Drehstrom-Synchronmaschine

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1 Bur/Schue Praktikum Elektrische Maschinen Drehstrom-Synchronmaschine 1 Versuchsziel Es sollen die theoretischen und praktischen Kenntnisse über das stationäre Betriebsverhaltens einer Vollpol-Synchronmaschine als Motor am starren Netz sowie als Generator im Inselbetrieb vertieft werden sowie die charakteristischen Verhaltensweisen der Maschine mit Hilfe der Durchführung typischer Prüffeldmessungen herausgearbeitet werden. 2 Schwerpunkte Es werden schwerpunktmäßig insbesondere Kenntnisse über folgende Themenkomplexe vorausgesetzt: ufbau, Wirkungsweise und Einsatzgebiete von Synchronmaschinen Spannungsgleichungen, Ersatzschaltbilder, Zeigerdiagramme nlassen und Synchronisieren der Synchronmaschine Synchronisierbedingungen, Hell-Dunkelschaltung nkerrückwirkung, Stromortskurve der Synchronmaschine als Grundlage für die Interpretation der Messergebnisse Betriebsverhalten der DSM im Inselbetrieb und am starren Netz Messen der Wirk- und Blindleistung im Drehstromnetz 3 Versuchsobjekt Das Versuchsobjekt ist eine Synchronvollpolmaschine vom Typ: DM-SM 132/4-3 Bemessungsdaten: U N = 400 V I N = 4, 4 S N = 3, 0 kv cosφ N = 0, 95 n N = min f N = 50 Hz U EN = 110 V I Emax = 3, 5

2 4 Versuchsstand Die zu untersuchende Synchronmaschine ist mit einer Gleichstrom-Pendelmaschine gekuppelt, die sowohl als ntriebs- bzw. Belastungsmaschine dient (siehe Schaltbilder nlagen 1 und 2). Die Stromversorgung der Pendelmaschine erfolgt über ein Stromrichtergerät SIMOREG K. Der Polradwinkel der Synchronmaschine wird mit Hilfe eines Stroboskops gemessen, das eine markierte Scheibe anblitzt, die auf der Welle der Synchronmaschine sitzt. Die Stroboskopblitze sind zur Netzfrequenz und damit zur Maschinendrehzahl synchronisiert. Um den Polradwinkel zu messen muss eine Kalibrierung des Stroboskops vorgenommen werden. Dazu ist wie folgt zu verfahren: Im Leerlauf bei I E = 2, 5 wird die im Sichtfenster vom Stroboskop angeblitzte Zahl der Zahlenscheibe z.b. die Zahl 35 abgelesen und eine Peilkante festgelegt (Vorschlag: die untere Begrenzung des Zahlenfeldes). Im Leerlauf und bei der vorgegebenen Erregung kennzeichnet diese Zahl als usgangswert den Polradwinkel β Null. Die Polradwinkel bei Belastung ergeben sich nun als Differenz zwischen den neuen blesewerten im Sichtfenster und dem usgangswert. Das Synchronisieren der Synchronmaschine erfolgt mit Hilfe einer Hell-Dunkelschaltung als Synchronisiereinrichtung. 5 ufgaben llgemeiner Hinweis zur Versuchsdurchführung: Verschiedene Einstellungen und Belastungsgrenzen werden über Tabellen vorgegeben, die zu Beginn des Praktikums ausgehändigt werden. 5.1 Synchronmaschine als Generator im Inselbetrieb ufnahme der Leerlaufkennlinie Die Leerlaufkennlinie U = f(i E ) ist bei konstant zu haltender Drehzahl n = 1500 min 1 im Erregerstrombereich 0 I E 2, 5 aufzunehmen und grafisch darzustellen ufnahme der Frequenz- und Spannungskennlinien im Leerlauf Die Kennlinien U = f(n) und f 1 = g(n) sind im Leerlauf bei einem Erregerstrom von I E = 1, 5 zu bestimmen und grafisch darzustellen Belastungsversuch bei unterschiedlichen Belastungsströmen Die Drehstromsynchronmaschine ist bei einer konstanten Drehzahl von n = 1500 min 1 und einem konstanten Erregerstrom von I E = 1, 5 mit ohmschen Widerständen als elektrische Verbraucher zu belasten. Die Belastungskennlinie U = f(i ) ist aufzunehmen und grafisch darzustellen. Drehstrom-Synchronmaschine Seite 2

3 5.2 Synchronmaschine als Motor am starren Netz Messung der Wirk- und Blindleistung sowie des nkerstromes in bhängigkeit vom Polradwinkel mit dem Erregerstrom als Parameter Synchronisieren Sie die Drehstromsynchronmaschine. Nach dem Synchronisieren arbeitet diese am starren Netz mit U N = 400 V. Für die Erregerströme I E = (1, 0; 1, 5; 2, 0; 2, 5) und für den Leistungsfaktor cos φ = 1 sind im Motorbetrieb der Synchronmaschine folgende Werte in bhängigkeit vom Polradwinkel zu messen: Wirkleistung P 1 Blindleistung Q 1 nkerstrom I Der Polradwinkel β wird hierbei im Bereich von β = 0 40 (50 ) in 10 Schritten verändert. Die Messergebnisse sind grafisch als Funktion des Polradwinkels β in Form darzustellen. P = f(β) Q = f(β) Messung des nkerstromes und der Wirkleistung in bhängigkeit vom Erregerstrom mit dem Moment als Parameter Für den Leerlauf der DSM sowie für die Momente M = (0, 25; 0, 5; 0, 75)M N sind für den Motorbetrieb der Synchronmaschine in bhängigkeit vom Erregerstrom die Wirk- und Blindleistung sowie der nkerstrom zu messen. Der Leistungsfaktor cos φ ist für die einzelnen Messpunkte zu berechnen. Die Funktionen I = f(i E ) P = f(i E ) cos φ = f(i E ) sind bei den verschiedenen Belastungen grafisch darzustellen. Drehstrom-Synchronmaschine Seite 3

4 6 Selbstkontrolle Erklären Sie den ufbau und die Funktionsweise einer Synchronmaschine. Nennen Sie die usführungsformen des Läufers einer Synchronmaschine. Wo werden Synchronmaschinen eingesetzt? Welche Vor- und Nachteile besitzen Synchronmaschinen im Vergleich zu anderen Maschinen? Beschreiben Sie das Betriebsverhalten einer Synchronmaschine für konstante Erregung bei Belastung anhand der Stromortskurve. Was ist unter dem Polradwinkel zu verstehen? Welcher Zusammenhang besteht zwischen dem Drehmoment und dem Polradwinkel? Geben Sie die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie einer Synchronmaschine an. Nennen Sie die Möglichkeiten zum nlassen der Synchronmaschine und die Synchronisierbedingungen! Wie wird der sinusförmige Verlauf der vom Erregerfluss in der nkerwicklung induzierten Spannung erreicht? 7 Messprotokoll 7.1 Form Beachten Sie folgende Hinweise zur Form des Protokolls: Die Gliederung ist entsprechend der Reihenfolge der ufgabenstellung vorzunehmen. Tabellen und Kurven sind mit Hilfe eines Tabellenkalkulationsprogramms zu erstellen. Verwenden Sie einen Formeleditor für die Darstellung von Formeln. Messwerte-Tabellen sind als nlage dem Protokoll anzufügen. 7.2 Inhalt Das Deckblatt entsprechend Vorgabe ist dem Protokoll vollständig ausgefüllt voranzustellen. Die usgangsbedingungen für den Versuch wie Leistungsschildangaben, Messschaltung, Raumtemperatur sind im Versuchsprotokoll aufzuführen. Prüfen Sie die Plausibilität der aufgenommenen Messwerte. Führen Sie gegebenenfalls Fehlerbetrachtungen durch und eliminieren Sie offensichtlich stark fehlerbehaftete Messwerte aus den Messreihen. bweichungen der Kurven vom erwarteten Verlauf sind zu diskutieren. Stellen Sie die Messreihen entsprechend ufgabenstellung grafisch dar und erklären Sie die gemessenen Kurvenverläufe anhand der behandelten physikalischen Zusammenhänge. Benutzen Sie zur Beschreibung von Sachverhalten bei Bedarf die Darstellung mittels Zeigerbild. Drehstrom-Synchronmaschine Seite 4

5 nlage 1: Schaltbild Versuchsanordnung Umkehrstromrichter Pendelmaschine Synchronmaschine Trennstelltransformator 1 PE L1 L2 L3 SIMOREG 1C1 1D1 3D 3C F1 F2 M/G 2 U V1 M/G 3 W F1 F2 U V1 230 V W L1 L2 L3 L1 L2 L3 V V Lichtblitzstroboskop f f Synchronisiereinrichtung cos ϕ W Synchrongenerator im Inselbetrieb var Synchronmotor am starren Netz L1 L2 L3 N Drehstrom-Synchronmaschine Seite 5

6 nlage 2: Schaltbild der Synchronisiereinrichtung L1 L2 L3 (Netzseite) Dunkellampe 3 ff V V 1 2 L1 L2 L3 (Synchronmaschine) ff V V Doppelfrequenzmesser Doppelspannungsmesser Synchronoskop Drehstrom-Synchronmaschine Seite 6