הסדנהה יעדמל הטלוקפה םיבשחמו למשח תסדנהל הקלחמה היגרנא תרמהל ה בעמ

Transcript

1 הפקולטה למדעי ההנדסה המחלקה להנדסת חשמל ומחשבים מעבה להמרת אנרגיה

2 מדידות ההספק, המתוארות בחוברת, מבוצעות בעזרת ציוד באדיבותה של חברת.SATEC שנתרם

3 01.הוראות עבודה במעבדה. רשות לביצוע מעבדות ניתנת לסטודנטים שעברו קורס " מבוא להמרת אנרגיה " ( ). עבודה במעבדה. יש לדייק בהופעה להתחלת המעבדה. סטודנט שיאחר למבחן יותר מ 10 דקות לא יתקבל לעבודה באותו יום. תלמיד שלא יקפיד לבוא ביום המיועד לקבוצה שלו לא יבצע את המעבדה. שים לב: תנאי קדם לביצוע המעבדה הוא הכרת תוכנות "EXCEL" ו SPICE. כל עבוד התוצאות נעשה בעזרתה. יש לבוא מצויד בדיסקט של מחשב. כל סטודנט חייב לקרוא ולחתום על הוראות הבטיחות.

4 בטיחות במעבדה להמרת אנרגיה (חדר 005 ב ( 33 הכרת מסמך זה הינה הכרחית לעובדים קבועים וזמניים במעבדה ספרות: חוק ותקנות בנושא חשמל. ספר 1,2. המוסד לבטיחות ולגיהות. הגרסה המעודכנת. 1. גורמי סכנה חלקי מכונות חשמל מסתובבים. מתח אספקה של מנועי חשמל ומכשירי חשמל. סכנת כוויה מגופים חמים. סכנת סנוור ממקורות האור מהות גורמי הסכנה.2 אפשרות תפיסת שיער, בגדים ואיברי הגוף ע"י חלקים מסתובבים של המכונה. שבר או פגם אשר יגרום להתפרקות המכונה ופריצת חלקי מכונה במהירות רבה לחלל המעבדה. חפצים הנמצאים על רצפת המעבדה (תיקים, בגדים, חוטים) מהווים מפגעי בטיחות, קיימת אפשרות מעידה. המעבדה מאובזרת בציוד חשמלי תלת-פאזי המחובר למתח של 400V ומכאן עלולות להיווצר סכנות הבאות: פגיעה מזרם חשמלי במגע בלתי צפוי עם גופים השרויים תחת מתח חשמלי עקב התקרבות

5 מקרית אליהם; במגע בגופים שבמצב תקין לא מחוברים לחשמל, אבל עקב תקלת בידוד הם יהיו שרויים תחת מתח; היווצרות מתח בחלקי המתקנים המנותקים מאספקת חשמל, חיבור שגוי לחשמל. שבהם פועלים אנשים, עקב ריוסטטי זחילה לבקרת מכונות חשמל מתחממים מהלך העבודה ובמיוחד במהלך עבודה לא שגרתית.מוליכים לא מתאימים וחיבורי חשמל רופפים גם עלולים להתחמם לטמפרטורות מסוכנות. מקור נוסף לטמפרטורה גבוהה עלולה להיות קשת חשמלית, אשר נוצרת במהלך פתיחת מעגל הזרם. הבזקי הקשת מהווים סכנה לעיניים עקב עוצמת האור החזקה פעולת גורמי הסכנה ותוצאותיהם פעולה של גורמי הסכנה לפי סעיפים 2.1 עד 2.3 היא מכה פיזית ופגיעה מכאנית באיברי הגוף ויכול להיות קטלנית. פעולה של השפעת זרם חשמלי לגוף האדם היא: כווייה חשמלית הנגרמת על ידי זרימת זרם חשמלי דרך גוף האדם או על ידי השפעת קשת חשמלית על גוף האדם. סימני חשמל- כתמי עור אפורים או צהובים- על הגוף. חדירה של חלקי ברזל מותכים לתוך העור. מכה חשמלית המתבטאת בהתכווצות השרירים, קריעת העור וכלי הדם ו/או נקע הנגרם ע"י עוויתות השרירים, עוויתות ללא או עם איבוד הכרה, פגיעת לב או נשימה, מוות קליני או ביולוגי. תוצאה של פעולת גורם חשמלי תלויה בגודל, זמן השפעת הזרם, תדירות והתנגדות הגוף. בחישובי התנגדות הגוף מניחים,1kΩ אבל במציאות ההתנגדות היא אינדיבידואלית ויכולה להגיע ל- 0.5κΩ ועד.2MΩ לאותו אדם הגודל הזה אינו קבוע, הוא תלוי במצב הבריאות, פגיעות העור ולחות האוויר. סכנת מוות נחשבת בזרמים גדולים מ-.25mA הכי מסוכן זרם חילופין Hz בתדירויות גבוהות יותר סכנת פגיעה יורדת. זרמים בתדירויות של מאות khz לא גורמים למכה חשמלית, אבל יכולים לגרום לכוויה חשמלית. בתנאי מעבדה מתחים גדולים מ- 50V נחשבים מסוכנים פעולה של גורמי הסכנה לפי סעיף 2.5 כוויה עקב מגע עם גוף חם ועקב השפעת קשת חשמלית על גוף האדם. תוצאה של פעולת גורם חום תלויה בגודל, זמן השפעה ומידת הגנת הגוף על ידי לבוש.

6 3.4. פעולה של גורמי הסכנה לפי סעיף 2.6 דלקת עיניים הנגרמת ע"י קרינת האור של קשת חשמלית. תוצאה של פעולת גורם האור תלויה בגודל, בסוג הזרם DC) (AC, ובמשך הזמן להופעת הקשת בין המגעים הפתוחים. 4. סדר ביצוע הניסויים בזמן ביצוע ניסויים, במעבדה חייבים להיות לפחות שתי דלתות פתוחות. כל עמדת הניסויים חייבת להיות מצוידת במכשור מדידה תקין, חבילת מוליכים מבודדים המתאימים מבחינת זרמים ומתחים ושלטי הזהרה. העבודה תתבצע על ידי קבוצה משני סטודנטים או סטודנט אחד תחת השגחה של מדריך כל קבוצה תבצע ניסוי בעמדה נפרדת. מדריך יפקח על ביצוע הניסוי של שתי קבוצות בלבד. המדריך יימצא בסביבה קרובה של עמדות הניסויים. המדריך יבדוק ידע של הסטודנטים בבטיחות העבודה במעבדה. לפני ביצוע כל ניסוי, המדריך יזכיר ויראה לסטודנטים את האזורים המסוכנים עבור עמדת הניסויים הרלוונטית. לפני תחילת הניסויים, כל סטודנט חייב להכיר את עמדת הניסויים על פי חוברת מעבדה. עליו לזהות מיקום של מפסק זרם ראשי ולחצן הפסקת חירום בצבע אדום. כל סטודנט חייב לקרוא ולהבין את הוראות הבטיחות במסמך זה ולחתום על טופס מיוחד בדבר הכרה והבנה של מידת האחריות שלו לביצוע עבודה בהתאם להוראות הבטיחות לפני התחלת הניסוי יש לחלק את התפקידים בין חברי הקבוצה. אחד הסטודנטים בלבד יהיה אחראי על פעולות המיתוג של כל המפסקים יש להופיע למעבדה רק בבגדים ארוכים שרוול ארוך, מכנסים ארוכים או חצאית ארוכה, נעליים סגורות ושיער אסוף תחילת העבודה תתבצע אך ורק באישור המדריך הפעלת המתח ניתן לבצע רק לאחר בדיקת מעגל הניסוי על ידי המדריך ובאישורו אסור לסטודנטים לגשת ולתפעל את לוח החלוקה הראשי ואת ספק הזרם הישר במעבדה מהלך ביצוע הניסויים יבוצע אך ורק לפי חוברת המעבדה עם סיום הניסוי יש להפסיק את אספקת המתחים, לפרק את המעגל ולהחזיר את הציוד למקום אין לעזוב את המעבדה ללא אישור המדריך לפני הפעלת המכונה יש לפנות את מקום העבודה מחפצים ולוודא שאיש לא נמצא בקרבת המכונה.

7 5. אמצעי זהירות נוספים אין לעמוד מול מכונה מסתובבת (במישור ניצב לציר סיבובים). אין לגעת או לטפל במכשיר לא מוכר, או שאינו שייך לניסוי. במידה וקיבלת מכשיר שאינו מוכר לך ואין בידך הוראות שימוש, בקש הסבר מהמדריך. לפני שימוש בציוד ובחוטי חשמל יש לוודא שהם מתאימים למעגל הנוכחי. לפני שימוש בחוטי חשמל יש לוודא שהם והבידוד שלהם תקינים. יש לוודא כי החוטים בעלי קצוות ללא אפשרות מגע במוליכים. לפני הפעלת מכונות, יש לוודא שרשתות הגנה מורכבות במקום הנכון. לפני תחילת הרכבת המעגל, יש לוודא שכל המפסקים במצב מופסק (שני מפסקים בטור) ולתלות שלט הזהרה מתאים על המפסק הראשי. שים לב: להוריד שלוט האזהרה רשאי אך ורק מי שהרכיב אותו. לפני פעולות עם רוטור של מכונת השראה (ניסוי מכונת השראה), יש לוודא שמתח לא מסופק למכונה, לוחיות אזהרה "אסור למתג" נמצאות והמכונה לא מסתובבת. רק לאחר מכן ניתן להוריד את רשת ההגנה. אחרי הפעולה יש להחזיר את הרשתות למקומן. במהלך ביצוע ניסויים אסור לפרק כיסוי מגן ממכונות חשמל. לאחר הרכבת המעגל יש לקרוא למדריך לבדיקה. אין להפעיל את המעגל לבד במידה ויש צורך לעשות שינויים כלשהם בחיבורי המעגל, ביצוע השינוי. יש להפסיק את אספקת המתח לפני 5.11.אסור לנתק מוליכים תחת זרם (ניתוק מסוג זה מביא להתכת מגעים, ליצירת קשת וכוויות כתוצאה מכך) אין להפעיל את המערכת מחדש ללא בדיקת ואישור המדריך, יש לבצע את כל ההתנעה מחדש במקרה של הפסקת חשמל כללית או מקומית, יש לפתוח את מפסק המתח הראשי ולקרוא למדריך יש לבצע שינוי ערך של הריוסטטים אך ורק ע"י יד אחת. אין להניח את היד השנייה על גופים מאורקים או גופים תחת מתח אין להשאיר מעגל ללא השגחה בכל מקרה של תאונה המחייבת הפסקת המתח במעבדה, ניתן לעשות זאת ע"י לחיצה על מפסק חירום (לחצן אדום) המותקן על הקירות במעבדה. וודא מיקומם לפני תחילת הניסוי במקרה של היפגעות מכאנית או חשמלית, יש להגיש עזרה ראשונה ולקרוא.101 לעזרה רפואית בטל

8 א( 03.הכרות עם מקום עבודה ניסויי מעבדה מס' 1 4 מתבצעים בחדר 005 בבנין 33 (איור 03-01). בחדר מעבדה של מכונות חשמל ישנן שמונה עמדות בקרה של מכונות חשמל. יורים ) וממכונות חשמל שונות (איור 03-07). כל עמדה מורכבת משולחן עבודה איור מעבדה של מכונות חשמל על מעמד האנכי של שולחן המעבדה נמצאים משנה תדר,מד הספק, מחשב, ריוסטטים ושנאי עצמי המשמש את מעגל העירור של מכונות זרם ישר ומכונות סינכרונית, סוגים שונים של מדי מתח וזרם, חישני HALL EFFECT למדידות של מתח וזרם (איור 03-02). איור עמדת ניסוי של מכונות חשמל

9 03-03). הם איור ריוסטטי וויסות rheostats) (Slide ריוסטטים בעלי זחלן, המשמשים לשליטה במכונות חשמל, נמצאים בצדדים של שולחן פועלים במתח.220Vdc במהלך העבודה הם עלולים להתחמם. המעבדה (איור א) ב) איור לוחות חיבורים: א) עבור מנוע השראה; ב ( עבור מכונת DC ומכונה סינכרונית

10 ב- על פני השולחן מצד שמאל וימין ממוקמים לוחות חיבורים של מכונות חשמל. על הלוח הימני (איור א- ') ממוקמים חיבורים של ליפופי הרוטור והסטטור של מנוע השראה וחיבורי ריוסטטי התנעה במעגל הרוטור. על הלוח השמאלי (איור והעירור של מכונת אספקת אנרגיה ') ממוקמים חיבורים של ליפופי הסטטור וליפופי העירור של מכונה סינכרונית, ליפופי העוגן זרם ישר וגם חיבורם של עומס אקטיבי חד-פאזי ותלת-פאזי. למכונות חשמל ומכשור בזרם ישר וזרם חילופין תלת וחד פאזיים עמודת אספקת החשמל (איור 03-05). סכמות חשמליות של העמודות מוצגות ב- איור בכל עמדה מתבצע באמצאות איור עמודת אספקת החשמל (מבט מכיוונים שונים (

11 Power Input Power AC Power DC S1 S3-0 S VDC 1- phase Dif. Interrupter S phase Dif. Interrupter S0-1 3ph x 400 V 230 V AC 230 V AC The electric scheme of stands: A, B, E, F, G STOP Line 2 S2-0 Synchronizer V V AC AC V AC S2-1 S2-2 START I II 0 G1 G2 G3 Line 2 3ph x 400V AC L1 L2 L3 G1 G3 G2 I 0 II N Rectifier VDC Rectifier 2 40 VDC 230/40 SR-1 SR-2 IN: V AC IN: V AC OUT: V DC + OUT: 0 40 V DC איור א. סכמה חשמלית של עמודות: G F, E, B, A,

12 1- phase Dif. Interrupter S3-0 S3-1 Power AC 3- phase Dif. Interrupter 3ph x 400 V 230 V AC 230 V AC Power Input S0-0 S VDC The electric scheme of stands: C, D, H (orange machines) Power DC S1 STOP Line 2 S2-1 S2-2 S2-0 START SR-1 IN: V AC + OUT: V DC I 0 230/230 Synchronizer V AC Line 2 3ph x 400V AC G1 G3 G2 I 0 N SR-2 + OUT: V DC V AC V AC G1 G2 G3 L1 L2 L3 II Rectifier VDC Rectifier VDC - - II H,D,C איור ב. סכמה חשמלית של עמודות:

13 לצורכי לימוד במעבדה מותקנות שתי קבוצות של מכונות חשמל. קבוצה אחת מכילה שלוש עמדות של מכונות בצבע כתום בעלות הספק של כ- 1kW וקבוצה שנייה מכילה חמש עמדות של מכונות בצבע אפור בעלות הספק כ-.2kW כל עמדה בנויה משלוש מכונות המותקנות על אותו המסד וציריהם מחוברים על ידי מחבר חצי גמיש. א) ב) איור עמדות מכונות חשמל חלקים מסתובבים במכונות חשמל מוגנים על ידי רשתות ומכסים כנגד נגיעה מקרית. ריאוסטטים R8 R7, הממוקמים מעל המכונות מתחממים במהלך הניסוי. 3ph x 380V/ 15A א). מד מומנט ב). שנאי עצמי - איור ציוד נוסף לביצוע ניסויים במעבדה למדידת פרמטרים מכאניים של מנועים, משתמשים במד מומנט (איור, א ( ובמד מהירות סיבוב. ליד כל שולחן מעבדה נמצא שנאי עצמי תלת-פאזי המצויד במערכת הנעה "העדינה" (איור ב). לנוחות ביצוע עבודות הרכבת המעגלים, ליד כל שולחן מעבדתי תלויים על ווים מוליכים חשמליים: 20 אדומים, 20 שחורים ו- 5-6 מוליכים שחורים קצרים. מבנה ובידוד של המוליכים מאפשר שימוש בטיחותי עד מתח של 1000Vac וזרם 32A (איור.(03-09

14 הזנת חשמל למעבדה מתבצעת על ידי לוח חשמל (איור א ). בחלקו השמאלי של הלוח נמצאת חלוקת זרם חילופין לכל הצרכנים: עמודות אספקת חשמל לשולחנות מעבדה ומיישר טיריסטורי (איור ב ), המשמש כספק זרם ישר למכונות זרם ישר. בחלקו הימני של הלוח נמצאת חלוקת זרם ישר לעמודות אספקת החשמל לשולחנות מעבדה. א) לוח חשמל ראשי ב) ספק זרם ישר איור ציוד הזנת הספק במעבדה על פי דרישות הבטיחות במעבדות מותקנים מפסיקי חירום להפסקת הזנת החשמל. המפסקים מותקנים על קירות המעבדה (איור 03-10). איור ציוד בטיחות במעבדה (לחצן הפסקת חירום (

15 ניסוי מעבדה מס' 5 מתבצע בחדר 028 בבניו 33. עמדת הניסוי מופיעה על האיור איור עמדת ניסוי "תאי שמש" איור 03-12: מדגם ניסויי "תא שמש"

16 מדגם ניסויי מהווה סט בעל ארבעה תאי שמש (ציור 03-12). מקור האור המשמש כ-"שמש מלאכותית" הינו פנס (איור 03-11) שבתוכו נמצאת מנורת פריקה בלחץ גבוה. הזנת "השמש המלאכותית" נעשית ע"י שנאי עצמי ויחידת הזנה בעלת משנק ומערכת הצתה. מדידת מתח הזנה של "השמש המלאכותית" מתבצעת ע"י מד מתח.AC מדידת זרם העומס של תאי שמש והתנגדות של תרמיסטור מתבצעת ע"י רב-מודד. מתח על תאי השמש נמדד באמצעות מד מתח.DC

17 4.ציוד. במעבדה להמרת אנרגיה במהלך ניסוים משמשים וולטמטרים ואמפרמטרים זרם ישר וזרם חילופין, ווטמטרים, סטרובוסכופים גם אנלוגיים, גם דיגיטאליים. במעבדת אלקטרוניקה תעשייתית (ניסוי תאי שמש) משמש ציוד רב מטרתי מולטי מודדים דיגיטאליים ואנלוגיים שמאפשרים למדוד מתח, זרם, התנגדות, וכמו כן לוקס מטרים אנלוגיים ודיגיטאליים. 1. לפי מבנה הוולטמטרים והאמפרמטרים הם עמדתיים. המצב הנכון שלהם הוא אנכי. הסימן האנלוגי מעיד על כך או כתוב את זה בחוברת של המכשיר. על חזית המכשיר 2. דרגת הדיוק של מכשיר מצוינת על חזיתו. לדוגמה , או 1.5. זה אומר שטעות מדידות המכשיר היא לא גדולה מ 0.5%, 1.0% או 1.5% מגודל מקסימאלי של סקאלת המכשיר. דוגמה: מכשיר מודד זרם עד A6 (סקאלת המכשיר עד A). 6 דרגת הדיוק של המכשיר היא 1.5. זה אומר שטעות מוחלטת מובטחת של המכשיר לא גדולה מ A. =1.5%*6=0.015*6=0.09 Δ אז טעות יחסית קטנה יותר אם גודל הנמדד נמצא בחלק ימין של סקאלת המכשיר מאשר בחלק השמאל. או.DC 3. הוולטמטרים והאמפרמטרים משמשים מיועדים לפעולה עם זרם ומתח AC מסומן על כך על סקאלת המכשיר. לזרם ומתח AC סימן "~" ל, - DC " " מכשירי העמדה המיועדים לפעולה עם חשמל DC שייכים למכשירים בעלי מערכת מגנטו-אלקטרית (איור 04-01). על סקאלת המכשיר נמצא סימן " ". איור מכשירים בעלי מערכת מגנטו-אלקטרית.

18 עיקרון פעולה של מכשירים מסוג זה הוא: סליל מורכב על מסיבים בין הקטבים של מגנט קבוע יציב. בזמן זרימת זרם דרך הסליל הוחל מומנט פרופורציונאלי לזרם. מומנט מסבב את הסליל עד שקפיץ מכויל מדויק עוצר אותו. קוטביות של אות נכנס מסומנת על כניסת המכשיר: + מגע אדום, - מגע שחור. החיבור לא נכון עלול לגרום לנזק למכשיר מכשירי העמדה המיועדים לפעולה עם חשמל AC שייכים למכשירים בעלי מערכת אלקטרו-מגנטי (איור 04-02). על סקאלת המכשיר נמצא סימן " ". איור מכשירים בעלי מערכת אלקטרו-מגנטי. בכשירים האלה גם נמצא הסליל אבל מחובר יציב. חלק נע הוא ליבת ברזל (להב). כאשר זרם זורם דרך הסליל, הוחל שדה מגנטי ומושך אלו לבת ברזל, ללא תלות בכיוון הזרם. הזזת עוגן (להב) מוגבל על ידי קפיץ מכויל מדויק. גודל ההזזה הוא בפרופורציה לזרם ברבוע. במקרה כללי אין לזה קשר לגודל RMS של הזרם. אבל גודל ההזזה הוא כן בפרופורציה לגודל RMS של הזרם, נכון לצורתו מסוימת. המכשירים המשמשים מכוילים בהתאם לזרם ומתח סינוסוידלי. שימוש במעגלי DC או מעגלי חשמל לא סינוסוידליים גורם לקבלת תוצאות שגויות פרמטרים של מעגלי זרם חילופין מודדים גם בעזרת מכשירים בעלי מערכת מישרת (איור 04-03). על סקאלת המכשיר נמצא סימן " ". הסימן הזה אומר שהמכשיר כולל מכשיר DC בעל מערכת מגנטו-אלקטרית ומישר על סקאלת של מכשיר בעל מחוגה נמצא עוד סימן " " כוכבית עם מספר בפנים. המספר מסמן לאיזה מתח ב kv מיועד בידוד המכשיר חוץ מהמכשירים האנלוגיים הנ"ל מדידות מתח וזרם חילופין ניתן לבצע בעזרת מכשיר בעל מערכת דיגיטאלי (נספח מס' 3).

19 איור מכשיר כולל מכשיר DC בעל מערכת מגנטו-אלקטרית ומישר..(4.4 למדידות מהירות סיבובית של צירי מכונות חשמליות במעבדה משמשים טכומטרים, גם טכומטרים אלקטרוניים בעלי מחוגה, וגם טכומטרים דיגיטאליים. שניהם כוללים מנורה סטרובוסקופית וספק בעל תדירות משתנה. (נספח מס' 4.1. במכשירים בעלי מחוגה מנורה סטרובוסקופית מחוזקת על מרכב הספק ומכשיר עצמו מעמיד על אותה מסגרת שמכונת חשמל עומדת עלה. מנורה מאירה ציר המכונה עם סימן לבן..4.2 בטכומטרים דיגיטאליים מנורה סטרובוסקופית מחוזקת על גדר מגן של מכונת חשמל ומאירה מצמד שמבצע חיבור בין מכונות חשמל. על הממד מסומן עם סימן לבן. ספק נמצא על עמדת הניסוי. המכשיר הוא גנראטור פולסי הצתה של מנורת התפרקות גזית. מחזור הבאת פולסים T l משנים בעזרת ידית הגוי. המכשיר מודד באופן אוטומטי מחזור T l בעזרת ספירת מספר פולסי כיול באים במחזור חוזר במחזור הבא גדלים N* T c.t c מחזור T l מגדירים לפי נוסחה.T l = T c *N במחזור אחד T l מספר פולסים N מסופר, ω=(1/nt c )*60 מכניסים למחשבון, שמחשב מהירות סיבובי ציר סל"ד. תוצאת חישוב מוצגת על הצג ω לפי נוסחה דיגיטאלי. מחזור הבא של T l שוב חישוב מספר פולסים וכולי. דיאגראמות הזמן של פעולת טכומטר מופיעות על איור מדידות הספק מבצעים בעזרת וואטמטר אנלוגי אלקטרוני נמצא על עמדת הניסוי. תיאור המכשיר ומדריך שימושו נמצא בנספח. 5 6.תיאור לוקסמטרים משמשים דיגיטליים ואנלוגיים נמצא ונספח.,6a 6b

20 פולסי הצתת מנורה פולסי שליטת על המונה N פולסי כיול N מחזור ספירת פולסים מחזור חישוב מהירות סיבובים והצגת התוצאה מחזור ספירת פולסים איור דיאגראמות הזמן של פעולת טכומטר 7. עיקרון פעולה של מכשירים דיגיטליים משמשים בניסוים כדלקמן. מולטי מודד דיגיטאלי מיועד למדידות מתח וזרם DC ו AC ומדידת התנגדות. בלוק- סכימה מפושטת של מכשיר מופיעה באיור V אטניואטור הכניסה I DC ממיר AC- DC AD ממיר V AC הצגה דיגיטאלית A מצד זרם ציור בלוק- סכימה מפושטת של מולטי מודד.

21 המתח הנמדד נמסר על מגעים V דרך אטניואטור הכניסה, באשר נותן מתח יציאה לא יותר מ mv 200 כאשל הידית של טווח מדידות במצב הנכון. במדידת מתח DC המתח נמסר ישר למקשר.(Analog Digital) -A D במדידת מתח AC המתח מומר קודם למתח DC בממיר.AC DC גודל המתח בפּ רוֹפּוֹר צ יה לגודל rms של מתח.AC אחר כך הוא נמסר למקשר A. - D במקשר המתח הנמדד V m מושווה למתח יחוס (standard) 6). כל מדרגה של המתח מהווה.0.4mV V st שמוגדל באופן מדורג (ציור -0 כאשר מתח יחוס גודל על מדרגה אחד, מספר פולסים במונה A D של הממיר גודל ליחידה אחד. כאשר מתח יחוס עולה על המתח הנמדד המונה נסגר ומספר פולסים המתקבל N מוצג על הצג הדיגיטאלי. במדידת זרם, הזרם הנמדד נמסר על המגעים A וזורם דרך מצד זרם מכויל. למספר בשיטה המתוארת למלה ומוצג על הצג הדיגיטאלי. מפל המתח הנוצר על המצד מומר V st V m V m V st t פולסי הממיר AD N t איור איור לעיקרון פעולת המקשר A D-

22 8. מד כוח M o M o M 1 M M m1 DC machine Arm Stator (frame) Rotor m2 L arm Force gauge The kinematic scheme of measurement of force rotating a rotor (stator) איור מד כוח

23 9. עיקרון פעולה של מד מהירות איור מד מהירות

24 שימוש ב EXEL 1. גרף של תלות המשתנה אחד מהשני..1.1 בחר תא וכתוב שם של משתנה בלתי תלוי. בתא צמוד ימין (או שמאל בגרסה עברית) שם משתנה תלוי. כתוב.1.2 תמלא עמודים עם כותרת בנתונים. דוגמה : טבלה 1. Y X סמן בעזרת חץ כל שטח הטבלה יחד עם הכותרות העמודים. => בתפריט החלון בחר אופציה => Click <=Chart Wizard יופיע חלון Wizard <= Chart בחלק שמאל החלון תעשה Click על (scatter) XY => בחלק ימין החלון sub-type Chart יופיע אופציות של גרף=>.Finish על <=Next<=Next Click על חלון באמצע של עמוד שמאל=> חל דיאלוג המסך יופיע גרף..1.3 גרף התלות של כמה משתנים במשתנה אחד תן כותרות לעמודים (כבסעיף 1). כאן יש אפשרות לשני אופציות: לכל משתנה בלתי תלוי מתאים סט שלם של כל משתנים תלויים. במקרה זה מלא את הטבלה כבסעיף 1: בחר תא וכתוב שם של משתנה בלתי תלוי. בתאים צמודים ימין (או שמאל בגרסה עברית) כתוב שמות משתנים תלויים. תמלא עמודים עם כותרת בנתונים. דוגמה: טבלה 2. X Y1 Y2 Y לגודל מסוים של משתנה בלתי תלוי מתאים משתנה תלוי אחד. כל תלות נמדד בנפרד. גדלים של משתנה תלוי לא זהים בסט מדידות. קיימים סטים של נתונים. במקרה זה מלא את הטבלה בסגנון הבא: בחר תא וכתוב שם של משתנה בלתי תלוי. בתאים צמודים ימין (או שמאל בגרסה עברית) כתוב שמות משתנים תלויים. תמלא עמודים עם כותרת בנתונים. 15

25 דוגמה: טבלה 3. X Y1 Y2 Y3 x 1 y 11 x 2 y x n y 1n y 21 x n+1 y 22 x n+2. x m y 2m y 31 x m+1 y 32 x m+2. x k y 3k 2.2. לקבלת גרף סמן בעזרת חץ כל שטח הטבלה יחד עם הכותרות העמודים. פעולות הבאות תעשה לפי סעיף לפעמים יש צורך לבנות גרף של משתנה תלוי אחד מהטבלה רב משתנים, כאשר עמוד עם נתונים של משתנה לא תלוי לא נמצאים ליד משתנה תלוי. לדוגמה Y3=f(X) בטבלה 3. לזה סמן בעזרת חץ עמוד => X לחץ כפתור Ctrl יחד עם זה סמן בעזרת חץ עמוד Y3. פעולות הבאות תעשה לפי סעיף ניתן להוסיף לגרף ציר אנכי לצורך לסמן תלות של המשתנה השני במשתנה בלתי תלוי. נניח נתון גרף של שתי תלויים: Y2=f(X) ו Y1=f(X). הציר מתאים ל Y1. יש צורך להחניס ציר מתאים ל Y2. (לדוגמה Y1 מתח ו Y2 מומנט של מנוע). לצורך זה עושים Double Click על הגרף Y2=f(X) <= יופיע חלון Series.OK <=Secondary <= Axis <= Double Data ציר חדש יופיע על הגרף ימין. תן לה שם.(Title) לזה תעשה קליק על הגרף. בחר בתפריט עליון אופציה "Data" יוחלף לאופציה Chart<="Chart" <= Click Chart options <= Click חלון options <=Titles <= Chart חלון.OK <= כתוב שם הציר <= Second value (Y) axis 16

26 5. הסדר נתונים בטבלה נעשה בעזרת אופציה של תפריט עליון."Data" נניח יש צורך לסווג נתונים של Y3 Y2, Y1, X, לפי עלית גודל X בטבלה 3. סמן בעזרת חץ עמודים X ו Y1 בקטע של Y1=> בתפריט עליון => Sort<= Click Data חלון.X נכתב בסדר לפי עלית הנתונים של Y1 Y1,X בקטע.OK <= Ascending by X <= Sort סמן בעזרת חץ עמודים X ו Y2 בקטע של Y2. עושה פעולות כמו במקרה של Y1. (בחלון Sort מקבלים כתוב: " (קואודינטה של עמוד."by Column X) עושה פעולות הנ"ל מספר פעמים הנדרש. 6. אפרוקסימציה של גרף כאשר בהכרח לדעת גודל הפונקציה בין הגדלים הנמדדים. ניתן לעשות את זה דרך אפרוקסימציה של גרף שנבנה. זאת אומרת צריך להתאים תלות מתמטי מתאימה לנתוני ניסוי מיטבי {שמתאר גרף ניסוי מיטבי}. לדוגמה אופיין ריקם לפעמים מתואר טוב בעזרת פולינום, ואופיין קצר בעזרת קו ישר. לצורך אפרוקסימציה סמן בעזרת חץ קו של גרף הניסוי. בתפריט עליון בחר <=Click. Chart Add =>חלון Trendline Trendline Add =>סוג של אפרוקסימציה של תלות מתמטי מתאימה=>.OK קו אפרוקסימציה יופיע על הגרף. אם הוא לא מספק אותך סמן ותמחק אותו.חזור לכל הפעולות מחדש ובחר את פונקציה אחרת. אתה יכול לשמור על הגרף רק קו אפרוקסימציה ונקודות נמדדות. לזה סמן קו של גרף ניסוי=> Double =>חלון Click Series"."Format Data בחלק Color" "Line בחר צבע של קו זהה לצבע של רקע הציור=>.OK הקו ההתחלתי נהיה בלתי נראה ונקודות נשארות. הביטוי המתמטי של פונקצית אפרוקסימציה ניתן לקבל בחלון Trendline.Display <= Click Options <= Add equation on chart 17

27 אוניברסיטת בן גוריון המחלקה להנדסת חשמל ומחשבים המעבדה להמרת אנרגיה שנה ג'. ניסוי מס' 1. מכונה לזרם ישר בעלת קולקטור כגנראטור..1

28 מבוא לניסוי. תיאור של גנראטור לזרם ישר בעל קולקטור עקרון פעולה של גנרטור לזרם ישר. איור מודל של גנרטור לזרם ישר על פי חוק השראה מגנטית ידוע, כי במוליך הנע בשדה מגנטי נוצר כוח אלקטרומניע (כא"מ) מושרה. המערכת המוצגת באיור מורכבת מסטטור מגנט קבוע ונייח, אשר מכיל בין הקטבים שלו רוטור גלילי הבנוי מחומר פרומגנטי. לכן, במהלך הסיבוב של הרוטור, השטף המגנטי בין הקטבים נשאר קבוע. נחבר למעטפת הרוטור שני מוליכים ab ו- cd כך, שיהיו מקביליים לציר הסיבוב של הרוטור. במהלך הסיבוב של הרוטור במוליכים ab ו- cd מושרה כא"מ בכיוון המוגדר על ידי כלל של יד ימין (איור 2) 1.0- ובעל ערך המחושב לפי.e=vlB: איור השראת כא"מ בוליך. אם נחבר את קצוות b ו- c באמצאות מוליך ואת הקצוות a ו- d נחבר לטבעות מוליכות היושבות על הציר של הרוטור, אזי הפרש פוטנציאלים בין הטבעות יהיה כדלקמן:

29 ר( 3 V=2e=2vlB איור מכונת חשמל בסיסית לזרם חילופין. אם לטבעות אלה נחבר מברשות (brush) מקובעות a ו- b (איור 3), 1.0- אשר מחוברות למעגל סגור, אזי דרך המעגל יזרום זרם חשמלי. במהלך סיבוב הרוטור מתח על המברשות משתנה כפי שמוצג ב איור עקב השתנות של הצימוד בין השדה המגנטי לבין המוליכים ab ו-.cd איור מתח על המברשות במהלך סיבוב הרוטור. מתח על המברשות מקבל צורת טרפז, מכוון שבמרווח אוויר הצר, בין הסטטור לרוטור, שדה מגנטי הינו אחיד והמוליך נע מתחת לקוטב המגנטי (pole) בכיוון מאונך לקווי השדה המגנטי. רק באזורים הצדדים של הקטבים המגנטיים, עוצמת השדה המגנטי נחלש, ולכן, באזורים הללו כא"מ המושרה במוליך קטן או גדל (תלוי בהתרחקות או התקרבות לקוטב). באופן זה מערכת הבסיסית המוצגת באיור מהווה מכונת חשמל לזרם חילופין הבסיסית ביותר. בכדי לקבל מכונה לזרם ישר נדרש ליישר את מתח המוצא. שיטה הישנה ביותר ליישור מתח המכונה הינה שימוש בקומוטטור, אשר ממתג מוליכים ab ו- cd כך, שהזרם המיוצר במעגל החיצוני הינו חד כיווני. קומוטטור מסוג זה נקרא קולקטור. קולקטור הבסיסי בנוי משתי חצאי טבעת, כל אחת מהן מחוברת לאחד המוליכים ab או cd אה איור 5). 1.0-

30 מ. 4 איור מכונה בסיסית בעלת קולקטור. אם מיקום מרחבי של המברשות, ביחס לטבעות החלקה, במכונה הבסיסית של זרם חילופין (איור 3) 1.0- לא משפיע על תופעות במעגל החשמלי, אזי במכונה המכילה קולקטור ההשפעה הזאת הינה משמעותית מאוד. המברשות ממוקמות בצורה כזאת שהמעבר בין המוליכים ab ל- cd יתרחש ברגע שהכא"מ של המוליכים קרוב ab ו- לאפס. זאת אומרת, המעבר מתרחש, כאשר מוליכים cd נמצאים מחוץ לשדה המגנטי. אחרת, בכריכה abcd היה זורם זרם קצר התואם לערכו הרגעי של כא"מ והתנגדות האוהמית של הכריכה. איור מתח על המברשות A ו- B. מברשת A (איור 5) 1.0- מתחברת לחצי טבעת, המחוברת למוליך הנע מתחת לקוטב מגטי N. על המברשת A יתהווה פוטנציאל חיובי. מברשת B מחוברת לפוטנציאל של המוליך, אשר עובר מתחת לקוטב מגנטי S ומקבלת פוטנציאל שלילי. מתח על פני מברשות AB מתקבל בצורה של דפקים חד קוטביים (איור 6), 1.0- ולכן, במעגל החשמלי זורם זרם בכיוון אחד בלבד. שיעור השינוי במתח או זרם נמצא בגבולות מאפס עד לערך המקסימאלי. אדוות המתח או הזרם ניתן להקטין, אם נשתמש במספר רב של זוגות מוליכים. בכל זאת נפילת המתח עד לאפס נשארת (איור 7) איור תח על המברשות במערכת של שתי כריכות מאונכות.

31 5 נכניס הגדרות מסוימות: באיור מוצג מבנה אשר נקראת מכונה לזרם ישר בעלת קולקטור. חלק מהמכונה הכוללת מקור של שדה מגנטי (איור 1) 1.0- נקרא אינדוקטור. חלק המסתובב המכיל גליל פרומגנטי עם מוליכים נקרא עוגן.(anchor) שימו לב להגדרות : אינדוקטור ועוגן - אלה רכיבים של מעגל מגנטי, רוטור וסטטור רכיבי המבנה. באופן כללי, כל מכונת חשמל הממירה אנרגיה מכאנית לאנרגיה חשמלית נקראת מחולל (או גנראטור), מחולל סינכרוני עם מיישר. למשל איור מכונת זרם ישר בסיסית (פשוטה ביותר) בעלת קולקטור. באיור מוצגים מרכיבים בסיסיים של מכונה לזרם ישר דו קוטבית בעלת קולקטור. מעגל מגנטי העיקרי של המכונה מורכב ממרכיבים הבאים: שלדת frame) (yoke, פלדה בצורת גליל חלול, קטבים מגנטיים המחוברים לשלדה ומורכבים מפחיות פלדה אלקטרו-טכנית, עוגן הבנוי מפחיות פלדה אלקטרו-טכנית גם ומרווח אוויר בין הרוטור לסטטור. שדה המגנטי מיוצר על ידי סלילי עירור coil) (excitation הממוקמים על הקטבים. ליפוף העוגן (armature) מותקן בחריצי הרוטור ומחובר אל הקולקטור. מתח המכונה נמדד מזוג מברשות פחמיות. מעבר לשטף מגטי העיקרי במכונה flux),(excitation המוצג באיור חלק מהשטף אינו נסגר דרך הרוטור. מרכיב שדה זה אינו משתתף בייצור כא"מ נקרא שטף פיזור מגנטי flux).(leakage עוגן של מכונת זרם ישר בעלת קולקטור במכונות חשמל לזרם ישר בעלות קולקטור, מרכיב הבסיסי של ליפוף העוגן מהווה פלח (section) העוגן (איור 9), 1.0- המהווה סליל נפרד המכיל כריכה אחת (כפי שנאמר לעיל) או יותר.

32 6 section upper side slot pitch 2 y rotor s teeth section lower side איור פלח (section) הליפוף גודל פלח הליפוף, באופן שגרתי, מיוצר בגודל הקרוב לגודלו של צעד הקוטב pitch) (pole המכונה. כאשר: y τ = 360 o 2 p (coil span) רוחב הפלח y τ גודל של צעד קוטב המכונה 2p מספר קטבים במכונה כל צד של הפלח הליפוף נמצא בחריץ נפרד של הרוטור (ז.א כל פלח הליפוף תופס שני חריצים). לכן מספר חריצי הרוטור Z 2 שווה למספר פלחים N: מספר חריצי הרוטור, ובהתאם מספר הפלחים, Z = 2 N במכונות גדולות מספר החריצים יכול להגיע עד לעשרות רבות ואפילו למאות. עולה יחד עם גודל ההספק והמימדים הפיסיים של המכונה. לאותו החריץ של הרוטור מכניסים צדדים של פלחי הליפוף שונים. במכונות בינוניות וגדולות, מוכנס הליפוף לפי שכבות (איור 10) במכונות קטנות ניתן להכניס ליפוף בשכבה אחת.

33 7 איור מילוי שלחריץ העוגן על ידי סלילים. פלחי הליפוף מפוזרים על פני הרוטור באופן, אשר מהווה מערכת רב פאזית סימטרית. כל פלחי הליפוף מחוברים בצורה של מצולע משוכלל, בדומה ליצירת משולש במערכת תלת פאזית. (איור 11) התחלה וסוף של כל פלח מתחברים ללמלות (lamella)) - לוחיות מנחושת ממנו בנוי הקולקטור) הסמוכות. התחלה של פלח הליפוף מתחבר יחד עם הסוף של הפלח הקודם (איורים 12) , 1.0- הליפוף המתואר לעיל נקרא ליפוף מסוג תוף.(drum) יחסים העיקריים בעוגן של מכונת זרם ישר בעלת קולקטור: כאשר: Z = N = K 2 Z 2 מספר חריצי הרוטור N מספר פלחי הליפוף K מספר למלות של הקולקטור b) a) איור משולש תלת פאזי (a) וליפוף רב פאזי של העוגן (b) המחובר למצולע משוכלל.

34 8 איור מתווה פילוג הליפוף בהתאם לאיור (b איור מקטע של קולקטור. 360.α = Z 2 o כל פלח פאזה באיור מפגר אחרי פלח הבא בזווית: = 45 מכיוון שכל הפלחים של הליפוף מחוברים בטור, כא"מ מושרה מתקבל כסכום וקטורי: r r r E = e e o

35 9 איור רכיבי מבנה של מכונה בעלת קולקטור. באיור מוצגים רכיבי מבנה של מכונה לזרם ישר בעלת קולקטור, המתאימים למתווה מאיור כל פלח הליפוף מיוצג בשני צדדים על ידי סיפרה ועל ידי אותה סיפרה עם "תג". צדדים של פלח הליפוף הנמצאים בשכבה עליונה של החריץ ממוספרים בספרות 1-8. צדדים הנמצאים השכבה הפנימית של החריץ ממוספרים על ידי ספרות 8-1. שני פלחי הליפוף (מספר 3,3 ו- מספר 7,7) מחוברים ללמלות של הקולקטור. צדדים שלא נראים ופלחי הליפוף האחוריים אינם מוצגים באיור. מכוון שבליפוף מסוג תוף תחילת הפלח והסוף שלו מחוברים ללמלות סמוכות (איור 12), 1.0- אשר נמצאות בסביבה של ציר הסימטריה של הפלח, אזי למלות מוזזות ב ביחס לצדדים של הפלח. בגלל שמברשות פחמיות חייבות לקצר פלח הליפוף רק ברגעים, כאשר צדדים שלו נמצאים בין הקטבים המגנטיים (באיור במצב זה כא"מ של צדדי הפלחים 3 ו- 7 שווים לאפס), אזי הם נמצאים על ציר הרוחב של קטבים.YY כא"מ מחזורי מוצג בדרך כלל כהיטל של וקטור מסתובב על ציר מסוים. באיור א מוצג מצולע משוכלל של מתח הליפוף, איכן מתח הפלח שווה להיטל של הוקטור הכא"מ על ציר Y. אזי, עבור מצב הרוטור המוצג באיור ערך מקסימאלי של כא"מ מקבלים פלחים 1'1 ו- 5'5, אשר עוברים מתחת לאמצע הקטבים ברגע מסוים. לכן, הוקטורים שלהם 5 1, מכוונים במקביל לציר Y (איור 15, 1.0- א). להיפך, וקטורי הפלחים 7,7' ו- 3,3' מכוונים בניצכ ציר Y, מכוון שכא"מ של הפלחים הללו שווה לאפס. וקטורי כא"מ של פלחים אחרים מקבלים כיווני ביניים, כפי שמוצג באיור א,.

36 10 א( ב( איור דיאגראמה וקטורית של ליפוף העוגן. אדוות מתח העוגן. במצב הרוטור המוצג באיור 14, 1.0- על פי צורת המצולע ניתן לראות, כי מתח על המברשות V 0 ברגע r r r r r. E = e8 + e1 ערכו + e 2+ e3 מסוים שווה להיטל של וקטור הסכום של כא"מ צדדי מ- 7 עד 3 על ציר Y: המקסימלי של המתח יתקבל כאשר וקטור 7-3 יכוון לאורך ציר Y על ידי סיבוב המתאים של הרוטור (איור 1.0-.(b,15 דיאגראמה וקטורית באיור מציגה רק צד אחד של פלחי הליפוף. דיאגראמה עבור צד השני של פלחי הליפוף תהיה זהה. במהלך סיבוב העוגן, כפי שמוצג איור 15, 1.0- מתח על פני המברשות משתנה בצורת דפקים בתחום מסוים. לכן ערך יחסי של מתח הדפקים שווה [2.3]: ΔV = V 2 α tg 4 דוגמאות חישוב של אדוות המתח על המברשות מוצגות בטבלה: מס"ד 1 מספר למלות בקולקטור K=Z 2 4 זווית מופע בין שני פלחים הצמודים 360 o /Z 2 90 о אדווה יחסית של מתח על המברשות o 22.5 o o כפי שניתן להסיק מהטבלה, אפילו הכפלה של מספר למלות בקולקטור וחיבור טורי של פלחי הליפוף, בהשוואה עם מבנה פשוט באיור 5, 1.0- נותנת מתח באיכות גבוה יותר.

37 תגובת העוגן במהלך פעולתו של המחולל בריקם, ליפוף העירור מייצר בו שדות מגנטיים. לאחר חיבור העומס, זורם דרך סלילי העוגן זרם, המייצר שדות מגנטיים נוספים. השפעת השדות המיוצרות על ידי ליפוף העוגן על שדה העירור (שדה מקורי) נקראת תגובת העוגן. תגובת הערב בשלב ראשון, לצורכי הבנה מקובל להזניח את תופעת הרוויה המגנטית של מעגל מגנטי, מה שמאפשר להשתמש בעיקרון סופרפוזיציה. באיור ניתן לראות את קווי השטף המגנטי ואת כא"מ של המכונה במהלך עבודתה בריקם. קו XX המהווה ציר סימטריה אנכי של מערכת מגנטית נקראת קו ניוטרל הגיאומטרי. במהלך סיבוב הרוטור נגד כיוון השעון, נוצר כא"מ בפלחי ליפוף העוגן המכוון אל מחוץ לדף בחלקו העליון של העוגן ולתוך הדף בחלקו התחתון של העוגן. א ב איור א. - שדה עירור העיקרי, ב - שדה העוגן. נניח, בשלב ראשון, כי במכונה אין שדה עירור זרם בסטטור שווה לאפס, רוטור עומד והמברשות ממוקמות בקו ניוטרל הגיאומטרי. נחבר מקור מתח ישר לליפוף העוגן כך, שכיוון הזרם יהיה תואם לכיוון של הכא"מ במהלך פעולה בריקם (איור 16, 1.0- b). המברשות ממוקמות במצב זה לאורך ציר.YY שדה מגנטי המיוצרת ע"י זרם העוגן מוצג באיור איור 16, 1.0- b גם. מכוון שציר השדה מכוון במאונך לציר של קטבים העיקריים של המכונה, שדה זה נקרה שדה של תגובת הערב. שדה משוכלל במכונה יתקבל על ידי שילוב של שדה התגובה עם שדה העיקרי. מתחת לצדו הימני של קוטב N וצדו השמאלי של קוטב S, שדה העיקרי ושדה התגובה מכוונים הפוך אחד לשני. לכן באזורים אלו שדה המשוכלל מוחלש, ולהיפך, בצדם ההפוך של הקטבים אלו, שדה התגובה מתחבר עם שדה העיקרי.

38 12 לסיכום, שדה המשוכלל מסתובב בכיוון הסיבוב של הרוטור (איור 16, 1.0- a). נקודות a ו- b באיור 17, 1.0- בהם עקומת שדה המשוכלל עוברת דרך האפס, מגדירות מצב גיאומטרי של ניוטרל הפיסי. איור פילוג של שדה מגנטי המשוכלל במצב בו המברשות מתלכדות עם קו ניוטרל הגיאומטרי. במהלך פעולתה של המכונה בריקם, קו ניוטרל הפיסי מתלכד עם קו ניוטרל הגיאומטרי, אך במהלך עבודה בעומס, הוא מוזז בכיוון הסיבוב בזווית מסוימת α. באופן כללי, ערכו של שטף המגנטי אינו משתנה. במכונת חשמל אמיתית חלחלות המגנטית (פרמיאביליות) של חומר הקטבים תלויה בגודלו של השדה. מכוון שחלקו של הקוטב, ממנו הרוטור מתרחק, נכנס לרוויה מגנטית עקב חיבור של השדות והתנגדות המגנטית של איזור הרווי עולה. בחלקו של הקוטב, אליו הרוטור מתקרב, מתבצע חיסור של השדות ולכן, מידת הרוויה של האיזור הזה יורדת. מכוון שהתנגדות המגנטית של החלק הרווי עולה מהר יותר מאשר ירידת ההתנגדות המגנטית בצידו של הקוטב הלא רווי, אזי שטף מגנטי הכללי וכא"מ יורדים בהשוואה עם משטר עבודה בריקם. תגובת הציר אם להזיז את המברשות ב לכוון של ציר XX בכיוון זה או אחר, אזי שדה מגנטי של העוגן גם יזוז ב- ± 90 о ויתלכד עם ציר של קטבים YY (איור 0.19). שדה העוגן זה נקרא תגובת הציר ויכול להתלכד עם כיוון של שדה העירור או להחליש אותו, אם לסובב את המברשות ב о

39 13 איור שטף העוגן צירי. באופן מעשי, מסיבות שונות, המברשות ממוקמות בזווית קטנה כלפי ציר הקטבים של המכונה.YY לכן, שדה התגובה מכיל רכיבי תגובת הערב ותגובת הציר. אם להזיז את המברשות לפי כיוון סיבוב הרוטור, תגובת הציר תגרום להקטנת שטף הקטבים, ואם להזיז אותן בניגוד לכיוון סיבוב הרוטור, אזי שטף הקטבים יגדל. U = E a ( I R + ΔU ) b a am משוואות של הגראטור. מתח הגנראטור מגדירים ע"י משוואה: כאשר: כא"מ של הגנראטור f E a = C n I C מקדם קבוע של המכונה התלוי במידותיה, שיטת החיבור וחומרים n מהירות הסיבוב בסל"ד I a R am זרם העוגן התנגדות אקטיבית של מעגל העוגן ΔU b מפל מתח על המברשות ממשוואת המתח של הגנראטור ניתן להסיק כי אופיין החיצוני הינו בעל מגמת ירידה מבנה של מכונה זרם ישיר Type C8.L, Leroy Somer במעבדה בחלק מהעמדות מותקנות מכונות אשר יוצרו לצרכי לימוד בלבד על ידי חברת Leroy Somer

40 14 (מכונות בצבע כתום). תמונות של מרכיבים שונים של המכונה מוצגים להלן. מכונות חשמל לזרם ישר אחרות בעלות מבנה דומה ויוצרו על ידי חברות.Heemaf, Smit Slikkerveer בטבלה מרוכזים מספר נתוני המכונה:: ערך פרמטרים מס "ד 1 מספר זוגות קטבים עיקריים 1 2p 2 מספר זוגות קטבים נוספים 2p 1 3 מספר חריצים ברוטור 24 Z2 4 מספר למלות בקולקטור 72 K 5 מספר מברשות במכלול (bracket) 1 גודלו של צעד הקוטב ביחידות של מספר חריצים (Pole pitch per slots pitch) 12 τ 8 y 6 7 צעד הליפוף ביחידות של מספר חריצים (Coil span per slots pitch) במכונה הנתונה קיימים קטבים נוספים ומספר למלות בקולקטור שונה ממספר חריצי הרוטור בניגוד למכונה הבסיסית המתוארת לעיל. הוספת קטבים נוספים משפרת איכות המעבר של המברשות בין הלמלות. במקרים אחדים, מעברים הללו מלווים בניצוצות משמעותיות, הגורמות לקלקול המכונה. קטבים הנוספים מייצרים שדות נוספים המשפרים את תופעות שליליות. קופסת מגעים בסיס העירור עוגן (רוטור) מאוורר איור סטטור ורוטור

41 15 קטבים נוספים קוטב העיקרי ליפופי העירור איור סטטור מכונת זרם ישיר ליבת העוגן קולקטור סימן ממברשות ציר מאוורר שן העוגן קצה של פלח העוגן איור מבנה של רוטור

42 16 איור סכמת הליפוף

43 17 מברשת צומת המברשות איור צומת המברשות תושבת של מיסב מכסה של מיסב איור מכסה של מיסב

44 1 הגדרות אופיין הריקם של הגנראטור היינו התלות בין כא"מ של המכונה לבין זרם העירור שלה, כאשר זרם העוגן הוא אפס והמהירות סינכרונית. ) f.n=const,e=u out = f(i אופיין הקצר של הגנראטור היינו התלות בין זרם העוגן שלו לבין זרם העירור, כאשר מתח יציאה הוא אפס והמהירות סינכרונית. ) f.n=const, I a =f(i אופיין חיצוני של גנראטור היינו התלות בין מתח של המכונה לבין זרם העוגן שלה, כאשר זרם העירור קבוע והמהירות סינכרונית. ) a.n=const,i f =const, U a =f(i אופיין העמסה של גנראטור היינו התלות בין מתח של המכונה לבין זרם העירור שלה כאשר זרם העוגן קבוע והמהירות סינכרונית. ) f.n=const, I a =const, U a =f(i 1

45 2 1. מטרת הניסוי הכרת פעולת מכונה לזרם ישר כגנראטור. מדידת אופייני הגנראטור. בניית אופייני הגנראטור ספרות G. Pherson. An Introduction to Electrical Machines and Transformers.1981, Chap.2 Del Toro. Electromechanical Devices for Energy Conversion and Control Systems.1968, chap. 6. מ. קוסטנקו, ל. פיוטרובסקי. מכונות חשמל חלק א'. כל ספר המתאר פעולות של מכונות חשמל. SPICE Handbook: שאלות הכנה הסבר את תהליך המרת האנרגיה בגנראטור זרם ישר. 3.1 מהן שיטות עירור של גנראטור זרם ישר? 3.2 צייר סכמה תמורה של מכונת זרם ישר המשמשת לניסוי. 3.3 במה תלוי מתח הגנראטור? 3.4 מהו אופיין ריקם של הגנראטור ואיך הוא קשור לתופעת היסטרזיס? 3.5 מהו אופיין קצר של גנראטור זרם ישר וכיצד מוצאים אותו בניסוי? 3.6 מהו אופיין חיצוני וכיצד מוצאים אותו בניסוי? 3.7 מהו אופיין העמסה וכיצד מוצאים אותו בניסוי? 3.8 מהם הפסדי הספק של הגנראטור? 3.9 הסבר את תהליך הפעולה של מכשירי מדידה בצע ניסוי- סימולציה עם מודל (ניספח 9) 3.11 מה המתח AC ו- DC המינימאלי הגורם לסכנת נפשות במעבדה? 3.12 מהו גורמי סכנה במעבדה להמרת אנרגיה? 3.13 מהם תדרי הכי מסוכנים של זרם חילופין?

46 3 4. ציוד לניסוי. 20A 1.5A 10A DC DC AC A1 A2 A4 (עם סכלה 0 (240 Digital 750V 400V DC AC V1 V2 רב מודד טכומטר. שנאי עצמי שנאי עצמי.At1. At2 5. מהלך הניסוי. 5.1 הכנה. זהה את מכונות החשמל, הציוד ולוחות הבקרה על שולחן העבודה. בצד שמול נמצא לוח בקרה של מכונת זרם ישר. בצד ימין נמצאה לוח בקרה של מכונת השראה, שנשתמש בו כמנוע. בעמוד נמצאים מגעים של הזנת חשמל, מפסקי חשמל והגנה. וודא שכל המפסקים, כלל מפסק של הווריאק, פתוחים. שים על המפסקים לוחיות אזהרה. וודא שמכונות צמידות בעזרת המצמדים. סמן את ציוד המדידה לפי תפקידו (מיקומו) במעגל. מומלץ להציב את הציוד על השולחן לפי מיקומו במעגל. רשום נתונים נקובים של מכונת זרם ישר ומכונת השראה. הרכבת מעגל. (איור 5-1). דאג ששנאי At2 מעגל עירור יהיה במצב "0" הרכב את מעגל עירור של גנראטור.DC הרכב את מעגל עוגן של גנראטור.DC דאג שמפסק העומס R7 יהיה במצב "0" במכונות בצבע אפור. הרכב את מעגל עוגן של מנוע השראה. מגעים RV,RW ו RU של נגדי התנעה מחוברים למגעים V W, ו U של רוטור המנוע השראה. דאג שמפסקים 3 2, 1, של נגדי התנעה יהיו במצב."OFF" וודא שמפסקי השנאי עצמי At1 במצב נתק. דאג שהשנאי עצמי במצב "0"

47 230Vac Autotransformer At2 Z A + W V U Y1 Z1 20 A DC A A DC A 2 10 A AC A V DC V V AC V 2 R S T N Single phase DC Load R7 B O AA 0 230VAC DC ZZ X 2 : Y2 Z 2 X1 RW RV RU 4 A1 גנראטור לזרם ישר : 0 230VDC Rectifier VDC SR1 A 2 V 1 (Digital) (Scale 240 ) (Digital) איור 5.1 בדיקת A4 V 2 4

48 הערה: במהלך התנעה וניסוים דאג שהמתח והזרם לא יעלו על הגדלים הנקובים. התנעת המנוע. אחרי בדיקת המעגל ואישור של מדריך הורד את לוחיות ההזהרה. כוון מפסקים המתנע "3","2" ו "5" במצב - ON קצר רוטור. חבר את המתח 044 V לשנאי.At1 הפעיל מפסקי השנאי. העלה באיטיות את מתח השנאי עד התחלה תנועת המנוע. וודא שמחוג של שעון המומנט זז לכוון הנכון. אם לא מזהים תנועת המחוג, הפעל מעגל עירור של גנראטור DC על ידי מפסקים של שנאי AT2 ומיישר 1. RECTIFIER על ידי שנאי.AT2 תוודעו את הזרם על ידי תנועת המחוג. תורידו 0.3In 0,1In תקבעו זרם עירור של גנראטור DC כ- זרם עירור עד 0 ותפסיקו שנאי.AT אם לא תוריד את המתח עד ל "0", פתח מפסק השנאי )OFF( At1 החלף מקום בין החיבורים R ו S. חזור לע פעולות ההתנעה הקודמות. העלה באיטיות את מתח ה שנאי At1 עד.330 V ניסוי ריקם. מדוד מהירות המנוע ע"י טכומטר. רשום את התוצאה. רשום בטבלה את מתח הגנראטור במצב זה. הפעיל מפסק השנאי.At2 רשום בטבלה מתח וזרם עירור הגנראטור במצב זה. בצע לפחות 50 מדידות של זרם עירור, מתח ומהירות של הגנראטור במהלך הגביה את הזרם עירור עד על ידי שנאי At2 1.1I fn רשום בטבלה את תוצאות המדידות. ברגע שהגתם לניקודה אחרונה 1.1I לעשות פעולה הפוכה: להוריד את הזרם ולמדוד fn לפחות ב 50 נקודות את זרם עירור, מתח ומהירות של הגנראטור. רשום את תוצאות המדידות. 1.2 n= טבלת תוצאות ניסוי ריקם. U )עליה( Iעירור U )ירידה( Iעירור

49 6 5.4 ניסוי חיצוני.,0.6 I fn,0.5 I fn 0.4 I fn,0.3 I fn,0.2 I fn 0.1I fn הניסוי מבוצע לגדלי של זרם עירור הגנראטור:בארך כאשר I fn הוא זרם העירור הנקוב. הערה: במכונות בצבע אפור זרם עירור נבחר בגבולות בין A 0 ל A כוון את מתג בורר העומס של הגנראטור R7 למצב "0". רשום בטבלה מתח, מהירות וזרם עוגן הגנראטור. כוון את מתג בורר העומס של הגנראטור R7 למצב "1". רשום בטבלה מתח, מהירות וזרם עוגן הגנראטור. חזור על הפעולה לכל מצבי המתג בורר R7. תחזיר מתג בורר העומס חד פאזי של הגנראטור R7 למצב "0". טבלת תוצאות ניסוי חיצוני I=. עירור n U Iעוגן = Iעירור חזור לפעולה לכל גדלי של זרם עירור דרושים. טבלאות תוצאות ניסוי חיצוני N U Iעוגן Iעירור = n U Iעוגן Iעירור = n U Iעוגן 6

50 7 Iעירור = n U Iעוגן Iעירור = n U Iעוגן Iעירור = n U Iעוגן כיוון את השנאי At2 במעגל עירור עד "0". נתק מפסק של " 1 " Rectifier הורד באיטיות את מתח של שנאי At1 עד ל 0 V (מצב "0") נתק את המפסקי שנאי.At1 נתק את מפסקי המתנע "1", "2" ו "3" אחד אחרי השני. פרק מעגל הניסוי. חזור את כל האביזרים למקום. וודא שמפסק העומס חד פאזי של הגנראטור R7 במצב "0". 5.5 מדידת ההתנגדות הרכב את מעגל מדידת התנגדות של סליל עירור (איור 5-2). 7 איור 5-2. מעגלי מדידת התנגדות הסלילים.

51 8 תציב את ההתנגדות R 1 למצב אמצעי. חבר למעגל מתח DC ע''י מפסקי שנאי At2 ומישר "1 ". Rectifier הערה: במהלך העבודה דאג שזרם לא יעלה על גודל הנקוב. העלה באיטיות את המתח של השנאי. במהלך העלייה תעשה 6 מדידות של זרם I f ומתח רשום נתונים בטבלה. V f של סליל ערור. טבלת תוצאות של מדידת התנגדות. V f I f הורד באיטיות את מתח של שנאי At2 עד ל. 0 V נתק שנאי. נתק מפסק של " Rectifier 1 " הרכב את מעגל מדידת התנגדות של סליל עירור (איור 5-3). איור 5-3. מעגלי מדידת התנגדות הסלילים.." תציב את ההתנגדות 3(4) R למצב ~ max.1/8r חבר למעגל מתח DC ע''י מפסקי שנאי At2 ומישר "2 Rectifier הערה: במהלך העבודה דאג שזרם לא יעלה על 8A. העלה באיטיות את המתח של השנאי. במהלך העלייה תעשה 6 מדידות של זרם I a ומתח רשום נתונים בטבלה. V a של סליל ערור. טבלת תוצאות של מדידת התנגדות. V a I a הורד באיטיות את מתח של שנאי At2 עד ל. 0 V נתק שנאי. נתק מפסק של " Rectifier 2 " 8

52 ע( ע( סוף הניסוי. פרק מעגל הניסוי. החזר את כל האביזרים למקום. וודא שכל המפסקים פתוחים. שים על המפסקים לוחיות אזהרה. 6. עיבוד התוצאות. עיבוד התוצאות מבוצע על המחשב במעבדה. פתח תוכנית "EXCEL" קובץ חדש כללי צורת "10."Lab1_DCgener מלא את נתוני המכונות והציוד הדרוש לפי רשימה מהסיף ניסוי ריקם. אופיין ריקם של הגנראטור היינו התלות בין כא"מ של המכונה לבין זרם העירור שלה, כאשר זרם העוגן הוא אפס והמהירות קבועה. "ר.n=const,E=U out = f(i מלא טבלה מס' 1 לפי נתוני הניסוי. בנה אופיין ריקם לעליה וירידה של זרם עירור על בסיס טבלה 1, על פי כללי תוכנית "אקסל". מצאה פונקציה של אפרוקסימציה בעזרת."EXCEL" למטרה זאת בנה את גרף של ניסוי ריקם בעזרת תוצאות המדידות המסווגות ניסוי חיצוני. אופיין חיצוני של הגנראטור היינו התלות בין מתח של המכונה ובין זרם העוגן שלה, כאשר זרם העירור והמהירות קבועים. "ן =const,u out = f(i ע"ר.n=const,I מלא טבלה מס' 2 לפי נתוני הניסוי סביר להניח שמהירות המכונה לא קבוע במהלך ניסוי חיצוני. סביר להניח בקירוב (אך לא במדויק) שאפשר לעדכן את הנתונים לפי מהירות קבועה. העדכון נעשה לפי הנוסחאות

53 ע( 10 מהירות ריקם, - n מהירות המנוע.) - n o.c ).U * =(n o.c /n) * U,I a * =( n o.c /n) * I a כתוב נתונים מעודכנים לטבלה מס' בנה קבוצת אופיינים חיצוניים לפי זרמי עירור שונים על בסיס טבלה 3, על פי כללי תוכנית "אקסל". 6.3 אופיין העמסה. אופיין העמסה של הגנראטור היינו התלות בין מתח של המכונה לבין זרם העירור שלה זרם העוגן והמהירות קבועים. בנה בעזרת ניסוי חיצוני קבוצת אופייני העמסה. כאשר "ר =const,u out = f(i ע"ן.n=const,I קבלת נתונים. צייר 5 קווים ישרים במקביל לציר מתח על הגרף "אופיין חיצוני" (במרחק שווה בערך). רשום נתונים (מתח, זרם עירור, זרם עוגן) לכל נקודה משותפת של הקו ואופיין חיצוני לגבי כל הקווים המצויירים. כתוב מתחים וזרמי עירור לפי זרמי עוגן שונים, כולל אפס, לטבלה מס' 4. בנה קבוצת אופייני העמסה לפי זרמי עוגן שונים ואופיין ריקם על בסיס טבלה 4, על פי כללי תוכנית "אקסל" בצע חישוב התנגדויות של סלילי המכונה בנה מודל של גנראטור DC ב.SPICE (איור 6-1). R anchor Vdc=0 R f V f Evalue out+ in+ out- in- E 1 EXPR= R 1 1MEG איור 6-1. מודל של גנראטור DC ב.SPICE ו כאשר הם התנגדויות עירור ועוגן הנמדדים בניסוי. ב E value הצב בעזרת תוצאות EXPR R anchor R f ניסוי ריקם. שמש לזה פונקציה אפרוקסימציה של נתוני הניסוי. 10

54 11 בנה אופיין ריקם של מודל הגנראטור. בנה אופיין קצר של מודל הגנראטור. בנה אופיינים חיצוניים של מודל הגנראטור רשום בצורה ברורה את התוצאות המדידות וחישובים בטבלאות. כתוב את כל הנוסחאות הקשורות לחישובים. רשום ושרטט את כל התוצאות של עיבוד הנתונים. תשווה בין תוצאות הסימולציה ובין תוצאות הניסוי. תן הסבר בקטע "מסקנה"..7 לעיצוב עבודה נא להשתמש בתוכנה Lab1_DCgen_10.xls שנמצא באתר מעבדה 11

55 1 אוניברסיטת בן גוריון המחלקה להנדסת חשמל ומחשבים המעבדה להמרת אנרגיה שנה ג' ניסוי מס' 2. מכונה לזרם ישר כמנוע. 0.1 מנוע לזרם ישר במבוא לניסוי הקודם מתואר עקרון פעולת מכונת הזרם ישר כגנראטור, המרת אנרגיה של סיבוב הרוטור לאנרגיה זרם חשמל. למכונה כזאת ישנה יכולת להמרה הפוכה מאנרגיה חשמלית לאנרגית סיבוב. עקרון ההמרה: אם לחבר זרם ישר מספק חיצוני לעוגן המכונה הפשוטה (איור ), 0.1 על המוליכים של העוגן הנמצאים בשדה מגנטי קבוע פועלים כוחות אלקטרומגנטיים ) חוק ). Amper r F = [ i * B] dl = BlIa. כיוון הכוח מוגדר על ידי כלל " יד שמאל " (איור 0.2) F a I b O F I O V A - + B c I B d F איור 0.2 איור 0.2 B מפני שכוח מופעל במוליכים a-b,c-d שמסוגלים לבצע תנועה סיבובית יחסית לציר אלקטרומגנטי: כאשר M * em = 2 * F * r = D* B* l I a ; - r a,d a רדיוס וקוטר בהתאם.,OO` כוח יוצר מומנט סיבובי

56 מ'' משוואות מתח וזרם כאשר זרם ושדה מספיק גדולים מומנט מסובב מסגרת ומפתח הספק מכני., v כיוון שהמוליכים היוצרים את המסגרת מסתובבים בפעולת מומנט אלקטרומגנטי במהירות ליניארית נע בשדה מגנטי מושרה כוח אלקטרומניע (כא ( E, a בכיוון המוגדר על ידי כלל " יד ימין " E = e + e = Blv, (0.1) a a a 2 e a - כא''מ של מוליך יחידי. אזי במנוע לזרם ישר כא"מ E a מכוון נגד מתח חיצוני V a שמגיע מהספק החיצוני לחדקי המנוע ובהמשך למברשות. לכן כא"מ E a קוראים לו כא"מ המהופך. מתח חיצוני V a מאזן את ה כא"מ, E a נפל המתח I a R* a בהתנגדות של כריכות העוגן ונפל המתח במברשות ומגע מברשות-קולקטור : ΔV br V a = E + I * R + ΔV ; (0.2) a a a br E a >> ΔV br I a *R a >> ΔV br כאשר לכן איבר ΔV br V במכונות למתחים יחסית גבוהים ו- ΔV br לא לוקחים בחשבון. מומנט סיבובי קיים גם בגנראטור. בעוגן הגנראטור זורם זרם וגם כאן ישנו מומנט אלקטרומגנטי שפועל סיבוב של העוגן (רוטור). לכן מומנט המתפתח על-ידי העוגן (רוטור) נקרא המומנט הבלימה נגד כיוון איור 0.3

57 3 0.3 המראת אנרגיה. M em עוגן (רוטור) של מנוע מסתובב עם מהירות הזוויתית ω ומפתח מומנט הספק אלקטרומגנטי שווה : P = *ω ; (0.3) em M em n - ω = 2π היא מהירות הזוויתית 60 n מהירות בסל''דים. אם בנוסחה (0.3 ( וכוח אלקטרומניע מציבים נוסחאות של מומנט ומהירות ליניארית Da n v = ra * ω = * 2π 2 60 E a = B * l * v אז מקבלים שבעוגן מתפתח הספק : P em =E a *I a. (0.4) M cost במצב יציב מומנט אלקטרומגנטי M em איזן את מומנט החיכוך במסבים, מומנט החיכוך של גופי המאוורר M core ובעיקר מומנט הבלימה באוויר - fw, M מומנטים מתייחסים להפסדים היסטרזיס וזרמי מערבולת - של צרכן (מאוורר, משאבה, גלגלים הרכבת ). M em = M + M + M (0.5). fw core cost ω - אם להכפיל חלק שמאלי וחלק ימיני של משוואה (0.5) ב נקבל: M em * ω = M * ω + M * ω + M ω P = P + P + P. (0.6) fr core cos t * em fr core cost המשוואה (0.6) מראה תהליך המרת אנרגיה חשמלית אם להכפיל משוואת המתחים (0.2) בזרם עוגן נקבל: לאנרגיה מכנית על-ידי מנוע. I a I a * V a = I * E + I * R + I * ΔV a a 2 a a a br. (0.7) I הוא הספק האלקטרומגנטי a * E a במברשת. I הוא הספק חשמלי על מברשת (הספק כניסה), אבר a * V a חלק שמאלי 2 I הפסדי הספק בעוגן ו- I * Δ הפסדי הספק a * R a של העוגן, a V br

58 4 0.4 התנעת המנוע לפי חוק Newton משוואת הוא: רוטור של התנועה 2 d ϕ dϕ I + k( ) = 2 dt dt dω I + k(ω) = dt M em M em (0.8) או: (0.9) Pem Ea * I c a e * n * I f * Ia M em = = = = cm * I f * I ω 2πn 2πn a, (0.10) הוא מומנט אינרציה של רוטור וחלקים מסתובבים מתחברים איתו. - I הוא זווית הסיבוב של רוטור. - ϕ בזבזנותי מתייחס למומנטי החיכוך ) יבש, צמיג, רגיעה), מומנט בלמי של צרכן וגם - הוא פונקציה k(ω) הפסדים אלקטרומגנטים. ce = m - c הוא גודל של ערך קבוע תלוי במבנה ממשי של המכונה. 2π dia : La dt משוואת המתח של מנוע בתהליך התנעה שונה מן המשוואה במצב היציב מכיוון שישנו האיבר V a di dt a = Ea + IaRa + La + ΔVbr (0.11) - היא השראות של עוגן. L a במשוואה זאת מזניחים את ערך ההשפעה בתהליכים דינאמיים במעגל העירור. אז נקבל משוואה בצורה הבאה: di Va = ω + dt נותנות אפשרות ללמוד את התהליך הפעלה של המנוע (נספח מס' ). 9 a 2 πcei f IaRa + La + ΔVbr (0.12) L a di dt a = 0 משוואות (0.12) (0.9), גם במקרה זה מן משוואת התהליך הסטאטי ברגע חיבור הזנה מהירות הרוטור המנוע היא אפשר להסיק כמה מסקנות: ו- כא"מ המהופך Е а לכן ערך הזרם בעוגן (רוטור) קטנה. = 0 R a ω = 0 יכול להיות גדול ומסוכן מאוד בגלל שהתנגדות אקטיבית של הסלילי העוגן

59 מ'' 5 I V E ΔV V ΔV a a br a br a= = (0.13) Ra Ra הזרם הגדול מאוד בעוגן במנוע מופיע מומנט המכה יכול לגרום לניצוץ חזק, רשת הזנה מעמיסה יותר ומפריעה לפעולה על מנת להגביל את ואש מסביב לקולקטור שמסגל להרוס רוטור או מכונה אחרת סדירה של צרכני זרם ההתנעה במעגל העוגן מציבים המחוברת אנרגיה אחרים. שתהרוס את לרוטור. המברשות והקולקטור. " ריאוסטט התנעה ". ברגע חיבור מתח ההזנה ריוסטט נמצא במצב התנגדות מכסימלי. לכן זרם לא יכול להגיע עד לערכים מסוכנים. בזמן הגדלת מהירות של רוטור כא גודל, זרם Е а Ia במעגל של העוגן. קטן,התנגדות של הריאוסטט זרם התנעה אפשר להגביל על-ידי הקטנת הזנה מערך מינימלי עד ערך הנקוב. קטנה עד אפס. בדרך-כלל, ריאוסטט התנעה לא מיועד הערך של מתח התחלתי כשהתנאים דומים מומנט פרופורציונאלי לזרמי עירור ועוגן העירור יהיה הערך המכסימלי האפשרי. לפעולה ממושכת. V a0 תהליך ההתנעה מתבצע בהגדלה של מתח, Ia, If אזי להקלת ההתנעה בזרם עוגן הנמוך,ערך זרם 0.5 משוואה מהירות וווסת מהירות V a = E + I * R + ΔV ; a a a br משוואת המתחים במצב יציב היא : Е а של מנוע שווה: מפני שכא"מ המהופך E a = c * n * Φ = ce * n * I f (0.14) מןמשוואת המתחים נובע מהירות: n V ΔV I * R a br a a = (0.15) ce * I f הוא גודל של ערך קבוע תלוי במבנה ממשי של מנוע. c e אפשר למצוא מניסוי ריקם של מכונה כגנראטור. - c e I f במקרה מיחד של המנוע עם עירור טורי זרם עירור שווה לזרם עוגן = I a. לכן משוואת המהירות יהיה בצורה: V n = a ΔVbr I c * I e a a * R a Va ΔV = c * I e a br R c a e (0.16) ממשוואה (0.15) נובע שמהירות סיבוב אפשר לשנות על-ידי שלוש שיטות : על-ידי מתח הזנה V, a על-ידי התנגדות של מעגל העוגן, R a

60 מ'' 6 על-ידי זרם עירור. I f וויסת מהירות סיבוב בעזרת ריאוסטט כיון שהתנגדות העוגן קבועה, נכנס למעגל העוגן תשתנה: נגד משתנה נוסף R var.בעקבות זה, מהירות הסיבוב של הרוטור V n = a ΔV br Ia c * I e ( R f + R * a var ) = n n o o V = Δn a ΔV c e I * I br I Δn = c e a * R f a f a * R var * I (0.17) - היא מהירות התחלתית, - היא הפחתה של מהירות סיבוב. במקום ריאוסטט אפשר לנצל ויסות על- ידי מיתקנים מיוחדים המבוססים על רכיבים מוליכים למחצה. R var ויסות מהירות סיבוב בעזרת שינוי זרם העירור מנוסחה (0.15) נובע שמהירות הסיבוב גודלת אם מקטינים זרם עירור זרם עירור.אבללהימנע משינוים פתאומיים של זרם עירור. למשל, בהקטנת מהירות של זרם עירור ערך הכא"מ המהופך I f Е а וההפך - מהירות קטנה אם מגדילים קטן.אבל הרוטור לא יכול לשנות מהירות באופן כזה בגלל האינרציה הגדולה שלו. לכן מהירותו לא משתנה ברגעים הראשונים. לכן זרם עוגן עשה קפיצה ברגע ראשון: ΔI a = I a1 I a0 V = a c e n 0 I R f 1 a ΔV br V a c e n 0 I R f 0 a ΔV br cen0δi f = R a, (0.18) "1" במשוואה (0.18) אינדקסים ו- "0" מתאימים לערכים התחלתיים וסופיים של זרמים ומהירות. אחרי זמן מה המהירות של רוטור תגדל,- כא E a גם יגדל וזרם של עוגן יקטן עד לערך של מצב יציב החדש n. 1 הערך המהירות המקסימאלי מוגבל על-ידי חוזק המכונה, החמרת תנאי עבודה של מכלול המברשות, ואפשרות התהוות "תנודות" של מהירות בגלל הקטנה של שדה עירור ויסת מהירות סיבוב בעזרת שנוי של מתח הזנה. בשיטה זו משתמשים אם אנו צריכים לווסת מהירות במידה נרחבת.ערך קבוע של זרם עירור מבטיח את יציבות הפעולה. במקרה זה, בשינוי רציף של המתח אפשר להפעיל את המנוע בלי ריאוסטט התנעה.

61 7 0.7 דיאגראמת פיזור האנרגיה

62 1 1. מטרת הניסוי: הכרת פעולת מכונה לזרם ישר כמנוע. מדידת נתונים לאופייני המנוע. בניית אופייני המנוע ספרות G. Pherson. An Introduction to Electrical Machines and Transformers.1981, Chap.2 Del Toro. Electromechanical Devices for Energy Conversion and Control Systems.1968, chap. 6. מ. קוסטנקו, ל. פיוטרובסקי. מכונות חשמל חלק א'. כל ספר המתאר פעולות של מכונות חשמל. SPICE Handbook: שאלות הכנה (תן תשובות לשאלות ההכנה בדוח מכין) צייר דיאגראמת תמורה למכונת זרם ישר המשמשת בניסוי. 3.1 מהן שיטות עירור שונות במנוע זרם ישר? 3.2 הסבר את תהליך המרת האנרגיה במנוע זרם ישר. 3.3 מהם הפסדי ריקם של המנוע? איך מקבלים אותם דרך הניסוי? 3.4 מהם אופייני עבודה? כיצד מוצאים אותם בניסוי? 3.5 מהו אופיין מכני של מנוע זרם ישר? 3.6 הסבר את תהליך הפעולה של מכשירי מדידה. 3.7 (ניספח 9) בצע סימולאציה 3.8 מה המתח AC ו- DC המינימאלי הגורם לסכנת נפשות במעבדה? 3.9 מהו גורמי סכנה במעבדה להמרת אנרגיה? 3.10 מהם תדרי הכי מסוכנים של זרם חילופין? ציוד לניסוי. 20A DC A1

63 2 0 ( A DC A2 10A DC A3 (עם סכלה 10A AC A4 250V DC V1 (Digital) 600V AC V2 טכומטר. מד מומנת. מד הספק - Analyzer Power 5. מהלך הניסוי. הכנה. זהה את מכונות החשמל, הציוד ולוחות הבקרה על שולחן העבודה. בצד שמול נמצא לוח בקרה של מכונת זרם ישר ומכונה סינכרונית, גנראטור המשמש כעומס. בעמוד נמצאים מגעים של הזנת חשמל, מפסקי חשמל והגנה. וודא שכל המפסקים פתוחים. שים על המפסקים לוחיות אזהרה. וודא שמכונות צמידות בעזרת המצמדים. רשום נתונים נקובים של מכונת DC ומכונה סינכרונית. רשום התנגדויות עירור ועוגן. סמן את ציוד המדידה לפי תפקידו (מיקומו) במעגל. מומלץ להציב את הציוד על השולחן לפי מיקומו במעגל הרכבה וכיוון המעגל. (איור ( 5.1 שים לב להתאמת הציוד לדרישות המעגל. 5.2 הרכב את המעגל עירור של מנוע.DC דאג שגודלי ההתנגדויות R1 ו R2 יהיו מקסימליות. אחרי בדיקת המעגל ואישור של מדריך הורד את לוחיות אזהרה וחבר את המתח 220VDC למעגל עירור R2 ( והעלה באיטיות את זרם עירור ע"י הקטנת התנגדויות R1 220VDC הפעיל מפסק ) S1 ו עד לזרם נקוב! נתק את המתח. שים את לוחיות אזהרה על המפסקים. הרכב את מעגל העוגן של מנוע.DC דאג שגודלי ההתנגדויות R3 ו R4 הרכב את מעגל עוגן של גנראטור סינכרוני. הרכב את מעגל עירור של גנראטור סינכרוני. יהיו מקסימליות

64 3 הערה: במהלך התנעה וניסויים דאג שהמתח והזרם לא יעלו על גדלים הנקובים. התנעת המנוע. וודא שמפסק העומס R8 במצב "0". וודא שהתנגדויות R3 ו R4 במקסימום. אחרי בדיקת המעגל ואישור של מדריך הורד את לוחיות האזהרה וחבר את המתח 220 V למנוע.DC העלה קצת באיטיות את מתח העוגן ) a V) ע"י הקטנת התנגדויות R3 ו R4 עד שהמכונה מתחילה להסתובב. וודא שמחוג של שען המומנט זז לכוון הנכון. אם לא הגדל את התנגדויות R3 ו R4 עד למקסימום, נתק מפסק S1 הזנת המנוע 220. DCV החלף קוטביות של מעגל עירור: החלף בין החיבורים Z ו.ZZ חזור על פעולות ההתנעה: העלה באיטיות את מתח העוגן ) a V) ע"י הקטנת התנגדויות R3 ו R4 עד לקצר. מדוד מהירות המנוע ע"י טכומטר. 5.3 ויסות את המהירות. 5.4 בניסוי הזה משנים את מתח העוגן ) a V) ע"י עליית התנגדויות R4 ומודדים את המהירות של הרוטור n = f ( U a ) I f = const הערה: במהלך הניסוי דאג שהמהירות לא יעלו על הגדל rpm טבלת תוצאות ניסוי ב- = f1 I Va,V Ia,A n,rpm הקטן התנגדויות R4 עד לקצר I f1 > טבלת תוצאות ניסוי ב- = f2 I Va,V Ia,A n,rpm הקטן התנגדויות R4 עד לקצר I f2 > טבלת תוצאות ניסוי ב- = f3 I

65 4 Va,V Ia,A n,rpm כוון את הזרם עירור עד לזרם נקוב! הקטן התנגדויות R4 עד לקצר. הורד באיטיות את הזרם עירור ומודדים את המהירות של הרוטור. מודד לפחות ב- 5 נקודות הערה: במהלך הניסוי דאג שהמהירות לא יעלו על הגדל rpm Va =... I f, A Ia,A טבלת תוצאות ניסוי n,rpm כוון את המתח V a ומהירות בגודלי נקובים 5.4.3

66 SATEC PM126EH N V dc 230 Vac Autotransformer At2 Power analyzer Digital 20 A dc A1 1.5 A dc A2 10 A dc A3 250 Vdc V1 S1 + R 3 R 4 זרם ישר - Rectifier VDC 230V / 40V + SR-2 R 1 R 2 A2 Z ZZ AA V DC 1 A1 A DC motor Load R8 R3 R1 R2 N X XX A3 R S AC T 0 load source Power Analyzer איור. 1 בדיקת צנוע Synchronous generator

67 6 5.5 ניסוי ריקם. מדידת הפסדי ריקם. בניסוי הזה משנים את מתח העוגן ומודדים את זרמי עוגן ועירור במספר נקודות (10 נקודות), בתנאי שמהירות קבוע. הקטן באיטיות את מתח העוגן ) a V) ע"י עליית התנגדויות R3 ו R4 עד למתח 160V למכונות בצבע אפור. בכל הנקודה מדוד את מהירות המנוע. אם המהירות לא נקובה שנה לאט את זרם העירור עד השגת המהירות הנקובה. (אם גודל המהירות קטן מהגודל הנקוב, הורד לאט את זרם עירור. אם גודל המהירות גדול מהגודל הנקוב, העלה לאט את זרם עירור. דאג שהזרם לא יעלה על הגודל הנקוב. רשום בטבלה את מתח, מהירות, זרם עוגן וזרם עירור המנוע במצב מתמיד לכל הנקודות. n= טבלת תוצאות ניסוי ריקם. מהירות U a,v I R, A I a,a כוון בעזרת הנגדים R1 ו R2 זרם עירור המנוע שווה לזרם הנקוב. העלה באיטיות את מתח העוגן ע"י הקטנת התנגדויות R3 ו R4 עד לקצר. מדוד מהירות המנוע ע"י טכומטר. אם גודל המהירות שונה מהגודל הנקוב שנה לאט את זרם עירור ע"י שינוי התנגדות (R1,R2) R1 עד השגת המהירות הנקובה. ניסוי אופייני עבודה של המנוע. וודא מפסק העומס R8 במצב "0". } במכונות בצבע כתום חבר בין מגעים,S-R2,R-R1 חבר מתח לעירור הגנראטור סינכרוני. כוון באיטיות את זרם עירור הגנראטור לגודל מדוד את מהירות המנוע ע"י טכומטר. לוודא מהירות רשום בטבלה את מהירות (n ), מתח עוגן וזרם עירור המנוע. {.T-R3 %(40 60 ( של זרם הנקוב ע"י שאני.At2 הנקוב ע"י.(R1) R1,R2,V ph זרם עוגן I,הספק ph יעיל P,זרם עירור הגנראטור ואת מתח, זרם 5.6 כוון מפסק העומס הגנראטור R8 למצב "1". רשום בטבלה את מהירות, מתח, וזרם עוגן הגנראטור ואת מתח, וזרם עוגן המנוע.

68 7 חזור על הפעולה לכל מצבי המפסק. הערה: במהלך הניסוי דאג שהמתחים והזרמים לא יעלו על הגדלים הנקובים. חזור על הפעולה לכיוון הפוך לכל מצבי המפסק (ירידת זרם עוגן). טבלה מס' 1 של תוצאות ניסוי אופייני עבודה של המנוע (עליית זרם עוגן). n, rpm I f, A I ph,a U ph,v P,w גנראטור - עומס I f,a I a,a U a,v F, N (grey mach) מנוע טבלה מס' 2 של תוצאות ניסוי אופייני עבודה של המנוע (ירידת זרם עוגן). n, rpm I f, A I ph,a U ph,v P,w גנראטור - עומס I f,a I a,a U a,v F, N (grey mach) מנוע

69 8 5.7 סוף הניסוי. וודא שמפסק העומס R8 במצב "0". נא להוריד מתח עירור של גנראטור סינכרוני עד "0" בעזרתם שנאי.At2 פתח מפסק 2-SR של עירור הגנראטור. הגדל לאט, אחד אחרי השני את התנגדויות R4 R3, עד למצב מקסימום. הגדל לאט, אחד אחרי השני את התנגדויות R1 R2, עד למצב זרם נקוב. פתח מפסק S1 עירור ועוגן של מנוע 220V. - DC פרק מעגל הניסוי. החזר את כל האביזרים למקום. 6 עיבוד התוצאות. עיבוד התוצאות מבוצע על המחשב במעבדה. פתח תוכנית "EXCEL" קובץ חדש כללי צורת."Lab.2_DCmotor_10" מלא אתנתוני המכונות והציוד הדרוש לפי רשימה מסעיף ויסתמהירות סיבוב מטרת הניסוי היא בעזרת ריאוסטט. למצות התלות בין מהירות של המכונה ומתח העוגן שלה כאשר זרם העירור קבוע n=f(v a ), I f =const ויסתמהירות סיבוב מטרת הניסוי היא על- ידי שנוי זרם עירור. למצות התלות בין מהירות של המכונה וזרם העירור שלה כאשר מתח הזנה קבוע n=f(i f ), V a =const הפסדי ריקם. מטרת הניסוי היא חישוב הפסדי ריקם: הפסדים מכניים והפסדי ברזל עם שינוי מצב אלקטרומגנטי של המכונה ומהירות קבועה. ז"א הפסדים מכניים קבועים והפסדי ברזל משתנים. חלק מההספק שנשאר אחרי ירידת העומס האלקטרומגנטי עד האפס הוא ההפסדים המכניים. 6.3 בניית תלות הפסדי ריקם בבא"מ המנוע. ) 2.n=const,P out = f(e

70 ע( ע= ע( רשום התנגדויות של סלילי עירור ועוגן ומהירות המנוע. מלא טבלה מס' 1 לפי נתוני הניסוי. עשה סיווג נתונים לפי עליית זרם עירור. משוואת העוגן של מנוע זרם ישר היא,E=U a -I a r a כאשר E הוא כא"מ של מנוע. הפסדים קבועים של המנוע.P=U -I 2 a *I a a r a מלא טבלה מס ' 2 לפי חישוב הכא"מ וההספק על בסיס נתוני טבלה מס' 1. בנה תלות הפסדי ריקם בבא"מ המנוע ) 2 P. out = f(e על בסיס טבלה 2, על פי כללי תוכנית "אקסל". עשה אפרוקסימציה של הגרף כך שהוא יראה קו ישר. צייר קו מסמן הפסדים מכניים ניסוי אופייני עבודה של המנוע. אופייני עבודה של המנוע היינו התלות בין מהירות, מומנט ונצילות, העירור ומתח קבועים. של המכונה וזרם העוגן שלה, כאשר זרם "ן const,u in =const,n,m,η= f(i "ר.I שום זרמי עירור של המכונות. תמלא טבלה מס' מנוע.DC הספק יציאת המנוע הספק כניסת הגנראטור. P. load 3U= ph I* ph הספק כניסת המנוע. a.p in =U a *I נצילות המערכת.η syst = P load /P in 3 לפי נתוני הניסוי. עשה סיווג נתונים לפי עלית זרם עוגן של מומנט המנוע שווה M= (P in -I a 2 r a -P)60/πn כאשר P הפסדים קבועים המנוע מתאים לזרם עירור המנוע.DC נצילות המנוע.η mot = Mπn /60P in מלא טבלה מס' 4 לפי חישובים הנ"ל על בסיס נתוני תבלה מס' 3. בנה אופייני עבודה על בסיס טבלה 4, על פי כללי תוכנית "אקסל". עשה שני גרפים: "ן n,m= f(i ו ) ע"ן.η mot, η syst = f(i רשום בצורה ברורה את התוצאות, המדידות והחישובים בטבלאות. כתוב את כל הנוסחאות הקשורות לחישובים. רשום ושרטט את כל תוצאות של עיבוד הנתונים..7 לעיצוב עבודה נא להשתמש בתוכנה Lab2_DCmotor_10.xls שנמצא באתר מעבדה

71 אוניברסיטת בן גוריון המחלקה להנדסת חשמל ומחשבים מסלול מערכות הספק המעבדה להמרת אנרגיה שנה ג'. ניסוי מס' 3. מכונה סינכרונית עבודה כגנראטור אוטונומי 2011

72 2 1.מבוא לניסוי מכונה סינכרונית היא מכונה חשמלית שבה השדה המגנטי העיקרי המשתתף בהמרת אנרגיה במהירות תנועת הרוטור: נע במרחב f pn או n f p 1.1 קשר: - n מהירות סיבוב הרוטור, [rps] [Hz], תדירות מתח בסטטור - f - p מספר סוגים קטבים מכונה סינכרונית מעוררת ע"י זרם ישר דרך סליל העירור (בדרך כלל הנמצא ברוטור המכונה). במכונות מסוימות במקום סליל העירור משתמשים במגנטים קבועים, או בשילוב של מגנט קבוע וסליל העירור. מכונה סינכרונית הפיכות בפעילותה, ז"א יכולה לעבוד גם כגנראטור וגם כמנוע A Stator A Y Z Y Z - + N S C B C B X Rotor X a) b) איור מיבנה עקרוני של מכונה סינכרונית כגנראטור 120, 0 BY, AX בזמן סיבוב הרוטור נוצר כ.א.מ. בתוך סלילי הסטאטור במופע ו- CZ ו- 240 בהתאמה. כאשר הסטטור מוזן את מתח תלת-פאזי, סלילי הסטטור ייצרו שדה מגנטי מסתובב ומושך אחריו את המגנט החשמלי או את המגנט הקבוע של רוטור (איור )

73 N N S S S S S S S S 3 movement direction Stator N N N N N N N NS S N S Forces in the machine air-gap Rotor איור מכונות סינכרונית כמנוע לפי מבנה מכונות סינכרוניות מתחלקות : לבעלות קטבים בולטים ולבעלות קטבים סמויים (איור 1.4.( 3.0.3,3.0.4 Y A Excitation winding Z Y A Z Excitation coil C - + B Rotor X Stator X a) b) איור סוגות של מכונות סינכרוניות (a בעלות קטבים בולטים, (b בעלות קטבים סמויים. C - + B איור פחיות הרוטור בעל קטבים סמויים

74 4 רוטור בעל קטבים בולטים כולל בכל קוטב סליל עירור נפרד. ציר הסליל מופנה בכיוון הרדיאלי. קיימות מכונות סינכרוניות עם רוטור בעל קטבים בולטים שמכילות סליל העירור יחיד הממוקם על טבעת מפלדה היושבת על גל הרוטור (איור 3.1.5). ציר הסליל מתאים לציר הגל. Pole Opposite pole Shaft Excitation cylindrical coil איור מכונות סינכרוניות Claw-pole מעגל מגנטי של מכונה הסינכרונית מהווה סכימת שינוי הפיזור של שטפים מגנטיים לזוג אחד של קטבים.(3.1.6).1.5 Shoe Tooth R pole R shoe R R z1 Pole R pole-shoe F exc.coil F exc.coil R pole-pole R shoe-shoe R yoke R pole-shoe Yoke R pole R shoe R R z1 איור מכונות סינכרוניות. מודל פיזי וסכמת תמורת המעגל המגנטי בריקם הסימבולים באיור : I f N o =F exc.coil כ.מ.מ. של סליל העירור I f זרם עירור n o מס' כריחות בסליל העירור רלוקטנס (התנגדות מגנטית) של גוף הקוטב R pole R shoe רלוקטנס של נעל (shoe) הקוטב R רלוקטנס של מרווחי האוויר R z1 רלוקטנס שיניי הסטטור R yoke של עול הסטטור. כל הערכים פרט ל- R אינם לינאריים ותלויים בערך השטף המגנטי העובר דרכים השטף המגנטי הנוצר באמצעות סלילי הסטטור מקובל לחלק לשני חלקים:

75 5 - השטף העיקרי (ראשי) העובר דרך מרווחי האוויר המתחבר לשני ליפופים של המכונה ליפוף העירור וליפוף הסטטור. סכימת התמורה לחלק זה של השטף הינה אנלוגית לסכימה באיור שטף המתחבר רק עם הלפוף השייך לו שטף הפיזור. שדות הפיזור מתחלקים לשלושה מרכיבים: פיזור בחריצים, פיזור קצות החידוד, פיזור דיפרנציאלי. - פיזור בחריצים של סליל נוצר ע"י חלק השדה הנסגר סביב המוליכים באזור השיניים (איור ) - פיזור הקצוות החידוד של סליל נוצר ע"י חלק השטפים מסביב חלקי הסליל הבולטים מחוץ לליבה (איור.( פיזור דיפרנציאלי מרכיב בתוכו את כל השטפים חוץ מהרמוניה בסיסי של השטף. איור שדות הפיזור בחריצים איור סליל הסטטור. שדות הפיזור קצוות החידוד בהתאם לכך לסליל הסטטור מתאימה התנגדות השראה המלאה המורכבת משני גורמים: x st =x 0 +x s איפה x st התנגדות ההשראה המלאה של סטטור; x 0 התנגדות ההשראה העיקרית (ראשית); ערך התלוי, כפי שמיוצג הלאה, במשטר העומס. X s התנגדות השראת הפיזור. מקיימת את הערך הקבוע כאשר רוויה הפלדה זניחה. לכן סכימת התמורה של מעגל חשמלי של גנראטור ניתנת להצגה כפי שרואים באיור

76 6 X o X s X r ~ X load איור סכימת התמורת של המעגל החשמלי של גנראטור איפה: - כ.א.מ. הנוצר בסליל הסטטור באמצעות שטף הנוצר באמצעות סליל העירור. - התנגדות השראה הקשורה לשדה התגובה. ערך תלוי, כפי שמיוצג הלאה, במשטר העמס. X load - התנגדות אקטיבית של סליל X r תגובת העוגן של גנראטור סינכרוני פעולת גומלין של שני מקורות השדה המגנטי של סלילי העירור וסלילי הסטטור אפילו במקרה האידיאלי (במקרה ללא שיני הסטטור ומאפייני הפלדה הלא ליניאריים), יוצר תמונה מסובכת של פיזור השדה המגנטי. באיור כ.א.מ. וזרם a' מיוצג פיזור כ.א.מ., זרם הסטטור, כ.מ.מ. הרוטור וכ.מ.מ. הסטטור בהיעדר ההיסט בין.( 0 ), בגלל שכ.א.מ. זהו מתח הריקם, אז מקסימום הכ.א.מ. נמצא על ציר הקוטב. שדה המגנטי של כריחה הוסט ב- ביחס לשדה הרוטור בכיוון הנגדי לכיוון הסיבוב ברוטור. לכן כ.מ.מ. הכולל הופך להיות אסימטרי. 2 צפיפות השטף תחת קוטב הרוטור גם אינה סימטרית בקצה השמאלי הבורח של נעל הקוטב שדה גבוה יותר, ובקצה הימני של כניסת נעל הקוטב נמוך יותר. אם הזרם מקדים את כ.א.מ. (c ),, אז כ.מ.מ הרוטור והסטטור מכוונים באותו כיוון. לכן 2 ניתן לחבר אותם אלגברית, והשדה גדל. עם כך בהעמסת הקיבול בלבד המתח עולה. ולהפך, במקרה הקיצוני אחר, בהעמסת ההשראה בלבד, כאשר הזרם מאחר את-כ.א.מ. (d3.1.11' ), מתקיים 2 הפרש השדות, ולכן מתח הגנרטור יורד. במקרה האמיתי, כאשר אופן ההעמסה הינו RL כ, 'b3.1.11).מ.מ הסטטור מאחר את-כ.מ.מ הרוטור בזוית הביניים ). 0 כ.מ.מ. הכולל מתעוות ויורד. צפיפות השטף בנעל הקוטב הופכת ללא אחידה, 2 ומתח הגנרטור יורד חלקית. באנליזת השדות להרמוניות הראשונה של כ.מ.מ הסטטור קוראים תגובת העוגן. 1.7

77 7 Current Current E.M.F E.M.F S N S N S N S N F f = 0 Rotor motion F f < 2 Rotor motion F a F a F F a) b) Current Current E.M.F E.M.F S N S N S N S N F f = - 2 Rotor motion F f = + 2 Rotor motion F a F a F F c) d) איור תגובת העוגן

78 8 במכונות בעלות קטבים בולטים מרווח האוויר לא יכול להיות אחיד בעקבות הנכחות של מרווח האוויר הגדול בין קטבים ) איור ). לאנליזת מנגנון במכונת סינכרונית הוגדרה מערכת הצירים (d,q) השייכת לרוטור, איפה: d ציר האורכי העובר לאורך ציר הגיאומטרי של הקוטב q ערב - ציר הרוחבי העובר לאורך ציר הגיאומטרי של הקוטב כל הערכים המגנטיים החשמליים ניתנים לפירוק לפי רכיב הצירים "d" ו-" q ". E 0C E= d לפי ההגדרה, מסיבה שמקסימום הכ.א.מ. נמצא במוליך הסטטור הממוקם על הציר של קוטב ברוטור..1.8 V A d Y - Z + q C B X ad F a sin איור מערכת הצירים (d,q) השייכת לרוטור - F רכיב האורכי של כ.מ.מ. תגובת העוגן - F רכיב הרוחבי של כ.מ.מ. תגובת העוגן aq F a cos 1.9. כללי מתח הפאזה הינו תוצאה של פעולה: E. 01 הרמוניות הראשונה של כ.מ.מ. העירור היוצר שטף מגנטי שיוצר הרמוניות הראשונה של כ.א.מ. - F o1 E). 01 רכיב הריאקטיבי של זרם (הוסט ב- ביחס ל- I, d רכיב האורכי תגובת העוגן הפרופורציוני ל- F ad 2 E). 0 ביחס ל-,0 רכיב האקטיבי של זרם (הוסט ב- I, q של רכיב הרוחבי תגובת העוגן הפרופורציוני ל- F aq E כ - a x a I r I.א.מ. הפיזור הפרופורציוני ל- I, זרם העמסה - V נפילת מתח על ההתנגדות האקטיבית של סליל הסטטור. 2 a

79 9 Type A23L, 1.13 kva; Leroy -Somer 1.10 מבנה של מכונה סינכרונית : נושא הניסוי מעבדה הינו שלושה סוגים של מכונות סינכרוניות בעלות קטבים סמויים. בתמונות מיוצג מבנה של אחת מהן. חוטי המברשת קופסת מגעים צלע הקירור קצוות של סליל העוגן בסיס הסטטור איור סטטור של מכונה סינכרונית ליבה צפופה חריץ הסטטור שן הסטטור קצוות החידוד איור תיאור פנימי של סטטור

80 10 קצוות החידוד ליבה מיסב ציר מכסה של מיסב איור רוטור צומת המברשות קצוות החידוד טבעות מגע חוט העירור מברשת איור רוטור וצומת המברשות

81 11 אצבעות המצמד גל שג חלק גמיש איור מצמד קפיץ - טבעת תושבת המיסב מכסה המיסב איור מכסה המיסב

82 12 אופיין המכונות הסינכרוניות אופיין הריקם של הגנראטור היינו התלות בין כא"מ של המכונה לבין זרם העירור שלה, כאשר זרם העוגן הוא אפס והמהירות סינכרונית. ) f.n=const,e=u out = f(i 1.11 אופיין הקצר של הגנראטור היינו התלות בין זרם העוגן שלו לבין זרם העירור, כאשר מתח יציאה הוא אפס והמהירות סינכרונית. ) f.n=const, I a =f(i אופיין חיצוני של גנראטור היינו התלות בין מתח של המכונה לבין זרם העוגן שלה, כאשר זרם העירור קבוע והמהירות סינכרונית. ) a.n=const,i f =const, U a =f(i אופיין העמסה של גנראטור היינו התלות בין מתח של המכונה לבין זרם העירור שלה כאשר זרם העוגן קבוע והמהירות סינכרונית. ) f.n=const, I a =const, U a =f(i עקומת V של מכונות סינכרוניות היינה התלות בין זרם העוגן לבין זרם העירור שלה, כאשר מתח המכונה קבוע והמהירות הינה סינכרונית. ) f.n=const, U a =const, I a =f(i X X su s V I V I OC ShC OC _ lin ShC _ lin היגב סינכרוני היגב סינכרוני ללא רווה מנוע זרם ישר, תיאור כללי. בניסוי זה הגנראטור מונע על ידי מנוע זרם ישר. מנוע זרם ישר משמש להמרת אנרגיה חשמלית בצורת זרם ישר לאנרגיה סיבובית. עיקרון הפעולה של מנוע לזרם ישר מבוסס על יצירת כוחות מגנטיים (חוק (Amper בתוך המכונה על ידי הזרמת זרם ישר מוליכים (איור ). הכוח המגנטי שווה: F [ i * B] dl BlIa 1.12 כיוון הכוח מוגדר על ידי כלל " יד שמאל " (איור )

83 מ'' F a I b O 13 F I O V A - + B c I B d F איור איור B מפני שכוח מופעל במוליכים a-b,c-d שמסוגלים לבצע תנועה סיבובית יחסית לציר סיבובי אלקטרומגנטי: כאשר M * em 2* F * r D* B* l I a ; - r a,d a רדיוס וקוטר בהתאם.,OO` כוח יוצר מומנט, v כאשר זרם ושדה מספיק גדולים מומנט מסובב מסגרת ומפתח הספק מכני. כיוון שהמוליכים היוצרים את המסגרת מסתובבים בפעולת מומנט אלקטרומגנטי במהירות ליניארית נע בשדה מגנטי מושרה כוח אלקטרומניע (כא ( a E, בכיוון המוגדר על ידי כלל " יד ימין " E e e Blv, a a a 2 - a e כא''מ של מוליך יחידי. E a אזי במנוע לזרם ישר כא"מ E a מכוון נגד מתח חיצוני V a שמגיע מהספק החיצוני לחדקי המנוע ובהמשך למברשות. לכן כא"מ E a קוראים לו כא"מ המהופך. מתח חיצוני V a מאזן את ה כא"מ, נפל המתח I a R* a בהתנגדות של כריכות העוגן ונפל המתח V br במברשות ומגע מברשות-קולקטור : V a E I * R V ; a a a br E a >> V br I a *R a >> V br כאשר לכן איבר V br V במכונות למתחים יחסית גבוהים ו- V br לא לוקחים בחשבון. מומנט סיבובי קיים גם בגנראטור. נגד כיוון סיבוב של העוגן (רוטור). בעוגן הגנראטור זורם זרם וגם כאן ישנו מומנט אלקטרומגנטי שפועל לכן מומנט המתפתח על-ידי העוגן (רוטור) נקרא המומנט הבלימה

84 מ'' 14 איור V a E I * R V ; a a a br משוואת המתחים במצב יציב היא : e f מפני שכא"מ המהופך Е а של מנוע שווה: E c * n * c * n * I a V n a V c e I * I br f a * R a מן משוואת המתחים נובע מהירות: - הוא גודל של ערך קבוע תלוי במבנה ממשי של מנוע. c e אפשר למצוא מניסוי ריקם של מכונה כגנראטור. c e מנוסחה מהירות נובע שמהירות הסיבוב גודלת אם מקטינים זרם עירור אם מגדילים זרם עירור.אבל להימנע משינוים פתאומיים של זרם עירור. למשל, בהקטנת מהירות של זרם עירור ערך הכא"מ המהופך I f Е а וההפך - מהירות קטנה קטן.אבל הרוטור לא יכול לשנות מהירות באופן כזה בגלל האינרציה הגדולה שלו. לכן מהירותו לא משתנה ברגעים הראשונים. לכן זרם עוגן עשה קפיצה ברגע ראשון: I a I a1 I a0 V a c e n 0 I R f 1 a V br V a c e n 0 I R f 0 a V br cen0 I f R a, במשוואה אינדקסים "1" ו- "0" מתאימים לערכים התחלתיים וסופיים של זרמים ומהירות. אחרי זמן מה המהירות של רוטור תגדל, - כא החדש.n 1 E a גם יגדל וזרם של עוגן יקטן עד לערך של מצב יציב הערך המהירות המקסימאלי מוגבל על-ידי חוזק המכונה, החמרת תנאי עבודה של מכלול המברשות, ואפשרות התהוות "תנודות" של מהירות בגלל הקטנה של שדה עירור.

85 15 2. מטרת הניסוי הכרת הפעולה של מכונה סינכרוני כגנראטור ומנוע. מדידת אופייני המכונה. בניית אופייני המכונה ספרות G. Pherson. An Introduction to Electrical Machines and Transformers.1981, Chap.2 Del Toro. Electromechanical Devices for Energy Conversion and Control Systems.1968, chap. 6. מ. קוסטנקו, ל. פיוטרובסקי. מכונות חשמל חלק א'. כל ספר המתאר פעולות של מכונות חשמל. SPICE Handbook: שאלות ותרגיל הכנה הסבר את תהליך המרת האנרגיה בגנראטור סינכרוני. צייר סכמת תמורה של גנראטור סינכרוני. צפה בציור וענה על השאלות: מהו התפקיד של הסליל?XX- X מהם התפקידים של הנגדים R3 ו R4? הסבר את אופיין הריקם של מכונה סינכרונית. הסבר את אופיין העמסה של מכונה סינכרונית. הסבר את אופיין החיצוני של מכונה סינכרונית. מהו ריאקטנס סינכרוני של המכונה? מהי מהירות סינכרונית? רשום את הביטוי המתאים. זהה בציור הנ"ל את הרוטור ואת הסטטור של הגנראטור הסינכרוני ואת מקור התנועה שלו. הסבר את תהליך המרת האנרגיה במנוע זרם ישר. איך ניתן לווסת את מהירות המנוע? הסבר את תהליך הפעולה של מכשירי מדידה בצע ניסוי סימולטורי עם מודל של גנראטור סינכרונית (נספח מס' 9) בדוח מכין יש להציג רק תוצאות סימולציה ומסכנות ציוד לניסוי

86 (10A DC 06 ) Digital )מכונות בצבע כתום, 20A DC A1 1.5A DC A2 (1.5A DC )מכונות בצבע כתום 10A, DC A3 Digital, 10A AC A4 Digital, 750V DC V1 Digital, 600V AC V2 שנאי עצמי תלת פאזי AT1 שנאי עצמי חד פאזי AT1. טכומטר Digital, 10000rpm 6. מהלך הניסוי. הכנה. הכר את עמדת הניסוי, הימצאות ופונקציות של כל המתגים, מגעים, מכשירים. זהה את המכונות חשמל, הציוד ולוחות הבקרה על שולחן העבודה. בצד שמול נמצא לוח בקרה של מכונה סינכרונית ומכונת זרם ישר, מנוע המשומש כמקור תנועה. בעמוד נמצאים מגעים של הזנת חשמל, מפסקי חשמל והגנה. וודא שכל המפסקים פתוחים. שים על המפסקים לוחיות אזהרה. וודא שמכונות צמידות בעזרת המצמדים. וודא שמפסק העומס R8 במצב "0" רשום נתונים נקובים של גנראטור סינכרוני ומנוע.DC סמן את ציוד המדידה לפי תפקידו )מיקומו( במעגל. מקם את המכשירים בסדר הנוח מומלץ למקם את המכשירים בחלק השמאלי של השולחן כפי שמופיע באיור : A3 V2 A4 מכשירי >--- AC A2 V1 A1 >--- מכשירי DC הכן והרכב )או הדבק( לכל מכשיר סימניה עם תפקודו של המכשיר בסכימה וערך המקסימאלי של הרכיב הנמדד. במהלך ביצוע ניסוי חל איסור הזזת מכשירי מדידה!

87 הרכבת מעגל. הרכב את מעגל העירור של מנוע.DC (איור ( דאג שגודלי ההתנגדויות R1 ו R2 יהיו מקסימליות. אחרי בדיקת המעגל ואישור של מדריך הורד את לוחיות אזהרה וחבר את המתח 220V DC למעגל עירור. ע"י מפסק S1 והעלה באיטיות את זרם עירור ע"י הקטנת התנגדויות R1 ו R2 עד לזרם נקוב! נתק את המתח. שים את לוחיות אזהרה על המפסק. S1 הרכב את מעגל העוגן של מנוע.DC דאג שגדליי ההתנגדויות R3 ו R4 יהיו מקסימאליים. הרכב את מעגל העוגן של גנראטור סינכרוני. וודא שמפסק העומס R8 במצב "0". הרכב את מעגל העירור של גנראטור סינכרוני הנעת המנוע. הערה: במהלך הנעה ובעת הניסויים דאג שהמתח והזרם לא יעלו על הגדלים הנקובים אחרי בדיקת המעגל ואישור של מדריך הורד את לוחיות האזהרה וחבר ע"י מפסק S1 את המתח 220 V למנוע.DC העלה קצת באיטיות את מתח העוגן ) a V) ע"י הקטנת התנגדויות R3 ו R4 עד שהמכונה מתחילה להסתובב. הערה: וודא שמחוג של שעון המומנט זז בכיוון הנכון אם לא הגדל את ההתנגדויות R3 ו R4 עד למקסימום, נתק מפסק S1 הזנת המנוע 220. V החלף קוטביות של מעגל העירור: החלף בין החיבורים Z ו.ZZ חזור לפעולות הנעה העלה באיטיות את מתח העוגן ) a V) ע"י הקטנת ההתנגדויות R3 ו R4 עד לקצר מדוד את מהירות המנוע ע"י טכומטר אם גודל המהירות קטן מהגודל הנקוב הורד לאט זרם העירור ע''י R1,R2 עד השגת המהירות הנקובה.

88 N 08 R3 R2 R1 S1 + - R 3 R 4 R 1 DC motor DC R 2 Synchronous generator T A4 V2 A1 AA A V1 Z ZZ A2 AC X XX A 3 R S T 0 A1 20 Adc, digital A2 1.5 Adc, pointer A3 10 Adc, pointer A4 10 Aac, digital V1 750 Vdc, digital V2 600 Vac, digital tachometer digital T torquemeter, pointer Autotransformer At2 Rectifier VDC 230V / 40V Vac SR-2 Load R8 - Synchronous Machine as Generator serving Isolated Load Stands A, B,G,H,E 220 V dc

89 19 ניסוי ריקם. 6.4 רשום בטבלה את המתח, זרם העירור של גנראטור חבר מתח לעירור הגנראטור סינכרוני באמצעות מפסקי השנאי AT2 ומפסק SR-2 מיישר "40V "Rectifier הכוון באיטיות את זרם עירור I f הגנראטור ע"י שאני AT2 ל 110% זרם נקוב. במהלך זה מדוד לפחות ב 10 נקודות, זרם עירור I f ומתח V ph של הגנראטור. דאג שהמהירות תהיה קבועה. לשם כך, בכל אחת מהנקודות הכוון את מכונת זרם ישר. רשום בטבלה את תוצאות המדידות ללא שינוי המצב הכוון באיטיות את זרם עירור הגנראטור ע"י שאני AT2 לזרם אפס. במהלך זה מדוד לפחות ב 10 נקודות את זרם עירור ומתח של גנראטור. טבלת תוצאות ניסוי ריקם. =n V (עליה) ph I f V (ירידה) ph I f 6.5 ניסוי חיצוני. וודא שמפסק העומס R8 במצב."0" מדוד מהירות המנוע ע"י טכומטר. אם גודל המהירות קטן מהגודל הנקוב הורד לאט את זרם העירור ע"י הנקובה. הניסוי מבוצע לזרמי עירור הגנראטור שווים בערך ל R1,R2, 0.2I fn,0.3i fn,0.1i fn עד השגת המהירות,0.6 I fn,0.5 I fn, 0.4 I fn כאשר I fn הוא זרם העירור הנקוב במהלך הניסוי השתדל לשמור על מהירות קבועה על ידי הכוונה של מכונת זרם ישר (ע"י שינוי זרם עירור של המנוע.(DC הערה: במהלך הניסוי דאג שהמתח והזרם לא יעלו על הגדלים הנקובים. (הקפד על זרם עוגן המנוע (A1). כוון זרם עירור הגנראטור בעזרת שאני. AT2 רשום בטבלה מתח, מהירות וזרם עוגן הגנראטור. כוון מפסק העומס של הגנראטור R8 למצב "1". רשום בטבלה מתח, מהירות וזרם עוגן הגנראטור. חזור לפעולה לכל מצבי המפסק. החזר מפסק העומס של הגנראטור R8 למצב "0"

90 20 חזור על הפעולה לכל גדלי של זרם העירור הדרושים. טבלאות התוצאות ניסוי חיצוני n= I f = V ph1 I ph1 I f = V ph2 I ph2 I f = V ph3 I ph3 I f = V ph4 I ph4 I f = V ph5 I ph5 I f = שים לב!!! V ph6 I ph6 F,N 6.6 ניסוי קצר. במצב "0". וודא שמפסק העומס R כוון מהירות הגנראטור לגודל הנקוב הורד באיטיות את זרם עירור הגנראטור ע"י שאני. AT נתק את מתח מעגל העירור הגנראטור קצר יציאת הגנראטור (קצר בין הנקודות R3). R2, R1, 6.6.5

91 ע" חבר מתח לעירור הגנראטור הסינכרוני כוון באיטיות את זרם עירור הגנראטור ע"י שאני AT2 I ph כך שזרם לא יעלה על הזרם הנקוב במהלך זה מדוד לפחות ב 10 נקודות את זרם העוגן,I ph זרם העירור I f של הגנרטור. השתדל לשמור על מהירות קבועה על ידי כיוונ מכונת זרם ישר. רשום בטבלה את תוצאות המדידות טבלת תוצאות ניסוי קצר. n= I f (עליה) I ph I f (ירידה) I ph. AT2 הורד באיטיות את זרם עירור הגנראטור עד "0 "י שאני נתק את מתח מעגל העירור הגנראטור. הגדל לאט, אחד אחרי השני את התנגדויות R4 R3, עד למצב מקסימום DC עוגן של מנוע (220VDC) נתק מפסק S פרק מעגל הניסוי. 6.7 מדידת ההתנגדות סליל יערור הרכב את מעגל מדידת התנגדות של סליל עירור שבאיור R 4 A X At2 Rectifier 2. 40V 40 VDC V L f A - 20 ADC Digital XX V - 20 VDC Digital ציור מעגלי מדידת התנגדות הסלילים. תציב את ההתנגדות R 4 למצב מקסימום סגור מפסקי של מישר DC V 230 בעמוד ושנאי.At2 העלה את המתח של שנאי At2 עד ~ VDC תוריד באיטיות את ההתנגדות של הנגד R. 4 במהלך ירידה תעשה 6 מדידות של זרם I ומתח V של סליל ערור. Lf רשום נתונים בטבלה. הערה: במהלך העבודה דאג שזרם העירור לא יעלה על גודל הנקוב.

92 22 טבלת תוצאות של מדידת התנגדות. V X_XX I X_XX הגדל את ההתנגדות R 4 עד למצב מקסימום. תוריד את המתח של השנאי.At2 נתק מפסקים של מיישר ושנאי.At מדידת ההתנגדות של סלילי פזות הסטאטור הרכב את מעגל מדידת התנגדות של סליל עירור שבאיור R 4 A R(S,T) At2 Rectifier V DC. (grey machine) 220 VDC V A - 20 ADC Digital V - 20 VDC Digital N Lph ציור מעגלי מדידת התנגדות הסלילים תציב את ההתנגדות R 4 למצב מקסימום. I ומתח V של סליל סגור מפסקי של מישר DC V 230 בעמוד ושנאי.At העלה את המתח של שנאי At2 עד ~ VDC תוריד באיטיות את ההתנגדות של הנגד R. 4 במהלך ירידה תעשה 6 מדידות של זרם L ph ערור. רשום נתונים בטבלה. הערה: במהלך העבודה דאג שזרם העירור לא יעלה על גודל הנקוב. טבלת תוצאות של מדידת התנגדות. V R_N I R_N הגדל לאט את ההתנגדות R 4 תוריד את המתח של השנאי.At2 פתח מפסקים של מישר ושנאי.At2 עד למצב מקסימום סיום הניסוי

93 23 פרק את הסכימה וסדר את מקום העבודה. 8. עיבוד תוצאות. לעיצוב עבודה נא להשתמש בתוכנה Lab3_GenSynch_11.xls שנמצא באתר מעבדה העתק קובץ."Lab3_GenSynch_11" מלא את נתוני המכונות והציוד הדרוש לפי רשימה מהסעיף ניסוי ריקם מלא טבלה מס' 1 לפי נתוני הניסוי. רשום את ההתנגדויות של סלילי העירור ועוגן הגנראטור ומהירות המנוע בנה אופיין ריקם לעליה וירידה של זרם העירור על בסיס טבלה 1, על פי כללי תוכנית. " EXCEL" ניסוי קצר. מלא טבלה מס' 2 לפי תוצאות הניסוי. בנה אופיין קצר לעליה וירידה של זרם העירור על בסיס טבלה 2, על פי כללי תוכנית."EXCEL" חישוב היגב סינכרוני של הגנרטור מלא את הטבלה מס' 3 על סמך הטבלאות מס' 1 ו 2. עשה סיווג נתונים לפי זרם העירור של ניסוי ריקם וקצר בנפרד בנה אופיין קצר וריקם על בסיס טבלה 3, באותו גרף על פי כללי תוכנית."EXCEL" עשה עיבוד גרפים למטרת נוחות סקאלות. עשה אפרוקסימצית קווים חשב את ההיגב הסינכרוני של הגנרטור במצב ללא רוויה. זה היחס בין מתח לזרם העוגן באותו זרם העירור בנקודה של אופיין הריקם השייכ לחלק ללא רוויה חשב את ההיגב הסינכרוני של הגנרטור עם שינוי העירור. לזה מצא נוסחת קו של אופיין הקצר. כתוב לטבלה מס' 4 זרמי העוגן המתאימים לזרמי העירור של אופיין ריקם (טבלה 3) לפי נוסחת קו הקצר. היגב הסינכרוני של הגנרטור הוא היחס בין מתח לזרם העוגן באותו זרם העירור. כתוב לטבלה מס' 4 את היגב סינכרוני בנה גרף של תלות היגב הסינכרוני בזרם העירור על בסיס טבלה מס' 4 וקו של היגב הסינכרוני במצב ללא רוויה באותו גרף, על פי כללי תוכנה EXCEL" ". ניסוי חיצוני. מלא טבלה מס' 5 לפי תוצאות הניסוי. בנה קבוצת האופייניים החיצוניים לפי זרמי העירור השונים על בסיס טבלה 5, על פי כללי תוכנה EXCEL"." אופיין העמסה.

94 בנה בעזרת נתונים ניסוי חיצוני קבוצת אופייני העמסה. כבל את התוצאות. צייר 5 קווים ישרים במקביל לציר מתח ) תואמים ל 5 ערכים של זרם פאזה ( על הגרף "אופיין החיצוני" (במרחק שווה בערך). רשום נתונים (מתח, זרם עירור, זרם עוגן) לכל נקודה משותפת של הקו ואופיין חיצוני לגבי כל הקווים המצוירים. כתוב מתחים וזרמי העירור לפי זרמי העוגן השונים, כולל אפס, לטבלה מס' בנה קבוצת אופייני העמסה לפי זרמי העוגן השונים ואופיין הריקם על בסיס טבלה 6, על פי כללי תוכנה."EXCEL" 8.8 ניסוי מדידת ההתנגדות סלילי מלא טבלה מס'( 7(8 לפי תוצאות הניסוי חשב את התנגדויות של סלילי המנוע חישוב נצילות הגנראטור 8.9 מלא טבלה מס' 9 לפי תוצאות הניסוי חשב את הנצילות ושרטט גרף 8.9.2

95 אוניברסיטת בן גוריון המחלקה להנדסת חשמל ומחשבים מסלול מערכות הספק המעבדה להמרת אנרגיה שנה ג'. ניסוי מס' 4. מכונה סינכרונית. עבודה במקביל לרשת החשמל בעלת עוצמה אינסופית 1122

96 2 1.מבוא לניסוי מכונה סינכרונית המחוברת לרשת החשמל יכולה לתפקד בשלושה אופנים שונים: כגנראטור, כמנוע וכקומפנסטור של הספק ריאקטיבי. סינכרון של גנראטור סינכרוני לרשת החשמל. משטר החשוב ביותר של גנראטור סינכרוני הינו עבודה מקבילה עם רשת. כמובן, גנראטור חייב למסור לרשת זרם בעל אותה תדירות. בעת חיבור הגנראטור במקביל לרשת צריך להיזהר מקפיצת זרם חזקה מדי ומהיווצרות הכוחות והמומנטים אלקטרומגנטיים שיכולים להזיק לגנראטור או לציוד אחר, וגם לפגוע בעבודת הרשת חשמלית. לכן הכרחי לכוון את עבודת הגנראטור העובד במצב הריקם באופן הנדרש לפני חיבורו למשטר המקביל, ואז ברגע האופטימאלי לחבר לרשת. שילוב הפעולות אלה נקרא סינכרון הגנראטור. תנאים לחיבור הגנראטור לעבודה מקבילה מתקבלים ע"י ביצוע של דרישות הבאות: - כ.א.מ. של גנראטור אשר מחובר צריך להיות שווה למתח הרשת; - תדירות הגנראטור צריכה להיות שווה לתדירות הרשת; - התחלפות הפאזות של הגנראטור ושל הרשת צריכה להיות זהה; - מתחים של הגנראטור ושל הרשת צריכים להיות בעלי אותה פאזה. בתנאים הנ"ל וקטורי המתח של הגנראטור ושל הרשת חופפים ומסתובבים באותה מהירות, והפרש המתחים בין המגעים של הגנראטור ושל הרשת שווה לאפס: V ga V la V gb V lb V gc V lc 0 איפה: - V ga,v gb,v gc מתחים של גנראטור; - V la,v lb,v lc מתחים של רשת. בעקבות זאת, בעת החיבור לא נוצרת קפיצת זרם.. Vga. Vla. Vlc. Vgc. Vlb. Vgb איור דיאגרמה וקטורית של מתחי הגנראטור Vg ומתחי הרשת Vl במצב סינכרון בתנאים אידיאליים.

97 3 סינכרון על ידי סינכרוסקוף )synchroscope(..1.1 שיטת שוויון המתחים מתקבל בעזרת הכיוון של זרם העירור )מד זרם A 3 g ) ומבוקר ע''י מד מתח V. 2 שינוי התדירות ופאזת המתח של הגנראטור מתקבל בעזרת שינוי המהירות הסיבוב של מנוע הנעה )בניסוי זה ע''י מנוע.)DC נכונות ההתחלפות הפאזות מבוקרת ע"י המנורות, וולטמטרים וכו'... סינכרון הלא נכון יכול לגרום לתאונה. לדוגמה, אם מתח הגנראטור והרשת הוסט ב- 180, זה שקול לקצר חשמלי במתח כפול: V g V 2V l אם ההתנגדות הרשת ביחס לגנראטור שווה לאפס, זרם קפיצה יכול לחרוג מהזרם הרגיל של הקצר החשמלי במידה כפולה. במקרה זה הכוחות והמומנטים יגדלו פי סכימת סינכרון באיפוס המתח מיוצגת באיור אם כל התנאים הנ"ל מתקיימים, מתח על כל מדי המתח יהיה שווה לאפס, שמאשר את החיבור הגנראטור לרשת. Va Vb Vc SG Ag Bg Cg A l B l C l Net איור סכימת סינכרונית כמעט אי-אפשר לקבל את השוויון המלא בין תדירויות הגנראטור והרשת. לכן חציי מדי מתח מתנדנדים סינפזית )באותה פאזה( עם תדירות השווה להפרש התדירויות בין גנאראטור לרשת. בעזרת כיוון המהירות הסיבוב המנוע נדרש להגיע למצב, כאשר החצים מתנדנדים במהירות המינימלית )מחזוריות של 3-5 שניות( ולבצע חיבור בהעדר המתח. בהפרת הסדר פאזות )לדוגמה, במקום )c-b,b-c,a-a c-c,b-b,a-a חציי מדי מתח מתנדנדים בפאזות שונות, מה שמצביע על צורך בשינוי הפאזות הגנראטור. שיטת סינכרון עצמי. לצורך סינכרון עצמי, מחברים סטאטור של מכונה סינכרונית לרשת החשמל ומניעם באופן דומה להנעה של מנוע אסינכרוני. במהלך ההתנעה סלילי עירור מקצרים על ידי נגד, להגבלת זרם מושרה ולמניעת פריצה עקב היוצרות מתחים גבוהים בסליל זה במהירויות נמוכת של רוטור. כשמהירות הרוטור מתקרבת למהירות סינכרונית, מנתקים את הנגד ומחברים את סליל העירור אל מקור מתח עירור.)DC( המכונה נכנסת לפעולה מסונכרנת באופן עצמאי. תהליך התנעה מסתיים

98 4 1.1 מכונה סינכרונית כקומפנסטור. מניחים, כי רשת החשמל, אליה מחוברת מכונה סינכרונים הינה בעלת הספק אינסופי. זה אומר ששינוי באופן הפעלתה של מכונה סינכרונית אינו משפיע על מתח ותדר הרשת. מתח של גנראטור, הפועל במקביל לרשת, שווה למתח הרשת. מכאן: I E R E V jx IR Ijx (1.1) זרם העוגן מתקבל מביטוי הבא: gen V line E V jx V jx gen line gen line (1.2) אם תהליך סינכרון של Z X >>Z R gen V line גנראטור עם רשת החשמל בוצע תוך כדי שמירה על כל דרישות הסינכרון, E אזי על פי שוויון )4.4(, זרם הגנראטור שווה לאפס. E gen V line אם מגדילים את ערכו של זרם עירור בהשוואה עם זרם עירור ומופיע זרם:,I f_s המתאים לתנאי סינכרון, אז I V jx V j x E j x V j x (1.3) אשר מפגר אחרי, V כא"מ ומקדים את מתח הרשת. לכן, המכונה מספקת לרשת הספק ריאקטיבי ופועל בדומה לקבל. הספק אקטיבי של המכונה שווה לאפס. P V * I *cos, =90 (1.4) E נקרא עירור יתר של גנראטור סינכרוני. אופן פועלה של מכונה סינכרונית במשטר עם נקטין את זרם העירור, אז I V jx gen V line V j x E וזרם gen V line E j x V j x (1.5) ימשיך לפגר אחרי, V אך מקדים את כא"מ ומפגר אחרי מתח הרשת. לכן, המכונה צורכת מהרשת הספק ריאקטיבי ופועל בדומה לסליל השראה. הספק אקטיבי של המכונה שווה לאפס גם במקרה זה.

99 5. Eg.. V=jxI. Vl.. V=jxI. Vl y 90 q 0. I עירור יתר "C" איור y 90 Eg q 0. I עירור חסר "L" P V * I *cos, =-90 (1.6) אופן פועלה של מכונה סינכרונית במשטר E gen V line עבור רשת חשמל מייחסים חשיבות גבוה למקרה בו נקרא עירור חסר של גנראטור סינכרוני., E מכוון שמתאפשר לשלב ברשת החשמל רכיב gen V line שמבצע תפקידו של קבל גדול במיוחד, ולכן מאפשר לשפר מקדם ההספק או cos של איזורים גדולים המהווים צרכני חשמל גדולים. לצורך כך, נבנות תחנות יחודיות לייצור אנרגיה ריאקטיבית בדומה לתחנות כוח, המייצרות אנרגיה אקטיבית. מכונה סינכרונית, שלא מייצרת אנרגיה אקטיבית, אך מועמסת בזרם ריאקטיבי נקראת קומפנסטור סינכרוני. מן הנאמר נובע, כי שינוי של זרם עירור במכונה סינכרונית הפועלת במקביל לרשת החשמל אינו גורם לייצור או שינוי של הספק אקטיבי. motor j generator P=V line *I line *cos <0 I line P=V line *I line *cos >0 V line איור 1.4.1

100 6. Vl. I. V=jxİ q 0 y. I Eġ. I. Eg.. V=jxI q 0 y. I. Vl איור מכונה סינכרונית כמנוע. P V * I *cos, cos 0 איור מכונה סינכרונית כגנראטור. P V * I *cos, cos תהליך המרת האנרגיה שינוי זרם פאזי והספק, המסופק ע"י גנראטור סינכרוני לרשת, מבוצע בעזרת הקטנת זרם עירור של מנוע זרם ישר. מניסוי קודם )מס' 3( ראיתם, שעקב הקטנת זרם עירור של מנוע זרם ישר, מהירותו וכמובן, מהירות של הגנראטור עולה. בניסוי זה, תדירות של הגנראטור סינכרוני מוגדרת על ידי הרשת. ז.א. ועבור מכונות המותקנות a br במעבדה מהירות סינכרונית תהיה.1500rpm מכוון שהספק של הרשת הינו גדול בהרבה בהשוואה להספק המכונות מעבדתיות, גנראטור סינכרוני, המוחזק על ידי הרשת, בולם את האצת המנוע DC כך, שמהירותו נשארת קבועה. כל האנרגיה של מנוע עוברת לבולם גנראטור סינכרוני וממנו לרשת. אנרגיה המסופקת לרשת ניתן לחשב מתוך משוואת המתח עבור מנוע :DC כאשר מתח חיצוני העוגן ומפל המתח V a E a I a R a L a di dt V V a מאזן את הכא"מ הנגדי E a V br L a - - מהווה השראות של עוגן, מפל המתח I a R* a על התנגדות של כריכות על מברשות )כולל מפל מתח על מגע מברשות-קולקטור(. V br במכונות למתחים יחסית גבוהים 5V (. ניתן להעריך את המקדם על V a כאשר כך ש: I a *R a >> V br ו- E a << V br משוואת המתח ניתן לרשום באופן מפורט יותר: dia cei f n IaRa La dt V br הינו מקדם קבוע, התלוי במבנה של המכונה c e פי תוצאות של ניסוי ריקם של המכונה בפעולה כגנראטור.

101 7 I a I I a הקטנת זרם I, f גורמת להקטנת כא"מ נגדי Е а ולכן זרם העוגן גדל. V c ni V V c ni V c n I a e f 1 br a e f 0 br e f a1 Ia0, Ra Ra Ra במשוואה ניתן להזניח את סימון "0" ו- "4" מתאימים לערכים התחלתיים וסופיים של הזרמים בהתאמה. מכוון ש- וקצב שינוי זרם העוגן di הנוצרת על ידי שינוי די איטי של זרם העירור,, a dt L a L a di dt a הינם ערכים קטנים. גידול של הספק הנצרך על ידי המנוע יתקבל:,, והספק המועבר לרשת יהיה: כאשר DC, SYN הינן נצילויות של הגנראטור ושל המנוע בהתאמה.

102 8 אופיין המכונות הסינכרוניות אופיין הריקם של הגנראטור היינו התלות בין כא"מ של המכונה לבין זרם העירור שלה, כאשר זרם העוגן 1.1.n=const,E=V gen = f(i f (; הוא אפס והמהירות סינכרונית. ) l V gen V ph (V אופיין הקצר של הגנראטור היינו התלות בין זרם העוגן שלו לבין זרם העירור, כאשר מתח יציאה הוא אפס.n=const, והמהירות סינכרונית. ) line I a =f(i f ) ; I a I ph (I אופיין חיצוני של גנראטור היינו התלות בין מתח של המכונה לבין זרם העוגן שלה, כאשר זרם העירור קבוע.n=const,I f =const, והמהירות סינכרונית. ) a V a =f(i אופיין העמסה של גנראטור היינו התלות בין מתח של המכונה לבין זרם העירור שלה כאשר זרם העוגן קבוע והמהירות סינכרונית. ) f.n=const, I a =const, V a =f(i עקומת V של מכונות סינכרוניות היינו התלות בין זרם העוגן לבין זרם העירור שלה כאשר מתח המכונה קבוע והמהירות סינכרונית. ) f.n=const, V a =const, I a =f(i X s V I OC ShC היגב סינכרוני X su V I OC _lin ShC _lin היגב סינכרוני ללא רווה אופייני עבודה של המנוע הינם סדרת האופיינים, המציגים את התלות בין הספק המבוא, זרם הכניסה, נצילות ו- cos לבין הספק המוצא שלו, כאשר מתח המכונה, תדר וזרם העירור שלה קבועים. P 1, I 1, cos =f(p2) V l,f,i f =const P1(P2) הספק מבוא )מוצא( I1(V1) זרם כניסה )מתח הזנה( - f תדירות

103 9 2 מטרת הניסוי הכרת הפעולה של מכונה סינכרוני לרשת החשמל בעלת עוצמה אינסופית כגנראטור, כמנוע וכקומפנסטור של הספק ריאקטיבי. מדידת אופייני המכונה. בניית אופייני המכונה ספרות G. Pherson. An Introduction to Electrical Machines and Transformers.1981, Chap.2 Del Toro. Electromechanical Devices for Energy Conversion and Control Systems.1968, chap. 6. מ. קוסטנקו, ל. פיוטרובסקי. מכונות חשמל חלק א'. כל ספר המתאר פעולות של מכונות חשמל.. SPICE Handbook: שאלות ותרגיל הכנה הסבר את תהליך המרת האנרגיה בגנראטור סינכרוני. הסבר את תהליך המרת האנרגיה במנוע סינכרוני. צייר סכמת תמורה של גנראטור סינכרוני. צייר סכמת תמורה של מנוע סינכרוני. צפה בציור וענה על השאלות: מהו התפקיד של הסליל?XX- X מהם התפקידים של הנגדים ו?R1 R3 הסבר את אופיין הריקם של מכונה.DC הסבר את אופיין העמסה של מכונה סינכרונית. הסבר את אופיין החיצוני של מכונה סינכרונית. מהי מהירות סינכרונית? רשום את הביטוי המתאים. זהה בציור הנ"ל את הרוטור ואת הסטטור של הגנראטור הסינכרוני ואת מקור התנועה שלו. איך ניתן לוסת את מהירות המנוע?DC איך ניתן לוסת את מהירות המנוע סינכרוני? איך ניתן לבצע את סנכרון מכונה סינכרונית עם הרשת? על פי הנתונים ממעבדה 4, יש לחשב את שינוי ההספק הנצרך על ידי המנוע DC מרשת, בהתאם לשינוי זרם עירור I f ב- 0.1A ומהירות סיבוב.1500rpm

104 הסבר את תהליך הפעולה של מכשירי מדידה.. 4 ציוד לניסוי עמדות F,G,) (A,B,E, Digital 20A DC 1.5A DC 10A DC Digital 10A AC Digital 750V DC Digital 600V AC שנאי עצמי תלת פאזי שנאי עצמי חד פאזי מד הספק - PM-126 Power analizer טכומטר. מד מומנת A1 A2 A3 A4 V1 V2 AT1 AT1 W M 6. מהלך הניסוי הכנה. הכר את עמדת הניסוי, הימצאות ופונקציות של כל המתגים, מגעים, מכשירים. זהה את המכונות חשמל, הציוד ולוחות הבקרה על שולחן העבודה. בצד שמול נמצא לוח בקרה של מכונה סינכרונית ומכונת זרם ישר, מנוע המשומש כמקור תנועה. בעמוד נמצאים מגעים של הזנת חשמל, מפסקי חשמל והגנה וודא שכל המפסקים S2-1,S2-0, S1 במצב,"OFF" ומתג S2-2 במצב "0" שים על המפסקים לוחיות אזהרה. וודא שמכונות צמידות בעזרת המצמדים רשום נתונים נקובים של מכונה סינכרוני ומכונה.DC סמן את ציוד המדידה ושנאים לפי תפקידו )מיקומו( במעגל. מקם את המכשירים בסדר הנוח. מומלץ למקם את המכשירים בחלק השמאלי של השולחן כפי שמופיע באיור : A3 V2 A4 מכשירי >--- AC A2 V1 A1 >--- מכשירי DC

105 00 הכן והרכב )או הדבק( לכל מכשיר סימניה עם תפקודו של המכשיר בסכימה וערך המקסימאלי של הרכיב הנמדד. במהלך ביצוע ניסוי חל איסור הזזת מכשירי מדידה! ניסוי עבודה מקבילית של גנראטור סינכרוני עם רשת החשמל ( הרכב את מעגל העירור של מנוע.DC )איור הרכב את מעגל העוגן של מנוע.DC דאג שגדליי ההתנגדויות R3 ו R הרכב את מעגל העוגן של מכונה סינכרוני. יהיו מקסימאליים. תקצר בעזרת הכבלים את כניסה ויציאת הזרם של מד הספק. הרכב את מעגל העירור של מכונה סינכרוני. הנעת המנוע זרם ישר. הערה: במהלך הנעה ובעת הניסויים דאג שהמתח והזרם לא יעלו על הגדלים הנקובים. אחרי בדיקת המעגל ואישור של מדריך הורד את לוחיות ההזהרה. חבר את הזנת מעגל העירור של מנוע DC באמצעות מפסקי השנאי AT1 ומפסק SR-1 מיישר "Rectifier V" העלה באיטיות את זרם העירור באמצעות AT1 עד זרם נקוב. ע''י מפסק S1 תן מתח 220 V לעוגן מנוע DC העלה באיטיות את זרם העוגן ע"י הקטנת ההתנגדויות R3 ו R4 עד שהמכונה מתחילה להסתובב הערה: וודא שמחוג של שעון המומנט זז בכיוון הנכון. אם לא הגדל את ההתנגדויות 220. V הזנת המנוע עד למקסימום, נתק מפסק S1 ו R4 R3 הורד את הזרם העירור ע''י AT1 עד 0 ונתק מפסק SR-1. החלף קוטביות של מעגל העירור: החלף בין החיבורים.ZZ ו Z חזור לפעולות הנעה העלה באיטיות את מתח העוגן ( a V( ע"י הקטנת ההתנגדויות מדוד את מהירות המנוע ע"י טכומטר. R ו R4 עד לקצר. אם גודל המהירות קטן מהגודל הנקוב הורד לאט זרם העירור ע''י השנאי AT1 עד השגת המהירות הנקובה. כבל אישור מהמדריך להמשך הניסוי! תוריד את לוח ההזהרה ממתג.S שנה את מצבי המתגים S2-1 S2-0, למצב.(START)"ON" עם כך צריכים להידלק מנורות מעל מגעי המצב "4" הורד את הלוח ההזהרה וחבר את הזנת סכימת העירור של גנראטור סינכרוני. "Rectifier V" מיישר ומפסק SR-2 AT בעזרת At2 העלה בזהירות את זרם העירור כך שמתח פאזי יגיע ל- 230V. רשום את ערכו של I. f באמצעות מפסקי השנאי

106 בדוק כיצד מתנדנדים חצי הוולטמטרים V, b V, a V c אם החצים נעים באותה פאזה, עבור לשלב על גלגל הסנכרון. "Rectifier- 2. במקרה אחר - הורד את מתח הגנראטור עד 4 בעזרת At2 נתק מפסק SR-2 מיישר S,R.40V" החלף בין החיבורים של שתי פאזות ואז בדוק שחציי הוולטמטרים נעים באותה פאזה. ו חזור לפעולות עבור לשלב בעזרת At1 )מעגל העירור מנוע )DC תתקן בזהירות את תדירות הסיבוב של מנוע,DC כך שתנועות המחוגים יאטו. מחזור התנועות צריך להיות 3-4 שניות קבל אישור מהמדריך להמשך הניסוי! V c,v b בעת שהחצי הוולטמטרים V, a נמצאים במצב "4", תעביר את ידית המתג S2-2 ממצב "0" למצב. "I " נתק את הכבל המקצר ווטמטר Analyzer(.)Power בניסוי זה ננתח את המאפיינים החיצוניים של גנראטור סינכרוני בתלות בהספק המנוע, כאשר זרם העירור של הגנראטור ותדירות הסיבוב קבועים. I ph,p,s,pf=f(p_ motdc ) I f _ syn, n=const בצע מדידות הזרמים, מתחים, הספקים של מכונות AC ו- DC לערכים שונים של זרמי העירור הגנראטור סינכרוני. בצע לפחות 40 מדידות בערכים הגדולים והקטנים של זרם, אך אל תעבור את הערך הנקוב. הניסוי מבוצע לזרמי עירור הגנראטור שווים בערך ל- 3.0I, fn 3.0 כאשר I fn I fn הוא זרם העירור הנקוב. שינוי שלהספק המוצא של מנוע לזרם ישר מבוצע על ידי שינוי קטן של זרם העירור, לכן יש לבצע את הניסוי בצורה זהירה מאוד על מנת לא להעמיס יתרה את המכונה. תוצאות הניסויים יש לרשום בטבלה 4. במהלך ביצוע הניסוי יש לשים לב לדברים הבאים: - במידה וזרם עירור של הגנראטור I f _ syn נמוך מנומינלי, הספק המירבי של העומס חייב להיות נמוך מנומינלי. אחרת, עקב העמסת יתר, הגנראטור יכול לצאת ממצב מסונכרן. במהלך הניסוי, תהליך זה יכול להתלוות ברעש זר, מכות במצמד של גנראטור ומנוע ופעולת הגנות חשמליות עקב עלייה חריגה של זרם הגנראטור מעבר לערכו המירבי. עבור ערכו הנמוך הראשון של זרם העירור, מומלץ להעמיס את הגנראטור בהספק נמוך מ- 1200W, עבור ערך השני 1900W. - מערכת מנוע גנראטור מגיבה באופן חד מאוד לשינויים של זרם עירור במנוע, לכן הקטנת זרם העירור של מנוע DCיש לבצע באופן זהיר, על ידי צעדים קטנים בגובה.5-10mA אחרת, הספק המסופק לרשת על ידי הגנראטור יעלה באופן חד ויעבור את ערכו המותר, מה שיכול לגרום לפעולת הגנות ועצירת המכונה.

107 .. 03 shunt Electrical distribution board W supply load S2-0 Synchronizer Power AC SATEC PM126EH V ac R S T N 0 40 Vdc SR2 800V/ 25A 230V/ 40V in 230 VAC in 230 VAC - + Auto-tr At2 STOP S2-1 START V DC SR1 Rectifier -2 40V Rectifier V 800V/ 25A G1 G2 G3 L1 L2 L3 G1 G3 G2 N Power DC S1 red V dc R 4 DC R3 A1 AA DC machine A Z ZZ V2 A4 Synchronous machine AC R red V1 A2 S X XX A3 T 0 red red A 1 20 A dc A2 1.5 A dc A 3 10 A dc A 4 10 A ac V V dc V V ac Digital Digital Digital Power Analyzer, SATEC W Digital Tachometer Auto-tr At1 V a V b V c blew black S2-2 I II 0 3ph x 400V 230V S0-0 S3-0 blew S Vac Synchronous Machine as Generator connected to Infinite Bus. Stands A, B. איור a איור 4.6.1a

108 .. 04 Electrical distribution board red T1 T2 T3 S2-0 STOP S2-1 START Synchronizer V a V b V c Power AC Power DC S1 SATEC PM126EH W shunt supply load 220 V dc V dc red V ac R S T N 0 40 Vdc SR2 800V/ 25A 230V/ 40V in 230 VAC in 230 VAC - + Auto-tr At 2 A4 V V DC SR1 Rectifier -2 40V Rectifier V 800V/ 25A G1 G2 G3 L1 L2 L3 G1 G3 G2 N red red Auto-tr At 1 3ph x 400V 230V S0-0 S3-0 blew S0-1 blew black R 4 R3 220 V dc A1 A 1 20 A dc A2 1.5 A dc A 3 10 A dc A 4 10 A ac V V dc V V ac V1 AA DC machine A DC Z ZZ Digital T1 T2 T3 A2 Digital Digital Digital Digital Power Analyzer, SATEC W Digital Tachometer Synchronous machine X AC R S T 0 XX A3 S2-2 I II 0 230Vac Synchronous Machine as Generator connected to Infinite Bus. Stands E, F, G. איור b איור 4.6.1b

109 05 הערה: במהלך הניסויים דאג שהמתח והזרם לא יעלו על הגדלים הנקובים. טבלה מס' 1 מנועה זרם ישר גנראטור סינכרוני I f2 _ syn =,A; V ph =,V, n=,rpm Power Analyzer A4 V a =. S,VA PF P,W I ph, A F rot, N I a, A יש להחזיר את זרם העירור של המנוע לערכו ההתחלתי. טבלה מס' 2 מנועה גנראטור סינכרוני זרם ישר I f2 _ syn =,A; V ph =,V, n=,rpm Power Analyzer A4 V a =. S,VA PF P,W I ph, A F rot, N I a, A

110 06 יש להחזיר את זרם העירור של המנוע לערכו ההתחלתי. גנראטור סינכרוני. עקומת V ניסוי בניסוי זה תוגדר הקשר בין זרם הפאזי של גנראטור סינכרוני לבין זרם העירור שלו תחת ערכים קבועים של מתח העוגן, זרם העירור ומהירות הסיבוב של מנוע לזרם ישר המניע את הגנראטור. במילים אחרות הספק המוצא של מנוע זרם ישר נשמר קבוע. I ph =f(i f_syn ) I f_mot, n=const 3.0P n 3.0P, n מערכו הנומינלי של הספק מכונה סינכרונית )או את הניסוי עורכים בשלוש רמות עומס שונים 3, מנוע.)DC שינוי של הספק המוצא של גנראטור סינכרוני מבוצע באופן המתואר בסעיף , על ידי שינוי קטן של זרם עירור במנוע ומחושב על ידי.Power Analyzer את זרם העירור של גנראטור סינכרוני יש לשנות בתחום בין ערכו המינימלי לבין ערכו הנומינלי. ערכו המינימלי לא יהיה שווה לאפס, מכוון שמכונה סינכרונית, בעלת קטבים סמויים, עלולה, במקרה זה, לצאת מסינכרון. לכן, עבור מכונות אפורות הנמצאות במעבדה, עדיף לכוון I. f_min 1A= עם גידול העומס, יש להגדיל את זרם העירור המינימלי, עבורו המערכת פועלת באופן יציב. המלצה: =1A( )P=0.6P n I f_min =2.8A ; P 0.3P n I f_min 2A; P=0 I f_min בצעו 40 מדידות ורשמו את התוצאות בטבלאות 5. 1, 3, הערה: על תוריד זרם העירור עד אפס - המכונה יכולה "ליפול " מהסנכרון טבלה מס' 3 שים לב לסימני המדידות. מנועה זרם ישר גנראטור סינכרוני V ph =,V, n=,rpm I f = ; I f, A S,VA Power Analyzer PF P,W I ph, A (A4) V a =. F rot =, N Ia

111 07 I f, A תחזיר את זרם העירור של גנרטור סינכרוני לערכו ההתחלתי. הצב ערכו החדש של העומס. טבלה מס' 4 גנראטור סינכרוני מנועה זרם ישר V ph =,V, n=,rpm I f = ; V a =. Power Analyzer I ph, A F rot =, N (A4) S,VA PF P,W Ia תחזיר את זרם העירור של גנרטור סינכרוני לערכו ההתחלתי. הצב ערכו החדש של העומס. טבלה מס' 5 מנועה זרם ישר גנראטור סינכרוני V ph =,V, n=,rpm I f = ; I f, A S,VA Power Analyzer PF P,W I ph, A (A4) V a =. F rot =, N Ia

112 08 תחזיר את זרם העירור של גנרטור סינכרוני לערכו ההתחלתי נתק את הרשת על ידי מפסקים S2-0. S2-1, נתק את מעגל הזנת העירור של מכונה סינכרונית. הורד מתח עוגן המכונה DC על ידי R3 ו R4. נתק את המתח עוגן של מכונה DC על ידי S1. נתת את מעגל העירור מכונה DC על ידי מפסק. שים על המפסקים לוחיות אזהרה מכונה סינכרונית כמנוע..4. בצע חיבורים חדשים על פי איור ביצוע שינויים עיקריים: חיבורי העוגן של מכונת זרם ישר מעבירים ממקור מתח 220Vdc לנגד העומס R7. מכניסים נגד משתנה R2 ומתג Sf אל מעגל העירור של מכונה סינכרונית. מחברים את הזנת הסטאטור של מכונה סינכרונית למהדקים,L1.,L2 L קבע בורר Sf למצב " If." קצר בין כניסות ליציאות של כל פאזה במד הספק על ידי מוליכים נפרדים, על מנת למנוע העמסת יתר של מכשיר מדידה בתהליך ההתנעה. קבל אישור מהמדריך להמשך הניסוי! הורד את הלוחות ההזהרה הפעל מתח לסליל העירור של מכונה סינכרונית באמצעות מפסקי השנאי AT2 ומפסק SR-2 של מיישר "40V."Rectifier הצב זרם עירור If של מכונה סינכרונית לערך המתאים למתח נומינלי )220V( במצב ריקם על ידי שנאי.AT2 את ערכו של זרם העירור יש למצוא מתוך ניסוי מספר 3. S f הצב בורר למצב.R f קבע בורר עומס התנגדותי R 7 למצב מס' 0. קבע נגד משתנה R2 למצב התנגדות מקסימלית

113 09 S f לאחר אישור המדריך, החל בהתנעה אסינכרונית של מנוע סינכרוני: הפעל מפסק S2-0 ולחץ על "START" ב- S2-1. במהלך האצת הרוטור של מכונה סינכרונית, תקטין את התנגדות של נגד משתנה R2 עד שמהירות הסיבוב תגיע ל ממהירות סינכרונית. במהירות זאת, אשר קרובה למהירות סינכרונית, העברת את בורר למצב I. f וודא, כי מהירות המנוע הגיעה למהירות סינכרונית והמכונה פועלת באופן יציב. החזר את נגד משתנה R2 למצב התנגדות מקסימאלית הערה: במהלך הנעה ובעת הניסויים דאג שהמתח והזרם לא יעלו על הגדלים הנקובים. חבר את הזנת מעגל העירור של גנראטור DC באמצעות מפסקי השנאי AT1 ומפסק SR-1 מיישר "Rectifier-1.220V" בעת הגדלה איטית של זרם העירור על ידי השנאי,AT1 וודא שמחוג של מד מומנט נא בכיוון הנכון. אם כיוון המחוג נכון, עבור לסעיף הבא, אם לא, הורד את זרם העירור של גראטור DC לאפס, נתק מפסק S2-1 STOP הקודמות. ו- R תחליף מקום בין חיבורים של פאזות S נתק את המוליכים המקצרים את מד הספק ניסויים למציאת אופייני עבודה הצב בורר עומס התנגדותי R 7 למצב. 7 ו- S. תחזור על פעולות ההתנעה הערה: במהלך הנעה ובעת הניסויים דאג שהמתח והזרם לא יעלו על הגדלים הנקובים. At1 מדוד ורשום בטבלה עלית זרם עירור של גנראטור DC עד-נקוב- I f הפרמטרים הנדרשים. על ידי שנאי מס' 4. את כל

114 .. 21 shunt Electrical distribution board IN OUT S2-0 Synchronizer Power AC SATEC PM126EH Vdc SR2 800V/ 25A 230V/ 40V in 230 VAC in 230 VAC Vac Auto-tr At2 STOP S2-1 START V DC SR1 Rectifier -2 40V Rectifier V 800V/ 25A V V V G1 G2 G3 L1 L2 L3 G1 G3 G2 N Power DC S V dc A1 V1 AA DC machine A DC Z ZZ A2 V2 A4 Synchronous machine AC R S X XX T 0 red blue red R7 DC load B 3ph x 400V 230V S0-0 S3-0 O red blue A 1 20 A dc A2 1.5 A dc A 3 10 A dc A 4 10 A ac V V dc V V ac Digital Digital Digital Power Analyzer, SATEC W Digital Tachometer R2 Auto-tr At1 400 V ac Starter XX Sf If R2 R S T N A3 S2-2 I II 0 S0-1 Synchronous Machine as Motor. Stands A, B. איור a איור a-4.6.2

115 .. 20 Electrical distribution board red T1 T2 T3 S2-0 STOP S2-1 START Synchronizer V a V b V c Power AC Power DC S1 SATEC PM126EH W shunt supply load 220 V dc V dc Vdc SR2 800V/ 25A 230V/ 40V in 230 VAC in 230 VAC Vac T1 T2 T3 black Auto-tr At V DC SR1 Rectifier -2 40V Rectifier V 800V/ 25A G1 G2 G3 L1 L2 L3 G1 G3 G2 N 3ph x 400V 230V S0-0 S3-0 blew S0-1 red red A 1 20 A dc A2 1.5 A dc A 3 10 A dc A 4 10 A ac V V dc V V ac 220 V dc Digital Digital Digital Digital Digital Power Analyzer, SATEC W Digital Tachometer A4 red R7 DC load B A1 V1 AA DC machine A DC Z ZZ A2 Synchronous machine X AC R S T 0 XX V2 Starter XX Sf If R2 A3 O 400 V ac Auto-tr At 1 R S T N R2 S2-2 I II 0 Synchronous Machine as Motor. Stands G, H, E. איור b איור b-4.6.2

116 22 תוצאות ניסוי אופייני עבודה של המנוע )עליית זרם עוגן הגנראטור.)DC מנעוה סינכרוני n=, I f_syn = V ph =. F,N Power Analyzer I ph, A S,VA PF P 1,W (A4) טבלה מס' 6 גנראטור I a, A זרם ישר V a, V 1 הורד זרם העירור של הגנראטור DC עד. 0 I ph =f(i f_syn ) I f_mot, n=const סינכרונית. עקומת V ניסוי מנוע בניסוי זה תוגדר הקשר בין זרם הפאזי של מנוע סינכרוני לבין זרם העירור שלו תחת ערכים קבועים של מתח העוגן, זרם העירור ומהירות הסיבוב של גנראטור לזרם ישר. את הניסוי עורכים בשלוש רמות עומס שונות 3, n 3.0P n 3.0P, מערכו הנומינלי של הספק מכונה סינכרונית )או.)DC שינוי של הספק המוצא של מנוע סינכרוני מבוצע על ידי שינוי זרם העירור בגנראטור. DC את זרם העירור של מנוע סינכרוני יש לשנות בתחום בין ערכו המינימלי לבין ערכו הנומינלי. ערכו המינימלי לא יהיה שווה לאפס, מכוון שמכונה סינכרונית, בעלת קטבים סמויים, עלולה, במקרה זה, לצאת מסינכרון. בצעו 14 מדידות ורשמו את התוצאות בטבלאות 7,4,4.. בצע מדידות ורשום בטבלה מס' 1. את כל הפרמטרים הנדרשים במצב ריקם של גנראטור DC הערה: במהלך הניסוי דאג שהמתח והזרם לא יעלו על הגדלים הנקובים.

117 23 טבלה מס' 7 גנראטור זרם ישר במצב ריקם גנראטור זרם ישר מנועה סינכרוני n=, V ph =., F= I f = ; I f, A S,VA Power Analyzer PF P 1,W I ph, A (A4) V a =. F rot =, N Ia 0 תחזיר את זרם העירור של מנוע סינכרוני למצבו המקורי. ~0.3Po טבלה מס' 8 קבע גנראטור זרם ישר בעומס גנראטור זרם ישר מנועה סינכרוני n=, V ph =., F= I f = ; I f, A S,VA Power Analyzer PF P 1,W I ph, A (A4) V a =. F rot =, N Ia 0

118 24 תחזיר את זרם העירור של מנוע סינכרוני למצבו המקורי. 0.6Po ~ טבלה מס' 9 קבע גנראטור זרם ישר בעומס גנראטור זרם ישר מנועה סינכרוני n=, V ph =., F= I f = ; I f, A S,VA Power Analyzer PF P 1,W I ph, A (A4) V a =. F rot =, N Ia 0 תחזיר את זרם העירור של מנוע סינכרוני למצבו המקורי. 7.סיום הניסוי 7.1 נתק את הרשת S2-0. S2-1, הורד את מתח את השנאי At2 עד ל 0 V )מצב "0"( ונתק מפסק שנאי.At2 7.1 הורד את מתח את השנאי At1 עד ל. 0 V נתק את המעגל הזנה עירור של מכונה. DC פרק את הסכימה וסדר את מקום העבודה עיבוד תוצאות. לעיצוב עבודה נא להשתמש בתוכנה Lab4_Syn_Main 11.xls שנמצא באתר מעבדה העתק קובץ _11" Synch_Main."Lab4_ מלא את נתוני המכונות והציוד הדרוש לפי רשימה מהסעיף

119 25..4 ניסוי גנראטור במקביל עם רשת חיצוני מלא טבלאות מס' 4,2 לפי נתוני הניסוי. בצע חישובים מתאימים העתק אץ הנתונים מטבלאות,1 2 לטבלה 3 ומיין את הנתונים בכל קבוצה על פי סדר עליית ההספק. בנה גרפים 4.1 גנראטור סינכרונית. ניסוי עקומת V מלא טבלה מס' 1 לפי תוצאות הניסוי בצע חישובים מתאימים. העתק אץ הנתונים מטבלה 1 לטבלה 5 ומיין את הנתונים בכל קבוצה על פי סדר עליית זרם יערור מכונת סינכרונית. בנה גרפים, על פי כללי תוכנית."EXCEL" 4.4 ניסוים אופייני עבודה מלא טבלה מס' 6 לפי תוצאות הניסוי. בצע חישובים מתאימים בצע חישובים מתאימים. העתק אץ הנתונים מטבלה 6 לטבלה 7 ומיין את הנתונים בכל קבוצה על פי סדר עליית ההספק סינכרונית. בנה גרפים על פי כללי תוכנית."EXCEL" מכונת 4.4 ניסוי. עקומת.V מלא טבלה מס' 8 לפי תוצאות הניסוי. בצע חישובים מתאימים. בצע חישובים מתאימים העתק אץ הנתונים מטבלאות 8 לטבלה. 9 בנה גרפים על פי כללי תוכנית."EXCEL" 4.7 סיכום בצע השוואת פרמטרים של מכונה סינכרונית במצבי עבודה שונים. תעריכו את מידת ההתאמה של תוצאות הניסויים לתיאוריה של מכונות סינכרוניות.

120 1 אוניברסיטת בן גוריון המחלקה להנדסת חשמל ומחשבים מסלול מערכות הספק המעבדה להמרת אנרגיה ניסוי מס' 5. מכונת השראה כמנוע וכגנראטור. איור. 1.1 מראה כללי של מכונת השראה ביצוע סגור 1122

121 2 1 1.מבוא לניסוי 2.2. הגדרות מכונת השראה מכונת זרם חילופין הכוללת מעגל מגנטי, מורכבת משני מעגלים חשמליים המסתובבים אחד ביחס לשני, בהם אנרגיה נמסרת ממעגל אחד למעגל אחר באמצעות השראה מגנטית. מנוע השראה מכונת זרם חילופין שבה סליל הראשוני )בד"כ סטטורי( מחובר למקור אנרגיה חשמלית היוצר זרם חשמלי בסליל המשני הרב-פאזי או בסליל מסוג "תא סנאי" )בד"כ רוטורי( ומהמיר אנרגיה חשמלית למכאנית. גנרטור השראה מכונת השראה המסובבת ע"י מקורות חיצוניים של אנרגיה חשמלית בעלת מהירות העולה על מהירות סינכרונית וממירה אנרגיה חשמלית למכאנית. החלקה הפרש היחסי בין מהירויות הסיבוב של שדה המגנטי ורוטור. n מהירות סיבוב הרוטור n 1 מהירות סיבוב השדה n1 n S n 2.1. עקרון פעולת המנוע עקרון פעולת מנוע השראה מבוסס על חוק השראה אלקטרומגנטית )חוק :)Faraday-Maxwell dφ ε dt והשפעת כוחות )Lorentz) לורנץ: F q[vb] מחוק ההשראה האלקטרומגנטית נובע שאם מוליך נמצא בשדה מגנטי חילופי, אז בו מעורר כ.א.מ. שכיוונו מוגדר ע"י כלל יד ימין. N O' - V i N i O' - F V O + O + איור.1.3. כוח המופעל על מוליך עם זרם בשדה המגנטי איור 1.2. היווצרות הכ.א.מ. במוליך הנמצא בשדה חילופין

122 3 אם לנתק את המוליך OO' שיחסית אליו נע קוטב N, אז דרכו יזרום זרם שבעקבות פעולת גומלין עם שדה המגנטי ראשוני מעורר כוח. הכוח מכוון באופן כזה שמקטין את מהירות ההשתנות שדה המגנטי )חוק.)Lentz כלומר מוליך OO' נע אחרי הקוטב N כך שמהירות היחסית בין מוליך לקוטב תקטן. אם מהירות היחסית תרד עד אפס, שינוי השדה המגנטי ביחס למוליך יתאפס. לכן הכ.א.מ. והזרם במעגל המוליך OO' יעלמו. המוליך יאט את פעולתו בעקבות כוח החיכוך ויתחיל לאחר אחרי הקוטב. התהליך יתחיל מהתחלה. לקבלת אפקט תעשייתי לוקחים מספר מוליכים ומחברים אותם למבנים מחזוריים, כפי שמופיע באיור 1.4. איור תנועת המגנט לאורך סולם מוליך בעקרון, באיור 1.1 מיוצג אב-טיפוס של מנוע השראה ליניארי. אם להדק את הסולם עם עצמו, כלומר ליצור " כלוב סנאי" ולמקם בתוך השדה המסתובב, תא יתחיל להסתובב אחרי השדה. מוט טבעות קצר איור.1.5. " כלוב סנאי"

123 4 N S איור.1.6 " כלוב סנאי" בתוך שדה מגנטי מסתובב 2.3. שדה מגנטי מסתובב שדה מגנטי מסתובב )למעשה הוא שדה מסתובב או רץ נוצר( לא על ידי תנועה מכאנית של ליבת המגנט החשמלי, אלא על ידי ליפוף המוזן על ידי זרם חילופין המתאים לפאזיות וממוקם באופן מיוחד בליבה נירה )איור 1.1(. A V sin t B V sin( t 90 0 ) A V sin t B V sin( t ב( ליפוף תלת-פאזי ) א( ליפוף דו-פאזי C V sin( t ) יצרת תזוזת פאזה בליפוף דו-פאזי להזנה מנוע ע"י זרם חד-פאזי ד( ג( המרת ליפוף תלת-פאזי לדו-פאזי ויצירת פאזה שנייה להזנה מנוע ע"י זרם חד-פאזי איור.1.7 אמצעי היווצרות שדה מגנטי מסתובב

124 5 משום שסליל חד-פאזי יוצר שדה מגנטי מדפק )התנדנד( שניתן לחלקו לשני מרכיבים מסתובבים מנוגדים, הכנסת סליל נוסף שהוסט פיסית בזווית מסוימת )בהמרת תלת-פאזי לחד-פאזי 121 מעלות חשמליות( ומוזנת בהיסט הפאזה מדמה את היווצרות פאזה שנייה גנרטור השראה בעזרת מנוע נוסף ניתן להאיץ סיבוב הרוטור כך, שמהירות סיבובו תעלה על מהירות הסיבוב של שדה מגנטי. במקרה זה כיוון התנועה היחסית של רוטור השדה ישתנה לנגדי יחסית לעבודה במשטר המנוע ההחלקה תהפוך לשלילית: בעקבות ש n n - 1 S n1 n 0 n בהתאם לכך, כיוון הכ.א.מ. והכוח הפועל על מוליך הרוטור ישתנה לנגדי. V r >V s i V s N O' + F i V r O - איור... 2 היווצרות הכ.א.מ. במוליך הנמצא בשדה חילופין במקרה. V rot V< st כלומר, סטטור מעיט )עוצר( את רוטור המסובב באמצעות מנוע נוסף. בהתאם, אנרגיה מנוע מועברת לסטטור מכונת השראה. 2.1 מבנה של מכונת השראה באיור 1.9 מיוצגות עניבות של מנוע השראה טיפוסי עם רוטור מקוצר חשמלית - רוטור הקלוב.

125 6 איור..2. מנוע השראה עם רוטור הקלוב רוטור בנפרד מיוצג באיור.1.10 איור 1.10.ליבות הסטטור והרוטור הקלוב מנוע השראה ליבות הרוטור והסטטור מורכבות מפחיות נפרדות הגזורות מפח פלב"מ אלקטרוטכני )איור 1.11(. איור פחיות הרוטור )בשמאלה( והסטטור )בימינה ) של מכונת השראה.

126 7 פני שטח מצד אחד או משני הצדדים מצופים בלקה מבודדת. אוספים ביחד את הפחיות ויוצקים עליהם אלומיניום תחת לחץ. באמצעות כך נוצר "כלוב סנאי" של רוטור יחד עם טבעות קצר וכנפיים של המאוורר. לתוך חריצי הסטטור שמים את ליפופי הסליל. ליפופים בנויים מתיל קשיח בעל חתך מלבני או תיל דק בעל חתך עגול. במקרה הראשון חריצי הסטטור הינם בעלי צורה כמו באיור.1.12 א(, וליפופים מוכנסים לתוך החריצים ומקובעים ע"י "טריזים". במקרה השני סטטורים הינם סגורים למחצה, והליפופים מוכנסים דרך הפתח )איור.1.12 ב((, וגם כן מקובעים ע"י מעצורים. Round copper thin wire Rectangular copper wire Slot wedge Slot wedge א( ב( איור צורות חריצי הסטטור מנועי השראה חד-פאזיים בעלי קטבים מסוככים הינם הנפוצים ביותר הודות הפשטות המבנה )איורים.1.14,.1.13 (. אך בעקבות ניצולת נמוכה משתמשים בהם רק בעומסים נמוכים )עד 21 וואט(. ring איור מנוע השראה חד-פאזי בעל קטבים מסוככים )במלאו וסטטור בנפרד(

127 8 Core Ring Coil איור 2.24.סכימת מבנה של סטטור דו-קטבי של מנוע השראה בעלך קטבים מסוככים לרוטור ישנו מבנה דומה למכונה המתוארת לעיל. יתרון המבנה הוא בכך שמכונה תומכת רק סליל אחד. מומנט הסיבוב ההתחלתי נוצר בעקבות השדה המגנטי שאינו סימטרי תחת קוטב: כריכה מקוצרת חשמלית הממוקמת בקצה הקוטב מחליש את שדה המגנטי תחתיו. עם כך נוצר כוח המכוון מחלק הלא- מסוכך לחלק המוסכך תורם לסיבוב הרוטור...2. מכונת השראה עם רוטור מלופף למכונות השראה מסוימות קיים ליפוף על הרוטור הדומה לזאת של סטטור. למכונות כאלה קוראים מכונה עם רוטור מלופף. למעשה, ניסוי מעבדה נעשה במכונה כזאת )איורים (. סלילי הרוטור אסופים לכוכב או משולש, והקצוות יוצאים החוצה דרך טבעות המגע )איורים (, 1.17,1.18 ומברשות על הריוסטט המניע )איור.1.19 ) מועילים לקיום הנעת מנוע בצורה טפיפה, ללא זרמי בהלם )מכת הזרם(. ) Type A3L 1.5 kw; 1500rpm; Leroy -Somer( קופסת מגעים צלע הקירור איור סטטור - שילדה

128 9 חריץ הסטטור שן הסטטור קצוות החידוד איור תיאור פנימי של סטטור מכסה של מיסב ליבה מיסב צומת מברשות ציר קצוות החידוד איור רוטור

129 11 טבעות מגע צומת המברשות מברשת איור.2.2. צומת המברשות במכונות בעלות רוטור מלופף ניתן לווסט תורי הסיבוב באמצעות שינוי התנגדות מעגל רוטורי. Stator Rotor איור.2.2. סכימת הנעת מכונה בעל רוטור מלופף 2.1. מכונת השראה כמו שנאי ניתן לראות את מכונת השראה כשנאי בעל מבנה מיוחד. במקום סלילים מרוכזים סלילים מפוזרים של סטטור ורוטור. במקרה של מכונה בעלת רוטור מקוצר חשמלית - אחד סלילי השנאי תמיד מקוצר חשמלית. ליבת המוליך המגנטי במנוע מובדל מליבת המוליך המגנטי בשנאי בכך שיש לה חריצי אוויר שגורמים להתחזקות שטפי הפיזור והחלשת השראות המיגנוט.

130 11 PRIMARY WINDING CORE STATOR CORE PRIMARY WINDING ROTOR CORE AIR GAPE SECONDARY WINDING SECONDARY WINDING שנאי מכונה השראה כשנאי איור מודל המעגל המגנטי מכונה השראה ושנאי H L 1 במנוע בעל רוטור כלוב מספר הפאזות של רוטור אינו שווה למספר פאזות של סטטור. אך זה לא משנה את העצם הפיסי של תהליכים. בשנאי תחת מקדם ההשנאה מקובל לחשב את היחס בין מספר הכריכות של פאזה אחת של סליל המתח הגבוהה ביותר לבין מספר הכריכות של פאזה אחת של סליל המתח הנמוכה ביותר. N - n מקדם ההמרה בשנאי N במכונות השראה מקדם ההשנאה מוגדר כיחס בין סליל הסטטור לבין סליל הרוטור, וערכו יכול להיות:. 1 n; n 1 להגדרה הניסיונית של מקדם ההשנאה לסליל הסטטור עם סליל הרוטור מנותק, מחברים מתח ומבצעים מדידות של מתחים ליניאריים של שני סלילים. מדידת העומס על הסטטור מתבצעים על המגעים שלו, ושל רוטור על הטבעות. ניתן גם למדוד על מגעי הרוטור. שיטה זאת אינה נחשבת כמדויקת במיוחד. ערכים הנמדדים בשיטה זאת מובדלים מאלה של יחס ליפופים. הסיבה היא בכך שמתח הסטטור נמדד על המגעים מובדל מכ.א.מ. כתוצאה מנפילת המתח בסליל הנוצר באמצעות זרם הזנה. R ST L ST_s L R_s R R STATOR ROTOR L ST_m L R_m k 2 ציור סכימת התמורה של מכונה השראה בשנאים זרם ריקם הינו קטן - ~ 5% 1 מזרם הנקוב. במכונת השראה הוא ~ 40% 20. לכן שיטה זאת נותנת ערך גדול של מקדם ההשנאה. לכן מבצעים מדידה נוספת: מפעילים מתח על הרוטור כאשר סלילי הסטטור אינם מחוברים. וכך מגדירים את יחס בין המתחים. ממוצע המדידות משני מקומות יהיה קרוב למחושב: k T k T1 T 2

131 12 STATOR ROTOR k TYY V V lin _ st lin _ rot STATOR ROTOR k T Y V V lin _ st lin _ rot / 3 איור הגדרת המקדם ההשנאה בסכמות חיבור הסטטור שונות.. 2.סכמת תמורה של מכונה אם נשקף את ליפוף הרוטור אל ליפוף הסטאטור, בדומה לליפוף משני של שנאי המשוקף ליפוף הראשוני )(, אז R 1 L 1 L 2 סכימת התמורה IM תקבל צורה: R 2Cu STATOR R m ROTOR R mech = R 2Cu 1-s s L m איור סכימת התמורה של מכונה השראה התנגדות אקטיבית של סליל הפאזה של סטאטור, השראת הפיזור של סטאטור, התנגדות אקטיבית התואמת להפסדים בליבת המכונה, השראת המגנות, - R 1 - L 1 - R m - L m - השראת הפיזור המשוקף של רוטור, ' 2 L L 2 k 2 T ' 2 2Cu 2kT - R R חלק ההתנגדות הרוטור האקטיבית המשוקף התואמת להפסדים בסליל הרוטור,

132 13 - חלק ההתנגדות האקטיבית המשוקף מכונה, של רוטור תואמת לעומס מכני של.n 1 =n n 1 =0 s=0 R ', זה אמרת ש- mech R ' 2mech R 2Cu k 2 T 1 s s מתוך סכימת התמורה נובעים המצבים המאפיינים מצב ריקם תואם את המקרה ( מהירות הסיבוב הרוטור שווה למהירות הסיבוב השדה ) מצב קצר תואם את המקרה ', R זה אמרת ש- 1=s או mech או 0 רוטור תפוס..2. שתפי אנרגיה Net Shaft P 1 P 1 Stator Rotor gape P g =P 1 -P Cu1 -P Core1 P CU1 P mech = P 1 -P fw -P stray P fw Rotor P mech =P g -P Cu2 P Core1 P CU2 gape P g = P mech -P Cu2 P stray P CU2 P fw Stator P Core1 P 2 =P mech -P fw -P stray P stray P 2 =P g -P Core1 -P Cu1 P CU1 Shaft Net (a מנוע (b גנראטור איור 2.13 שטפי אנרגיה במנוע השראה 2) P 1( P הספק כניסה )יציאה( P Cu1 הפסדי הספק בסליל הסטאטור.

133 14 P Core1 הפסדי ברזל )ליבה( בסטאטור. P g הספק במרווח אוויר. P Cu2 הפסדי הספק בסלילי הרוטור. P mech הספק מכני. P fw הפסדי חיכוך ואיוורור. P stray הפסדים נוספים הנגרמים על ידי הרמוניות הגבוהות ורווית הליבה 2.11 תורת הניסוי הפסדי הריקם מגנטיים בליבה הפסדי הריקם P 1 של מנוע הם סכום הפסדי החיכוך ואוורור P, mech הפסדי הנחושת P steel, הפסדי הנגרמים על ידי הרמוניות גבוהית בזרם ועל ידי רוויה,P Cu :P stray P 1 =P Cu + P mm +P stray ; P mm =P steel +P mech ; P stray =ai 2 a - ניתן ע''י תקנים לפי הספק המכונה הפסדים במהירות הסיבוב הרוטור הקבועה ישנם הפסדים קבועים לחיכוך ואוורור. אם במהירות הקבועה במצב ריקם לשנות מתח, הספק צריכת המכונה ישתנה רק בעקבות שינויי ההפסדים המגנטיים. הפסדי הנחושת בסלילי הסטאטור ורוטור הינם זניחים. הפסדים מגנטיים בשינוי קטנים מתח קטנים יחסית לערך נקוב, פרופורציונאליים לריבוע המתח. לכן אם לבנות גרף על פי המדידות )( ולקרב אותו לקו ישר בסביבות ערכו הנקוב של המתח, ואת הקו להמשיך עד החיתוך עם ציר ההספק, נקודת החיתוך תיתן הפסדים המכאניים. ההפרש Pmm-Pmech יהיה שווה להפסדים המגנטיים. P P steel P mech Pmm V n 2 V 1 2 איור 1.21 הפרדה בין הפסדים מכאניים לבין הפסדים מגנטיים

134 מדידת ההספק תלת פאזי בשיטת " שני ווטמטרים " שיטת " שני ווטמטרים " )איור ) 1.25 הינה השיטה למדידות ההספק תלת פאזי, מאוזן. הספק מדומה של מעגל תלת פאזי הינו סכום ההספקים שלושת הפאזות: יעילה כאשר העומס אינו S=V A *I A +V B *I B +V C *I C זרמי הפאזות הם מספקים את המאזן: A B C A W 2 V A W 1 V Load איור 1.25 I A +I B +I C =0 I C =-I A - I B מכאן - לכן הספק נדמה שבה: S= V A *I A +V B *I B +V C *(-I A -I B ) = (V A -V C )*I A +(V B -V C )*I B = =V AC *I A +V BC *I B הספק פעיל הינו P= Re(S)=Re(V AC *I A )+Re(V BC *I B ) = P 1 +P 2 - קריאה של שני ווטמטרים. P 1,P 2

135 16 2. מטרת הניסוי הכרת פעולת מכונת השראה. מדידת אופייני המנוע וכגנראטור. בניית אופייני המנוע וכגנראטור ספרות G. Pherson. An Introduction to Electrical Machines and Transformers.1981, Chap.2 Del Toro. Electromechanical Devices for Energy Conversion and Control Systems.1968, chap. 6. E.W. Golding and F.C. Widdis, Electrical Measurements and Measuring Instruments. Sir Isaac Pitman & sons, London, 1963, pp מ. קוסטנקו, ל. פיוטרובסקי. מכונות חשמל חלק א'. כל ספר המתאר פעולות של מכונות חשמל.. SPICE Handbook: שאלות ותרגילי הכנה תאר את העיקרון של שדה מגנטי מסתובב. 4.2 הגדר את החלקה והסבר את תלות ההחלקה במצבים השונים של פעולת מכונת ההשראה. 4.1 צייר והסבר סכמת תמורה לפאזה של מכונת השראה. 4.3 תאר דיאגרמת ההספקים וההפסדים של המכונה. 4.4 מצא את נצילות המכונה מתוך דיאגרמת ההספקים. 4.1 רשום והסבר את משוואת המומנט האלקטרומגנטי של מנוע השראה...4 צייר והסבר אופיין מכני של מנוע השראה. 4.1 הסבר את שיטות ההתנעה השונות של מנוע השראה...4 מהו אופיין ריקם של מנוע השראה...4 מהו אופיין קצר של מנוע השראה כיצד מקבלים פרמטרים של סכמת תמורה מתוך ניסויים. מהו אופיין ריקם ואופיין קצר של מנוע 4.22 השראה. מהם אופייני העבודה של מנוע השראה בצע ניסוי סימולטורי עם מודל של מנוע השראה )נספח מס' 11( 4.23 הסבר את תהליך הפעולה של מכשירי מדידה 4.24 בדוח מכין יש להציג רק תוצאות סימולציה ומסכנות

136 17 5. ציוד לניסוי. רב מודד Analyzer- Power עומס התנגדותי חד פאזי R7 מכונת השראה מכונת זרם ישר מד זרם ישר 20A דיגיטאלי מד זרם ישר 1.5A מד זרם חילופין 10A,סקלה 211. מד מתח ישר 600V דיגיטאלי מד מתח חילופין 750V דיגיטאלי שנאי עצמי AT1 שנאי עצמי AT2 מד סיבובי מנוע דיגיטאלי מד מומנט 6. מהלך הניסוי. הכנה. הכר את עמדת הניסוי, הימצאות ופונקציות של כל המתגים, מגעים, מכשירים. זהה את המכונות חשמל, הציוד ולוחות הבקרה על שולחן העבודה. בצד שמאל נמצא לוח בקרה של מכונת זרם ישר, גנראטור המשומש כעומס. בצד ימין נמצא לוח בקרה של מכונת השראה. בעמוד נמצאים מגעים של הזנת חשמל, מפסקי חשמל והגנה. וודא שכל המפסקים, כולל מפסק של שנאי עצמי, פתוחים. שים על המפסקים לוחיות אזהרה. וודא שמכונות מוצמידות בעזרת המצמדים. רשום נתונים נקובים של מכונת זרם ישר ומכונת השראה, נתוני הסליל של מכונת השראה. סמן את ציוד המדידה לפי תפקידו )מיקומו( במעגל. מומלץ להציב את הציוד על השולחן לפי מיקומו במעגל...2 ניסוי הפסדי מכנים ומגנטים אופייני ריקם של המנוע הנם התלות בין זרם כניסה, הספק כניסה וגורם הספק לבין מתח של הסטטור של המנוע, כאשר עומס הרוטור הוא אפס :. P 2 כאשר העומס הוא אפס =0,I 1,P 1,cos φ 1 = f(v 1 ( ניסוי מאפשר למצות הפסדים מגנטיים, מכאניים וכמה פרמטרים סכמת התמורה...1

137 18 בניסוי הזה משתמשים בשיטה התנעת המנוע בעזרת שנאי עצמי הרכבת מעגל. )איור (: 6.1 וודא שמפסקי שנאי עצמי פתוחים דאג ששנאי עצמי AT1 במצב " 1 ".הרכב את מעגל של מנוע השראה. הרכב את מעגל רוטור. הרכב את מעגל סטטור של מכונת השראה. )מגעים,Y2-Y1,X2-X1 ו Z2-Z1 מחוברים לסלילי סטאטור של מכונת ההשראה(. הערה: במהלך התנעה וניסויים דאג שהמתח והזרם לא יעלו מעל עורכים הנקובים התנעת המנוע. וודא שהמכונות מוצמודות ע"י המצמד. אחרי בדיקת המעגל ואישור של מדריך הורד את לוחיות האזהרה. כוון מפסקים המתנע "3","2" ו "1 ב" מצב - ON קצר רוטור. וודא שמפסקי השנאי עצמי פתוחים. וודא ששנאי עצמי במצב "1". חבר את המתח 111 V לשנאי עצמי. הדלק את מפסקי השנאי עצמי. העלה באיטיות את מתח השנאי עד התחלה תנועת המנוע. וודא שמחוג של שעון המומנט זז לכוון הנכון. אם לא הורד את המתח ל "1", פתח מפסק שנאי עצמי.)ON( תחליף מקום בין חיבורים X1 ו- Y1. תחזור לפעולות ההתנעה הקודמות. העלה באיטיות את מתח שנאי עצמי 3.1. V = Vline

138 19 DC generator A Induction motor W RW Start rheostat AA DC V U RV RU Z ZZ X2 Y2 Z2 A - 10A ac Pointer, 270-scale V V ac Digital AT1 3-ph Autotransformer 8.5kVA 400 V AC At1 R S T N X1 Y1 Z1 Power Analyzer source A load SATEC PM126 EH N V איור. 6.1 בדיקת מכונת ההשראה בריקם. מכונה בצבה אפור. עד.131 V ביצוע הניסוי. העלה באיטיות את מתח שנאי עצמי מדוד מהירות המנוע ע"י טכומטר. רשום בטבלה מס' 9.1 מתח, הספק וזרם כניסת המנוע במצב זה. הורד באיטיות את מתח שנאי עצמי עד 151, V במהלך ההורדה מדוד לפחות ב 11 נקודות את מהירות, מתח, הספק וזרם כניסת המנוע. רשום בטבלה את התוצאה. הורד את מתח שנאי עצמי עד 1 שים על המפסקים שילוט אזהרה. ונתק את מפסקי השנאי.

139 21 טבלה. 9.1 תוצאות ניסוי ריקם. n, rpm V 1, V I 1, A P 1, W ניסוי קצר. אופייני קצר של המנוע היינו התלות בין זרם כניסה, הספק כניסה ובין מתח של הסטטור, כאשר הרוטור מעוצר: ( 1,I 1,P 1,cos φ 1 = f(v כאשר רוטור תפוס. הניסוי נעשה בתנאי שהרוטור תפוס. העצירה נעשית ע"י פין ברזל הנמצא על משטח המכונה ונכנס לתוך ציר המנוע V 1,V - I 1, A - P 1,W V 1,V ביצוע הניסוי וודא שמתח מנותק משנאי עצמי. עצור את הרוטור. החזר את כל אמצעי הביטחון למקום. אין לעמוד ליד המנוע בזמן הפעולה. וודא שרוטור מקוצר )מפסקים המתנע "1", "2" ו "3" נמצאים במצב.)ON וודא ששנאי עצמי במצב "1". חבר מתח לשנאי עצמי. העלה באיטיות את מתח השנאי עצמי שזרם הכניסה יהיה נקוב. עד במהלך העלייה מדוד לפחות ב 11 נקודות את מתח, הספק וזרם כניסת המנוע. רשום בטבלה מס' 9.2 את התוצאה. הורד באיטיות את מתח שנאי עצמי עליה כניסה כניסה ירידה - - I 1, A - P 1, W כניסה כניסה לאפס. עד במהלך ירידה מדוד לפחות ב 11 נקודות את מתח, הספק וזרם כניסת המנוע. רשום לטבלה את התוצאה. הערה: במהלך ניסויים דאג שהזרם לא יעלו מעל עורכים הנקובים. טבלה 9.2. תוצאות ניסוי קצר נתק את מפסקי השנאי עצמי ועמוד הספקת חשמל. נתק את מפסקי המתנע "1", "2" ו "3". שים על המפסקים שילוט אזהרה. הוצא פין מהמצמד ושים אותו על השולחן.

140 21 ניסוי אופייני עבודה של המנוע. אופייני עבודה של המנוע הנם התלות בין מהירות, מומנט, נצילות, זרם הסטטור, וגורם הספק של המנוע ובין הספק היציאה שלו, כאשר מתח נקוב קבוע ותדר קבוע.,I 1,n, M 2, f(p 2 (..4.f 1 =const,u 1 = U n =const בניסוי הזה משתמשים בשיטה התנעת המנוע בעזרת ריאוסטט תלת פאזי במעגל רוטור מלופף בצע שינוים במעגל הניסוי לפי איור 6.2: הרכב את מעגל עירור של גנראטור.DC הרכב את מעגל עוגן של גנראטור.DC עומס R1 מחובר בין מגעים B ו O הודע למדריך על סיום ההרכבה לצורך בדיקה לפני הפעלה. על כל המפסקים S1. S2-0, אחרי בדיקת המעגל ואישור של מדריך הורד את שילוט הזהרה התנעת המנוע..S2-1 "START", S2-0 הדלק את ה- כוון את המתג המתנע "3" למצב ON( 1 (. זרם כניסה יכול לעלות בקפיצה. חכה עד שהוא יורד. חזור לאותה פעולה עם המפסקים "2" ו "1". ומפסק השנאי SR1 של " "Rectifier1.230VDC הדלק את המעגל עירור מכונה DC ע''י מפסק. עצמי AT2 ושים לב לתנועת מחוג של טורקמטר At2 כוון זרם עירור מכונה DC )עד 0.2A~( על ידי שנאי מחוג צריך לנוע בכיוון השעון. מפסק שנאי עצמי.At2 אם לא הורד את זרם עירור ל "1", נתק נתק את המפסק. S2-1 "STOP", S2-0 נתק את מפסקי המתנע "1", "2" ו "3".. (L1-L2) החלף בין החיבורים של שתי פאזות תחזור לפעולות ההתנעה הקודמות. וודא שכיוון סיבוב הרוטור של מכונת השראה הורד את זרם עירור מכונה DC ל -0. זהה לכיוון הנכון.

141 Start rheostat VAC 0 : 230 VAC 0 : 230 VDC - Autotransformer At2 Rectifier VDC SR1 + A3 10A ac, Digital A1 20 A dc Digital A2 1.5A dc, pointer V1 750V dc Digital V2 600 V ac Digital W Power Analyzer Digital Tachometer O V1 AA Single phase ( DC) Load R7 B A1 A S2-1 L1 L2 L3 T1 T2 T3 S2-0 Electrical distribution board 3ph /400 V Line 2 Z X2 X1 A2 Y2 Y1 ZZ Z2 Z1 DC V U DC generator Induction motor W T1 T2 T3 A3 SATEC PM126EH Stands A, B W RW RV RU IN SHUNT V a OUT

142 23 Electrical distribution board 3ph /400 V Line 2 S2-0 S2-1 L1 L2 L3 Single phase (DC ) Load R7 B A1 V1 A3 10A ac, Digital O Autotransfor mer At2 Rectifier VDC SR VAC 0 : 230 VAC 0 : 230 VDC - A1 20 A dc Digital A2 1.5A dc, pointer V1 750 V dc Digital V2 600 V ac Digital W Power Analyzer Digital Tachometer A A A Stands E, F, G SATEC PM126EH W IN OUT DC generator A3 SHUNT Induction motor W D C V U Z ZZ Z2 Z1 230V DC2 A2 Y2 X2 Y1 X1 Stand 230V DC2 V2 Starter RW RV RU. 6.2b

143 24 מדוד מהירות המנוע ע"י טכומטר ו רשום בטבלה 9.3 את כל הנתונים הנדרשים: כוח, מהירות,זרמי ומתחים, הספק,. cos כוון את מתג בורר העומס של הגנראטור R7 למצב "7". שנה העומס של מנועה השראה בעזרת עלית זרם עירור של גנראטור זרם ישר שנאי. At2 מדוד ורשום בטבלה מס' 9.3 את כל הפרמטרים הנדרשים. עד-נקוב- I f על ידי הערה: במהלך ניסויים דאג שהמתח והזרם לא יעלו מעל עורכים הנקובים. טבלה מס' 9.3. תוצאות ניסוי אופייני עבודה של המנוע )עליית זרם עוגן הגנראטור(. Main voltage : 3x V/50Hz Rotation speed at OC :n OC = IM param DC generator No. Power Factor (cos ) (satec) P in, W (satec) I line,a I a,a V a,v n, rpm F, N למצב "1". הורד את הזרם עירור עד 1 ונתק את SR1 ו שנאי. At2 נתק את המפסקים "STOP" S2-1 ו-. S2-0 נתק את מפסקי המתנע "1", "2" ו "3" אחד אחרי השני. תחזיר מתג בורר העומס חד פאזי של הגנראטור R7 DC שים על המפסקים שילוט אזהרה...4..

144 25 ניסוי עבודת המכונה במשטר הגנראטור. אופייני עבודה של הגנראטור הנם התלות P 1, S 1, I 1, cos = f(n); מכונת זרם ישר צריכה לבצע פעולת המנוע. בצע שינוי בסכימת ההנעה של מכונות חשמליות בהתאם לאיורים 3.. : וודא שריאוסטטים R 3, R 4 במעגל העוגן נמצאים במצב ההתנגדות מקסימאלית. אחרי בדיקת המעגל קבל אישור מהמדריך להמשך הניסוי בדיקת כיוון הסיבוב של מכונת זרם ישיר הורד את לוחיות ההזהרה ממתג.SR1, S 1 הדלק את המעגל עירור ע''י מפסק שים את זרם הנקוב במעגל העירור. חבר את ההזנה 220 VDC בעזרת מתג "Rectifier1.230VDC " של SR1 ומפסק השנאי עצמי AT2.. S 1 העלה קצת באיטיות את מתח העוגן ( a V) ע"י הקטנת התנגדויות להסתובב. שים לב לתנועת מחוג של טורקמטר התנגדויות R3 מחוג צריך לנוע ו R4 עד שהמכונה מתחילה בכיוון השעון. במקרה אחר - עד למקסימום,נתק את S 1 ו R4 R3 הקטין זרם עירור עד 1 ע''י השנאי עצמי AT2 החלף קוטביות של מעגל עירור: החלף בין החיבורים Z, תלה את לוחיות ההזהרה. ונתק את מפסק.SR1 ו.ZZ חזור על פעולות ההתנעה: הדלק את המעגל עירור ע''י מפסק ושים את זרם הנקוב במעגל העירור. חבר את ההזנה 220 VDC בעזרת מתג "Rectifier1.230VDC " של SR1. S 1 העלה קצת באיטיות את מתח העוגן ( a V) ע"י הקטנת התנגדויות להסתובב. וודא שתנועת מחוג לכיוון הנכון. בזמן עצירת המכונות בדוק וזכור את הכיוון הסיבוב של עצירת המכונות : הגדל את התנגדויות ההזהרה. הקטין זרם עירור עד 1 ע''י השנאי עצמי תלה את לוחיות ההזהרה רוטור. R3 R3 ו R4 עד למקסימום,נתק את הגדל את ו R4 עד שהמכונה מתחילה S 1 AT2 ונתק את מפסק.SR1, תלה את לוחיות בדיקת כיוון הסיבוב של מכונה השראה הורד את לוחיות ההזהרה ממפסק S2-0. הדלק את ה- וודא שכיוון סיבוב הרוטור של מכונת השראה במקרה אחר - נתק את המפסק החלף בין החיבורים של שתי פאזות..S2-1 "START", S2-0.S2-1 "STOP", S2-0 זהה לכיוון הסיבוב של מכונת זרם ישיר

145 26 הדלק את ה- S2-1., S2-0 וודא שכיוון סיבוב הרוטור של מכונת השראה זהה לכיוון הנכון. קצר מפסק המתנע "3". זרם כניסה יכול לעלות בקפיצה. חכה עד שהוא יורד. חזור לאותה פעולה עם המפסקים "2" ו "1". הורד את לוחיות ההזהרה ממתגי.SR1, S1. ומפסק השנאי עצמי AT2 הדלק את המעגל עירור ע''י מפסק SR1 של " "Rectifier1.230VDC שים את זרם הנקוב במעגל העירור. חבר את ההזנה 220 VDC בעזרת מתג. S 1 הגדל את מתח הזנת העוגן עד ערך הנקוב תוך הקטנה זהירה של התנגדות הריאוסטטים R 3, R 4 עד 1. בצע מדידות של מהירות הסיבוב, מתחים, זרמים, הספקים במכונות חשמליות והכנס את תוצאות לטבלה מס' 9.1. בעזרת ידית שנאי העצמי AT2 הגדל בזהירות את מהירות סיבוב הרוטור ב ס''ד ו בצע מדידות. בצע לפחות 12 שינוים ומדידות של מהירות הסיבוב, מתחים, זרמים, הספקים במכונות חשמליות. הגדלת מהירות הסיבוב בצע, עד שזרם העוגן של מכונת זרם ישיר או זרם קווי מכונת השראה לא יגיע לערך הנקוב הערה:! בסביבת מהירות סינכרונית 2rpm) ±) תבצע מדידות ב- 5-6 נקודות. הכנס את תוצאות המדידות לתוך טבלה מס' 9.1. חזור על התהליך בכיוון ההפוך הקטן את מהירות הסיבוב עד למצב ההתחלתי ע"י ביצוע מדידות טבלה מס'. 9.1 תוצאות ניסוי גנראטור DC motor voltage: V No. n, rpm Fst, N DC motor Ia,A Induction Machine Panel satec V Line,V I Line,A S1, VA PF P 1,W

146 27 No. n, rpm Fst, N DC motor Ia,A Induction Machine Panel satec V Line,V I Line,A S1, VA PF P 1,W

147 28 230VAC 0 : 230 VAC 0 : 230 VDC - Autotransformer At2 Rectifier VDC SR1 + V1 V dc Digital V2 W Digital Tachometer Electrical distribution board V1 AA Z DC A2 ZZ A1 R4 R3 A DC generator S2-1 L1 L2 L3 T1 T2 T3 S VDC S1 V2 - + STAND Analog A3 10A ac, Digital V ac Digital Power Analizer A1 20 A dc Digital A2 1.5A dc 3ph /400 V Line 2 Electrical distribution board Stands A, B X2 X1 Y2 Y1 Z2 Z1 U Induction motor W V Starter RW RV RU T1 T2 T3 A3 SHUNT. 6.3a SATEC PM126EH W ( Power Analizer) IN OUT

148 29 230VAC 230 Vac 220VDC S1 R4 - + R3 Autotransformer At2 El ectri cal di stri buti on boar d V1 V dc Digital V2 W Digital Tachometer Analog A3 10A ac, Digital V ac Digital Power Analizer A1 20 A dc Digital A2 1.5A dc A W V1 AA V DC U Z ZZ X2 X1 Rectifier VDC SR1 0 : 230 VAC + 0 : 230 VDC - El ectri cal di stri buti on boar d Stands E, F, G A1 DC generator Induction motor A2 Y2 Z2 Y1 Z1 N SATEC PM126EH W load source Starter RW RV RU Shunt. 6.3b V2 N A3 L1 L2 L3 S2-1 S2-0 El ectri cal di stri buti on boar d 3ph /400 V Line 2

149 הגדל את התנגדויות R3 ו R4 עד למקסימום,נתק את S 1 נתק את מפסק.SR1 ונתק. AT2 הקטין זרם עירור עד 1 ע''י השנאי עצמי תלה את לוחיות ההזהרה. ו- S2-0 נתק את המפסקים "STOP" S2-1 נתק את מפסקי המתנע "1", "2" ו "3" אחד אחרי השני., תלה את לוחיות ההזהרה. סוף הניסוי. פתח את מפסקי העמוד ההספקת חשמל. פרק את מעגל הניסוי. החזר את כל האביזרים למקום עיבוד התוצאות. לעיצוב עיבוד התוצאות נא להשתמש בתיק שנמצא באתר מעבדה העתק קובץ Lab5_IndMachine_11.xls מלא את נתוני המכונות והציוד הדרוש לפי רשימה מסעיף 5. ניסוי ריקם. אופייני ריקם של המנוע הנם התלות בין זרם כניסה, הספק כניסה וגורם הספק לבין מתח של הסטטור של המנוע, כאשר עומס הרוטור הוא אפס.. P 2 כאשר העומס הוא אפס =0,I 0,P 0,cos φ 0 = f(v 1 ( מלא טבלה מס' 1 לפי נתוני הניסוי. מתח של הסטטור, V 1 זרם כניסה )קב( והספק כניסה.P 0 =P 1, I 0 =I מלא טבלה מס' 2 לפי טבלה מס' 1. עשה סיווג נתונים לפי עלית מתח כניסה של המנוע.,Pmm=P, P mm =P o - I 2 o -3*I 2 1 כאשר R התנגדות 1 *R 1 ; ( Y ) הפסדים קבועים. ) *R 1 ; ( 1 פאזת הסטטור. בנה אופייני ריקם על בסיס טבלה 2, על פי כללי תוכנית EXCEL" ". אופייני הפסדי ריקם של המנוע היינו התלות בין הפסדים קבועים ובין מתח של הסטטור בריבוע של המנוע, כאשר העומס הוא אפס. ( 1,P mm = f(v 2 כאשר העומס הוא אפס. מצא הפסדים מכניים P fw שמהווה נקודת חיתוך קו אפרוקסימציה של גרף ( 1 P mm = f(v 2 וציר אנכי. P core1 P= mm P fw ומלא טבלה 3. מצא הפסדי ברזל בעזרת הנוסחה:." EXEL רשום גודל הפסדי ברזל מתאימים למתח 380V. בנה אופיין הפסדי ברזל על בסיס טבלה 3, על פי כללי תוכנית " חישוב פרמטרים של סכימת תמורה

150 31 2 התנגדות ריקם לפאזה. (P 0 /3)/I 0ph =,R o.c עכבה ריקם לפאזה,Z o.c = V 0ph /I 0ph כאשר כאשר I 0ph זרם פאזי. V 0ph היגב ריקם לפאזה ( o.c. X o.c.= (Z 2 o.c -R 2 מתח פאזי.." מלא טבלה מס' 4 לפי חישובים הנ"ל על בסיס נתוני הטבלה מס' 2. בנה גרף של תלות הפרמטרים של סכימת תמורה במתח כניסה על בסיס טבלה 4, על פי כללי תוכנית EXEL" 1. 1 ניסוי קצר. אופייני קצר של המנוע היינו התלות בין זרם כניסה, הספק כניסה ובין מתח של הסטטור, כאשר הרוטור מעוצר. ( 1,I 1,P 1,cos φ 1 = f(v כאשר רוטור תפוס מלא טבלה מס' 5 לפי נתוני הניסוי. מלא טבלה מס' 6 לפי טבלה מס' 5. עשה סיווג נתונים לפי עלית מתח כניסה של המנוע. בנה אופייני קצר על בסיס טבלה 6, על פי כללי תוכנית EXEL"." מצא זרם קצר מתאים למתח 380V בעזרת עקומת אפרוקסימציה של גרף ) 1 I. 1 =f(v חישוב פרמטרים של סכימת תמורה לפי נוסחאות הבאות: התנגדות קצר לפאזה. עכבה )אימפדנס ) קצר לפאזה, כאשר I 1ph זרם פאזי. V 1ph R s.c,z s.c = V 1ph /I 1ph כאשר = P 1 /3I 1ph 2 היגב )ריאקטנס( קצר פאזה ( s.c. X s.c.= (Z 2 s.c R 2 התנגדות רוטור פאזה. R 2 = R s.c - R 1 מתח פאזי. היגב רוטור פאזה. / 2 s.c X =X 2 1 = X מלא את טבלה מס' 7 לפי החישובים הנ"ל על בסיס נתוני טבלה מס' 6. בנה גרף תלות הפרמטרים של סכימת תמורה במתח כניסה על בסיס טבלה 7, על פי כללי תוכנית "." EXEL ניסוי אופייני העבודה של המנוע. אופייני עבודה של המנוע הנם התלות בין מהירות, מומנט, נצילות, זרם הסטטור, וגורם הספק של המנוע ובין הספק היציאה שלו, כאשר מתח נקוב קבוע ותדר קבוע.,I 1,n, M, f(p 2 ( 1.3.f 1 =const,u 1 = U n =const.i מלא טבלה מס' 8 לפי נתוני הניסוי. רשום מתח כניסת המנוע U 1 וזרם עירור הגנראטור. I f מלא טבלה מס' 6 לפי טבלה מס' 8. עשה סיווג נתונים לפי עלית זרם כניסה של המנוע מצא: s=(n 1 -n)/n 1 החלקה

151 32 Δ - P g =P 1 - I 2 1 *r 1 - הספק במרווח אוויר P core Y - P g =P 1-3I 1 2 *r 1 - P core הספק מתפתח P d =(1-s)P g מלא טבלה מס' 10 על פי חישוב. כאשר a=0.479,p stray =a I 1 2 הפסדים נוספים למכונות בצבע אפור =a למכונות בצבע כתום. הפסדי ריקם P 0 נמצאים באיור 1. הספק יציאת המנוע.P 2 =P d -P 0 הספק יציאת הגנראטור.P load = U a I a נצילות המנוע.η= P 2 /P 1 מומנט המנוע M= 60P 2 /2πn בנה אופייני עבודה על בסיס טבלה 11, על פי כללי תוכנית "."EXCEL אופיין מכני. אופיין מכני של המנוע היינו התלות בין מומנט של המכונה לבין המהירות שלה כאשר מתח נקוב קבוע ותדר קבוע. f(n(.f 1 =const,u 1 = U n =const,m בנה אופיין מכני על בסיס טבלה 11, על פי כללי תוכנית " EXCEL ".. n מישטר גנראטור מלא טבלה מס' 12 לפי נתוני הניסוי. מלא טבלה מס' 13 לפי טבלה מס' 12. עשה סיווג נתונים לפי עלית מהירות הסיבוב של המנוע 1.4 הספק P 1 ;P DC מצא: הספק כניסה מנוע - DC ו COS מכונה השראה. בנה גרפים תלות ההספקים של מכונות השראה וזרם ישר COS במהירות הסיבוב על בסיס טבלה. מס' :13 f(n) P DC, P1 = f(n); cos =.. רשום בצורה ברורה את תוצאות המדידות והחישובים בטבלאות. כתוב את כל הנוסחאות הקשורות לחישובים. רשום את המסקנות בדף המתאים. לעיצוב עבודה נא להשתמש בתוכנה Lab5_IndMahcine_11.xls שנמצא באתר מעבדה

152 אוניברסיטת בן גוריון המחלקה להנדסת חשמל ומחשבים מסלול מערכות הספק המעבדה להמרת אנרגיה ג. שנה ניסוי מס' 6. מכונת השראה. פ'' 2. מאפייני מנוע השראה במהירויות סיבות שונות משנה מהירות מראה כללי של מכונת השראה ביצוע סגור 2011

153 2 1.מבוא לניסוי כללי. מנועי השראה בעלי רוטור כלוב הינם המנועים הנפוצים ביותר בתעשייה עקב מבנה פשוט, אמינות גבוהה ועלות נמוכה. מאפיין ייחודי של מנועי השראה הוא יצבות גבוהה של מהירות הסיבוב. ככלל, שינוי מהירות הסיבוב כתוצאה משינויי העומס אינו עובר 2-3%. מנועי השראה יכולים להיבנות עבור פעולה במספר מהירויות. שינוי המהירות מתבצע על ידי מיתוג מספר זוגות קטבים. רוב היישומים של מנועי השראה מתוכננים למהירות סיבוב קבועה. במקרים, בהם נדרש שינוי רציף של מהירות הסיבוב, ניתן להשתמש במנועי זרם ישר, אך המנועים הללו מורכבים מבחינה קונסטרוקטיבית ולכן יקרים הרבה יותר. מעבר לכך, בכדי לשנות מהירות מנוע לזרם ישר נדרש ספק מתח מבוקר לזרם ישר. במקרים רבים, עדיף מבחינה טכנו-כלכלית להשתמש במנוע השראה עם מכשיר המסוגל לשנות את מהירות המנוע. מבין שיטות לשינוי מהירות יעילה ביותר היא הזנת המנוע בתדירות משתנה. שינוי התדירות מבוצעת על ידי מכשיר ייחודי הנקרא משנה מהירות או משנה תדר driver(.)vfd-variable frequency הכנסת יכולת שליטה על המהירות, במיוחד עם בקרה בחוג סגור, משפרת מאד את ביצועי מערכת כולה. 1.1 רקע תיאורטי B( ) מומנט אלקטרומגנטי נוצר כתוצאה מאינטראקציה בין זרם הנוצר באמצעות ליפופי סטאטור עם זרם I 2. I 1 במוליכי הרוטור ושדה מגנטי המסתובב שדה מגנטי B( ) הרץ לאורך היקף הרוטור וזרם ( ) I 2 במוליך הרוטור יוצרים אלמנט כוח: F=B( )I 2 ( )l (1) אחד: מומנט m הנוצר ממוליך l m=d/2*b( )I 2 ( )l (2) איפה ש - D היקף הרוטר. מוליכי הרוטור. מומנט סיבוב הכללי הממוצע הנוצר על ידי כלל w M el ~wb( )I 2 (B ) (3) עקב הזרם לסטטור. I 2 הנוצר משדה מגנטי B 2 הרץ לאורך היקף הרוטור, מומנט הסיבוב יחסי לריבוע המתח V 1 המופעל M el ~ B 2 2 ( )~ I1 ~ V V (4) Z L

154 3 1.2 דרישות הוויסות מהירות הסיבוב מנוע וויסות מהירות הסיבוב רוטור מתקיים בעיקר במקרים הבאים: M=const, P=const, המאוורר( )עומס M~f 2 M M _ L 2 1_ L V V V V 2 1_ 1 2 1_ f f מ- )4( מקבלים יחס: (5) מכאן בתנאי קביעות המומנט המנוע נובע: לשינוי התדירות חייב לשמור על יחס קבוע בין מתח לתדירות. V V 1_1 1_ 2 f f V f const מתנאי קביעות ההספק נובע: מתח חייב להשתנות פרופורציונאלית לשורש היחס בין תדירויות: (6) M 1 f1m V 1 1_ 1 f2 f M 2 f2m 2 V 1_ 2 f1 f2 P P 1 (7) V V 1_1 1_ 2 f f 1 2 V f const (8) 2 במקרה :M~f V V M M 1_1 1_ 2 2 V _ 1 f2 f1 (9) V 1_ 2 f1 f2 מכאן נובע: f f V f 2 const (10) מתח חייב להשתנות פרופורציונאלית לריבוע היחס בין תדירויות.

155 4 M 2 r 2 pm1v 1 s r f 1[(r1 ) (x1 x2) ] s el ; 1.3 להלן משוואת מומנט הסיבוב המנוע [ [: היכן p מספר זוגות קטבים ליפופי הסטאטור m 1 מספר פאזות ליפופי הסטאטור ) 2 r 1 r) התנגדות אקטיבית של פאזת הסטאטור )רוטור( ) 2 x 1 (x ריאקטנס של פאשות הסטאטור )רוטור( כאן 1.4.מדידת הספק משום שמנוע מוזן על ידי ממיר התדרים הפועל בשיטה,PWM זרם ומתח הסטאטור מכילים תדרים גבוהים.)>1kHz) תכולת התדרים גבוהים לא מאפשרת שימוש ווטמטרים רגילים שעובדים בתדרים Hz לכן בניסוי מדידת צריכת הספק המיוצר על ידי סקופ דיגיטאלי Pico Scope ותכנת.EXEL למדידת הספק באמצעות Pico Scope דרוש: 1. לספק כניסות Ch.A, Ch.B Pico Scope האותות התואמים למתח וזרם הנמדדים..2 בחלום Pico Scope להעתיק גלי זרם ומתח בפורמט.(Edit Copy as text) TXT 3. הדבק העתק לחלום של.EXCEL בחלון EXCEL יופיעו רצף ערכי זמן בעמודה אחת, ומתחים התואמים בעמודה סמוכה. בהתאם לדגם Pico Scope רצפים הספרתיים שנוצרו מכל ארוץ ממוקמים אחד מתחת לשני :PICO-. (PICO 6) או בעמודות סמוכות, PICO-200 ) צור שבלונה לחישוב צריכת ההספק המלא P 1 של מנוע בעזרת אלגוריתם: T * V ( t) I( t) dt kd * T 0 N i 1... N P V I i - הספק כניסה ל- W.t i התואם לערך המתח ברגע,[kV, mv ] V Ch.B רכיב העמודה V i.t i התואם לערך הזרם ברגע, [mv ] V Ch.A רכיב העמודה I i N מספר השורות במערך, השווה למספר הדגימות. - מקדם התיקון היחידות. i P 1 k d בעבודה על נוסחה שימו לב לתיאום המימדים בעמודות המערך ] Ch.B V]. Ch.A,[ V] בזמן יצירת השבלונה לשים לב ליחידות מערכים ספרתיים V הערכים המוזנים לתוך המשוואה צריכים להיות ביחידות וולט.

156 5 )שינוי סקלת הזמן וסקלת המתחים )זרמים( בחלון Pico-Scope גורם לשינוי ההתקנות דיגיטליזציה מידות המערך משתנות בהתאם( דוגמה לשבלונה: 1 מטרה להדבקה טבלה ב- EXCEL : A B C D E 2 Channel A 3 t,ns V, mv Pinst,W P1,W = =3*(Cn+1)/(n-4) 4 x 1 y 1 z 1 *y 1 5 x 2 y 2 z 2 * y 2... x i y i z i * y i n.. n+1 =sum(c4 Cn) n+2 Channel B n+3 t,ns( S ) V, V n+4 x 1 z 1 n+5 x 2 z 2.. n+n-1 x i z i. בכל מדידה עוקבת הכנס ל- EXCEL במקום סט הערכים הישנים את הערכים החדשים ( i I( i V, כשהערך ההספק הממוצע P 1 יחושב על ידי.EXCEL שימו לב שייתכן ההבדל בין ההספק המחושב באמצעות EXCEL ו- Scope Pico בשיטת פאזה אחת לבין ההספק המדוד על ידי (SATEC) Power Analyzer המחושב לפי כל הפאזות. הבדל נובע עקב אסימטריה האפשרית בליפופי מנוע השראה.

157 6. מטרת הניסוי הכרת פעילות מכונת השראה במהירויות סיבות שונות מדידת אופייני המנוע בניית אופייני המנוע וגנראטור ספרות G. Pherson. An Introduction to Electrical Machines and Transformers.1981, Chap.2 Del Toro. Electromechanical Devices for Energy Conversion and Control Systems.1968, chap. 6. E.W. Golding and F.C. Widdis, Electrical Measurements and Measuring Instruments. Sir Isaac Pitman & sons, London, 1963, pp מ. קוסטנקו, ל. פיוטרובסקי. מכונות חשמל חלק א'. כל ספר המתאר פעולות של מכונות חשמל שאלות ותרגילי הכנה תאר את העיקרון של שדה מגנטי מסתובב. 3.1 הגדר את החלקה והסבר את תלות ההחלקה במצבים השונים של פעולת מכונת ההשראה. 3.1 צייר והסבר סכמת תמורה לפאזה של מכונת השראה. 3.2 תאר דיאגרמת ההספקים וההפסדים של המכונה. 3.3 מצא את נצילות המכונה מתוך דיאגרמת ההספקים. 3.4 רשום והסבר את משוואת המומנט האלקטרומגנטי של מנוע השראה. 3.5 צייר והסבר אופיין מכני של מנוע השראה. 3.6 הסבר את שיטות ההתנעה השונות של מנוע השראה. 3.7 מהו אופיין ריקם של מנוע השראה. 3.8 מהו אופיין קצר של מנוע השראה כיצד מקבלים פרמטרים של סכמת תמורה מתוך ניסויים. מהו אופיין ריקם ואופיין קצר של מנוע 3.11 השראה. מהם אופייני העבודה של מנוע השראה בצע ניסוי סימולטורי עם מודל של מנוע השראה )נספח מס' 11( 3.12 הסבר את תהליך הפעולה של מכשירי מדידה 3.13 בדוח מכין יש להציג רק תוצאות סימולציה ומסכנות

158 7 5. רשימת ציוד משנה תדר תעשייתי + עמדת בקרה של משנה תדר.(Controller) רב מודד Analyzer- Power סקופ משולב מחשב Pico חיישן זרם מבוסס. Hall effect חיישן מתח מבוסס. Hall effect עומס התנגדותי חד פאזי R7 מכונת השראה מכונת זרם ישר מד זרם ישר 20A דיגיטאלי מד זרם ישר 1.5A מד זרם חילופין 10A,סקלה 272. מד מתח ישר 750V דיגיטאלי שנאי עצמי AT2 מד סיבובי מנוע דיגיטאלי מד מומנט 6. ניסוי אופייני עבודה של המנוע. 5.1 הכנה הכר את עמדת הניסוי, הימצאות ופונקציות של כל המתגים, מגעים, מכשירים. זהה את המכונות חשמל, הציוד ולוחות הבקרה על שולחן העבודה. בצד שמאל נמצא לוח בקרה של מכונת זרם ישר, גנראטור המשומש כעומס. בצד ימין נמצא לוח בקרה של מכונת השראה. בעמוד נמצאים מגעים של הזנת חשמל, מפסקי חשמל והגנה. וודא שכל המפסקים, כולל מפסק של שנאי עצמי, At2 מופסקים. שים על המפסק S2-0 לוחיות. וודא שמכונות מוצמדות בעזרת המצמדים. רשום נתונים נקובים של מכונת זרם ישר ומכונת השראה. סמן ע"י פתקית את ציוד המדידה לפי תפקידו )מיקומו( במעגל לפי איור 6.1 ורשום בפתקית ערכים מקסימאליים של זרמים ומתחים המותרים למכונות חשמל. וודא שבורר העומס התנגדותי R 7 למצב מס' 0. יש להציב את כל המתגים של משנה מהירות למצב OFF )כלפי מטה - ) סובב את ידית הפוטנציומטר " control "continuous בכיוון השעון עד הסוף. רכב שילוט הזהרה על כל המפסקים

159 8 5.1 אופייני עבודה של מנוע השראה בתדרים שונים. הרכבת המעגל )איור 6.1( : הרכב את המעגל רוטור של מנוע השראה - מגעים V W, ו U מחוברים בקצר. הרכב את המעגל סטאטור של מכונת השראה. הרכב את המעגל עירור של מכונת זרם הישר. הרכב את המעגל עומס של מכונת זרם הישר PICO הודע למדריך על סיום ההרכבה לצורך בדיקה לפני הפעלה. אחרי בדיקת המעגל ואישור של מדריך הורד את לוחיות האזהרה. הפעל מפסק ראשי AC 0_S0,, Power מפסק הזנה מכשירים. S3-0 הפעל את כל מתחי עזר של ציוד מדידה כגון חישני,Hall effect טכומטר, מד זרם, ספק של,SCOPE רב מודד, SATEC מחשב של העמדה. הפעל תוכנת SCOPE-200 PICO )ניספח 5): פתח שתי חלונות."Meter" תגדיר שמות לחלונות: לערוץ " I line, A; Ch.A" A ולערוץ."V_line, V; Ch.B " B תגדיר " Ch.A "probe במצב "x10" ו- Ch.B" " probe במצב. x100 לאחר הצבת הגדרות הנ"ל ערכי המתח והזרם ייוצגו ב- "V" ו- "A" בהתאמה :.(Ch.A-10V(A); Ch.B 1kV; 5mS/div ) בצע את הפקודות הבעות: Setting\ Offset null פתח חלון בתוכנת EXEL ו- WORD הפעל מפסק S2-0 ו- START ב- S2-1. וודא מוכנות של משנה מהירות על פי נורה Ready" ב" הצב ידית של המפסק "acceleration" למצב עמדת בקרה של משנה תדר.. ( ) הפעל משנה מהירות ע''י מפסק " START " והמתן עד להתייצבות ההספק. כוון בזהירות זרם עירור של גנראטור DC )עד 0.2A~( ושים לב לתנועת מחוג של טורסיומטר מחוג צריך לנוע בכיוון השעון. במקרה אחר הורד את זרם העירור עד 4 ונתק את המפסק "STOP" של משנה מהירות. הפוך בין שני מוליכים במוצא של משנה מהירות )U2 ו- V2( הפעל משנה מהירות ע''י מפסק " START " והמתן עד להתייצבות ההספק הצב מהירות המנועה על ידי ידית של פוטנציומטר " controll " continuous שערכה יהיה שווה לערך מהירות הסיבוב בריקם מטבלה 3. 6 ניסוי 4 n OC = n 50 חלק זה של ניסוי נעשה להשוואת אפיונים האנרגטיים של המנוע בהזנה מספקים שונים )רשת וממיר(, אך בתדירויות סיבות זהות.

160 9 f oc : Pico Scope f envelope מדוד את התדר של זרם ההזנה של מנוע על פי t f envelope t 10 - תדר זרם ההזנה של מנוע - משך 12 מחזורי הזרם. ורשום את התוצאה בראש של הטבלה מס' צב ב- Scope.5mS/div - Timebase : Pico שמור תמונה של ~2-1 מחזורי גלי מתח וזרם העומס ע''י Pico Scope בתוכנה WORD יש להציב בורר עומס התנגדותי R7 לערך של מפסק יהיה במצב הדלק את המעגל עירור גנראטור DC ע''י מפסק SR1 של " "Rectifier1.230VDC ומפסק השנאי עצמי. AT עלה בהדרגה את הספק המוצא של הגנראטור DC בעזרת העלה זרם העירור על ידי ידית שנאי. AT2 מדוד ורשום בטבלה 6.1 את כל הנתונים הנדרשים. הערה: במהלך ניסויים דאג שהמתח והזרם לא יעלו מעל עורכים הנקובים. טבלה מס' 6.1. תוצאות ניסוי אופייני עבודה של המנוע )עליית זרם עוגן הגנראטור(. ABB driver: n OC = n 50 = foc=f 1 = No. Iline,A DC generator IM param P in, W n, Vph,V Iph,A P 1,W (satec) Va,V Ia,A rpm (PICO) (PICO) (EXEL) F, N הורד את הזרם עירור עד 4 והצב בורר עומס R7 למצב "2" הצב מהירות המנועה על ידי ידית של פוטנציומטר " controll " continuous

161 rpm מדוד את התדר של זרם הזנת המנוע על פי Pico Scope ורשום את התוצאה בראש של הטבלה מס' הצב בורר עומס R7 למצב 7. רשום בטבלה 6.2 את כל הנתונים הנדרשים שמור תמונה של ~2-1 מחזורי גלי מתח וזרם העומס ע''י Pico Scope בתוכנה WORD הגדל בהדרגה את זרם העירור של גנראטור.DC מדוד ורשום בטבלה 6.2 את כל הנתונים הנדרשים. הערה: במהלך ניסויים דאג שהמתח והזרם לא יעלו מעל עורכים הנקובים טבלה מס' 6.2. תוצאות ניסוי אופייני עבודה של המנוע )עליית זרם עוגן הגנראטור(. ABB driver: n OC =n 2 = foc=f 2 = No. Iline,A DC generator IM param P in, W Vph,V Iph,A P 1,W (satec) Va,V Ia,A (PICO) (PICO) (EXEL) n, rpm F, N הורד את הזרם עירור עד 4 והצב בורר עומס R7 למצב "4" הצב מהירות המנועה 900 rpm 800 ורשום בראש )כותרת( של טבלה מדוד את התדר של זרם הזנת המנוע על פי Pico Scope ורשום את התוצאה בראש של הטבלה מס' הצב בורר עומס R7 למצב 6. רשום ב טבלה 6.3 את כל הנתונים הנדרשים שמור תמונה של ~2-1 מחזורי גלי מתח וזרם העומס ע''י Pico Scope בתוכנה WORD הגדלת בהדרגה את זרם העירור של גנראטור.DC מדוד ורשום בטבלה 6.3 את כל הנתונים הנדרשים

162 00 הערה: במהלך ניסויים דאג שהמתח והזרם לא יעלו מעל עורכים הנקובים טבלה מס' 6.3. תוצאות ניסוי אופייני עבודה של המנוע )עליית זרם עוגן הגנראטור(. ABB driver: n OC =n 3 = foc=f 3 = No. Iline,A DC generator IM param P in, W Vph,V Iph,A P 1,W (satec) Va,V Ia,A (PICO) (PICO) (EXEL) n, rpm F, N הורד את הזרם עירור עד 4 ונתק את,SR1, At2 נתק את המפסק "STOP" של משנה מהירות,.S2-0, S2 ב- "STOP" כוון את מתג בורר העומס של הגנראטור R7 למצב "0" רכב שילוט הזהרה על כל המפסקים.

163 VAC 0 : 230 VAC 0 : 230 VDC - Autotransformer At2 Rectifier VDC SR1 + A2 Y2 X2 O V1 DC AA Z ZZ Z2 Single phase ( DC) Load R7 B A1 A DC generator Induction motor T1 T2 T3 T1 T2 T3 L1 L2 L3 A3 A3 10A ac, scale 270 Digital A1 20 A dc Digital A2 1.5A dc V1 750 V dc W 10kW Digital Tachometer S2-1 Electrical distribution board 3ph /400 V Line 2 S2-0 Stands A, B Powermeter SATEC PM126EH IN OUT X1 Y1 Z1 U V W. 6.1a to scope, ch.b to scope, ch.a INPUT OUTPUT U1 V1 W1 U2 V2 W2 ABB Drive ACS A8-4 Voltage sensor Current sensor Low-load Board 10k 10k 10k A B C O

164 03 Electrical distribution board 3ph /400 V Line 2 S2-0 S2-1 L1 L2 L3 Single phase (DC ) Load R7 B V1 O Autotransformer At2 Rectifier VDC SR VAC 0 : 230 VAC 0 : 230 VDC - V V dc W 10kW Digital Tachometer Digital A1 A3 10A ac, scale 270 A1 20A dc Digital A2 1.5A dc A A A. Stands E, F, G Powermeter SATEC PM126EH IN OUT DC generator A3 Induction motor D C Z ZZ Z2 230V DC2 A2 Y2 X2 Stand 230V DC2. W V U Z1 Y1 X1. 6.1b to scope, ch.b Voltage sensor to scope, ch.a Current sensor Low-load Board 10k 10k 10k A B C O W1 V1 INPUT OUTPUT U1 U2 V2 W2 ABB Drive ACS A8-4

165 מדידת ההתנגדות של סלילי המכונה הרכב את מעגל מדידת ההתנגדות של סליל הסטאטור ( X1-X2 איור 6.2(. Rectifier 1 230VDC SR-1 230VAC At2 R 2(3,4) A X1 V 230VDC A - 20 ADC, Digital V - Multimeter (20V range) X2 איור 6.2. מעגלי מדידת התנגדות הסלילים. תציב את ההתנגדות R 2(3,4) למצב מקסימום. הדלק מפסקי המיישר Rectifier 1-230VDC הנמצא בעמוד, שנאי.At2 תציב את השנאי At2 במצב ~ V 220 בסקלה. הערה: במהלך העבודה דאג שזרם הסליל לא יעלה על גודל הנקוב. תוריד בהדרגה את התנגדות הריאוסטט R 2(3,4) 5-6 מדידות של זרם I ומתח V של סליל. רשום נתונים בטבלה 6.4. העלה את התנגדות R 2 עד למצב מקסימום. נתק מפסקים של מיישר ושנאי.At2 חזור על הניסוי עם סליל Y1-Y2 וסליל.Z1-Z2 עד שזרם יהיה לא יותר 4A~. במהלך ההורדה תעשה סטאטור סליל טבלה V,V I,A X1-X2 סליל V,V I,A Y1-Y2 סליל V,V I,A Z1-Z2

166 05 חזור על הניסוי עם סלילי W-U,V-U, W-V של הרוטור ורשום נתונים בטבלה 6.5. טבלה. 6.5 רוטור סלילים V,V I,A W-V V,V סלילים I,A V-U V,V סלילים I,A W-U סוף הניסוי. פרק את הסכימה וסדר את מקום העבודה. 7 עיבוד התוצאות. עיבוד התוצאות מבוצע על המחשב. לעיצוב עבודה נא להשתמש בתיק העתק קובץ שנמצא באתר מעבדה Lab6_IndMachine_11.xls מלא את נתוני המכונות והציוד הדרוש לפי רשימה מסעיף 5. אופייני עבודה של המנוע הנם התלות בין מהירות, מומנט, נצילות, המנוע ובין הספק היציאה שלו, כאשר מתח נקוב קבוע ותדר קבוע. זרם הסטאטור, וגורם הספק של.n, M, f(p 2 (.f 1 =const,u 1 = U n =const תדר 50Hz מלא טבלות החלקה לפי נתוני הניסוי ונצה חישובים הנדרשים על ידי : Δ s=(n 0 -n)/n 0 - P g =P 1 - I 2 1 *R 1 - הספק במרווח אוויר P core.8 למכונות בצבע אפור =a למכונות בצבע Y - P g =P 1-3I 2 1 *R 1 - P core P d =(1-s)P g הספק מתפתח a= ,P stray =a I 1 כאשר הפסדים נוספים כתום..P 2 =P d -P 0 הספק יציאת המנוע.η = P 2 /P 1 נצילות המנוע השראה M 2 = 60P 2 /2πn מומנט המנוע.η = P a /P 2 נצילות גנראטור DC (in).η = P 1 /P satec נצילות משנה תדר

167 06 על ידי מדידת = 2_meas P 2_meas =n/60*2 *M הספק לפי P 2 _meas=n/60*2 *M 2 בתדרים 50Hz נוסחא M 2 מומנת לפי מדידות. הספק יציאת הגנראטור.P a = V a I a בנה אופייני עבודה על בסיס טבלה 15, על פי כללי תוכנית "."EXCEL רשום בצורה ברורה את תוצאות המדידות והחישובים בטבלאות. כתוב את כל הנוסחאות הקשורות לחישובים. רשום את המסקנות בדף המתאים..11.4

168 אוניברסיטת בן גוריון המחלקה להנדסת חשמל ומחשבים המעבדה להמרת אנרגיה ניסוי מס' 7. תאי שמש