Στρεφόμενες Ηλεκτρικές Μηχανές ΕΡ

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΝΑΥΠΗΓΩΝ ΜΗΧ/ΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Μάθημα : Ηλεκτροτεχνικές Εφαρμογές + Εργαστήριο 2 η εργαστηριακή άσκηση Στρεφόμενες Ηλεκτρικές Μηχανές ΕΡ Ημερομηνία: Εργ. Ομάδα: Φοιτητής 1: Φοιτητής 2: Φοιτητής 3: Φοιτητής 4: Φοιτητής 5: Φοιτητής 6: Επιμέλεια εργαστηριακής άσκησης: Βρονταμίτης Ν., Προυσαλίδης Ι., Συνετός Δ. Απαιτούμενος Εργαστηριακός εξοπλισμός Για την επίτευξη της εργαστηριακής άσκησης χρειάζονται ο παρακάτω εξοπλισμός: 1) Ζεύγη Ηλεκτρικού κινητήρα (3φ ΕΡ 230/400 V/50Hz/1500 rpm) Ηλεκτρικής (3φ ΕΡ 8.5/15 V/50Hz/1500 rpm) 2) Αντιστροφείς-inverters (1φ τροφοδοσία 3φ έξοδος 0-50Ηz/0-400 V) 3) Πολύμετρα γέφυρες RLC 4) Πολύμετρα αμπερομέτρησης, βολτόμετρησης 5) Τροφοδοτικές μονάδες 0-5V DC, 0-3 A 6) Διατάξεις παραλληλισμού 7) Παλμογράφοι παρακολούθησης διαδικασίας παραλληλισμού 1 ο Μέρος: ωμομέτρηση τυλιγμάτων και συνδεσμολόγηση τυλιγμάτων R M1 (Ω) R M2 (Ω) R M3 (Ω) Μέση τιμή R M (Ω) Σχολιάστε την όποια διαφορά μεταξύ των τιμών. Ονοματίστε τους ακροδέκτες στο διπλανό σχήμα (Α 1,Α 2, Β 1,Β 2,C 1,C 2 ) Σχεδιάστε τη συνδεσμολογία Υ και Δ Y Δ 2 ο Μέρος: ωμομέτρηση τυλιγμάτων και συνδεσμολόγηση τυλιγμάτων R G1 (Ω) R G2 (Ω) R G3 (Ω) Μέση τιμή R G (Ω) Αντίσταση τυλίγματος διέγερσης R f (Ω): Σχολιάστε την όποια διαφορά μεταξύ των τιμών των αντιστάσεων των τυλιγμάτων τυμπάνου στις τρεις φάσεις. 1

+ Συνδεσμολογήστε τους ακροδέκτες της γεννήτριας σε Δ όπως στο διπλανό σχήμα (Α 1,Α 2, Β 1,Β 2,C 1,C 2 ) Α 1 B 2 Δ Α 2 C 1 B 1 C 2 3 ο Μέρος: συνδεσμολόγηση λαμπτήρων Σχεδιάστε τη συνδεσμολογία Δ στο διπλανό σχήμα 4 ο Μέρος: δοκιμή λειτουργίας αυτόνομης γεννήτριας 4.1 Λειτουργία με τη γεννήτρια χωρίς διέγερση και χωρίς φορτίο Στη δοκιμή αυτή ο κινητήρας περιστρέφεται με μόνο φορτίο το δρομέα της (άφορτης) γεννήτριας. Πρόκειται για μία λειτουργία του κινητήρα σχεδόν σε κενό φορτίο. Μετράται το ρεύμα γραμμής και ρεύμα τυλίγματος του κινητήρα σε συνδεσμολογία Δ. Τυλίγματος (Στάτη) I Μ (A) Γραμμής Στάτη I Μ,γρ (A) Συχνότητα εξόδου τροφοδοτικού f out (Hz) Εκτιμώμενη Ταχύτητα Περιστροφής δρομέα (RPM) 25 40 50 Σχολιάστε την όποια διαφορά μεταξύ των τιμών των ρευμάτων των τυλιγμάτων τυμπάνου και γραμμής. 4.2 Λειτουργία με τη γεννήτρια με διέγερση και κενό φορτίο Στη δοκιμή αυτή ο κινητήρας περιστρέφει τη γεννήτρια που έχει διέγερση αλλά δεν έχει φορτίο. Ο κινητήρας περιστρέφεται με μόνο φορτίο το δρομέα της (άφορτης) γεννήτριας. Πρόκειται για μία λειτουργία του κινητήρα σχεδόν σε κενό φορτίο. Η τάση εξόδου της γεννήτριας, η οποία μετράται, ταυτίζεται με την ΗΕΔ της. ΣυνεχήςΤάση διέγερσης γεννήτριας Vf (V) 0 Tυλίγματος Διέγερσης I f (A) Πολική Τάση Εξόδου (συμπίπτει με ΗΕΔ Ε(V)- πολική τιμή) γραμμής I Μ,γρ (A) τυλίγματος I Μ (A) 1 2 3 2

4.3 Λειτουργία με τη γεννήτρια με διέγερση και φορτίο λαμπτήρων πυράκτωσης Στη δοκιμή αυτή, ο κινητήρας περιστρέφει τη γεννήτρια που έχει διέγερση και ωμικό φορτίο (ΣΙ=1.0). Επειδή δεν έχει αλλάξει η διέγερση, η ΗΕΔ της γεννήτριας παραμένει ίδια με την τελευταία τιμή της προηγούμενης δοκιμής πριν, δηλ. 3 V (ενότητα 4.2) Η τάση εξόδου της γεννήτριας είναι διαφορετική (έστω και λίγο) λόγω της πτώσης τάσης του ρεύματος της γεννήτριας πάνω στη σύνθετη αντίσταση της γεννήτριας. Η ηλεκτρική συχνότητα λειτουργίας του κινητήρα-κινητήρια μηχανής, διατηρείται σταθερή στα 50 Hz. ΣυνεχήςΤάση διέγερσης γεννήτριας Vf (V) 3 Tυλίγματος Διέγερσης I f (A) Πολική Τάση Εξόδου (συμπίπτει με ΗΕΔ Ε(V)) γραμμής I Μ,γρ (A) τυλίγματος I Μ (A) τυλίγματος I G (A) γραμμής Εξόδου I G,γρ (A) 4.4 Προσδιορισμός σύνθετης αντίστασης της γεννήτριας - Από την ενότητα 2 είναι γνωστή η (μέση) τιμή της αντίστασης τυλίγματος της γεννήτριας R G, - Από την ενότητα 4.2 είναι γνωστό το μέτρο της ΗΕΔ Ε για συνεχή τάση διέγερσης V f =3 V, - Δεδομένου ότι το φορτίο της γεννήτριας είναι ωμικό (ΣΙ=1.0 δηλ. το ρεύμα και η τάση εξόδου της γεννήτριας είναι συμφασικά), ισχύει (για συνδεσμολογία Δ τόσο στα τυλίγματα της γεννήτριας, όσο και του φορτίου των λαμπτήρων) ότι: Ε(cosδ+jsinδ) =V G +I G.(R G +jx G ) χωρίζοντας σε πραγματικό και φανταστικό μέρος: Ε.cosδ= V G +I G.R G δ=cos -1 ((V G +I G.R G. )/E) Εsinδ=I.X G X G = Εsinδ/(I) δ= X G = 5 ο Μέρος: παραλληλισμός γεννητριών και συγχρονισμένη λειτουργία 1)Επιλέξτε τα ζεύγη γεννητριών που είναι ικανά για τον παραλληλισμό(βλ. πίνακα 1) 2)Συνδέστε τον εξοπλισμό που υπάρχει στον εργαστηριακό πάγκο για να θέσετε σε λειτουργία τις γεννήτριες (βλ. ΟΔΗΓΙΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΠΙΤΕΥΞΗ ΤΟΥ ΠΑΡΑΛΛΗΛΙΣΜΟΥ για τη σωστή σύνδεση). 3)Ρυθμίστε τις τάσεις διέγερσης στις τιμές που φαίνονται στον πίνακα 1(οι τιμές αυτές μπορούν να μεταβληθούν ±0,3 volt σε σχέση με τις αναγραφόμενες τιμές για την επίτευξη σωστού συγχρονισμού).καταγράψτε της τάσεις διέγερσης και τις πολικές τάσεις των γεννητριών στον πίνακα που ακολουθεί (πριν και μετά τον παραλληλισμό). Ονομασία Γεννητριών No... No... Tάση διέγερσης Τάση εξόδου Πριν τον παραλληλισμό Ονομασία Γεννητριών No... No... Tάση διέγερσης Τάση εξόδου Μετά τον παραλληλισμό 3

Νο.2 Νο.4 No.1 No.3 Vf(V) 2.7 2.9 3.3 2.6 f(hz) 50 50 50 50 No.3 No.4 No.1 No.2 Vf(V) 2.9 2.8 3.7 2.6 f(hz) 50 50 50 50 Πίνακας 1 Τιμές ρύθμισης τάσης διέγερσης και συχνότητας της γεννητριών για τον παραλληλισμό Στην συνέχεια περιγράφεται, βήμα προς βήμα, ο παραλληλισμός των γεννητριών Νο.4 και Νο.3 (η ίδια διαδικασία ισχύει και για τους άλλους συνδυασμούς). Περιγραφή του εργαστηριακού εξοπλισμού που θα χρειαστεί για την εκτέλεση της πειραματικής άσκησης Για την επίτευξη της εργαστηριακής άσκησης χρειάζεται ο παρακάτω εξοπλισμός: Σχήμα 1 α)τροφοδοτικά D.C 0-30 V,0-5 A, β)inverter Siemens με ρύθμιση συχνότητας 0-50 Hz Σχήμα 2 Οι γεννήτριες προς παραλληλισμό (σημειώνονται οι τρεις φάσεις a, b, c ) 4

Σχήμα 3 Aυτοσχέδια διάταξη ελέγχου συνθηκών παραλληλισμού και υλοποίησης αυτού 700 [V] 525 350 175 0-175 -350-525 -700 0.0 0.5 1.0 1.5 [s] 2.0 (file HZ01.pl4; x-var t) v:node1a-node2a Σχήμα 4 α) β) γ) α)παλμογράφος συνδεδεμένος παράλληλα με τους λαμπτήρες(που βρίσκονται σε σειρά) για την μελέτη του διακροτήματος και της διαφοράς δυναμικού μεταξύ των γεννητριών κατά τον συγχρονισμό. β) Αναπτυσσόμενο διακρότημα πριν τον παραλληλισμό και βέλτιστη στιγμή για παραλληλισμό. γ)βολτόμετρα για τον έλεγχο των πολικών τάσεων στις εξόδους καθεμίας γεννήτριας. 5

Βήματα για την επίτευξή του παραλληλισμού γεννήτριας Νο.3 και Νο.4 Βήμα 1 :Συνδέστε τον Inverter στην πρίζα ασφαλείας 220 V ac και από την τριφασική του έξοδο (L1,L2,L3) τροφοδοτείστε τον ηλεκτροκινητήρα (που λειτουργεί ως κινητήρια μηχανή της γεννήτριας) σε συνδεσμολογία τριγώνου 1 ( το βήμα αυτό ισχύει και για τις δύο γεννήτριες). Βήμα 2 :Στις εξόδους των τυλιγμάτων στον στάτη της κάθε γεννήτριας υλοποιείστε συνδεσμολογία τριγώνου αποκλειστικά και μόνο με τον τρόπο 2 που φαίνεται στο σχ. 2. Βήμα 3 :Συνδέστε τα τροφοδοτικά συνεχούς τάσης με τα τυλίγματα διέγερσης της κάθε γεννήτριας (Προσοχή στη σωστή σύνδεση των θετικών και αρνητικών πόλων μεταξύ τροφοδοτικών και τυλιγμάτων διέγερσης, βλ σχ.1.1α,1.2). Βήμα 4 :Συνδέστε τις φάσεις της κάθε γεννήτριας στη διάταξη ελέγχου συνθηκών του παραλληλισμού στις εισόδους (μπόρνες) που βρίσκονται κάτω από τις λάμπες πυρακτώσεως. Στις κόκκινες μπόρνες (L1,L2,L3) τοποθετείστε τις φάσεις της Νο.3 γεννήτριας ενώ στις μαύρες (L1,L2,L3 ) τοποθετείστε τις φάσεις της Νο.4 γεννήτριας, όπως φαίνεται και στο σχ.1.4. Βήμα 5 :Θέστε σε λειτουργία τις ηλεκτρογεννήτριες μέσω του inverter πατώντας το μπουτόν που έχει ανάγλυφο το γράμμα I. Για σταμάτημα των γεννητριών πατήστε το μπουτόν του inverter που έχει ανάγλυφο το γράμμα Ο, και ρυθμίστε με το ποτενσιόμετρο τη συχνότητα στα 50 Ηz και στις δύο. Βήμα 6 :Αφού οι γεννήτριες πάρουν τις ονομαστικές τους στροφές ρυθμίστε την τάση διέγερσης από τα στροφεία των τροφοδοτικών, βλ σχ.1α,στις τιμές που αναγράφονται στον πίνακα 1 για τις γεννήτριες Νο.3 και Νο.4. Βήμα 7 :Συνδέστε ένα βολτόμετρο μεταξύ των φάσεων a και b στην κάθε γεννήτρια, ώστε να ελέγχουμε την συνθήκη ισότητας των τάσεων. Επίσης συνδέστε το παλμογράφο του σχ.4α για να παρατηρήσετε το διακρότημα (βλ. Σχ. 4β), που δημιουργείται μεταξύ των δυο γεννητριών. Βήμα 8 :Από την διάταξη των λαμπτήρων πυρακτώσεως παρατηρείστε αν υπάρχει ορθή ακολουθία των φάσεων 3,αν δεν υπάρχει τότε αντιμεταθέστε τις φάσεις b και c μόνον στην μία γεννήτρια. Στη συνέχεια παρατηρείστε αν με τις συγκεκριμένες τιμές διέγερσης επιτυγχάνεται ο συγχρονισμός των γεννητριών. Ιδανικές συνθήκες για παραλληλισμό είναι εάν επιτύχετε «σβήσιμο» των λαμπτήρων πάνω από 2 sec. Αν πληρούνται οι συνθήκες προχωρήστε στο Βήμα 8, ειδάλλως επιστρέψτε στο Βήμα 6 και μεταβάλλετε λίγο τις τιμές των τάσεων διέγερσης από αυτές που αναγράφονται στο πίνακα 1. Βήμα 9 :Είστε έτοιμοι να οπλίσετε το διακόπτη του παραλληλισμού και να επιτευχθεί σωστός παραλληλισμός. 1 Επιλέγεται αυτήν την συνδεσμολογία για μέγιστη ροπή του κινητήρα. 2 Με διαφορετική συνδεσμολογία (διαφορετικό τρίγωνο ή αστέρα) διαπιστώθηκε πειραματικά η έλλειψη συμμετρίας των τάσεων εξόδου των γεννητριών. 3 Οι λάμπες πυρακτώσεως θα αναβοσβήνουν ταυτόχρονα. Σε διαφορετική περίπτωση θα αναβοσβήνουν κυκλικά. 6