Ηλεκτρικές Μηχανές Ι Ενότητα 4: Εύρεση Παραμέτρων Τσιαμήτρος Δημήτριος Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Τ.Ε
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο TEI Δυτικής Μακεδονίας και στην Ανώτατη Εκκλησιαστική Ακαδημία Θεσσαλονίκης» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3
Σκοποί ενότητας Μελέτη πειραμάτων εύρεσης παραμέτρων. 4
Περιεχόμενα ενότητας Πείραμα ανοικτού κυκλώματος. Πείραμα βραχυκύκλωσης. 5
Μετασχηματιστές ισχύος Ισοδύναμα Κυκλώματα Σχήμα 1. Ανηγμένο κύκλωμα Μετασχηματιστή, πηγή : «Εργαστηριακές Ασκήσεις Ηλεκτρικών Μηχανών Συνεχούς και Εναλλασσομένου Ρεύματος», Ν. Σκραπαρλής, Β. Μολασιώτης, Δ. Τσιαμήτρος. 6
Μετασχηματιστές ισχύος Ανηγμένο Κύκλωμα (1/2) Σχήμα 2. Πλήρες ανηγμένο κύκλωμα Μετασχηματιστή, πηγή : «Εργαστηριακές Ασκήσεις Ηλεκτρικών Μηχανών Συνεχούς και Εναλλασσομένου Ρεύματος», Ν. Σκραπαρλής, Β. Μολασιώτης, Δ. Τσιαμήτρος. 7
Μετασχηματιστές ισχύος Ανηγμένο Κύκλωμα Ο πυρήνας όμως ενός μετασχηματιστή (ΜΣ) παρουσιάζει απώλειες που εξαρτώνται από την κατάσταση μαγνήτισης του πυρήνα. Αυτές οι απώλειες θεωρούνται ανάλογες του τετραγώνου του μαγνητικού πεδίου δηλαδή του τετραγώνου της τάσης. Αυτές οι απώλειες εκφράζονται με την αντίσταση Rh που προστίθεται στο τελευταίο ισοδύναμο κύκλωμα παράλληλα με την αντίσταση μαγνήτισης. Προφανώς στο σχήμα είναι μετρημένη από το πρωτεύον τύλιγμα. 8
Μετασχηματιστές ισχύος Παρατηρήσεις (1) Παρατηρήσεις στους ΜΣ ισχύος: Γενικά ισχύει: Χ σ1 <<Χ h και R 1 <<X h. 9
Μετασχηματιστές ισχύος Παρατηρήσεις (2) Εν κενώ λειτουργία: (Ι 2 =0). Ο λόγος των τάσεων είναι ίσος με το λόγο των τυλιγμάτων. Σε οποιαδήποτε άλλη περίπτωση ο λόγος των τάσεων εξαρτάται από τη φόρτιση του ΜΣ, δηλαδή από το ενεργό και άεργο φορτίο του. 10
Μετασχηματιστές ισχύος Παρατηρήσεις (3) 11
Μετασχηματιστές ισχύος Παρατηρήσεις (4) Γενικά ισχύει: Ζ h >>R 2, X σ2 και το Z h ισούται περίπου με 100 x Z φορτίου. Λειτουργία με βραχυκυκλωμένο δευτερεύον: (Ζ 2 =0). Δηλαδή το ρεύμα στον εγκάρσιο κλάδο μαγνήτισης είναι αμελητέο. 12
Μετασχηματιστές ισχύος - Παρατηρήσεις (5) Ο λόγος των ρευμάτων είναι πρακτικά ίσος με το λόγο των τυλιγμάτων, για βραχυκυκλωμένο δευτερεύον, αλλά και για κάθε άλλη περίπτωση φόρτισης. Το ρεύμα μαγνήτισης ρυθμίζεται να είναι πάντα 1-5% * ονομαστικό ρεύμα Ι ον. Άρα ο κλάδος μαγνήτισης έχει τόσο μεγάλη αντίσταση που μπορεί να αμεληθεί. Ουσιαστικά ο ΜΣ ρυθμίζεται έτσι από την κατασκευή. 13
Μετασχηματιστές ισχύος - επίδραση τάσης και συχνότητας (1) Και οι δύο επιδρούν στη μαγνητική ροή μέσα από τον πυρήνα του ΜΣ και συνεπώς προσδιορίζουν την κατάσταση κορεσμού του. Κορεσμός συμβαίνει όταν αυξηθεί η μαγνητική ροή. Συγκεκριμένα η μαγνητική ροή αυξάνεται με αύξηση της τάσης και μείωση της συχνότητας. 14
Μετασχηματιστές ισχύος - επίδραση τάσης και συχνότητας (2) Άρα υπέρταση και υποσυχνότητα οδηγούν το ΜΣ σε κορεσμό. Αντίθετα αν για παράδειγμα υπό κανονική τάση τροφοδότησης, βραχυκυκλωθεί το δευτερεύον (V2=0), έχουμε ελάττωση της συνολικής ροής. Κατά συνέπεια βραχυκυκλώματα στο φορτίο δεν οδηγούν το σίδηρο του ΜΣ σε κορεσμό. Ένας ελληνικός ΜΣ θα λειτουργεί στις ΗΠΑ; 15
ΜΣ Ισχύος- προσδιορισμός σύνθετων αντιστάσεων Τα στοιχεία του ισοδύναμου κυκλώματος προσδιορίζονται με δύο δοκιμές (IEC 60076, Part I, 2000): Δοκιμή εν κενώ. Με βραχυκυκλωμένο το τριφασικό δευτερεύον τύλιγμα του ΜΣ (Δοκιμή βραχυκύκλωσης). 16
Δοκιμή εν κενώ (1) Επιβάλλουμε τάση στο πρωτεύον ίση με την ονομαστική V 1N. Μετράμε το ρεύμα Ι 1 και την ενεργό ισχύ στην είσοδο του πρωτεύοντος. Είπαμε ότι το ρεύμα που περνάει από τον εγκάρσιο κλάδο θα είναι 1-5 % του ονομαστικού. Το μικρό αυτό ρεύμα που διαρρέει το πρωτεύον τύλιγμα προκαλεί αμελητέα πτώση τάσης στις R 1, X σ1. 17
Δοκιμή εν κενώ (2) Άρα οι απώλειες χαλκού θα είναι αμελητέες. Άρα: 1. Η ονομαστική τάση θα είναι ίση με την τάση στον εγκάρσιο άξονα. 2. Η ενεργή ισχύς που μετράμε θα είναι η ισχύς απωλειών υστέρησης και διννορευμάτων στο σίδηρο του πυρήνα του ΜΣ. 18
Δοκιμή εν κενώ (3) Σχήμα 3. Δοκιμή εν κενώ, πηγή : «Εργαστηριακές Ασκήσεις Ηλεκτρικών Μηχανών Συνεχούς και Εναλλασσομένου Ρεύματος», Ν. Σκραπαρλής, Β. Μολασιώτης, Δ. Τσιαμήτρος. 19
Δοκιμή εν κενώ τριφασικός μετασχηματιστής 20
Δοκιμή εν κενώ μονοφασικός μετασχηματιστής 21
Δοκιμή εν κενώ αντίσταση απωλειών σιδήρου 22
Δοκιμή εν κενώ αντίδραση μαγνήτισης Όλα μετρημένα από το πρωτεύον: 23
Δοκιμή βραχυκύκλωσης (1) Σχήμα 4. Δοκιμή βραχυκύκλωσης, πηγή : «Εργαστηριακές Ασκήσεις Ηλεκτρικών Μηχανών Συνεχούς και Εναλλασσομένου Ρεύματος», Ν. Σκραπαρλής, Β. Μολασιώτης, Δ. Τσιαμήτρος. 24
Δοκιμή βραχυκύκλωσης (2) Αυξάνουμε την τάση στο πρωτεύον μέχρι το ρεύμα στο δευτερεύον να φτάσει το ονομαστικό Ι 2Ν. Τότε όπως είδαμε το ρεύμα στο πρωτεύον θα είναι και αυτό ίσο με το ονομαστικό Ι 1Ν. Η τάση που πρέπει να επιβληθεί στο πρωτεύον για να γίνει η παραπάνω δοκιμή έχει μέτρο ίσο με το 4-14 % της ονομαστικής. 25
Δοκιμή βραχυκύκλωσης (3) Επειδή είναι σχετικά μικρή και η μαγνητική ροή θα είναι μικρή και συνεπώς μπορούμε να αμελήσουμε τον εγκάρσιο κλάδο μαγνήτισης του ΜΣ. Μετράμε την τάση αυτή και την ισχύ στο πρωτεύον. Η τάση αυτή λέγεται τάση βραχυκύκλωσης. 26
Δοκιμή βραχυκύκλωσης (4) 27
Δοκιμή βραχυκύκλωσης (5) Η τάση βραχυκύκλωσης δίνεται ως ποσοστό της ονομαστικής u k δηλαδή σε ανά μονάδα: u k =U k /U 1N. Επειδή όμως U 1N = Ι 1Ν Ζ b. 28
Δοκιμή βραχυκύκλωσης (6) 29
Δοκιμή βραχυκύκλωσης (7) Δηλαδή η ανά μονάδα τιμή της σύνθετης αντίστασης είναι ίση με την ανά μονάδα τιμή της τάση βραχυκύκλωσης. Αν δίνεται η τελευταία και οι ονομαστικές τιμές του ΜΣ, πώς υπολογίζεται το Ζ Τ σε πραγματικές τιμές; 30
Δοκιμή βραχυκύκλωσης (8) 31
Δοκιμή βραχυκύκλωσης (9) Σε ανηγμένες τιμές: 32
Δοκιμή βραχυκύκλωσης (10) Σε ανηγμένες τιμές: 33
Δοκιμή βραχυκύκλωσης (11) Αν χρειαστεί να γίνει κατανομή αντίστασης και αντίδρασης σε πρωτεύον και δευτερεύον. 34
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1) Ν. Σκραπαρλής, Β. Μολασιώτης, Δ. Τσιαμήτρος, «Εργαστηριακές Ασκήσεις Ηλεκτρικών Μηχανών Συνεχούς και Εναλλασσομένου Ρεύματος», Σύγχρονη Παιδεία. 2) Chapman S., Electrical Machinery Fundamentals, Fourth Edition, McGraw-Hill Inc. 35
Τέλος Ενότητας.