ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE

ŽILINSKÁ NIVERZITA V ŽILINE Elektrotechnická fakulta Katedra výkonových elektrotechnických systémov BAKALÁRSKA PRÁCA 2009 Miroslav Minarčík

1. Súčasný stav problematiky veternej energetiky Pri dnešnej spotrebe elektrickej energie a cenách fosílnych palív sa do popredia dostavajú (aj za podpory rôznych fondov) alternatívne zdroje energie. Aj keď v súčasnosti nie je možné nahradiť základné zdroje energie (fosílne palivá, jadrové palivo) inými, ekologickejšími zdrojmi úplne, ale treba sa usilovať o to, aby sa potenciál ekologických zdrojov využíval čo najviac. Doplnkovými zdrojmi energie sú zdroje ktoré využívajú: slnečnú energiu, veternú energiu, geotermálnu energiu, vodnú energiu. Veterná energia má pôvod v energii slnka. Zemský povrch ohrievajú slnečné lúče s rôznou intenzitou, v dôsledku čoho dochádza k teplotným a tlakovým rozdielom. Nerovnomerným zohrievaním vzdušných más pri zemskom povrchu sa vytvárajú tlakové výše a tlakové níže. Vplyvom tlakových rozdielov (tlakovej níže a tlakovej výše) vzniká vietor. Asi 1 až 2 % slnečnej energie sa premieňa na kinetickú energiu vzduchu a je možné ju využívať vo veterných turbínach [2]. Veterná turbína sa skladá z: listov rotora, rotora, prevodovky, generátora, elektroniky a regulačných zariadení (brzdy, otáčací systém) nosnej konštrukcie. Teoretický výkon veternej elektrárne je priamo úmerný ploche rotora, tretej mocnine rýchlosti vetra a hustote vzduchu [2]: (W), (1.1) kde hustota vzduchu (kg m -1 ), D priemer rotora (m),

v rýchlosť vetra (m s -1 ). Podľa osi rotácie sa turbíny delia na: - veterné turbíny s vertikálnou osou rotácie (Darrieova, alebo Savoniova), - veterné turbíny s horizontálnou osou rotácie. Obr. 1.1. Turbína s horizontálnou osou Obr. 1.2. Turbína s vertikálnou osou Veterné turbíny s horizontálnou osou rotácie (obr. 1.1.) sú v súčasnej dobe najrozšírenejšie. Najvyššie využitie výkonu je možné dosiahnuť s dvoj a trojlistovými vrtuľami (obr. 1.3.), pretože pri vyššom počte listov sa listy ovplyvňujú a znižujú sa tým otáčky rotora. Dnešné najmodernejšie veterné turbíny dosahujú výkon až do 5MW [3].

Obr. 1.3. Prierez veterným agregátom s trojlistovou vrtuľou [5]

Nevýhody veterných elektrární [2]: nerovnomernosť a neregulovateľnosť vetra, časová a miestna premenlivosť, malá koncentrácia energie, minimálna rýchlosť vetra pre pohon generátora je 2 až 4 m s -1, veľká rýchlosť vetra znamená poškodenie stroja. To znamená, že aj pri priaznivých podmienkach vetra na výrobu elektrickej energie nie je možné túto získanú energiu dostatočne zužitkovať, pretože tepelné elektrárne nie sú schopné na túto zmenu reagovať v priebehu sekúnd. 2. Generátory pre veterné elektrárne Od najstarších dôb sa premieňa kinetická energia vetra na mechanickú (veterný mlyn, píla, zavlažovanie). Ďalším zo spôsobov využitia mechanickej energie vetra je jej premena na elektrickú energiu vo veterných elektrárňach. Na premenu mechanickej energie na elektrickú sa môžu použiť tri základné typy generátorov: jednosmerné (zriedkavo používané), asynchrónne: s klietkou nakrátko, s vinutou klietkou, synchrónne: s elektromagnetickým budením, s permanentnými magnetmi. Synchrónne a asynchrónne generátory sú vhodné na dodávanie elektrickej energie do siete, ale aj na samostatnú prevádzku (ostrovná prevádzka). V tejto práci sa budem zaoberať indukčným generátorom (IG) s klietkou nakrátko. Štítok stroja: SIEMENS 3 ~ Mot 1LA7083-2AA10 ;

Na obr. 2.1 je systém veternej turbíny, ktorej uhlová rýchlosť je konštantná a na reguláciu nie je použitý žiadny polovodičový menič. Konštantná rýchlosť je zabezpečená natáčaním lopatiek v závislosti od rýchlosti vetra. Ako generátor je použitý indukčný generátor s klietkou nakrátko. V systéme je použitý mäkký (soft) štartér, ktorý obmedzuje veľký záberový prúd. Výhodou tohto systému je jednoduchosť a cena [4]. Obr. 2.1. Systém s konštantnou rýchlosťou veternej turbíny Aby sa dali asynchrónne a synchrónne generátory využiť s vysokou efektivitou je potrebné použiť polovodičovú techniku, ktorá nám to v súčasnosti umožňuje (obr. 2.2.). Základné výkonové polovodičové zariadenia, ktoré umožňujú regulovať dodávku činného a jalového výkonu do siete sú výkonové frekvenčné meniče, ktorých základ tvoria usmerňovače (SM) a striedače (STR). Pri takomto systéme nie je nutné, aby bola uhlová rýchlosť konštantná, pretože napätie z generátora je najskôr usmernené usmerňovačom a potom je pomocou striedača vytvorené trojfázové striedavé napätie, ktoré je privedené na sieť [4]. Obr. 2.2. Systém s indukčným generátorom s klietkou nakrátko umožňujúci reguláciu činného a jalového výkonu

3. Analýza vlastností asynchrónneho generátora s klietkou nakrátko 3.1. Konštrukčné usporiadanie a princíp činnosti asynchrónneho generátora s klietkou nakrátko Asynchrónny generátor (ASG) sa skladá zo statora a rotora, ktoré sú zložené z plechov, v ktorých sú drážky a v drážkach sú uložené vinutia. Statorové vinutie je rovnomerne rozložené po obvode statora a má za úlohu vytvoriť točivé magnetické pole. Rotor môže byť s klietkou vinutou alebo s klietkou nakrátko. Rotor (kotva) s klietkou vinutou má vinutie vyvedené na krúžky, na ktoré dosadajú kefy. Rotor s klietkou nakrátko má v drážkach uložené tyče, ktoré sú na obidvoch stranách spojené nakrátko [1]. Tieto tyče môžu byť uložené rovnobežne s hriadeľom rotora (obr. 3.1.), alebo v súčasnosti sa pre lepšiu prevádzku (menšia hlučnosť a vibrácie) väčšinou používa klietka, ktorá má tyče mierne stočené ako vrták (asi 5 ) alebo jeden drážkový krok (obr. 3.2.) [3]. Obr. 3.1. Rotor z rovnobežnými tyčami Obr. 3.2. Rotor zo zošikmenými tyčami 1 hriadeľ, 2 klietka, 3 výstuha, 4 drážkovanie (proti prekĺznutiu). Statorové vinutie napájané z trojfázovej siete vytvorí vo vŕtaní stroja otáčavé magnetické pole so synchrónnou frekvenciou otáčania. Vo vinutí rotora, ktorý sa nachádza v tomto poli sa indukuje elektrické napätie, pretože točivé magnetické pole statora pretína závity vinutia rotora. Keďže je obvod rotora uzavretý, preteká vodičmi vinutia rotora prúd. Magnetické pole statora pôsobí na tieto prúdovodiče silou, ktorá vytvorí mechanický krútiaci moment na hriadeli stroja. Motor sa rozbehne na otáčky

naprázdno, ktoré sú o niečo menšie ako synchrónne. Motor nemôže dosiahnuť synchrónne otáčky, pretože točivé magnetické pole a rotorové vinutie by sa otáčali rovnakou rýchlosťou, a tým by nedochádzalo k pretínaniu závitov vinutia rotora točivým magnetickým poľom statora, a preto by sa ani vo vinutí neindukovalo napätie, ktoré by pretláčalo rotorový prúd. Aby asynchrónny stroj (ASS) pracoval ako generátor, musia sa otáčky rotora zvýšiť nad synchrónne. To znamená, že na hriadeľ rotora musíme pripojiť zdroj mechanickej energie, ktorý zvýši otáčky nad synchrónne. Z uvedených skutočností vyplýva, že ASS pracuje vždy s rozdielnymi otáčkami rotora ako sú synchrónne. Pomer rozdielu otáčok k synchrónnym otáčkam sa nazýva sklz s. ns n Pre sklz platí vzťah: s ( ), (3.1) n pričom ns sú synchrónne otáčky a n sú otáčky rotora. s Po pripojení na sieť, keď sú otáčky rotora n 0 je sklz s 1a indukované napätie rotora má frekvenciu f f r s, kde f s je frekvencia siete. V uzavretom rotorovom vinutí sa po pripojení na sieť indukuje napätie, ktoré je priamo úmerné sklzu a pri zvyšovaní otáčok rotora v smere točivého magnetického poľa sa zmenšuje. kde ir s ir0 (V), ir indukované napätie rotora, ir0 indukované napätie rotora v stave naprázdno pri zabrzdenom rotore. (3.2) Keďže sa uhlová rýchlosť rotora mení, mení sa aj frekvencia indukovaného napätia rotora a to priamo úmerne so sklzom s. f s, r f s f r je frekvencia napätia v rotorovom vinutí, f s je frekvencia napätia v statorovom vinutí (frekvencia siete). (3.3)

Synchrónna rýchlosť rotora je závislá od frekvencie siete f s a od počtu pólových dvojíc statora p. kde 60 fs 1 n s (min ), (3.4) p p je počet pólových dvojíc. 3.2. rčovanie prvkov náhradnej schémy ASG Aby sme mohli analyzovať vlastnosti ASG s klietkou nakrátko musíme zostaviť model pre ustálený a prechodový stav (obr. 3.3) a určiť jeho prvky. V tejto práci sa budem zaoberať len ustáleným stavom. Obr. 3.3. Náhradná schéma ASG s klietkou nakrátko Hodnoty prvkov náhradnej schémy určíme z meraní naprázdno pri menovitom napätí (v motorickom režime) a z merania nakrátko pri zníženom napätí prepočítaného na menovité napätie. Keďže ide o ASG s klietkou nakrátko môžeme priamo odmerať len odpor statorového vinutia a odpor rotorového vinutia musíme určiť výpočtom. 3.2.1. Meranie odporov vinutí Meranie robíme V-A metódou jednosmerným prúdom (obr. 3.4.) v studenom stave, pričom rotor musí byť v pokoji [1]. Pri meraní hrá dôležitú úlohu aj teplota vinutia, ktorú je potrebné určiť, buď priamo odmeraním teploty vinutia, alebo budeme predpokladať, že teplota vinutia je zhodná s teplotou prostredia, v ktorom sa generátor nachádza. V-A metóda vychádza z Ohmovho vzťahu:

f R f ( Ω), pričom neznámou je odpor. (3.5) I Hodnoty prúdu stanovíme tak, aby sa vinutie počas merania nezohrialo (,1 0,2) I. 0 N Meranie urobíme pre viac hodnôt prúdu a pre vypočítané hodnoty odporov fáz stanovíme aritmetický priemer. Tento vypočítaný odpor fázy (3.5) je pre odmeranú teplotu, a preto ho treba prepočítať na teplotu 20 C (3.6). 235 + 20 R f20 R fν ( Ω), platí pre medené vinutie (3.6) 235 + ν R fϑ je stredná hodnota odporu pri teplote ϑ, ϑ je teplota vinutia, pri ktorej sa odpor vinutia nameral. V prípade, že sú vyvedené konce a začiatky jednotlivých vinutí meriame každú fázu zvlášť (obr. 3.4). Viac [1] str. 136. Obr. 3.4. Schéma zapojenia pre meranie odporov vinutí pri zapojení do hviezdy s vyvedeným stredom Pri meraní som použil zapojenie do hviezdy pre lepšiu reguláciu napätia, pretože menovité fázové napätie motora a použitý autotransformátor má regulačný rozsah S (0 450) V. Teplota okolia pri meraní: υ 19 C. Tab. 3.1. Namerané hodnoty pre výpočet odporu vinutia číslo I R číslo I R fázy (V) (Ω) fázy (V) (Ω) 1 1,640 0,252 6,508 1 3,170 0,485 6,536 2 1,640 0,258 6,357 2 3,160 0,495 6,384 3 1,640 0,260 6,308 3 3,170 0,500 6,340

Stredná hodnota nameraných odporov vinutia: 1 1,64 R 1 6,508 Ω, I 0,252 1 _ R s19 n i 1 pri teplote t 20 C pri teplote t 75 C n R i 6,508 + 6,357 + 6,308 + 6,536 + 6,384 + 6,34 6,405 Ω, 6 235 + 20 235 + 20 R s20 R s19 6,405 6,43 Ω, 235 + 19 235 + 19 235 + 75 235 + 75 R s75 Rs20 6,43 7,82Ω. 235 + 20 235 + 20 3.2.2. Meranie naprázdno Účelom merania naprázdno je zistiť prúd naprázdno, účinník naprázdno, straty v železe, straty mechanické a určiť prvky priečnej vetvy náhradnej schémy X µ a R Fe [1]. Chodom naprázdno ASM rozumieme ustálený chod pri napájaní statorového vinutia menovitým napätím s menovitou frekvenciou a rotor je spojený nakrátko. Rotor sa točí samotný, bez zaťaženia, takmer synchrónnou rýchlosťou. V takomto stave odoberá motor zo siete len malý príkon P0, ktorý je potrebný na pokrytie jeho strát naprázdno a strát vo vinutí, ktoré spôsobuje prúd naprázdno. Straty naprázdno zahrňajú straty v železe a straty mechanické. Pre príkon v ustálenom stave naprázdno platí:, (3.8) z toho vyplýva, že straty naprázdno sú:, (3.9) pričom príkon naprázdno odmeriame pomocou wattmetrov v Áronovom zapojení a pre straty vo vinutí platí:. (3.10) je odpor jednej fázy statorového vinutia prepočítaný na teplotu, pri ktorej sa uskutočňuje meranie naprázdno.

získame ako aritmetický priemer prúdov meraných v každej fáze. Obr. 3.5. Schéma zapojenia pre meranie naprázdno Meranie začneme pri zvýšenom napätí približne 1,2 N, kedy odčítame prvé hodnoty prúdov naprázdno, združených napätí a príkonov naprázdno zo všetkých meracích prístrojov (obr. 3.5.). Alebo namiesto všetkých ampérmetrov wattmetrov a voltmetrov použijeme trojfázový digitálny wattmeter, s ktorým je možné merať napätia, prúdy, výkony, účinníky a ďalšie veličiny podľa konkrétneho typu meracieho prístroja. Ďalšie meranie uskutočňujeme pri znižovaní napätia až po hodnotu, pri ktorej už nedochádza k znižovaniu prúdu naprázdno pri súčasnom znižovaní napätia, ale naopak k jeho zvyšovaniu. Hodnoty, pri ktorých už došlo k zvýšeniu prúdu naprázdno neberieme do úvahy. Zvýšenie prúdu naprázdno je spôsobené značným zväčšením sklzu s, ku ktorému dochádza pri malých hodnotách napätia. Namerané a vypočítané hodnoty zapíšeme do tab. 3.2. pričom: aritmetický priemer nameraných združených napätí naprázdno, aritmetický priemer nameraných prúdov naprázdno v jednotlivých fázach, je príkon naprázdno všetkých fáz. Získame ho (pri Áronovom zapojení) súčtom obidvoch výchyliek na wattmetroch. účinník naprázdno. (3.11) Namerané a vypočítané hodnoty spracujeme graficky (charakteristiky naprázdno obr. 3.6.). Dostaneme ich ak v závislosti od hodnôt napätia vynášame hodnoty prúdu naprázdno, príkonu naprázdno, strát naprázdno a účinníka naprázdno.

Pri hodnote odčítame hodnoty prúdu naprázdno, príkonu naprázdno, strát naprázdno a účinníka naprázdno. Keďže straty naprázdno sú súčtom strát v železe a strát mechanických, straty mechanické dostaneme predĺžením (extrapoláciou) krivky strát v železe po os strát a v bode, kde je napätie nulové dostávame priesečník osi strát s krivkou strát v železe. Pretože mechanické straty sú konštantné dostaneme ich ak urobíme rovnobežku s osou napätia cez priesečník osi strát s krivku strát v železe.

Z hodnôt odčítaných z charakteristík naprázdno môžeme vypočítať: magnetizačný prúd: I I sinϕ I. sin(arccos(cos )), (3.12) µ 0N. 0N 0N ϕ0n činnú zložku prúdu naprázdno, určujúcu straty v železe: I I. cosϕ, (3.13) Fe 0N 0N magnetizačnú reaktanciu: činný odpor strát v železe: / 3 N X µ, (3.14) Iµ / 3 N R Fe. (3.15) IFe Tab. 3.2. Namerané hodnoty pri chode naprázdno Číslo merania 1f (V) 2f (V) 3f (V) 0f (V) I 1 I 2 I 3 I 0 P 0 (W) Cosφ 0 (-) P 0 (W) P js0 (W) 1 258,0 258,0 259,7 258,57 2,30 2,30 2,25 2,28 322,50 0,18 222,32 100,18 2 249,8 250,3 251,5 250,53 2,00 1,95 1,95 1,97 225,00 0,15 150,39 74,61 3 244,0 243,5 245,2 244,23 1,70 1,70 1,70 1,70 202,50 0,16 146,75 55,75 4 236,2 235,8 237,2 236,40 1,55 1,50 1,50 1,52 195,00 0,18 150,45 44,55 5 226,8 226,7 228,0 227,17 1,35 1,30 1,30 1,32 150,00 0,17 116,43 33,57 6 217,7 217,3 218,3 217,77 1,20 1,10 1,20 1,17 135,00 0,18 108,54 26,46 7 205,0 204,6 205,9 205,17 1,00 1,00 1,00 1,00 120,00 0,19 100,56 19,44 8 190,5 190,2 190,9 190,53 0,86 0,85 0,87 0,86 101,25 0,21 86,82 14,43 9 170,5 170,5 171,4 170,80 0,74 0,73 0,74 0,74 90,00 0,24 79,41 10,59 10 152,0 151,8 152,3 152,03 0,64 0,63 0,63 0,63 67,50 0,23 59,64 7,86 11 143,0 142,8 143,1 142,97 0,58 0,57 0,59 0,58 67,50 0,27 60,91 6,59 12 124,0 123,3 124,5 123,93 0,50 0,50 0,50 0,50 60,00 0,32 55,08 4,92 13 111,2 109,7 110,1 110,33 0,45 0,44 0,44 0,44 52,50 0,36 48,63 3,87 14 93,4 93,5 93,4 93,43 0,38 0,37 0,39 0,38 45,00 0,42 42,16 2,84 15 76,2 76,2 76,5 76,30 0,34 0,32 0,33 0,33 41,25 0,55 39,11 2,14 16 64,5 64,2 64,5 64,40 0,30 0,30 0,30 0,30 37,50 0,65 35,72 1,78 17 50,4 50,3 50,6 50,43 0,29 0,29 0,30 0,29 33,75 0,77 32,09 1,66 18 43,2 43,2 43,4 43,27 0,30 0,30 0,30 0,30 32,25 0,83 30,47 1,78 19 34,2 34,1 34,3 34,20 0,34 0,34 0,35 0,34 31,88 0,90 29,55 2,33 Teplota vinutia pri meraní: (20 až 27) C.

Vzorový výpočet pre 12. riadok tabuľky: R s26 R s20 235 235 + + 26 20 235 6,43 235 + + 26 20 6,58 Ω, _ 0f 1f + 3 2f + 3f 124 + 123,3 + 124,5 123,93 V, 3 I _ 0 I1 + I2 + I3 3 0,5 + 0,5 + 0,5 0,5 A, 3 P0 60 cosϕ 0 0,32, 3. I 3 123,93 0,5 P js0 3 R 0 f s26 I 0 2 0f 3 6,58 0,5 2 4,92 W, P 0 P 0 P js0 60 4,92 55,08 W. Obr. 3.6. Charakteristiky naprázdno asynchrónneho motora Hodnoty odčítané z grafu: I 0N 1,38 A, P 0N 160,4 W, cos ϕ 0 0,17, ΔP 0N 130,4 W.

Magnetizačný prúd: I I sinϕ 1,38.sin(arccos(0,17)) 1,36 A. µ 0N. 0N Činná zložka prúdu naprázdno určujúca straty v železe: I. Fe I0N cosϕ0n 1,38.0,17 0,235A. N / 3 400/ 3 Magnetizačná reaktancia: X µ 169,8 Ω. I 1,36 µ N / 3 400/ 3 Činný odpor strát v železe: R Fe 984,655 Ω. I 0,235 Fe 3.2.3. Meranie nakrátko Účelom merania nakrátko je zistiť prúd nakrátko, straty nakrátko, účinník nakrátko a prvky pozdĺžnej vetvy náhradnej schémy,,. Stavom nakrátko ASM rozumieme ustálený stav pomerov v statorovom vinutí, ak je rotor spojený nakrátko a zabrzdený. Stav nakrátko vzniká aj pri rozbehu ASM s klietkou nakrátko. Preto môžeme zo skúšky nakrátko získať ustálené hodnoty záberového prúdu a momentu, ktoré sú charakteristické pre rozbeh ASM s klietkou nakrátko. V stave nakrátko sa celý dodávaný príkon spotrebuje na krytie strát, čiže na teplo. Preto je potrebné pri meraní nakrátko znížiť napájacie napätie na takú hodnotu, ktorá pretlačí vinutím prúd, menší nanajvýš rovný menovitému prúdu. Meranie začneme pri najvyššom napätí a postupne napätie znižujeme tak, aby sme odmerali dostatok bodov pre vykreslenie charakteristík. Počas merania sa snažíme čo najrýchlejšie odčítať hodnoty z meracích prístrojov (ihneď po ustálení hodnôt), aby nedošlo k zohriatiu vinutí a tým k zmene jeho odporu. Po odčítaní hodnôt z meracích prístrojov motor ihneď odpojíme od napájacieho napätia. Schéma zapojenia (obr. 3.7.) je rovnaká ako pri meraní naprázdno.

Namerané a vypočítané hodnoty zapíšeme do tabuľky pričom: aritmetický priemer nameraných združených napätí nakrátko, aritmetický priemer nameraných prúdov nakrátko v jednotlivých fázach, je príkon nakrátko všetkých fáz. Získame ho (pri Áronovom zapojení) súčtom obidvoch výchyliek na wattmetroch. účinník nakrátko, (3.16) straty vo vinutí statora v stave nakrátko, (3.17) je odpor statorového vinutia jednej fázy prepočítaného na teplotu 75 C. Teplota 75 C sa považuje za pracovnú teplotu vinutia triedy izolácie A, alebo B. Pre triedu izolácie H sa považuje za pracovnú teplotu vinutia 115 C. Straty vo vinutí rotora:, (3.18) kde sú straty v železe v stave naprázdno pri. Namerané a vypočítané hodnoty spracujeme graficky (charakteristiky nakrátko obr. 3.8.). Dostaneme ich ak v závislosti od hodnôt napätia vynášame hodnoty prúdu nakrátko, príkonu nakrátko, strát nakrátko v rotorovom vinutí a účinníka nakrátko. Z charakteristík nakrátko odčítame pri napätí, pri ktorom preteká vinutím menovitý prúd, straty nakrátko a účinník nakrátko. Obr. 3.7. Schéma zapojenia pre meranie nakrátko

Tab. 3.3. Namerané hodnoty pri chode nakrátko Číslo merania 1 (V) 2 (V) 3 (V) k (V) I 1 I 2 I 3 I K P K (W) cosφ K (-) P K (W) P JSK (W) 1 46,5 46,0 47,0 46,50 2,90 2,95 3,00 2,95 305,0 0,74 135,30 169,70 2 42,5 42,0 43,0 42,50 2,65 2,65 2,70 2,67 255,0 0,75 116,33 138,67 3 38,0 37,6 38,8 38,13 2,35 2,40 2,40 2,38 205,0 0,75 94,23 110,77 4 34,2 33,8 34,9 34,30 2,10 2,15 2,15 2,13 165,0 0,75 76,25 88,75 5 28,5 28,1 29,0 28,53 1,75 1,75 1,80 1,77 110,0 0,73 49,14 60,86 6 23,2 23,2 23,7 23,37 1,45 1,45 1,50 1,47 75,0 0,73 33,05 41,95 7 16,5 16,5 16,9 16,63 1,05 1,05 1,00 1,03 38,0 0,74 17,18 20,82 8 9,8 9,8 10,0 9,87 0,60 0,62 0,62 0,61 13,5 0,74 6,16 7,34 Vzorový výpočet pre 1. riadok tabuľky: _ K 1 + 2 + 3 3 46,5 + 46 + 47 3 46,5 V, I _ K I1 + I2 + I 3 3 2,9 + 2,95 + 3 2,95 A, 3 cosϕ P 3 305 3 46,5 2,95 K K Kf I K 0,74. Obr. 3.8. Charakteristiky nakrátko asynchrónneho motora

Hodnoty odčítané z grafu: KN 38,3 V, P KN 204,6 W, cosϕ K 0,75. KN 38,3 Impedancia nakrátko: Z K 15,96 Ω. I 2,4 Celkový činný odpor: R Z cosϕ 15,96 0,75 11,97 Ω. K N K. KN Celková rozptylová reaktancia: X Z sinϕ 15,96 sin(arccos0,75) 10,56 Ω. K K. KN R r R K R s25 11,97-6,53 5,44 Ω X σs X σr X K / 2 10,56/2 5,28 Ω Súpis prístrojov:

3.2.4. Zaťažovacia skúška Zaťažovacie charakteristiky ASM (obr. 3.10., obr. 3.11.) sú vyjadrené ako závislosti príkonu, prúdu, účinnosti, účinníka od výkonu pri nezmenenom napájacom napätí ( k, f k). Meranie sa uskutočňuje pri rôznej záťaži stroja, pričom meranie začne od určitého preťaženia až do chodu naprázdno [1]. Pri mojom meraní som použil ako záťaž dynamometer, ktorým je možné priamo merať aj moment. Obr. 3.9. Schéma zapojenia pri zaťažovacej skúške ASS Namerané a vypočítané hodnoty zapíšeme do tabuľky pričom: aritmetický priemer nameraných združených napätí, aritmetický priemer nameraných prúdov v jednotlivých fázach, je príkon všetkých fáz. Získame ho (pri Áronovom zapojení) súčtom obidvoch výchyliek na wattmetroch. ( ) účinník, (3.19) P η 100 (%) účinnosť, (3.20) P P 2 π n P M 60 (W) výkon na hriadeli stroja, ktorý môžeme určiť (3.21) výpočtom z momentu na hriadeli a otáčok hriadeľa,

zaťažovací moment, ktorý odčítame zo stupnice dynamometra, otáčky hriadeľa snímané otáčkomerom, ns n s ( ) sklz. (3.22) n Číslo merania s I 1 Tab. 3.4. Namerané a vypočítané hodnoty pri N 400 V I 2 I 3 I n (min -1 ) M (Nm) P p (W) cosφ (-) P (W) η (%) 1 1,41 1,38 1,41 1,40 2988 0,25 234 0,24 78,19 33,41 2 1,45 1,40 1,45 1,43 2972 0,50 414 0,42 155,53 37,57 3 1,55 1,48 1,53 1,52 2957 1,00 630 0,60 309,50 49,13 4 1,60 1,50 1,55 1,55 2951 1,25 720 0,67 386,09 53,62 5 1,65 1,55 1,63 1,61 2942 1,50 819 0,73 461,89 56,40 6 1,70 1,65 1,68 1,68 2931 1,75 897 0,77 536,86 59,85 7 1,80 1,73 1,75 1,76 2924 2,00 1011 0,83 612,09 60,54 8 1,90 1,80 1,85 1,85 2914 2,25 1074 0,84 686,25 63,90 9 2,15 2,10 2,10 2,12 2886 3,00 1227 0,84 906,20 73,86 10 2,25 2,20 2,20 2,22 2877 3,20 1305 0,85 963,60 73,84 11 2,40 2,37 2,35 2,37 2862 3,50 1413 0,86 1048,45 74,20 12 2,53 2,50 2,48 2,50 2848 3,75 1503 0,87 1117,84 74,37 13 2,65 2,63 2,60 2,63 2833 4,00 1557 0,86 1186,08 76,18 14 2,80 2,78 2,75 2,78 2818 4,25 1620 0,84 1253,54 77,38 Vzorový výpočet pre 1. riadok tabuľky: I + I2 + I 3 1,41 + 1,38 + 1,41 1,4 A 3 _ I 1 3, P 234 cos 0,24 3 I 3 400 1,4 ϕ, 2 π n 2 π 2988 M 0,25 78,19 W 60 60 P, P 78,19 η 100 100 33,41 %. P 234 P

Obr. 3.10 Zaťažovacie charakteristiky asynchrónneho motora Obr. 3.11. Zaťažovacie charakteristiky asynchrónneho motora

Súpis prístrojov: 3.2.5. Meranie momentovej a prúdovej charakteristiky M f (s, n), I f (s, n) Momentová charakteristika (obr. 3.12.) je závislosť elektromagnetického momentu točivého poľa od sklzu s, alebo od otáčok n [1]. Skutočný moment na hriadeli je u motorov menší o moment vlastných mechanických strát a o časť prídavných strát. generátora je moment dodávaný na hriadeľ väčší o moment vlastných mechanických strát a o časť prídavných strát. Tvar týchto charakteristík závisí jednak od druhu použitej klietky nakrátko, od správnej technológie výroby celého stroja, ale aj od veľkosti stroja. Meranie robíme zmenou brzdného momentu M br, ak je zrýchľujúci moment M a 0 (statické meranie momentovej charakteristiky), pri zníženom napätí s (0,5 0,6) N v celom rozmedzí otáčok. Toto napätie s udržujeme konštantné. Motor dynamometrom zaťažíme až takmer do stavu nakrátko a po ustálení odčítame hodnoty otáčok n, prúdov I vo všetkých fázach a moment M zo stupnice dynamometra. Motor postupne odľahčujeme, čím začnú narastať otáčky. Otáčky nastavujeme tak, aby sme odčítali dostatočný počet bodov na vykreslenie charakteristík. Postupným zvyšovaním otáčok dynamometra, dosiahnu otáčky rotora asynchrónneho stroja synchrónnu rýchlosť n s, čo je ideálny stav naprázdno. Stroj si berie zo siete len magnetizačný prúd a straty v železe sú kryté pohonným strojom. Pri ďalšom zvyšovaní otáčok dynamometrom sa asynchrónny stroj dostane do generátorického režimu. Pretože je pripojený na sieť, magnetizačný prúd odoberá zo

siete. Nami meraný prúd sa začne zvyšovať, pretože ASG začne do siete dodávať činný výkon. Namerané hodnoty pri zníženom napätí s prepočítame na menovité napätie N a vynesiem ich do grafu. Momentová a prúdová charakteristika, ktoré dostaneme z prepočítaných hodnôt nie sú úplné, ale môžeme ich doplniť výpočtom, alebo odčítaním hodnôt z kruhového diagramu. Tab. 3.5. Namerané a vypočítané hodnoty pri 90 V Číslo merania I 1 I 2 I 3 I I n (min -1 ) M (Nm) M (Nm) P (W) s (-) 1 5,04 5,13 5,04 5,07 13,03 286 1,10 7,25 217 0,90 2 4,86 4,95 4,86 4,89 12,57 504 0,90 5,93 313 0,83 3 4,68 4,77 4,64 4,70 12,07 815 0,84 5,53 472 0,73 4 4,41 4,50 4,41 4,44 11,41 1105 0,89 5,86 678 0,63 5 4,28 4,21 4,10 4,20 10,79 1411 1,10 7,25 1070 0,53 6 3,78 3,87 3,78 3,81 9,79 1700 1,35 8,89 1583 0,43 7 3,33 3,42 3,33 3,36 8,64 2005 1,50 9,88 2074 0,33 8 2,70 2,70 2,70 2,70 6,94 2307 1,45 9,55 2307 0,23 9 1,80 1,80 1,89 1,83 4,70 2612 1,10 7,25 1981 0,13 10 0,59 0,59 0,59 0,59 1,53 2918 0,27 1,78 543 0,03 11 0,36 0,36 0,36 0,36 0,93 3024-0,20-1,32-417 -0,01 12 1,04 1,04 1,04 1,04 2,68 3138-0,85-5,60-1839 -0,05 13 4,10 4,21 4,09 4,13 10,62 3578-4,00-26,35-9869 -0,19 Vzorový výpočet pre 1. Riadok tabuľky: _ I 1+ I 2+ I I 3 3 _ I I Nf M M f f 5,04 + 5,13 + 5,04 5,07 A 3 230 5,07 13,03 A 90 2 2 Nf 230 1,1 90 7,25 Nm 2 πn 2 286 7,25 π P M 217 W 60 60

M ZV 10 Nm s ZV 0,29 Obr. 3.12. Momentová a prúdová charakteristika odmerané pri 90 V prepočítané na menovité napätie 230 V 3.3. Kruhový diagram ASS s klietkou nakrátko Geometrické miesto koncov fázorov primárneho prúdu pri zaťažení ASS, ktorého rotorový obvod je uzavretý je kružnica [1]. To platí za predpokladu, že sa nemenia parametre stroja (odpory a reaktancie) a napätie s frekvenciou sú konštantné. V skutočnosti sa však tieto parametre so zmenou zaťaženia menia. Preto hodnoty odčítané z kruhového diagramu nie sú presné. Pre stredný a veľký výkon je nepresnosť zanedbateľná a je možné z neho s dobrou presnosťou odčítať všetky pracovné charakteristiky. Z kruhového diagramu možno odčítať hodnoty: Ku konštrukcií kruhového diagramu potrebujeme hodnoty: z merania naprázdno: I 0N pri sn, z merania nakrátko: I KN prepočítané na sn, z merania odporov vinutí:,

zo štítka stroja: sn, I sn, I 0N 1,38 A prúd naprázdno pri sn, účinník naprázdno pri sn, I KN 14,6 A prúd nakrátko pri sn, stredná hodnota účinníka nakrátko v okolí I sn, I sn 2,4 A sn 400 V n S 3000 min -1 menovitý prúd statora, overená, menovitá, štítková hodnota účinníka, menovitá hodnota združeného napätia, odpor statora pri teplote 75 C, synchrónne otáčky. Obr. 3.13. Kruhový diagram asynchrónneho stroja

Tab. 3.6. Tabuľka hodnôt odčítaných z kruhového diagramu pre motorickú oblasť s(-) 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,28 0,2 0,1 0 M(Nm) 6,7 7,2 7,78 8,43 9,2 9,96 10,78 11,41 11,5 11,26 8,75 0 I 14,6 14,37 14,1 13,7 13,25 12,62 11,74 10,47 10,1 8,5 5,4 1,38 Tab. 3.7. Tabuľka hodnôt odčítaných z kruhového diagramu pre generátorickú oblasť s(-) -0,1-0,2-0,27-0,3-0,4-0,5-0,6-0,7-0,8-0,9-1 M(Nm) -17,4-31,9-33,9-33,13-28,35-23,35-19,3-16,3-14 -12,26-10,86 I 7,58 14,3 16,8 17,8 19 19,28 19,23 19,08 18,91 18,75 18,6 Obr. 3.14. Momentová a prúdová charakteristika z hodnôt odčítaných z kruhového diagramu

3.4. Simulácia momentovej a prúdovej charakteristiky v ustálenom stave M f (s, n), I f (s, n) Na obr. 3.16 je simulovaný priebeh prúdu a momentu v závislosti od sklzu v ustálenom stave. V simulácií sa neuvažuje zmena parametrov náhradnej schémy. Počas celej simulácie sa mení len sklz s v rozsahu od -1 po1. Vzťah pre výpočet momentu asynchrónneho stroja: M e I 2 m Rr sf 2. (3.23) Ωs s I R r 2 Rs + + XσK s Vzťah pre výpočet rotorového prúdu asynchrónneho stroja: I I r sf. (3.24) I 2 R r 2 Rs + + X σk s Hodnoty z merania asynchrónneho stroja: X K m 3. 10,56Ω, Rs 6,43Ω, I R 5,44Ω, r Ω 2π n 60 2π 1500 50π rad 60 s s -1 s (3.25) Z 400 3 3 sf 230 V, (3.26) s 1,1.

Obr. 3.15. Simulačná schéma z programu MATLAB Obr. 3.16. Simulovaný priebeh momentu a prúdu v závislosti od sklzu

3.5. Porovnanie hodnôt a priebehov získaných z merania, výpočtu a simulácie Je veľmi dôležité uvedomiť si vzájomnú súvislosť jednotlivých metód skúmania dôležitých vlastností ASS. Preto je užitočné zhrnúť dôležité hodnoty získané jednotlivými metódami do tabuľky a priebehy do grafu a navzájom ich porovnať. Tab. 3.8. Tabuľka porovnávaných hodnôt získaných jednotlivými metódami Metóda I 0 I N I KN M N M zab M max P N s Mmax (Nm) (Nm) (Nm) (W) (-) (Nm) Štítok + katalóg ( N 400 V) 2,4 3,5 9,62 10 1100 Kruhový diagram 1,38 2,4 14,6 5,5 6,7 11,5 1132 0,28-8,2 Namerané char. I, M f(s) 1,0 2,55 14 3,75 9 10 1118 0,29-7,5 Náhradná schéma 1,38 3,11 14,41 4,5 8,32 12,2 1340 0,32-7,1 s MmaxG -0,27 s MmaxG -0,32 s MmaxM 0,32 s MmaxM 0,28 Obr. 3.17. Porovnanie momentových charakteristík získaných rôznymi spôsobmi Obr. 3.18. Porovnanie priebehov prúdu získaných rôznymi spôsobmi

Pri porovnaní dôležitých priebehov (obr. 3.17. a obr. 3.18.) a hodnôt (tab. 3.7.) získaných rôznymi metódami som zistil, že sa odlišujú len veľmi málo. Preto môžeme tieto hodnoty a priebehy považovať za správne a môžeme s nimi ďalej pracovať. Tvar charakteristík získaných zo simulácie a z kruhového diagramu je rovnaký. Trochu odlišný je len priebeh nameraného momentu od simulovaného a od odčítaného z kruhového diagramu. Tak sme meraniami v motorickom režime cez kruhový diagram dostali dôležité charakteristiky momentu M f (s,n) a prúdu I f (s,n) aj pre generátorický režim. Tab. 3.9. Tabuľka hodnôt odčítaných z kruhového diagramu pre generátorickú oblasť s(-) -1,1-1,3-1,5-1,7-1,9-2,5-3 -4 M(Nm) 9,75 8,06 6.85 5,95 5,25 3,88 3,19 2,33 I 18,5 18,3 18,1 17,9 17,8 17,6 17,5 17,3 Tab. 3.10. Tabuľka hodnôt odčítaných z kruhového diagramu pre oblasť brzdy s(-) 1,1 1,3 1,5 1,7 1,9 2,5 3 4 M(Nm) 6,26 5,47 4,91 4,43 4,04 3,19 2,71 2,08 I 14,8 15,1 15,3 15,5 15,6 15,9 16 16,2 Obr. 3.19. Priebeh prúdu a momentu v závislosti od sklzu s Є<4,-4>

4. Samostatný chod asynchrónneho generátora Pri prevádzke ASG na tvrdej sieti potrebný magnetizačný (budiaci) prúd ASG odoberá zo siete. V ostrovnej prevádzke (samostatný chod) je potrebné magnetizačný prúd zabezpečiť a to pripojením trojfázového kondenzátora (ktorý je vhodne navrhnutý) paralelne k statorovému vinutiu. Nevyhnutnou podmienkou činnosti ASG je existencia remanentného magnetizmu, podobne ako u derivačného dynama. Obr. 4.1. Asynchrónny generátor v ostrovnej prevádzke 4.1. Návrh kondenzátorov pre samostatný chod ASG Pri výpočte hodnoty kondenzátorov sa predpokladá, že ASG bude pracovať pri synchrónnych otáčkach a teda frekvencia bude približne 50 Hz. Obr. 4.2. Asynchrónny generátor s budiacimi kondenzátormi

Z obr. 4.2 je vidieť, že kapacitný prúd I C sa rovná magnetizačnému prúdu ASG I μ a teda platí: IC Iµ IC, ICf IC ICf 3 3 I I 3 (4.1) µ Cf ASG je zapojený do hviezdy a preto na jeho výstupných svorkách je združené napätie (obr. 4.3.) a toto združené napätie je zároveň aj napätím na kondenzátoroch. Obr. 4.3. Schéma zapojenia vinutí ASG s kondenzátormi Z prvkov náhradnej schémy (obr. 4.4.) neuvažujeme odpor reprezentujúci činné straty R Fe a odpor rotora ktorý je v tomto stave nekonečne veľký. Obr. 4.4. Náhradná schéma ASS Pretože cez obvod rotora netečie žiaden prúd môžeme zanedbať aj rozptylovú reaktanciu rotora X σr. Potom tečie obvodom len jeden prúd (obr. 4.5) a to je prúd magnetizačný.

Obr. 4.5. Zjednodušená náhradná schéma ASG Prvky pozdĺžnej vetvy náhradnej schémy môžeme zanedbať, pretože ich hodnota je voči reaktancií zanedbateľná. Podľa obr. 4.6 môžeme napísať: a z obr. 4.3.: Obr. 4.6. Zjednodušená náhradná schéma ASG I 3 n Nf Cf, X C X C Nf 3 Nf po dosadení do vzťahu 4.1: 3, X X po úprave: 1 pričom X C a po dosadení: ω C a z toho dostávame, že kapacita kondenzátora jednej fázy pri zapojení do trojuholníka je: C je kapacita jednej fázy kondenzátora. I µ X µ µ 1 3 X X, 1 X µ Nf µ C, C 3 1, ωc 1 1 C 3ωXµ 3 2πfXµ 1 C 6,25 µf. 3 2π 50 169,8

Ak by kondenzátory boli zapojené do hviezdy, bola by potrebná 3-krát väčšia kapacita kondenzátorov, čo vyplýva z nasledovného výpočtu: Obr. 4.7. Asynchrónny generátor s budiacimi kondenzátormi zapojenými do hviezdy Z obr. 4.7 je vidieť, že kapacitný prúd I C sa rovná magnetizačnému prúdu ASG I μ a teda platí: I (4.2) µ I C, Obr. 4.8. Schéma zapojenia vinutí ASG s kondenzátormi Pretože je ASG zapojení do hviezdy a aj budiace kondenzátory sú zapojené vo hviezde (obr. 4.8.) je napätie jednej fázy vinutia ASG a jednej fázy budiaceho kondenzátora rovnaké. A teda pre prúd IC platí: Nf I C (4.3) X C Náhradnú schému ASM môžeme zjednodušiť presne ako v prípade keď boli kondenzátory zapojené do trojuholníka (obr. 4.9.), pretože na obvode ASG sa nič nezmenilo.

Obr. 4.9. Zjednodušená náhradná schéma ASG A teda aj vzťah pre výpočet magnetizačného prúdu zostane nezmenený: I µ X Nf µ. (4.4) Po dosadení vzťahov 4.3 a 4.4 do vzťahu 4.2 dostávame: Nf X µ X Nf C, 1 pričom X C a po dosadení: ω C a z toho dostávame, že kapacita kondenzátora jednej fázy pri zapojení do hviezdy je: 1 X µ 1 1, ωc 1 C ωx µ 2 1 1 X X, 1 πfx µ C 1 18,75 µf. 2 π 50 169,8 µ C C je kapacita jednej fázy kondenzátora. Z uvedených výpočtov kapacity budiacich kondenzátorov je zrejme, že pri zapojení do trojuholníka je potrebná len tretinová hodnota kapacity kondenzátorov voči kapacite pri zapojení kondenzátorov do hviezdy. Ale treba si uvedomiť že pri zapojení do hviezdy môže byť menovitá hodnota napätia kondenzátorov o 3 -krát menšia ako pri zapojení kondenzátorov do trojuholníka. Z uvedeného vyplýva, že spôsob zapojenia kondenzátorov závisí od toho, aké kondenzátory máme k dispozícii.

4.2. Meranie naprázdno ASG Charakteristika naprázdno je vo všetkých zdrojoch elektrickej energie, a teda aj v ASG daná závislosťou indukovaného napätia a budiaceho prúdu [1]. ASG je vhodnejšie nazvať prúd budiaci prúdom magnetizačným, lebo lepšie zodpovedá teórii asynchrónneho stroja. Táto charakteristika sleduje profil magnetizačnej charakteristiky, a má určitú hodnotu indukovaného remanentného napätia irem od nevyhnutného remanentného magnetického toku. Obr. 4.10. Schéma zapojenia pre meranie ASG naprázdno irem Motorický chod naprázdno Obr. 4.11. Charakteristika naprázdno ASG

Pre jednu hodnotu kapacity kondenzátorov, zapojených podľa obr. 4.10 dostávame len jeden bod charakteristiky, ktorý je priesečníkom zaťažovacej charakteristiky (obr. 4.12.) kondenzátora C f(i C ) a charakteristiky naprázdno (obr. 4.11.). Hodnotu remanentného napätia irem získame meraním bez budiacich kondenzátorov a bez záťaže. Časť charakteristiky od irem po posledný bod charakteristiky naprázdno odmeranej v motorickom režime (fialová) je len predpokladaný. Druhá časť charakteristiky (plná čiara zelená) je z hodnôt odčítaných pri meraní naprázdno v motorickom režime, ktoré sa nebrali do úvahy (zvýšenie prúdu I 0 ). Tab. 4.1. Namerané hodnoty pri chode naprázdno ASG 1 (V) 2 (V) 3 (V) i (V) I 1 I 2 I 3 I μ n(min -1 ) C(µF) 242 245 242 243 1,7 1,7 1,7 1,7 3000 8 282 287 281 283,33 5,2 5,2 5,2 5,2 3000 20 284 288 283 285 6 5,8 5,8 5,867 3000 25 Obr. 4.12. Zaťažovacie charakteristiky kondenzátorov

Obr. 4.13. Zaťažovacie charakteristiky kondenzátorov a charakteristika naprázdno Na obr. 4.13. sú všetky charakteristiky nakreslené spolu aby sme mohli vidieť priesečník charakteristiky naprázdno so zaťažovacou charakteristikou kondenzátora C1. Z tohto grafu tiež vidno, že nameraný bod v generátorickom režime s kondenzátorom C1 naprázdno je presne na tomto priesečníku. Priesečníky charakteristiky naprázdno so zaťažovacími charakteristikami kondenzátora C2 a kondenzátora C3 nie je vidieť, pretože charakteristika naprázdno nie je nameraná až do takého preťaženia, lebo menovitý prúd motora je a nedovoľuje to ani maximálne napätie zdroja. Ale pri predĺžení charakteristiky naprázdno by sme s minimálnou odchýlkou tieto priesečníky dostali. 4.3. Meranie vonkajšej charakteristiky f (I zt ) Vonkajšia charakteristika ASG je závislosť svorkového napätia od zaťažovacieho prúdu. Táto charakteristika sa podobá vonkajšej charakteristike derivačného dynama a jej priebeh značne ovplyvňuje druh záťaže (R, L, C). Odmeranie tejto charakteristiky nie je jednoduché a vyžaduje si to dobre navrhnutú sadu budiacich kondenzátorov a vhodnú záťaž, ktorá sa dá veľmi citlivo a plynule regulovať, pretože ASG je pri záťaži typu R-L veľmi mäkký zdroj a pri väčšom zaťažení sa ihneď odbudí. Je to spôsobené tým, že jalový výkon potrebný na budenie ASG sa spotrebováva aj v záťaži a tým dochádza k jeho odbudzovaniu a napätie prudko klesá. Aby sme urobili z ASG tvrdší zdroj musíme do série so záťažou zapojiť vhodne navrhnuté kondenzátory.

4.3.1. Meranie vonkajšej charakteristiky s odporovou záťažou Obr. 4.14. Schéma zapojenia pre meranie vonkajšej charakteristiky s odporovou záťažou Tab. 4.2. Namerané a vypočítané hodnoty s odporovou záťažou číslo merania 1 (V) 2 (V) 3 (V) (V) I 1 I 2 I 3 I zt I C 1 226 229 227 227,33 0,66 0,61 0,62 0,63 1,63 2 210 213 210 211,00 0,80 0,74 0,75 0,76 1,48 3 223 225 223 223,67 1,10 1,00 1,00 1,03 1,65 4 181 184 181 182,00 1,40 1,40 1,35 1,38 1,22 5 145 147 144 145,33 1,40 1,45 1,35 1,40 0,93 Počas celého merania boli otáčky konštantné n 3000 min -1, hodnota kondenzátorov C 8 μf a hodnota použitých reostatov R Z 510 Ω. Obr. 4.15. Vonkajšia charakteristika ASG pri odporovej záťaži, C 8 μf

4.3.2. Meranie vonkajšej charakteristiky s odporovo-kapacitnou záťažou Obr. 4.16. Schéma zapojenia pre meranie vonkajšej charakteristiky s odporovo-kapacitnou záťažou Počas celého merania boli otáčky konštantné n 3000 min -1, hodnota paralelných kondenzátorov C 8 μf, hodnota sériových kondenzátorov C ser 20 μf a hodnota použitých reostatov R Z 510 Ω. Tab. 4.3. Namerané a vypočítané hodnoty s odporovo-kapacitnou záťažou číslo merania 1 (V) 2 (V) 3 (V) (V) I 1 I 2 I 3 I zt I C 1 244 247 244 245,00 0,43 0,43 0,43 0,43 1,76 2 240 243 240 241,00 0,73 0,73 0,73 0,73 1,70 3 243 246 243 244,00 0,98 0,98 0,98 0,98 1,70 4 244 246 244 244,67 1,10 1,15 1,15 1,13 1,68 5 254 256 254 254,67 1,30 1,35 1,30 1,32 1,66 6 256 258 256 256,67 1,40 1,35 1,40 1,38 1,75 7 273 275 273 273,67 1,60 1,50 1,55 1,55 1,90 Obr. 4.17. Vonkajšia charakteristika ASG pri odporovo-kapacitnej záťaži, C 8 μf, C ser 20 μf,

4.3.3. Meranie vonkajšej charakteristiky s R-L-C záťažou Obr. 4.18. Schéma zapojenia pre meranie vonkajšej charakteristiky s R-L-C záťažou Počas celého merania boli otáčky konštantné n 3000 min -1, hodnota paralelných kondenzátorov C 8 µf, hodnota sériových kondenzátorov C ser 20 µf a hodnota použitých reostatov R Z 510 Ω. Pri tomto meraní bol ako indukčná záťaž použitý asynchrónny motor v zapojení ako je na obr. 4.10. Štítok ASM : Marelli Motori 3 ~ MA 63 B4 C 1B 2 51 S ; Tab. 4.4. Namerané a vypočítané hodnoty s R-L-C záťažou číslo merania 1 (V) 2 (V) 3 (V) (V) I 1 I 2 I 3 I zt I C 1 226 229 227 227,33 0,33 0,33 0,33 0,33 1,60 2 217 221 218 218,67 0,42 0,42 0,42 0,42 1,54 3 205 208 206 206,33 0,55 0,55 0,55 0,55 1,45 4 194 196 196 195,33 0,64 0,64 0,64 0,64 1,38 5 173 176 174 174,33 0,64 0,64 0,64 0,64 1,21 6 148 150 150 149,47 0,57 0,57 0,57 0,57 1,05 7 136 138 136 136,67 0,53 0,53 0,53 0,53 0,99 8 140 141 140 140,33 0,80 0,80 0,80 0,80 1,03 9 200 202 198 200,00 1,20 1,20 1,20 1,20 1,41

br. 4.19. Vonkajšia charakteristika ASG pri R-L-C záťaži O Obr. 4.20. Vonkajšie charakteristiky ASG

ASG sa v ostrovnej prevádzke (samostatný chod ASG) správal podľa teoretických predpokladov. S odporovou záťažou napätie s narastajúcim zaťažovacím prúdom klesalo (obr. 4.7. ASG sa choval ako mäkký zdroj). Pri odporovo-kapacitnej záťaži (pri danej kombinácii hodnôt R a C) bol ASG dosť stabilný a tvrdý zdroj, napätie sa so zvyšujúcim zaťažovacím prúdom zvyšovalo (obr. 4.9.). So záťažou R-L-C (pri daných hodnotách) bol ASG veľmi mäkký zdroj, napätie pri zaťažení prudko klesalo (obr. 4.11.), pretože prevládala indukčná záťaž a od určitého okamihu sa zmenili pomery v tomto R-L-C zaťažovacom obvode a napätie aj prúd začali opäť narastať. Aby som mohol vysvetliť tieto deje musel by som poznať vlastnosti ASM, ktorý som použil ako záťaž a urobiť hlbšiu analýzu tohto stavu. 5. Záver Mojou úlohou bolo podrobne opísať vlastnosti indukčného stroja v generátorickej prevádzke pri pripojení na tvrdú sieť a v ostrovnej prevádzke. Na to, aby bolo možné ASS analyzovať v generátorickej oblasti je potrebné najskôr urobiť merania v motorickom režime (meranie odporov vinutí, meranie naprázdno, meranie nakrátko..), z ktorých získame prvky náhradnej schémy ASM a kruhový diagram. Z kruhového diagramu som odčítal hodnoty pre vykreslenie priebehov momentu M f (s,n) a prúdu I f (s,n) pre motorickú, ale aj generátoricku oblasť. V motorickej a čiastočne aj v generátorickej oblasti som priebehy a tabuľkové hodnoty porovnal s nameranými a z porovnania vyplýva že zhoda výsledkov zo všetkých troch metód je dobrá. Z náhradnej schémy som postupným zjednodušovaním odvodil vzťah pre výpočet hodnoty kapacity jednej fázy kondenzátora potrebnej pre chod ASG v ostrovnej prevádzke. S približnou hodnotou vypočítanej kapacity kondenzátora som uskutočnil merania ASG v ostrovnej prevádzke s rôznym typom záťaže, pričom sa potvrdili teoretické predpoklady. Po podrobnom vyšetrení vlastností ASG s klietkou nakrátko môžem povedať, že je vhodný nielen na prevádzku na tvrdej sieti, ale po vhodnom navrhnutí budiacich kondenzátorov aj na samostatnú prevádzku.

ČESTNÉ VYHLÁSENIE Vyhlasujem, že som zadanú bakalársku prácu vypracoval samostatne, pod odborným vedením vedúceho bakalárskej práce (prof. Ing. Hrabovcová Valéria, PhD.) a používal som len literatúru uvedenú v práci. V Žiline dňa... podpis študenta

6. Zoznam použitej literatúry [1] Hrabovcová, V.; Rafajdus, P.; Franko, M.; Hudák, P.: Meranie a modelovanie elektrických strojov, Žilinská univerzita v Žiline, EDIS vydavateľstvo Ž, 2009 ISBN 978-80-8070-924-2 [2] Novák, M.; Kopecký, V.; Roch, M.; Braciník, P.: Elektroenergetika, e-learning, Elektrotechnická fakulta Žilinskej univerzity v Žiline, MARKAB, 2007, ISBN 978-80-89072-41-5 [3] http://sk.wikipedia.org, február 2009 [4] Hrabovcová, V.; Rafajdus, P.: Prepojenie elektrických generátorov a výkonovej elektroniky vo veterných elektrárňach, ALER [5] www.ozeport.sk, december 2008.