Functionarea Masinii Sincrone CA Generator

7/21/2019 Functionarea Masinii Sincrone CA Generator

1/50

Func ionarea ma iniisincrone ca generator


2/50

Func ionarea ma inii sincrone cagenerator

Dac rotorul ma inii sincrone este antrenat nmi carea de rota ie de un motor, curentulcontinuu ce trece prin nf urarea de excita ie vacrea un cmp magnetic constant n timp i

rotitor. Liniile de cmp magnetic rotoric vor intersectaconductoarele nf ur rii statorice i va apare ot.e.m. indus , al c rei sens se afl aplicndregula minii drepte.


3/50


dac se ine degetul mare alminii drepte n sensul dedeplasare al sarcinilor electrice,iar ar t torul este plasat nsensul liniilor de cmp magnetic,atunci degetul mijlociu este celcare arata direc ia n care suntdeviate sarcinile electricepozitive, la 90 de grade fa desensul induc iei.


4/50



5/50


T.e.m. indus n nf urarea statoric este alternativ ntruct un conductor depe un stator este intersectat fie n liniile decmp magnetic rotoric, care ies din polulnord, fie de liniile de cmp magnetic careintr n polul sud al turat i care vin n

dreptul conductorului respectiv dup odeplasare a rotorului cu un pas polar


6/50


pasul polar reprezint distan a ntreaxele a doi poli al tura i, de nume contrar,m surat la periferia rotorului.

O varia ie complet a t.e.m. indus areloc n intervalul de timp corespunz tordeplas rii rotorului cu doi pa i polari, adic

cu 2 .


7/50

T.e.m. indus n nf ur rilegeneratorului sincron

n cazul generatorului sincron trifazat, ncele trei faze decalate ntre ele cu ununghi de 1200 se vor induce tensiunileelectromotoare pe faz :

t E e m A = sin

=

3

2sin

t E e

m B

+=3

2sin

t E e mC


8/50


valoarea efectiv a t.e.m. pe o faz va fi:

n care N reprezint num rul de spire aunie faze, iar , fluxul magnetic maxim datde un pol rotoric. Dac se nlocuie te

pulsa ia t.e.m. n func ie de frecven inum rul de spire n func ie de num rulconduc oarelor (N=Nc/2) valoarea efectiv

a t.e.m. pe o faz va fi

22mm N E E

==

m


9/50


Datorit ns pozi iei conductoarelor uneifaze, t.e.m. total nu este egal cu suma

aritmetic a t.e.m. induse n fiecareconductor, ci cu folosirea unui coeficientde corectie K mai mic dect 1, numit i

factor de nf urare.

mc f N E = 22,2

mc f N K E = 22,2


10/50


Considernd c rotorul se nvrte te cun/60 rot/s i c la o rota ie complet rotorulse deplaseaz cu pa i polari,frecven a t.e.m. indus n nf urareastatorului ca fi:

p2

602

60 / 2 pnn p f

=

=


11/50


Rezult c pentru a ob ine o frecven constant trebuie ca rotorul s se nvrtesc cu o tura ie constant .Frecven a curentului alternativ industrialfiind de 50 Hz, rezult c rotorul se va nvrti cu o tura ie de 3000, 1500, 750...

rot/min, corespunz tor num rului deperechi de poli.


12/50


nf urarea statorului fiind trifazat , ncazul cnd generatorul furnizeaz energieelectric prin nf urarea statoric va treceun curent alternativ trifazat care vaproduce un cmp magnetic nvrtitor, ac rui tura ie va fi aceea i ca a cmpului

magnetic nvrtitor statoric de la ma inaasincron .


13/50


Dar turatia este

adic rotorul se nvrte te cu aceea itura ie ca a cmpului magnetic nvrtitorstatoric i din aceast cauz generatorulse nume te sincron.

p f n

= 60


14/50

REAC IA INDUSULUI LAGENERATORUL SINCRON

nf urarea de excita ie, alimentat ncurent continuu, este antrenat de unmotor primar la viteza de sincronism.Cmpul magnetic nvrtitor care este datde sistemul inductorproduce un fluxmagnetic variabil n timp, care nl n uie

spirele fiec rui circuit de faz a nf ur riistatorului i induce o tensiuneelectromotoare n fiecare faz


15/50

Decalajul spa ial al celor trei faze determin apari ia unuisistem trifazat de tensiuni. Dac la bornele statoruluieste conectat o impedan trifazat simetric , atunci nf r rile vor fi parcurse de un sistem trifazat de curen i,care va da na tere unui cmp magnetic nvrtitor, numitcmp magnetic de reac ie ce se rote te tot cu vitezasincron ca i cmpul nvrtitor de excita ie (inductor).Cele dou cmpuri magnetice se compun i se ob inecmpul magnetic nvrtitor rezultant din ma in .Generatorul sincron debiteaz pe impedan a de sarcino putere electric P2 care este mai mic dect putereamecanic P1 primit la ax de la motorul primar, datoritpierderilor.


16/50

bilan ul energetic algeneratorului sincron.


17/50

Pierderile n excitatoare se iau n considerarenumai dac excitatoarea este cuplat pe axulma inii sincrone. n fierul rotoric nu se producpierderi deoarece curentul de excita ie estecontinuu i fluxul este constant n timp. Dac din

puterea mecanic primit la ax se scadpierderile mecanice, se ob ine puterea P,transferat statorului prin ntrefier numit putere electromagnetic . Cuplul electromagnetic este

un cuplu rezistent i se opune cuplului activ datde motorul primar fiind definit prin rela ia: P = - M1


18/50

Din puterea electromagnetic P preluatde c tre stator, cea mai mare parte setransfer sub form de putere electricimpedan ei de sarcin i numai o parte seconsum pentru acoperirea pierderilor prinefect electrocaloric n nf urarea trifazat i o alt parte acoper pierderile n fierul

statorului nct se poate scrie rela ia: P = P2 + p j + pFe


19/50

La func ionarea normal n sarcin , reparti ia cmpuluimagnetic rezultant de-a lungul pasului polar se abatemult de la reparti ia ideal sinusoidal . Deformareaformei cmpului se datore te att varia iei ntrefieruluict i fenomenului de reac ie a indusului. Influen acmpului magnetic de reac ie asupra cmpului inductoreste afectat n cea mai mare m sur de caracterulsarcinii. n func ie de caracterul sarcinii - rezistiv,inductiv, capacitiv sau mixt - ntre axa cmpului magneticinductor i cea a cmpului de reac ie a indusuluiintervine un anumit defazaj care schimb formacmpului rezultant.


20/50

se va studia fenomenul de reac ie a indusului pentru osingur faz i o pereche de poli. Se alege faza prin careintensitatea curentului este maxim , moment n care axacmpului magnetic nvrtitor de reac ie coincide cu axaacestei nf ur ri. Din diagrama fazorial se determinpozi ia polilor inductori fa de axa nf ur rii consideratereprezentat printr-o singur bobin .

Pentru determinarea formei cmpului rezultant ma inase reprezint liniar iar spectrul liniilor de cmp sereprezint separat (fictiv) pentru inductor i indus i apoise sumeaz .


21/50

Reac ia indusului la sarcin activ


22/50

Masina sincrona cu poli inecatisarcina activa

Pentru construc ia diagramei fazoriale se ia ca

origine de faz fluxul inductor ex, tensiuneaelectromotoare Eo fiind decalat n urm cu 90o,iar curentul de sarcin I este n faz cutensiunea electromotoare Eo

Fluxul de reac ie a indusului a are aceea idirec ie cu sensul curentului. Fluxul rezultant n ntrefier se ob ine prin compunerea fluxuluiinductor cu fluxul de reac ie a indusului i seob ine fluxul rezultant n ntrefier c ruia icorespunde tensiunea electromotoare E.


23/50

Masina sincrona cu poli inecatisarcina activa

n figura -b), este reprezentat modul de varia ie

al induc iilor bex, ba, b corespunz toare fluxurilordin diagrama fazorial . Dac se aplic regulaburghiului drept, se constat c n axa nf ur riiAX se formeaz un pol nord fictiv a c rui axeste n urma axei polului sud de pe rotor cu 90ocare este un pol activ dac se ine cont desensul de rota ie indicat n figur . Prin urmare

efectul de reac ie a indusului se manifest peaxa transversal a ma inii i are caracterdistorsionant .


24/50

Ma ina sincrona cu poli aparen i ntrefierul este neuniform fiind mai mare n

dreptul spa iului interpolar. De aceea, induc iaprodus de solena ia indusului n ntrefier Vadepinde nu numai de valoarea acesteia, ci i de

pozi ia maximului ei n raport cu cele dou axe,longitudinal i transversal . Fluxul rezultant n ntrefier nu mai poate fi dedus din solena ia

rezultant V , calculat ca suma geometric asolena iilor de excita ie Vex i a indusului Va ca lama ina cu poli neca i:V = Vex + Va


25/50

Ma ina sincrona cu poli aparen i


26/50

Se noteaz cu unghiul de defazaj dintre fazorultensiunii electromotoare Eo indus n nf urareastatorului de fluxul de excita ie ex i curentul din nf urarea statorului I.

n situa ia n care ntrefierul este neuniform, distribu iainduc iei n ntrefier este marcat prin suprafa ahaurat . S-a considerat c ntrefierul sub poli estefoarte mic, n timp ce n spa iul interpolar reluctan amagnetic este infinit i induc ia se anuleaz . n figurasunt reprezentate graficele pentru varia ia induc iei n ntrefier n cazul reac iei indusului la ma ina cu poliaparen i pentru o sarcin pur reactiv


27/50

Prima armonic a curbei induc iei ba1 are

amplitudinea relativ mic n cazul sarcinii active i mai mare n cazul sarcinii reactive. Pentru evitarea dificult ilor legate de varia ia

reluctan ei ntrefierului la diversele valori aleunghiului , la studiul func ion rii ma iniisincrone se folose te metoda celor dou reac ii,

imaginat de Blondel. Solena ia indusului Va sedescompune n componentele sale, pe celedou direc ii:


28/50

longitudinal :Vad = Va sin , transversal :Vaq = Va cos fiecare producnd respectiv fluxurile de

reac ie a indusului ad i aq care induc nfazele nf ur rii statorice tensiunileelectromotoare:

Ead = - j Xad Id Eaq = - j Xaq Iq


29/50

Xad i Xaq sunt reactan ele corespunz toarecelor dou fluxuri de dispersie care seg sesc ca m rime n inegalitatea:Xad > Xaq

datorat faptului c ntrefierul este minim ndreptul pieselor polare i maxim n dreptulspa iului interpolar. n aceast situa ie se

p streaz i inegalitatea Ead > Eaq


30/50

ECUA IILE TENSIUNILOR LA

GENERATORUL SINCRON IDIAGRAME FAZORIALE Ecua iile de tensiuni la ma ina sincron sunt

influen ate de varianta constructiv adoptat larotor.

La ma ina cu poli neca i, ntrefierul fiinduniform, ma ina se comport la fel pe cele dou

direc ii, nct forma ecua iilor este mai simpl cala ma ina cu poli aparen i. Se consider o ma in sincron cu poli neca i

func ionnd n regim de generator i se noteazcu R rezisten a fiec rui circuit de faz . Se aplicteorema a doua a lui Kirchhoff unui circuit defaz :e = Ri + u


31/50


GENERATORUL SINCRON IDIAGRAME FAZORIALE n care u este valoarea instantanee a

tensiunii la bornele ma inii sincrone. Fluxul de dispersie i fluxul datorat reac iei

indusului induc n nf urarea ma iniitensiunile electromotoare:

dt d e

=

dt d e aa

=


32/50


GENERATORUL SINCRON IDIAGRAME FAZORIALE iar fluxul inductor induce tensiunea

electromotoare e0, nct rela ia de mai susia forma: e

0+ e

+ e

a= Ri + u

i se scrie n complex simplificat E0 = U + RI + jX I + jXa I


33/50

diagrama fazorial complet detensiuni


34/50

Solena ia creat de nf urarea de excita ie sereprezint printr-un fazor a c rui direc- ie se afl pe axalongitudinal (d). La acest fazor se adaug solena ia dereac ie a indusului Va i se ob ine sole-na ia rezultant n ntrefier V . La tensiunea la borne se adun cdereade tensiune pe rezisten i c derile de tensiunedatorate reactan ei de dispersie i reactan ei de reac ie aindusului i se ob ine tensiunea electromotoare indusde fluxul inductor; direc ia ei coincide cu axatransversal . Dac se neglijeaz rezisten a nf ur rii ise introduce nota ia:Xs = X + Xa

se poate construi diagrama fazorial simplificat (Fig. -b).


35/50

Reactan a definit Xs se nume te reactan sincron . n diagrama fazorial se deosebesc trei unghiuri

caracteristice: - unghiul de defazaj dintre curentul de sarcin i

tensiunea la borne;

- unghiul de defazaj dintre curentul de sarcin itensiunea electromotoare; - unghiul intern dintre axa cmpului rezultant n

ntrefier i axa polilor inductori i se reg se te ndiagrama simplificat ca unghiul dintre tensiunea laborne i tensiunea motoare indus .


36/50

ecua ia de tensiuni i la ma ina cupoli aparen i

Intensitatea curentului se descompune pe

cele dou direc ii semnificative, axalongitudinal i axa transversal Iq = I cos ; Id = I sin Ecua ia de tensiuni n m rimi instantanee,

la ma ina cu poli aparen i are forma e0 + e + eaq + ead = u + Ri


37/50

ecua ia de tensiuni i la ma ina cupoli aparen i

n complex simplificat devine

E0 + E + Eaq + Ead = U + RI folosind rela iile de descriere a curentilor

pe cele doua axe, se ob ine tensiuneaelectromotoare de mers n gol: E0 = U + RI + jX I + jXaq Iq + jXad Id c reia i corespunde diagrama fazorial

pentru o sarcin activ- inductiv

f l


38/50

Diagrama fazoriala masinasincrona cu poli aparenti


39/50

Se definesc reactan ele sincrone pe axa transversal i longitudinal :

qaq X X X =+

d ad X X X =+


40/50

PUTEREA ELECTROMAGNETIC A MAINIISINCRONE

Dac se consider o ma in sincron conectat

la o re ea de putere infinit (re eaua la caretensiunea i frecven a sunt m rimi constante),se poate exprima cu u urin puterea aparent ,

puterea activ i reactiv , ce se vehiculeaz ntre re ea i ma in , func ie de principaliiparametri ai ma inii.

Din diagrama fazorial simplificat (Fig. -b), sededuc valorile componentelor curentului pe axatransversal :

qq

X

U I

sin=


41/50

PUTEREA ELECTROMAGNETIC AMAINII SINCRONE

i longitudinal

Se folosesc m rimile complexe pentrutensiunea la borne

i curentul de sarcin

d d X

U E I cos0 =

sincos jU U U +=

d q jI I I +=


42/50


Puterea aparent complex se calculeaz curela ia

unde I* este fazorul conjugat al curentului i meste num rul de faze al ma inii. Putereaaparent complex se calculeaz nlocuindtensiunea, curentul complex conjugat,componeta transversal i longitudinal acurentului, iar apoi se separ partea real departea imaginar :

= I U mS

)sincos()sincos( qd d q UI UI jmUI UI m jQPS +==


43/50


Puterea activ are expresia

iar puterea reactiv se deduce din parteaimaginar a puterii aparente utilizndrela iile trigonometrice cunoscute:

2sin)11

(2

sin)Re(2

0

d qd X X mU

X

mUE S P +==

2

2cos1cos 2

+=

2

2cos1sin 2

=


44/50


puterea reactiv

Pentru ma ina cu poli neca i reactan elesincrone pe cele dou direc ii sunt egale

+= 2cos)11

(11

2cos

20

d qqd d X X X X mU

X

mUE Q

sqd X X X ==


45/50


i puterea electromagnetic cap t o

form mult mai simpl sin0

s X

mUE P =


46/50

Dependen a puterii elecromagnetice func ie de

unghiul intern

C t i ti il g t l i


47/50

Caracteristicile generatoruluisincron

Caracteristicile care prezint mai multimportan pentru aprecierea performan elorunui generator, sunt:

Caracteristicile de mers n gol. Aceastareprezint curba de varia ie a t.e.m. de labornele generatorului. n func ie de intensitateacurentului de excita ie ie, atunci cnd curentul I,debitat de generator n circuitul exterior este

zero i tura ia rotorului este constant . Aceast curb are aspectul curbei de magnetizare apolilor magnetici ai rotorului

Caracteristicile generator l i


48/50


Valoarea Eo estedatorit magnetismuluiremanent al polilormagnetici ai

rotorului.

Caracteristicile generatorului


49/50


Caracteristica extern sau de func ionare

n sarcin . n acest caz, generatorulfurnizeaz energie electric n circuitulexterior, adic nf ur rile statorului sunt

parcurse de curent. Aceast caracteristic reprezint curba de varia ie a tensiunii dela bornele generatorului, n func ie de

curentul debitat I, atunci cnd tura iarotorului r mne constant i de asemenifactorul de putere nu se schimb .

Caracteristicile generatorului


50/50


exist o famile de curbe,care se pot trasa pentrudiverse valori ale factoruluide putereinductiv-curba 3;

capacitiv-curba1

Documents

Functionarea Masinii Sincrone CA Generator