A Masina Sincrona

7/26/2019 A Masina Sincrona

http://slidepdf.com/reader/full/a-masina-sincrona 1/49

MAŞINASINCRONĂ



Maşina sincronă este o maşină electrică de curentalternativ cu câmp magnetic învârtitor, la care turaţia

rotorului este egală cu turaţia câmpului magnetic învârtitor, indiferent de valoarea sarcinii, cele două turaţiifiind sincrone

Maşina sincronă poate funcţiona în regim de generatorsau în regim de motor

, nefiindu-i caracteristic regimul de

frână.De asemenea, maşina sincronă se foloseşte pe scarălargă şi în regim de compensator sincron (motor sincronsupraexcitat, funcţionând în gol), ca în carecompenseaă energia reactivă a reţelei de alimentare.

!entru maşina sincronă, inductorul (partea care

creeaă câmpul magnetic) este rotorul, iar indusul (partea în care se induc t.e.m.) este statorul. "cest tipconstructiv de maşină sincronă este cel mai folosit şi senumeşte maşină sincronă de construcţie normală saudirectă.



ELEMENTE CONSTRUCTIVE,DOMENII DE UTILIZARE, DATE

NOMINALE, SIMBOLIZARE



ELEMENTE

CONSTRUCTIVE



1 Statorul este partea fixă a maşinii, fiind constituit, caşi la maşina asincronă, din aceleaşi elemente:

miezul feromagnetic statoric şi înfăşurarea statorică. În plus, statorul mai include şi carcasa maşinii împreună cu elementele ei caracteristice (tălpi defixare, scuturi laterale etc).

2 Miezul feromagnetic statoric se execută din tole sau

segmente de tole, stanţate.3 Rotorul maşinii sincrone de construcţie normală se

deosebeşte fundamental de rotorul maşinii asincroneşi este constituit, în principal, din miezul rotoric şi din

înfăşurarea rotorică. După construcţia miezuluirotorului, se deosebesc:4 maşini sincrone cu poli înecaţi5 şi maşini sincrone cu poli aparenţi.



1

Înfăşurarea statorică se construieşte uzual înarianta trifazată şi este uniform repartizată încrestăturile statorice. !aterialul conductor dincare se execută înfăşurarea este cuprul.

2 "a generatoarele sincrone trifazate, înfăşurarea

statorică se conectează în stea, pentru a seeita înc#iderea armonicilor curentului de ordinul$ sau multiplu de $, precum şi apariţia unorarmonici de acelaşi ordin în curba tensiunii defază.



1 Maşinile cu poli înecaţi se construiesc uzual ca maşini bipolare şi au iteza rotorică periferică mare

%cest tip de maşină rezistă bine la acţiunea forţelor centrifuge care solicită rotorul din punct de ederemecanic şi se numeşte maşină de tipturboalternator , care se realizează de obicei, lamare putere, cu axul orizontal, fiind antrenată de o

turbină cu abur.2 &entru a aea forţe centrifuge c't mai reduse,turboalternatoarele au lungimea rotorului mare şidiametrul mic. !iezul rotoric al maşinii cu poli

înecaţi este construit din oţel masi şi se realizează

uzual prin turnare. În miezul rotoric, sunt frezatecrestături radiale, repartizate uniform pe aproape$ din periferia rotorului* lărgimea întrefierului dintrestator şi rotor poate fi considerată constantă.



1 Maşinile cu poli aparenţi se construiesc ca maşini multipolare şi au iteza rotorică perifericămai mică .

2 Din acest punct de edere, maşina seconstruieşte cu rotorul de diametru mare şilungime mică, forţele centrifuge care solicitărotorul din punct de edere mecanic fiind maimici. %cest tip de maşină se numeşte maşină detip hidroalternator, care se realizează de obicei,

la mare putere, cu axul ertical, fiind antrenatăde o turbină cu apă.

3 "a maşina cu poli aparenţi, întrefierul dintrestator şi rotor nu este constant* în dreptul polilor inductori, întrefierul este mic, iar în spaţiul dintrepoli intrefierul este mare. !aşina sincronă cupoli aparenţi este anizotropă din punct deedere magnetic.



Secţiune transversală rintr!" #a$ină sincr"nă%a& ! cu "li 'necaţi (i"lară)(&cu "li aarenţi tetra"lară)* ! ar#ătură stat"rică) + ! tală "lară r"t"rică) ! ar#ătură

-er"#a.netică r"t"rică) / ! 'n-ă$urare r"t"rică 01e e2citaţie&) 3 ! liniea c4#ului #a.netic 1e e2citaţie) 5 6 a2 r"t"ric7



Înfăşurarea de excitaţie (rotorică) a maşinii

sincrone cu poli înecaţi se realizează dinbobine repartizate în cres tăturile rotorului,iar a maşinii cu poli aparenţi se realizeazădin bobine concentrate aşezate pe polii

inductori şi înseriate. Înfăşurarea de excitaţie este parcursă de

curentul continuu de excitaţie Ie, carecreează, la r'ndul lui, c'mpul magnetic deexcitaţie de inducţie + , c'mp fix faţă de8

rotor şi în'rtitor faţă de stator.



1 "a maşinile sincrone de putere milocie şimare, în piesele polare de pe partea dinspre

întrefier, sunt preăzute crestături în care seplasează un sistem de bare scurtcircuitate lacapete, ce pot fi priite ca elemente ale uneicoliii rotorice, asemănătoare unei coliii de

maşină asincronă, coliie care are rolimportant la pornirea în asincron a motoarelorsincrone sau la amortizarea pendulaţiilorrotorului, fiind denumită, din această cauză,

colivie de pornire şi amortizare



1 "egătura dintre înfăşurarea rotorică şiexterior se realizează prin intermediulcontactelor alunecătoare perie - colector.apetele înfăşurării rotorice sunt legate la

două inele colectoare, fixate la unul dinextremităţile axului. &eriile care calcă peinele asigură legătura între sursa exterioarăde curent continuu şi înfăşurarea de excitaţie.



1 !aşinile sincrone pot funcţiona în regim de

generator c'nd primesc energie mecanică laarbore şi o transformă, prin intermediulc'mpului magnetic de excitaţie, în energieelectrică, cedată reţelei pe la borne, sau pot

funcţiona în regim de motor, c'nd primescenergie electrică de la reţeaua de c.a. şi otransformă în energie mecanică, cedată laax mecanismului antrenat



1 eneratoarele sincrone, numite şi alternatoare, aucea mai mare răsp'ndire, fiind utilizate practic, înexclusiitate pentru producerea energiei electrice

de c.a. 2 %cestea ec#ipează în prezent centralele electrice

racordate la sistemele energetice sau centraleleelectrice cu reţele proprii. /eneratoarele sincroneantrenate de turbine #idraulice (#idrogeneratoare)se realizează, în funcţie de potenţialul#idroenergetic al apelor curgătoare, cu puteri de lac'tea sute de 01% la c'tea sute de !1% şitensiuni între 233 1 şi 4 01. /eneratoarelesincrone antrenate de turbine cu abur(turbogeneratoare) se utilizează p'nă la puterea de533 !1% şi p'nă la tensiunea de $3 01.



1 /eneratoarele sincrone antrenate de motoare

Diesel formează grupurile electrogene carese construiesc pentru puteri de la c'tea sutede 6aţi la puteri de ordinul mega6aţilor. 7lese utilizează ca surse de energie acolo undenu sunt reţele electrice

(ex. pe naele maritime) sau ca grupuri deinterenţie în cazul întreruperii alimentăriicu energie electrică a unor obiectie deimportanţă mare (spitale, teatre, nocturna

stadioanelor, instituţii publice sau oficialeetc).



Motoarele Sincrone1 sunt competitie în raport cu motoarele asincrone

numai la puteri de peste 533 08 şi turaţii sub 5333rotmin, c'nd funcţionează la factor de putere dorit sauc'nd sunt utilizate pentru compensarea locală afactorului de putere. în prezent, s-au realizat motoaresincrone cu puteri de p'nă la 3 !1% şi tensiuni de

alimentare de p'nă la 53 01. 7le prezintădezaantaul că necesită o sursă de c.c. pentruexcitaţie, iar pornirea este mai dificilă.

2 9u sunt recomandate în sc#eme de acţionare cuariaţii bruşte de sarcină. unt folosite la antrenarea

pompelor, a entilatoarelor, a turbosuflantelor, aconcasoarelor, a elicelor de propulsie ale naelor,îngeneral a mecanismelor la care cuplul creşte odată cuturaţia.



1 Compensatoarele sincrone sunt maşini sincrone construite special pentru a produce numai puterereactiă, în scopul îmbunătăţirii factorului de putereal reţelelor, a'nd acelaşi rol cu bateriile de

condensatoare. 2 7le sunt motoare sincrone cu poli aparenţi, puternicsupraexcitate, care funcţionează în gol. predeosebire de motoarele sincrone obişnuite,compensatoarele sincrone au axul mai subţire şi

înfăşurarea de excitaţie mai oluminoasă.3

ompensatoarele sincrone prezintă aantae faţăde bateriile de condensatoare prin faptul că permitun regla continuu al puterii reactie, precum şi altensiunii reţelei locale, tensiune care ariază cusarcina şi cu caracterul ei.

4 ompensatoarele sincrone se realizează pentru

tensi uni de p'nă la 4 01şi puteri de p'nă la 33!1%r.



DATELE NOMINALE

ALE MAŞINIISINCRONE1 Datele nominale ale maşinii sincrone,

trecute pe plăcuţa indicatoare, diferă înfuncţie de regimul de funcţionare (generator,motor, compensator) şi de putere. %cestease definesc pentru regimul nominalpermanent de funcţionare



1 Puterea nominală a maşinii sincrone este puterea

electrică la bornele indusului, în 01% sau !1%, pentru

generatoare* puterea mecanică utilă la arbore, în 08sau !8, pentru motoare* puterea reactiă la borne în01%r sau !1%r, pentru compensatoare. &utereanominală este aloarea maximă a puterii debitată demaşină un timp îndelungat, fără ca încălzireadiferitelor părţi ale maşinii să depăşească aloarea

corespunzătoare clasei termice a maşinii.2 Tensiunea nominală a maşinii, în 1 sau 01, este

aloarea de linie la care funcţionarea maşinii se face în condiţii normale de saturaţie şi pierderi în fier şi în

conformitate cu gradul de izolaţie al maşinii. 3 Curentul nominal în % sau 0%, este aloarea de linie

în regim de lungă durată, c'nd maşina este alimentată latensiunea nominală şi debitează puterea nominală.



Factorul de putere nominal , cos;9

De regulă, cos; < 3 , = pentru generatorulsincron şi pentru motorul sincron la sarcinanominală.

ompensatoarele sincrone au factorul de

putere aproape nul, deoarece acestea nusc#imbă dec't o cantitate foarte mică deputere actiă cu reţeaua, doar pentruacoperirea pierderilor electrice, mecanice şimagnetice.



Turaţia nominală este turaţia de sincronism a

maşinii* în cazul reţelelor electrice de 43 >z,este una dintre alorile: $333, 5433, 5333,?43, @33, ... rotmin. Auraţia maşinii sincroneeste aceeaşi, la orice sarcină, dacă frecenţarăm'ne aceeaşi.

1

Curentul de excitaţie nominal este curentul continuu necesar pentru asigurarea regimuluinominal de sarcină la bornele statorice(frecenţă, tensiune, curent statoric şi factor deputere).



1 Conexiunea înfăşurării statorice este stea dacă

maşina funcţionează în regim de generator saucompensator. în regim de motor, conexiuneapoate fi şi triung#i.

2 &e plăcuţa indicatoare, se mai indică şi alte date

cum ar fi: frecvenţa reţelei , numărul de faze,fa!rica constructoare, masa totală, anulfa!ricaţiei, seria maşinii.



SIMBOLIZAREA

MAŞINIISINCRONE



Maşinasincronă.

Sisteme deexcitaţie



PRINCIPIUL DEFUNCŢIONARE

AL MAŞINII SINCRONE

9ENERATORUL SINCRON



1

În regim de generator, maşina sincronătransformă energia mecanică primită la arbore(de la motorul primar care poate fi o turbină cu

aburi,un motor Diesel) în energie electricădebitată la bornele statorului*onersia energiei se face prin intermediul

c'mpului magnetic de excitaţie.



1 &resupunem că maşina sincronă este deconstrucţie normală, iar înfăşurarea de excitaţie

rotorică este alimentată, prin intermediul periilor,de la sursa de curent continuu (excitatoare de c.c,redresor comandat etc.) cu curentul de excitaţieIe.

2

Botorul este antrenat de motorul primar cu o itezăung#iulară constantă C, într-un sens dat.

3 ie că rotorul are poli aparenţi, fie că are poli

înecaţi, înfăşurarea de excitaţie parcursă de

curentul Ie produce un c'mpmagnetic în'rtitor de naturămecanică, numit c"mp

magnetic deexcitaţie (inductor) deexpresie:



b0 (# s , t )< B0m cos($t E p# s )

$ < pF

%cest c'mp magnetic produce, în înfăşurările statoricefixe, fluxuri magnetice ariabile în timp, sinusoidale, depulsaţie G:

H0 H0m cos t



1 luxul magnetic H3 induce în faza dereferinţă o t.e.m. de aceeaşi pulsaţie

G, defazată cu I în urma fluxului, a'nd expresia:

e0 (t )< E 0 2 cos $t E %

2



1 Dacă fazele statorului sunt conectate pe o

impedanţă de sarcină sau la o reţea deputere, atunci prin înfăşurările statorice J, 1,8 se stabilesc $ curenţi trifazaţi simetrici :

iU (t )< I 2 cos $

iV (t )< $ I 2 cos

I



t E%

E &

2

;

t E % E & E 2 % ;

2 3

t E

%

E & E

4 %

.2 3



1 istemul trifazat de curenţi a da naştereunui c'mp magnetic în'rtitor de natură

electrică, numit c"mp magnetic de reacţie a indusului, care are aceeaşi iteză ung#iulară C cu a c'mpului magnetic în'rtitor deexcitaţie.

'mpul magnetic de reacţie are expresia:

ba (a s ,t )< Bam cos $t E p# s E %

2 E&



1 ele două c'mpuri magnetice în'rtitoare,de excitaţie şi de reacţie, se compun şi dauun c'mp magnetic rezultant:

!' as,t ( ) !* 'as,t( + !a'as,t(



ele două c'mpuri magnetice în'rtitoare nu au

aceeaşi iteză ung#iulară C* În regim de generator sincron, ectorul c'mpmagnetic de excitaţie, situat în axa rotorică, se află

înaintea c'mpului magnetic rezultant cu ung#iul K. %cest ung#i se numeşte unghiul intern al maşinii.Deoarece direcţ ia c'mpului magnetic de excitaţiecoincide cu axa polului rotoric, se poate consideracă ung#iul intern a l maşinii sincrone este ung#iuldintre axa polului rotoric şi direcţia c'mpului

magnetic rezultant din maşină.Jng#iul intern se mai numeşte unghi de sarcină.



a) 'mpurile magnetice în'rtitoare din generatorulsincronb)'mpurile magnetice în'rtitoare din motorul sincron



1 %xa polului rotoric se mai numeşte axălongitudinală a maşinii, notată cu 'd(.

În cadratură electrică cu axa longitudinală,

se găseşte axa interpolară sau axa transversală a maşinii, notată cu '(.



1 Încărcarea generatorului cu putere actiă duce lamărirea ung#iului intern K.

2 Leşirea din sincronism a generatorului se produceatunci c'nd ung#iul intern ia aloarea critică egalăcu =3M (la maşina cu poli înecaţi) şi se manifestăprin ambalarea rotorului peste turaţia nominală.

%ceasta ambalare se produce deoarece toatăputerea mecanică a generatorului, primită de lamotorul de antrenare, se transformă în putere deaccelerare a rotorului, nemaifiind posibilăconersia electromecanică a energiei.

3 În această situaţie este necesară reducerea

rapidă a puterii mecanice la axul maşinii*



Bilanţul de puteri

active1 +ilanţul de puteri actie al generatorului sincron se

poate face pornind de la puterea - < M a/ 0, absorbităde generator de la motorul primar.

2 Din această putere, o fracţiune Pm se pierde subformă de pierderi mecanice de frecare şi entilaţie şi oaltă parte Pe se pierde în circuitul de excitaţie algeneratorului.

3 ea mai mare parte din puterea P1 trece din rotor înstator prin întrefier (prin c'mp electromagnetic).



%ceasta se numeşte putere electromagnetică P amaşinii în regim de generator.



1 din puterea actiă -, aunsă în stator, o parte - 12 sepierde sub formă de pierderi Noule în înfăşurareastatorică, o altă fracţiune - 3e se pierde în fierulstatoric şi cea mai mare parte - 2 ) $JLcos; setransmite sarcinii generatorului.

2 Ln armătura feromagnetică a rotorului, nu se producpierderi în fier, deoarece fluxul magnetic rotoric este

constant.3 Belaţia de bilanţ a puterilor actie pentru generatorul

sincron :

- ) - 12+- 3e+- 2

- )- m+- e+- 12+- 3e+- 2



MOTORUL SINCRON1

Begimul de motor sincron se poate obţine,de exemplu, pornind de la regimul degenerator sincron conectat la o reţea deputere infinită, căruia i se decuplează motorulprimar de antrenare.

2

În această situaţie, rotorul maşinii răm'ne încontinuare sincron cu c'mpul magnetic în'rtitor rezultant, dar trece, odată cudecuplarea motorului primar, în urma acestui

c'mp, ung#iul intern K sc#imb'ndu-şi semnul).3 .



MOTORUL SINCRON1

Lnersarea semnului ung#iului internduce la sc#imbarea semnului puteriiactie sc#imbate de maşină cu reţeaua.

2 Leşirea motorului din sincronism, la

încărcarea în sarcină a acestuia, esteec#ialentă cu r ăm'nerea în urmă arotorului faţă de c'mp cu un ung#i internmai mare dec't cel critic, care duce în

final la oprirea rotorului



1 În ambele regimuri energetice, de generator saumotor, rotorul este sincron cu c'mpul magnetic

în'rtitor rezultant, înainte afl'ndu-se elementulcare constituie cauza producerii conersieielectromecanice a energiei: rotorul, antrenat demotorul primar, la generatorul sincron, respecti

c'mpul magnetic în'rtitor rezultant, creat dereţeaua de alimentare, la motorul sincron.!aşina sincronă nu poate funcţiona în regim defr"nă sincronă.

2 4ilanţul de puteri active al motorului sincron sededuce asemănător cu bilanţul de puteri algeneratorului sincron.

A Masina Sincrona

Documents

Transcript of A Masina Sincrona