masini electrice 1 curs 7
TRANSCRIPT
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 7
1/28
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 7 1
MAŞINI ELECTRICECurs 7: Maşina sincronă: Generalităţi, construcţie şi funcţionare
Prof.dr.ing. Claudia MARŢIŞ([email protected])
Departamentul de Maşini şi Acṭionări Electrice Grupul de Sisteme Electromecanice
(www.ems.utcluj.ro)
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 7
2/28
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 7 2
Maşină sincronă: maşină de curent alternativ construită pentrua funcţiona cu o viteză constantă, legată de frecvenţa f a reţelei
şi de numărul de perechi de poli p ai maşinii, prin relaţia:
p
f 60 n
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 7
3/28
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 7 3
GENERALITĂŢI
Primul generator sincron trifazat: proiectat de C. Brown în 1891, cu S=230kVA, U=95 V, n=150 rot/min, antrenat de o turbină hidraulică instalată pe râulNeckar, lângă Frankfurt.
Regimul de bază este regimul de generator, fiind construit pentru puteri
într-o gamă largă, până la valori de 1500MW.Ca motor, se utilizează în aplicaţii care necesită viteză constantă.
Avantajele motorului sincron faţă de cel asincron: randament mai ridicat,factor de putere mergând către unitate, turaţie constantă, întrefier mai mare.
Dezavantajele motorului sincron faţă de cel asincron: absenţa cuplului de
pornire şi posibilitatea de pendulare cu pericolul desprinderii din sincronism(pierderea stabilităţii)
Turaţiile, la f=50Hz pentru care se construiesc sunt de 68, 94, 187, 250, 375,500, 600, 750, 1000, 1500 şi 3000 rpm
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 7
4/28
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 7 4
CONSTRUCŢIA MAŞINIISINCRONE – Miezul
feromagnetic
Se execută în două variante constructive:
Maşină sincronă cu întrefier constant
Maşină sincronă cu întrefier variabil
Stator similar cu cel almaşinii asincrone (tolesau segmente de tole)
Rotor cu poli înecaţi(material masiv în care
se taie crestăturile)
Rotor cu poli aparenţi (piese polarefixate la periferia unei roţi polare
solidare cu arborele maşinii)
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 7
5/28
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 7 5
CONSTRUCŢIA MAŞINII SINCRONE – Înfăşurări statorice
Înfăşurarea statorică este distribuită în crestături şi se conectează la
reţeaua de curent alternativ.Se realizează din conductor (bare)de cupru.
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 7
6/28
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 7 6
Înfăşurarea rotorică estealimentată în curent continuu.
CONSTRUCŢIA MAŞINII SINCRONE – Înfăşurări rotorice
Concentrată pe poli aparenţi
1- inele3- butuc
6- ax7- înfăşurare excitaţie 8- bare9- segmente de inel
1- pol ; 2 - înfăşurare
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 7
7/28
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 7 7
Distribuită în crestăturile rotorice
1 – dinte mare2 - înfăşurare
1- inele2- bandaj3- dinte mare4- crestături 5- capete de bobină excitaţie 6- ax
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 7
8/28
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 7 8
1 – talpa polului2 – bara3 – inel de scurtcircuitare4 - polul
Înfăşurare în colivie de obiceinesimetrică
CONSTRUCŢIA MAŞINII SINCRONE – Înfăşurare de amortizare
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 7
9/28
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 7 9
CONSTRUCŢIA MAŞINII SINCRONE – Alimentarea înfăşurării de excitaţie
Caracteristici :
Variaţia în limite largi a curentului de excitaţie
Variaţia rapidă a curentului de excitaţie
Reglajul automat al curentului de excitaţie
Mod de realizare:
Maşini rotative - excitatoare
Maşini rotative şi elemente statice
Elemente statice
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 7
10/28
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 7 10
Scheme de excitaţie cu maşini rotative
G
3
Ex1
Ex2
R c
reglajtensiune
Excitatoare 1
Generatoare decurent continuu
Excitatoare 2
P = kn+1.Pr
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 7
11/28
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 7 11
Schema de excitaţie cumaşini rotative şielemente statice
Schema de excitaţie cu
elemente statice
Ex1
R
G
3
R c
RA
G
3
Tr
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 7
12/28
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 7 12
REGIMUL DE GENERATOR ALMAŞINII SINCRONE
HIDROGENERATOR
Turbină hidro
TURBOGENERATOR
Turbină cu aburi
MAŞINA PRIMARĂ
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 7
13/28
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 7 13
Înf ăşurarea inductoare(excitaţia)
- Pe rotor, concentratsau distribuit
- Alimentată în curentcontinuu
Înf ăşurarea indusă
- Pe stator, distribuită în crestături
- Înf ăşurare de curentalternativ
Solenaţia rotorică generează câmpul magnetic inductor în
maşină (Bδ1)
Înf ăşur ările induse vor fi înlănţuite de fluxuri magnetice
variabile
3
4tcos
3
2tcos
tcos
1m0C
1m0B
1m0A
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 7
14/28
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 7 14
3
4tcos
3
2tcos
tcos
1m0C
1m0B
1m0A
3
4tsinEe
3
2tsinEe
tsinEe
1m0C0
1m0B0
1m0A0
3
4tsinIi
3
2tsinIi
tsinIi
1m2C2
1m2B2
1m2A2
Fluxul ce înlănţuie înfăşurările statorice
Tem induse în înfăşurărilestatorice
Curenţii ce se închid prin înfăşurările statorice (inprezenta unei sarcini la
bornele statorice)
Pentru maşini cedebitează pe o
sarcină
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 7
15/28
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 7 15
Rotor bobinat – o pereche depoli, p=1
Rotor bobinat – trei perechi depoli, p=3
Rotor cu magneti permanenti – trei perechi de poli, p=3
0 50 100 150 200 250 300 350-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
Unghi [grade]
I n d u c t i e m a g n e t i c a i n i n t r e f i e r [ T ]
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06-50
0
50
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06-50
0
50
T e n s i u n e i n d u s a [ V ]
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06-50
0
50
Timp [s]
Faza A
Faza B
Faza C
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06-50
0
50
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06-50
0
50
T e n s i u n e i n d u s a [ V ]
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06-50
0
50
Timp [s]
Faza A
Faza B
FazaC
0 50 100 150 200 250 300 350-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
Unghi [grade]
I n d u c t i e m a g n e t i c a i n i n t r e f i e r [ T ]
0 50 100 150 200 250 300 350-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Unghi [grade]
I n d u c t i a m a g n e t i c a i n i n t r e f i e r [ T ]
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03-50
0
50
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03-50
0
50
T e n s i u n e i n d u s a [ V ]
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03-50
0
50
Timp [s]
Faza A
Faza B
Faza C
Mers in gol, I2 = 0
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 7
16/28
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 7 16
2tpcosBB 1m22
Câmpul învârtitor de
reacţie
2 1 total B B B
t p cos B B 1 m 1 1
Câmpul inductor
rotoric
Câmpul rezultant în
maşină
Reacţia indusului
1 B
2 B
t tan rezul B
1
0
reactie
t tan rezul
1
Mers in sarcina, I2 ≠ 0
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 7
17/28
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 7 17
Maşină sincronă cu poli înecaţi
Câmpul magnetic în întrefier laalimentarea înfăşurării rotorice în
curent continuu
111f 10
m11m11 p,Ik N
B,tpcosBB
Fundamentala:
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 7
18/28
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 7 18
ΘE solenaţia inductoare (rotorică)
B
inducţia rezultantă în întrefier
Θ2 solenaţia indusului (statorică), reacţia indusului
x
Reacţia indusului
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 7
19/28
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 7 19
Ecuaţiile de funcţionare
1
0
2 w 2
1 w 1
1 1 k N 3
k N p I ' I
Curent de excitaţieraportat la stator
0 1 2 I ' I I
1 ' I
2 I
0 I
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 7
20/28
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 7 20
2222m uiR ee
t.e.m. rezultantăindusă în stator
t.e.m. indusă defluxul statoric de
dispersie Rezistenţa de fazăa înfăşurării
statorice
Curentul de fazăstatoric
Tensiunea de fază labornele înfăşurării
statorice
dt
diLe 222
Echivalareapierderilor înfierul statoric
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 7
21/28
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 7
22/28
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 7 22
2s202 I jXUE0R
Diagrama fazorială Schema echivalentă a generatoruluisincron în regim permanent
Θ – unghiul intern al maşinii
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 7
23/28
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 7 23
Maşină sincronă cu poliaparenţi
x
B 1
B
ΘE
ΘE1
0
d
τ
bp=αiτ
δ Câmpul magnetic în întrefier la
alimentarea înfăşurării rotorice încurent continuu
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 7
24/28
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 7 24
Θr – solenaţia rotorică la mers în gol Θsq - solenaţia de reacţie transversală a indusuluiΘrez – solenaţia rezultantă
d
N S
E0A
E0B E0C
IA
IB IC
β=0
Reacţia indusului
β este unghiul de defazaj între curentul
înf ăşurării induse şi tensiunea indusă
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 7
25/28
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 7 25
Θr – solenaţia rotorică la mers în gol Θsd - solenaţia de reacţie longitudinală a indusuluiΘrez – solenaţia rezultantă
N NSS
β=π/2 β=-π/2
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 7
26/28
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 7 26
Pentru o sarcină oarecare: 02
,2
Θs - solenaţia de reacţie a indusuluiΘsd – componenta longitudinală a solenaţiei de reacţie a indusului Θsq – componehta transversală a solenaţiei de reacţie a indusului
sin
cos
ssd
ssq
E0
Φ0
I2(Θs)Iq(Θsq)
Id(Θsd)
β
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 7
27/28
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 7 27
22222m I jXIR UE
0reactie _ qreactie _ d0reactiem EEEEEE
dreactie _ dreactie _ d I jXE qreactie _ qreactie _ q I jXE
0R
XX
XXX
XXX
2
qd
2reactie _ qq
2reactie _ dd
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 7
28/28
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 7 28
qqdd20 I jXI jXUE
φ
E0
Φ0
I2(Θs)I(Θsq)
Id(Θsd)
θ
XqIq
XdId
U2
Diagrama fazorială