Generatorul sincron

Generatorul sincron

Masina sincrona functioneaza ca generator in doua scheme de baza:

GS, cuplat pe o retea electrica independenta cu consumatori (fig.5.11 a);

GS, cuplat in paralel cu retea electrica de putere infinita (fig.5.11 b).

La acest punct se prezinta caracteristicile de baza ale GS pentru primul caz de utilizare al sau, iar pentru al doilea caz - in § 5.5.

a b

Fig.5.11 Generator sincron cuplat: a) pe o retea independenta cu consumator;

b) pe o retea de putere infinita;

1. Generatorul sincron cu poli inecati

Schema echivalenta simplificata a acestui generator sincron se poate prezenta prin reactantele inductive si impedantele totale (fig.5.12), ea considerand numai t.e.m. initiala si tensiunea la bornele GS, la trecerea curentului I_a prin impedanta consumatorului Ea este valabila si pentru varianta a doua din fig.5.11.

Fig.5.12 Schema echivalenta a generatorului sinron cu poli inecati

Mai complet, procesele se reprezinta pe baza ecuatiei (5.11), potrivit legii a doua a lui Kirchoff:

(5.14)

unde:

- t.e.m indusa in infasurarea statorului datorita fluxului in-ductor

- t.e.m indusa in infasurarea statorului de catre fluxul de reactie

- t.e.m indusa in infasurarea statorului urmare actiunii fluxu-lui de dispersie ;

- tensiunea la bornele de iesire ale infasurarii statorice catre consumatorul electric;

I_a si R - curentul si rezistenta infasurarii statorice.

Aceste marimi se obtin ca efect al actiunii t.m.m. si fluxurilor: din inductor , si din infasurarea (statorului) indusului , . Din expresiile pentru actiunea lor insumata rezulta si cele pentru valorile rezultante referitoare la si

(5.15)

Pe baza relatiilor (5.14) si (5.15) se construieste diagrama fazoriala pentru GS cu poli inecati (fig.5.13). In relatia (5.14) se substituie caderile corespunzatoare de tensiune pentru si din § 5.3 rezultand:

(5.16)

sau daca se cunoaste si atunci ea se transforma sub forma urmatoare:

(5.17)

Constructia diagramelor fazoriale se poate realiza si pentru a doua varianta a relatiei (5.16) respectiv relatia (5.17) deoarece aceasta se reflecta in succesiunea fazorilor caderilor de tensiune. La diagramele din fig.5.13 a, b se utilizeaza relatia (5.17).

In fig.5.13 a este trasata diagrama fazoriala pentru GS cu poli inecati pentru deoarece se admite Diagrama fazoriala din fig.5.13 b este construita pentru . In figura sunt notate unghiurile:

intre I si tensiunea U;

intre I si t.e.m ;

intre U si .

Caracteristic pentru unghiul este dependenta sa de marimea curentului de sarcina si de puterea activa de iesire P_iesire. Se numeste - unghi de sarcina, ce stabilește limitele de stabilitate ale regimului de functionare.

Fig.5.13 Diagramele fazoriale pentru generatorul sincron cu polii inecati:

a) pentru 0<ψ<90⁰; b) pentru 0>ψ>-90⁰; c) dispunerea in spatiu a vectorilor si si fluxurilor Φ_e, Φ_a, Φ_ad, Φ_aq pentru 0<ψ<90⁰; d) dispunerea in spatiu a vectorilor si

si fluxurilor Φ_e, Φ_a, Φ_ad, Φ_aq pentru 0>ψ>-90⁰.

Si in al doilea caz, in fig.5.13 (a, b), unghiul are valoare arbitrara in comparatie cu fig.5.9, unde unghiul este 0 sau si se manifesta numai reactia transversala sau longitudinala a indusului. Aceasta inseamna ca I, si se descompun in componente dupa axele longitudinala si transversala - expresiile (5.8.a). Se lucreaza cu reactanta inductiva totala deoarece dupa acest procedeu nu se traseaza t.e.m rezultanta .

Valorile unghiurilor si indica faptul ca pentru diagramele (a) si (b) impedantele de sarcina sunt:

; (sarcina activa-inductiva si activ -capacitiva).

In fig.5.13 c, d este prezentata dispunerea in spatiu a vectorilor si fluxurilor corespunzatoare in sistemul de coordonate d, q, pentru cazurile 0⁰<ψ<90⁰ si 0⁰>ψ>-90⁰.

Se arata forma inductorului, a carui sectiune practic este circulara si asigura intrefier constant dupa cele doua axe. Fazorii campurilor statoric si rotoric se rotesc cu turatia Rezultantele pentru si se obtin prin insumarea componentelor corespunzatoare dupa axele d si q.

2. Generatorul sincron cu poli aparenti

Diferenta de baza in constructia si functionarea masinilor sincrone cu poli aparenti si inecati este prezentata in § 5.1 si § 5.2. Datorita faptului ca in masinile sincrone cu poli aparenti marimile intrefierului dupa axele d si q nu sunt identice, se complica schema echivalenta si diagrama fazoriala. Din fig.5.10 se observa ca in aceste cazuri Aceasta inseamna, ca pentru echilibrul t.e.m si caderilor de tensiune este necesar a se utiliza expresia (5.17), deoarece se substituie cu componentele sale dupa axele d si q ( si )

(5.18 a)

sau

(5.18 b)

Daca se substituie in (5.18 a, b) expresiile pentru si se obtine:

(5.19)

unde:

(5.20)

a) b)

Fig.5.14 Diagramele fazoriale pentru generatorul sincron cu poli aparenti: a) 0<ψ<90⁰;

b) a t.m.m. si fluxurilor magnetice pentru acelasi caz;

In fig.5.14 a, b sunt prezentate diagramele fazoriale pentru generatorul sin-cron cu poli aparenti pentru impreuna cu diagrama t.m.m. si fluxurilor magnetice pentru acelasi caz dupa axele d si q (b).

Diagrama fazoriala este simplificata daca in ea se considera fazorii si unde si se determina din (5.20). Aici asemenea ca in § 5.3.2. nu este prezentata t.e.m rezultanta La generatoarele sincrone cu poli aparenti, problema consta in stabilirea raportului dintre si

Unul din procedeele de rezolvare este potrivit metodei lui Blondel si se aplica daca este cunoscut unghiul . Metodica de determinare a lui se prezinta in literatura de specialitate a masinilor electrice. In acest caz, dupa ce se traseaza fazorul caderii active de tensiune , se adauga fazorii caderilor inductive: perpendicular pe si dupa directia lui

Dupa trasarea fazorilor lui si defazat fata de cu unghiul dat, se construiesc fazorii caderilor de tensiune si Sensurile celor doua caderi reactive de tensiune se determina de t.m.m. respectiv de fluxul de reactie Vectorii spatiali fazorii spatiali si componenetele lor dupa axele d si q sunt indicate in fig.5.14 b. Din aceasta se observa ca este orientat dupa axa q, iar - dupa axa d. Aceasta se obtine datorita defazajului de al t.e.m fata de t.m.m si fluxurile ce le creaza.

3. Caracteristicile generatorului sincron

Caracteristicile GS se obtin experimental sau analitic. Ele reprezinta dependentele intre doua marimi de baza ale masinii electrice, in timp ce restul parametrilor se mentin cu valori neschimbate. Se refera la regimul stationar de functionare si

Caracteristica de functionare in gol: reprezinta dependenta pentru (fig.5.15)

O1

Fig.5.15 Caracteristica de functionare in gol a generatorului sincron.

Tensiunea U la bornele infasurarii statorice se determina din t.e.m. indusa Valorile sale pentru diferiti curenti de excitatie caracterizeaza sistemul magnetic al GS. Pentru obisnuit exista fluxul magnetic remanent si tensiu-nea remanenta Daca la excitatia GS se obtine saturatie, atunci dupa reducerea lui se stabileste ciclul de histerezis, iar caracteristica de funcționare in gol reprezinta curba de ordonata medie (curba cu linie plina fig. 5.15).

Caracteristica de scurtcircuit reprezinta dependenta pentru si f=const. Ea se obtine experimental prin cresterea lenta a curentului de excitatie (cu infasurarea statorica scurtcircuitata), pana ce curentul statoric atinge valoarea sau nu mai mult de In acest regim, GS are circuitul magnetic nesaturat iar caracteristica este liniara (fig.5.16). Se utilizeaza urmatoarele notatii:

- caracteristica pentru scurtcircuit trifazat; - pentru circuit bifazat;

- pentru scurtcircuit monofazat.

Fig.5.16 Caracteristica de scurtcircuit a generatorului sincron

Scurtcircuitul de avarie, ca si la transformatoare se obtine pentru Aliura dependentei in regimul tranzitoriu este asemanatoare celei de la trans-formatoare, deoarece se adauga si aparitia momentului electromagnetic variabil la arborele GS. Pentru variatia curentului in regimul de scurtcircuit are importanta faptul daca masina sincrona este cu sau fara infasurare de amortizare. Marimea lui fata de este mai mica decat aceea de la transformatoare.

Caracteristicile de sarcina sunt dependentele pentru I_a=const, const, f=const. Ele sunt prezentate in fig.5.17 a pentru o valoare a curentu-lui statoric I_a. Functia este analoga aceleia de la functionarea in gol, dar aici se manifesta reactia indusului. Din fig.5.9 se observa ca componenta sa longitudinala poate fi: magnetizanta pentru sarcina capacitiva sau demagnetizanta pentru sarcina inductiva. De aici provine si diferenta intre caracteristicile de sarcina la factor de putere capacitiv si inductiv ( si ). Punctul intersectie cu axa absciselor, determina I_ek pentru incercarea de scurtcircuit cu valoarea corespun-zatoare curentului statoric I_ak.

Fig.5.17 Caracteristicile generatorului sincron: de sarcina pentru

o anumita valoare a curentului statoric I_a (a); externe (b); de reglare (c).

Caracteristicile externe sunt dependentele pentru const, const, f=const. Aceste caracteristici indica mai bine variatia tensiuni U la bornele infasurarii statorice la diferite sarcini ale GS (fig.5.17 b). Din figura se observa ca cu cresterea curentului de sarcina I_a la consumator cu factor de putere () variabil, tensiunea de iesire se reduce la sarcina activa si inductiva si creste la sarcina capacitiva. Acest efect se obtine ca si la caracteristicile de sarcina datorita actiunii diferite a reactiei indusului (demagnetizanta si magnetizanta).

Din caracteristica externa se determina caderea de tensiune la iesirea GS la variatia curentului indusului de la functionarea in gol pana la , potrivit relației:

Acest indicator este important pentru sursele de alimentare a consumatorilor electrici.

Caracteristicile de reglare sunt dependentele pentru U=const, const, f=const (fig.5.17 c). Asemanator ca la caracteristicile de sarcina si externe si aici se manifesta reactia indusului. Caracteristicile indica cum trebuie sa varieze curentul de excitatie pentru a se mentine neschimbata tensiunea de iesire a GS la incarcarea in sarcina, de la functionarea in gol pana la