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 .


Q

GMNatpobuđenNatpobuđen

PG

P t b đM

P t b đ

P

PotpobuđenPotpobuđen

Radni režimi SM


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?


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


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


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


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.


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.


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.


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.


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


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.


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


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.


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.


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.


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


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


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


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.


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


Reaktivna snaga:q

qqIjXg

0E

qq

dd IjX

dd IUIUQ 3 U

dd IjX

qd IUIUQ sincos3

qddq IUIUQ 3 U

IIq IqI

d dI


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.


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


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?


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 – 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

sinhrone maŠine - ftn

Documents