Versuch EMA 4. (Praktikum)

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1 FH Stralsund Fachbereich Elektrotechnik Praktikum im Fach Elektrische Maschinen Versuch EMA 4 (Praktikum) Drehstrom-Synchronmaschine I Versuchsziel: Aneignung von Kenntnisse über Wirkungsweise und Betriebsverhalten der Synchronmaschine als Generator im Inselbetrieb. Untersuchung des leerlaufenden Synchronmotors als Phasenschieber.

2 2 2. Versuchsvorbereitungen 2.1. Kolloquiumsfragen 2.1. Charakterisieren Sie Vollpol- und Schenkelpol- sowie Innen-und Außenpolmaschinen! 2.2. Erklären Sie die Begriffe Dämpferkäfig und Ankerrückwirkung! 2.3. Geben Sie den Ersatzstromkreis für die Vollpolmaschine an, stellen Sie die Spannungsgleichungen auf und zeichnen Sie das Zeigerdiagramm für en ohmsch-induktiven Belastungsfall! 2.4. Entwickeln Sie die Stromortskurve der Synchronmaschine aufgrund des verfachten ESB! 2.5. Wovon hängt das Drehmoment er Synchronmaschine hauptsächlich ab? 2.6. Erläutern Sie die Begriffe "Polradspannung", "Polradwinkel" und "Erregergrad"! 2.7. Was verstehen Sie unter Spannungsänderung es im Einzelbetrieb arbeitenden Synchrongenerators beim Übergang von Nennlast auf Leerlauf? 2.8. Diskutieren Sie das Blindleistungsverhalten er Synchronmaschine! 2.9. Wie funktioniert der Phasenschieberbetrieb? Wie erfolgt die Wirkleistungsübernahme bzw. -abgabe er am Netz leerlaufenden Synchronmaschine? Welche Synchronisierbedingungen in welcher Reichenfolge sind beim Zuschalten er Synchronmaschine an das starre Netz zuhalten? Welche meßtechnischen Verfahren sind dabei üblich? Erläutern Sie die Vorgehensweise beim Leerlauf- und Kurzschlußversuch sowie deren Auswertung! Was verstehen Sie unter Belastungs- und Regelkennlinien er Synchronmaschine? Geben Sie Anwendungsbeispiele für Synchronmaschinen an! 3. Versuchsaufgaben 3.1. Versuchsaufbau Bauen Sie folgende Versuchsschaltung auf: L L = 3 x 50 mh / 14 A, R L = 3 x Ω / 5 A

3 Durchzuführende Versuche Synchronmaschine als fremderregter Generator im Inselbetrieb Hinweis: Schalten Sie den Synchrongenerator als fremderregten Generator im Rechtslauf. Die Feldwicklung (E1, E2) ist überen Stellgleichrichter zuspeisen. Die Enden der Ankerwicklung (U2, V2, W2) sind zu em Sternpunkt zu verbinden! Angetrieben wird die Synchronmaschine durch den angekuppelten Gleichstrommotor. Die Drehzahländerung des Motors geschieht über die Ankerspannungsänderung des Antriebsmotors Aufnahme der Leerlaufkennlinie U 1 = f(i E ) Meßgrößen : I E, U 1 bei n = 1500 min -1 = const. I E ist dabei von I E = I Emax = 2,4 A bis auf I E = zu verringern! Ermitteln Sie insbesondere I E0 bei U 12N! Hinweis: Bei der Aufnahme der Kennlinie ist jegliches Rückregeln des Erregerstromes zu vermeiden, um deutig auf em Kurvenast liegende Punkte zu erhalten. Alle elektrischen Messungen erfolgen mit dem DMI-II der Firma Amprobe! Meßwerttabelle Leerlaufkennlinie U 1 = f(i E ) der Synchronmaschine bei n = 1500 min -1 = const. I E U 12 2,4 A 2,2 A 2, 1,8 A 1,6 A 1,4 A 1,2 A 1, 0,8 A 0,6 A 0,4 A 0,2 A 0, I E0 = 390 V

4 Aufnahme der Kurzschlußkennlinie I K = f(i E ) Meßgrößen: I E, I K bei n = 1500 min -1 = const. Die Kennlinie wird bis I 1N aufgenommen! Ermitteln Sie insbesondere I EK bei I 1N! Meßwerttabelle Kurzschlußkennlinie I K = f(i E ) der Synchronmaschine bei n = 1500 min -1 = const. I K A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 6 A 7 A 8 A 7, 4 A I EK = I E Aufnahme der Belastungskennlinie bei ohmscher Last a) Nehmen Sie bei f = 50 Hz = const. und I E = I E0 = const. die Belastungskennlinie U 12 = f(i 1 ) von bis I 1N auf! Meßwerttabelle Belastungskennlinie U 12 = f(i 1 ) der Synchronmaschine bei n = 1500 min -1 und I E = I E0 = const.; ohmsche Last I 1 U 12 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 6 A 7 A 8 A

5 5 b) Nehmen Sie bei f = 50 Hz = const. und U 12 =U 12N = const. die Regulierkennlinie I E = f(i 1 ) von bis I 1N auf! Hinweis: Stellen Sie zu Beginn der Messung den Erregerstrom der leerlaufenden Synchronmaschine so, daß die Nennspannung erzeugt wird. Bei der nachfolgenden Belastung ist die Spannung durch Nachstellen des Erregerstromes konstant zu halten. Meßwerttabelle Regulierkennlinie I E = f(i 1 ) der Synchronmaschine bei n = 1500 min -1 und U 12 = U 12N = const.; ohmsche Last I 1 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 6 A 7 A 8 A I E Aufnahme der Belastungskennlinie bei ohmsch-induktiver Last a) Nehmen Sie bei f = 50 Hz = const. und I E = I E0 = const. die Belastungskennlinie U 12 = f(i 1 ) von bis I 1N auf! Meßwerttabelle Belastungskennlinie U 12 = f(i 1 ) der Synchronmaschine bei n = 1500 min -1 und I E = I E0 = const.; ohmsch-induktive Last I 1 U 12 0,5 A 1, 1,5 A 2, 2,5 A 3, 3,5 A 4, 4,5 A 5,

6 6 b) Nehmen Sie bei f = 50 Hz = const. und U 12 =U 12N = const. die Regulierkennlinie I E = f(i 1 ) von bis I 1N auf! Hinweis: Stellen Sie zu Beginn der Messung den Erregerstrom der leerlaufenden Synchronmaschine so, daß die Nennspannung erzeugt wird. Bei der nachfolgenden Belastung ist die Spannung durch Nachstellen des Erregerstromes konstant zu halten. Meßwerttabelle Regulierkennlinie I E = f(i 1 ) der Synchronmaschine bei n = 1500 min -1 und U 12 = U 12N = const.; ohmsch-induktive Last I 1 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, I E

7 Synchronmaschine als Phasenschieber am starren Netz Hinweis: Stellen Sie I E0! Synchronisieren Sie die Synchronmaschine mit dem starren Netz. Sind die Sychronisierbedingungen erfüllt, dann schalten Sie die Maschine an das Netz. Danach ist die Antriebsmaschine sowohl Anker- wie auch Erregerseitig spannungsfrei zu schalten! Nehmen Sie in Abhängigkeit vom Erregerstrom (I E von bis 3,2 A) den Strom I 1, die Wirkund Blindleistung sowie den Leistungsfaktor auf! Meßgrößen: I, P, Q, cos ϕ Meßwerttabelle Synchronmaschine als Phasenschieber im motorischen Betrieb I E I 1 P Q cos ϕ 0,1 A 0,2 A 0,3 A 0,4 A 0,5 A 0,6 A 0,7 A 0,8 A 0,9 A 1, 1,1 A 1,2 A 1,3 A 1,4 A 1,5 A 1,6 A 1,7 A 1,8 A 1,9 A 2, 2,1 A 2,2 A 2,3 A 2,4 A

8 8 I E I 1 P Q cos ϕ 2,5 A 2,6 A 2,7 A 2,8 A 2,9 A 3, 3,1 A 3,2 A 3,3 A 3,4 A 3.2. Versuchsauswertung Stellen Sie alle aufgenommenen Werte in Form von Meßwerttabellen dar! Stellen Sie die Funktionen U 12 = f(i E ) in em Diagramm dar! Stellen Sie die Funktionen I K = f(i E ) in em Diagramm dar! Stellen Sie die Belastungskennlinie U 12 / U 12N = f(i 1 / I 1N ) mit I E als Parameter bei ohmscher sowie ohmsch-induktiver Belastung in em Diagramm grafisch dar! Stellen Sie die Regelkennlinie I E / I E0 = f(i 1 / I 1N ) mit U 1 als Parameter bei ohmscher sowie ohmschinduktiver Belastung in em Diagramm grafisch dar! Stellen Sie aus dem Versuch die Meßgrößen: I, P, Q, cos ϕ = f(i E ) in em Diagramm grafisch dar! Kennzeichnen Sie besonders die Bereiche der Unter- sowie der Überkompensation! Schriftliche Diskussion der Versuchsergebnisse! 4. Versuchsrichtung Als Untersuchungsobjekt steht Maschinensatz, bestehend aus er Drehstrom-Synchronmaschine und er Gleichstrom-Maschine zur Verfügung. Weitere Daten: Synchronmaschine: Typ DGCI B P = 5 kva U = Y V I = 7,4 A cos ϕ = 0,8 n = 1500 min -1 f = 50 Hz

9 9 Gleichstrommaschine: Typ GMB 160-2K P = 5,5 kw U = 220 V I = 29,8 A n = 1450 min Literaturverzeichnis 5.1. Müller, G.: Elektrische Maschinen - Grundlagen, Aufbau und Wirkungsweise Berlin: Verlag Technik 1989 (6. Auflage) 5.2. Müller, G.: Elektrische Maschinen - Betriebsverhalten rotierender elektrischer Maschinen Berlin: Verlag Technik 1990 (2. Auflage) 5.3. Philippow, E.: Taschenbuch der Elektrotechnik Bd. 5 Berlin: Verlag Technik 1988 (8. Auflage) 5.4. Fischer, R.: Elektrische Maschinen München, Wien: Carl Hanser Verlag 1989 (7. Auflage)

10 10 Besondere Hinweise zur Versuchsdurchführung Aufgabe : Schalter 1 Schalter 2 Schalter 3 Schalter 4 Schalter 5 aus aus Aufgabe : Schalter 1 Schalter 2 Schalter 3 Schalter 4 Schalter 5 (Lastseite kurzschließen!) aus Aufgabe : Schalter 1 Schalter 2 Schalter 3 Schalter 4 Schalter 5 (Kurzschlußleitungen entfernen!) aus Aufgabe : wie Aufgabe : Schalter 1 Schalter 2 Schalter 3 Schalter 4 Schalter 5 (Erst schließen wenn Synchronisierbedingungen erfüllt!) aus