ΑΣΚΗΣΗ 3 η ΠΑΡΑΛΛΗΛΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΤΡΙΦΑΣΙΚΗΣ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ ΜΕ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΙΣΧΥΟΣ

Transcript

1 ΑΣΚΗΣΗ 3 η ΠΑΡΑΛΛΗΛΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΤΡΙΦΑΣΙΚΗΣ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ ΜΕ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΙΣΧΥΟΣ Σκοπός της άσκησης: Σκοπός της άσκησης είναι: 1. Να γνωρίσει ο σπουδαστής την διαδικασία παραλληλισμού μιας σύγχρονης τριφασικής γεννήτριας σε ένα σύστημα ισχύος. 2. Να εξοικειωθεί με τις διαδικασίες ελέγχου της ενεργού και αέργου ισχύος της σύγχρονης γεννήτριας, όταν αυτή είναι συνδεδεμένη σε ένα «στερεό» δίκτυο ισχύος. 1. Γενικά Όταν μια σύγχρονη γεννήτρια δεν επαρκεί για να τροφοδοτήσει ένα φορτίο, θα πρέπει ή να την αντικαταστήσουμε με μια άλλη, μεγαλύτερης ισχύος ή να συνδέσουμε παράλληλα στην αρχική μια ή περισσότερες γεννήτριες. Η χρήση περισσότερων γεννητριών, παράλληλα συνδεδεμένων, προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα, όπως μεγαλύτερη αξιοπιστία, ευκολότερη συντήρηση του εξοπλισμού και μείωση του κόστους λειτουργίας. Χαρακτηριστικό παράδειγμα παράλληλης λειτουργίας γεννητριών αποτελεί η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στα εργοστάσια της ΔΕΗ. Στην περίπτωση αυτή πολλές σύγχρονες γεννήτριες τροφοδοτούν από κοινού το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας με ενεργό και άεργο ισχύ. Για να γίνει παραλληλισμός μιας γεννήτριας στο δίκτυο, θα πρέπει να ισχύουν κάποιες προϋποθέσεις, έτσι ώστε τα διανύσματα των τάσεων των δύο συστημάτων να «συμπίπτουν», που είναι: 1. Η φασικές/ πολικές τάσεις της γεννήτριας θα πρέπει να είναι ίσες σε μέγεθος με τις τάσεις του δικτύου. 2. Η συχνότητα της γεννήτριας θα πρέπει να είναι ίση με την συχνότητα του δικτύου. 3. Η διαδοχή των φάσεων της γεννήτριας θα πρέπει να ταυτίζεται με την διαδοχή των φάσεων του δικτύου. 4. Η φασική απόκλιση μεταξύ των αντίστοιχων φασικών τάσεων να είναι μηδενική. Ο έλεγχος ισότητας της τάσης γίνεται με ένα βολτόμετρο. Οι υπόλοιπες προϋποθέσεις μπορούν να ελεγχθούν με την χρήση κατάλληλων λυχνιών, οι 1

2 οποίες συνδέονται παράλληλα στις επαφές του διακόπτη που παρεμβάλλεται μεταξύ των ακροδεκτών της γεννήτριας και του δικτύου, όπως φαίνεται και στο σχήμα 1. ΔΙΚΤΥΟ V M G A Διέγερση Σχήμα 1. Σύνδεση γεννήτριας σε δίκτυο. Σύμβολο μεταβλητής πηγής στη διέγερση και σύμβολο ταχύτητας ns Για τον παραλληλισμό μια γεννήτριας με το δίκτυο ακολουθείται η παρακάτω διαδικασία. 1. Με την βοήθεια της κινητήριας μηχανής περιστρέφουμε την γεννήτρια στις ονομαστικές της στροφές. Αυτό διασφαλίζει ότι η συχνότητα της γεννήτριας θα είναι πολύ κοντά σε αυτή του δικτύου. 2. Στην συνέχεια ρυθμίζουμε την τάση εξόδου της γεννήτριας σε τιμή ίση με αυτή του δικτύου, με την κατάλληλη ρύθμιση του ρεύματος διέγερσης. 2

3 3. Ελέγχουμε την διαδοχή των φάσεων. Ο έλεγχος γίνεται εύκολα παρατηρώντας τις λυχνίες. Αν αναβοσβήνουν ταυτόχρονα τότε η διαδοχή των φάσεων είναι σωστή. Αν αναβοσβήνουν κυκλικά δηλαδή η μια μετά από την άλλη, η διαδοχή των φάσεων είναι λάθος. Την διορθώνουμε αντιμεταθέτοντας δυο οποιεσδήποτε φάσεις της γεννήτριας μεταξύ τους. 4. Αν οι λυχνίες αναβοσβήνουν γρήγορα σημαίνει ότι υπάρχει σημαντική διαφορά μεταξύ της συχνότητας της γεννήτριας και του δικτύου. Την μειώνουμε ρυθμίζοντας την ταχύτητα της γεννήτριας. 5. Κλείνουμε τους διακόπτες την στιγμή που και οι τρείς λυχνίες είναι σβηστές. Έτσι διασφαλίζουμε ότι σε κάθε φάση εκείνη τη στιγμή, η διαφορά δυναμικού μεταξύ ακροδεκτών της γεννήτριας και δικτύου είναι μηδέν. 2. Καμπύλες V Από την στιγμή που η γεννήτρια συνδεθεί στο «στερεό» δίκτυο η τάση της και οι στροφές της δεν αλλάζουν αλλά παραμένουν σταθερές και καθορίζονται από την τάση και την συχνότητα του δικτύου. Τα μεγέθη που μπορούμε να ελέγξουμε είναι η πραγματική ισχύς που προσφέρει η γεννήτρια στο δίκτυο και η άεργος που ανταλλάσσει με αυτό. Η πραγματική ισχύς ελέγχεται μέσω της μηχανικής ισχύος στον άξονα της γεννήτριας, ενώ η άεργος ισχύς μέσω του ρεύματος διέγερσης. Αυξάνοντας την μηχανική ισχύ (Ρμηχ=Τ.Ω) αυξάνουμε την ενεργό ισχύ που προσφέρει η γεννήτρια στο δίκτυο, ενώ μειώνοντας την μηχανική ισχύ εισόδου μειώνουμε αντίστοιχα και την ενεργό ισχύ στην έξοδο. Η τάση και οι στροφές της γεννήτριας παραμένουν σταθερές. Με το ρεύμα διέγερσης ελέγχουμε την άεργο ισχύ που «ανταλλάσσει» η γεννήτρια με το δίκτυο. Διακρίνουμε δυο καταστάσεις λειτουργίας, ανάλογα με την τιμή του ρεύματος διέγερσης. Όταν το ρεύμα διέγερσης είναι μικρό (υποδιέγερση) η γεννήτρια αναγκάζεται να απορροφά άεργο ισχύ από το δίκτυο για να δημιουργήσει το αναγκαίο μαγνητικό πεδίο που θα παράγει την σταθερή τάση ακροδεκτών. Στην περίπτωση αυτή ο συντελεστής ισχύος της γεννήτριας χαρακτηρίζεται χωρητικός με την έννοια ότι η γεννήτρια «βλέπει» στην έξοδό της ένα χωρητικό φορτίο που της παρέχει άεργο ισχύ). Καθώς αυξάνουμε το ρεύμα διέγερσης η άεργος ισχύς που απορροφά η γεννήτρια από το δίκτυο μειώνεται με συνέπεια να μειώνεται το ρεύμα της γεννήτριας καθόσον μειώνεται η άεργος συνιστώσα του ρεύματος και ο συντελεστής ισχύος αντίστοιχα να αυξάνεται. Για κάποια συγκεκριμένη τιμή του ρεύματος 3

4 διέγερσης ο συντελεστής ισχύος της γεννήτριας γίνεται 1 (μηδενισμός της αέργου συνιστώσας του ρεύματος). Η γεννήτρια τότε παρέχει στο δίκτυο μόνο ενεργό ισχύ ενώ η άεργος ισχύς που ανταλλάσσει είναι μηδέν. Το ρεύμα φορτίου γίνεται ελάχιστο καθόσον δεν έχει άεργο συνιστώσα. Αυξάνοντας περαιτέρω το ρεύμα διέγερσης (υπερδιέγερση), η γεννήτρια έχει περίσσεια μαγνητικής ενέργειας οπότε αρχίζει να προσφέρει άεργο ισχύ στο δίκτυο. Το ρεύμα φορτίου αρχίζει να αυξάνεται λόγω αύξησης της αέργου συνιστώσας και αντίστοιχα ο συντελεστής ισχύος μειώνεται και γίνεται και επαγωγικός με την έννοια ότι η γεννήτρια «βλέπει» στην έξοδό της ένα επαγωγικό φορτίο που του παρέχει άεργο ισχύ. Iφ (A) 0,75 Pον cosφ=1 0,5 Pον 0,25 Pον Υποδιέγερση Χωρητική Συμπεριφορά Υπερδιέγερση Επαγωγική Συμπεριφορά Ιf (A) Σχήμα 2. Καμπύλες V μιας σύγχρονης γεννήτριας. 4

5 Α. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 1. Πραγματοποιήστε την συνδεσμολογία του κυκλώματος σύμφωνα με το παρακάτω σχέδιο. Ο στάτης της γεννήτριας να συνδεθεί σε αστέρα. ΔΙΚΤΥΟ V A M G A Διέγερση 2. Με τον διακόπτη παραλληλισμού της γεννήτριας με το δίκτυο ανοικτό, εκκινήστε την κινητήρια μηχανή και ρυθμίστε τις στροφές της στον ονομαστικό αριθμό στροφών της γεννήτριας. 3. Ρυθμίστε την τάση εξόδου της γεννήτριας στην ονομαστική της τιμή μέσω του ρεύματος διέγερσης. 4. Οι τρεις λαμπτήρες συγχρονισμού της γεννήτριας θα πρέπει να αναβοσβήνουν ταυτόχρονα. Σε αντίθετη περίπτωση σημαίνει ότι η ακολουθία 5

6 των φάσεων δεν είναι σωστή. Για να πετύχετε σωστή διαδοχή φάσεων αντιμεταθέστε δυο από τις τρεις φάσεις της γεννήτριας μεταξύ τους. 5. Η συχνότητα με την οποία αναβοσβήνουν οι λαμπτήρες συγχρονισμού είναι όση και η διαφορά συχνοτήτων της τάσης του δικτύου και της τάσης της γεννήτριας. 6. Ρυθμίστε, με την βοήθεια της κινητήριας μηχανής, τις στροφές της γεννήτριας έτσι ώστε η διαφορά των δυο συχνοτήτων να ελαχιστοποιηθεί. Τότε οι λαμπτήρες θα αναβοσβήνουν πολύ αργά. 7. Την στιγμή που οι λαμπτήρες είναι σβηστοί κλείστε τον διακόπτη συγχρονισμού για να συγχρονιστεί η γεννήτρια με το δίκτυο. 8. Μετά τον συγχρονισμό της γεννήτριας με το δίκτυο, αυξήστε την ισχύ της κινητήριας μηχανής της γεννήτριας ώστε αυτή να δώσει ενεργό ισχύ στο δίκτυο. Θα το καταλάβετε μετρώντας ρεύμα και ενεργό ισχύ στην έξοδο της γεννήτριας. Θα παρατηρήσετε επίσης ότι οι στροφές της γεννήτριας θα παραμείνουν σταθερές. 9. Διατηρώντας την μηχανική ισχύ εισόδου της γεννήτριας σταθερή, μεταβάλλετε σταδιακά το ρεύμα διέγερσης από μια χαμηλή τιμή (υποδιέγερση) σε μια υψηλή τιμή (υπερδιέγερση). Καταγράψτε τις ενδείξεις των οργάνων στον παρακάτω πίνακα. ΠΙΝΑΚΑΣ 1 Τάση εξόδου U [V] Ρεύμα Φορτίου I Φ [A] Ισχύς Εξόδου P [W] Ρεύμα Διέγερσης I f [A] Συντελεστής Ισχύος 6

7 Β. ΕΡΓΑΣΙΑ 1. Να σχεδιάσετε σε ορθογώνιο σύστημα συντεταγμένων με κοινό άξονα χ που θα είναι το ρεύμα διέγερσης (Ι f ), τις καμπύλες μεταβολής του ρεύματος φορτίου (Ι Φ ) και του συντελεστή ισχύος (cosφ) της γεννήτριας. Χρησιμοποιείτε τις συνθήκες του πειράματος και τα δεδομένα του πίνακα. 2. Να σχεδιάσετε τα διανυσματικά διαγράμματα τάσης-ρεύματος φορτίου της γεννήτριας, επιλέγοντας από τον πίνακα μία μέτρηση στην υποδιέγερση και μία στη υπερδιέγερση. Στο διάγραμμα θα φαίνεται επίσης και η ανάλυση του ρεύματος φορτίου στις επιμέρους συνιστώσες (ενεργός και άεργος) 7