Download - SINHRONE MAŠINE - FTN
SINHRONE MAŠINE
Literatura:1. A.E.Fitzgerald, C. Kingsley, “Electric Machinery”, McGraw-Hill.g , g y, y ,2. Branko Mitraković, “Sinhrone mašine”, Naučna knjiga, Beograd.3. Zlatko Maljković, Zvonimir Sirotić “Sinhroni strojevi”, FER, Zagreb.
SINHRONE MAŠINE
Podela sinhronih mašina prema obliku rot.:-cilindrični rotor,,-rotor sa isturenim polovima.
Podela sinhronih mašina prema pogonskoj maš.:Podela sinhronih mašina prema pogonskoj maš.:-turbogeneratori,-hidrogeneratori,di l t i-dizelgeneratori,
-kompenzatori,-motori.Namotaji SM su:-Pobudni,-Armaturni,-Prigušni.
SINHRONE MAŠINETurbogenerator. - Cilindričan rotor.
Pobudni namotaj je smešten u žlebove na 2/3 obima rotora. Napon pobude je 30-500V. Izolacija nije izložena velikom p p j j jelektričnom polju. Zbog brzine obrtanja postoje snažna mehanička naprezanja – centrifugalna sila.
SINHRONE MAŠINEHidrogenerator. – Rotor sa isturenim polovima.
Pobudni namotaj čini veliki broj navojaka manjeg preseka namotan oko isturenih polova kroz koji teče jednosmerna struja i pri tom stvara magnetski fluks u mašini.
pol
pobudni namotaj
SINHRONE MAŠINEHidrogenerator. – Rotor sa istaknutim polovima.
Polovi su napravljeni od feromagnetnih limova.
PRSTENASTI STATOR (vetrogeneratori) I POBUDNI NAMOTAJ - ENERCON( g )
Armaturni namotajU njemu se indukuje napon i kroz njega teku struje opterećenjaU njemu se indukuje napon i kroz njega teku struje opterećenja. Mora biti dimenzionisan tako da može trajno podnositi nazivnevrednosti napona (do Un = 27 kV) i struja (do In = 30 kA).p ( n ) j ( n )
Prigušni namotajUgrađuje se u SM u cilju prigušenja njihanja SM, prigušenja inverznog obrtnog polja i omogućavanja asinhronog zaleta sinhronog motora i kompenzatora.Ugrađuje se u polne nastavke istaknutih polova na rotoru (HG) ili pri vrhu rotorskih žlebova(TG). TG se izrađuju i bez prigušnog namotaja
p
( ) j p g g jjer se masivno gvožđe rotora može posmatrati kao “kavez”.
SINHRONA MAŠINA M ći d i ži i SMMogući radni režimi SM su:1. GENERATORSKI. Proizvodnja aktivne električne energije Istovremeno sa proizvodnjom aktivne energijeenergije. Istovremeno sa proizvodnjom aktivne energije, reaktivna energija se može proizvoditi ili trošiti.2 MOTORSKI Potrošnja aktivne električne energije2. MOTORSKI. Potrošnja aktivne električne energije. Istovremeno sa potrošnjom aktivne energije, reaktivna energija se može proizvoditi ili trošiti.3. KOMPENZATORSKI. Motorski prazan hod. Reaktivna energija se može proizvoditi ili trošiti.
SINHRONA MAŠINAProizvodnja i potrošnja aktivne energijeProizvodnja i potrošnja aktivne energije.
Proizvodnja reaktivne snage SM priključene na mrežu
Proizvodnja aktivne snage SG priključene na mrežu b k č liš t bi liči
beskonačne snage reguliše se pobudnom strujom.
beskonačne snage reguliše se turbinom, veličinom momenta pogonske mašine.
Međutim proizvodnje P i Q ne mogu se posmatrati nezavisno. Promena pobudne struje praćena je pre svega promenom Q ali i promenom promenom Q ali i promenom .
SINHRONA MAŠINAProizvodnja i potrošnja aktivne energijeProizvodnja i potrošnja aktivne energije.
Q
GMNatpobuđenNatpobuđen
PG
P t b đM
P t b đ
P
PotpobuđenPotpobuđen
Radni režimi SM
SINHRONA MAŠINAProizvodnja i potrošnja aktivne energijeProizvodnja i potrošnja aktivne energije.
U poglavlju o elektromehaničkom pretvaranju energije definisano je da je Pe > 0 kada ulazi u mašinu Za takvudefinisano je da je Pe > 0 kada ulazi u mašinu. Za takvu definiciju smera snage mc >0 u motorskom režimu rada.
3rezB sin
23
mrc IIMm
0rB
0 Ako se redefiniše smer snage tj. 0 0
0rB
0G M
g jprilagodi generatorskom režimu promenom smera struja, tada se menja i predznak .
?Predznak ugla opterećenja Kako nastaje ?
INDUKTIVNOSTI SINHRONE MAŠINE
Za SM sa trofaznim namotajem na statoru i pobudnim namotajem na rotoru, fluksni obuhvati pojedinih namotaja su:
fafcacbabaaaa iLiLiLiL
fbfcbcbbbabab iLiLiLiL
fcfcccbcbacac iLiLiLiL fcfcccbcbacac iLiLiLiL
fffcfcbfbafaf iLiLiLiL r
m
a Kako glase pojedine induktivnosti SM?
INDUKTIVNOSTI SINHRONE MAŠINE
Sopstvena induktivnost rotorskog namotaja:
fffoff LLL fffoffLffo deo sopstvene induktivnosti pobudnog namotaja koji potiče od osnovne komponente fluksa u vazdušnompotiče od osnovne komponente fluksa u vazdušnom zazoru.Kako pobudni namotaj uvek vidi isti magnetni otpor to Lff
rnije funkcija pozicije rotora nezavisno od toga da li je rotor isturen ili je cilindričan.
m
a
INDUKTIVNOSTI SINHRONE MAŠINE
Međusobna induktivnost između namotaja statora i pobude je :
elemfaaf MLL cos
tsmmelem p
r
m
a
INDUKTIVNOSTI SINHRONE MAŠINE Induktivnosti statorskih namotaja- SOPSTVENE.Ako je rotor cilindričan tada su sopstvene induktivnosti statorskih j pnamotaja jednake i iznose:
a
aaoaaaaaoccbbaa i
LLLLLL
SO
aaoa
aao
a
baab L
iiL
21)60cos(
aInduktivnosti statorskih namotaja- MEĐUSOBNE.
aacbbccaacbaab LLLLLL
b
aaoa
bc
ba
INDUKTIVNOSTI SINHRONE MAŠINE
Kada se u jednačinu za fluksni obuhvat smene navedene induktivnosti dobija se:
fafcacbabaaaa iLiLiLiL
1 fafcbaaoaaaaoa iLiiLiLL 21
Kada je radni režim simetričan tada je: 0 b iiiKada je radni režim simetričan tada je: 0 cba iii
fafasfafaaaaoa iLiLiLiLL
3
fafasfafaaaaoa
2
aaaoaaos LLLL 21
Gde je sinhrona induktivnost: 2Ovo je induktivnost koju vidi faza a u simetričnom režimu. Sa ½ uzet je uticaj druge dve faze. Amplituda vektoraSa ½ uzet je uticaj druge dve faze. Amplituda vektora obrtnog polja je 3/2 od vektora polja koga bi stvorila samo faza a pa odatle sledi da i induktivnost mora biti 3/2Laao.
SINHRONA MAŠINA -Vektorski dijagram Cilj je da se izvede dijagram EMS- vektorski dijagram SM. Posmatra se natpobuđen SG Trenutna vrednost EMS faze:
0EElektromotorna sila faze: m
aff
aSa d
dLI
dtdiLe
natpobuđen SG. Trenutna vrednost EMS faze:
0
2ˆ0
fIME
Elektromotorna sila praznog hoda:
se rađe koristi umesto pobudne struje i pobudnog fluksa. Magnetni fluks u zazoru SM zavisi od struja u svim namotajima. U ph. SM postoji samo pobudna struja koja stvara fluks .
SINHRONA MAŠINA - Vektorski dijagram
0o23 e
ddiLLe a
aaa
MPS struje armature zajedno sa MPS pobudne struje stvara rezultantnu MPS koja stvara rezultantni (ukupni) fluks. Delovanje armaturne struje
0o2 dtaaa
j ( p ) j jnazivamo reakcijom armature. Uticaj reakcije armature uvažen je sa induktivnošću (reaktansom) reakcije armature 3/2Laa0 .Ako zanemarimo omski otpor namotaja i usvojimo generatorskeAko zanemarimo omski otpor namotaja i usvojimo generatorske smerove struje statora tada je:
0o23 e
dtdiLL
dtdu a
aa
2 dtdt
IjXdtdiL a ˆ
IjXdtdiL a
aaa o2
3
Uticaj aramturne struje na ukupni fluks u vz.
SINHRONA MAŠINA - Vektorski dijagram
IjXUE ˆˆˆ Prethodna jednačina za indukovanu EMS je IjXUE s0
IjX ˆu vremenskom domenu pa se može preći u fazorski domen. Jednačina naponske ravnoteže glasi:aa IjXaIjX ˆ
ravnoteže glasi:
IjXIjXEU a ˆˆˆˆ 0
U0E
aI
Z j d ičk EMS i j t j
Vektorski dijagram
Zajedničkom EMS opisano je stanje magnetnog kola SM.
IjXEE a ˆˆˆ 0 nadpobuđenog SG.
Sinhrona reaktansa:
j a0
XXX as as
SINHRONA MAŠINAVektorski dijagramVektorski dijagram
Uvažavajući omski pad napona dobija se:
IjXIRUE s ˆˆˆˆ0 IjXs ˆ
UE ˆˆ0 IR ˆ
U0E RXaX
I0E I U
E
Vektorski dijagram natpobuđenog SG, cos ind, Q se proizvodi, Q>0.
SINHRONA MAŠINA Vektorski dijagram UE ˆˆ0 Za dovoljno velike vrednosti ugla .
ˆ
ˆ
IjXsˆ IR ˆ Često se u vektorskim dijagramima umesto MPSila
prikazuju struje ali se mora preračunati Ia na stranu pobude. Armaturna struja preračunata na stranu
U0E
pobude atu a st uja p e aču ata a st a upobude dobija se iz jednakosti MPS koju proizvodi armaturna struja i MPS koju bi proizvodila fiktivna struja If
I nfff
naefaa k
pIN
kpIN
2
4224
23
struja If.
Nk3
Vektorski dijagram potpobuđenog SG cos cap Q se troši Q<0
efaefaffn
anaf IgI
NkNkI
23
SG, cos cap, Q se troši, Q<0.
R ffana
fnf
s
aefa
s
a
sno II
NkNk
XXI
XX
XEI
320
sX I U
fI
anasss
Uf
SINHRONA MAŠINAVektorski dijagramVektorski dijagram
Neka se SM posmatra u motorskom režimu rada. Sada je povoljnija definicija znaka električne snage da je Pe>0 kadapovoljnija definicija znaka električne snage da je Pe>0 kada se troši. Za motor kao potrošač aktivne snage ima se rad sa cos ind kada je Q>0, SMo uzima i aktivnu i reaktivnu snagu. Za motor kao potrošač aktivne snage ima se rad sa coscap kada je Q<0 SMo uzima aktivnu a proizvodi reaktivnucap kada je Q<0, SMo uzima aktivnu a proizvodi reaktivnu snagu.
SINHRONA MAŠINAVektorski dijagramVektorski dijagram
IjXIREU s ˆˆˆˆ 0 UIR ˆ j s0RXaX
EIjXs ˆ
0E I U
E0E
I
Slika 2.13
Vektorski dijagram potpobuđenog SMo, cos ind, Q se troši, Q>0Q>0.
SINHRONA MAŠINAVektorski dijagramVektorski dijagram
IjXIREU s ˆˆˆˆ 0 IjX ˆ j s0
Indukovana EMS kasni za UE
IjXs
IRsˆ
RU
0E
R
X I ˆ
IsX I UfI
Slika 2 14
Vektorski dijagram natpobuđenog SMo, cos cap, Q se proizvodi Q<0
Slika 2.14
proizvodi, Q<0.
SINHRONA MAŠINAUgaona karakteristika SMUgaona karakteristika SM
Sada će biti određene sledeće zavisnosti P() i Q(). Ako se zanemari R pretpostavi da je namotaj statora spregnut u Y izanemari R, pretpostavi da je namotaj statora spregnut u Y, i pođe od vektorskog dijagrama natpobuđenog SG može se napisati: cos3 IUP cossin0 IXE scos3 IUP cossin0 IXE s
sin3)( 0 EUP sin)( max PPasIjX ˆ
P If1 >If2 >If3
)(sX
Uˆ
U0E
ˆ sin)( 0
sxeup
/2
Ugaone karakteristike SG za
aI
pmax1>pmax1>pmax1Ugaone karakteristike SG za If1>If2>If3.
SINHRONA MAŠINAUgaona karakteristika SMUgaona karakteristika SM
Šta predstavlja snaga dobijena ugaonom karakteristikom?
PPP obrtnocFees PPggP
obrtnocFees PPggP MOTORGENERATOR
Ilustracija stabilnog područja rada.obrtnocFees gg
P p P P P pmax
Bmm mP P
Neka SM radi u motorskom režimu rada. Neka poraste M rotor počinje usporavati raste
/2
Aporaste MRM, rotor počinje usporavati, raste , raste snaga koju motor uzima iz mreže sve dok se neizjednači snaga koju motor predaje sa snagom /2 koju zahteva RM. U statički stabilnom području rada /2 promena usled malog poremećaja je praćena pojavom razlike momenata koja održavapraćena pojavom razlike momenata koja održava generator u sinhronizmu.
SINHRONA MAŠINAUgaona karakteristika SMUgaona karakteristika SM
Koliko je SM daleko od ispada iz sinhronizma govori sačinilac statičke preoptereti osti Mog ćnostsačinilac statičke preopteretivosti. Mogućnost preopterećenja je utoliko veća koliko je manje. Stabilnost SG pri zadatom P koju šalje u mrežu zavisi od vrednostiSG pri zadatom P koju šalje u mrežu zavisi od vrednosti njegove pobudne struje.
P p 1PP pmax1
I>pmax1
>I>pmax1
>I
sin
1max P
P
If1>If2 >If3Pgen/2 gen.
/2
SINHRONA MAŠINAUgaona karakteristika SMUgaona karakteristika SM
Da bi se odredila zavisnost Q() ponovo se polazi od vektorskog dijagrama natpobuđenog SG:vektorskog dijagrama natpobuđenog SG:
sin3 IUQ sincos0 IXUE sUIjX ˆ
UEXUQ
s cos3)( 0
asIjX
U0E
aI
Uslov da bi se Q proizvodila je da: UE cos0Uslov da bi se Q trošila je da: UE cos0
SINHRONA MAŠINAEnergetski bilans SMEnergetski bilans SM
Gubici u SM su:-gubici u namotima statora
23 IRPg Cuses gubici u namotima statora,-gubici u gvožđu statora,-mehanički gubici,
Feg
mg-gubici pobude.
U generatorskom režimu rada ulazna snaga je mehanička. ff IU
pPP
g g jKoeficijent korisnog dejstva iznosi:
izlazno PPP gm pPP
gmulazno pPPP
U motorskom režimu rada ulazna snaga je električna.
PP
Koeficijent korisnog dejstva iznosi:pPPP gmizlazno
gm pPPPPP
gm
ulazno
izlazno
qE
SINHRONA MAŠINAdq reaktanse
0E
aIaF
dq reaktanse
d
aa
dffF
de f
a
dt
ea
20
j
ff ejE
0 ffj
Podužna osa – d‐osa je osa simetrala pola.Poprečna osa – q‐osa je simetrala među polnog prostora.
qE
SINHRONA MAŠINAdq reaktanse0E
I
dq reaktanse
dffF
aI
aFffF aFa
Ista MMF armature kao u prethodnom slučaju stvoriće veći fluks reakcije armature jer deluje u pravcu d ose gde je j j j p g jvazdušni zazor manji. Prema tome kod mašine sa isturenim polovima više nije moguće samo pomoću jedne
kt ti b i k ij t (k d TG X )reaktanse uzeti u obzir reakciju armature (kod TG Xa).Blondelova teorija dveju reakcija. Po ovoj teoriji sve veličine u HG rastavljaju se na podužne i poprečneveličine u HG rastavljaju se na podužne i poprečne komponente.
SINHRONA MAŠINAdq reaktansedq reaktanse
Zbog oblika vazdušnog zazora u q osi pored osnovne f 3
M ž k ti d i d k EMS l d t ć
komponente fluksa postoji i dominantan 3. harmonik fluksa, a time i elektromotorne sile. Može se pokazati da su indukovane EMS usled trećeg harmonika fluksa reakcije armature, u pojedinim fazama istofazne:istofazne:
33,3 3cos2 tVE a 3333,3 3cos21203cos2 tVtVE b
3212032 tVtVE 3333,3 3cos21203cos2 tVtVE c
TREĆI HARMONIK JE HARMONIK NULTOG REDOSLEDATREĆI HARMONIK JE HARMONIK NULTOG REDOSLEDA.
SINHRONA MAŠINAdq reaktansedq reaktanse
Ako struja statora kasni za indukovanom elektromotornom silom tada se može nacrtati:
q0E
silom tada se može nacrtati:
aqIaqF aa IF ,
daq a
ar
f adadad IF ,
MPS statora (armature) Fa je neka vrsta reakcije na magnetnu pobudu rotora (Lencov zakon) pa se ta pojava naziva reakcija indukta ( ) p p j j(armature).
SINHRONA MAŠINAdq reaktanse
q0E
aqIaqF aa IF ,dq reaktansed
aqIaq
aqaa ,
aa
r
Struja statora, MMF indukta, mogu se razložiti na d i q k t O k t t j d j ć
f adadad IF ,
komponentu. Ove komponente stvaraju odgovarajuće komponente fluksa koji se mogu reprezentovati sa odgovarajućim reaktansama reakcije indukta X d i X .odgovarajućim reaktansama reakcije indukta Xad i Xaq. Kada se uvaži i rasipanje dobijaju se sinhrone reaktanse:
XXX add XXX aqq dXX 8050 XXX add XXX aqq dq XX 8,05,0
ˆˆˆIjXIRUE s ˆˆˆˆ0 U jednačini naponske ravnoteže
treba uvažitiqd III treba uvažiti
SINHRONA MAŠINAdq reaktansedq reaktanse
Jednačina naponske ravnoteže za statorski namotaj, kada se uvaže upravo uvedene sinhrone reaktanse i razlaganje na komponenteupravo uvedene sinhrone reaktanse i razlaganje na komponente glasi:
dd IjXIjXIRUE ˆˆˆˆˆ0 qqdd IjXIjXIRUE0
qqdd IjXIjXIREU ˆˆˆˆˆ 0
Ove jednačine mogu poslužiti za konstruisanje vektorskog dij SM i t i l i t k idijagrama SM sa isturenim polovima u generatorskom i motorskom režimu rada.
SINHRONA MAŠINAVektorski dijagram SM sa isturenim polovimaVektorski dijagram SM sa isturenim polovima
qqdd IjXIjXUE ˆˆˆˆ0 qqIjX ˆqqqdd jj0
0Eqq
dd IjX ˆ
U
ddj
d-q ose su ucrtane prema IEC 60034-10
IqI
d-q ose su ucrtane prema IEC 60034-10
I
d I
q
Nd dIVektorski dijagram natpobuđenog SG, cos ind, Q se
proizvodi, Q>0.
SINHRONA MAŠINAVektorski dijagram SM sa isturenim polovimaVektorski dijagram SM sa isturenim polovima
qqdd IjXIjXIRUE ˆˆˆˆˆ0 qqIjX ˆq
0E dd IjX ˆ
IR ˆ
U
I
qIIR
d I
q
Nd dIVektorski dijagram potpobuđenog SG, cos cap, Q se troši,
Q<0.
SINHRONA MAŠINAVektorski dijagram SM sa isturenim polovimaVektorski dijagram SM sa isturenim polovima
ddqq IjXIjXIREU ˆˆˆˆˆ 0 IjX ˆ
qqqIjX
IX ˆ IR ˆ
0Edd IjX
U I
qI
d ˆN
Vektorski dijagram potpobuđenog SMo, cos ind, Q se troši,
d dIN
e to s d jag a potpobuđe og S o, cos d, Q se t oš ,Q>0.
SINHRONA MAŠINAVektorski dijagram SM sa isturenim polovimaVektorski dijagram SM sa isturenim polovima
ddqq IjXIjXEU ˆˆˆˆ 0 qqIjX ˆ q
0Edd IjX ˆ
U
UI qI
d IN
Vektorski dijagram nadpobuđenog SMo, cos cap, Q se proizvodi Q<0
d dI
proizvodi, Q<0.
SINHRONA MAŠINAUgaone karakteristike SM sa isturenim polovimaUgaone karakteristike SM sa isturenim polovima
qqqIjX ˆ Ako se pođe od vektorskog dijagrama
natpobuđenog SG tada se može napisati:
0Eqq
dd IjX ˆ
natpobuđenog SG tada se može napisati:
sinsin qqq XUIIXU
U
dd IjX
dddUEIIXUE coscos 0
0
qX
U
IqId
ddd XIIXUE cos0
jIIjUUIUS 3ˆ * I
d ˆ
qI qddqqqdd
qdqd
IUIUjIUIU
jIIjUUIUS
3
3
d dI qqdd IUIUP 3
qddqqqdd j
qqdd UU3
qd IUIUP cossin3
SINHRONA MAŠINAUgaone karakteristike SM sa isturenim polovimaUgaone karakteristike SM sa isturenim polovima
20 2i113i3)(
UEUP
0 2sin2
3sin3)(
dqd XX
UX
UP
aReluktantnOsnovna
112c
dqdm
xxu
xeup
2sin11
2sin)(
20
Da bi se dobio bolji osećaj o kolikom se opterećenju SM di b b i j liči k i ti i t j ( )
q
radi bez obzira na njenu veličinu koristi se sistem r.j. (pu). Normalizovana vrednost razvijenog momenta i snage izražene u relativnim jedinicama su iste )(Pizražene u relativnim jedinicama su iste.
)()( Pmc
SINHRONA MAŠINAUgaone karakteristike SM sa isturenim polovimaUgaone karakteristike SM sa isturenim polovima
20 2i113i3)(
UEUP
0 2sin2
3sin3)(
dqd XX
UX
UP
aReluktantnOsnovna
G0 M0 )()( Pmc M0
)(c
21133)( 20
UEUdP
2cos3cos3)( 20
dqd XX
UX
Ud
Momenat pod čijim dejstvom HG ostaje u sinhronizmu usledMomenat pod čijim dejstvom HG ostaje u sinhronizmu usled dejstva poremećaja tj. sinhronizaciona komponenta momenta: dP )(1
ddPmsinhro
)(1
SINHRONA MAŠINAUgaone karakteristike SM sa isturenim polovimaUgaone karakteristike SM sa isturenim polovima
Ugaona karakteristika P().
Reluktantna komponenta povećava ukupnu snagu koja se može odatiReluktantna komponenta povećava ukupnu snagu koja se može odati. HG za istu predatu snagu ima manji od TG. Nagib karakteristike (dP/d) je veći nego kod TG pa se oscilacije m (P) pri naglom
t ć j b ž i š k d TGrasterećenju brže priguše nego kod TG.
SINHRONA MAŠINAUgaone karakteristike SM sa isturenim polovimaUgaone karakteristike SM sa isturenim polovima
21133)( 20
UEUdP
2cos3cos3)( 20
dqd XX
UX
Ud
Pod dejstvom reluktantne komponente momenta oblastPod dejstvom reluktantne komponente momenta oblast stabilnog rada je modifikovana i manja je od /2. Kritični ugao opterećenja se dobija iz uslova da je:ugao opterećenja se dobija iz uslova da je:
krddP
0)(krd
2 XX
21
44cos 00
UE
XXX
UE
XXX
qd
q
qd
qkr
qdqd
SINHRONA MAŠINAUgaone karakteristike SM sa isturenim polovimaUgaone karakteristike SM sa isturenim polovima
Reaktivna snaga:q
qqIjXg
0E
dd IjX
dd IUIUQ 3 U
dd IjX
qd IUIUQ sincos3
qddq IUIUQ 3 U
IIq IqI
d dI
SINHRONA MAŠINAUgaone karakteristike SM sa isturenim polovimaUgaone karakteristike SM sa isturenim polovima
Reaktivna snaga:
UUEUQ 1132cos113cos3)(
220
qddqd XXXXX
UQ2
32cos2
3cos3)(
Reaktivna snaga sinhronog kompenzatora:p
UEUQ 3)0( UEX
Qd
03)0(
SINHRONA MAŠINA - Prazan hod generatoraU l d h d d đ j k k i ik h iU ogledu praznog hoda određuje se karakteristika ph igubici u ph. K-ka ph je k-ka magnetnog kola tj.B=f(mps), odnosno =f(If). Dobija se u ogledu praznog hoda dok pogonska mašina obrće rotor stalnom brzinom (sinhronom?). Za pojedine vrednosti struje pobude na krajevima statora se meri napon odnosno E0 umesto B ili .
Struja pobude praznog hoda:Ifg – nezasićene mašineIf0 ‐ stvarna
Silnice indukcije tokom ph.
SINHRONA MAŠINA – Gubici u praznom hodu generatora• Gubici trenja i ventilacije Ptr,v – konstantni (brzina obrtanja ns)• Gubici u pobudnom namotaju PCuf• Gubici u gvožđu PFe – usled vrtložnih struja i histerezisa
Gubici usled vrtložnih struja i histereze se računaju po delovima magnetnog krugadelovima magnetnog kruga gvožđa statora prema:
222FemVVFe mdBfkP 222
FHHF mBfkP 2FemHHFe mBfkP
SINHRONA MAŠINA – Kratak spoj generatoraU kratkom spoju sve tri faze statora su u spoju, pogonska mašina obrće rotor (stalnom brzinom?). Meri se struja statora za pojedine vrednosti struje pobude. Dobija se karakteristika kratkog spoja SM.Karakteristika kratkog spoja je linearna jer se tokom kratkog spoja zasićenje može zanemariti. Struja statora tokom kratkog spoja
pobude. Dobija se karakteristika kratkog spoja SM.
kasni za indukovanom EMS za /2, jer je Xs>>R.RXaX Rezultantna MPS je mala pa je i
0E IE
nivo fluksa u mašini mali, tj. mašina je nezasićena i pri znatnim vrednostima I I
q0E
vrednostima If, Ia.
)(0snf
XEI I In 0
aFrF I XIE
sX( Ik)
n
fFd aFr
IfIfk
XaX
0E IE
SINHRONA MAŠINAVektorski dijagram SM u kratkom spoju
VD prema ekvivalentnoj šemi. Formalno objašnjenje za vektorski dijagram. Ff (Ifk) stvara E0koja kroz armaturu potera induktivnu strujukoja kroz armaturu potera induktivnu struju kratkog spoja a usled reakcije armature javlja se pad napona I·Xa pa osataje napon E koji pokriva
i i d
E-EMS u kratkom spoju;
rasipni pad napona.
p j ;Ifk-pob.struja u kratkom spoju;g- faktor preračunavanja armaturne struje na pobudnu stranu;pobudnu stranu;gI- arm.struja redukovana na pobudnu stranu tj.pobuda za reakciju armature.
VD primeren fizičkoj slici u mašini. Ff i p j farmaturna struja daju rezultujuću MPS koja generiše E tako da je E=IX. EMS E 0,2Un.
Prazan hod i kratak spoj SMKarakteristike praznog hoda i kratkog spoja omogućujud d di i h kt X P i I d bij U h i
XaX
0E IE
linija vazdušnog zazoradifik li ij
da se odredi sinhrona reaktansa Xs. Pri If0n dobijamo Un u p.h, a pri ovoj struji u kratkom spoju teče struja armature Ik, pa iz ekv. kola sledi
Zasićena Xs:UE
E0
I
modifikovana linija vazdušnog zazorad][.
k
n
ba
cazass I
UIEX
]r j[. nnzass IUXx I
PH
KS
Unc
]r.j.[.nkB
zass UIZx
]r.j.[0
.nf
fkn
k
nzass I
IIIx
KS
In
Nezasićena Xs:
bfba
danezass I
EX .
0nfk II
r jfknIx
If
Ik
I
b
Iea
r.j..fg
nezass Ix
2,105,10. nfnezass IxI fIf0n Ifkn
Ako SM radi priključena na krutu mrežu tada se E0 ne menja po karakteristici praznog hoda nego po modifikovanoj liniji vazdušnog
2,105,1. fgzass Ix Ifg
karakteristici praznog hoda nego po modifikovanoj liniji vazdušnog zazora jer je U≈E≈·=const. ‚tj. ova linija predstavlja stalan nivo magnetne saturacije.
Prazan hod i kratak spoj SMČesto korišćen parametar SM je kratkospojni odnos.Ako k x vazdušni zazor Ff(If) Pcuf zapremina cena
5,04,010 sfkn
nfk xI
Ik
Ako kk, xs,vazdušni zazor, Ff(If), Pcuf, zapremina,cena.Istorijski kk se smanjivalo od 0,8÷1 na 0,4÷0,5.
IfIf r.j.1fkn
zassI
x
Zasićena Xs: [r.j.]
f j0
.knf
zass kINezasićena Xs:
IffIfg If0n Ifkn
Ifkn-pob.struja kod koje kroz kratkospojni armaturni namot teče nazivna struja;I b t j k d k j i d k j h i iIf0n-pob.struja kod koje se indukuje u ph. nazivni napon;Ifg- deo pob.struja koji odgovara samo vazdušnom zazoru (pokriva njegov magnetski pad napona).
Prazan hod i kratak spoj SMZa SG podaci: Y; 6300V; 1468A; 16MVA; cos=0,8; 3000min-1; 50Hz
140
Pobuda: 115V; 470A. If0n = 169A; Ifkn = 311A;
120
E U 100% I I 100%
80
100
ks [%
]
Eo=Un=100% Ik=In=100%
a st
ruja
60
80
ph; s
truj
a
Ems ph
struja ksIfk na
lna
pobu
dna
40
ems
Ifon
IfknIfnno
min
20
00 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
pobudna struja If [A]Ifon
IfknIfn
SINHRONA MAŠINAPrazan hod i kratak spoj SM
IfIf
[r.j.]
Rezultantnoj struji pobude sa vektorskog dijagrama nanetoj na karakteristiku ph (tačka A) d EMS E k j j j d k iA) odgovara EMS E koja je jednaka rasipnom naponu (kateta AB) dok je kateta AC arm.struja redukovana na pobudnu stranu to je reakcija armature Trougao ABC je trougao kratkog
IfC
BEarmature. Trougao ABC je trougao kratkog spoja.
Ako se od struje Ifk odbije reakcija armature gI dobija se rezultujuća pobudna struja I (tačka A) Ovoj pobudnoj struji odgovara napon E tako da kateta AB
Ifg If0 IfkA
struja Ifrez (tačka A). Ovoj pobudnoj struji odgovara napon E tako da kateta AB predstavlja rasipni pad napona na X. Trougao ABC je trougao kratkog spoja i on predstavlja padove napona kod nazivne struje In i cos=0(ind).
Kateta trougla ABC su proporcionalne sa strujom armature.
ODREĐIVANJE POBUDNE STRUJE – Potijeov trougaoFazorski dijagram nije tačan za određivanje potrebne If iz E0. Rasipno
lj t tič ć j t b t j b d ∆i ličitpolje rotora utiče na povećanje potrebne struje pobude ∆if različito za razne faktore snage opterećenja (veći ∆if je kod lošijeg faktora snage). Dodatna pobudna struja je potrebna zbog međupolnog rasipanja i nekih drugih efekata koji nisu uzeti u obzir pri crtanju fazorskog dijagrama.
Potijeova reaktansa xp je korigovana reaktansa rasipanja armature usled uticaja rasipanja rotora tako da je xp = (1,05÷1,2)x . p
Potijeov trougao je prošireni trougao kratkog spoja generatora u kojem je uzet u
ODREĐIVANJE POBUDNE STRUJE – Potijeov trougao
obzir uticaj dodatne pobudne struje. Potijeov pad napona Up = IXp je veći od EMS indukovane u trajnom kratkom spoju.
IIfIf
ODREĐIVANJE POBUDNE STRUJE – Potijeov trougao
Kolika je potrebna If struja pa da se kroz armaturu protera 0,5In čisto induktivne struje?
-isprekidani trougao-
SINHRONA MAŠINAOdređivanje Xd i Xq
2miniUXd
min
2maxiUXq
Ako se rotor SM sa isturenim polovima priključene na mrežu, obrće pogonskom mašinom brzinom različitom od sinhrone (kliza) može sepogonskom mašinom, brzinom različitom od sinhrone (kliza) može se snimiti dijagram struje Ia.
Rasterećenje generatora
Zašto je I >I i I >I ?Kvarovi kojima se zahteva isključenje generatora s mreže (rasterećenje) dovode do porasta napona na generatoru U. Određujemo ga na osnovu k k h T l iš U (30 50%)U
Zašto je Ifn>If0 i Ifk>If0?
k-ke ph. Toleriše se U = (3050%)Un.
SINHRONA MAŠINA - Spoljna karakteristika turbogeneratora
RRN-
l tReg.rot
UPotrošačS
POG.MAŠ.
R regulator
SM radi na krutu mrežu ili na sopstvenu mrežu, gde napaja individualne
U=cons=cons
potrošače. Pri radu na sops.mrežu na veličinu frekvencije i napona utiče i potrošač. Struja SM se menja od 0 do struje kratkog spoja u zavisnosti od potrošača. Regulacijom If reguliše se napon, a regulacijom brzine obrtanja pomoću regulatora na pogonskoj mašini reguliše se frekvencija.egu ato a a pogo s oj aš egu še se e e c jaDa bi dobili željenu frekvenciju napona pogonska mašina treba da daje onoliku snagu kolika se troši na termogenoj komponenti potrošača. Ta snaga zavisi od naponasnaga zavisi od napona. Da bi dobili željeni napon treba regulisati pobudnu struju. Za razliku od rada na krutoj mreži kad mreža guta sve što joj agregat može dati u radu na vlastitoj mreži potrošač diktira zahtevanu aktivnu Imože dati, u radu na vlastitoj mreži potrošač diktira zahtevanu aktivnu I reaktivnu snagu. Potrošač diktira faktor snage.
SINHRONA MAŠINA Spoljna karakteristika turbogeneratoraSpoljna karakteristika SM predstavlja zavisnost napona od struje statora k d SM di t ž O d ć biti i d lj k k TGkada SM radi na sopstvenu mrežu. Ovde će biti izvedena spoljna k-ka TG uz stalnu brzinu obrtanja (što znači da SG daje snagu zahtevanu od potrošača u svakom trenutku). Polazi se od vektorskog dijagrama
ˆ 222 i IXUUE
natpobuđenog TG.
asIjX ˆ 2220 sincos IXUUE s
22220 sin2 IXXIUUE ss
U0E
20
0E
ss
22
aI2
2
00
2
0sin21
E
IEI
EU
EU
0000
ss X
EX
EE22 sin21 iiuu
Familija spoljnih karakteristika (elipsi) TG. Dobijene su pri stalnoj pobudi i brzini obrtanja.
SINHRONA MAŠINASpoljna karakteristika turbogeneratoraSpoljna karakteristika turbogeneratora
22 sin21 iiuu u
U cos =0 22
1,0
Un cos =0cap Omski potrošač: 221 iu
cos =0i d
0,8,0
iu 1Induktivni potrošač:
1cos =0ind i
ZAKLJUČAK: Ako se pobuda ne reguliše, naponZAKLJUČAK: Ako se pobuda ne reguliše, napon generatora neće ostati konstantan nego će se menjati zavisno od veličine i karaktera potrošača.
SINHRONA MAŠINASpoljna karakteristika turbogeneratoraSpoljna karakteristika turbogeneratora
Familija spoljnih k-ka TG (u-i). cap0cos
ind0cos
ra % bu
de %
ind0cos
cap0cos ener
ator
a
Stru
ja p
o
cap0cos
Nap
on g
e
Struja armature
SDa bi se održao stalan napon na potrošaču pri
Struja armatureN Struja armature
p p ppromeni opterećenja, potrebno je menjati If.
IjXSINHRONA MAŠINA
Spoljna karakteristika turbogeneratora
03E IjX
3as IjX Spoljna karakteristika turbogeneratora
1as IjX2as IjX
02E Šta učiniti da napon statora ostane stalan
U
1asj
ˆ01E
statora ostane stalan ako se struja statora promeni?U
2I
3aI
1aI2aI
SINHRONA MAŠINASpoljna karakteristika turbogeneratora
IjXIjXIjX
Spoljna karakteristika turbogeneratora
UE
1as IjX2as IjX3as IjXE E Šta učiniti da naponU
03E I
3aI02E 01E Šta učiniti da napon
statora ostane stalan ako se struja statora
1aI2aI promeni?
1a
SINHRONA MAŠINASpoljna karakteristika turbogeneratoraSpoljna karakteristika turbogeneratora
U1as IjXU1asj
3I2as IjXˆ
01E
2
ˆaI
3aI3as IjX
02E
Šta učiniti da napon statora ostane stalan
03E1aI statora ostane stalan
ako se struja statora promeni?
1a
promeni?
SINHRONA MAŠINASpoljna karakteristika turbogeneratoraSpoljna karakteristika turbogeneratora
ˆ
2as IjX
3as IjX
E ˆ1as IjX2as IjX3as IjX U1as IjX
ˆ EU
1as IjX
ˆ 3aI
02E
01EU
03E ˆ
3aI02E 01E
I3aI2as IjX
3as IjXˆ
01E
1aI2
ˆaI
3a
1aI2
ˆaI
03E
ˆ
2aI02E
1. Ako je opterećenje induktivno ili aktivno tada svaki porast struje indukta i znači porast struje pobude kako bi
1a 03E1aI
porast struje indukta i znači porast struje pobude kako bi napon ostao isti.2. Ako je opterećenje kapacitivno onda porast struje
ć ćindukta i pri malim opterećenjima praćen je smanjenjem struje pobude.3 Za bilo koju struju indukta i struje pobude se smanjuje3. Za bilo koju struju indukta i struje pobude se smanjuje kako cos menja karakter sa induktivnog na kapacitivni.
SINHRONA MAŠINAOblast mogućeg rada - Pogonska karta TG
Pogonska karta SM predstavlja skup dozvoljenih-dopuštenih radnih tačaka u PQ ravni. Crta se u relativnim jedinicama. Zasniva se na vektorsko fazorskom dijagramu mašine strujnomvektorsko-fazorskom dijagramu mašine - strujnom.
Naponski StrujniNaponski Strujni
SINHRONA MAŠINAOblast mogućeg rada - Pogonska karta TG
Množenjem veličina u strujnom dijagramu s naponom dobija se dijagram snage.
StrujniStrujni
SINHRONA MAŠINAOblast mogućeg rada - Pogonska kartaOblast mogućeg rada - Pogonska karta
Dijagram snage sa uključenim ograničenjima predstavlja pogonsku kartu Ograničenja su usled:
1 Z j t j t t (I )
pogonsku kartu. Ograničenja su usled:
1. Zagrevanja namotaja statora (Ia).
2. Zagrevanja pobudnog namotaja (If).2. Zagrevanja pobudnog namotaja (If).
3. Stabilnosti.
4. Maksimalne i minimalne snage turbine.
Pogonska karta
Ograničenje zbog zagrevanja namotaja statora Ia.j
222 sqp
U PQ ravni geometrijsko mesto tačaka konstantne prividne snage predstavlja kružnicu. Uz konstantan napon statora g p j pveličina kružnice je određena strujom statora. Koliko najviše može biti velika kružnica? To je određeno d lj j S j i k j j jdozvoljenom strujom statora. Strujom pri kojoj se namotaj statora neće pregrejati.
SINHRONA MAŠINAOblast mogućeg rada - Pogonska karta TGOblast mogućeg rada - Pogonska karta TG
Ako se pođe od ugaonih karakteristika P() i Q()Ako se pođe od ugaonih karakteristika P() i Q()
sin0 xeup ue
xuq cos0
sx xsDobija se kružnica u p-q ravni kao geometrijsko mesto tačaka mogućih snaga p i q TG.tačaka mogućih snaga p i q TG.
20
222
eu 02
ss x
ux
qp
Pogonska karta TG
D li t čk j
p 20
222
ss xeu
xuqp
Da li su sve tačke na ovoj kružnici i dozvoljene? Za = 90°
02e
0eZa 90
max0 p
xeup 0e
xu01e
xs
uq2
q2
xsiu
sxq q
sxu2
δ<90
ºniče
nje δ
ogra
n
Dobija se ograničenje po maksimalnoj snazi koju TG može predati. Ograničenje stabilnog rada TG.
Pogonska karta TGTeoretska i praktična granica p gstabilnosti TG.Ograničenje rada SG definisano je statičkom granicom stabilnosti. TG se smeju opteretiti do =90°. Zbog sigurnosti ne dopuštamo ni uglove g gbliske prevalnom jer postoji opasnost od ispada iz sinhronizma. Zato se definiše praktična granica stabilnosti koja dajepraktična granica stabilnosti koja daje određenu rezervu u snazi. Najčešće se određuje rezerva od 0,1Sn.
Kod TG se jednostavnije definiše praktična praktična granica stabilnosti Za TG nedopušta se rada sa >70°granica stabilnosti. Za TG nedopušta se rada sa >70
Pogonska karta -TG p 20
222
ss xeu
xuqp
pppOgraničenje zbog zagrevanja
03e
ne0
ss
0eu
Ograničenje zbog zagrevanja namotaja pobude If za TG.
01eiu
0exs
q
q
q
q2 qqqqsx
u2
Kako u q-p k.s. stoje ograničenja po Ia i If?
A koliko mogu biti velike kružnice na ovom dijagramu? To je određeno g j g jveličinom dozvoljene If, a da se pri tome pobudni namotaj ne pregreje nominalnom strujom pobude.
]pu[p
ograničenje
Pogonska karta TG2
022
2
ss xeu
xuqp
ograničenje Ia<Ian pu][8,07,0)za( 0max ue
xuiqs
f
0exu
si
pu][1)za( max aiq
qiu
u2
sxu
ič jograničenje If<Ifn
Kružnica koja predstavlja ograničenje maksimalne struje pobude ima veći prečnik od kružnice koja predstavlja ograničenje po struji armature.
Pogonska karta
Ograničenje maksimalne i minimalne pobudne struje TGOgraničenje maksimalne i minimalne pobudne struje TGU potpobuđ.režimu SM je podložna ispadu iz sinhronizma (malo Pmax) pa se zbog sigurnosti ograničava Ifmin sa kojom rade SM. Regulacija male If g g g fmin j g jmože postati nesigurna zbog prirode samog regulatora. Ifmin=0,1÷0,3Ifn.
Pogonska karta TG
1 – maksimalna snaga Pmax ograničena turbinom,2 – minimalna snaga Pmin ograničena turbinom,3 - granica max induktivnih opterećenja zbog pregrevanja pobudnog nam.3 granica max induktivnih opterećenja zbog pregrevanja pobudnog nam.4 - praktička granica statičke stabilnosti u kapacitivnom, potpobuđenom
području,5 granica po maksimalnoj armaturnoj struji I zbog pregrevanja5 - granica po maksimalnoj armaturnoj struji Imax zbog pregrevanja
armature,6 - granica po minimalnoj uzbudnoj struji If min.
Pogonska karta HG
SINHRONA MAŠINAV- kriveV- krive
Kod SM faktor snage se može menjati promenom struje pobude tako da on bude induktivnog ili kapacitivnogpobude, tako da on bude induktivnog ili kapacitivnogkaraktera - tj.može se podešavati na željenu vrednost.Neka se razmatra motorski režim rada SM napajane iz p jmreže beskonačne snage. Aktivna snaga se može odrediti kao:
cos3 IUP sin3 0 EUP
U IjXs ˆcos3 IUP sin3
sXUP
Šta će se promeniti pri promeni pobudne
0EI
struje pri konstantnom opterećenju na vratilu motora?
I Važi će:
constcos I constsin0 E .constcosI const.sin0 E
SINHRONA MAŠINAV- kriveE V- krive
constcos I
const.sin0 E
ˆ4as IjX 4E
Ovo su prave duž kojih se
.constcos I
U3E
p jmora kretati vrh vektora EMS i I pri promeni pobudne
U2E
struje uz P=const.
I3ˆaI
1Eˆ
1aIcosaI
2aI4aI
a
sinEcap ind
SINHRONA MAŠINAV- krive i krive regulacije
Familija krivih u kojoj je P parametar
Familija krivih regulacije u kojoj je cos parametarp j j j p
V krive ili Mordejeve karakteristike su familija karakteristika struja armature-struja pobude u kojima je P-snaga opterećenja parametararmature-struja pobude u kojima je P-snaga opterećenja parametar.
SINHRONA MAŠINAV- krive
Ponekada se krive regulacije crtaju kao I =f(I)Ponekada se krive regulacije crtaju kao If=f(I)
SINHRONA MAŠINAV- krive i krive regulacijeV- krive i krive regulacije
Ia 1,0
P=125% granica stabilnosti
0,7070,866 75%
100%
,
0,707
0,866
25%
50%
If o If
cos =0ind
cos =0cap 0%
25%
If o If
If0 struja koja obezbeđuje normalnu pobuđenost tj. pri ovoj If SM nerazmenjuje Q sa mrežom I < Inerazmenjuje Q sa mrežom. If0 < Ifn.Pri ovim razmatranjima pretpostvaljeno je da je U=const i f=const.
SINHRONI MOTORI
Klasična primena – pogoni gde nije potrebno regulisati brzinu i gde se ne zahteva veći broj upuštanja i zaustavljanja. To su:
•Motor-generatorske grupe,Motor generatorske grupe,•Eelektromotorni pogoni
•sa snažnim pumpama, •ventilatorima•ventilatorima, •kompresorima,•mlinovima i drobilicama.
•Mali sinhroni motori raznih izvedbi•Mali sinhroni motori raznih izvedbi.Regulisani pogoni sa SMo. Napajanje preko pretvarača Ee, reguliše se frekvencija napajanja motora. Koriste se pretvrači Ee:j p j j p
-jednosmernim međukolom-ciklokonvertori.
Regulisani pogoni:Regulisani pogoni:•SMo srednje i velike snage širokog raspona brzine obrtanja,•Mlinovi u cementarama –rad sa velikim momentom i malom brzinom obrtanjaobrtanja.
SINHRONI MOTORISMo iz mreže uzima aktivnu snagu upravo toliku da pokrije svoje gubitkeSMo iz mreže uzima aktivnu snagu upravo toliku da pokrije svoje gubitke i preda na vratilu snagu koju zahteva radna mašina.
š ć ć S ž ćZahteva li radna mašina veću snagu, automatski će SMo iz mreže povući veću aktivnu snagu povećanjem ugla opterećenja .
Reaktivnu snagu motora moguće je menjati nezavisno o aktivnoj snazi;to se postiže promenom pobudne struje.
Pokretanje. SMo treba iz stanja mirovanja dovesti do sinhrone brzine i tada sinhronizovati na mrežu. Osnovne vrste pokretanja SMo su:1. Asinhron zalet;
• Direktno (Ipol=4÷6In, Mpol=0,5÷1Mn),• Y/ (Ipol=1,5÷2In, Mpol=0,2÷0,5Mn), • Sa transformatorom.
2. Zalet pomoćnim (pony) motorom;3. Zalet pomoću pretvarača učestanosti-sinhrono pokretanje.
SINHRONI MOTORISMo za asinhrono pokretanje imaju adekvatan prigušni namotaj naSMo za asinhrono pokretanje imaju adekvatan prigušni namotaj na rorotu ili masivne polove. Da bi se ograničila struja u pobudnom namotaju tokom zaleta pobudni namotaj je kratko spojen preko dodatnog otpornik Rdod=5÷10Rf.
Zalet SMo pony motorom je najstariji način pokretanja. Pony motor je mehanički spojen sa sinhronim motorom, to je najčešće asinhroni motor. Veličina pony motora određena je momentom opterećenja i snagom gubitaka u SMo tokom pokretanja. g g p j
Zalet pomoću pretvarača učestanosti omogućuje sinhroni zalet jer se sinhronizam ostvaruje pri sasvim niskim učestanostima te se polakosinhronizam ostvaruje pri sasvim niskim učestanostima te se polako diže napon i učestanost do nazivnih vrednosti. Ovo je skupo rešenje i primenjuje se u pogonima predviđenim za regulaciju brzne ili gde ima više SMo pa se postepeno jedan za drugim pokreću jednim pretvaračemviše SMo pa se postepeno jedan za drugim pokreću jednim pretvaračem.
Pony motor
SINHRONI MOTORIRadne k-ke SMo If=const U=const f=constRadne k-ke SMo, If=const, U=const, f=const
P ‐ izlazna snaga ‐ snaga na vratilu motora;Pel - ulazna električna snaga;Pg ‐ ukupni gubici;g p g
SINHRONI MOTORI - PrednostiPrednosti sinhronih motora u poređenju sa drugim vrstama motora:
•mogu biti građeni za velike snage i velike brzine (prednost nad DC )•mogu raditi s pretvaračima s klasičnim paljenjem tiristora (prednost u odnosu na asinhrone motore). Ti pretvarači mogu biti građeni za u od osu a as o e oto e) p et a ač ogu b t g ađe apodručje velikih snaga i jeftiniji su od drugih vrsta.
Sporohodni motori su najčešće građeni s istaknutim polovima na kojimaSporohodni motori su najčešće građeni s istaknutim polovima na kojima su ugrađeni uz pobudne namotaje i prigušni namotaji.
SINHRONI MOTORI- na broduSMo se koriste na brodovima za disel električnu propulziju.
N k Q Eli b th 2Na kruzeru Queen Elizabeth 2 •9MAN dizel motora •3 SMo ALSTHOM 44MW promenljive brzine obrtanja
SINHRONI MOTORIOdnos potrebne brzine obrtanja i snage opredeljuju izbor sinhroni ili asinhroni motor. SMo dobija prednost za aplikacije za velike snage i male brzine obrtanja. Ako odnos pada u oblast preklapanja moraju se uzeti druge odrednice za odabir motora. g
Kontrola cos i kompenzacija reaktivne. Prednost SMo.
kW
sinhroni
Efikasnost i ukupni troškovi. Inicijalni troškovi su veći za SMo
sinhroni
ali zbog boljeg ukupni troškovi tokom životnog veka mogu biti manji nego kod AM. j g
Instalacija i zaštita. Prednost AM.
asinhroni
Osnovni zadatak sistema pobude sinhronog generatora je da obezbediSISTEMI POBUĐIVANJA
Osnovni zadatak sistema pobude sinhronog generatora je da obezbedi DC struju za pobudni namotaj.
Pored osnovnog zadatka sistem pobude sinhronog generatoraPored osnovnog zadatka sistem pobude sinhronog generatora osigurava regulaciju napona na stezaljkama generatora i neke funkcije zaštite generatora.
Zahtevi prema sistemu pobude u ostrvskom režimu rada:•Regulacija napona vlastite mrežeF i j b d ži i k•Forsiranje pobude u režimima kvara
Zahtevi prema sistemu pobude u radu na mrežu:•Regulacija reaktivne snage•Poboljšanja vezana sa stabilnošću
Sistemi pobude prema izvoru napajanja dele se na:•Jednosmerne rotacione sisteme pobuđivanja,•Naizmenične rotacione sisteme pobuđivanjaNaizmenične rotacione sisteme pobuđivanja,•Statičke sisteme.
Prema načinu pobuđivanja pobudne sisteme delimo na:SISTEMI POBUĐIVANJA
Prema načinu pobuđivanja pobudne sisteme delimo na:Nezavisne – napajanje iz budilice koja se vrti na istom vratilu generatoraSamopobuda – početna pobudna struja iz remanencijeStrana pobuda – napajanje iz vlastite potrošnjeStrana pobuda – napajanje iz vlastite potrošnje
SISTEMI POBUĐIVANJA – DC budilica
J d i t i i i t BUDILICAJednosmerni rotacioni sistem pobude. Na istom vratilu SG nalazi se DC budilica koja može imati svoju pomoćnu budilicu.
Zbog problema s DC budilicom (skupo održavanje, ugljena prašina od četkica koje kližu po kolektoru...) danas se ne koristi u novim agregatima.
SISTEMI POBUĐIVANJA – Budilica je SGNaizmenični rotacioni sistem pobude. Budilica je SG, pogonjen turbinom
j d ičk til I lj č b di SG di d d k b dna zajedničkom vratilu. Ispravljač u pobudi SG su diode dok se pobuda budilice napaja preko tiristora. Postoje klizni koluti i četkice na dva mesta.
R t b dili HE Dj dRotor budilice u HE Djerdap.
SISTEMI POBUĐIVANJA- Beskontnaktna pobuda (Brushless)
Naizmenični rotacioni sistem pobude s rotirajućim diodama. Nema kliznihNaizmenični rotacioni sistem pobude s rotirajućim diodama. Nema kliznih prstenova (brushless). Budilica je SG inverzne konstrukcije (pobuda je na statoru, armatura na rotoru). Rotirajući diodni most je na rotoru i on ispravlja napon armature budilice Pobuda budilice je na statoru napajaispravlja napon armature budilice. Pobuda budilice je na statoru, napaja se iz SG sa stalnim magnetima. Nema kliznih kontakata ni četkica. Mana je što nema direktnog merenja If.
SISTEMI POBUĐIVANJA- Beskontnaktna pobuda (Brushless)
SISTEMI POBUĐIVANJA- Beskontnaktna pobuda (Brushless)
SISTEMI POBUĐIVANJA – Staička pobudaStatički sistem pobude. Napajanje pobude SG je sa stezaljki genratora ili i i i K i ti b d i t f t P b d t j jiz nezavisnog izvora. Koristi se pobudni transformator. Pobudna struja je upravljana tiristorskim ispravljačima. Napajanje pobude zavisi od napona generatora odnosno stanja mreže. Postoje problemi u forsiranju pobude tokom prelaznih režima.
Da bi se SG priključio na mrežu- sinhronizovao moraju se ispuniti SINHRONIZACIJA SG
Da bi se SG priključio na mrežu- sinhronizovao moraju se ispuniti SINHRONIZACIJA SG
Da bi se SG priključio na mrežu- sinhronizovao moraju se ispuniti sledeći uslovi: •napon generatora i napon mreže moraju biti jednaki EG=Um;•frekvencija generatora i frekvencija mreže moraju biti jednake fG=f;
sledeći uslovi: •napon generatora i napon mreže moraju biti jednaki EG=Um;•frekvencija generatora i frekvencija mreže moraju biti jednake fG=f;
sledeći uslovi: •napon generatora i napon mreže moraju biti jednaki EG=Um;•frekvencija generatora i frekvencija mreže moraju biti jednake fG=f;j g j j j G ;•redosled faza generatora i mreže moraju biti isti;•u trenutku uključenja generatora na mrežu napon generatora i napon mreže moraju biti u fazi
j g j j j G ;•redosled faza generatora i mreže moraju biti isti;•u trenutku uključenja generatora na mrežu napon generatora i napon mreže moraju biti u fazi
j g j j j G ;•redosled faza generatora i mreže moraju biti isti;•u trenutku uključenja generatora na mrežu napon generatora i napon mreže moraju biti u fazinapon mreže moraju biti u fazi.Mogu se javiti velike struje izjednačenja i ogromni torzioni momenti sa neželjenim posledicama.
napon mreže moraju biti u fazi.Mogu se javiti velike struje izjednačenja i ogromni torzioni momenti sa neželjenim posledicama Ako prethodni uslovi nisu zadovoljeni.
napon mreže moraju biti u fazi.
tUu ma sin
3/2sin tUu
tEe GmGaG sin
3/2sin tEe
Napon mreže i napon na generatoru pre priključenja SG:tUu ma sin
3/2sin tUu 3/2sin tUu mb 3/4sin tUu mc
3/2sin tEe GmGbG 3/4sin tEe GmGcG
3/2sin tUu mb 3/4sin tUu mc
SINHRONIZACIJA SG
Ako su naponi jednaki (E =U ) a učestanosti (f f) se razlikuju tada je
U GGi2
Ako su naponi jednaki (EG=Um) a učestanosti (fGf) se razlikuju tada je razlika napona mreže i generatora:
ttUeuu GG
maGaa 2cos
2sin2
D št lik č t ti d 0 3H K lik j lik č t ti?Dopušta se razlika učestanosti do 0,3Hz. Kolika je razlika učestanosti?
SINHRONIZACIJA SG
Ispravan trenutak uključenja se može odrediti pomoću sijalica iIspravan trenutak uključenja se može odrediti pomoću sijalica i nultog voltmetra.
Sinhronoskop umesto.
SINHRONIZACIJA SG
U današnjim elektranama složeni uređaji za automatsku sinhronizaciju.
Osnovna podela motora sa stalnim magnetima
SM sa stalnim magnetimap g
• Kolektorski DC motoriPobudni namotaj je zamenjen sa stalnim magnetima (najčešće feritima) smešteni su na statoru.
• Elektronikom komutovani motori.Ovo je trofazni motor sa stalnim magnetima na rotoru. Statorski namoti su napajani strujama trapeznog talasnog oblika pri čemu struju istovremeno vode samo dve faze, što odgovara načinu rada mehaničkog kolektora.
• Sinhroni motori sa stalnim magnetimaSinhroni motor sa stalnim magnetima je trofazni motor sa magnetima na rotoru napajan strujama sinusnog talasnog oblika pri čemu strujurotoru napajan strujama sinusnog talasnog oblika pri čemu struju istovremeno vode sve tri faze.
Poslednje dve grupe su poznati kao Brushless DC motori (BLDC).
SM sa stalnim magnetima
PM-synchronous sy c o ousmotors with position control
Source: ABB Sweden
Single-arm-robot with “brushless DC” PM synchronous motors
SM sa stalnim magnetimaMagnetna pobuda u SM ostvarena je stalnim magnetima. Koja je k i l t b d j t ji k t t i či d fi išekvivalentna pobudnoj struji konstantnog iznosa čime se definiše
pobudni fluks također konstantnog iznosa.Stalni magneti mogu biti postavljeni: a) na površinu rotora, b) u unutrašnjost rotora i c) specijalno montirani
Xd = Xq Xd Xq
Xd < Xq Xd > Xq
SM sa magnetima montiranim na površinuradijalno ili paralelno magnetizirani magneti• ugrađuju se magneti na bazi retkih zemalja visoke remanencije (>0.8 T)( )• magneti su zalepljeni na površinu rotora• za dodatno osiguranje magneta od delovanja centrifugalnih sila pri visokim brzinama koristi se ovojnica od staklenih vlakana ilivisokim brzinama koristi se ovojnica od staklenih vlakana ili nemagnetskog čelika• nisu pogodni za pogone koji zahtijevaju veliki raspon brzina obrtanja
SM sa magnetima montiranim u unutrašnjost rotora magneti se magnetiziraju poprečno na najdužu stranicu• koriste se magneti niske remanencije (0,2‐0,5 T) zbog ograničenja napona pri maksimalnoj brzini u slučaju prekida napajanja. Mogu se koristiti i
ti i k ij štit DC đ k dmagneti visoke remanencije uz zaštitu DC međukruga od prenapona pravovremenim isključivanjem pretvarača.• Xq > Xd • osim elektromagnetskog razvijaju i reluktantni moment• osim elektromagnetskog, razvijaju i reluktantni moment• mogu se koristiti na visokim brzinama vrtnje• pogodni su za pogone koji zahtevaju veliki raspon brzina (npr. električna vuča)vuča)
SM Vektorski dijagram
IjXIjXRIEU ˆˆˆˆˆ ddqq IjXIjXRIEU 0
SM Vektorski dijagram
IjXIjXRIEU ˆˆˆ ddqq IjXIjXRIEU 0
Damper cage in synchronous machines
Damper cage of a 2-pole synchronous machine Asynchronous torque of damper cage (KLOSS) Synchronous machines oscillate at each load step, when operating at “rigid”
grid. The damper cage (= squirrel cage in rotor pole shoes) is damping theseoscillations of load angle (and of speed) quickly.
Function of damper cage: Speed oscillation leads to rotor slip s. So statorfield induces damper cage. Cage current and stator field give asynchronoustorque MDä, which tries to accelerate / decelerate rotor to slip zero = it dampsthe oscillatory movement. The kinetic energy of oscillation is dissipated as heatin the damper cage.
For asynchronous starting, a BIGGER starting cage is needed due to big cage
Institut für ElektrischeEnergiewandlung • FB 18
TECHNISCHE UNIVERSITÄT
Prof. A. Binder : Electrical Machines and Drives 9/126
losses.
Damping of load angle oscillations
Without damper cage: undamped oscillations at operation point: A (-Me, 0):cp 1
Damping asynchronous torque (KLOSS): (linearized)Jcp
fe
21
sDssMsM b
Dä 2)(
sb
2)2( 22
ee
ff
2s43.17.0/1/1
Hzfe 087.127.0093.12 22 E.g.:
Institut für ElektrischeEnergiewandlung • FB 18
TECHNISCHE UNIVERSITÄT
Prof. A. Binder : Electrical Machines and Drives 9/127