Generatorul sincronPrinciupiul de functionare

Generatorul sincron trifazat prezinta caracteristici extrem de convenabile pentru producerea energiei electrice de curent alternativ si reprezinta solutia general acceptata de constructorii de centrale electrice si de sisteme electro- energetice.

Dupa natura masinii primare care furnizeaza energie mecanica întâlnim: diesel-generatoare, turbo-generatoare, hidro-generatoare.

Principiul de functionare al generatorului sincron În regim de generator masina sincrona transforma energia mecanica

primita pe la ax de la un motor primar în energie electrica debitata prin stator într-o retea de curent alternativ.

Sa presupunem o masina sincrona cu poli înecati (fig.3) al carei rotor este excitat cu un curent continuu Ie avand un numar de Ne spire, si este rotit din exterior cu viteza unghiulara Ω1 Se obtine astfel un câmp magnetic inductor învârtitor pe cale mecanica, al carei armonica fundamentala are expresia:

cu)cos( 11 tpBB m

feem

kINB 0

Generatorul sincronPrincipiul de functionare

Fata de infasurarea statoric vor rezulta fluxurile si respectiv t.e.m.

Dacă înfăşurarea statorică a generatorului este legată la reţea sau alimentează un consumator simetric echilibrat, atunci vor rezulta curenţi prin aceasta şi respectiv un câmp de reacţie al acestora.

Cele două câmpuri (inductor şi de reacţie) se învârt cu aceeaşi viteză şi se compun dând un singur câmp rezultant care depinde de natura sarcinii generatorului

Generatorul sincronEcuatiile de functionare

Generatorul sincronEcuatiile de functionare

In cazul masinilor sincrone foarte mari ( peste 1000kW) se poate neglija rezistenţa înfăşurării în raport cu reactanţa R>>Xs, şi atunci: se XIjUU 0

Generatorul sincronScheme echivalente

Shema echivalenta pentru generatorul sincron cu poli inecati a) b)

Schemele echivalente pentru generatorul sincron cu poli aparenti: a)axa longitudinala; b)axa transversala

Generatorul sincronFunctionarea in paralel cu reteaua

Cuplarea la retea a generatorului sincron: a) - metoda sincronizarii fine ( se aplica generatoarelor si compensatoarelor

sincrone in conditii normale); b) - metoda autosincronizarii ( se aplica motoarelor sau compensatoarelor

pornite in asincron si generatoarelor sincrone in regim de avarie). a) Conditia de baza: curentul la cuplare sa fie nul

adica:1) aceeasi succesiune a fazelor generatorului cu cu fazele retelei;2) frecventa tensiunilor generatorului sa fie aceeasi cu frecventa tensiunilor retelei;3) tensiunile efective ale generatorului sa fie egale cu cele ale retelei;4) In momentul cuplarii defazajul intre tensiunea retelei si cea a generatorului trebuie sa fie nul

s

e

jXR

UUI

0 UU e 0

Generatorul sincronFunctionarea in paralel cu reteaua

Generatorul sincronFunctionarea in paralel cu reteaua

Verificarea conditiilor de punere in paralel

1) Succesiunea fazelor se verifica cu sincronoscopul, montajul putand fi “la stingere” sau “la foc invartitor”. Se va prezenta schema de legare in cazul montajului la stingere.

Daca succesiunea fazelor este corecta atunci tensiunile ΔU1, ΔU2 si ΔU3 care se aplica becurilor sunt egale si becurile se aprind si se sting simultan

Generatorul sincronFunctionarea in paralel cu reteaua

2) Frecventa tensiunilor generatorului se masoara cu un frecventmetru, sau este indicata de sincronoscop: daca becurile raman stinse atunci frecventa tensiunilor generatorului este aceeasi cu cea a tensiunilor retelei si de asemenea sunt indeplinite si conditiile 3) si 4). Cea de a treia conditie mai poate fi verificata cu un voltmetru

Motorul sincron

Regimul de motor se poate obtine pornind de la regimul de generator si decupland motorul de antrenare. Intrucat rotorul ramane excitat, atunci campul magnetic rotoric ramane cuplat cu campul magnetic invartitor al infasurarii statorului ( ca doi magneti cuplati) invartindu-se in continuare sincron. Astfel rotorul se invarte si este capabil sa dezvolte cuplu mecanic util ca urmare a interactiunii dintre cele doua campuri. Diferenta fata de regimul de generator consta in faptul ca rotorul ramane in urma campului magnetic al statorului cu un anumit unghi numit unghi de sarcina, iar puterea activa schimbata cu reteaua are semnul schimbat (ea putere din retea). La mersul in gol ideal acest unghi este zero. Cuplul electromagnetic este maxim atunci cand unghiul de sarcina este de 90 grade electrice.

Motorul sincronEcuatiile de functionare

Schemele electrice echivalente ale generatorului sincron sunt valabile si in cazul motorului. Astfel considerand un motor sincron cu poli inecati si tinand cont de sensul curentilor in raport cu tensiunea in regim de motor, vom avea ecuatia de tensiuni

se XIjRIUU 0

In cazul motorului cu poli aparenti ecuatia este:

ddqqe XIjXIjRIUU 0

Motorul sincronProbleme

Un generator sincron trifazat functionand autonom are urmatoarele date: Sn=30kVA, Un=400V, n=1500rot/min, 2p=4. Sa se calculeze: a)frecventa tensiunilor generatorului; b) In ; c)factorul de putere, puterea activa si cea reactiva la curent nominal transmise unei sarcini cu R=4X/3.

Rezolvare

a) f=pn/60;

b)

c)

n

nn

U

SI

3

22cos

XR

R

Z

R

cos3 nn IUP

sin3 nn IUQ

Un turbogenerator trifazat in stea are: Sn=25MVA, Un=6,3kV, Xs=1,5Ω. Sa se calculeze caderea de tensiune relativa de la mersul in gol la sarcina nominala a generatorului, sarcina fiind: pur rezistiva, pur activa si pur capacitiva, in ipoteza R=0 si Ie=ct.

n

nnf

U

SI

3

100]1/sincos[

100/sincos

100[%]

22

22

nfnfs

nf

nfnfnfsnf

nf

nfeof

UIX

U

UUIXU

U

UUU

Pentru sarcina pur rezistiva:

Pentru sarcina pur inductiva (φ= π/2):

Pentru sarcina pur inductiva (φ= -π/2):

0sin,1cos

1sin,0cos

1sin,0cos