SINKRONI STROJEVI -1UVOD U SINKRONE STROJEVE Sinkroni strojevi su rotacijski elektrini ureaji a dijele se na: 1. sinkrone generatore 2. sinkrone motore Sinkroni generatori pretvaraju mehaniku energiju u elektrinu dok sinkroni motori pretvaraju elektrinu energiju u mehaniku. U principu su po konstrukciji jednaki, a ovisno o prikljuku ovisi da li de biti generator ili motor. U praksi se ipak izvode kao generatori ili kao motori. Naziv sinkroni je dobio zbog toga to se elektromagnetske pojave koje se dogaaju na rotoru i statoru vremenski podudaraju.

Grade se sinkroni generatori do snage od 1600 MW a izvode se pokusi i s vedim snagama. Sinkroni generator dobiva mehaniki energiju od svog pogonskog stroja, koji je preko osovine vrsto vezan na osovinu rotora sinkronog generatora. Pogonski stroj moe biti, parna turbina, vodna turbina ili motor s unutarnjim sagorijevanjem. Broj okretaja sinkronog generatora odreen je njegovom konstrukcijom ali tako da konana frekvencija mree bude 50 Hz. Obzirom na tip pogonskog stroja razlikujemo: - brzohodne (turbogeneratore od 1500 i 3000 o/min) - sporohodne (hidrogeneratore 60 do 1000 o/min)

SINKRONI STROJEVI -2KONSTRUKTIVNI ELEMENTI SINKRONOG GENERATORA Sinkroni generatori imaju dva osnovna konstruktivna elementa: mirujudi dio ili stator i rotirajudi dio ili rotor. U jednom dijelu se mora proizvesti magnetski tok, a u drugom su smjeteni vodii u kojima se inducira napon kada ih presijecaju silnice magnetskog polja. Svjejedno je gdje de se staviti uzbudni namot, bilo na rotor ili na stator. Iz praktinih razloga se pokazalo da je magnetski tok proizveden na rotoru mnogo praktiniji od drugaijeg sluaja. Na rotor se dovodi istosmjerna struja iz izvora napona 200V= do 350 V= to na kliznim kolutima (prstenovima) ne izaziva tekode.

Postoji bitna razlika izmeu rotora turbogeneratora (brzohodnih strojeva) i hidrogeneratora (sporohodnih strojeva). Sporohodni strojevi imaju istaknute polove koji se kod brzohodnih generatora ne mogu posatviti jer bi ih centrifugalne sile unitile.

Stator je mirujudi dio stroja napravljen u obliku valjka a satoji se od tri karakteristina dijela: a) kudita b) jezgre ili statorskog paketa c) namota Rotor je uzbudni dio sinkronog stroja. Na njemu je smjeten uzbudni namot kojim prolazi istosmjerna struja i uzbuuje magnetski tok. Obzirom na konstrukciju postoje dvije vrste rotora: a) s okruglim valjkastim rotorom, turborotori ili rotori s neistaknutim polovima b) s istaknutim polovima Obzirom na brzinu vrtnje rotora razlikuju se: a) brzohodni strojevi 750-3000 o/min b) strojevi srednje brzine 300-600 o/min c) sporohodni strojevi s manje od 300 o/min

SINKRONI STROJEVI -3Stator Kuite je vanjski dio sinkronog stroja. Kuite slui kao oklop za zatitu aktivnog dijela stroja. Ono ujedno slui i kao nosa jezgre i namota a kod manjih strojeva kuite nosi cijeli stroj. U tu svrhu je na donjem dijelu proireno i ojaano. Stator brzohodnih strojeva ima oblik uzdunog valjka , tj duina mu je puno veda od promjera. Kod sporohodnih strojeva je promjer je statora velik u odnosu na njegovu duinu.

Statorski paket napravljen je od dinamo-limova debljine 0,35 do 0,5 mm. Dinamo limovi se izrauju (tancaju) u obliku prstena, tako da na unutranjem dijelu imaju nazubljen rub, koji slui pri slaganju limova kao utor u koji se slau namoti. Namot statora se izvodi od bakrenih vodia. Utori mogu biti poluzatvorenog ili otvorenog tipa pa se oni ubacuju u utore usipavanjem ili ivanjem.

Rotor Turborotor je rotor s neistaknutim polovima uzdu kojeg su napravljeni utori za smjetaj uzbudnog namota. Redovito se izvodi kao dvopolni a rjee kao etveropolni. Rotor turbogeneratora mora biti savreno graen jer radi pod nepovoljnim uvjetima (velike brzine rotacije i velike centrifugalne sile te velika naprezanja. Rotor s istaknutim polovima se satoji od tri osnovna dijela: a. magnetski polovi I. polni nastavak (magnetsko stopalo, polna papua) II. jezgre magnetskog pola III. uzbudnog namota b. magnetski vijenac c. zaglavak s osovinom

SINKRONI STROJEVI -4NAELO RADA SINKRONOG STROJA Elementi sinkronog stroja su: a) stator s armaturnim namotom b) rotor s magnetskim polovima c) izvor istosmjerne struje Protjecanjem istosmjerne struje kroz rotorski namot dobivamo elektromagnet stalne vrijednosti i orijentacije. Prema tome su magnetski polovi rotora elektromagneti. Dva pola uvijek ine par: sjeverni i juni pol.

Na slici je prikazan shematski turbogenerator s uzbudnim namotom turborotora , te s kliznim kolutima (prstenima), etkicama i izvorom istosmjernog napona. Silnice magnetskog toka izlaze iz rotora na sjevernom polu (N), prolaze kroz zrani raspor i ulaze u aktivni dio statora (armaturu), granaju se lijevo i desno (na svaku stranu odlazi polovica magnetskog toka), te ispod junog pola (S) ulaze natrag u rotor. Na svom putu u statoru, magnetski tok je ulanio (zatvorio u svoj krug) gotovo sve vodie armaturnog namota. Na slijededoj slici prikazan je magnetski tok hidrogeneratora koji na slian nain ulanuje vodie armaturnog (statorskog kruga).

U trenutku mirovanja stroja magnetski tok je stalan jer je i struja koja ga je inducirala stalna. Miruje rotor, miruju naravno vodii unutar statorskog namota, te nema niti nikakvog elektrinog djelovanja unutar tih vodia. Otvore li se u jednom trenutku zasuni za protok pare u turboelektrani ili vode u hidroelektrani, lopatice ili propeleri de se pod mehanikim utjecajem poeti okretati te de svoj mehaniki rad prenositi i na osovinu rotora koja de s poeti okretati. S rotorom se okredu i njegovi polovi, a s polovima rotira i magnetsko polje, a magnetsko polje presijeca vodie armaturnog (statorskog) namota te u njima inducira EMS. Dakle da bi se inducirao napon u armaturnom namotu, potrebno je stvoriti uvjete da uzbueni tok rotira i presijeca vodie armaturnog namota. Oblik induciranog napona. Inducirani napon u izmjeninom stroju je izmjenian, sinusoidalnog oblika. Prema slici demo pretpostaviti da postoje samo dva utora na statoru u koja je smjeten samo jedan zavoj. Kada ispred

SINKRONI STROJEVI -5vodia I prolazi pol N, istodobno ispred vodia II prolazi pol S. U oba vodia se induciraju naponi koji se potpomau.

Prolaskom jednog para polova ispred vodia jednog zavoja, inducirat de se u zavoju napon, koji ini puni val sinusoide (3600 elektrinih) to ini jednu periodu sinusnog val, za jedan puni okretaj rotora. Za jedan puni okretaj jednog para polova (p=1) inducira se jedna perioda napona. Ako stroj ima 4 pola, tj. dva para polova (p=2) inducirat de se dva puna vala sinusnog napona, to ini dvije periode. Za etveropolni stroj moe se napisati: 1 okretaj rotora 2 periode p perioda 2 okretaja rotora 4 periode 2p perioda 3 okretaja rotora 6 perioda 3p perioda -1 Ako stroj rotira brzinom n min , a ima p pari polova, onda za jedan puni okretaj rotora (n=1) inducira p perioda: n okr/min p n perioda Poznato je da je frekvencija f jednaka broju perioda u sekundi induciranog napona. Frekvencija ili broj perioda u sekundi je ezdeseti dio perioda u minuti pa se moe pisati: f = p n/60 [Hz] Isto tako moemo postaviti i broj okretaja iz gornjeg izraza: n =60 f/p [min-1] ili izraz za broj pari polova: p = 60 f/n

U trofaznom stroju nalaze se na statoru tri fazna armaturna namota. Namot jedne faze nije usredotoen na jednom mjestu, ved je rasporeen u vie skupina utora meusobno razmaknutih za odreeni kut, a i namot pojedinih faza meusobno je pomaknut za odreeni kut. Kod dvopolnog stroja (jedan par polova), namot svake od triju faza prostorno je pomaknut za 1200, u ta tri namota induciraju se tri fazna napona izmjenina i sinusoidalnog oblika, pomaknuta jedna prema drugom za 1200.

SINKRONI STROJEVI -6NAMOTI STROJEVA IZMJENINE STRUJE U ovom poglavlju govorit de se o armaturnom namotu sinkronih strojeva dakle o namotima statora. Armaturni namot sinkronih strojeva odnosi se isto tako na namot i asinkronih strojeva koji se kasnije nede posebno razmatrati. Namot strojeva izmjenine struje predouje se 1. razvijenom shemom (najedi sluaj jer je preglednija) 2. eonom shemom Razvijena shema se dobije tako da se imaginarno stator razree du jednog zuba i razvije u ravninu. SVITAK Namot se sastoji od svitaka, koji se ulau u utore. Jedan svitak moe imati jedan, dva ili vie zavoja. Kod svakog svitka, bez obzira koliko zavoja imao, razlikuju se dva osnovna dijela: 1. aktivni dio koji je uloen u utor (naziva se jo i strana svitka) 2. neaktivni dio koji lei izvan utora Dakle svaki svitak ima dvije aktivne i dvije neaktivne strane. Ponavljamo, aktivni dio uloen je u utor. irina svitka mora biti takva da jedna strana lei pod jednim polom, a druga strana pod suprotnim polom, jer se u tom sluaju inducirani naponi (EMS) s objema aktivnim stranama meusobno potpomau. irina svitka naziva se jo i korak svitka i oznauje s Y. Razmak magnetskih polova se oznauje s . Uobiajeno je da se razmak izmeu strana svitka oznauje u elektrinim stupnjevima. Elektrini i geometrijski stupnjevi vezani su relacijom:

e1 =p geomTako naprimjer sinkroni generator s dva pola, odnosno s jednim parom polova, ima elektrine stupnjeve jednake geometrijskim. Ako strane svitka moraju leati pod dva susjedna raznoimena pola, to znai da i strane svitka zatvaraju kut od 1800 el.

SINKRONI STROJEVI -7PODJELA NAMOTA I OZNAAVANJE STEZALJKI Prema osnovnoj podjeli namoti mogu biti: 1. namoti sa svicima 2. tapni namoti 3. specijalni namoti Dalja podjela namota (nama u razumijevanju elektrinih strojeva - mnogo bitnija) 1. jednofazan namot (ako je stroj graen za pogon na jednoj fazi, tada stator ima namot samo jedne faze, pri emu ne moraju svi utori biti ispunjeni) 2. dvofazan namot rjee se upotrebljava , a ispunjava obino sve utore u statoru 3. trofazni namot je najvaniji, pogotovo kod sinkronih generatora, jer se najvie upotrebljavaju. Namot svih triju faza treba smjestiti u utore statora, a pri tome treba ispuniti niz uvjeta: a. korak svitka treba biti priblino 1800el. b. u utorima izmeu dva raznoimena susjedna pola trebaju biti smjetene strane svitka od sva tri fazna namota c. svitak mora biti tako smjeten da se inducirani naponi meusobno potpomau u stranama svitka i u cijelom namotu jedne faze Zbog toga je izrada trofaznog namota sloen posao. Prema irini svitka, odnosno veliini koraka namatanja namot moe biti: 1. dijametralni namot (jedna strana svitka u utoru je pod jednim polom, a druga strana svitka u utoru pod susjednim suprotnim polom 2. namot sa skradenim korakom (kod tetivnog namota irina svitka je skradena, tj korak namatanja Y manji je od polnog koraka odnosno manji od 1800 el. Skradenje se vri zato da se smanje ili ponite vii harmonici i da se utedi na duini vodia.

Prema broju svitaka u utoru razlikuje se: 1. jednoslojni namot (svitak jednom svojom stranom ispunjava cijeli utor) 2. dvoslojni namot

SINKRONI STROJEVI -8Prema obliku svitka namot moe biti 1. namot sa svicima jednakog oblika 2. namot sa svicima nejednakog oblika

Prema broju utora na pol i fazu namot moe biti: 1. namot s cijelim brojem na pol i fazu 2. razlomljeni namot Na stranici 5 slika II.4.7 prikazan je namot s cijelim brojem utora na pol i fazu. Vidi se da jednu fazu i jedan pol pripadaju 3 utora. Oznai li se sa: Nu Ukupni broj utora pbroj pari polova qbroj utora po polu i fazi mbroj faza tada se pomodu relacije Nu = 2 p q m moe lako izraunati broj utora. Razlomljeni namot je namot kod kojeg je q razlomljeni broj (4/5, 3/2, 8/9 i sl.) Redovito se razlomljeni namot izvodi kao tetivni, tj. sa skradenim korakom. Razlomljeni namot se koristi kod sinkronih strojeva. OZNAKE STEZALJKI NAMOTA SINKRONIH STROJEVA Prema IEC, poetak uzbudnog namota spaja se na stezaljku s oznakom F1 a zavretak na stezaljku F2. Stezaljke trofaznog statorskog (armaturnog) namota oznaavaju se: 1. faza poetak U1 zavretak U2 2. faza poetak V1 zavretak V2 3. faza poetak W1 zavretak W2 Primjer: Nacrtati razvijenu shemu trofaznog jednoslojnog namota sa svicima jednakih oblika i dijametralnim korakom, ako je zadano p = 2; q = 2. Rjeenje: Nu = 2 p m q = 2 x 2 x 3 x 2 = 24 utora Y = = m x q = 3 x 2 = 6 zubnih razmaka Neka se prvo ulau svici faze U. Broj utora na pol i fazu iznosi q = 2, a to znai da za fazu U od prvog polnog koraka mogu biti samo 2 utora, i isto toliko za fazu V i fazu W. Bududi da je zadan jednoslojan namot, ispod svakog pola dolaze po dvije strane svitka za svaku fazu. Korak svitka namota je 6 zubnih razmaka; a to znai: ako se jedna strana svitka faze U uloi u utor 1, druga strana svitka ulazi u utor 7, a od drugog svitka faze U prva strana dolazi u utor 2, a druga u utor 8. Izmeu ova dva svitka ostali su slobodni utori 3, 4, 5 i 6. U njih dolaze strane svitke ostalih dviju faza V i W.

SINKRONI STROJEVI -9Poznato je da je faza V pomaknuta u odnosu na fazu U za 1200 el, pa taj kut treba odrediti i na obodu statora. To de se odrediti tako da se odredi elektrini kut, koji otpada na jedan utor, a taj kut se izraunava pomodu formule: = 360 x p/Nu = 720 /24 = 300 el (kut jednog utora) Ako je dakle kut koji dolazi na jedan utor 300 el, onda kut od 1200 el ine 4 utora. Kako je kut to otpada na utor ujedno i kut zubnog razmaka, poetak faze V nae se tako da se od poetka faze U odbroje 4 zubna razmaka, pa se tako doe u utor 5. Faza V zauzima utore 5 i 6 pod prvim polom i utore (5+6=11, 6+6=12) 11 i 12 pod drugim polom itd. Prema razvijenoj shemi moe se napraviti tablini prikaz namota, kao to je prikazano u tabelo.

SPOJEVI ARMATURNOG NAMOTA Spoj u zvijezdu Spoje li se krajevi armaturnog trofaznog namota U2, V2, W2 zajedno u zvjezdite na jednu stezaljku, a poeci namota U1, U2, W2 na posebne stezaljke dobit de se spoj namota u zvijezdu. Zvjezdite namota jo se zove neutralna toka ili nul toka, a oznauje se slovom N. U spoju zvijezda vrijedi: Ifazno = Ilinijsko Ulinijsko = 31/2 Ufazno Spoj u trokut Kao i kod transformatora i ovdje se spoj u trokut dobije ako se stezaljka poetka jednog faznog namota spoji sa stezaljkom zavretka drugog faznog namota (U1W2, V1U2, W1V2). U spoju trokut vrijedi: I linijsko = 31/2 I fazno U linijsko = Ufazno

SINKRONI STROJEVI - 10 VELIINA INDUCIRANOG NAPONA U SINKRONOM GENERATORU Inducirani napon u jednoj strani jednog zavoja, uzrokovan presijecanjem magnetskih silnica, moe se izraziti izrazom za efektivnu vrijednost induciranog napona: e=Blv gdje je B efektivna vrijednost magnetske indukcije, l duina vodia, v brzina presijecanja vodia magnetskih silnica. Efektivna vrijednost magnetske indukcije dobije se prema iz izraza

gdje je Bm srednja vrijednost magnetske indukcije, a prema slici (raspodjela magnetske indukcije u zranom rasporu)

Pri izraunavanju induciranog napona uzima se, umjesto magnetske indukcije B, ukupni proizvedeni magnetski tok po polu koji se izraunava po formuli = Bm S = Bm l gdje je Bm [T] srednja vrijednost indukcije pod polom l [m] duina aktivnog dijela statora [m] polni korak Brzina v moe se izraunati pomodu:[m/s]

gdje je D unutarnji opseg armature n [min-1] sinkrona brzina [okretaji/min]

Uvrste li se izvedene veliine u osnovnu jednadbu dobije se veliina induciranog napona u jednom vodiu.

Inducirani napon u cijelom zavoju dijametralnog namota iznosi dvostruko:

SINKRONI STROJEVI - 11 ako je u jednoj fazi N zavoja, tada je kod dijametralnog namotasa samo jednim utorom (q = 1) po polu i fazi inducirani napon: Postavlja se pitanje koliki je inducirani napon kada na pol i fazu dolazi vie od jednog utora, tj. kada je q > 1, te kada korak namota nije dijametralan ved tetivan? Napon je manji od napona koji se dobije po gornjoj formuli iz dva razloga: 1. zbog prostorne razdiobe namota po armaturi (kod trofaznih strojeva je taj napon kada su ispunjeni svi utori: Kr - faktor razdiobe namota koji iznosi Kr=0,955) 2. zbog skradena koraka namota gdje je /2 kut dobiven iz fazorskog odnosa tetivnog induciranog napona i dijametralnog dvostrukog namota prema slici.

Tako na kraju moemo dobiti konani oblik induciranog napona za q > 1 i za Y < : faktor namota onda moemo pisati:

ako se uzme da je

gdje je

ili

SINKRONI STROJEVI - 12 POGONSKA STANJA SINKRONIH GENERATORA Kao i kod transformatora, tako de se i kod sinkronog stroja promatrati njegovo ponaanje u slijededim stanjima: 1. prazni hod 2. opteredenje 3. kratki spoj Prazni hod sinkronog stroja Sinkroni stroj radi u praznom hodu onda kada se uzbude magnetski polovi, rotor zarotira pogonskim strojem, a na stezaljke armaturnog namota nije prikljuen nikakav teret (troilo). Tada de se u armaturnom namotu inducirati napon sinusoidalnog oblika po formuli E = 4,44 f N gl Kn gdje je f - frekvencija N - broj zavoja armaturnog namota po fazi gl - uzbudni tok magnetskih polova Kn - faktor namota Moe se uzeti da je umnoak 4,44 f N Kn= K K je konstanta stalne vrijednosti pa se formula za inducirani napon moe pisati E = K gl Veliina induciranog napona razmjerna je dakle s glavnim magnetskim tokom. Kako de se mijenjatio tok tako de se mijenjati i inducirani napon. A veliina glavnog magnetskog toka ovisi o uzbudnoj struji I1, o broju zavoja uzbudnog namota, o zranom rasporu, o dimenzijama armature i rotora, te o magnetskim svojstvima materijal.

Pravac predstavlja karakteristiku praznog hoda koja bi se dobila kada bi se pretpostavilo da je eljezo idealni vodi i da se sva uzbudna struja troi na svladavanje zranog otpora koji prua zrani raspor prolasku magnetskog toka. Kako meutim eljezo nije idealna vodi magnetskog polja, tako je i za svladavanje otpora u eljezu potrebna neka uzbudna struja, pa je zato karakteristika praznog hoda dobila oblik krivulje. Optereenje sinkronog stroja Ako se na stezaljke generatora koji radi u praznom hodu prikljui neki teret (elektrino troilo), kroz armaturni namot potedi de struja I2 prema troilu pa se kae da generator radi pod opteredenjem. Zbog toga to je u sinkronom generatoru potekla struja I2 , u sinkronom generatoru nastaju velike promjene u odnosu na stanje koje je vladalo u praznom hodu. Kada se generator optereti, napon na njegovim armaturnim stezaljkama se mijenja , i to uglavnom iz dva razloga:

SINKRONI STROJEVI - 13 1. zbog pada napona u armaturnom namotu 2. zbog reakcije armature 1. Pad napona u armaturnom krugu Uzbudnu struju I1 nazovimo primarnom strujom, a uzbudni namot primarni namot. Armaturni namot (statorski namot), nazovimo sekundarni namot, a struju I2 sekundarnom strujom. Napon na stezaljkama generatora nazovimo U2, dok inducirani napon oznaimo s E. Prema tim oznakama se fazorski dijagram sekundarnih struja i napona predouje donjom slikom. U sluaju da nema troila bio bi U2=E. Kut 2 je fazni pomak izmeu opteredenja i napona U2, a odreen je vrstom opteredanja (radno, induktivno, kapacitivno).

2. Reakcija armature Pri opteredenju generatora na promjenu napona stezaljki utjee i reakcija armature. Struja opteredenja I2 pri prolazu kroz armaturni tok, stvara magnetski tok koji se naziva armaturni tok, a oznauje se s A . U generatoru kod opteredenja postoje dakle dva toka, uzbudni tok, koji se stvara u magnetskim polovima gl i armaturni tok A. Smjer magnetskog toka A u odnosu na smjer prolaza struje I2 prikazan je za jednu fazu na slici II.7.8. Magnetski tok A moe zauzeti razne poloaje u odnosu na gl . Moe imati isti smjer, moe biti suprotan po smjeru ili zauzeti neki poloaj izmeu ovih dvaju.

Rad stroja kao generatora (zato se rotor tee okree kada je generator prikljuen na troila) Djelovanjem pogonskog zakretnog momenta (uzrokovanog pogonskom turbinom), rotor se iz svog poetnog poloaja zakrede u smjeru vrtnje. Zakretanju rotora u smjeru vrtnje suprotstavlja se moment opteredenja statora (na koji su prikljuena troila) koji nastoji to zakretanje, kroz okretni elektromagnetski moment, vratiti rotor u prvobitni poloaj. On dakle rotor koi. to je vede opteredenje troila, dakle veda statorska (armaturna struja), to je vedi elektromagnetski moment koji eli rotor vratiti natrag. Dakle zahtjev za vedom elektrinom potronjom troila ima za posljedicu vedu potranju okretnog momenta

SINKRONI STROJEVI - 14 turbine koja djeluje na rotor generatora kako bi broj okretaja i napon na stezaljkama statora bio isti (nominalan). DETALJNIJE: Neka se na elektrinu mreu koju napaja generator ukljui neko troilo. Troilo treba elektrinu energiju i neka mu je snaga: Struja koju generator daje troilu, u generatoru narui ravnoteu stroja, koja se manifestira u smanjenju napona i brzine vrtnje. Automatski proces koji je zaduen za odravanje sinkrone brzine i frekvencije te izlaznog napona U2 djeluje u istom trenutku, kada se u generatoru pojave novi zahtjevi za vedom energijom, pa se pogonskom stroju, kroz sustav automatske regulacije, pojaa dovod mehanike energije (vedi zakretni moment Mpog) i podesi uzbudu, kako bi se uspostavilo stabilno stanje (isti napon i frekvencija). Zahtjevi se sa statora na rotor prenose elektromagnetskim putem. Struja u namotu statora stvara statorski okretni moment koji se na principi akcije-reakcije prenosi na rotor kao elektromagnetski okretni moment. On ima smjer suprotan vrtnji rotora i koi ga, to aktivira automatski regulirani proces za dovoenjem mehanike energije pogonskom stroju. Sinkrona reaktancija Pri opteredenju sinkronog stroja, u njegovom armaturnom naponu, dolazi do pada napona. To se oituje na stezaljkama generatora, gdje se napon U2 mijenja s promjenama opteredenja. Dva su razloga promjene napona: 1. pad napona u namotu armature zbog omskog otpora R2 i reaktancije induktivnog otpora X2 nastalog zbog rasipanja armaturnog toka A(UA1=I2R2-jI2X2). 2. pad napona zbog reakcije armature. Zbog reakcije armature dolo je do pada napona u armaturnom namotu, a to znai da je u armaturi prisutan i dodatni otpor reaktancija XA, na kojem se troi dio induciranog napona (UA2=-jI2XA) U armaturi dakle postoje dvije reaktancije, reaktancija zbog rasipnog toka X2 i reaktancija reakcije armature XA. Te dvije reaktancije ine jednu zajedniku koja se zove sinkrona reaktancija (XS). XS = X A + X2 Sinkrona reaktancija (XS) je veliina koja se za svaki stroj utvruje u tvornici, te se kao vaan karakteristian podatak pridruuje ostalim vanim podacima koji prate svaki generator kod izlaska iz tvornice. Ona se u listu podataka unosi kao relativna veliina xS%. Opdenito se uzima da je:

Iz ega slijedi Za turbogeneratore p = 1 XS=(1,9 -2)*100 Za hidrogeneratore XS=(0,65-1,2)*100

SINKRONI STROJEVI - 15 Kratki spoj sinkronog generatora Kratki spoj sinkronog generatora nastaje kada u blizini stezaljki armaturnog namota doe do spoja izmeu vodova faznih namota U1, V1, W1 ili na izlaznim prikljunim trofaznim vodovima L1, l2, L3. To je kratki spoj u pogonu i za sam generator je vrlo opasan i razarajudi. Zato se generator titi od takvih sluajeva posebnim specijalnim zatitinim ureajima, koji u najkradem mogudem vremenu neuatraliziraju djelovanje struja kratkog spoja. Kao prvo potrebno je struju uzbude I1 smanjiti na nulu. Pokus kratkog spoja Pokus kratkog spoja se radi prema datoj shemi. Stezaljke armaturnog kruga kratko se spoje s ampermetrima. Ampermetar se postavlja i u uzbudni rotorski krug. Stroj se zarotira na sinkronu brzinu ns i tada se uzbudna struja poinje preko regulatora polako podizati. Kroz armaturni namot tee struja, pa se oitane vrijednosti unose u tablicu. Kada ampermetri pokau da tee nazivna struja, pokus je zavren. Struja pokusa krtkog spoja I2K jednaka je nazivnoj struji I2N generatora. I2K = I2N

Stezaljke su kratko spojene pa je U2 = 0. U armaturi tee nazivna struja, a da bi ona mogla tedi u armaturnom namotu se mora inducirati neki napon E0. Taj napon se potroi na unutarnjem otporu armature. Karakteristika kratkog spoja U kratkom spoju generatora nema magnetskog zasidenja jezgre generatora, ili je zasidenje jezgre vrlo malo, pa je karakteristika kratkog spoja pravac koji prolazi kroz ishodite, kao to je prikazano slikom. Karakteristika kratkog spoja je pravac, to znai da je kod kratkog spoja generatora, struja keratkog spoja razmjerna s uzbudnom strujom I1. Zbog toga je vrlo vano, kod kratkog spoja kao kvara u pogonu, kada su struje kratkog spoja vrlo velike, uzbudnu struju smanjiti na nulu.

Znaaj podataka o kratkom spoju Ovdje su vane dvije injenice:

SINKRONI STROJEVI - 16 1. struja kratkog spoja I2K = I2N omogudava utvrivanje gubitaka u generatoru kod opteredenja nazivnom strujom uz U2 = 0, te otpora R2 armaturnog namota kod I2N 2. karakteristike kratkog spoja omoguduju da se grafikom metodom odrede sinkrone reaktancije. Mogu se odrediti: a. X2 veliina rasipne reaktancije b. XA reakcije armature c. padovi napona na gornjim reaktancijama kod nazivne struje I2N i cos=0 d. odreivanje uzbudne struje I1 za struju I2N za nazivno opteredenje generatora ili bilo koje drugo realno opteredenje SINKRONI GENERATOR U ELEKTROENERGETSKOM SUSTAVU Paralelni rad generatora Dva ili vie generatora rade paralelno ako su spojeni na zajednike sabirnice. Rad preko zajednikih sabirnica ostvaruje se u samoj elektrani. Elektrana se ukljuuje u paralelan rad ako se spoji na mreu na koju su spojene druge elektrane u jedinstveni elektroenergetski sustav. Pri paralelnom radu iskljuenje pojedinih generatora radi revizije ili popravaka ne naruava stabilnost sustava i sigurnost napajanaja. Sustav je stabilan, stalnog napona i frekvencije, pa se u literaturi naziva krutim sustavom ili krutom mreom. Uvjeti za paralelan rad generatora 1. Napon generatora koji se prikljuuje u paralelan rad mora biti jednak naponu mree na koju se prikljuuje 2. Napon generatora mora imati istu frekvenciju koju ima i napon mree. tj. generator se ne smije prikljuiti na mreu u paralelan rad dok nije postigao sinkronu brzinu. Razlika u frekvenciji izaziva mehaniki udar, koji ima za posljedicu jako mehaniko naprezanje na rotoru pogonskog stroja 3. Naponi generatora i mree moraju biti istofazni (ne smije biti faznog pomaka) 4. redoslijed faza generatora i mree mora biti jednak. U protivnom dolazi do razarujedeg strujnog udara. Kada su ispunjeni svi ovi uvjeti , kae se da je generator sinkroniziran, a sam postupak ukljuivanja generatora u paralelan rad naziva se sinkronizacija. Sinkronizacija Kada se generator eli ukljuiti u paralelan rad, potrebno je njegov rotor zarotirati na sinkronu brzinu, a zatim se polako povisuje uzbuda. Na stezaljkama de se pojaviti izmjenini napon koji se moe mjeriti voltmetrom, no generator se ne smije ukljuiti u mreu sve dok nisu ispunjeni i ostali uvjeti. Postoje razne naprave pomodu kojih se moe odrediti jesu li ispunjeni svi uvjeti. Najjednostavnije naprave su sinkronizacijske arulje koje se mogu spojiti u tamni spoj i svijetli spoj. Danas se za sinkronizaciju koristi ureaj sa sikronoskopom, dvostrukim voltmetrom i dvostrukim frekvencometrom. Za sinkronizaciju generatora velikih snaga koriste se poluautomatski ureaji, a u najsloenijim postrojenjima, potpuno automatski ureaji. Tamni spoj Sve dok naponi nisu potpuno jednaki, arulje trajno svijetle. Podeavanjem uzbudne struje generatora postie se jednakost napona generatora i mree. Kada se postigne jednakost napona, arulje ne svijetle trajno ved se as pale, a as gase u dosta brzom ritmu. To znai da frekvencija generatora i mree nije ista. Podeavanjem brzine vrtnje generatora postie se jednakost frekvencija i istofaznost napona. U tim trenucima ritam paljenja arulja je sve sporiji sve dok se vie ne pale. Tada je postignuta sinkronizacija i generator se moe pustiti u rad sustava. Ako se arulje tijekom sinkronizacije pale i gase istodobno, onda je redoslijed faza ispravan, a ako se pale i gase naizmjence, onda je redoslijed faza neispravan te se dva dovoda moraju meusobno zamijeniti. Svijetli spoj

SINKRONI STROJEVI - 17 Kod svijetlog spoja se dvije arulje za svijetli spoj spajaju u kri prema slici, a treda u tamni spoj. Ako ih se postavi u krug ima se dojam da se svjetlo vrti u krug. To se dogaa sve dok ne doe do sinkronizma. Kad svjetlo prestane rotirati, arulja prikljuena u tamni spoj ostaje tamna, a one prikljuene u svijetli spoj izrazito svijetle. U tom trenutku postignuta je sinkronizacija i generator sa sklopkom je spreman za ukljuenje u mreu.

Sikronizacija pomodu ureaja za sinkronizaciju Kod ove vrste sinkronizacije upotrebljavaju se dvostruki volmetar, dvostruki frekvencometar, sinkronoskop i arulja. Sinkronoskop usporeuje brzinu generatora u odnosu na sinkronu brzinu a takoer i fazni pomak linijskog napona mree i generatora. U postrojenjima s daljinskim upravljanjem moe se primjeniti poluautomatska ili automatska sinkronizacija.

JEDNOFAZNI SINKRONI GENERATOR Konstruktivna izvedba jednofaznog sinkronog generatora je ista kao i izvedba trofaznog. Razlika je samo u statorskom ili armaturnom namotu, jer jednofazni generator ima samo jednofazni namot smjeten u 2/3 utora. Jednofazni sinkroni generatori se grade za frekvencij Hz, 25 Hz a u novije vrijeme i za frekvenciju od 50 Hz. Jednofazni generatori s niom frekvencijom imaju manji broj pari polova i vedi polni razmak. Brzina im je meutim sinkrona

Jednofazni sinkroni generatori rade jednako kao i trofazni generatori. Prisilnim okretanjem uzbuenog rotora u statorskom namotu inducira se jednofazni napon, koji se moe izmjeriti na stezaljkama generatora. Primjena jednofaznih generatora Najede se koriste za proizvodnju jednofazne struje Hz, 25 Hz za vuu elktrinih eljeznica. Kao to je poznato, kontaktna mrea je jednofazna, pa su redovito jednofazni i izvori iz kojih se napaja.

SINKRONI STROJEVI - 18 Smanjena frekvencija uzima se u elektrovui zato to kolektorski motori izmjenine struje, koji slue za pogon lokomotiva, kod smanjenih frekvencija rade mnogo sigurnije. KORISNOST SINKRONIH GENERATORA Ukupni gubici za sinkroni generator iznose: Pg = Ptr+v+Pb+Par+Pas+Pd gdje su Ptr+v gubici uslijed trenja i otpora zraka Pb snaga potroena zbog uzbudnog stroja ako je na istoj osovini Par gubici u aktivnom dijelu rotora Pas gubici u aktivnom dijelu statora Pd dodatni gubici (oko 0,5% privedene snage rotoru) Korisnost dobit de se ako se aktivna mrei predana snaga P podijeli aktivnom primljenom snagom P1. Korisnost se krede oko 0,95 tj 95% to znai da na gubitke otpada oko 5%. Kod velikih generatora je jo povoljniji. SINKRONI MOTOR Sinkroni stroj moe raditi kao generator ako mu se na rotor dovodi preko osovine mehanika energija, a moe raditi kao motor ako mu se na stator dovodi elektrina energija. Po konstrukciji su identini. Rad sinkronog motora je jednak kao i sinkronog generatora, ali itav proces treba promatrati obrnuto. Motor se prikljuuje na elektrinu mreu odgovarajudeg napona i on iz te mree uzima elektrinu energiju i pretvara je u mehaniku. Sinkroni motor rotira sinkronom brzinom, a to znai da ga treba sinkronizirati s mreom na koju se prikljuuje. To se moe raditi na tri naina: 1. asinkronim zaletom (ima ugraen kavezni rotor pored uzbude koja ga dovodi blizu sinkrone brzine i tada motor uskoi u sinkronizam) 2. pomodu naponsko/frekvencijskog pretvaraa (izvor napajanja kojim podiemo frekvenciju i napon do nazivne vrijednosti i tada ga prekapamo na mreu) 3. pomodu posebnog zaletnog asinkronog motora Primjena sinkronih motora Pored velikog nedostatka ispadanja iz sinkronizma pri preopteredenju, sinkroni motor ima velikih prednosti jer ga se moe koristiti za snage od nekoliko vata pa ak preko 40 MW i za napon od 15000 V. Primjenjuje ga se i tamo gdje je potrebna stalna brzina bez obzira na iznos opteredenja u nazivnim granicama (tvrda mehanika karakteristika). Sinkroni kompenzator Sinkroni kompenzatori su posebna vrsta sinkronih strojeva koji rade bez pogonskog stroja. Ne koriste se za elektromehaniku pretvorbu energije, ved za opskrbu elektroenergetskog sustava jalovom energijom. Grade se za snage do 200.000kVA sa 6 ili 8 istaknutih polova. U elektrinoj distributivnoj mrei postoji mnogo potroaa koji osim radne snage trebaju i jalovu snagu (transformatori, motori, dalekovodi). Prevladava induktivna komponenta opteredenja to znai da u mrei kojom se energija prenosi od izvora (elektrane-generatora) do mjesta potronje, ima uz radnu i mnogo jalove induktivne struje.Ako mreu elimo odteretiti jalove struje koristimo sinkrone kompenzatore u naduzbuenom stanju. Naime ako sinkroni kompenzator promatramo kao motor, to on u stvarnosti i jest, tada je on troilo kapacitivne struje Ic. Tako se sinkroni kompenzator na krutoj mrei ponaa kao veliki kondenzator koji od izvora vue kapacitivnu struju. Sada moemo lako predoiti da kapacitivna komponenta struje moe ponititi induktivnu komponentu struje, pa je mrea od izvora do troila osloboena jalove komponente struje, te se oslobodio prostor za vedu djelatnu komponentu struje, ime se cos, faktor snage mree, znatno popravio.

Faktor snage cos = IR/I je odnos izmeu djelatne (IR) i ukupne struej (I) u prijenosnom vodu. On de to biti bolji to je ukupna struja blia djelatnoj. Kada je IR = I tada je cos=1.