Masina sincrona conectata la retea de putere infinita

Masina sincrona conectata la retea de putere infinita

Motoarele sincrone, datorita puterilor proprii mari solicita reteaua de alimentare care trebuie sa le asigure regim normal de functionare, inclusiv procesul de pornire. Aceasta inseamna ca U=const. si f=const.

Generatoarele sincrone de puteri medii si mari functioneaza in paralel cu retelele electrice ce alimenteaza mai multi consumatori, care solicita marimi neschimbate ale tensiunii U si frecventei f. Aceste retele electrice de transport obtin energia electrica de la un numar mare de GS.

Tensiunea de iesire si frecventa la aceste GS, prin regulatoare automate se mentin la valorile necesare indiferent de regimurile de cuplare la retea a consumatorilor electrici. Acest procedeu de cuplare al GS asigura si posibilitatea de functionare cu in functie de sarcina.

1. Cerintele principale la conectarea GS

in paralel cu reteaua electrica

Procesele ce apar la conectarea in paralel a GS se examineaza amanuntit in literatura referitoare la masinile electrice. Aici se prezinta numai cerintele de baza ce trebuie indeplinite la cuplarea in paralel a GS cu reteaua electrica de putere infinita.

Conditia de cuplare fara avarie a generatorului la retea este: valorile mo-mentane ale tensiunilor pe fiecare faza a GS sa fie egale in momentul cuplarii cu valorile momentane ale tensiunilor de faza ale retelei (fata de intrerupatorul de cuplare ele trebuie sa fie in opozitie de faza).

In acest sens, se realizeaza operatiile pregatitoare care asigura verificarea si indeplinirea acestei conditii care se refera la:

aceleasi valori efective ale tensiunilor si

aceleasi frecvente si

aceasi succesiune a fazelor fata de retea.

Fig.5.18 a) Montaj de verificare a indeplinirii conditiilor de cuplare in paralel a GS cu reteaua de putere infinita; b) forma de variatie in timp standardizata pentru u_retea, u_GS, f_rețea, f_GS pentru GS;

c) infasuratoare functiei ΔU=U_retea - U_GS

Daca sunt indeplinite conditiile de mai sus, valori momentane identice pentru si , se obtin numai la aceeasi forma de variatie in timp a tensiu-nii, care se standardizeaza in productia de GS (fig.5.18 b).

Daca intre si exista diferenta suma celor doua tensiuni este o functie armonica cu amplitudine variabila. Ea poate fi urmarita prin aparate, exemplu voltmetrul V din fig.5.18 a. Functia si anvelopa curbei sunt aratate in fig.5.18 c. In momentul cuplarii intrerupatorului tensiunea trebuie sa fie nula. Acest procedeu de cuplare, este cunoscut ca metoda sincronizarii exacte. Se realizeaza manual prin sincronoscop sau automat.

Metoda sincronizarii dure este utilizata la pornirea motoarelor sincrone. GS se roteste pana turatia cu ajutorul motorului de antrenare si infasurarea statorului se cupleaza la reteaua electrica.

In procesul tranzitoriu curentul I_a depaseste de multe ori I_an ca la scurtcircuit cand marimea admisa este de Infasurarea de excitatie alimentata, creaza momentul electromagnetic si GS intra in sincronism. Metoda se numeste inca autosincronizare.

2. Regimurile de functionare ale masinii sincrone cuplata la retea: generator, motor, compensator

Procesele fizice datorate actiunii reciproce a campurilor magnetice din in-ductor si indus sunt prezentate in fig.5.19 pentru cele trei regimuri de functionare ale masinii sincrone.

a b c

Fig.5.19 Procesele fizice datorate interactiunii campurilor magnetice inductor si indus pentru cele trei regimuri de functionare ale masinii sincrone;

a) generator; b) compensator sincron; c) motor.

Unghiul este unghiul spatial dintre fluxul inductor si fluxul rezultant la functionarea in sarcina a masinii sincrone. El corespunde unghiului de defazaj in timp dintre si E. Diferenta dintre si unghiul existent intre fazorii si U este foarte mica si este determinata de caderile de tensiune activa si reactiva

In regim de generator, sensul puterii active respectiv al componentei active a curentului este de la masina sincrona la reteaua electrica si unghiul se considera pozitiv. Campul magnetic inductor depaseste campul indus al infasurarii statorice, deoarece unghiul creste la cresterea puterii active cedate in retea. Aceasta se realizeaza prin cresterea momentului motorului de antrenare. Ca rezul-tat al acestei actiuni se modifica momentul electromagnetic rezistent al generato-rului, ce echilibreaza momentul motor exterior. Frecventa f ramane neschimbata.

La reducerea momentului motor (sarcinii) generatorul se descarca pana la functionarea in gol (b) cand unghiul este aproximativ nul. In acest caz, nu exista schimb de energie activa cu reteaua. Este posibil a se regla schimbul de energie reactiva cu reteaua electrica. In acest regim, masina sincrona poate functiona ca compensator sincron - cand se obtine cantitatea minima de energie activa pentru compensarea pierderilor la functionarea in gol si se cedeaza energia reactiva in reteaua electrica.

In fig.5.19 c este dat cazul, cand la arborele masinii sincrone in locul momentului exterior de rotatie este aplicat unul rezistent. Atunci unghiul isi schimba sensul. Axa rotorului ramane in urma axei campului magnetic rezultant din intrefier. Sensul energiei active si componentei active a curentului I_a este determinat de tensiunea retelei. Atunci fazorul ramane in urma fazorului ten-siunii cu unghiul In acest caz, momentul electromagnetic al masinii sincrone devine de antrenare (conducator).

Diagramele fazoriale corespondente acestor regimuri sunt prezentate in fig.5.20. Ele se refera la masina cu poli aparenti daca se admite rezistenta infasurarii indusului este egala cu zero (R=0).

a b c

Fig.5.20 Diagramele fazoriale ale masinii sincrone cu poli aparenti pentru regimurile de:

a) generator; b) compensator sincron; c) motor.

Se deosebesc urmatoarele regimuri: a-generator, b-compensator, c-motor. In figura este prezentata tensiunea retelei electrice tensiunea la iesire curentul I_a din infasurarea indusului, t.e.m si Sunt indicate unghiurile de sarcina θ si unghiul φ pentru cele trei regimuri.

3.Variatia puterilor activa si reactiva la masina sincrona

Efectele variatiei puterii active si reactive a masinii sincrone se pot vedea din diagramele fazoriale din fig.5.21. Ele sunt trasate pentru regimul de generator, dar concluziile obtinute sunt valabile si pentru regimul de motor.

In fig.5.21 a este prezentata variatia puterii active a generatorului sincron pentru curentul de excitatie constant, prin variatia momentului de rotatie al motorului de antrenare. In diagrama se dau doua valori ale curentului I_a cand: Unghiul de sarcina este Deoarece const, t.e.m pastreaza amplitudinea ca valoare, dar faza este variabila in raport cu tensiunea retelei.

a b

Fig.5.21 Variatiile puterilor active (a) si reactive (b)

ale masinii sincrone pentru regimul de generator.

Diagrama fazoriala din fig.5.21 b prezinta variatia puterii reactive daca puterea activa ramane constanta. In figura se prezinta trei valori ale t.e.m si trei curenti I_a ai infasurarii statorice. Si aici se admite cand se traseaza numai caderile inductive de tensiune si tensiunea U la iesirile infasurarii statorice. Tensiunea are valoarea constanta.

Puterile activa si reactiva se determina din expresiile:

(5.21)

De aici rezulta ca const, daca const. In acest caz, varfurile fazorilor I_a se deplaseaza pe linia intrerupta orizontala. Puterea activa constanta se obtine si la variatia lui si . In cap.5 se arata ca la se mentine constant, daca constant. In acest caz varfurile fazorilor se deplaseaza pe linia intrerupta verticala, paralela cu fazorul lui U.

La compensatoare se regleaza numai puterea reactiva. Destinatia lor este de a produce si de a oferi retelei energie reactiva. Ea este necesara pentru compensarea factorului de putere care se reduce la alimentarea din retea a unui mare numar de consumatori: motoare asincrone, cuptoare, consumatori casnici s.a. De aceea, dintre cele doua posibilitati ale masinii sincrone fara schimb de putere activa cu reteaua, se utilizeaza numai cea din fig.5.22 a. In aceasta diagrama pentru compensatorul supraexcitat, curentul I_a este capacitiv fata de reteaua electrica, in timp ce in fig.5.22 b el este inductiv, iar masina sincrona subexcitata absoarbe energie reactiva din retea.

a  b

Fig.5.22 Diagrama fazoriala pentru: compensatorul sincron supraexcitat (a);

masina asincrona subexcitata (b);

Daca se utilizeaza rezultatele pentru dependentele la variatia puterii active si reactive se pot explica dependentele pentru const. Ele se obtin experimental atat pentru generator cat si pentru motor si se numesc curbele in V (fig.5.23).

Diagramele fazoriale si dependentele indica faptul ca in cele trei cazuri de subexcitare, masina sincrona absoarbe energia reactiva din retea. Masi-nile sincrone supraexcitate cedeaza energie reactiva in retea, cand se imbunatateste factorul ei de putere

Fig.5.23 Curbele in V ale masinii sincrone.