Sinhrone masine

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Sinhrone masine

Citation preview

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    1/49

    1

    SINHRONE MAINE

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    2/49

    2

    SADRAJ

    1 SINHRONE MAINE...................................................................................................41.1 Sinhroni generatori.....................................................................................................4

    1.2 Oznake veliina..........................................................................................................5

    1.3 Osnovni delovi...........................................................................................................5

    1.4 Princip rada ................................................................................................................7

    1.5 Pobuda sinhronih maina...........................................................................................8

    1.6 Oblik polja (mps) rotora.............................................................................................8

    1.7 Sprezanje namotaja trofaznih generatora...................................................................9

    1.8 Karakteristike sinhronih maina ................................................................................9

    1.8.1 Karakteristika praznog hoda.............................................................................10

    1.8.2 Karakteristika ustaljenog kratkog spoja ...........................................................10

    1.9 Magnetna reakcija indukta.......................................................................................11

    1.9.1 Aktivno (radno) optereenje.............................................................................11

    1.9.2 Induktivno optereenje .....................................................................................13

    1.9.3 Kapacitivno optereenje ...................................................................................14

    1.9.4 Zakljuak o delovanju reakcije indukta............................................................151.10 Reaktansa rasipanja..............................................................................................16

    1.11 Sinhrone reaktanse ...............................................................................................16

    1.12 Pobudna struja......................................................................................................16

    1.13 Fazorski dijagram SG sa istaknutim polovima optereenog radno-induktivno ...17

    1.14 Pojednostavljeni fazorski dijagram sa radno-induktivnim optereenjem ............19

    1.15 Aktivna snaga u sinhronizmu i sinhroni obrtni moment generatora ....................21

    1.16 Motorni reim rada sinhronog generatora............................................................22

    1.16.1 Reluktantni reim sinhronog motora ............................................................23

    1.16.2 Dijagram obrtnog momenta sinhrone maine sa isturenim polovima ..........25

    1.16.3 Fazorski dijagram sinhrone maine sa cilindrinim rotorom........................26

    1.17 Rad sinhronih generatora na sopstvenu i optu i mreu.......................................27

    1.18 Upravljanje proizvodnjom reaktivne snage Q......................................................29

    1.18.1 Mordejeva kriva............................................................................................29

    1.18.2 Upravljanje normalnom reimu rada nadpobuenog generatora (optereenogradno-induktivno)........................................................................................................30

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    3/49

    3

    1.19 Upravljanje proizvodnjom aktivne snage P .........................................................31

    1.20 Karakteristike regulacije ......................................................................................32

    1.21 Elektromehanike oscilacije sinhrone maine......................................................33

    1.21.1 Ekvivalentna mehanika slika sinhrone maine ...........................................35

    1.21.2 Priguni namotaj ...........................................................................................37

    1.22 Fiziko objanjenje struje kratkog spoja ..............................................................38

    1.23 Veliki hidro i turbo sinhroni generatori................................................................48

    1.24 Sinhroni motor .....................................................................................................48

    1.25 Literatura..............................................................................................................49

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    4/49

    4

    1 SINHRONE MAINERotor sinhrone maine se u ustaljenom pogonu obre jednakom (sinhronom) brzinom kaoi obrtno magnetsko polje u meugvou, pa odatle potie naziv ove vrste maina.

    Prema svojim karakteristikama, sinhrone maine se mogu svrstati na vie naina. Premasmeru (nainu) elektromehanikog pretvaranja energije, delimo ih nageneratorei motore,

    pri emu se mnogo ee upotrebljavaju kao generatori.

    1.1 Sinhroni generatori

    Sinhroni generator je tipini predstavnik elektrine maine velike snage i maloserijskeproizvodnje. injenica da je stepen iskorienja veih jedinica bolji (vea je

    ekonominost), ima za posledicu izgradnju elektrana i agregata veih snaga. Jedininesnage generatora prelaze i MVA1000 .

    Prema pogonskoj maini, generatore delimo na turbogeneratore, gde je pogonske mainaparna ili gasna turbina, hidrogeneratore,gde je pogonska maina vodna (hidro) turbina idizelgeneratoregde je pogonska maina dizel motor. Prema obliku rotora, delimo ih namaine sa cilindrinim rotorom i rotorom sa istaknutim polovima, dok je statorcilindrinog oblika, trofazni. Prema brzini obrtanja (pri uestanosti od Hz50 ), delimo ihna brzohodne(750 do ob/min3000 , sa brojem pari polova 4=p do 1), srednjih brzina(300 do ob/min600 , 10=p do 5) i sporohodne (manje od ob/min300 , vie od 10 pari

    polova).

    Slika 1-1 Generatori: a) turbo, b) hidro

    Turbogeneratori segrade sa cilindrinim rotorom, za velike brzine obrtanja (obino p = 1,ree 2=p (samo za manje snage), odnosno 3000 ili ob/min1500 pri Hz50 ). Kod ovevrste generatora izraeni su mehaniki problemi u pogledu konstrukcije rotora zbog velike

    periferne brzine, velike obrtne mase i zbog duine izmeu leita. To zahteva da se ide narelativno male prenike rotora i da se namotaj rotora raspodeljuje to ravnomernije poobimu. Oni se uvek postavljaju horizontalno.

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    5/49

    5

    Hidrogeneratori se grade sa istaknutim polovima na rotoru, od sasvim sporohodnih dobrzohodnih sa 2=p . to je manja brzina obrtanja dozvoljava se vei prenik rotora, opetogranien mehanikim naprezanjima usled centrifugalanih sila. Ali ova mehanikanaprezanja su tolika da se ne zahteva ravnomerna raspodela namotaja po obimu rotora, pa

    se zato onda prelazi na rotor sa istaknutim polovima. Kod ove vrste generatora izraeni sumehaniki problemi u pogledu konstrukcije rotora zbog velike periferne brzine prizaletanju, i noseih leita grupe sa vertikalnim vratilom na kojima lei teina celogobrtnog dela i dr. Generatori veih snaga, ije su brzine obrtanja relativno manje,

    postavljaju se vertikalno, a hlaenje je kombinovano voda-vazduh.

    U konstrukcionom, odnosno u pogledu mehanikih dimenzija, turbo i hidro generatori seznaajno razlikuju, tako da za snage od oko MVA100 odnos osne duine, l, i prenika,D , za turbogeneratore iznosi oko 5, dok za hidrogeneratore iznosi oko 0,15.

    Dizelgeneratorise pokreu dizel motorima, a grade se za iroki raspon brzina obrtanja, od2=p navie. Snaga dizel generatora ograniena je mogunou izrade motora, pa dostie

    najvie desetak MVA .

    Da bi se poveao naznaeni napon generatora i, s tim u vezi, generator direktno prikljuiona mreu, bez upotrebe blok-transformatora, neki proizvoai umesto klasino izolovanihnamotaja upotrebljavaju odgovarajue kablove.

    1.2 Oznake veliina

    Ovde e biti upotrebljene sledee oznake:

    0E - ems praznog hoda E- ems u optereenom stanju U- napon na prikljucima pJ - pobudna struja (odgovara ems 0E ) I- struja indukta aJ - pobudna struja koja odgovara struji indukta I, koja izraava reakciju indukta, ili

    drugim reima struja statora svedena na rotor

    J- pobudna struja koja odgovara emsE1.3 Osnovni delovi

    Magnetsko kolo sinhronog generatora sastoji se, kao i kod svih obrtnih maina, iz dvaosnovna dela: nepokretnog dela ili statora i obrtnog dela ili rotora, koji su meusobnorazdvojeni meugvoem. Rotor ini celinu sa vratilom maine: on nosi na svojoj

    periferiji p2 polova koji mogu biti ili od masivnog gvoa ili od limova. Stator ili indukatje uplji valjak sastavljen od tankih magnetskih limova ravnomerno olebljenih na svojojunutarnjoj periferiji i sloenih u oklopu statora.

    Pobudni namotaj (induktor) kod sinhronih maina je smeten na rotoru i napajan jejednosmernom strujom.

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    6/49

    6

    Postoje dve izvedbe u pogledu oblika (vrste) rotora:

    Rotor je cilindrian: cilindar je od olebljenog gvoa, obino masivnog, namotajinduktora je sastavljen iz sekcija smetenih u lebovima. Ova konstrukcija se skoroiskljuivo primenjuje kod velikih dvopolnih ili etvoropolnih turbogeneratora, izmehanikih razloga (slika 1-2, a).

    Rotor je sa istaknutim polovima i sa meupolnim prostorom kod kojih je namotajkoncentrisan oko jezgra pola. Ova konstrukcija se upotrebljava kod maina saveim brojem polova-hidrogeneratora (slika 1-2, b).

    S

    Nd

    dq

    qS

    S

    N N

    Slika 1-2 Rotor sinhrone maine

    a) cilindrini rotor b) rotor sa istaknutim (izraenim) polovima

    Na slici je sa dd je oznaena tzv. uzduna osa, u kojoj se nalaze magnetski polovi, dokje sa qq oznaena poprena osa, koja je upravna na osu polova.

    Kod maina sa istaknutim polovima namotaj je koncentrisan, dok je kod maina sacilindrinim rotorim raspodeljen u lebovima i zauzima priblino 2/3 obima rotora.Preostali prostor obima, odnosno polnog koraka, nije oljebljen i inizonu velikog zupcakroz koji prolazi glavni deo magnetskog fluksa.

    Osim pobudnog namotaja, na rotoru nekih sinhronih maina postoji i dodatni, priguni(amortizacioni) namotaj, koji ima osnovnu ulogu da priguuje oscilovanje brzine obrtanjarotora oko sinhrone brzine u prelaznim procesima, pri emu se tada ponaa kao kaveznirotor asinhronog motora. U ustaljenom stanju ovaj namotaj nema funkciju, jer se u njemu

    tada ne indukuje napon. On se ugrauje, po pravilu, u polne papuice maina salameliranim istaknutim polovima, a sastoji od se od okruglih bakarnih tapova stavljenih ulebove u polnom stopalu (nastavku, papuici). Ovi tapovi su meusobno povezani(kratko spojeni) pomou dva provodna prstena sa obe bone strane pola. U maine sacilindrinim rotorom ugrauje se takoe priguni namotaj kada se oekuju velikanesimetrina optereenja.

    Namotaj indukta je smeten u lebovima statora, najee je trofazni. Raspodeljen je pocelom obimu.

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    7/49

    7

    1.4 Princip rada

    Kroz provodnike pobudnog namotaja prolazi jednosmerna struja usled koje nastaje stalnomagnetsko polje. Magnetnopobudna sila (mps) pobude miruje u odnosu na rotor, pa senaziva stojeom. Smer jednosmerne struje kroz provodnike rotora je takav da je jedan polseverni, sledei juni itd. Obrtanjem rotora stvara se obrtno magnetsko polje. Ovo polje

    preseca provodnike statora i u njima indukuje emsija je trenutna vrednost po provodniku

    )()( tbvltepr = . Pri stalnoj brzini obrtanja, emsima isti oblik kao i magnetsko polje.Kodtrofaznih namotaja statora, indukovane ems svake faze su jednake po vrednosti avremenski su pomerene za jednu treinu periode ili, ako su predstavljene vektorima, ovi su

    pomereni za ugao 32 .

    Ako rotor ima jedan par polova, onda e se, pri jednom obrtaju, imati jedna potpunapromena ems, odnosno za ppari polova imaemo p promena ems. Poto je const.=p , au elektroenergetskim sistemima se zahteva odgovarajua stabilnost uestanosti (standardza Evropu je 50Hz , dok je za Ameriku 60Hz ), onda i brzina obrtanja sinhronih mainamora biti konstantna, i odreena je izrazom:

    const.60

    ==p

    fn

    Dakle, u Evropi, imaemo sledee brzine obrtanja:

    Tabela 1-1 Brzine obrtanja sinhronih maina

    p 1 2 3 4 5 6 itd

    [ ]ob/minn 3000 1500 1000 750 600 500

    Ako se indukt (stator) optereti nekim trofaznim simetrinim optereenjem, onda e se kroznamotaje statora uspostaviti struje efektivnih vrednosti 321 ,, III koje su, u zavisnosti od

    optereenja, vremenski pomerene u odnosu na svoje napone za neki ugao, a meusobnovremenski pomerene za jednu treinu periode.

    s

    1I

    2I

    3I

    pI s

    Slika 1-3 Princip rada sinhronih maina

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    8/49

    8

    Ove vremenski pomerene trofazne struje, koje protiu kroz trofazne namotaje koji suprostorno pomereni tako da njihove ose meusobno zaklapaju ugao od elektrinih 120,daju jednu ekvivalentnu obrtnu mps (Teslino obrtno polje), ija je amplituda 1,5 puta veaod amplitude pulzirajuih magnetopobudnih sila pojedinih faza. Ovo polje se obre

    brzinom pfn 60= , dakle istom brzinom kao i rotor tj. sinhronom, i otuda potie i nazivsinhrone maine. Relativna brzina obrtnog polja statora u odnosu na obrtno polje rotora

    jednaka je nuli tj. ona su meusobno nepokretna, ili kaemo da su se polja "zakaila".

    Magnetsko polje u meugvou nastaje zajednikim delovanjem magnetopobudne silepobude i statora. U ustaljenom stanju te dve magnetopobudne sile su, jedna u odnosu nadrugu, nepomine i obru se sinhronom brzinom obrtanja. Povratno delovanje poljastatora (indukta) na polje polova rotora (induktora), naziva se magnetna reakcija indukta izavisi od karaktera optereenja. U zavisnosti od meusobnog poloaja magnetskih poljarotora i statora, razvijaju se odgovarajue sile i obrtni momenti.

    1.5 Pobuda sinhronih mainaPobudni namotaj sinhrone maine napaja se iz posebnog izvora jednosmerne struje. Uosnovi, pobudni sistemi se dele na dve osnovne skupine:

    dinamike (elektromainske) sisteme, gde se pobudni namotaj sinhrone maine napajapomou generatora jednosmerne struje,

    statike sisteme, gde je izvor jednosmerne struje statiki pretvaraenergetske elektronike.Danas su dominantni statiki pobudni sistemi.

    1.6 Oblik polja (mps) rotora

    Kada sinhrona maina treba da radi kao generator posebno je vano da oblik ems budeharmonian. Budui da je emsposledica promene fluksa, i polje rotora treba da bude to

    priblinije harmonino. Ako oblik polja nije potpuno harmonian onda je potrebno uinitiuticaj viih harmonikih komponenata to manjim.

    Kod valjkastog (cilindrinog) rotorapolje ima priblino oblik trapeza. Navojni delovi ulebovima imaju pravougaoni oblik mps. Sabiranjem pojedinih pravougaonih mpsdobijamo stepenastu liniju, koju zamenjujemo pravom koja ini krakove trapeza.

    Neoljebljen deo ima izgled jednog velikog zupca, i on formira gornju osnovu trapeza.

    b

    B

    x,

    Slika 1-4 Polje valjkastog rotora

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    9/49

    9

    Kod rotora sa istaknutim polovimapolje bi imalo oblik pravougaonika kada bi polovi bilitakvi da je duina meugvoa pod polovima stalna. Meutim, da bi polje, a prema tome iemsbila to blia sinusoidnom obliku, meugvoe pod polnim nastavcima nije stalno,ve izgleda kao na slici 1-6. Odnos duine polnog nastavka i polnog koraka iznosi oko

    0,75.

    b

    B

    x,min

    max

    Slika 1-5 Polje rotora sa istaknutim polovima

    1.7 Sprezanje namotaja trofaznih generatora

    Trofazni generatori se, u principu, spreu trougao ili zvezdu. Takoe je mogua ikombinacija ova dva naina. Danas se uglavnom primenjuje sprega u zvezdu, koja imaizvesne prednosti. Kod sprega u zvezdu u linijskom naponu ponitavaju se vii harmonicitreeg reda koji bi inae najvie uticali u deformisanju sinusnog oblika ems. Takoe se

    ponitavaju i sve harmonike komponente vieg reda deljive sa tri. Prednosti su sadrane u

    izbegavanju lokalnih struja koje su prisutne u namotaju generatrora u sprezi trougao,postoji neutralna taka to vodi na jednostavniju zatitu a pri istoj konstrukciji faznihnamotaja omoguen je vii linijski napon.

    1.8 Karakteristike sinhronih maina

    Najznaajnije karakteristike sinhronih maina su karakteristika praznog hoda(karakteristika magneenja) i karakteristika kratkog spoja. Iz ove dve karakteristike moguse dobiti znaajne informacije o ponaanju sinhrone maine.

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    10/49

    10

    1.8.1 Karakteristika praznog hoda

    Karakteristika praznog hoda je funkcionalna zavisnost naizmeninog napona indukta naprikljucima neoptereenog generatora 0E , od jednosmerne pobudne struje, pJ , pri

    konstantnoj brzini i naznaenoj uestanosti tj.)(0 pJfE = pri 0=I , .constn= i nf .

    Glavni deo pobudne struje, AB pripada mps meugvoa, a deo BC mps magnetskogkola.

    Znaajan podatak karakteristike praznog hoda je vrednost pobudne struje, 0J , pri kojoj se ima

    linijska emspo vrednosti jednaka naznaenom naponu nUE =0 .

    0E

    pJ

    AB CnU

    0J

    Slika 1-6 Karakteristika praznog hoda sinhronog generatora

    1.8.2 Karakteristika ustaljenog kratkog spoja

    Karakteristika ustaljenog (trajnog) kratkog spoja prikazuje zavisnost naizmenine struje nakratkospojenim prikljucima statora, kI , od jednosmerne pobudne struje, pJ , pri kratkom

    spoju i kada je brzina obrtanja naznaena, tj.

    )( pk JfI = pri 0=U i nnn= .

    Obino se ogled vri pri tropolnom kratkom spoju.

    Merenje se vri do vrednosti struje kratkog spoja koja je neto vea od naznaene strujegeneratora. Na osnovu rezultata, nacrta se karakteristika kratkog spoja (slika 1-7), koja je

    prava linija.

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    11/49

    11

    I

    pJ

    nI

    kJ

    Slika 1-7 Karakteristika kratkog spoja sinhronog generatora

    Znaajan podatak karakteristike ustaljenog kratkog spoja je vrednost struje kratkog spoja,

    kJ , pri kojoj se ima linijska struja kratkog spoja po vrednosti jednaka naznaenoj struji

    nk II = .

    Karakteristika kratkog spoja ne mora polaziti iz poetka koordinatnog sistema vemoebiti pomerena malo navie usled remanentnog magnetizma.

    1.9 Magnetna reakcija indukta

    Kod sinhronih maina postoje dve magnetopobudne sile, mps induktora (rotora), pF , i

    mpsindukta (statora), aF , koje daju zajedniku mpsmaine, ap FFF += . Mps induktadeluje povratno na mpsinduktora, pa se zbog toga naziva reakcija indukta. Kod sinhronihmaina poloaj mps indukta, u odnosu na mps induktora nije stalan, vezavisi od vrste

    optereenja, odnosno od kanjenja struje statora u odnosu na emsstatora.Uz vektorsko prikazivanje ove dve veliine ovo kanjenje emo izraziti uglom . Kodfizikog objanjenja ove pojave razmotriemo tri granina sluaja:

    omsko optereenje ( 0= ), potpuno induktivno optereenje ( 2= ), potpuno kapacitivno optereenje ( 2= ).

    1.9.1 Aktivno (radno) optereenje

    Posmatrajmo sliku 1-8. Pobudni fluks je prikazan isprekidanom linijom. U osi polapobudni fluks je maksimalan, a indukovana emsminimalna.

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    12/49

    12

    qqq d d

    N S

    meugvoe

    3

    21

    ROTOR

    STATOR

    v

    B

    v

    Slika 1-8 Reakcija indukta uz omsko optereenje

    1- mpspobude, 2- mpsreakcije indukta, 3- rezultantna mps

    Indukovani napona u provodnicima statora odreen je jednainom:

    ( ) =l

    ldBve

    .

    Dakle, smer indukovane ems je odreen vektorskim proizvodom vektora brzine obrtanja

    v

    i magnetne indukcije B

    . Pri odreivanju smera indukovane ems smatramo da rotor stoji,a da se provodnici statora kreu brzinom v

    u suprotnom smislu od rotora. Prema datom

    smeru obratnja i indukcije oznaeni su smerovi ems. Uz omsko optereenje, struja statoraje jednovremena sa ems.

    Mps rotora ima svoj maksimum u osi pola (uzduna os - os d), dok mps statora ima svojmaksimum u netralnoj osi, ili kako je drugaije nazivamo poprenoj osi, q . Zbog toga sekae da je reakcija indukta, pri omskom optereenju, poprena.

    Sa slike se vidi da se zajednika (rezultantna) mps, a time i indukcija, poveava naodlaznom kraju pola, a smanjuje na nailaznom. Budui da se radna taka na ( )HBkrakteristici nalazi na kolenu, za istu vrednost promene H levo i desno od radne take,

    porast indukcije B e biti manji od smanjenja, pa se ukupna indukcija, a time i napon

    smanjuje. Dakle, i kod isto omskog optereenja napon na prikljucima e ipak opasti.

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    13/49

    13

    1.9.2 Induktivno optereenje

    Posmatrajmo sliku 1-9.

    qqq d d

    N S

    meugvoe

    3

    2

    1

    ROTOR

    STATOR

    v

    B

    v

    Slika 1-9 Reakcija indukta uz induktivno optereenje

    1- mpspobude, 2- mpsreakcije indukta, 3- rezultantna mps

    Kod potpuno induktivnog optereanja struja kasni za naponom za 2 , tako da mpsindukta ima takoe svoj maksimum u osi polova (direktnoj osi), i suprotnog je smera odsmera mps pobudnih polova i kaemo da je direktna i suprotna. Prema tome, priinduktivnom optereenju mps reakcije indukta ima demagnetiue delovanje, pa bi senapon na prikljucima generatora jako smanjio.

    Da bi naznaeni napon ostao isti, moramo jako poveati pobudnu struju. Moemo grubopisati da je potrebna pobudna struja sinteza dva stanja - praznog hoda i ustaljenog kratkogspoja, tj.:

    ( ) knnp JJindIUzaJ += 0)(0cos,, ,

    zato to nam je za postizanje naznaenog napona, nU , potrebna struja 0J , a za naznaenu

    struju, nI , uz 0cos = (ind), potrebna nam je struja kJ , jer je karakter optereenja utropolnom, ustaljenom, kratkom spoju praktino induktivan (namotaji tri faze statoraimaju zanemarivi radni otpor, pa je impedansa namotaja priblino jednaka reaktansi).

    Vano je uoiti da smo stuje pobude 0J i kJ mogli algebarski sabrati jer sa slike vidimo

    da su ose polja induktora i indukta nalaze u istom pravcu ose d.

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    14/49

    14

    1.9.3 Kapacitivno optereenje

    Posmatrajmo sliku 1-10.

    qqq d d

    N S

    meugvoe

    3

    2

    1

    ROTOR

    STATOR

    v

    B

    v

    Slika 1-10 Reakcija indukta uz kapacitivno optereenje

    1- mpspobude, 2- mpsreakcije indukta, 3- rezultantna mps

    Kod potpuno kapacitivnog optereenja struja prethodi naponu za 2 , tako da mpsindukta ima takoe svoj maksimum u osi polova (direktnoj osi), i istog je smera u odnosu

    na smer mps pobudnih polova. Prema tome, pri kapacitivnom optereenju mps reakcijeindukta ima magnetiue delovanje, pa bi se napon na prikljucima generatora jakopoveao.

    Da bi naznaeni napon ostao isti, moramo jako smanjiti pobudnu struju. Kao i u sluajuinduktivnog optereenja, moemo grubo pisati da je potrebna pobudna struja sinteza dvastanja - praznog hoda i ustaljenog kratkog spoja, tj.:

    ( ) knnp JJkapIUzaJ = 0)(0cos,, .

    Vano je uoiti da smo i u ovom sluaju stuje pobude 0J i kJ mogli algebarski sabrati jer

    sa slike vidimo da su ose polja induktora i indukta nalaze u istom pravcu ose d.

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    15/49

    15

    1.9.4 Zakljuak o delovanju reakcije indukta

    Svi preostali sluajevi meanog optereenja LR , CR , LCR se nalaze izmeu tri

    pomenuta granina sluaja. U optem sluaju ugao je izmeu 0 i 2 . Zbogznaajno razliitog delovanja feromagnetskih polova u d- osi i vazduha u q -osi Blondelje predloio da se reakcija indukta podeli u podunu (uzdunu) i poprenu komponentu(dvo-osna teorija sinhronih maina).

    Mps reakcije indukta, aF , emo rastaviti na dve komponente:

    podunu reakciju indukta: sin= aad FF i poprenu reakciju indukta: cos= aaq FF .

    Blondelova, dvo-osna, teorija se moe primeniti za flukseve (ako nema zasienja) i

    elektrine sile.Pri sraunavanju raznih veliina sinhrone maine ili pri crtanju vektorskih dijagrama (na

    primer mps), potrebno je, da se vrednost mpsindukta da svede na induktor, tj. da se odrediodgovarajua ekvivalentna vrednost mps induktora. Ekvivalentna vrednost induktora jeona vrednost mps induktora iji je osnovni harmonik jednak osnovnom harmoniku mpsreakcije indukta.

    Na osnovu definicije induktivnostii

    L = , te karakteristike ( )HB , vidi se da je

    induktivitetu d- osi (magnetski polovi, gvoe), adL , puno vei nego induktiviteta u q -

    osi (vazduhu), aqL , te moemo pisati: aqad LL >> . Pomnoeno sa krunom frekvencijom, za reaktanse imamo: aqad XX >> .

    Dakle, zbog razliitih reluktansi po obodu rotora, nastaju razliite reakcije indukta, to imaza posledicu razliite reaktanse indukta adX i aqX .

    U zanimljive detalje izraunavanja reaktansi ovde se neemo uputati.

    B

    H

    Slika 1-11 Karakteristika B(H)

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    16/49

    16

    1.10 Reaktansa rasipanja

    Reaktansa rasipanja (Potjeova reaktansa), X , potie od rasipnih polja statora: eonih veza

    namotaja, zuba statora, feromagnetskog kola statora. To su polja koja ne dopiru do rotora.Relativna vrednost reaktanse rasipanja,

    [ ] ( ) 100% = nXXx ,

    kree se u granicama od 10% do 14%. Ovde naznaena reaktansa, nnn IUX 3= , kojuizraunavamo iz podataka natpisne ploice, nema fiziko znaenje, ve je referentnaveliina koja slui radi uporeivanja.

    1.11 Sinhrone reaktanse

    Algebarski zbir pojedinih komponenti reaktanse indukta sa reaktansom rasipanja ine: sinhronu podunu reaktansu XXX add += , sinhronu poprenu reaktansu XXX aqq += .

    Sinhrone reaktanse dX i qX su merodavne za stacionarno pogonsko stanje (stanje

    dinamike ravnotee). Podaci za ove reaktanse ne nalaze se na natpisnoj ploici, ali ihproizvoai daju.

    U odnosu na reaktansu rasipanja, relativne vrednosti sinhronih reaktansi su daleko vee.Na primer, za hidrogeneratore iznose:

    %65,%120 == qd xx .

    1.12 Pobudna struja

    Na natpisnoj ploici sinhrone maine dati su podaci za sledee veliine:[ ] [ ] [ ],A,V,VA nnn IUS [ ] nnn cos,min 1 . Vrednosti ovih veliina ukazuju na granice

    optereenja za koje je maina graena u trajnom radu. Vano je istai da vrednost faktorasnage ( ncos ) predstavlja ogranienje vezano za strujnu opteretivnost pobudnog namotaja

    generatora. Naime, kod analize delovanja reakcije indukta pri raznim vrstama opreenja,pokazali smo da je vrednost pobudne struje funkcija naznaenog napona, struje i faktorasnage.

    Kod raznih optereenja (faktora snage) na nain prikazan na slici 1-13 priblino moemoodrediti potrebnu vrednost pobudne struje za date vrednosti naznaenog napona i struje.

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    17/49

    17

    potpuno induktivno optereenje

    potpuno kap.optereenje

    potpuno radno

    optereenje

    D

    A B CO

    kJ0J

    )ind(8,0cos =

    Slika 1-12 Priblino odreivanje potrebne pobudne struje pri raznim optereenjima

    Sa slike 1-12 se moe videti da, sa smanjenjem faktora snage induktivnog karaktera, rastepotrebna pobudna struja, odnosno zagrevanje pobudnog namotaja. Dakle, ako se zahtevagradnja sinhrone maine za manji induktivni faktor snage, to ukazuje na potrebu za veom

    pobudnom strujom, odnosno potrebnim veim presekom provodnika pobudnog namotaja,to ima za posledicu poskupljenje maine. Radi toga proizvoageneratora trai od kupcada precizira faktor snage. Dananje hidro i termoelektrane uglavnom imaju 8,0cos = .

    Neke termoelektrane u blizini velikih industrijskih centara, gde ima puno motora, imaju6,0cos = .

    Postavimo sada jedno praktino pitanje: da li smemo generator, koji je graen za8,0cos = opteretiti sa )ind(0cos = . Odgovor je: smemo, ali ne sa punom naznaenom

    strujom indukta. Smanjenje struje indukta moemo proceniti tako to emo, uz

    poluprenik jednak naznaenoj struji pobude nJ (du OD ), napraviti kruni luk iz take

    D u taku B . Odnos duina ACAB predstavlja potrebno smanjenje struje optereenja.

    Navedeno razmatranje daje grubu fiziku predstavu. Postoji vie metoda za odreivanjenaznaene pobudne struje nJ . Najblie ovoj (gruboj) metodi je "vedska metoda".

    1.13 Fazorski dijagram SG sa istaknutim polovima optereenog radno-induktivno

    U daljem tekstu bie data kratka analiza fazorskog dijagrama sa odgovarajuim crteom zasinhroni generator sa istaknutim polovima, optereen radno-induktivno. Radnakomponetna struje indukta pokriva aktivne potroae (npr. rasveta, pei), kao i mehanikusnagu na vratilima elektromotora, dok induktivna komponeta snabdeva magneenjeelektromotora i transformatora.

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    18/49

    18

    Na osnovu relacijet

    ed

    d= , indukovani napon zaostaje za odgrovarajuim fluksom za

    90 . Dijagram mps u nekoj drugoj razmeri predstavalja i dijagram struja. Zbog zgodne

    ilustracije uzeemo da je ogao izmeu indukovanog napona u praznom hodu, 0E , istruje indukta, I, odnosno mpsindukta, aF ,

    45 , to dobro odgovara stvarnim odnosima.

    Tada su poduna komponenta struje induka dI i poprena komponenta qI po vrednosti

    jednake, ali odgovarajui fluksevi indukta, d i q su razliitih vrednosti zbog razliitih

    karakteristika za feromagnetski materijal, odnosno vazduh. Time e i odgovarajui padovinapona po vrednosti biti razliiti, pa emo imati: qaqdad IXIX > .

    Kao i kod ekvivalentne eme, sve veliine u fazorskom dijagram su fazne.

    Vano je uoiti povezanost odreenih indukovanih ems i mps, koje su meusobnopomerene za 90 . Indukovani napon (ems) u praznom hodu,

    0E , uzrokovan je od mps

    pobude fF , dok je indukovani napon u optereenom stanju, E, uzrokovan rezultantnom

    (ukupnom) mps, F.

    Ugao , izmeu indukovanog napona u praznom hodu i napona na prikljucima maine,

    naziva se uglom optereenja.

    Elektromotorna sila u praznom hodu, 0E , je jednaka zbiru napona na prikljucima

    generatora i svih padova napona: omskog IRs , usled rasutog fluksa, IXj , usled

    poprene reakacije indukta qaqIXj i usled podune reakcije indukta, dadIXj :

    dadqaqs IXjIXjIXjIRUE ++++= 0 .

    Pad napona usled rasutog fluksa moe se prikazati kao zbir dve komponente (vidi sliku 1-13)- poprene qIXj (na slici q ) i podune dIXj (na slici d ).

    Ukupni reaktivni pad napona usled poprene komponente struje indukta je:

    qqqaq IXjIXXj =+ ,

    odnosno ukupni reaktivni pad napona usled podune komponente struje indukta je:( )

    dddad IXjIXXj =+ ,

    gde je qX sinhrona reaktansa po poprenoj osi, a dX sinhrona reaktansa po podunoj osi.Neka su brojane vrednosti za crtanje fazorskog dijagrama sledee:

    30,15,45,cm6,6,cm3,cm4,180 ====== dadqaq IXIXE .

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    19/49

    19

    qaqIjX dadIjX

    IjX

    IRs

    U I

    qI

    dI

    E

    0E

    fF

    n

    qd

    F

    aF

    Slika 1-13 Fazorski dijagram SG sa istaknutim polovima optereen radno-induktivno

    1.14 Pojednostavljeni fazorski dijagram sa radno-induktivnim optereenjem

    Na osnovu egzaktnog fazorskog dijagrama koji smo ve prikazali, sada emo nacrtatipojednostavljeni dijagram sinhronog generatora, kod kojeg emo izostaviti skicu maine i

    slike magnetopobudnih sila te emo zanemariti radni pad napona. Reaktivne padovenapona prikazaemo zbirno, preko podune, dX i poprene, qX sinhrone reaktanse.

    U ovom, pojednostavljenom sluaju, vredi sledei izraz za ems u praznom hodu 0E :

    ddqq IXjIXjUE ++0 .

    Za crtanje dijagrama su nam potrebni sledei podaci sa natpisne ploice:[ ] [ ] cos,V,VA nUS , te traimo od proizvoaa podatke, ili pomou merenja odreujemo

    procentualne vrednosti podune, [ ]%dx i poprene [ ]%qx sinhrone reaktanse.

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    20/49

    20

    Naznaenu struju nI izraunavamo iz izraza:n

    nn

    U

    SI

    3= ,

    gde su naznaeni napon i naznaena struja linijske veliine.

    Referentnu, naznaenu reaktansu izraunavamo izn

    nn

    I

    UX

    3= , a zatim i podunu i

    poprenu sinhronu reaktansu [ ] [ ]

    nd

    d Xx

    X =100

    %i [ ]

    [ ]n

    q

    q Xx

    X =100

    %.

    Fazor faznog napona na prikljucima maine, U crtamo vertikalno prema gore. Struja

    indukta, I, zaostaje za za naponom ugao . Normalno na struju I, iz take D nanosimo

    napone, odnosno odgovarajue duine DQIXq , te DPIXd . Kroz taku Q prolazi

    pravac napona 0A0

    E , a samu taku A odredimo tako to iz take P spustimo

    normalu na du 0A . Ovim grafikim postupkom smo odredili indukovani

    napon 0A0E i ugao aktivnog (radnog, vatnog) optereenja (vidi sliku 1-14).

    Sada moemo da razloimo struju indukta na poprenu, qI i podunu, dI , komponentu i

    nacrtamo reaktivni popreni, qqIXj i poduni, ddIXj pad napona (vidi sliku 1-15).

    0E

    U

    I

    0

    D

    Q

    P

    IXd

    IXq

    Slika 1-14 Pojednostavljeni fazorski dijagram SG sa istaknutim polovima optereen radno-induktivno

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    21/49

    21

    0E

    U

    I

    ddIjX

    dI

    qI

    qqIjX

    Slika 1-15 Pojednostavljeni fazorski dijagram SG sa istaknutim polovima, optereen radno-induktivno, sa reaktivnim poprenim i podunim padom napona

    1.15 Aktivna snaga u sinhronizmu i sinhroni obrtni moment generatora

    Aktivna snaga u sinhronizmu iznosi:

    [ ] ( ) [ ] sinsincoscos3cos3cos3 +=== IUIUIUWP , odnosno:

    [ ] [ ] sinsincoscos3 IUIUWP +=

    Sa slike 1-15 je

    d

    ddd

    X

    UEIIXEIXEU

    cossinsincos 000

    ===

    odnosno

    q

    qqqX

    UIIXIXU

    sincoscossin ===

    Smenom izraza za cosI i sinI u izraz za aktivnu snagu dobijamo aktivnu snagu usinhronizmu:

    [ ] 2sin2

    3sin3

    20

    qd

    qd

    d XX

    XXU

    X

    UEWP

    += .

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    22/49

    22

    Sinhroni obrtni moment je:

    [ ] [ ]

    ][min

    W

    2

    60Nm

    1= nP

    M .

    Vidimo, da pored aktivne snage sin3 0

    dX

    UE, koju odreuje fazor pobude 0E , imamo i

    dodatni lan 2sin2

    3 2

    qd

    qd

    XX

    XXU , koji je odreen sa 2U i razlikom reaktansi

    qd XX . To je dodatna (reluktantna, reakciona) aktivna snaga.

    1.16 Motorni reim rada sinhronog generatora

    Motorni reim rada sinhronog generatora moe da nastupi npr. ako se hidroturbini prekine

    dovod vode. U ovom sluaju, generator bi se i dalje obrtao u sinhronizmu i maina bi izmree uzimala aktivnu snagu za savladavanje aktivnih gubitaka usled trenja i ventilacije,kao i elektrinih gubitaka. Aktivna snaga bi dakle bila negativna, to jest nju bi generatoruzimao iz mree. U analitikom obliku aktivne snage to bi se ispoljilo preko negativnogugla :

    [ ] )2(sin2

    3)(sin3

    20

    +=

    qd

    qd

    d XX

    XXU

    X

    UEWP .

    Ovakve pojave su se deavale u starijim hidroelektrana i bile su jedino indikovaneskretanjem kazaljke vatmetra u levo od nule. Danas vatmetriki releji u releji u sluaju

    negativne snage iskljuuju prekida.Ovde emo uvesti dogovor da je u motornom reimu generatora napon na prikljucimamotora rezultantna veliina, tj. da je

    ddqq IXjIXjEU ++= 0 .

    Ugao je poprimio pozitivnu vrednost, dok je ugao optereenja poprimio negativnuvrednost ( ).

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    23/49

    23

    0E

    U

    I

    ddIjX

    qI

    qqIjX

    dI

    Slika 1-16 Fazorski dijagram sinhronog generatora u motornom reimu rada

    Uopteno, gornji fazorski dijagram predstavlja reim faznog kompenzatora ili sinhronogkondenzatora, koji pored aktivne struje potrebne za savladavanje momenta optereenjana osovini motora daje i kapacitivnu struju (koja prednjai naponu U), odnosno popravljafaktor snage mree.

    1.16.1 Reluktantni reim sinhronog motora

    Ako bi sada (pored zaustavljenog dotoka vode turbini) smanjivali vrednost pobudne strujemaine, tj. smanjivali fazor 0E , fazorski dijagram sinhronog motora bi poprimio izgledkao na slici 1-17.

    To je reim podpobuenog sinhronog motora, kada za svoju pobudu motor vue iz mreereaktivnu (induktivnu) struju, pa dakle ugao postaje negativan, tj. ima vrednost ( ).Ugao je ostao negativan (motorni rad), ali se poveava jer uz isto optereenje naosovini motora (istu aktivnu snagu P) smanjenjem ems 0E , uz nepromenjen napon

    Upoveava ugao .

    Ovaj reim rada se u praksi izbegava, jer udarci optereenja na osovini motora moguudarno da poveaju ugao ( ), da motor ispadne iz sinhronizma.

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    24/49

    24

    0E

    U

    I

    ddIjX

    dI

    qI

    qqIjX

    Slika 1-17 Fazorski dijagram potpobuenog sinhronog motora

    Ako potpuno iskljuimo pobudu ( 00=E ), maina e se i dalje obrtati u sinhronizmu(naravno ako optereenje na vratilu nije preveliko). Naponu mree Uravnoteu e drati

    samo padovi napona na poprenoj, qqIXj , odnosno podunoj, ddIXj , sinhronoj

    reaktansi. Motor e za svoje magnetisanje vui veliku induktivnu struju (faktor snage je

    jako lo), a ugao je priblinoo

    70 (vidi sliku 1-18)

    I

    dI

    U

    qI

    ddIjX

    qqIjX

    Slika 1-18 Fazorski dijagram reluktanog sinhronog motora

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    25/49

    25

    Moment na vratilu motora postoji samo od reluktantnog (reakcionog) lana:

    2sin2

    31 2

    qd

    qd

    s XX

    XXUM

    =

    Postojanje tog momenta objanjava sledea fizika slika dvopolne maine:

    d

    d q

    q

    s

    s

    obrtno

    polje

    Slika 1-19 Fizika predstava stvaranja reluktantnog reakcionog momenta

    Kod porasta optereenja na osovini motora poveava se ugao . Magnetske linijeobrtnog polja statora (os ss ) tee da prolaze kroz put manjeg magnetskog otpora(reluktanse), tj. kroz os dd . U tenji da se skupe (kao elastine gumene niti) stvarajureluktantni obrtni moment. Dakle, na akciju poveanja optereenja na osovini, motor

    reaguje reakcijom stvaranja momenta. Zbog toga se ovaj moment naziva i reakcioni.Takoe se naziva i reluktantni, jer zbog postojanja reluktancija i odgovarajue razlikereaktansi ( qd XX ) ovaj moment deluje sinhrono.

    1.16.2 Dijagram obrtnog momenta sinhrone maine sa isturenim polovima

    Iz izloenog zakljuujemo da karakteristika )(fM= ima ovaj oblik:

    maxM

    M

    reakcioni

    sinhroni

    )(fM=

    Slika 1-20 Karakteristika momenta sinhronog maine sa isturenim polovima

    Reakcioni reluktantni moment doprinosi veoj vrednosti maksimalnog momenta, ali

    maksimum momenta nastupa pre

    90 .

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    26/49

    26

    1.16.3 Fazorski dijagram sinhrone maine sa cilindrinim rotorom

    Clinidrini (turbo) rotor, kao to je vereeno, iz mehanikih razloga se primenjuje se kodsinhronih generatora gonjenih parnim turbinama na velikim brzinama. U ovom sluajunema izrazite vazdune upljine u poprenoj qq osi. Tu se nalaze bakarni provodnici

    pobudnog namotaja, koji nisu magnetini, pa zato ipak dolazi do izvesne razlike ureluktansi u odnosu na podunu, dd os. Npr. za dvopolni generator relativne vrednostisinhronih reaktansi su [ ] [ ]%170,%180 == qd xx . U veini primena, tu razliku

    ( ) [ ]%6,5180170180 == moemo da zanemarimo, pa esto uzimamo da je qd xx .

    S

    Nd

    dq

    q

    Slika 1-21 Magnetsko polje turbo rotora

    Zbog pribline jednakosti podune i poprene sinhrone reaktanse, priblini izraz zamoment je:

    sin31 0

    ds X

    UEM .

    Jednaina naponske ravnotee za sinhroni generator sa cilindrinim rotorom je:

    IXjIRUIXjIXjIRUIXjEE dsasa ++=+++=+= 0 .

    gde je IXjIRUE s ++= .

    dX

    aX X sR

    UE0E

    ~

    I

    Slika 1-22 Ekvivalentna ema sinhronog turbo generatora

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    27/49

    27

    Jednaina naponske ravnotee za sinhroni motor sa cilindrinim rotorom je:

    IXjIREU ds ++= 0 .

    U nekim elektranama postoji mogunost da se jedan turbogenerator, pomou posebne

    spojnice rastavi od turbine i radi kao natpobueni motor (fazni kompenzator).Ako zanemarimo radni pad napona, pojednostavljeni fazorski dijagrami za sinhronigenerator i sinhroni kompenzator su:

    0E0E

    U U

    I I

    ddIjX ddIjX

    Slika 1-23 a) fazorski dijagram za turbo SG b) fazorski dijagram za turbo SM

    Vana napomena:Kada govorimo o aktivnoj snazi generatora, onda mislimo na aktivnu

    elektrinu snagu na prikljucima generatora [ ] [ ] cos3cosVAW nnIUSP == , dok se

    kod motora misli na mehaniku snagu na vratilu motora.

    1.17 Rad sinhronih generatora na sopstvenu i optu i mreu

    Sinhroni generator moe da radi u razliitim pogonskim prilikama, pri emu su krajnjastanja rad nasopstvenui optu mreu.

    Pri radu na sopstvenu mreuobino je reo relativno malom sinhronom generatoru kojinapaja malu mreu koja nema mogunost prikljuka na veu mreu. Budui da sinhronigenerator predstavlja jedini izvor, napon mree zavisi od pobude tog generatora, a

    uestanost od brzine obrtanja njegove pogonske maine. U maini deluje samo jednanezavisna magnetopobudna sila koja pripada pobudnom namotaju. Pobuda, magnetskifluks u meugvou i napon na prikljucima maine su meusobno zavisne veliine.

    Mnogo ei sluaj pogonskog stanja je rad sinhronog generatora na optu (vrstu) mreu.Paralelnim radom generatora u pojedinim elektranama i paralelnim povezivanjem

    pojedinih elektrana i elektroenergetskih sistema, dobijaju se mree veih snaga, na kojemanje mogu da utiu pojedini generatori ili elektrane. to je snaga mree vea, njen naponmoemo smatrati stalnijim (vrim) u pogledu veliine, faznog pomeraja i uestanosti.Kod prikljuivanja generatora na optu mreu, mora se provesti poseban postupak, kojegnazivamo sinhronizacijom. U osnovi ovog postupka radi se o svodjenju struje

    izjednaenja, koja se javlja prilikom prikljuenja generatora na mreu, na najmanjumoguu meru, to se postie sledeim aktivnostima:

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    28/49

    28

    kod prvog putanja u pogon viefaznih generatora (gotovo uvek trofaznih) proverava seredosled faza;

    pogonskom mainom generator treba priblino dovesti do sinhrone brzine obrtanja koja jeodreena frekvencijom mree i brojem pari polova generatora, dakle potrebno je

    izjednaiti uestanost generatora i mree; generator treba pobuditi tako da napon generatora bude priblino jednak naponu mree; potrebno je postii istofaznost istoimenih faza, ili bolje reeno, istofaznost napona na

    kontaktima sklopke;

    generator treba ukljuiti na mreu u trenutku kada je fazni pomeraj izmeu istoimenihnapona maine i mreesveden na najmanju moguu meru.

    Stalan (vrst) napon mree na koji je generator prikljuen odreuje magnetski fluks umeugvou, koji se pod raznim optereenjima menja samo u vrlo uskim granicama(samo zbog otpora i rasipanja namotaja indukta), nezavisno od promene pobudne struje.Drugim reima, u maini deluju dve meusobno nezavisne magnetopobudne sile (uz

    zanamarenje otpora i rasipanja namotaja indukta): ukupna (rezultirajua) magnetopobudnasila u meugvou i magnetopobudna sila pobude. Ukupna magnetopobudna sila mora dastvori u meugvou takav magnetski fluks da se u namotajima indukta indukuje naponkoji je u ravnotei sa naponom na prikljucima maine. Magnetopobudna sila pobudemoe se nezavisno menjati po vrednosti i poloaju u odnosu na ukupnu magnetopobudnusilu u meugvou.

    L1L2L3N

    V

    stator(indukt)

    f

    V

    f

    bre sporije

    Slika 1-24 a) Sinhonizacione sijalice, b) SinhronoskopZa generatore manjih snaga sinhronizacija se moe vriti runo, pomou npr.sinhronizacionih sijalica, dok se kod skupih generatora veih snaga vri poluautomatski iliautomatski pomou odgovarajuih ureaja.

    Kod sinhronizacije pomou sinhronizacionih sijalica redosled faza se ispituje pre spajanjaprovodnika na prekida. U toku postupka istovremeno se deluje na brzinu turbine i nastruju pobude generatora. Kada su uestanosti mree i generatora vrlo bliske, sijalice sevrlo sporo pale i gase. Prekidase brzo ukljuuje kada su sijalice ugaene (tamni spoj).

    Postoji i poseban ureaj za sinhronizaciju, sinhronoskop. On se sastoji od dvostrukog

    voltmetra i frekvencmetra (jedan za mreu, a drugi za generator), te indikatorom, Bre-

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    29/49

    29

    Sporije (koji radi na principu asinhronog motora) za regulisanje uestanosti generatorakojeg treba sinhronizovati.

    1.18 Upravljanje proizvodnjom reaktivne snage Q

    Analizu upravljanja proizvodnje reaktivne snage, radi jednostavnosti, sproveemo zasluaj turbogeneratora ( qd XX ). Posmatraemo isto reaktivno optereenje, koje je

    karakterisano sa: [ ] [ ] IUQP n3VAr,0W,0 === ,90= , gde se predznak "+"

    odnosi na potpuno kapacitivnu snagu, a "-" na potpuno induktivnu snagu.

    1.18.1 Mordejeva kriva

    Neka za poetno stanje imamo neoptereen, sinhronizovan generator. Ako poveamo

    pobudnu struju , fazor 0E e porasti na vrednost'0E . Tada se usled razlike napona,

    '0E i

    U, u kolu indukta javlja induktivna struja, odnosno pad napona IXj d . Ako smanjimopobudnu struju, u odnosu na poetno stanje, smanjie se fazor 0E na vrednost

    ''0E . Usled

    ove razlike, u kolu indukta e se sada javiti kapacitivna struja. Ovaj reim (podpobuenogsinhronog generatora) nije poeljan jer je magneenje slabo i udarci optereenja mogu daizbace generator iz sinhronizma.

    0E

    '0E

    "0E

    UUU

    0=I90= 90=

    I I

    ddIjX

    ddIjX

    Slika 1-25 Upravljanje reaktivnom snagom

    Iz fazorskih dijagrama prikazanih slikom 1-25 zakljuujemo da e kriva zavisnostinaizmenine struje indukta, I, od jednosmerne struje pobude, pJ , imati sledei oblik:

    I

    0=P

    pJ0J indkap

    potpobuen nadpobuen

    Slika 1-26 V(Mordejeva) kriva generatora uz P = 0

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    30/49

    30

    Ovu krivu nazivamoVkrivom,iliMordejevom (Mordey) krivom. Vrednost pobudne struje

    0J je odreena u ogledu praznog hoda.

    Ako poveanjem koliine pogonskog sredstva pogonskoj maini (vode vodnoj (hidro)

    turbini, pare (gasa) parnoj tubini odnosno gasa ekspanzionom motoru ) poveamo aktivnusnagu, onda dobijamo familiju Vkriva (vidi sliku 1-27).

    pJ

    P1P

    0J

    2P

    PPP >> 120cos =I

    indkap maxJ

    Slika 1-27 V krive generatora za nekoliko aktivnih snaga

    Za svako optereenje pobudna struja ima minimalnu vrednost koja prethodi ispadanju izsinhronizma, a takoe i maksimalnu vrednost, maxJ , koja je vezana za ogranienje

    termike prirode.

    1.18.2 Upravljanje normalnom reimu rada nadpobuenog generatora(optereenog radno-induktivno)

    Ako se eli poveati proizvodnja reaktivne snage sa Q na Q , onda se poveava pobudna

    struja. Time se fazor ems '0E povea na vrednost'

    ,0novE . Poto nismo dirali dovod, aktivna

    snaga je ostala ista, pa imamo:

    [ ] novnovnovd

    nov

    d

    EE

    X

    UE

    X

    UEP sinsinsin3sin3W ,00

    ,00 =

    =

    =

    Poveanjem vrednosti fazora emssa '0E na'

    ,0novE mora se smanjiti vrednost ugla sa na

    nov . Vrednost ugla se poveava na , tj. poveava se vrednost induktivnekomponente struje indukta VARI . Vrednost aktivne (vatne) komponente struje indukta, WI

    ostaje ista, jer nismo poveali koliinu pare u dovodu turbini, bez ega se ne moepoveati aktivna snaga (slika 1-28).

    U novom radnom stanju, zbog vee pobudne struje, odnosno zbog manjeg ugla nov rad

    generatora je stabilniji.

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    31/49

    31

    I'

    I

    novnovEE sinsin ,00 =

    'IjXd

    ',0novE

    '0E

    IjXd

    VARI 'VARI

    WI

    nov

    Slika 1-28 Upravljanje proizvodnjom reaktivne snage Q nadpobuenog generatoraoptereenog radno-induktivno

    1.19 Upravljanje proizvodnjom aktivne snage P

    Aktivnu snagu P sinhronizovanog generatora moemo da dobijemo samo dovodompogonskog sredstva, npr. dovodom pare parnoj turbini. Uz zanemarenje gubitaka, izizraza:

    sin3 0

    dX

    UEP= ,

    sledi da se usled poveanja snage P, uz nepromenjenje vrednosti veliina 0E i U,

    poveava ugao . Fazor razlike, UE 0 , uzrokuje struju indukta, I, koja ima radnu ikapacitivnu komponentu (slika 1-29, a). Ovaj reim bi bio potpobuen, to se zbog

    nestabilnosti izbegava. Zato se generator prvo mora natpobuditi sa 0E na'0E , a potom se

    poveanjem koliine pare turbini fazor '0E pomeri za ugao . Tako smo doli donormalnog stanja rada generatora. Struja indukta I sada ima radnu i induktivnukomponentu (slika 1-29, b).

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    32/49

    32

    0>

    0

    E

    0EU U

    [ ] 0>WPIjXd

    IjXd

    I I

    VARI

    WI0>

    0

    coscos >

    WW II >

    VARVAR II

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    33/49

    33

    )ind(8,0cos =

    )kap(8,0cos =

    0,1cos =

    I

    0J

    pJ

    Slika 1-31 Karakteristike regulacije

    Za upravljanje strujom pobude, potrebno je u ureaj za automatsku regulaciju dovestiinformaciju o veliini struje indukta, I , i faktoru snage, odnosno uglu .

    1.21 Elektromehanike oscilacije sinhrone maine

    Sinhrona maina prikljuena na mreu ima osobine oscilujueg sistema. Kod parnih ivodnih turbina, koje su danas najee u upotrebi, obrtni moment je stalan te se kod njih

    javljaju samo slobodna ili sopstvena njihanja, dok se kod primene dizel generatora imotora koji pogone klipne kompresore, koji rade u impulsima, javljaju i prisilne oscilacije.

    Prema slici 1-32 maina pri ustaljenom stanju daje moment 0M i radi sa uglom

    optereenja 0 . Neka u odreenom momentu doe do poremeaja, tj. nastane promena

    momenta pogonske maine na vrednost 1M . Rotor zbog inercije (tromosti) ne moe

    trenutno da promeni ugao optereenja od 0 na 1 , nego iz poetka ostaje na uglu 0 .

    Zbog toga nastaje viak momenta ( )01 MM koji ubrzava rotor. Usled tog ubrzanja rotorpostepeno distigne ugao 1 , no njegova brzina obrtanja je tada vea od sinhrone. Zbog

    tako poveane brzine rotor zauzima uglove vee od 1 . U tom podruju je momentgeneratora vei od momenta pogonske maine, pa taj viak koi rotor. Usled tog koenja

    rotor pri uglu 2 opet poprima sinhronu brzinu. Ali tada postoji viak momenta( )12 MM koji i dalje usporava rotor, pa njegova brzina postaje manja od sinhrone. Ugaooptereenja se smanjuje, tako da rotor u jednom trenutku opet zauzima ugao 1 , no tada je

    brzina manja od sinhrone, pa se kretanje nastavlja do ugla 0 . Na taj se nain rotor njie

    oko novog ustaljenog stanja ( )11,M .

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    34/49

    34

    2

    1

    0

    21 0

    1n

    sn

    n

    0n

    t

    t

    M

    2/

    )(M

    0M1M2M

    maxM

    Slika 1-32 Fizika predstava elektromehanikog oscilovanja

    Ovakva njihanja se nazivaju elektromehanikim oscilacijama sinhrone maine. Ona mogurelativno lako da se izraunaju kada su amplitude male, te se kriva ( )M moelinearizovati oko neke radne take ( )00 ,M :

    =

    = smk

    MM

    0d

    d,

    gde je0

    d

    d

    =

    Mksm sinhronizacioni sainilac (koeficijent) sinhronizacionog momenta

    sinhrone maine, tj. sinhronizacioni moment po jedinici ugla.

    Da bi generator mogao da radi, a da ne ispadne iz sinhronizma sa mreom, mora da imadovoljnu sinhronizacionu snagu, tj. sposobnost da nastavlja rad sinhrono sa mreom, ak i

    pri znaajnijim promenama momenta optereenja, tM , a time i ugla optereenja .

    Dogovorom emo sainiocem sinhronizacione snage, spk , nazivati izvod aktivne snage u

    sinhronizmu, P, po uglu :

    2cos3cos3

    d

    d 20

    qd

    qd

    d

    sspXX

    XXU

    X

    UE

    d

    MdPk

    +=== .

    Dakle, koeficijent sinhronizacione snage je maksimalan pri 0= , dok je minimalan prio90= . Praktino vemnogo ranije od 90= generator poinje da radi nestabilno, a u

    njemu se javljaju oscilovanja.

    Pri elektromehanikim oscilacijama rotora sinhrone maine u prigunom namotaju seindukuju naponi, pa u njemu teku struje koje stvaraju moment koji se protivi njihanju. Tajmoment se naziva prigunim momentom. Pri malim odstupanjima od sinhrone brzine

    priguni moment je proporcionalan sa klizanjem:

    ( )t

    kskM pppr d

    d == ,

    gde je pk koeficijent prigunog momenta.

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    35/49

    35

    Kada na vratilo ne deluje nikakav spoljnji naizmenini moment, ono e pri bilo kakvimpromenama slobodno zaoscilovati prema jednaini:

    ( ) ( )0

    d

    d

    d

    d

    2

    2

    =+

    +

    smp kt

    ktp

    J,

    gde je Jmoment inercije rotora, p broj pari polova i porast ugla optereenja.

    Na osnovu prethodne jednaine moe se postaviti analogija elektromehanikogoscilatornog sistema s elektrikim i mehanikim oscilatorornim sistemima. Analogneveliine su prikazane u narednoj tabeli.

    Tabela 1-2 Analogija elektromehanikih, elektrinih i mehanikih oscilatornih sistema

    Oscilatorni

    sistem

    Elektromehaniki

    p

    J

    pk

    smks

    Elektrini

    R L

    Ct

    qi

    d

    d=

    Mehaniki

    x

    m

    c

    Analogne

    veliine

    prirataj ugla optereenja

    moment inercije po parupolova pJ

    sainilac priguenja pk

    sinhronizacioni sainilac smk

    naelektrisanje q

    induktivnost L

    otpor R

    1/kapacitet C1

    pomeraj x

    masa m

    sa. priguenja

    konstanta opruge c

    sopstvenauestanost (bez

    priguenja) J

    pksm

    2

    1

    LC

    1

    2

    1

    m

    c

    2

    1

    U reimu generatora os polja rotora napreduje u odnosu na os obrtnog polja statora zaugao , dok u reimu motora kasni za isti ugao.

    1.21.1 Ekvivalentna mehanika slika sinhrone maine

    U ekvivalentnoj mehanikoj slici sinhrone maine naponi U i E su prikazaniodgovarajuim polugama, a pad napona na sinhronoj reaktansi oprugom (vidi sliku 1-33).Poluga Upredstavlja vrstu (krutu) mreu, dok E, zajedno sa rotorom, moe da osciluje.Teg predstavlja obodnu silu, koju stvara pogonska maina.

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    36/49

    36

    E

    m

    U

    Slika 1-33 Ekvivalentna mehanika slika

    Kada na vratilo deluje naizmenini moment, dolazi do trajnog prisilnog oscilovanja sfrekfencijom naizmeninog momenta. Ako se frekvencija nametnutog momenta pribliisopstvenoj frekvenciji elektromehanikog sistema, moe da nastupi nedopustivo velikooscilovanje ugla optereenja, maina ispada iz koraka i pogon je onemoguen.

    Odnos izmeu amplitude prinudnih njihanja -tog harmonika i amplitude sopstvenihnjihanja naziva se modul rezonancije i iznosi:

    ( )211

    ffsl+

    = ,

    gde je slf uestanost slobodnih oscilacija, a 1ff = uestanost - tog harmonika.

    Na slici 1-34 prikazana je kriva ( ) fff sl= . Kada je uestanost slobodnih oscilacija0=slf , onda je 1= . Kada je uestanost slobodnih njihanja jednaka uestanosti prinudnih

    njihanja onda je = , ime je rad maine nemogu. Podruje u kojem se smatra da jerad maine nemoguje 2,18,0

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    37/49

    37

    10

    8

    9

    765432100 1 2

    v

    vsl ff

    Slika 1-34 Kriva v

    1.21.2 Priguni namotaj

    U svrhu priguenja oscilacija rotora ugrauju se u polne nastavke (iz lameliranih limova)bakreni tapovi, koji se sa strane spajaju sa dva kratkospojena prstena, slino kavezu kodasinhronih kaveznih maina. Pri oscilovanju rotora, obrtno polje statora preseca tapovekaveza, te indukuje u njima napone, koji proteraju takve struje koje svojim obrtnim poljem

    stvaraju moment koji se protivi relativnom kretanju, pa ga prema tome priguuju. Kodgeneratora sa masivnim polovima postie se priguni efekt usled vrtlonih struja, koje sezbog oscilacija stvaraju u masivnim polovima, koje, opet po Lencovom pravilu, nastoje da

    prigue oscilacije.

    Priguni namotaj (ili kavez) ima sledee uloge:

    Priguuje elektromehanike oscilacije; Priguuje inverzne komponente polja koje nastaju pri nesimetrinim optereenjima

    i koje mogu da izazovu neeljene gubitke i prenapone. Priguenje inverznog poljaje posebno znaajno kod jednofaznih sinhronih generatora;

    Omoguuje asinhrono zaletanje sinhronih motora i kompenzatora. Kada je zaletzavren, ukljuuje se pobudna struja polova i motor se sam sinhronizuje.

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    38/49

    38

    tapovi prigunogkaveza

    kratkospojeniprsten

    Slika 1-35 Priguni namotaj

    1.22 Fiziko objanjenje struje kratkog spoja

    Za fiziko objanjenje struja kratkog spoja veoma je vaan zakon o odranju(nepromenljivosti) fluksa. Pogledajmo sledee jednostavno RL kolo u kojem je otpornostzanemariva u odnosu na reaktansu LX = , to u osnovi odgovara namotaju statorasinhrone maine:

    R X

    u

    Slika 1-36 Kratko spajanje RL kola

    Jednaina naponske ravnotee za ovo kolo je:

    ,d

    d

    tiRu +=

    U kratkom spoju napon una prikljucima je jednak nuli, a uz pretpostavku da je otpornostR, takoe jednaka nuli, jednaina prelazi u sledei oblik:

    td

    d0

    ,

    to je ispunjeno uz uslov da je magnetski fluks konstantan ( .const= ). Primenjeno na

    sinhronu mainu, ni magnetski fluks koji obuhvata namotaj statora, odnosno namotaje

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    39/49

    39

    rotora ne moe da se promeni. Da bi se odrala konstantna vrednost fluksa, mora se unamotajima statora i rotora pojaviti odgovarajua struja koja e ovaj fluks podravati.

    Poseban, a ujedno i najpovoljniji, sluaj jeste situacija u kojoj je magnetski fluks unamotaju statora u momentu nastanka kratkog spoja bio jednak nuli, odnosno da je ugaoizmeu poloaja osa namotaja rotora u odnosu na osu namotaja referentne faze statora -recimo faze a, = 90o. Prema eksperimentalno snimljenoj struji kratkog spoja faze a, ili

    prema izvedenoj analitikoj jednaini, u ovom posebnom sluaju, ne postoji jednosmernakomponenta struje, jer i fiziki gledano, njeno prisustvo nije potrebno, jer u statorskomnamotaju nije ni bilo magnetskog fluksa koja bi ona odravala. U ovom sluaju strujakratkog spoja sadri, dakle, jedino naizmenine, priguene, komponente i simetrina je uodnosu na os apcise. U optem sluaju, postoji magnetski fluks koji obuhvata namotajstatora, tako da se u eksperimentalno snimljenoj struji kratkog spoja namotaja statora,odnosno u odgovarajuem analitikom izrazu za struju, javlja i jednosmerna komponenta,koja podrava ovaj "zateeni" magnetski fluks. Ova jednosmerna komponenta struje

    statora proizvodi u meugvou komponentu polja koja je nepokretna u prostoru, ali kojau namotajima rotora, koji se obre sinhronom brzinom, indukuje naizmeninu emsodnosnu struju (kola rotora su zatvorena) statorske uestanosti. Stoga se na jednosmernukomponentu struje rotora, koju smo imali pri simetrinom kratkom spoju, dodaje i ovanaizmenina komponenta. Fiziki gledano ovo je prirodno, jer ne moemo oekivatitrenutan, vepostupan, porast struje.

    Najnepovoljniji sluaj jeste kada se kratki spoj desi u trenutku kada je magetni fluks ukolu najvei, jer je stoga i najvea vrednost jednosmerne komponente struje kratkog spoja,odnosno sledstveno tome i najvea udarna struja kratkog spoja (prvi maksimum strujekratkog spoja).

    Posmatrajmo sinhroni generator u stacionarnom stanju koji se obre sinhronom brzinom.Pobudni namotaj je prikljuen na stalni pobudni napon. Na rotoru postoji amortizacioni(priguni) namotaj koji, u trenutku kratkog spoja obrazuje pored pobudnog namotaja jo

    jedan namotaj po uzdunoj (d-osi).

    Neka se na krajevima statorskog namotaja desi kratak spoj. Kada se analizira kriva strujekratkog spoja uoavaju se tri perioda:

    subtranzitni (poetni, udarni) period, koji traje samo nekoliko perioda i u toku kojegstruja vrlo brzo opada (reaktanse dX i qX , vremenska konstanta dT ),

    tranzitni (prelazni) period, koji traje relativno due i u toku kojeg je opadanje strujeumerenije (reaktanse dX i qX , vremenska konstanta dT ) i

    ustaljeni period u toku kojeg struja ima ustaljenu vrednost (reaktanse dX i qX ,vremenska konstanta dT ).

    Ako se kratak spoj desi u trenutku kada postoji fluks kroz namotaj posmatrane faze, tadase u namotaju kola te faze mora pojaviti i komponenta jednosmerne struje da bi odralafluks na vrednosti pre kratkog spoja. Ona bi ostala stalna da nema omskog otpora te faze.Poto ipak postoji omski otpor ona e se smanjivati sa vremenskom konstantom kojazavisi od odnosa ekvivalentne induktivnosti i omskog otpora namotaja te faze. Najveavrednost jednosmerne komponente struje bie kada se kratak spoj desi u trenutku kada je

    kroz to elektrino kolo fluks najvei.

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    40/49

    40

    U namotajima rotora (namotaju pobude i prigunom namotaju) moraju se pojavitiodgovarajue struje, koje trebaju da podre magnetski fluks, koji je pre kratkog spoja

    postojao u namotajima rotora, usprkos demagnetiuem delovanju struja kratkog spojastatora. Magnetski fluks pre kratkog spoja u pobudnom namotaju je odreen

    induktivnou i strujom pobude, dok je u prigunom namotaju odreen meusobnominduktivnou izmeu pobudnog i prigunog namotaja i pobudnom strujom. Struje uprigunom i pobudnom namotaju u trenutku kratkog spoja naglo porastu, jer one premateoremi o zaleenom fluksu treba da odre konstantan fluks kroz namotaje uprkosdemagnetiuem dejstvu struja statora. Kao to je ve pomenuto, na jednosmerukomponentu struje prigunog i pobudnog namotaja se superponiora naizmeninakomponetna usled jednosmerne komponente stuje kratkog spoja statora Struje prigunog i

    pobudnog namotaja opadaju po eksponencijalnom zakonu. Vremenska konstanta ovihkola je konstantna i odreena odnosom odgovarajuih induktivnosti i otpornosti. Poto jeovaj odnos kod prigunog kola vei nego kod pobudnog kola, opadanje subtranzitne stuje

    je mnogo bre nego tranzitne. Odgovarajue komponente struje namotaja statora opadaju

    istom brzinom.U novom ustaljenom (stacionarnom) stanju struje u pobudnom i prigunom namotajuimaju upravo onu vrednost koju su imale i pre kratkog spoja. Struja u prigunom namotaju

    je u stacionarnom stanju jednaka nuli.

    Momenat konverzije u trenutku kratkog spoja naglo poraste da bi pokrio poveanjepotronje energije. On mnogo bre opada nego struje u fazama statora. Nakon zavretkaprelaznog procesa moment konverzije je nula.

    Analitiki izraz za struju tropolnog kratkog spoja sinhronog generatora je:

    ( ) ( )

    +=

    teXX

    eXXX

    Uti sT

    t

    dd

    T

    t

    ddd

    nadd cos

    11111

    3

    2

    ( )

    +

    +

    tXXXX

    e sqdqd

    T

    t

    a 2cos11

    cos11

    5,0

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    41/49

    41

    d-osa q-osaa) subtranzitno

    stanje

    b)

    tranzitno stanje

    c)

    ustaljeno stanje

    mpsstatorskognamotaja

    Slika 1-37 Magnetski fluks u a) subtranzitnom b) tranzitnom c) ustaljenom stanju

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    42/49

    42

    a)b)

    d)

    t

    e)

    c)

    t

    t

    t

    f)

    t

    t

    0

    0

    0

    0

    0

    0

    Slika 1-38 Krive struja kratkog spoja

    a) struja u prigunom namotaju b) komponenta te struje u namotaju statorac) struja u pobudnom namotaju d) komponenta te struje u namotaju statora

    e) trajna struja kratkog spoja u namotaju statora

    f) rezultantna struja kratkog spoja u namotaju statora

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    43/49

    43

    subtranzitni period

    tranzitni period

    ustaljeno stanje

    anvelopa subtranzitnog perioda

    ekstrapolacija anvelope tranzitnog perioda

    t

    ik

    anvelopa ustaljenog stanja

    0

    Slika 1-39 Simetrina struja kratkog spoja

    sX

    mX rX pdX

    dX dXdX

    Slika 1-40 Ekvivalentno kolo sinhrone maine za analizu tropolnog kratkog spoja

    Legenda: sX - rasipna reaktansa statorskog namotaja, rX - rasipna reaktansa rotorskog namotaja,

    mX - reaktansa meuinduktivne veze statorskog i rotorskog namotaja,

    pdX - reaktansa prigunog namotaja u uzdunoj osi

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    44/49

    44

    Pojave prilikom pojave kratkog spoja ilustrovaemo na primeru sledeeg sinhronoggeneratora:

    KAKANJ

    MVA5,137=nS %200=dx %190=qx %2,90 =x

    kV8,13=nU %21=dx

    %2,15=dx %21=qx %2,152=x

    22 =p s98,00=dT s25,0=aT

    Hz50=f s04,00=dT sprega Y

    Prethodno stacionarno stanje:

    nII 8,0

    =;

    nUU

    = ; 8,0cos

    = .

    Slika 1-41 Struja faze asinhronog generatora u tropolnom kratkom spoju dobijena naosnovu analitikog izraza

    Slike koje slede dobijene su simulacijom tropolnog kratkog spoja programom MATLAB,uz korienje odgovarajueg matematikog modela.

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    45/49

    45

    Slika 1-42 Momenat konverzije u funkciji vremena

    Slika 1-43 Pobudna struja u funkciji vremena

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    46/49

    46

    Slika 1-44 Struja faze au funkciji vremena

    Slika 1-45 Struja faze bu funkciji vremena

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    47/49

    47

    Slika 1-46 Struja faze cu funkciji vremena

    Vrednosti najvanijih reaktansi (relativne vrednosti) i vremenskih konstanti u sekundama

    navedene su u tabeli 1-3.Tabela 1-3 Najvanije reaktanse i vremenske konstante

    Vrsta rotora maine

    Cilindrini rotor(dvopolni)

    Istaknuti polovi,prig. namot

    do p=8

    Istaknuti polovi,prig. namot

    p > 8

    dx 0,100,15 0,140,23 0,150,25

    qx 0,100,15 0,140,26 0,160,28

    dx 0,160,21 0,220,35 0,240,40

    dx 1,42,6 0,81,4 0,751,25

    qq xx = 1,11,8 0,520,90 0,450,80

    [ ]sTd 0,050,10 0,020,08 0,020,08

    [ ]sTd 0,62,0 0,52,5 0,552,5

    [ ]sTa 0,040,25 0,040,25 0,050,25

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    48/49

    48

    1.23 Veliki hidro i turbo sinhroni generatori

    Hidro i turbo sinhroni generatori velikih snaga predstavljaju, uz transformatore velikihsnaga, najvee elektrine ureaje. Jedno od bitnih ogranienja vezano za granine snage

    ovih ureaja jeste i mogunost transporta (npr. "elezniki profil"). Prema potrebi statorgeneratora se transportuje u segmentima.

    Hidrogeneratori velikih snaga se obino postavljaju vertikalno, a hlaenje je kombinovanovoda-vazduh.

    Zbog velike brzine obrtanja i sledstveno velikih mehanikih naprezanja, ogranien jeprenik rotora turbogeneratora. Maksimalna duina maine odreena je elastinimsvojstvima rotora- kritinim brzinama obrtanja i problemima u vezi sa mirnim hodomrotora. Kod jedinica najveih snaga, provodnici se direktno hlade bilo gasom (vodonikom)ili tenou (vodom). U svrhu provere izdrljivosti rotora na poviene brzine, koje semogu pojaviti u radu, sprovodi se ogled s povienom brzinom obrtanja, tzv. ogled"vitlanja. Pre ogleda vitlanja potrebno je statiki i dinamiki izbalansirati rotor.

    Da bi se poveavo naznaeni napon generatora i, s tim u vezi, generator direktnoprikljuio na mreu, bez upotrebe blok-transformatora, umesto klasino izolovanihnamotaja neki proizvoai upotrebljavaju odgovarajue kablove.

    U svetu vedue vreme postoji tendencija gradnje elektrinih maina sa relativno niskimelektrinim i mehanikim gubicima, to u osnovi ima za posledicu poveanje gabarita isledstveno tome, cene.

    1.24 Sinhroni motor

    Kod motora za naizmeninu struju najvie je zastupljen, po znaaju i masovnosti primene,asinhroni motor, a posle njega sledisinhroni motor(slika 1-47). U odnosu na asinhronemaine velikih snaga, bitne prednosti sinhronih motora su bolji stepen iskorienja, i to tone troe reaktivnu energiju (postoji mogunost i proizvodnje reaktivne energije), dok sunedostaci vezani za postojanje pobude i relativno teko putanje u rad.

    M

    M

    M

    +

    pobuda

    L1

    s

    L2L3

    3 ~

    _

    Slika 1-47 Sinhroni motor: a) principijelna ema b) karakteristika momenta

  • 5/24/2018 Sinhrone masine

    49/49

    49

    U savremenoj praksi, najvie su zastupljeni standardni sinhroni motori sa pobudom, zatimsinhroni motori sa permanentnim magnetima i reluktantni sihroni motori (bez pobude).

    Sinhroni motor ima konstantnu brzinu obrtanja koja ne zavisi od mehanikog momenta,ve iskljuivo od uestanosti napajanja i broja pari polova. Zbog ove osobine, podruje

    primene sinhronog motora je ogranieno samo na one pogone u kojima nije potrebnapromena brzine obrtanja. Sinhroni motori se koriste za pogone sa konstantnom brzinomobrtanja, od najmanjih snaga reda jednog vata (asovnici, releji, hronografi), preko snagaod stotinjak vata (fonograf- pogon filmske trake), do desetakMW (pogon kompresora iventilatora). Posebno je interesantan sluaj kada motor radi u praznom hodu, bez elektro-mehanike konverzije, kada se proizvodi reaktivna energija (kompenzator). U takvim

    pogonima rado se upotrebljava zbog njegove znaajne prednosti u odnosu na ostalemotore, sadrane u injenici da moe da proizvodi reaktivnu energiju i time da popravljafaktor snage ( cos ) celog postrojenja.

    U novije vreme, u elektromotornim pogonima napajanim iz pretvaraa energetske

    elektronike, primenjuju se sinhrone maine sa permanentim magnetima, umesto pobudnognamotaja (robotika, alatne maine, servopogoni). Pobuda ovih maina je konstantna iodreena je konstrukcionom izvedbom. Za rad sa promenljivom brzinom potreban je izvornaizmenine struje promenljive frekvencije (pretvaraenergetske elektronike).

    Sa poveanjem mehanikog momenta poveava se elektrini (pogonski) momenatsinhronog motora sve dok se oba momenta u ustaljenom stanju ne izjednae. Pri tome nedolazi do promene brzine, vese jedino menjaju uglovni odnosi izmeu pojedinih obrtnihmagnetopobudnih sila i obrtnih flukseva. Meutim, kod suvie velikog optereenja, oviuglovi postaju toliki da se vie ne moe odrati odrati ravnotea dvaju momenata imaina ispada iz stabilnog rada ("ispada iz koraka").

    1.25 Literatura

    [1]B. Mitrakovi: Sinhrone maine, Nauna knjiga, Beograd, 1986.[2]A. Dolenc: Sinhroni strojevi, Sveuilina naklada Liber, Zagreb, 1976.