Einführung in Elektrische Maschinen - Synchronmaschine

Transkript

1 Fachbereich 3 : Informations- und Elektrotechnik Semester: Fach: Dozent: Elektrische Maschinen Prof. Dr. Bernd Aschendorf Datum: Versuch Nr. 5 Thema: Einführung in Elektrische Maschinen - Synchronmaschine Gruppe: Studenten: Name Vorname Adresse Versuchsleiter: Unterschrift: Datum der Abgabe: Sichtvermerk Laboringenieur: Datum: Sichtvermerk des Dozenten: Datum: Anmerkung: Testat: Versuch anerkannt am:

2 Inhaltsverzeichnis 1. Ziel des Versuches Grundlagen zum Versuch Durchführung der Messungen an der realen Maschine Aufnahme der Maschinendaten Messung der induzierten Spannung bei fester Drehzahl und variablem Erregerstrom Messung der induzierten Spannung bei variabler Drehzahl und festem Erregerstrom Einschalten der Synchronmaschine am Netz bei kurzgeschlossener Erregerwicklung Einschalten der Synchronmaschine am Netz bei eingeschalteter Erregerwicklung Synchronisation Belastung Durchführung der analytischen Untersuchung der Synchron-Schenkelpolmaschine Berechnung des magnetischen Feldes bei Speisung mit Erregerstrom Berechnung der induzierten Spannung Variation der Polschuhbreite Variation der Luftspalterweiterung Berechnung der induzierten Spannung Analytische Untersuchung der Synchron-Vollpolmaschine Berechnung des magnetischen Feldes bei Speisung mit Erregerstrom Variation der Anzahl belegter Spulen je Pol Variation der Füllung der nicht belegten Nuten Berechnung der induzierten Spannung Verbesserungsmöglichkeiten der induzierten Spannung... 5 II

3 1. Ziel des Versuches Ziel des Versuches ist es die Verhaltensweise der Synchronmaschine durch meßtechnische und analytische Untersuchung zu ermitteln. 2. Grundlagen zum Versuch Zur Verfügung steht eine Synchron-Schenkelpolmaschine mit Belastungsmaschine. Sämtliche theoretischen Grundlagen sind den Vorlesungsunterlagen zu entnehmen. Für die analytische Untersuchung stehen ANSYS-APDL-Modelle der Schenkelpol- und Vollpol-Synchronmaschine mit Basis-Eingabedaten zur Verfügung. 3. Durchführung der Messungen an der realen Maschine 3.1 Aufnahme der Maschinendaten Ermitteln Sie die Maschinendaten aus dem Leistungsschild der Synchronmaschine. 3.2 Messung der induzierten Spannung bei fester Drehzahl und variablem Erregerstrom Fahren Sie die Synchronmaschine auf Synchrondrehzahl hoch. Messen Sie die induzierte Spannung über der Phase 1 (U1-U2) in Abhängigkeit des Erregerstrom, mit steigendem Erreregstrom von 0A bis Nennerregerstrom, in Schritten von ca. 0,2 A. Welchen Verlauf nimmt die Kurve? Messen Sie die induzierte Spannung über der Phase 1 (U1-U2) in Abhängigkeit des Erregerstrom, mit fallendem Erreregstrom von Nennerregerstrom bis 0 A, in Schritten von ca. 0,2 A. Welchen Verlauf nimmt die Kurve? 3.3 Messung der induzierten Spannung bei variabler Drehzahl und festem Erregerstrom Diese Messung wird mit Hilfe des PC und dem Programm Kennlinienaufnahme ermittelt. Stellen Sie den Erregerstrom in 5 Teilversuchen von 0,5A bis 2,5A in jeweils 0,5A Schritten ein. Fahren Sie die Synchronmaschine in etwa 200 U/min-Schritten von Drehzahl 0 zur Synchrondrehzahl hoch. Messen Sie die induzierte Spannung über der Phase 1 (U1-U2). Welchen Verlauf nehmen die Kurven für die einzelnen Erregerströme? 1

4 3.4 Einschalten der Synchronmaschine am Netz bei kurzgeschlossener Erregerwicklung Schalten Sie die Erregerwicklung kurz. Schalten Sie danach die Synchronmaschine ohne Belastungsmaschine ans Netz ein mal mit 150 V und dann mit 170 V ein. Beobachten Sie das Verhalten der Maschine (Geräusche, Pendelungen, Drehzahl). Warum läuft die Synchronmaschine aus dem Stand an? Was fällt Ihnen auf? 3.5 Einschalten der Synchronmaschine am Netz bei eingeschalteter Erregerwicklung Stellen Sie den Erregerstrom auf Nennerregerstrom 2,6 A. Schalten Sie danach die Synchronmaschine ohne Belastungsmaschine ans Netz. Beobachten Sie das Verhalten der Maschine (Geräusche, Pendelungen, Drehzahl). Variieren Sie den Erregerstrom bis auf 0 A. Beobachten Sie erneut das Verhalten der Synchronmaschine. Warum läuft die Synchronmaschine aus dem Stand an? Was fällt Ihnen auf? Welchen Einflußt hat die Variation des Erregerstromes? 3.6 Synchronisation Fahren Sie die Belastungsmaschine auf die Synchrondrehzahl der Synchronmaschine hoch. Stellen Sie die Sternspannung auf 150 V eff ein. Beobachten Sie das Synchronoskop. Welchen Einfluß hat die Variation der Drehzahl der Belastungsmaschine? Welchen Einfluß hat der Errgerstrom? Wie läßt sich die Differenzspannung zwischen Netz und Maschine minimieren? Wie stellt man den Synchronismus her? Synchronisieren Sie die Maschine durch Umlegen des Schalters! 3.7 Belastung Belasten Sie die Synchronmaschine durch Variation des Erregerstromes und der Belastungsmaschine. Versuchen Sie die V-Kurven der Synchronmaschine zu ermitteln. Warum gelingt Ihnen die exakte Aufnahme der V-Kurven nicht? Beschreiben Sie das Verhalten bei variablem Erregerstrom und Last! 2

5 4. Durchführung der analytischen Untersuchung der Synchron-Schenkelpolmaschine 4.1 Berechnung des magnetischen Feldes bei Speisung mit Erregerstrom Verwenden Sie das Verzeichnis 4_1_&_4_2_Sync-Schenkel. In diesem Verzeichnis befindet sich die Basis-Geometrie-Datei Schenkelpolmaschine-Basis.geo. Bauen Sie das Modell der Schenkelpolmaschine ohne Veränderung der Eingabedaten auf und untersuchen Sie mit den Mitteln von EM-Praktikum das magnetische Feld! Erläutern Sie die Ergebnisse! Korrigieren Sie Ihre Eingabedaten (nicht der Geometrie) entsprechend einer realen Schenkelpol-Synchron-Maschine. Speichern Sie Ihre Änderungen unter Schenkelpolmaschine-Step1.geo ab. HINWEIS!!! Schließen Sie die Berechnung nicht und fahren Sie direkt mit der Teilaufgabe 4.5 Berechnung der induzierten Spannung fort. 4.2 Berechnung der induzierten Spannung Änder Sie die Ausgabedefinition und rechnen Sie mit transienter Rechnung die induzierte Spannung bei Synchrondrehzahl. Untersuchen Sie mit den Mitteln von EM-Praktikum das magnetische Feld und die induzierte Spannung! 4.3 Variation der Polschuhbreite Verwenden Sie das Verzeichnis 4_3_Sync-Schenkel. und kopieren Sie die Datei Schenkelpolmaschine-Step1.geo hinein. Bauen Sie das Modell der Schenkelpolmaschine ohne Veränderung der Eingabedaten bis auf die Variation der Polschuhbreite auf. Speichern Sie die Eingabedaten unter Schenkelpolmaschine-Step2.geo. 3

6 Beachten Sie, daß Geometrieänderungen, die nicht zueinander passen bei Untersuchen Sie mit den Mitteln von EM-Praktikum das magnetische Feld! 4.4 Variation der Luftspalterweiterung Verwenden Sie das Verzeichnis 4_4_&_4_5_Sync-Schenkel. und kopieren Sie die Datei Schenkelpolmaschine-Step2.geo hinein. Bauen Sie das Modell der Schenkelpolmaschine ohne Veränderung der Eingabedaten bis auf die Variation der Luftspalterweiterung auf. Speichern Sie die Eingabedaten unter Schenkelpolmaschine-Step3.geo. Beachten Sie, daß Geometrieänderungen, die nicht zueinander passen bei Untersuchen Sie mit den Mitteln von EM-Praktikum das magnetische Feld! HINWEIS!!! Schließen Sie die Berechnung nicht und fahren Sie direkt mit der Teilaufgabe 4.5 Berechnung der induzierten Spannung fort. 4.5 Berechnung der induzierten Spannung Änder Sie die Ausgabedefinition und rechnen Sie mit transienter Rechnung die induzierte Spannung bei Synchrondrehzahl. Untersuchen Sie mit den Mitteln von EM-Praktikum das magnetische Feld und die induzierte Spannung der Berechnung 4.2 & 4.5! 5. Analytische Untersuchung der Synchron-Vollpolmaschine 5.1 Berechnung des magnetischen Feldes bei Speisung mit Erregerstrom Verwenden Sie das Verzeichnis 5_1_Sync-Vollpol. In diesem Verzeichnis befindet sich die Basis-Geometrie-Datei Vollpolmaschine-Basis.geo. Bauen Sie das Modell der Vollpolmaschine ohne Veränderung der Eingabedaten auf. Untersuchen Sie mit den Mitteln von EM-Praktikum das magnetische Feld! Korrigieren Sie Ihre Eingabedaten (nicht der Geometrie) entsprechend einer realen Vollpol-Synchron-Maschine. Speichern Sie Ihre Änderungen unter Vollpolmaschine-Step1.geo ab. 5.2 Variation der Anzahl belegter Spulen je Pol Verwenden Sie das Verzeichnis 5_2_Sync-Vollpol. und kopieren Sie die Datei Vollpolmaschine-Step1.geo hinein. Bauen Sie das Modell der Vollpolmaschine ohne Veränderung der Eingabedaten bis auf die Variation der belegten Spulen je Pol auf. 4

7 Hinweis!!! Achten Sie auf die maximale Anzahl belegter Spulen je Pol. Ändern Sie nicht die Rotornutenzahl!!! Speichern Sie die Eingabedaten unter Vollpolmaschine-Step2.geo. Beachten Sie, daß Geometrieänderungen, die nicht zueinander passen bei Untersuchen Sie mit den Mitteln von EM-Praktikum das magnetische Feld! 5.3 Variation der Füllung der nicht belegten Nuten Verwenden Sie das Verzeichnis 5_3_&_5_4_Sync-Vollpol. und kopieren Sie die Datei Vollpolmaschine-Step2.geo hinein. Bauen Sie das Modell der Vollpolmaschine ohne Veränderung der Eingabedaten bis auf die Variation der Füllung der nicht belegten Nuten auf. Speichern Sie die Eingabedaten unter Vollpolmaschine-Step3.geo. Beachten Sie, daß Geometrieänderungen, die nicht zueinander passen bei Untersuchen Sie mit den Mitteln von EM-Praktikum das magnetische Feld! HINWEIS!!! Schließen Sie die Berechnung nicht und fahren Sie direkt mit der Teilaufgabe 5.4 Berechnung der induzierten Spannung fort. 5.4 Berechnung der induzierten Spannung Änder Sie die Ausgabedefinition und rechnen Sie mit transienter Rechnung die induzierte Spannung bei Synchrondrehzahl. Untersuchen Sie mit den Mitteln von EM-Praktikum das magnetische Feld und die induzierte Spannung! 6. Verbesserungsmöglichkeiten der induzierten Spannung Wie läßt sich die induzierte Spannung der Schenkelpol- oder Vollpolmaschine weitergehend verbessern? Diskutieren und erläutern Sie jeweils die Einflußmöglichkeiten bei beiden Maschinen, um eine möglichst sinusförmige induzierte Spannung zu erhalten! 5