Tensiunea electromotoare indusa in infasurarile statorice ale unui generator sincron este data de:

unde:

f = frecventa t.e.m.

F = fluxul magnetic pe pol al masinii (dependent de crt. de excitatie Ie)

ks = o constanta constructiva a

masinii sincrone

Caracteristica de mers in gol

F fkE s

Ie

E

4.10. Tensiunea electromotoare

4.11. Teoria generatorului sincron cu poli inecati

Ecuatia de tensiuni a generatorului sincron cu poli inecati (considerand marimile sinusoidale) rezulta din aplicarea legii inductiei electromagnetice

si se exprima astfel:

U + RI + jXsI = E

unde U este fazorul tensiunii la bornele masinii, R este rezistenta statorica

de faza, Xs este reactanta de dispersie statorica de faza, I este fazorul

curentul de faza statoric, iar E este fazorul t.e.m. indusa in sarcina pe faza

statorica.

La mers in gol t.e.m. (neglijand saturatia) este:

E0 = kfIe

In sarcina t.e.m. E se calculeaza ca o suma dintre t.e.m. de la mers in gol E0 si t.e.m. de reactie a indusului Ea:

E = E0 + Ea

T.e.m. de reactie a indusului se calculeaza:

E = -jXaI

unde Xa este reactanta de reactie a indusului.

Ecuatia de tensiuni a generatorului sincron cu poli inecati se poate rescrie

astfel:

U + RI + jXsI = E0 - jXaI

Deci:

U + RI + jXsI = E0

unde Xs = Xs + Xa este reactanta sincrona a masinii

4.12. Schema echiv. a gen. sincron cu poli inecati

generator

motor

I

I

U

jXa jXs R

E0

Xs = Xs + Xa

Xs reactanta sincrona

Xa reactanta indusului

Xs reactanta de disp.

R rezistenta de faza

E0 t.e.m. la mers in gol

Ea t.e.m. de reactie

E t.e.m. rezultanta

Ea = -jXaI

E = E0 + Ea E0 = U + RI + j(Xa + Xs)I = U + RI + jXsI

E = U + RI + jXs I

Uneori R 0

E

Ea

4.13. Diagrama de fazori a GS cu poli inecati

Diagrama de fazori pentru sarcina RL Xs = Xs + Xa

E0 t.e.m. la mers in gol

Ea t.e.m. de reactie

E t.e.m. rezultanta d = unghiul intern

j = defazaj tensiune curent

-Ea

4.14. Diagrama de fazori simplificata a GS cu poli inecati

Diagrama de fazori pentru sarcina RL

d = unghiul intern

j = defazaj tensiune curent

Ipoteza: R = 0

4.15. Caracteristica externa

-Caracteristica externa a GS reprezinta dependenta tensiunii la bornele

indusului U functie de curentul de sarcina I:

U = f(I) | n = ct.; Ie = ct.; cos j = ct.

U = E0 - RI - jXsI

(a) cos j = 0 (C); (b) cos j = 0.8 (RC); (c) cos j = 0.9 (RC);

(d) cos j = 1 (R); (e) cos j = 0.9 (RL); (f) cos j = 0 (L).

La mers in gol, cand I = 0,

U = E0.

In sarcina U E0 deoarece:

-Campul magnetic de

excitatie este afectat de

cp. de reactie a indusului

-Apare o cadere de

tensiune pe reactanta

sincrona Xs si pe

rezistenta

de faza R

Curent statoric [u.r.]

Tnesiu

ne s

tato

rica

[u.r.]

4.16. Caracteristica de reglaj

-Caracteristica de reglaj a GS reprezinta dependenta curentului de

excitatie Ie functie de curentul de sarcina I pentru U = ct.:

Ie = f(I) | n = ct.; U = ct.; cos j = ct.

(a) cos j = 0 (C); (b) cos j = 0.8 (RC); (c) cos j = 0.9 (RC);

(d) cos j = 1 (R); (e) cos j = 0.9 (RL); (f) cos j = 0 (L).

Curent statoric [u.r.]

Cure

nt de e

xcitatie [u.r.]

Deseori puterea totala a unei retele electrice la care se conecteaza

un generator sincron (conectare in paralel cu reteaua) este atat de

mare, incat functionarea generatorului nu are practic nicio influenta

asupra parametrilor retelei (tensiune si frecventa). Se spune in acest

caz ca reteaua este de putere infinita.

O retea de putere infinita este o retea de putere foarte mare asa incat

tensiunea si frecventa retelei raman practic neschimbate indiferent

de valorile puterii active sau reactive absorbite din retea sau cedate

catre retea.

4.17. Reteaua de putere infinita

4.18. Schimbul de putere activa si reactiva a masinii

sincrone cu reteaua de putere infinta

P > 0: Generator sincron ce injecteaza putere activa in retea

P < 0: Motor sincron ce absoarbe putere activa din retea

Q > 0: Motor/generator ce injecteaza putere reactiva in retea

Q < 0: Motor/generator ce absoarbe putere reactiva din retea

Pm

P

U, f = ct.

Generator sincron in paralel

cu reteaua de putere infinita

GS 3

Pm

P

U, f = ct.

Motor sincron cuplat la

reteaua de putere infinita

MS 3

Puterea aparenta produsa de generatorul sincron

este data de relatia:

S = P + jQ = 3U I*

unde:

U = tensiunea la bornele indusului pe faza

I* = curentul indus pe faza complex conjugat

Se neglijeaza rezistenta statorica de faza (R = 0):

4.19. Puterea aparenta, activa si reactiva. Cuplul

electromagnetic

Pm

P

U, f = ct.

Generator sincron in paralel

cu reteaua de putere infinita

GS

3

s

00

s

0

jX

sinjEUcosE

jX

UEI

jQP

X

3Ucos3UEj

X

sin3UE

jX

sinjEUcosE3US

s

2

0

s

0

s

00

4.19. Puterea aparenta, activa si reactiva. Cuplul

electromagnetic

Pm

P

U, f = ct.

Generator sincron in paralel

cu reteaua de putere infinita

GS

3

s

2

0

s

0

s

0

s

2

0

s

0

s

00

X

3Ucos3UEQ;

X

sin3UEM ; M

X

sin3UEP

jQPX

3Ucos3UEj

X

sin3UE

jX

sinjEUcosE3US

Puterea electromg. Cuplu electromg. Puterea reactiva

cosIQkIE mg. saturatia Neglijand ee0

Q se poate regla prin reglarea lui crt. de excitatie Ie:

Q = 0 I*e = b/(acosd) = crt. optim de excitatie

(cosj = 0)

Daca Ie > I*e Q > 0: masina supraexcitata

Daca Ie < I*e Q < 0

4.20. Caracteristica cuplului electromagnetic M = f(d)

d

M

Gen.

Mot. p p/2

p/2 0 p

Mm

-Mm

Mn

n

Regim static

stabil

s

0

s

0

X

sin3UEM

MX

sin3UEP

Capacitatea de suprasarcina

a masinii:

km = Mm/Mn= 1/sindn (2 3)

dn (15 30)

4.21. Limita stabilitatii statice

d

P

Gen.

Mot. p p/2

p/2 0 p

Pm

-Pm

Pn

n

Regim static

stabil

Masina este stabila static daca

face fata unor perturbatii mici

ale unghiului intern d.

Limita stabilitatii statice se

atinge pentru puterea elmg.

maxima. Daca se depaseste

aceasta limita ca generator (de

pilda crescand admisia la

motorul de antrenare), rotorul

se va accelera si generatorul va

iesi din sincronism in raport cu

reteaua.

In realitate daca generatorul

iese din sincronism

intreruptoarele deconecteaza

generatorul de la retea.

4.22.1. Motorul pas cu pas. Motorul cu reluctanta

comutata

Motorul pas cu pas este o masina ce converteste pulsurile electrice aplicate bobinelor statorice intr-o anume

succesiune, in deplasari mecanice discrete ale rotorului.

Succesiunea pulsurilor aplicate este corelata cu sensul de rotatie. Viteza motorului este corelata cu frecventa

pulsurilor aplicate.

Statorul este construit cu poli aparenti iar rotorul este construit din material feromagnetic cu multi dinti (motorul

cu reluctanta comutata este similar dar are un numar mai

mic de dinti). Rotorul se misca actionat de fortele de

atractie ce apar intre campul magnetic statoric si dintii

rotorici.

Motoarele pas cu pas sunt fiabile, au erori mici de pozitie si viteza mare de raspuns, miscarea lor putand fi controlata

in bucla inchisa.

4.22. Masini sincrone speciale

Sunt utilizate in general in aplicatii de mica putere: actionari electrice, electronica (scanere, imprimante),

robotica, industria militara (rachete), etc.

Sursa:

http://commons.

wikimedia.org

4.22.2. Masina sincrona cu poli gheara

Masina sincrona cu poli gheara este caracterizata de o constructie rotorica

speciala cu poli rotorici sub forma unor

gheare.

Fluxul magnetic de excitatie este produs de o bobina centrala cilindrica orientata

axial sau de un magnet permanent

cilindric. Constructia statorica este

clasica.

Acest tip de masina este tipic utilizata ca alternator (pentru a incarca bateriile

vehiculelor, fiind echipat cu redresor

pentru a converti tensiunea alternativa in

tensiune continua) pe vehicule.

Masinile cu poli gheara sunt robuste, usoare si mai compacte decat

generatoarele de curent continuu.

Sursa: http://commons.wikimedia.org

4.22.3. Masina Sincrona cu Magneti Permanenti (MSMP)

Masina Sincrona cu Magneti Permanenti (MSMP) nu are infasurare de excitatie, aceasta fiind inlocuita de magneti permanenti

MSMP este foarte utilizata in industrie in special in zona aplicatiilor de mica putere, atat ca motor cat si ca generator.

Dezvoltarea de magneti permanenti de mare energie (NdFeB, SmCo) a permis extinderea utilizarii MSMP in aplicatii de medie si mare putere:

turbine eoliene, sisteme de propulsie, roboti industriali, masini unelte, etc.

MSMP inlocuieste in multe cazuri masina asincrona sau masina sincrona cu excitatie electromagnetica;

Avantaje: randament ridicat (fara pierderi Joule in infasurarea rotorica), lipsa contactelor alunecatoare (pierderi prin frecare mai mici, lipsa

scanteilor, solutie mai silentioasa) si densitate mare de energie pe

unitatea de volum;

Dezavantaje: lipsa posibilitatii de reglaj al fluxului magnetic de excitatie; existenta cuplului de agatare ce apare datorita atractiei mutuale dintre

magneti si dintii statorici la functionare in gol (cuplu parazit ce nu

contribuie la cuplul elmg. al masinii dar care genereaza zgomot acustic,

vibratii mecanice, uzura lagarelor etc.

Masini sincrone cu magneti permanenti

Masini sincrone cu excitatie hibrida;

Masini sincrone liniare;

Masini sincrone cu flux axial;

Masini cu rotor exterior inglobate in roata;

Masini cu flux magnetic transversal;

Masini sincrone cu magneti interiori, etc.

4.22.4. Alte masini sincrone speciale

Sursa: cercetari UPB - ICPE Sursa: cercetari UPB - ICPE