EM_SM Sinhrone Masine

8/12/2019 EM_SM Sinhrone Masine

1/76


2/76


3/76


4/76


5/76


6/76


7/76


8/76

SINHRONA MAINA

Mogui radni reimi SM su:1. GENERATORSKI. Proizvodnja aktivne elektrineenergije. Istovremeno sa proizvodnjom aktivne energije,reaktivna energija se moe proizvoditi ili troiti.

2. MOTORSKI. Potronja aktivne elektrine energije.Istovremeno sa potronjom aktivne energije, reaktivnaenergija se moe proizvoditi ili troiti.

3. KOMPENZATORSKI. Motorski prazan hod. Reaktivnaenergija se moe proizvoditi ili troiti.


9/76

SINHRONA MAINA

Proizvodnja i potronja aktivne energije.

Proizvodnja aktivne snage SG prikljuene na mreubeskonane snage regulie se turbinom, veliinommomenta pogonske maine.

Proizvodnja reaktivne snage SM prikljuene na mreubeskonane snage regulie se pobudnom strujom.

Meutim proizvodnje P i Q ne mogu se posmatratinezavisno. Promena pobudne struje praena je kakopromenom Q tako i promenom .


10/76


11/76

SINHRONA MAINA


GNadpobuen

Radni reimi SM

GPodpobuen

MNadpobuen

MPodpobuen

P

Q


12/76

SINHRONA MAINA


Predznak ugla optereenja

U poglavlju o elektromehanikom pretvaranju energijedefinisano je da je Pe > 0 kada ulazi u mainu. Za takvudefiniciju smera snage mc >0 u motorskom reimu rada.

0>rB

rB

TB

0 0


13/76


14/76


15/76

INDUKTIVNOSTI SINHRONE MAINE

Za SM sa trofaznim namotajem na statoru i pobudnimnamotajem na rotoru, fluksni obuhvati pojedinih namotajasu:

fafcacbabaaaa

iLiLiLiL +++=

fbfcbcbbbabab iLiLiLiL +++=

fcfcccbcbacac iLiLiLiL +++=

fffcfcbfbafaf iLiLiLiL +++= r

m

aKako glase pojedineinduktivnosti SM?


16/76


Sopstvena induktivnost rotorskog namotaja:

fffoff LLL +=

r

m

a

Lffo deo sopstvene induktivnosti pobudnog namotaja kojipotie od osnovne komponente fluksa u vazdunomzazoru.Kako pobudni namotaj uvek vidi isti magnetni otpor to Lff

nije funkcija pozicije rotora nezavisno od toga da li je rotoristuren ili je cilindrian.


17/76


Meusobna induktivnost izmeu namotaja statora ipobude je :

elemfaaf MLL cos==

+= tsmmelem p =

r

m

a


18/76


Induktivnosti statorskih namotaja- SOPSTVENE.

aaoaa

abab L

iiL

21)60cos( ===

Ako je rotor cilindrian tada su sopstvene induktivnostistatorskih namotaja jednake i iznose:

aaaoccbbaa LLLLL +===Induktivnosti statorskih namotaja- MEUSOBNE.

v

a

b

c

a

b

cbbccaacbaab LLLLLL =====


19/76


Kada se u jednainu za fluksni obuhvat smene navedeneinduktivnosti dobija se:

fafcacbabaaaa iLiLiLiL +++=

( ) ( ) fafcbaaoaaaaoa iLiiLiLL +++=2

1

Kada je radni reim simetrian tada je: 0=++ cba iii

fafasfafaaaaoa iLiLiLiLL +=+

+=

2

3

aaaoaaos LLLL ++=

2

1

Gde je sinhrona induktivnost:Ovo je induktivnost koju vidi faza a u simetrinom reimu.Sa uzet je uticaj druge dve faze. Amplituda vektora

obrtnog polja je 3/2 od vektora polja koga bi stvorila samofaza a pa odatle sledi da i induktivnost mora biti 3/2Laao.


20/76

SINHRONA MAINA

Vektorski dijagram

Kada se uvai da su induktivnosti statorskih namotajakonstantne Laa=const i Lab=Lac=const dobija se:

++++

++++==

d

dLId

dLid

dLid

dLi

dt

dIL

dt

diL

dt

diL

dt

diL

dt

de

aff

acc

abb

aaa

faf

cac

bab

aaa

aa

Cilj je da se izvede dijagram EMS- vektorski dijagram SM.Posmatra se nadpobuen SG. Trenutna vrednost EMS faze:


21/76

SINHRONA MAINA

Vektorski dijagram

+++=d

dLIdtdiL

dtdiL

dtdiLe affaacaabaaaa

0E

20

fIM

E

=

Elektromotorna sila praznog hoda:

Elektromotorna sila faze:


22/76


23/76


24/76

SINHRONA MAINA

Vektorski dijagram

maffaacaabaaaad

dLIdtdiL

dtdiL

dtdiLe

+++=

0E

Prva tri sabirka postoje zbog proticanja struje krozstatorske namotaje. I njima su modelovane sledee dve

pojave. 1. Za fazu a deo sopstvenog fluksa koji potie odstruje u toj fazi se rasipa oko samog namotaja. Rasipnomfluksu odgovara reaktansa rasipanja L. Pad napona naovoj reaktansi iznosi:

aIjX


25/76

SINHRONA MAINA

Vektorski dijagram

maf

fa

aca

aba

aaad

dLI

dt

diL

dt

diL

dt

diLe

+++=

aaIjX

2. Kada se iz prva tri sabirka izdvoji pad napona nareaktansi rasipanja ostatak opisuje elektromotrnu silureakcije statora. Ova EMS se moe opisati kao pad naponana reaktansi reakcije statora:Jednaina za indukovanu EMS je u vremenskom domenu pase moe prei u fazorski domen. Jednaina naponskeravnotee glasi:

IjXIjXEU a

0 =Zajednika EMS i sinhrona reaktansa:

IjXEEa

0= XXX as +=


26/76

SINHRONA MAINA

Vektorski dijagram

Vektorski dijagram nadpobuenog SG.

IjXUE s0 +=U

0E

aaIjX

aIjX

aI


27/76

SINHRONA MAINA

Vektorski dijagram

Vektorski dijagram nadpobuenog SG, cos ind, Q seproizvodi, Q>0.

IjXIRUEs

0

++=

Uvaavajui omski pad napona dobija se:

UE 0 >

U0E

IjXs

XaX

0E

U+

E


28/76

SINHRONA MAINA

Vektorski dijagram

Vektorski dijagram potpobuenog SG, cos cap, Q se troi,Q


29/76

SINHRONA MAINAVektorski dijagram

Neka se SM posmatra u motorskom reimu rada. Sada jepovoljnija definicija znaka elektrine snage da je Pe>0 kadase troi.

Za motor kao potroa aktivne snage ima se rad sa cos indkada je Q>0, SMo uzima i aktivnu i reaktivnu snagu.Za motor kao potroa aktivne snage ima se rad sa coscap kada je Q


30/76


Vektorski dijagram potpobuenog SMo, cos ind, Q se troi,Q>0.

Slika 2.13

IjXIREU s

0 ++=

XaX

0E

U

+

E

U

0E

IjXs


31/76


Vektorski dijagram nadpobuenog SMo, cos cap, Q seproizvodi, Q


32/76

SINHRONA MAINAUgaona karakteristika SM

Sada e biti odreene sledee zavisnosti P() i Q(). Ako sezanemari R, pretpostavi da je namotaj statora spregnut u Y, ipoe od vektorskog dijagrama nadpobuenog SG moe se

napisati: cos3 IUP = cossin0 = IXE s

P

/2

pmax1

If1

>pmax1

>If2

>pmax

>If3

sin3)(

0 =sX

E

UP

Ugaone karakteristike SG za

If1>If2>If3.

sin)( max=PP

U0

E

asIjX

aI


33/76


ta predstavlja snaga dobijena ugaonom karakteristikom?

Feesobrtnoc ggPPP ==

Ilustracija stabilnog podruja rada.

Feesobrtnoc ggPPP ++==

MOTOR

GENERATOR

P

/2

pmax

B

A

m

m m

P PNeka SM radi u motorskom reimurada. Neka poraste MRM rotorpoinje usporavati raste raste

snaga koju motor uzima iz mreeodnosno mehanika snaga.


34/76


Koliko je SM daleko od ispada iz sinhronizma govorisainilac statike preopteretivosti. Mogunostpreoptereenja je utoliko vea koliko je manje. StabilnostSG pri zadatom P koju alje u mreu zavisi od vrednostinjegove pobudne struje.

P

/2

pmax1I

f1

>pmax1>I

f2

>pmax1>I

f3

Pgen.

sin

1max

== P

P


35/76


36/76


Da bi se odredila zavisnost Q() ponovo se polazi odvektorskog dijagrama nadpobuenog SG:

sin3 IUQ = sincos0

+= IXUEs

Uslov da bi se Q proizvodila je da:

( )UEX

UQ

s

= cos3)( 0

UE >cos0

Uslov da bi se Q troila je da: UE


37/76

SINHRONA MAINAEnergetski bilans SM

Gubici u SM su:-gubici u namotima statora,-gubici u gvou statora,

-mehaniki gubici,-gubici pobude.

23 IRPg Cuses ==Feg

mg

+= gm pPP

U generatorskom reimu rada ulazna snaga je mehanika.

Koeficijent korisnog dejstva iznosi:

+===

gmulazno

izlazno

pP

P

P

P

P

P

= gm pPP

U motorskom reimu rada ulazna snaga je mehanika.Koeficijent korisnog dejstva iznosi:

P

pP

P

P

P

P gm

ulazno

izlazno ===


38/76

q

d

ffF

dt

de

fa =

20

j

ff ejE

==

0E

aIaF

ar

SINHRONA MAINAdq reaktanse

q


39/76

q

d

ffF

0E

aI

aFar

Ista MMF reakcije indukta kao u prethodnom sluajustvorie vei fluks reakcije indukta jer deluje u pravcu dose gde je vazduni zazor manji. Prema tome kod mainesa isturenim polovima vie nije mogue samo pomou

jedne reaktanse uzeti u obzir reakciju indukta.Zbog oblika vazdunog zazora u q osi pored osnovnekomponente fluksa postoji i dominantan 3. harmonik

fluksa, a time i elektromotorne sile.



40/76


Moe se pokazati da su indukovane EMS usled treegharmonika fluksa reakcije indukta, u pojedinim fazamaistofazne:

( )33,3 3cos2 += tVE a( )( ) ( ) +=+= tVtVE b 3cos212033cos2 333,3

( )( ) ( )3333,3 3cos212033cos2 +=++= tVtVE c


41/76


q

d

f

0E

aqI

aq

F

aq

adadad IF ,

aa

IF ,

aa

r

Ako struja statora kasni za indukovanom elektromotornomsilom tada se moe nacrtati:

q

0E


42/76


Struja statora, MMF indukta, mogu se razloiti na d i qkomponentu. Ove komponente stvaraju odgovarajuekomponente fluksa koji se mogu reperezentovati saodgovarajuim reaktansama reakcije indukta X

adi X

aq.

Kada se uvai i rasipanje dobijaju se sinhrone reaktanse:

d

f

0E

aqIaqF

aq

adadad IF ,

aa IF ,

aa

r

XXX add += XXX aqq +=

( ) dq XX 8,05,0 =

S O


43/76


Jednaina naponske ravnotee za statorski namotaj, kadase uvae upravo uvedene sinhrone reaktanse glasi:

qqdd IjXIjXIRUE +++= 0

qqdd IjXIjXIREU +++= 0

Ove jednaine mogu posluiti za konstruisanje vektorskog

dijagrama SM sa isturenim polovima u generatorskom imotorskom reimu rada.

SINHRONA MAINA


44/76

SINHRONA MAINAVektorski dijagram SM sa isturenim polovima

qqdd IjXIjXUE ++=

0

U

0E

qqIjX

q

d dI

qI

N

ddIjX

Vektorski dijagram nadpobuenog SG, cos ind, Q seproizvodi, Q>0.

SINHRONA MAINA


45/76


qqdd IjXIjXIRUE +++=

0

U

0E

qqIjX

q

d dI

qI

N

dd

IjX

Vektorski dijagram potpobuenog SG, cos cap, Q se troi,Q


46/76


Vektorski dijagram potpobuenog SMo, cos ind, Q se troi,Q>0.

ddqq IjXIjXIREU +++= 0

U

0E

qqIjX

q

d dI

qI

N

ddIjX

SINHRONA MAINA


47/76


ddqq IjXIjXEU ++= 0

Vektorski dijagram nadpobuenog SMo, cos cap, Q seproizvodi, Q


48/76

SINHRONA MAINAUgaone karakteristike SM sa isturenim polovima

q

U

0

E

qqIjX

d dI

qI

ddIjX

Ako se poe od vektorskog dijagramanadpobuenog SG tada se moe napisati:

ddqq IUIUP += d

ddd X

UE

IIXUE

cos

cos 0

0

=+=

sinsinq

qqqXUIIXU ==

dq IUIUP += sincos

SINHRONA MAINA


49/76


4444 34444 2144 344 21

aReluktantn

2

Osnovna

0 2sin11

23sin3)(

+=

dqd XX

U

X

EUP

G0> M0


50/76


Reluktantna komponenta poveava ukupnu snagu koja semoe odati. HG za istu predatu snagu ima manji od TG.Nagib karakteristike (dP/d) je vei nego kod TG pa seoscilacije m (P) pri naglom rastereenju bre prigue nego

kod TG.

Ugaona karakteristika P().

SINHRONA MAINA


51/76


2cos

113cos3

)( 20

+=

dqd XXU

X

EU

d

dP

Pod dejstvom reluktantne komponente momenta oblaststabilnog rada je modifikovana i manja je od /2. Kritiniugao optereenja se dobija iz uslova da je:

krd

dP

= 0)(

2

1

44cos

2

00 +

=U

E

XX

X

U

E

XX

X

qd

q

qd

qkr

SINHRONA MAINA


52/76


Reaktivna snaga:

qd IUIUQ = sincosqddq

IUIUQ =

q

U

0E

qqIjX

d dI

qI

dIjX

SINHRONA MAINA


53/76


Reaktivna snaga:

+

+=qddqd XX

U

XX

U

X

EUQ

11

232cos11

23cos3)(

22

0

Reaktivna snaga sinhronog kompenzatora:

( )UEX

UQ

d

== 03)0(

SINHRONA MAINA


54/76


Ugaona karakteristika Q().

Dve slike iz Fideralda

SINHRONA MAINA


55/76

Prazan hod i kratak spoj SM

U praznom hodu stator SM je otvoren, rotor se obresinhronom brzinom. Na krajevima statora se meri naponodnosno EMS E0, za pojedine vrednosti struje pobude.

Dobija se karakteristika praznog hoda SM.U kratkom spoju sve tri faze statora su u spoju, rotor seobre sinhronom brzinom. Meri se struja statora za

pojedine vrednosti struje pobude. Dobija se karakteristikakratkog spoja SM.

Ogled praznog hoda i kratkog spoja omoguuju da seodredi sinhrona reaktansa.

SINHRONA MAINA


56/76


Karakteristika kratkog spoja je linearna jer se tokomkratkog spoja zasienje moe zanemariti. Struja statoratokom kratkog spoja kasni za indukovanom EMS za /2,jer je Xs>>R.

q

d

fF

0E

aFrF aI

XaX

0

E I+

Rezultantna MPS je mala paje i nivo fluksa u maini mali,tj. maina je nezasiena i pri

znatnim vrednostima If, Ia.

SINHRONA MAINA


57/76


E0

If

linija vazdunog zazora

Ia

modifikovana linija

vazdunog zazoraPH

KS

In

Un

I

Karakteristike praznog hoda i kratkog spoja.

Nezasiena Xs:

a

b

c

d

e

f

ba

danezassIEX .

Zasiena Xs:

ba

cazassIEX .

Ako SM radi prikljuena na krutu mreu tada se E0 ne menjapo karakteristici praznog hoda nego po modifikovanoj liniji

vazdunog zazora.

SINHRONA MAINA


58/76

Spoljna karakteristika turbogeneratora

Spoljna karakteristika SM predstavlja zavisnost napona odstruje statora kada SM radi na sopstvenu mreu.

SM radi na krutu mreu ili na sopstvenu mreu, gde napajaindividualne potroae. Struja SM se menja od 0 do strujekratkog spoja u zavisnosti od potroaa.

Ovde e biti izvedena spoljna k-ka TG. Polazi se odvektorskog dijagrama natpobuenog TG.

U=cons

PotroaSPOG.MA.

R RN-

regulator

=cons

Reg.rot

SINHRONA MAINA


59/76


U0

E

asIjX

aI

( ) ( )2220 sincos IXUUE s++=

20

22220 sin2

E

IXXIUUE ss ++=

20

2

00

2

0

sin21

++

=

ss X

E

I

XE

I

E

U

E

U

22 sin21 iiuu ++=

Familija spoljnih karakteristika (elipsi) TG. Dobijene su pristalnoj pobudi i brzini obrtanja.

SINHRONA MAINA


60/76

u

1

cos =0ind0,8

1,0

Un cos =0cap

i


22 sin21 iiuu ++=

ZAKLJUAK: Da bi se odrao stalan

napon na SM sa promenom strujeoptereenja pri radu na sopstvenumreu struja pobude mora da semenja sa promenom optereenja.

IjXSINHRONA MAINA


61/76

U

03E

1asIjX

1aI

2aI

3

aI

2asIjX

3asIjX

02

E

01E


ta uiniti da napon

statora ostane stalanako se struja statorapromeni?

SINHRONA MAINA


62/76

U03

E

1asIjX

1aI

2aI

3aI

2asIjX3

asIjX

02E 01E


ta uiniti da naponstatora ostane stalanako se struja statorapromeni?

SINHRONA MAINAS lj k kt i tik t b t


63/76


ta uiniti da napon

statora ostane stalanako se struja statorapromeni?

U

03E

1asIjX

1

a

I

2aI

3aI

2asIjX

3

as

IjX

02E

01E

SINHRONA MAINAS lj k kt i tik t b t


64/76


1. Ako je optereenje induktivno ili aktivno tada svakiporast struje indukta i znai porast struje pobude kako binapon ostao isti.2. Ako je optereenje kapacitivno onda porast struje

indukta i pri malim optereenjima praen je smanjenjemstruje pobude.3. Za bilo koju struju indukta i struje pobude se smanjuje

kako cos menja karakter sa induktivnog na kapacitivni.

U

1

asIjX

1

aI

2

aI3 aI

2

asIjX

3

asIjX

02E

01E

0E

1asIjX

1aI

2aI

3

aI

2asIjX3

asIjX

02E

01E

0E

1asIjX

1aI

2aI

3aI

2asIjX

3

asIjX

0E

0E

SINHRONA MAINAOblast mogueg rada Pogonska karta


65/76

Oblast mogueg rada - Pogonska karta

Ako se poe od ugaonih karakteristika P() i Q()

Zbog jednostavnosti govorimo o TG.

sin0 =sx

eup ( )uexuqs

= cos0

Dobija se krunica u p-q ravni kao geometrijsko mesto

taaka moguih snaga p i q TG.

ss

x

eu

x

uqp

202

22 =

++

Pogonska karta SM predstavlja skup dozvoljenih-doputenih radnih taaka u PQ ravni. Radna taka je

doputena ukoliko ne dolazi do pregrevanja namotajastatora ili pobudnog namotaja.

SINHRONA MAINAOblast mogueg rada - Pogonska karta

Q


66/76

Da li su sve take naovoj krunici idozvoljene?Za = 90

max0 p

x

eup

s

==

sx

uq

2=

Dobija se ogranienje po maksimalnoj snazi koju TG moe

predati. Ogranienje stabilnog rada TG.

PUX

U

s

EX

U

s

aIjU

2E

1

E

E

Q


67/76

PUX

U

s

EX

U

s

aIjU

2E

1E

E

SINHRONA MAINAOblast mogueg rada - Pogonska kartaQ


68/76


Za = 0 0=p

Zakljuiti gde je na PQ dijagramu.

( )uex

uq

s

= 0

Q

UX

U

s

EX

U

s

aIjU

2E

1E

SINHRONA MAINAOblast mogueg rada - Pogonska kartaQ


69/76


A koliko mogu biti velike krunice na ovom dijagramu?Toje odreeno veliinom dozvoljene struje pobude, a da se pritome pobudni namotaj ne pregreje.

Q

UX

U

s

EX

U

s

aIjU

2E

1E

SINHRONA MAINAOblast mogueg rada - Pogonska karta


70/76

Oblast mogueg rada Pogonska karta

Ostoji da nacrta krunice u P Q ravni. Slika 6.23 SEN

U PQ ravni geometrijsko mesto taaka konstantne prividnesnage predstavlja krunicu. Uz konstantan napon statoraveliina krunice je odreena strujom statora. Kolikonajvie moe biti velika krunica? To je odreenodozvoljenom strujom statora. Strujom pri kojoj se namotaj

statora nee pregrejati.

222 sqp =+

Q


71/76

P

Q

UX

U

s

EX

U

s

aIjU

ogranienje


72/76

Krunica koja predstavlja

ogranienje maksimalnestruje pobude ima veiprenik od krunice kojapredstavlja ogranienje

po struji (snazi).

( )uex

uizaq

s

amax = 0)(

sfmax

x

uizaq

2

)( =

)()( amaxfmax izaqizaq >

Za = 0

]kW[P

]kvar[Q

ogranienje Ia


73/76

g g g

Zakljuak. Skup dozvoljenih radnih taaka u PQ ravni(pogonska karta) odreen je:

1. Ogranienjem usled zagrevanja namotaja statora (Ia)

2. Ogranienjem usled zagrevanja pobudnog namotaja (If)

3. Ogranienjem usled maksimalne snage turbine

4. Stabilnou.

SINHRONA MAINAV- krive


74/76

Kod SM faktor snage se moe menjati promenom strujepobude, tako da on bude induktivnog ili kapacitivnogkaraktera.

Neka se razmatra motorski reim rada SM napajane izmree beskonane snage. Aktivna snaga se moeodrediti kao:

U

0E

IjXs

cos3 IUP = sin3 0 =

sX

EUP

ta e se promeniti pri promeni pobudnestruje pri konstantnom optereenju navratilu motora?

Vai e:

.constcos =I const.sin0 = E


E


75/76

Ovo su prave du kojih semora kretati vrh vektoraEMS i I pri promeni pobudnestruje uz P=const.

.constcos =Iconst.sin0 = E

U

3E

1aI cosaI

2aI

3aI

4asIjX

2E

1

E

4aI

4E

sinEca ind



76/76

V krive iliMordejeve

karakteristike.

Iopt

Ipob o n Irot

cos =0ind

cos =0cap

0,707

0,707

0,866

0,866

1,0

0%

25%

50%

75%

100%

P=125%granica stabilnosti

Documents

EM_SM Sinhrone Masine