Technická specifikace
Požadavkem pro realizaci jednotlivých stanovišť je provedení vizualizace úloh na počítači s ovládáním jednotlivých
aktivních prvků (stykače I/O signály, měniče) přes počítačové rozhraní. Vizualizační rozhraní musí být doplněno o
měřicí svorky vybraných uzlů k měření laboratorními přístroji. Měřicí pulty by měly být osazeny potřebnými aktivními
prvky (DC a AC měničů) stykači a relé Softwarovou vizualizací se schematickými znázorněními měřicího stanoviště,
uhlopříčka monitoru v rozmezí 24 – 28“. Umístění monitoru se předpokládá na měřicí pult, případně zabudování do
horní části pultu. Programovací prostředí musí umožňovat změny nastavení ovládacích prvků obvodu (např. zapnout
a vypnout měřicí pult, řízení měničů apod.). Možnost přepnutí režimu ovládání v roli student, učitel a technik s
příslušnými právy, umožňující změny stanovených parametrů. Šířka měřicího pultu v rozmezí 120 – 140 cm, výška
nástavby 60 - 70 cm, výška pracovní plochy 70 - 80 cm a její maximální hloubka 40 - 60 cm. Měřicí pult musí
obsahovat z boční strany 1f a 3f zásuvky. Ruční režim měření musí obsahovat možnosti změny napětí a proudu po
stanovených krocích, spouštění strojů a měření jejich parametrů (proud, napětí, otáčky, výkon, příkon a moment).
Měřicí pult musí obsahovat vyvedené svorky pro měření proudu, napětí, otáček, výkonu, příkonu a momentu
laboratorními přístroji (laboratorní přístroje nejsou součástí zakázky). Předpokládá se max. 5 měřicích okruhů.
V rámci rekonstrukce je nutné vyměnit přívodní vodiče k ovládaným motorům.
Okružní vedení
- by mělo propojit všechny 3 rekonstruovaná stanoviště minimálně třemi dvouvodičovými linkami spínatelnými vždy
po dvojicích pólů. Lépe by bylo 4 – 5 těchto dvoupólových linek případně s jedním rozšířením počtu spínaných pólů
na 3 + 3 + 2 s příslušnými počty vodičů.
Po rekonstrukci je nutné dodat revizní zprávu od celého zařízení.
Stanoviště č. 1 - měření na synchronním alternátoru:
Požadované možnosti měření synchronního stroje: - měření naprázdno (a), fázování na tmu (b), měření V-křivky (c),
případně další např. nakrátko (d).
a) měření naprázdno
Pomocí stejnosměrného stroje rozběhnout na definované otáčky, nominál 1500 min-1 – primárně realizovat dvojicí
měničů (předpokládány 4-kvadrantové) u tohoto stroje (motoru). Proměření char-ky naprázdno – SyS
v generátorickém režimu U0 = f(If) při konstantních otáčkách; budicí proud SyS měněn v rozmezí 0 – 3,5 (4) A. Ze
svorek panelových měřidel vyvést i výstupy do visualizace na PC.
b) fázování na tmu
zatím pouze fázovací raménko (po novu vyvést na 2 čtveřice svorek), předpokládán kromě tohoto raménka ještě
jeden fázovací obvod s trojicí (sad) žárovek přemosťovaných stykačem (opět vyvést na 2 čtveřice svorek) 1).
c) měření V-křivek
měřeno zatím v generátorickém režimu (předpokládaná možnost i motorického režimu) po přifázování SyS k sítí jako
I = f(If) při konstantním elektrickém výkonu na střídavé straně (nepřímo regulován pomocí stejnosměrného stroje);
budicí proud SyS měněn v rozmezí 0 – 3,5 (4) A. Ze svorek panelových měřidel vyvést i výstupy do vizualizace na PC.
d) případné další dnes zatím neměřené chod nakrátko – s využitím nového vybavení.
Inovace laboratoře pohonů na TF
Stránka 1
Technická specifikace
Stanoviště S1 by mělo umožnit měření jako v současnosti. Zadavatel požaduje zachování možnosti zapojení buzení
synchronního stroje z rotačního budiče jako v současném uspořádání (síťový vývod 4pólový). Rozšíření o regulační
autotransformátor (vývod 4pólový). Visualizace na obrazovce (monitoru) PC – buďto použít panely již s rozměry
uvedenými na proposicích, monitor upevněn nad tento panel, případně panel dát s většími rozměry a obrazovku
zabudovat (větší rozměry adekvátně velikosti obrazovky. Indikace aktivity pomocí návěstidel na panelu popř.
semaforu z CNC.
Na stanovišti číslo jedna dojde k odstranění starého měřicího pultu a jeho náhrady novým měřicím pultem,
kde bude veškeré ovládání a řízení. Pult bude obsahovat regulační transformátor, zásuvky pro možnost připojení
spotřebičů zvenčí pro účely měření, svorková pole pro připojení, měření a řízení synchronního alternátoru. Dále bude
celé soustrojí osazeno tyristorovým usměrňovačem pro napájení ss stroje + ovládací panel + odrušovací prostředky
(komunikační radiový filtr, tlumivka). Ke stroji bude připojena fázovací souprava (měření frekvence, propojovací
stykač, fázovací žárovky, ukazatel sledu fází). Elektronický zdroj pro napájení buzení synchronního alternátoru bude
(0-65 V, 3 A). Celé stanoviště bude vybaveno měřicími prvky pro snímání frekvence (stroboskop) a snímačem polohy
rotoru s vyhodnocovací elektronikou (IRC). Ze stávajícího řešení bude zachován ss. motor (3 kW) a synchronní stroj (5
kVA).
Stávající uspořádání stanoviště je na obr. 1 a na obr.2.
Obr. 1 Stávající zařízení stanoviště 1.
Inovace laboratoře pohonů na TF
Stránka 2
Technická specifikace
Obr. 2 Nákres inovovaného ovládacího pultu stanoviště.
Stanoviště č. 2 - moderní frekvenční řízení asynchronních strojů, soustrojí AM - SSM - AM s měničem:
stroj stejnosměrný derivační – 2 ks svorky buzení + 2 ks svorky kotvy, stroj stejnosměrný kompaundní – 2 ks svorky
buzení derivační + 2 ks svorky buzení seriové + 2 ks svorky kotvy, 2 ks svorky kotvy, asynchronní stroj – 6 ks svorek,
Měniče stejnosměrné 4kvadrantové 2 ks - pro buzení stejnosměrného stroje 0-230V- 5A, pro kotvu stejnosměrného
stroje 0-230V- 25A; každý z nich výstup na dvojici svorek.
Stanoviště S2 určeno k frekvenčnímu řízení asynchronních motorů. Zadavatel požaduje zachování možnosti
přepojení zabudovaných strojů na řízení elektronické i kontaktní a odporové podobně jako v současném uspořádání.
Rozšíření o regulační autotransformátor. Visualizace na obrazovce (monitoru) PC – buďto použít panely již s rozměry
uvedenými na proposicích, monitor upevněn na vodorovné ploše nad tento panel, případně panel dát s většími
rozměry a obrazovku zabudovat (větší rozměry adekvátně velikosti obrazovky. Indikace aktivity pomocí návěstidel.
Stanoviště bude obsahovat soustrojí AM - SSM - AM s měničem. Opět dojde k odstranění starého měřicího
pultu a jeho nahrazení novým pultem s vlastním regulačním transformátorem. Soustava bude obsahovat
asynchronní motor s frekvenčním měničem, opět zde bude reverzní tyristorový usměrňovač pro napájení ss stroje +
ovládací panel + odrušovací prostředky (komunikační radiový filtr, tlumivka), dále zde bude vektorový frekvenční
měnič s ovládacím panelem (s rekuperační jednotkou 11kW) + odrušovací prostředky (se sinusovým výstupem) a
ovládací panel pro motor s integrovaným měničem. Pro řízení, měření a regulaci bude stanoviště vybaveno
tenzometrickým snímačem momentu (hřídel nebo z reakce statoru), čidlem otáček (IRC snímač, popřípadě
Inovace laboratoře pohonů na TF
Stránka 3
Technická specifikace
tachodynamo), číslicovým osciloskopem s možností záznamu jednorázových dějů, PC s vizualizací pro nastavování a
monitorování měničů a čidlem proudu a napětí s připravenými vývody na osciloskop (LEM). Opět na pultě budou
vyvedeny svorky pro měření, řízení a regulaci strojů přidruženého soustrojí a stranových 3f zásuvkových vývodů.
Zachováno bude dynamo (3 kW), asynchronní motor (6 kVA).
Stávající uspořádání stanoviště je na obr. 3.
Obr. 3 Stávající zařízení stanoviště 2.
Stanoviště č. 3
- rotační ss zdroj + programovatelný servosystém se synchronním strojem s permanentními
magnety:
Třetí měřicí stanoviště bude vybaveno programovatelným servosystémem. Opět dojde k odstranění starého
nevhodného pultu a jeho nahrazení novým s regulačním transformátorem. Celý servosystém se bude skládat z
měniče, motoru a ovládacího panelu s odrušovacími prostředky. Synchronní stroj bude s permanentními magnety a
opět zde bude tyristorový usměrňovač pro napájení ss stroje + ovládací panel + odrušovací prostředky (komunikační
radiový filtr, tlumivka). Celé měřicí stanoviště bude obsahovat PC včetně vizualizace pro snadné programování a
nastavování servosystému. Na stole bude vyvedeno přepojovací pole pro možnost zapojení synchronního stroje jako
rotačního stroje, pro laboratoř/zatěžovací stroj serva, napájený z tyristorového usměrňovače. Opět zde bude čidlo
otáček (IRC snímač, popřípadě tachodynamo). Dále zde bude elektronický zdroj pro buzení ss stroje v režimu
rotačního zdroje (nejlépe s možností regulace statorového napětí budícím proudem). Opět na pultě budou vyvedeny
svorky pro měření, řízení a regulaci strojů přidruženého soustrojí a stranových 3f zásuvkových vývodů. Monitorování
průběhů bude prováděno osciloskopem. Propojení zdrojových pultů (1) až (3) okružním vedením 6 až 9-žilovým na
každém stole, ovládaném po trojicích.
Stávající uspořádání stanoviště je na obr. 4 a na obr. 5.
Inovace laboratoře pohonů na TF
Stránka 4
Technická specifikace
Obr. 4 Stávající zařízení stanoviště 3.
Obr. 5 Nákres inovovaného ovládacího pultu stanoviště 3.
Stanoviště č. 4 - ovládání dynamometru:
Zachován bude ovládací pult, přilehlý rozvaděč a napájecí motorgenerátor Ward. Celá laboratoř bude
vybavena regulačním transformátorem (booster nebo auto-transformátor) 3 x 0 V až 500 V, 30 A. Ovládání tohoto
výkonného regulačního zdroje pomocí přenosného ovládacího pultu, vybaveného tlačítky nebo přepínačem pro
Inovace laboratoře pohonů na TF
Stránka 5
Technická specifikace
zvyšování a snižování napětí a zabudovaným voltmetrem. Konektorové připojení ovládacího pultu k všem zdrojovým
stanovištím. Silový výstup rozveden na vyhrazená svorková pole všech zdrojových stanovišť (1 až 3)
Stávající uspořádání stanoviště je na obr. 6.
Obr. 6 Stávající zařízení stanoviště 4.
Inovace laboratoře pohonů na TF
Stránka 6
Technická specifikace
Schéma rozváděče v místnosti laboratoře pohonů
Inovace laboratoře pohonů na TF
Stránka 7
Technická specifikace
Inovace laboratoře pohonů na TF
Stránka 8
Technická specifikace
Inovace laboratoře pohonů na TF
Stránka 9
Technická specifikace
Ukázka zadání měření úlohy s vyhodnocením výsledků měření.
MĚŘENÍ NA SYNCHRONNÍCH STROJÍCH
Předmětem tohoto cvičení je:
- demonstrace synchronního stroje,
- měření charakteristiky naprázdno alternátoru při chodu naprázdno U0
=f(Ib),
-
fázování alternátoru k distribuční síti,
měření „V-křivek“,
grafické zpracování výsledků měření.
Měření charakteristiky naprázdno
Chod naprázdno synchronního alternátoru je chod bez zatížení. Změříme charakteristiku naprázdno (závislost
napětí naprázdno U0 na budícím proudu Ib při synchronních otáčkách), nazývanou charakteristikou magnetizační (U0
= f(Ib) při n = ns).
Příkon naprázdno kryje ztráty naprázdno ∆P0, které jsou složeny ze ztrát v železe a ztrát mechanických
∆P0 = ∆PFE + ∆Pm .
K pohonu alternátoru slouží stejnosměrný derivační motor. Ke statorovému vinutí se připojí tři voltmetry pro měření
sdružených napětí a kmitoměr. Rozsahy voltmetrů se volí tak, aby jimi bylo možno měřit napětí v rozmezí (0,5 ÷
1,3)×UN. Přesvědčíme-li se, že napětí je souměrné, postačí čtení údaje jednoho voltmetru. Do obvodu budicího vinutí
se zařadí reostat R a ampérmetr A s rozsahem do maximální hodnoty budícího proudu alternátoru. Protože otáčky
při měření naprázdno zůstávají konstantní, lze je sledovat citlivým kmitoměrem, který se podle napěťového rozsahu
Inovace laboratoře pohonů na TF
Stránka 10
Technická specifikace
připojí buďto na fázové nebo na sdružené napětí. Po zapojení přístrojů se provede měření charakteristiky naprázdno,
při němž se postupuje následovně:
Alternátor se rozběhne stejnosměrným motorem na synchronní otáčky, které jsou během měření udržovány pomocí
buzení motoru konstantní. Reostatem R v budícím obvodu synchronního alternátoru se reguluje hodnota budícího
proudu Ib alternátoru až na hodnotu odpovídající 1,3 násobku jmenovitého svorkového napětí alternátoru a
naměřené hodnoty se zaznamenají do následující tabulky.
Ib [A]
U0 [V]
Postupným odbuzováním se pak snižuje napětí téměř až k nule (remanentní napětí). Při měření se musí dodržovat
stejné zásady jako při měření charakteristiky naprázdno stejnosměrného dynama. Z naměřených hodnot se sestrojí
charakteristika naprázdno U0 = f(Ib), jejíž průběh je podobný charakteristice naprázdno stejnosměrného stroje.
Je vyznačen průběh ztrát naprázdno ∆P0 v závislosti na napětí naprázdno U0 , který by byl změřen obdobně jako u
asynchronních motorů. Křivka ztrát protíná vertikální osu souřadnic v bodě určujícím mechanické ztráty ∆Pm. Z grafu
můžeme pro jmenovité svorkové napětí alternátoru určit ztráty naprázdno ∆P0N.
Fázování synchronního alternátoru k distribuční síti
Důležitým provozním úkolem v elektrárnách je přifázování (připojení) nabuzených alternátorů k elektrisační
soustavě, ve které ostatní spolupracující alternátory vyrábějí elektrickou energii pro spotřebu při jmenovitém
kmitočtu a napětí. Přifázování alternátoru k tvrdé síti je možné jen při splnění následujících čtyř podmínek:
1)
2)
3)
4)
shodný sled fází stroje a sítě,
shodný kmitočet napětí stroje a sítě,
stejné napětí stroje a sítě,
shodné okamžité napětí stroje a sítě (tj. musí být navzájem ve fázi).
Inovace laboratoře pohonů na TF
Stránka 11
Technická specifikace
Není-li splněna některá z těchto podmínek, může dojít k nebezpečné havarijní situaci horší než při
svorkovém zkratu stroje!
- ad 1) Stejný sled fází znamená shodný směr otáčení magnetického pole alternátoru se směrem točení
magnetického pole indukovaného trojfázovým napětím sítě. Nestejný sled fází by měl za následek, že síť by
měla snahu otáčet alternátorem jako synchronním motorem opačným směrem. Ve statoru by se indukovala
elektromotorická síla dvojnásobného kmitočtu a stroj by nebylo možno přifázovat. U velkých strojů by pak
mohlo dojít k vážnější havárii. Sled fází lze snadno zkontrolovat fázoměrem. Je to v principu asynchronní
mikromotor s trojfázovým vinutím na statoru. Rotor se otáčí s velkým skluzem (aby smysl točení byl dobře
viditelný) ve smyslu otáčení točivého pole, který závisí na sledu fází.
- ad 2) Nesouhlas kmitočtů při spínání může mít za následek poškození stroje silovými účinky vzniklého činného
rázového proudu na vinutí i kostru. Při nestejném kmitočtu alternátoru a sítě nelze alternátor přifázovat, neboť
úhlové rychlosti otáčení fázorů napětí jsou rozdílné a setrvačná hmota rotoru alternátoru nedovolí okamžité
přizpůsobení úhlové rychlosti fázoru jeho napětí. Tato podmínka se přibližně zjistí měřením kmitočtu alternátoru a
sítě kmitoměry.
- ad 3) Podmínka stejného napětí je jasná. Neshoda napětí alternátoru a sítě vyvolá při fázování vznik
rázového proudu jalového charakteru. Má-li síť větší napětí než alternátor, vzniká při připnutí stroje k síti
proudový ráz induktivního charakteru kvůli skokovému vyrovnání napětí alternátoru se sítí (musí být sítí
dobuzen). Má-li naopak alternátor větší napětí než síť, vzniká při připnutí stroje k síti proudový ráz
kapacitního charakteru kvůli skokovému vyrovnání napětí alternátoru se sítí (musí být sítí odbuzen). Stejná
velikost napětí se kontroluje voltmetrem.
- ad 4) Tato podmínka úzce souvisí s podmínkou 2) a neshoda znamená stejné následky tj. silové účinky
činného rázového proudu.
Spolehlivé splnění těchto podmínek umožňuje fázování „na tmu“, které je také nejrozšířenější. Princip a
schéma zapojení.
Inovace laboratoře pohonů na TF
Stránka 12
Technická specifikace
Žárovky jsou napájeny rozdílem napětí sítě a alternátoru. Předpokládáme-li stejné amplitudy sítě a
alternátoru, pak je průběh rozdílového napětí U dán interferencí obou průběhů. Žárovky se rozsvěcují v
rytmu, který je dán a světelnou setrvačností žárovky - obalovou křivkou U0 rozdílového napětí Uinterf.
V okamžiku, kdy amplituda obalové křivky se blíží k nule (je Uinterf = 0 ), žárovky úplně zhasnou a
alternátor lze připnout na síť. Při maximální amplitudě obalové křivky svítí žárovky nejjasněji a je na nich
dvojnásobné napětí, než je fázové napětí sítě nebo alternátoru (na toto napětí musí být žárovky
dimenzovány). Existují ještě další dva typy fázování a to fázování na světlo (nevýhodné) a smíšené
fázování.
Fázovací raménko
Pomocí fázoměru se určí sled fází alternátoru a sítě. Potom stačí pro přesné fázování splnit podmínky
fázování 2, 3, 4. Tyto podmínky se při ručním fázování (synchronisaci) kontrolují pomocí fázovacího
raménka, které je složeno z následujících součástí:
- dvojitého voltmetru, dvojitého kmitoměru, rozdílového voltmetru a fázovacích žárovek. Firma Metra vyráběla toto
fázovací raménko pod typem RVO. Zapojení fázovacího raménka.
Inovace laboratoře pohonů na TF
Stránka 13
Technická specifikace
Firma Metra vyráběla ještě fázovací raménko typu RSyO, kde je místo nulového voltmetru synchronoskop,
který ukazuje, zda jsou otáčky alternátoru vyšší nebo nižší proti otáčkám točivého pole sítě.
Poznámka: Rychlejší způsob fázování alternátorů a hlavně jednodušší se zřetelem na automatisaci je
nepřesné fázování samosychronisací. Provádí se tak, že se nenabuzený alternátor (budící obvod je uzavřen
přes odpor R = 5×Rb nakrátko) rozběhne na otáčky blízké synchronním (předpoklad stejného sledu fází) a
připne se na síť. Současně s tím se alternátor nabudí. Vlivem synchronisačních momentů je alternátor vtažen
do synchronismu. Vzniká zde proudový a momentový náraz, ovšem menší než při zkratu. Tuto metodu je
výhodné užít v případě, že kmitočet i napětí při narušení stability energetického systému rychle kolísají a je
nutno co nejdříve připojit reservní alternátory. V těchto případech přesná synchronisace často selhává.
Měření „V-křivek“ synchronního stroje (v generátorickém chodu)
Jsou to závislosti statorového proudu I na proudu budícím Ib při konstantním výkonu. Experimentálně se
vyšetří zatěžováním přifázovaného synchronního stroje na tvrdé síti (U = konst, n = ns (f = fn) ).
„V – křivky“ platí pro chod motorický i generátorický. Při nulovém výkonu jsou to téměř přímky, které se dotýkají osy
x. Bod Ib0 odpovídá ideálnímu přifázování na síť. Levá část „V – křivky“ pro P = 0 (podbuzený stav) protíná osu
statorového proudu v bodě N, který určuje mez statické stability. „V – křivky“ pro výkony P1, P2 atd. jsou křivky
vyššího řádu.
Čárkovaná křivka spojující body N, N1, N2 atd. určuje mez stability. Spojnice minim „V-křivek“, tj. spojnice bodů O, O1,
O2 atd. je křivka účiníku cos ϕ = 1, tj. křivka odpovídající činnému zatížení stroje.
Inovace laboratoře pohonů na TF
Stránka 14
Technická specifikace
Měřicí schéma pro měření „V – křivek“. Synchronní stroj je poháněn stejnosměrným derivačním motorem. Po
přifázování na síť může být zatěžován buď jako motor nebo jako alternátor. Pro generátorový chod se zvětší točivý
moment pohonného stroje (stejnosměrný motor se odbuzuje). Pro motorický chod se postupuje opačně, tzn.
zvětšuje se budící proud stejnosměrného pohonu. Při měření se musí udržovat konstantní výkon (kontrolujeme
pomocí wattmetrů měřicí soupravy) dodávaný do sítě nebo odebíraný ze sítě. Regulačním odporem v budicím
okruhu synchronního stroje se mění postupně budící proud Ib od minimální hodnoty (při níž je I = IN) až do jeho
jmenovité hodnoty IbN. Tím se mění jalový výkon a tedy i proud statoru. Jednotlivé „V- křivky“ se zjistí měřením I =
f(Ib) při určitém konstantním zatížení. Měření první křivky se provede při P = 0 a ostatních při výkonech, určených
učitelem řídícím cvičení.
Pro cca 6 ÷10 hodnot
Ib [A]
P=0
I1 [A]
I2 [A]
Inovace laboratoře pohonů na TF
Stránka 15
Technická specifikace
I3 [A]
I [A]
Ib [A]
P = ....W
I1 [A]
I2 [A]
I3 [A]
I [A]
Ib [A]
P = ....W
I1 [A]
I2 [A]
I3 [A]
I [A]
Naměřené hodnoty se zpracují graficky.
Inovace laboratoře pohonů na TF
Stránka 16
Download

Příloha č. 4_Technická specifikace.pdf