Energietechnisches Praktikum I - Home

INSTITUT FÜR ELEKTRISCHE MASCHINEN
RHEINISCH-WESTFÄLISCHE TECHNISCHE HOCHSCHULE AACHEN
Energietechnisches Praktikum I
Versuch 1: Synchronmaschine als Motor und Generator
1 Zweck des Versuchs
1
2 Versuchsvorbereitung
1
2.1 Aufbau der Synchronmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
2.2 Wirkungsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
2.3 Anwendungsgebiete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
3 Versuchsdurchführung
7
3.1 Sicherheitshinweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
3.2 Synchronmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
3.2.1 Anschließen und Anlassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
3.2.2 V–Kennlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.3 Synchrongenerator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.3.1 Betrieb am starren Netz, Synchronisieren . . . . . . . . . . . . . 12
3.3.2 Inselbetrieb, Leerlaufkennlinie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.3.3 Belastungskennlinie bei konstanter Erregung . . . . . . . . . . . 17
3.3.4 Belastungskennlinie bei konstanter Klemmenspannung (ErregerRegulierkennlinie) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
0
10.07.03
Synchronmaschine als Motor und Generator
ETP I V1
1 Zweck des Versuchs
Dieser Versuch erklärt den grundlegenden Aufbau einer Synchronmaschine und deren
Betriebsarten als Motor und Generator.
Die Maschine wird zunächst als Motor betrieben; die Zusammenhänge von Strom,
Erregung und Drehmoment werden ermittelt. Im Weiteren wird das Verhalten der Maschine als Generator untersucht. Dabei wird sowohl der Betrieb am Verbundnetz als
auch im Inselbetrieb betrachtet ; Regulierkennlinien werden aufgenommen sowie das
Synchronisieren am Netz durchgeführt.
2 Versuchsvorbereitung
2.1
Aufbau der Synchronmaschine
Die Synchronmaschine ist eine Drehfeldmaschine, bei der die Rotordrehzahl gleich der
Ständerfelddrehzahl ist. Die Maschine besteht aus drei Hauptteilen:
• dem Stator, der die Dreiphasen-Drehstromwicklung trägt,
• dem Rotor, der eine Gleichstromwicklung oder Permanentmagnete trägt, sowie
• bei elektrischer Erregung: Schleifringe oder Erregermaschine .
Synchronmaschinen sind in der Regel als Innenpolmaschinen aufgebaut. Maschinen
mit 2p = 2 Polen haben zur Reduzierung der Fliehkräfte einen schlanken Vollpolläufer
(Zylinder-, Walzenläufer), Maschinen mit 2p = 4, 6, 8 und mehr Polen meist einen Einzelpolläufer (Abb. 1). Der Maschinenteil, der die Drehstromwicklung trägt, muß wegen des zeitlich veränderlichen Flusses aus voneinander isolierten Blechen bestehen,
um Wirbelstromverluste zu vermeiden. Das Polrad kann aus massivem Stahl gebaut
werden, da dessen Fluß zeitlich konstant ist: der Gleichstrom wird der Erregerwicklung im allgemeinen über Schleifringe zugeführt. Zur Abdämpfung von Pendelungen
im Störungsfall beim Netzbetrieb besitzt die Synchronmaschine eine Dämpferwicklung. Außerdem bewirkt diese Wicklung eine Abdämpfung von inversen Drehfeldern
bei Betrieb an einem unsymmetrischen Drehstromnetz.
Bei einem asynchronen Lauf der Synchronmaschine wirkt die Dämpferwicklung ähnlich wie der Kurzschlußkäfig einer Asynchronmaschine. Deshalb dient beim Betrieb
als Synchronmotor die Dämpferwicklung häufig als Anlaufwicklung zum asynchronen
Hochlauf (siehe Abschnitt 3.2.1). Die Maschine wird so nahezu bis zur synchronen
Drehzahl beschleunigt und zieht sich dann durch Reluktanz (Schenkelpolmaschine)
oder durch Aufschalten einer Erregung in den Synchronismus.
1
Synchronmaschine als Motor und Generator
ETP I V1
"
Standerjoch
"
Stander=Anker
Erregerwicklung
"
.
.
Polkern
N
"
Laufer=Polrad
S
Polschuh
.
.
S
N
"
Dampferwicklung
"
"
(Dampferstabe)
"
"
Standernuten,
-zahne
Abbildung 1: Synchronmaschine, Innenpoltyp mit Einzelpolläufer
Die Dämpferwicklung besteht meist aus Stäben in den Polschuhen, die durch Ringe
zu einem Käfig kurzgeschlossen werden. Häufig werden auch die massiven Pole von
Schenkelpolmaschinen in ihrer Wirkung als Dämpferwicklung benutzt, wobei unter
Umständen die Polschuhe an den Stirnseiten durch Ringe leitend miteinander verbunden sind.
2.2
Wirkungsweise
In der weiteren Beschreibung wird stets eine Innenpolmaschine vorausgesetzt. In den
Ständernuten liegt wie bei der Asynchronmaschine eine Drehstromwicklung der Polpaarzahl p, die von Strömen der Netzfrequenz f durchflossen wird. Diese Wicklung
erregt ein Drehfeld der Polpaarzahl p, das mit der Drehzahl n = f /p ([n] = 1/s) rotiert,
d. h. ein Feld, das in seiner Natur mit einem von einem gleichstromerregten Polrad (z.
B. nach Abb.1) derselben Polzahl und Drehzahl erzeugten Feld übereinstimmt.
Ein zeitlich konstantes Drehmoment kann nur gebildet werden, wenn das vom Ständer
und das vom gleichstromerregten Polrad erzeugte Feld synchron umlaufen. Weicht die
Drehzahl des Polrades von der vom Netz her gegebenen Drehzahl n0 = fp (synchrone
Drehzahl) ab, so ist die Maschine außer Tritt gefallen, und es ergibt sich ein periodisch
2
Synchronmaschine als Motor und Generator
ETP I V1
zwischen einem positiven und negativen Maximalwert schwankendes Drehmoment,
dessen zeitlicher Mittelwert Null ist, verbunden mit unzulässig großen Strömen.
Muß die Synchronmaschine mit einem Netz zusammenarbeiten, so ist sie vorher zu
synchronisieren; dabei muß die Klemmenspannung des leerlaufenden Generators im
Augenblick des Schaltens mit der Netzspannung nach Größe, Frequenz, Phasenfolge und Phasenlage (Synchronisationsbedingungen) übereinstimmen (siehe Abschnitt
3.2.2).
Zur Überprüfung der Synchronisationsbedingungen können neben Synchronoskop und
Nullspannungsmesser die Dunkelschaltung und die gemischte Schaltung verwendet
werden.
Die Maschinenspannung wird in ihrer Frequenz durch die Drehzahl der Antriebsmaschine und in ihrer Größe durch den Erregerstrom beeinflußt.
L1
L1
L2
L2
L3
L3
UN
V
U
UN
V
U
V
V
UM
V
U1
UM
V
V1
W1
U1
V1
W1
Abbildung 2: Dunkelschaltung (links) und gemischte Schaltung (rechts)
Bei Verwendung der Dunkelschaltung läuft der zu synchronisierende Generator mit
richtiger Phasenfolge, wenn alle drei Lampen gleichzeitig aufleuchten und verlöschen.
Leuchten sie nacheinander auf, so ist die Phasenfolge falsch und es müssen zwei Anschlüsse miteinander vertauscht werden. Die Glühlampen leuchten und verlöschen im
Takt der Schwebungsfrequenz, sobald die Synchronisationsbedingungen annähernd
erfüllt sind. Im Schaltaugenblick müssen die Lampen dunkel sein.
Verwendet man die gemischte Schaltung, so leuchten die Lampen bei richtiger Phasenfolge nacheinander auf. Aus dem Umlaufsinn dieser Lichterscheinung kann geschlossen werden, ob die Maschine zu langsam oder zu schnell läuft. Für die Schaltung nach
3
Synchronmaschine als Motor und Generator
ETP I V1
Abb. 2, rechter Teil, muß im Schaltmoment die Glühlampe im Zweig L1 – U1 dunkel
sein.
Das einphasige Ersatzschaltbild einer Synchronmaschine ist in Abb. 3 gezeigt. Im Erzeugerzählpfeilsystem wird abgegebener Strom positiv gezählt. Abgegene Wirkleistung ist im EZS positiv, im VZS negativ. Unabhängig vom Zählpfeilsystem ist aber
Aufnahme induktiver Blindleistung gleichzusetzen mit der Abgabe kapazitiver Blindleistung und umgekehrt.
Die Spannung, die allein durch die Gleichstromerregung des Polrades entstehen würde, bezeichnet man als Polradspannung U p ; bei leerlaufender Maschine ist sie als
Klemmenspannung U meßbar. Der Phasenverschiebungswinkel zwischen Polradspannung und (Netz-)Klemmenspannung wird als Polradwinkel θ = ϕU p − ϕU bezeichnet.
EZS
X
Up
VZS
X
I
U
I
Up
U
U + jX I = U
p
U = jX I + U
p
Abbildung 3: Einphasen-Ersatzschaltbild der Synchronmaschine
Ändert man die Erregung nach dem Synchronisieren, ohne daß auf die Welle der Maschine ein Drehmoment wirkt, so läßt sich ein Blindstrom im Stator einstellen. Er
wirkt bei Vergrößerung der Erregung entmagnetisierend, also so, als ob die Maschine
ein Kondensator wäre, und bei Verkleinerung der Erregung magnetisierend, also so,
als ob die Maschine eine Drossel wäre. Die Synchronmaschine ist daher ein idealer
einstellbarer Blindleistungserzeuger; die Einstellung der Blindleistung erfolgt durch
Verstellung des Erregerstromes.
Die Höhe der abgegeneben elektrischen Wirkleistung bei Betrieb im Verbundnetz kann
nur durch Änderung des Antriebsdrehmomentes an der Welle erfolgen, wobei natürlich die Maschinendrehzahl konstant bleibt, aber der Polradwinkel sich ändert: Bei
Erhöhung des Antriebsmoments im Generatorbetrieb eilt das Polrad in Drehrichtung
stärker vor; bei Vergrößerung des Lastmoments im Motorbetrieb hängt das Polrad weiter zurück. Es gilt also:
• Generatorbetrieb: Polrad eilt in Drehrichtung vor (θ > 0),
• Motorbetrieb: Polrad hängt zurück (θ < 0).
Das Vorzeichen des Polradwinkels ist unabhängig vom gewählten Zählpfeilsystem!
4
Synchronmaschine als Motor und Generator
ETP I V1
I cosφ > 0 ( θ > 0 )
Generatorbetrieb (Wirkleistungsabgabe)
I cosφ < 0 ( θ < 0 )
Motorbetrieb (Wirkleistungsaufnahme)
I sin φ > 0 (UP cos θ >U)
"
Ubererregung
(Abgabe induktiver Blindleistung)
Maschine wirkt wie ein Kondensator
I sin φ < 0 (UP cos θ <U)
Untererregung (Aufnahme induktiver Blindleistung)
Maschine wirkt wie eine Drosselspule
EZS
jXI
.
jXI
.I
UP
U
UP
U
φ
θ
θ
φ
jXI
U
jXI
UP
.
.
φ θ
I
U
θ
UP
φ
Abbildung 4: Arbeitsbereiche der Synchronmaschine
5
I
I
Synchronmaschine als Motor und Generator
ETP I V1
Der Polradwinkel darf bei der Vollpolmaschine im stationären Betrieb bei konstantem
Erregerstrom 90◦ nicht überschreiten, sonst fällt die Maschine außer Tritt (θL = 90◦ ,
statisches Kippmoment). Bei der Einzelpolmaschine ist der Winkel kleiner als 90 ◦ .
Bezüglich des Zusammenhangs zwischen Drehmoment und Polradwinkel besteht eine gewisse Analogie mit einer Torsionsfeder. Infolge der Zusammenschaltung dieser
Torsionsfeder mit dem Trägheitsmoment des Polrades entsteht ein schwingungsfähiges System. Dieses System darf nicht mit seiner Eigenfrequenz erregt werden (Kolbenmaschinen als Antriebsmotoren müssen daraufhin untersucht werden). Bei jedem
Laststoß treten ebenfalls Pendelschwingungen auf, die, durch die Dämpferwicklung
gedämpft, abklingen. Unter ungünstigen Umständen, z.B. bei großem ohmschen Widerstand zwischen Netz und Maschine wegen unterdimensionierter Leitungen können
die Schwingungen bestehen bleiben.
2.3
Anwendungsgebiete
Synchronmotoren werden dort eingesetzt, wo bei Netzspeisung die starre Drehzahl
gewünscht ist und eine Blindleistungslieferung erfolgen soll. In drehzahlgeregelten
dynamischen Antrieben, wie z. B. Robotern oder Stellantrieben, kommen bevorzugt
permanenterregte Synchronmaschinen zum Einsatz.
Als elektrische Blindleistungsmaschine wird die Synchronmaschine verwendet, um
den Transport von Blindleistung über lange Leitungsstrecken zu vermeiden. Durch
Variation des Erregerstromes bei konstanter Drehzahl und konstanter mechanischer
Belastung erhöht sich der Ständerstrom. Wird die Maschine z. B. übererregt betrieben,
liegt der Stromzeiger IStänder im 1. Quadranten (siehe Abb. 4) und ist betragsmäßig
größer als bei reiner Wirkleistungsbelastung, da nun auch Blindleistung an das Netz
geliefert wird.
Das Minimum des Ständerstrombetrages liegt dementsprechend bei reiner Wirkleistung des Motors. Zeichnet man die Ständerströme in Abhängigkeit vom Erregerstrom
auf, so ergibt sich die sogenannte V-Kurve (siehe Abschnitt 3.2.2).
Die weitaus häufigste Verwendung findet die Synchronmaschine als Drehstromgenerator in der Energieversorgung. Ausgeführt werden z.Zt. Einheitsleistungen bis 1500
MVA. Für Dampfkraftwerke werden Volltrommelmaschinen gebaut, während man für
Wasserkraftwerke Schenkelpolmaschinen verwendet. Als Einphasengenerator dient die
Synchronmaschine zur Speisung von 16 2/3 Hz Bahnstromnetzen. Zur dezentralen
Energieversorgung wird der Synchrongenerator z.B. in kleinen Laufwasserkraftwerken, in Blockkraftwerken mit Wärmekopplung oder in Windkraftanlagen eingesetzt.
Steht aufgrund der örtlichen Lage kein Netzanschluß zur Verfügung, wird der Generator im Inselbetrieb gefahren. Dabei müssen unabhängig von der Last die Spannung
und die Frequenz durch Regelung des Erregerstroms und der Antriebsleistung stabil
gehalten werden:
6
Synchronmaschine als Motor und Generator
ETP I V1
Nimmt der Ständerstrom durch Erhöhung des Leistungsbedarfs zu, so steigt auch der
Spannungsabfall an der Reaktanz. Dies würde zu einer Verringerung der Klemmenspannung führen. Daher muß der Erregerstrom solange erhöht werden, bis die Klemmenspannung wieder den Nennwert erreicht (siehe Abschnitt 3.3.2).
3 Versuchsdurchführung
3.1
Sicherheitshinweise
Die verwendeten Spannungen betragen bis zu 400 V; deshalb ist die Laborordnung
streng einzuhalten. Insbesondere gilt:
1. Aufbau und Änderung von Schaltungen dürfen nur im spannungsfreien Zustand
erfolgen.
2. Vor der Inbetriebnahme jeder Schaltung ist der Versuchsleiter zur Abnahme der
Schaltung zu konsultieren.
3. Das Verstellen von einstellbaren Kapazitäten muß im spannungslosen Zustand
erfolgen.
4. Jeder Teilnehmer muß sich vor dem Versuch über Lage und Funktion der NotAus–Einrichtungen informieren.
5. Die Nennwerte der Prüfmaschine dürfen nur kurzzeitig überschritten werden.
Entnehmen Sie die Nennwerte der Maschine aus dem Typenschild der Maschine:
Generator
UN
IN
nN
IEN
PN
cosϕN
7
Motor
Synchronmaschine als Motor und Generator
3.2
3.2.1
ETP I V1
Synchronmotor
Anschließen und Anlassen
Versuchsaufbau
1. Bauen Sie die Schaltung nach Abb. 5 auf.
2. Ist die Maschine im Dreieck oder im Stern geschaltet?
3. Welche Funktion hat der Anlasserwiderstand? (Skizzieren Sie dazu die sich ergebende Schaltung der Elemente des Erregerkreises für beide Schaltzustände des
Tasters.)
Versuchsdurchführung
1. Stellen sie den Wahlschalter am Steuergerät auf M = const.
2. Schalten Sie den Anlasser auf R = 30Ω .
3. Stellen Sie einen Erregerstrom von 6,8 A ein.
4. Schalten Sie den Synchronmotor bei frei mitlaufender Pendelmaschine und gedrücktem Taster ans Netz.
5. Wenn die Drehzahl sich nicht mehr erhöht (ca. 1300 min−1 ), lassen Sie den Tastschalter los. Beschreiben Sie das Drehzahlverhalten der Maschine unmittelbar
nach dem Loslassen des Tasters.
6. Belasten Sie den Motor mit Hilfe der Pendelmaschine ensprechend Tabelle 1 und
notieren Sie die Drehzahlen. Welcher Effekt tritt bei hoher Last auf?
8
Synchronmaschine als Motor und Generator
M/Nm
0
1
ETP I V1
2
3
4
5
7
n/min−1
Tabelle 1: Drehzahl-/Drehmomentverhalten des Synchronmotors
L1
L2
400 V
L3
N
PE
F1 ... F3
A
V
W2
U2
V2
U1
V1
W1
M
Anlasser
F1
F2
K
A
L−
L
V
L+
Gleichspannungsquelle 0 − 40V
(Stromrichtige Anzeigeeinheit)
Abbildung 5: Schaltung für Motorbetrieb
der Synchronmaschine
9
Synchronmaschine als Motor und Generator
3.2.2
ETP I V1
V–Kennlinien
Versuchsaufbau
Ergänzen Sie die Schaltung aus Abb. 5 um ein Phasenmeßgerät, mit dem Sie die
Phasenverschiebung zwischen Strangspannung und Strangstrom des Synchronmotors
messen können.
Versuchsdurchführung
1. Schalten Sie die Synchronmaschine entsprechend der Schritte 1 – 3 aus Abschnitt
3.2.1 ans Netz.
2. Belasten Sie die Maschine mit Hilfe der Pendelmaschine entsprechend Tabelle 2.
Tragen Sie die Werte für Leistungsfaktor und Strangstrom in Tabelle 2 ein.
M/Nm
IE /A
0 konst.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
6
7
8
9
10
6
7
8
9
10
I/A
cos ϕ
M/Nm
IE /A
2 konst.
3
4
5
I/A
cos ϕ
M/Nm
4 konst.
IE /A
5
I/A
cos ϕ
Tabelle 2: Meßwerte zu V- Kurven
10
Synchronmaschine als Motor und Generator
Abbildung 6: Diagramm für die V–Kurven (I = f (IE )|M =const. )
11
ETP I V1
Synchronmaschine als Motor und Generator
ETP I V1
Auswertung
1. Zeichnen Sie die Kurven des Strangstromes in Abhängigkeit vom Erregerstrom
bei konstanter Last in das Diagramm Abb. 6.
2. Kennzeichnen Sie die Punkte, bei denen der Motor reine Wirklast aufgenommen
hat. Verbinden Sie diese miteinander.
3. Wird im übererregten Betrieb induktive Blindleistung abgegeben oder aufgenommen?
im EZS?
im VZS?
4. Kennzeichnen Sie im Diagramm den Bereich der Unter- und Übererregung.
5. Bei konstantem Erregerstrom wird der Motor nun stärker belastet. Wie wirkt sich
dies auf die Blindleistungsabgabe/-aufnahme der Maschine im EZS/VZS aus ?
Bei Übererregung?
Bei Untererregung?
3.3
3.3.1
Synchrongenerator
Betrieb am starren Netz, Synchronisieren
Versuchsaufbau
Bauen Sie die Schaltung nach Abb. 7auf.
Versuchsdurchführung
1. Welche Synchronisationsbedingungen müssen erfüllt werden, und durch welche
Maßnahmen werden sie erreicht?
12
Synchronmaschine als Motor und Generator
ETP I V1
L1
L2
400 V
L3
N
PE
Doppelspannungsmesser
V
F1 ... F3
A
V
W2
U2
V2
U1
V1
W1
M
G
F1
F2
A
V
L
L+
Gleichspannungsquelle 0 − 40V
(Stromrichtige Anzeigeeinheit)
Abbildung 7: Schaltung für den Betrieb am starren Netz
13
Synchronmaschine als Motor und Generator
ETP I V1
2. Schalten Sie das Steuergerät der Pendelmaschine auf n = const; treiben Sie die
Synchronmaschine mit Hilfe der Pendelmaschine an und stellen Sie eine Drehzahl von möglichst exakt 1500 min−1 ein.
3. Stellen Sie sicher, daß alle Synchronisationsbedingungen erfüllt sind, und schalten Sie die Synchronmaschine im geeigneten Moment parallel zum Netz.
4. Notieren Sie die Werte für Drehmoment und Erregerstrom.
M
IE
5. Wie kann die Blindleistungsabgabe der Maschine bei konstanter mechanischer
Last an der Welle verändert werden?
6. Wie kann die Wirkleistungsabgabe der Maschine bei konstantem Erregerstrom
verändert werden?
7. Variieren Sie den Erregerstrom. Nennwerte nicht überschreiten! Wie reagiert der
Klemmenstrom der Maschine auf eine Veränderung des Erregerstroms?
8. Variieren Sie das Antriebsmoment der Pendelmaschine. Nennwerte nicht überschreiten! Wie reagiert der Klemmenstrom der Maschine?
9. Stellen Sie die Werte für das Moment und den Erregerstrom direkt nach der
Synchronisation wieder her. Trennen Sie den Synchrongenerator vom Netz.
3.3.2
Inselbetrieb, Leerlaufkennlinie
In diesem und den folgenden Versuchen arbeitet die Synchronmaschine als Generator
im Inselbetrieb. Drehzahl und Klemmenspannung sind nicht mehr starr an das Netz
gekoppelt, sondern stellen sich je nach Belastung frei ein.
Die Leerlaufkennlinie gibt Auskunft über die magnetische Ausnutzung der Maschine.
Bei konstanter Drehzahl und Leerlauf wird die Klemmenspannung der Maschine als
Funktion des Erregerstroms aufgenommen.
14
Synchronmaschine als Motor und Generator
ETP I V1
Versuchsaufbau
Bauen Sie die Schaltung nach Abb. 8 auf.
L1
L2 N
L3
PE
V
W2
U2
V2
U1
V1
W1
G
F1
M
F2
V
A
L−
L+
Gleichspannungsquelle 0 − 40V
(Stromrichtige Anzeigeeinheit)
Abbildung 8: Schaltung zur Aufnahme der Leerlaufkennlinie
Versuchsdurchführung
1. Treiben Sie die Synchronmaschine mit Hilfe der Pendelmaschine bei Nenndrehzahl und offenen Maschinenklemmen an.
2. Ändern Sie den Erregerstrom entsprechend der Tabelle 3 und nehmen Sie die
Leerlaufspannung U0 an den Klemmen auf.
IE /A
U0 /V
0
1
2
3
4
5
Tabelle 3: Leerlaufversuch
15
6
7
8
Synchronmaschine als Motor und Generator
ETP I V1
Auswertung
1. Zeichnen Sie die Leerlaufkennlinie des Synchrongenerators in das Diagramm in
Abb. 9 ein.
2. Erklären Sie den Verlauf der Leerlaufkennlinie:
Abbildung 9: Diagramm für die Leerlaufkennlinie (U0 = f (IE ))
16
Synchronmaschine als Motor und Generator
3.3.3
ETP I V1
Belastungskennlinie bei konstanter Erregung
Versuchsaufbau
Bauen Sie die Schaltung nach Abb. 10 auf.
A
V
W2
U2
V2
U1
V1
W1
G
F1
V
M
F2
A
L−
PE
L+
Gleichspannungsquelle 0 − 40V
(Stromrichtige Anzeigeeinheit)
Abbildung 10: Schaltung für die Aufnahme von Belastungskennlinien
17
Synchronmaschine als Motor und Generator
ETP I V1
Versuchsdurchführung
1. Treiben Sie die Synchronmaschine mit Hilfe der Pendelmaschine bei konstanter
Nenndrehzahl an.
2. Stellen Sie den Erregerstrom so ein, daß im Leerlauf an den Maschinenklemmen
Nennspannung anliegt.
3. Belasten Sie die Maschine bei konstantem Erregerstrom entsprechend der Tabelle 4.
Stufe der ohmschen Last ∞
U/V
I/A
100
95
90
85
80
75
70
65
60
Tabelle 4: Belastungskennlinie
Abbildung 11: Diagramm für die Belastungskennlinie (U = f (I)|IE =const. )
18
55
Synchronmaschine als Motor und Generator
ETP I V1
Auswertung
1. Tragen Sie die gemessenen Werte in das Diagramm Abb. 11 ein.
2. Welcher für die angeschlossenen Verbraucher untragbare Effekt zeigt sich bei
steigender Belastung der Maschine? Wie kann dem entgegengewirkt werden?
3.3.4
Belastungskennlinie bei konstanter Klemmenspannung
(Erreger-Regulierkennlinie)
Versuchsaufbau
Verschalten Sie die Synchronmaschine wie in Abschnitt 3.3.3.
Versuchsdurchführung
1. Treiben Sie die Synchronmaschine mit Hilfe der Pendelmaschine bei konstanter
Nenndrehzahl an.
2. Stellen Sie den Erregerstrom so ein, daß im Leerlauf an den Maschinenklemmen
Nennspannung anliegt.
3. Belasten Sie die Maschine entsprechend der Tabelle 5. Halten Sie die Klemmenspannung der Maschine konstant durch geeignetes Nachführen der Erregung.
Notieren Sie die Werte für den Strangstrom und den Erregerstrom in Tabelle 5.
Stufe der ohmschen Last
I/A
IE /A
∞
100
95
90
85
80
75
70
65
60
Tabelle 5: Erreger-Regulierkennlinie (ohmsche Last)
4. Wiederholen Sie den Versuch mit rein induktiver bzw. kapazitiver Last.
Achtung: Schalten der Kondensatorstufen nur bei IE =0 wegen möglicher Beschädigung der Anlage durch Stromspitzen beim Schalten kapazitiver Lasten!
Stufe d. ind. Last 0
I/A
IE /A
1
2
3
4
5
6
Tabelle 6: Erreger-Regulierkennlinie (induktive Last)
19
Synchronmaschine als Motor und Generator
Stufe d. kap. Last 0
I/A
IE /A
1
ETP I V1
2
3
4
5
6
Tabelle 7: Erreger-Regulierkennlinie (kapazitive Last)
Auswertung
1. Tragen Sie die gemessenen Werte in das Diagramm Abb. 12 ein.
2. Interpretieren Sie die gewonnenen Kurven.
3. Erklären Sie anhand des ESB eines Synchrongenerators, wie man die Reaktanz
des (Vollpol-) synchrongenerators bestimmen kann.
4. Zeichnen Sie maßstäblich das Zeigerdiagramm des Meßpunktes bei induktiver
Last der Stufe 4 für eine Reaktanz von X = 185Ω.
20
Synchronmaschine als Motor und Generator
ETP I V1
Abbildung 12: Diagramm für die Erreger-Regulierkennlinien (IE = f (I)|U =const. )
21