12. Opis projektu. OPIS OGÓLNY Celem projektu jest

12. Opis projektu.
OPIS OGÓLNY
Celem projektu jest zbudowanie modelu opomiarowanego systemu elektroenergetycznego
(SEE) z turbiną wodną, jako źródłem, oraz z instalacją symulującą odbiorców.
W przeciwieostwie do budowanych dotychczas tego typu modeli, układ będzie miał
możliwośd synchronizacji z siecią. Oznacza to, że wyprodukowana w prądnicy energia
elektryczna trafi do Krajowego Systemu Elektroenergetycznego (KSE), tak jak ma to miejsce
w prawdziwych blokach energetycznych. Nakłada to pewne wymagania, co do jej
parametrów, co stanowi największe wyzwanie projektu. Prądnica będzie mogła również
pracowad w trybie silnikowym (tj. zamieniad energię elektryczną na energię mechaniczną)
stanowiąc napęd dla turbiny wodnej. Na takim modelu będzie można w prosty sposób
wyjaśnid i pokazad na czym polega regulacja mocy w SEE i jaką rolę pełni w niej częstotliwośd
oraz jak przebiega synchronizacja generatora z siecią i na czym polega współpraca tych
dwóch składowych SEE. Zagadnienia te są kluczowe, a mimo to nadal często błędnie
rozumiane przez wielu studentów. Nie ulega wątpliwości, że praca układu będzie efektowna,
wobec czego będzie on atrakcją również na piknikach naukowych.
OPISY UKŁADÓW
Model zostanie zbudowany zgodnie z uproszczonym schematem:
Rys. 1. Uproszczony schemat modelu.
TURBINA WODNA I WAŁ
Będzie to turbina Peltona o osi poziomej. Jej elementy zostaną zaprojektowane w systemie CAD
(Computer Aided Design – komputerowe wspomaganie projektowania) i wykonane na drukarce 3D.
W odpowiednich miejscach elementy będą wzmocnione częściami metalowymi. Łopatki turbiny
będą wymienne. Turbina będzię osadzona na ułożyskowanym wale połączonym z wałem prądnicy
sprzęgłem sztywnym. Obudowa turbiny będzie wykonana z plexi. Każdy element układu będzie się
dało zdemontowad i wymienid.
PRĄDNICA
Prądnica zostanie zbudowana na podstawie istniejącego rozwiązania (tj. silnika istniejącego
urządzenia). Będzie wymagała szeregu zmian, które pozwolą jej generowad prąd o parametrach KSE.
UKŁAD WODNY
Woda opuszczająca turbinę będzie wpadad do znajdującego się bezpośrednio pod nią zbiornika.
Następnie będzie tłoczona przez pompę, elastyczny rurociąg, zawór regulacyjny i dyszę na łopatki
turbiny. Regulacja przepływu będzie odbywad się ręcznie poprzez obracania zaworu regulacyjnego.
TABLICA Z MIERNIKAMI I PRZEŁĄCZNIKAMI
Układ pomiarowy będzie składał się z oscyloskopu i watomierza. Odbiorców energii
elektrycznej będą symulowały dwie żarówki. Zestaw przełączników będzie pozwalał na
włączanie/wyłączanie żarówek i synchronizację generatora z siecią.
KONSTRUKCJA NOŚNA
Wszystkie elementy będą przymocowane do stalowej konstrukcji składające się z
prefabrykowanych kątowników, płaskowników i złączek kątowych połączonych za pomocą
śrub.
EKSPERYMENTY DO PRZEPROWADZENIA NA MODELU
OBCIĄŻANIE GENERATORA
Po rozpędzeniu generatora do odpowiedniej prędkości (poprzez odkręcanie zaworu
regulującego przepływ), obwód prądnicy zostanie obciążony przez włączenie pierwszej
żarówki. Obciążony generator wyraźnie zwolni, będzie widad to po obrotach samej turbiny
jak i na oscyloskopie. Dla przywrócenia poprzedniej częstotliwości należy odpowiednio
rozkręcid zawór regulujący przepływ wody. Następnie w obwód zostanie włączona druga
żarówka, zaobserwujemy podobno zjawisko. Eksperyment ten wyjaśni jaką rolę w SEE pełni
częstotliwośd i na czym polega regulacja mocy w SEE.
SYNCHRONIZACJA GENERATORA Z SIECIĄ
Po rozpędzeniu generatora do prędkości synchronicznej (prędkości przy której częstotliwośd
zmian napięcia produkowanej przez generator energii elektrycznej będzie odpowiadała tej
wymaganej przez KSE) zostanie przeprowadzona synchronizacja generatora z siecią. Teraz
praca turbiny jest podporządkowana sieci. Przy dalszym rozkręcaniu zaworu regulującego
przepływ wody prędkośd turbiny nie zwiększy się, wzrośnie za to moment i moc turbiny, co
będzie można zaobserwowad na watomierzu. Jeśli natomiast zawór zostanie przykręcony,
turbina nie zwolni – zacznie pracowad w trybie silnikowym i pobierad energię z KSE.