χαρακτθριςτικισ βραχυκυκλϊματοσ

I1s=f(If) ςε ζνα διάγραμμα ζχοντασ κοινό τον άξονα If παρουςιάηεται παρακάτω:

5.2 Οι καμπφλεσ των τριϊν χαρακτθριςτικϊν φόρτιςθσ U=f(I1) ςε ζνα διάγραμμα ζχοντασ κοινό

τον άξονα I1 παρουςιάηεται παρακάτω:

0,8; 220

0,8; 3,75

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0

50

100

150

200

250

300

350

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

I1s(A)V(Volts)

If (A)

εν κενϊ

βραχυκφκλωςθσ

0

50

100

150

200

250

300

350

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

V(Volts)

I1(A)

φ=0

φ=90

φ=-90


5.3 Από τθ χαρακτθριςτικι κενοφ (διάγραμμα 5.1) παίρνουμε το ρεφμα διζγερςθσ Ifo που

αντιςτοιχεί ςτθν ονομαςτικι τάςθ (220V):

Ifo=0.8A

5.4 Από τθ χαρακτθριςτικι βραχυκφκλωςθσ (διάγραμμα 5.1) παίρνουμε το ρεφμα βραχυκφκλωςθσ

Ι1so που λαμβάνουμε για ρεφμα διζγερςθσ Ifo :

I1so=3.75A

Κάναμε προζκταςη τησ καμπφλησ βραχυκφκλωςησ για να βροφμε τα ςημεία που αντιςτοιχοφν ςε

ρεφμα φάςησ του ςτάτη πάνω από 3,5A. Δεν μετρήθηκαν πειραματικά, αφοφ για να γίνει κάτι τζτοιο

θα ζπρεπε να υπερβοφμε τα ονομαςτικά ςτοιχεία τησ μηχανήσ.

5.5 Κατά τθν βραχυκφκλωςθ αφοφ το πεδίο Bnet είναι πολφ μικρό, θ ςφγχρονθ μθχανι λειτουργεί

για όλα τα If ςτθν ακόρεςτθ περιοχι. Ζτςι από το διάγραμμα για τθν ακόρεςτθ χαρακτθριςτικι κενοφ

βρίςκουμε ςε ποια τάςθ Eps αντιςτοιχίηεται το ρεφμα Ifο

ΕPs=230V

Επιπροςκζτωσ, από το ιςοδφναμο κφκλωμα τθσ ςφγχρονθσ γεννιτριασ για αμελθτζα R1 προκφπτει:

Από τθ χαρακτθριςτικι βραχυκφκλωςθσ για ρεφμα διζγερςθσ Ιfo=0.8Α λαμβάνουμε ρεφμα

βραχυκφκλωςθσ Ι1so=3,75A και εφόςον είμαςτε ςε ακόρεςτθ κατάςταςθ ζχουμε:

*

1

220 / 335,282

3,6d

Ux

1 35,282 3,75 132,31Ps adX I V

3 132,31 229.167Ps V

Ραρατθροφμε ότι και μετά από διανυςματικι ανάλυςθ μζςω του ιςοδφναμου βραχυκφκλωςθσ

τθσ ςφγχρονθσ γεννιτριασ θ Eps βγαίνει παραπλιςια με τθν αντίςτοιχθ που υπολογίςτθκε μζςω

τθσ χαρακτθριςτικισ βραχυκφκλωςθσ κάτι που επαλθκεφει το αποτζλεςμα.

5.6 Ο λόγοσ κενοφ-βραχυκφκλωςθσ είναι:

1

1

3,751,07

3,5

soc

IK

I


5.7 Ραρατίκεται και πάλι το διάγραμμα με τισ καμπφλεσ κενοφ (κορεςμζνθ) και βραχυκφκλωςθσ

με τθν προςκικθ τθσ ακόρεςτθσ καμπφλθσ κενοφ (διακζνου) όπου είναι ςθμειωμζνα με «πορτοκαλί

κφκλουσ) τα Ι1ο και Ι1δ επί τθσ καμπφλθσ βραχυκφκλωςθσ:

Όπωσ φαίνεται Ι1Ο=3,6Α και Ι1δ=3.75Α. Ζτςι ζχουμε:

α) Σφγχρονθ κορεςμζνθ αντίδραςθ (Xd)

1

220 / 333.87

3.75d

U

β)Σφγχρονθ ακόρεςτθ αντίδραςθ (Xd*)

*

1

220 / 335,282

3,6d

U

γ)Αντίδραςθ βάςθσ για τθ γεννιτρια (Ηb) 2 2220

36.29220 3.5 3

b

B

UZ

S

pu τιμζσ των αντιδράςεων (xd,xd*)

( )

33.870.933

36.29

dd pu

bZ

**

( )

35,2820,972

36.29

dd pu

bZ

δ)Παρατηροφμε ότι για τα kc και xd προκφπτει η αναμενόμενη ςχζςη:

1 11.07

0.933c

d

kx

0,8; 220

0,75; 220

0,75; 3,6

0,8; 3,75

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

I1s(A)V(Volts)

If (A)

εν κενϊ

διακζνου

βραχυκφκλωςθσ


5.8 Σφμφωνα με τα δεδομζνα του 5.7 θ αντίςταςθ R1

κεωρείται αμελθτζα και θ τιμι τθσ Xd είναι 30,24Ω. Συνεπϊσ

προκφπτει το παρακάτω μονοφαςικό ιςοδφναμο τθσ ςφγχρονθσ

γεννιτριασ(δίπλα). Στο διπλανό ςχιμα

220127

3pE V

είναι θ φαςικι τάςθ ςτο ςτάτθ, αφοφ το τφλιγμα του ςτάτθ είναι

ςυνδεδεμζνο ςε αςτζρα. Από τα δεδομζνα γνωρίηουμε επίςθσ,

ότι Ι1=2Α οπότε:

1 67,74djx I

Θ ςχζςθ που ςυνδζει τθν τάςθ εξόδου (φαςικι) με τθν τάςθ ςτο τφλιγμα του ςτάτθ είναι

1p dU jX I

-ΔΙΑΝΤΜΑΣΙΚΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΣΑ

1.Για φ=0

1sin 32,234d

p

X I

E

cos 107,426 186,067pU E V U V

Από το αντίςτοιχο διάγραμμα βλζπουμε πωσ

Uπολ=190V

2. Για φ=90

1 59,26 102,64p dU E I V U V

Από το διάγραμμα βλζπουμε Uπολ=130V

3. Για φ=-90

1 194,74 337,299p dU E I V U V

Από το διάγραμμα βλζπουμε Uπολ=280V


Ραρατθροφνται αποκλίςεισ ςτθν τιμι τθσ τάςθσ εξόδου τθσ γεννιτριασ ςε ςχζςθ με τισ μετριςεισ

μασ. Αυτό οφείλεται κυρίωσ γιατί κατά τθν διεξαγωγι τθσ άςκθςθσ δεν διατθρικθκαν τελείωσ

ςτακερά το ρεφμα διζγερςθσ και οι ςτροφζσ τθσ μθχανισ. Επίςθσ πικανόν να υπιρχαν και πρόςκετεσ

επιβαρφνςεισ εξαιτίασ τθσ μθ καλισ ακρίβειασ των οργάνων αλλά και εξαιτίασ των παραςιτικϊν

αυτεπαγωγϊν και χωρθτικοτιτων που τυχόν να παρουςίαηε το φορτίο.

5.9 α) Το ρεφμα Ι1 του ςτάτθ τθσ μθχανισ κατά το πείραμα βραχυκφκλωςθσ είναι:

1 12 2 2

1 1

,pp

d d

d d

Eύ L

R jX R L

Ξζρουμε ότι Ep=cΦω. Ζτςι για ςτακερι διζγερςθ θ επαγόμενθ τάςθ Ep κα είναι ανάλογθ τθσ

ταχφτθτασ περιςτροφισ ω.

Αμελοφμε τθν ωμικι αντίςταςθ του ςτάτθ R1(αφοφ ςε υψθλζσ ταχφτθτεσ

θ Χd είναι πολφ μεγαλφτερθ) . Άρα

12 2

d dd

c c c

L LL

δθλαδι το ρεφμα είναι ςτακερό, ανεξάρτθτο τθσ περιςτροφικισ ταχφτθτασ τθσ γεννιτριασ.

β) Στισ μικρζσ ταχφτθτεσ περιςτροφισ όμωσ δεν μποροφμε να αμελιςουμε τθν R1 όπωσ κάναμε

παραπάνω. Οπότε κα ζχουμε

12 2 2

1

p

d

E

R L

δθλαδι το ρεφμα του ςτάτθ εξαρτάται απτο ω και άρα δεν μζνει ςτακερό.

5.10 α) Μια ςφγχρονθ γεννιτρια δεν είναι καταςκευαςμζνθ και δεν είναι δυνατόν να ςυνδεκεί

ςτο δίκτυο αν προθγουμζνωσ δεν ζχουν πλθρωκεί τζςςερισ βαςικζσ προχποκζςεισ. Ριο

ςυγκεκριμζνα οι ςυνκικεσ παραλλθλιςμοφ(ι ςυγχρονιςμοφ) μιασ ςφγχρονθσ γεννιτριασ είναι:

-Οι ςυχνότθτεσ τθσ γεννιτριασ και του δικτφου πρζπει να ταυτίηονται.

-Οι τάςεισ από τισ δφο πλευρζσ πρζπει να είναι ίςεσ.

-Οι τρεισ φάςεισ πρζπει να ζχουν τθν ίδια φορά περιςτροφισ, δθλαδι να υπάρχει

αντιςτοιχία φάςεων.

-Δεν πρζπει να υπάρχει διαφορά φάςθσ μεταξφ των αντίςτοιχων φάςεων.

Αν δεν ιςχφουν αυτζσ οι προυποκζςεισ είναι πικανι θ εμφάνιςθ κρουςτικϊν ρευμάτων ςτο

ςτάτθ. Ακόμα, τυχόν διαφορά ΔU ςτθν τάςθ κατά τθν διαδικαςία παραλλθλιςμοφ ζχει ςαν ςυνζπεια

να καταπονθκοφν τα τυλίγματα από ρεφματα μεγάλθσ ζνταςθσ που κα κυκλοφοριςουν, κζτοντασ

ζτςι ςε κίνδυνο ολόκλθρθ τθν διάταξθ.

Για τον παραλλθλιςμό των γεννθτριϊν χρθςιμοποιοφμε ςυςκευζσ ςυγχρονιςμοφ. Αυτι που

χρθςιμοποιιςαμε ςτο εργαςτιριο είχε 3 λαμπτιρεσ για τον ζλεγχο τθσ ςειράσ διαδοχισ των φάςεων

και αλλά και για να δοφμε αν ζχουμε τθν ίδια ςυχνότθτα. Επίςθσ διζκετε ζνα βολτόμετρο που μασ

ζδειχνε τθν διαφορά φάςθσ των 2 τάςεων.


β) Ραρακάτω παρατίκενται τα διανυςματικά διαγράμματα τα οποία αναφζρονται αντίςτοιχα ςε

λειτουργία για ωμικό, επαγωγικό και χωρθτικό φορτίο.

Ωμικό φορτίο:

2 2 2 2 2

1 1( ) ( )s sE V I V E I

2 2

1

22

( )1s

V

s

ζλλειψθ με Α(0,ΕΑ ) και Β(ΕΑ/Χs,0)

Επαγωγικό φορτίο:

22 2

1 1

22 2

1 1

sin ( cos )

2 sin

s s

s s

E V I I

E V V I I

για κ=90 sinκ=1 οπότε

1 1A s s A s sE V I V E I

Χωρητικό φορτίο:

22 2

1 1sin ( cos )s sE V I I

22 2

1 12 sins sE V V I I Για κ=-90 sinκ=-1 άρα

1 1A s s A s sE V I V E I

Πλα τα παραπάνω ςυνοψίηονται ςτθν κεωρθτικι καμπφλθ του ςχιματοσ:


Β. ΣΥΓΧΡΟΝΟΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ

ΘΕΜΑ: Εκκίνηςη ςφγχρονου τριφαςικοφ κινητήρα, με παραλληλιςμό τησ μηχανήσ ςε τριφαςικό

δίκτυο τροφοδοςίασ. Μελζτη χαρακτηριςτικών.

-ΚΤΚΛΩΜΑΣΙΚΟ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ

ΧΡΗΙΜΟΠΟΙΟΤΜΕΝΑ ΟΡΓΑΝΑ

G: Θλεκτρικό οπόμετρο

M: Σφγχρονθ μθχανι

Rmy: Μεταβλθτόσ ροοςτάτθσ

UG: Βολτόμετρο 240V

If: Αμπερόμετρο 1/2A

S: Διακόπτθσ φορτίου

Η: Συςκευι ςυγχρονιςμοφ

3: Τριφαςικό θλεκτρονικό πολφμετρο

(για μζτρθςθ τάςθσ, ρεφματοσ, ιςχφοσ και ςυντελεςτι ιςχφοσ)

Rφ: Αντίςταςθ Φορτίου

F1,F2: Τροφοδοτικά


9. ΜΕΛΕΣΗ ΣΟΤ ΤΓΧΡΟΝΟΤ ΚΙΝΗΣΗΡΑ Ε ΔΙΚΣΤΟ ΣΑΘΕΡΗ ΣΑΗ ΚΑΙ ΜΕ ΣΑΘΕΡΗ ΡΟΠΗ ΦΟΡΣΙΗ

-ΠΙΝΑΚΕ ΜΕΣΡΗΕΩΝ

T=1.5Nm

Μετροφμενεσ Σιμέσ Τπολογιζόμενεσ Σιμέσ

If(A) Ι1(A) P1(W) cosφ S(VA) Q(Var)

0,4 2,31 354 0,4 885 0

0,5 1,77 347 0,51 680,39 585,26

0,6 1,42 343 0,62 553,23 434,06

0,7 1,17 345 0,76 453,95 295,03

0,8 0,93 345 0,97 355,67 86,47

0,9 0,9 347 -0,99 350,51 -97,49

1 1,02 353 -0,89 396,63 -222,72

1,1 1,4 359 -0,66 543,94 -440,98

1,2 1,64 360 -0,55 654,55 -586,68

1,3 2 373 -0,47 793,62 -738,30

1,4 2,3 381 -0,42 907,14 -867,38

T=3Nm


If(A) Ι1(A) P1(W) cosφ S(VA) Q(Var)

0,4 3,12 624 0,52 1200,00 1025,00

0,5 2,32 615 0,68 904,41 663,13

0,6 2,03 607 0,78 778,21 486,98

0,7 1,72 602 0,91 661,54 274,28

0,8 1,58 599 0,98 611,22 121,63

0,9 1,55 600 1 600,00 0,00

1 1,62 607 -0,97 625,77 -209,70

1,1 1,76 611 -0,9 678,89 -328,39

1,2 2,13 618 -0,75 824,00 -603,87

1,3 2,34 624 -0,68 917,65 -720,20

1,4 2,3 635 -0,42 1511,90 -870,34


10. ΠΡΟΒΛΗΜΑΣΑ & ΘΕΜΑΣΑ

10.1 Ραρακάτω παρατίκεται το διάγραμμα Ι1=f(If) :

10.2 Ραρακάτω παρατίκεται το διάγραμμα cosφ=f(If)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

I1(A

)

If(A)

I1=f(If)

1.5Nm

3Nm

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

cosφ

Ιf(A)

I1=f(If)

1.5Nm

3Nm


10.3 Υπερδιζγερςη: Ζνασ ςφγχρονοσ κινθτιρασ λειτουργεί ςε Υπερδιζγερςθ όταν Epcosθ>U

δθλαδι όταν θ προβολι τθσ τάςθσ διζγερςθσ πάνω ςτθν τάςθ ακροδεκτϊν είναι μεγαλφτερθ από τθν

ίδια τθν τάςθ ακροδεκτϊν. Σε αυτιν τθν περίπτωςθ ο κινθτιρασ φαίνεται ςαν χωρθτικό

φορτίο(παράγει άεργο ιςχφ), οπότε cosφ<1

Υποδιζγερςη: Ζνασ ςφγχρονοσ κινθτιρασ λειτουργεί ςε υποδιζγερςθ όταν Epcosθ<U δθλαδι όταν θ

προβολι τθσ τάςθσ διζγερςθσ πάνω ςτθν τάςθ ακροδεκτϊν είναι μικρότερθ από τθν ίδια τθν τάςθ

ακροδεκτϊν. Σε αυτιν τθν περίπτωςθ ο κινθτιρασ καταναλϊνει άεργο ιςχφ (επαγωγικι

ςυμπεριφορά).

Για cosφ=1 ο κινθτιρασ οφτε παράγει οφτε καταναλϊνει άεργο ιςχφ(φαίνεται ςαν ωμικό φορτίο).

Ζτςι ανάλογα με τθν περίπτωςθ επιλζγουμε πωσ κα χρθςιμοποιιςουμε τον ςφγχρονο κινθτιρα.

Συνικωσ οι ςφγχρονοι κινθτιρεσ χρθςιμοποιοφνται για αντιςτάκμιςθ τθσ άεργου ιςχφοσ αφοφ

μεταβάλλοντασ το ρεφμα διζγερςθσ του κινθτιρα(ι γεννιτριασ) μποροφμε να ελζγξουμε τθν άεργο

ιςχφ τουσ.

11. ΜΕΛΕΣΗ ΣΟΤ ΤΓΧΡΟΝΟΤ ΚΙΝΗΣΗΡΑ Ε ΔΙΚΣΤΟ ΣΑΘΕΡΗ ΣΑΗ

ΚΑΙ ΜΕ ΣΑΘΕΡΗ ΔΙΕΓΕΡΗ.

-ΠΙΝΑΚΕ ΜΕΣΡΗΕΩΝ

If=0.5A & U=220V


T Ι1(A) P1(W) cosφ S(VA) Q(Var) Pout(W)

0,1 1,5 130 0,22 590,91 576,43 15,70

2,3 2 464 0,6 773,33 618,67 361,10

3,2 2,5 632 0,68 929,41 681,46 502,40

4,2 3 804 0,69 1165,22 843,40 659,40

4,7 3,5 890 0,67 1328,36 986,12 737,90

If=0.8A & U=220V



0,7 0,5 185 0,94 196,81 67,15 109,90

1,8 1 391 0,96 407,29 114,04 282,60

2,8 1,5 558 0,99 563,64 79,51 439,60

4 2 762 0,97 785,57 190,98 628,00

4,8 2,5 909 0,96 946,88 265,13 753,60

5,7 3 1070 0,95 1126,32 351,69 894,90

6,6 3,5 1220 0,92 1326,09 519,72 1036,20


If=1A & U=220V



1,4 1 333 -0,88 378,41 -179,73 219,80

2,7 1,5 522 -0,94 555,32 -189,46 423,90

4 2 753 -0,98 768,37 -152,90 628,00

5 2,5 921 1 921,00 0,00 785,00

6,1 3 1120 1 1120,00 0,00 957,70

7,2 3,5 1130 0,99 1141,41 161,02 1130,40

13. ΠΡΟΒΛΗΜΑΣΑ & ΘΕΜΑΣΑ

13.1 α) Χαρακτθριςτικι Ι1=f(Pout) για τισ διάφορεσ τιμζσ του Ιf:

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 200 400 600 800 1000 1200

If=0,5

If=0,8

If=1

I1(A

)

Pout(W)

I1=F(Pout)


β) Χαρακτθριςτικι Q = f(Pout) για τισ διάφορεσ τιμζσ του Ιf:

13.2 Λαμβάνοντασ υπόψθ:

Q>0 κινθτιρασ απορροφά άεργο ιςχφ λειτουργία ςε υποδιζγερςη

Q<0 κινθτιρασ προςφζρει άεργο ιςχφ λειτουργία ςε υπερδιζγερςθ

Σε ςχζςθ με τισ μετριςεισ πειράματοσ και τα υπολογιηόμενα μεγζκθ ζχουμε:

a) If=0,5A & If=0,8A λειτουργία ςε υποδιζγερςη (για όλεσ τισ περιπτϊςεισ).

b) If=1A λειτουργία υπερδιζγερςησ για Τ<5Nm & υποδιζγερςησ για Τ>6,1Nm

-400

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

0 200 400 600 800 1000 1200

If=0,5

If=0,8

If=1

Q(V

ar)

Pout(W)

Q=F(Pout)

mhxanes

Documents

Transcript of mhxanes