KOLOKWIUM „0” – MASZYNY SYNCHRONICZNE (MS) 2012/2013

Cw_MS_pyt_zada_dane_kolok_2012_13.doc/2013-01-02
1.
2.
3.
4.
5.
1
KOLOKWIUM „0” – MASZYNY SYNCHRONICZNE (MS) 2012/2013
PYTANIA
MS jako trójwrotowy przetwornik elektromechaniczny:
[a] Wykonać szkic blokowy (w języku grafów wiązań) przetwornika.
[b] Dla pracy prądnicowej zastrzałkować i nazwać moce przepływające przez wrota mocy (energetyczne).
[c] Jaki rodzaj pola fizycznego stosuje się do budowy MS – elektromechanicznego przetwarzania energii?
[d] Jakie wielkości fizyczne sprzęgają układ elektryczny i układ mechaniczny?
[e] Wskazać moce ulegające: przetworzeniu i rozproszeniu.
Budowa MS:
[a] Wykonać odpowiedni szkic przekroju maszyny (turbogeneratora i hydrogeneratora) na płaszczyźnie
prostopadłej do osi wału.
[b] Podać nazwy i spełniane funkcje głównych elementów maszyny.
[c] Wymieć materiały zastosowane do budowy maszyny.
[d] Podać charakterystyczne cechy/właściwości uzwojeń maszyny (turbogeneratora i hydrogeneratora).
[e] Uzasadnić nazwę „MS” i podać zależność na prędkość obrotową (rad/s; obr/min).
Zjawisko oddziaływania twornika w MS – rozważyć przypadki: 1) stanu jałowego; 2) stanu zwarcia;
3) pracy prądnicowej przy obciążenu: a) czynnym, b) czynno-pojemnościowym, c) czynno-indukcyjnym
(wariant do odpowiedzi podaje prowadzący):
[a] Jaki rodzaj pola fizycznego stosuje się do budowy MS – elektromechanicznego przetwarzania energii?
[b] Wykonać uproszczony szkic przekroju MS na płaszczyźnie prostopadłej do osi wału i nanieść
charakterystyczne osie magnetyczne uzwojeń (założyć p = 1).
[c] Nazwać i narysować położenie wektorów charakterystycznych wielkości fizycznych dla zadanego stanu
pracy.
[d] Zaznaczyć kierunki i zwroty wielkości mechanicznych: prędkości obrotowej (założyć prędkość dodatnią o
zwrocie przeciwnym do ruchu wskazówek zegara), momentu elektromagnetycznego (wewnętrznego) i
momentu mechanicznego (napędowego lub obciążenia).
[e] Podać uzasadnienie fizyczne dla punktów c) i d).
Model fizyczny i model obwodowy MS pracującej jako prądnica.
[a] Jaki rodzaj pola fizycznego stosuje się do budowy MS – elektromechanicznego przetwarzania energii?
[b] Uzasadnić nazwę „MS” i podać zależność na prędkość obrotową (rad/s; obr/min).
[c] Wykonać uproszczony szkic przekroju MS na płaszczyźnie prostopadłej do osi wału.
Nanieść charakterystyczne osie magnetyczne uzwojeń (założyć p = 1)
Nazwać i narysować położenie wektorów charakterystycznych wielkości fizycznych.
Zaznaczyć kierunki i zwroty wielkości mechanicznych (prędkości obrotowej i momentów obrotowych)
[d] Podać równanie opisujące model obwodowy MS i jego odwzorowanie graficzne.
[e] Podać wzajemne relacje między wielkościami modelu fizycznego i wielkościami oraz parametrami modelu
obwodowego – reaktancji synchronicznej (podać definicję i spotykane wartości [%] w praktyce).
[f] Podać sposób wyznaczania wielkości charakterystycznych i parametrów modelu obwodowego MS.
Charakterystyki MS – 1) biegu jałowego, 2) zwarcia, 3) zewnętrzna 4) regulacyjna: (wariant do
odpowiedzi podaje prowadzący):
[a] Jaki rodzaj pola fizycznego stosuje się do budowy MS – elektromechanicznego przetwarzania energii?
[b] Uzasadnić nazwę „MS” i podać zależność na prędkość obrotową (rad/s; obr/min).
[c] Wykonać uproszczony szkic przekroju MS na płaszczyźnie prostopadłej do osi wału.
Nanieść charakterystyczne osie magnetyczne uzwojeń (założyć p = 1)
Nazwać i narysować położenie wektorów charakterystycznych wielkości fizycznych dla zadanej
charakterystyki i zadanego charakteru obciążenia (cosϕ).
Zaznaczyć kierunki i zwroty wielkości mechanicznych (prędkości obrotowej i momentów obrotowych)
[d] Wykreślić zadaną charakterystykę dla zadanego charakteru obciążenia.
Podać odpowiednie wykresy fazorowe i równia analityczne.
Uzasadnić fizycznie kształt zadanej charakterystyki dla zadanego charakteru obciążenia (cosϕ).
Cw_MS_pyt_zada_dane_kolok_2012_13.doc/2013-01-02
2
KOLOKWIUM „0” – MASZYNY SYNCHRONICZNE (MS) 2012/2013
ZADANIA
1. Dane są wyniki pomiarów charakterystyki magnesowania i zwarcia MS (patrz załączona tabela).
Wykreślić charakterystyki dla wybranych punktów pomiarowych na jednym wykresie.
Wyznaczyć odpowiednie wartości prądów wzbudzenia (Ifon, Ifzn) przy których:
a) wartość SEM rotacji w stanie jałowym równa jest znamionowemu napięciu twornika MS;
b) wartość prądu w stanie zwarcia równa jest znamionowemu prądowi twornika MS.
c) wyznaczyć wartości reaktancji synchronicznej (Ω i %) dla prądów wzbudzenia Ifon i Ifzn
d) Porównać wyznaczone wartości. Uzasadnić fizyczne przyczyny różnic lub podobieństwa.
2. Dla trójfazowej prądnicy synchronicznej o danych znamionowych podanych w tabeli poniżej (wariant danych
podaje prowadzący) wyznaczyć wartość zmiany napięcia dla następujących współczynników mocy (wariant do
obliczeń podaje prowadzący): a) cosϕ = 1 ; b) cosϕ = 0,8ind ; c) cosϕ = 0ind ; d) cosϕ = 0poj
Po załączeniu obciążenia napięcie i prąd twornika prądnicy mają wartości znamionowe.
Do obliczeń sporządzić odpowiednie wykresy fazorowe. Należy wyznaczyć moduły (długości) fazorów E0, IaXs
oraz Ua. Następnie sprawdzić czy dla każdego cosϕ możliwe jest obciążenie przy Uan=Uan i Ia=Ian.
Dane do zadania 1
Dane znamionow e prądnicy synchronicznej
Prądnica synchroniczna 3-fazowa ELMOR - Gdańsk 1984r. Typ: GCe64a/1 Nr fabr.107068
10kVA,
231/133V, połaczenie Y, 25A
cosφ=0.8, Temp. otocz. 40 C, Wzbudzenie: 30V, 10A
Ra = 0.34 ohm Rf = 2.2 ohm
Budowa: IP21
Masa:117kg
Wyniki pomiarów
Wariant 1
Wariant 2
If [A]
Iaz [A]
Eo [V]
If [A]
Iaz [A]
Eo [V]
0,00
0,46
5,1
0,0
0,4
4,6
0,19
1,32
13,4
0,2
1,2
12,1
0,36
2,00
21,6
0,6
3,2
35,9
0,69
3,55
39,9
1,0
4,6
55,9
1,07
5,15
62,1
1,3
6,3
77,8
1,48
6,95
86,4
2,0
9,0
112,3
1,86
8,52
104,9
2,4
10,9
130,9
2,21
9,96
124,8
2,7
12,3
144,2
2,64
12,10
145,4
3,2
14,7
167,5
3,00
13,65
160,2
4,0
18,0
190,0
3,59
16,32
186,1
4,5
20,3
204,0
4,00
18,10
199,7
5,0
22,5
215,0
4,43
20,00
211,1
5,5
24,8
228,2
4,96
22,50
226,7
5,9
27,0
241,4
5,56
25,00
238,9
6,06
27,50
253,5
6,61
30,00
268,2
Uwaga: Eo - wartość przewodowa
Uwaga: Eo - wartość przewodowa
Dane do zadania 2
Dane znamionowe prądnic synchronicznych o wirniku cylindrycznym (uzwojenia twornika połączone w Y)
Wariant
1
2
3
X s% =
Sn [kVA]
200
250
320
Uan [V]
400
400
400
Xs [%]
110
115
120
Ian [A]
289
362
463
Uwaga: wartość procentową reaktancji
synchronicznej definiujemy następująco:
def U
X s [Ω ]
afn
[Ω ] . Zmienność napięcia wyznaczamy wg definicji podanej
100 [%] gdzie Z n =
Z n [Ω ]
I afn
w e-skrypcie „Maszyny elektryczne wokół nas” (wzór na str. 128, wydanie dostępne w Bałtyckiej Bibliotece
Cyfrowej) oraz na ćwiczeniach tablicowych.