SINKRONI STROJEVI

SINKRONI STROJEVI -1UVOD U SINKRONE STROJEVE

Sinkroni strojevi su rotacijski električni uređaji a ijele se na: 1. sinkrone generatore 2. sinkrone motore

Sinkroni generatori pretvaraju mehaničku energiju u električnu ok sinkroni motori pretvaraju električnu energiju u mehaničku. mehaničku. U principu su po konstrukciji jenaki, a ovisno o priključku ovisi a li de biti generator ili motor. U praksi se ipak izvode kao generatori ili kao motori.

Naziv sinkroni je obio zbog toga što se elektromagnetske pojave koje se ogađaju na rotoru i statoru vremenski podudaraju.

Grae se sinkroni generatori o snage o 1600 MW a izvoe se pokusi i s vedim snagama. Sinkroni generator obiva mehanički energiju o svog pogonskog stroja, koji je preko osovine čvrsto vezan na osovinu rotora sinkronog generatora. Pogonski stroj može biti, parna turbina, vona turbina ili motor s unutarnjim sagorijevanjem. Broj okretaja sinkronog ge neratora oređen je njegovom konstrukcijom ali tako a konačna

frekvencija mreže bue 50 Hz. Obzirom na tip pogonskog stroja razlikujemo: -

brzohodne (turbogeneratore od 1500 i 3000 o/min)

-

sporohodne (hidrogeneratore 60 do 1000 o/min)

SINKRONI STROJEVI -2KONSTRUKTIVNI ELEMENTI SINKRONOG GENERATORA

Sinkroni generatori imaju dva osnovna konstruktivna elementa: m irujudi io ili stator i rotirajudi dio ili rotor. U jenom ijelu se mora proizvesti magnetski tok, a u rugom su smješteni voiči u kojima se inducira napon kada ih presijecaju silnice magnetskog polja.

Svjejeno je gje de se staviti uzbuni namot, bilo na rotor ili na stator. Iz praktičnih razloga se pokazalo a je magnetski tok proizveen na rotoru mnogo praktičniji o rugačijeg slučaja. Na rotor se dovodi isto smjerna struja iz izvora napona 200V= o 350 V= što na kliznim kolutima (prstenovima) ne izaziva teškode.

Postoji bitna razlika između rotora turbogeneratora (brzohonih strojeva) i hirogeneratora (sporohodnih strojeva). Sporohodni strojevi imaju istaknute polove koji se kod brzohodnih generatora ne

mogu posatviti jer bi ih centrifugalne sile uništile.

Stator je mirujudi io stroja napravljen u obliku valjka a satoji se o tri karakteristična ijela:

a) kudišta b) jezgre ili statorskog paketa c)

namota

Rotor je uzbuni io sinkronog stroja. Na njemu je smješten uzbuni namot kojim prolazi

istosmjerna struja i uzbuđuje magnetski tok. Obzirom na konstrukciju postoje dvije vr ste rotora: a) s okruglim valjkastim rotorom, turborotori ili rotori s neistaknutim polovima b) s istaknutim polovima Obzirom na brzinu vrtnje rotora razlikuju se: a) brzohodni strojevi 750-3000 o/min b) strojevi srednje brzine 300-600 o/min c)

sporohodni strojevi s manje od 300 o/min

SINKRONI STROJEVI -3Stator

Kučište je vanjski io sinkronog stroja. Kučište služi kao oklop za zaštitu aktivnog ijela stroja. Ono ujeno služi i kao nosač jezgre i namota a ko manjih strojeva kučište nosi cijeli stroj. U tu svrhu je na onjem ijelu prošireno i ojačano. Stator brzohonih strojeva ima oblik uzužnog valjka , tj užina mu je puno veda o promjera. Ko sporohonih strojeva je promjer je statora velik u onosu na njegovu užinu.

Statorski paket napravljen je od dinamo-limova debljine 0,35 do 0,5 mm. Dinamo limovi se

izrađuju (štancaju) u obliku prstena, tako a na unutrašnjem ijelu imaju nazubljen rub, koji služi pri slaganju limova kao utor u koji se slažu namoti. Namot statora se izvoi o bakrenih voiča. Utori mogu biti poluzatvorenog ili otvorenog tipa pa se oni ubacuju u utore usipavanjem ili šivanjem.

Rotor

Turborotor je rotor s neistaknutim polovima uzuž kojeg su napravljeni utori za smještaj

uzbunog namota. Reovito se izvoi kao vopolni a rjeđe kao četveropolni. Rotor turbogeneratora mora biti savr šeno građen jer rai po nepovoljnim uvjetima (velike brzine rotacije i velike centrifugalne sile te velika naprezanja.

Rotor s istaknutim polovima se satoji od tri osnovna dijela: a. magnetski polovi I.

polni nastavak (magnetsko stopalo, polna papuča)

II.

jezgre magnetskog pola

III.

uzbudnog namota

b. magnetski vijenac c.

zaglavak s osovinom

SINKRONI STROJEVI -4-

NAČELO RADA SINKRONOG STROJA Elementi sinkronog stroja su: a) stator s armaturnim namotom b) rotor s magnetskim polovima c)

izvor istosmjerne struje

Protjecanjem istosmjerne struje kroz rotorski namot dobivamo elektromagnet stalne vrijednosti i orijentacije. Prema tome su magnetski polovi rotora elektromagneti. Dva pola uvijek čine par: sjeverni i

južni pol.

Na slici je prikazan shematski turbogenerator s uzbudnim namotom turborotora , te s kliznim

kolutima (prstenima), četkicama i izvorom istosmjernog napona. Silnice magnetskog toka izlaze iz rotora na sjevernom polu (N), prolaze kroz zračni raspor i ulaze u aktivni io statora (armaturu), granaju se lijevo i desno (na svaku stranu odlazi polovica magnetskog toka), te ispo južnog pola (S) ulaze natrag u rotor. Na svom putu u statoru, magnetski tok je ulančio (zatvori o u svoj krug) gotovo sve voiče armaturnog namota.

Na slijeedoj slici prikazan je magnetski tok hirogeneratora koji na sličan način ulančuje voiče armaturnog (statorskog kruga).

U trenutku mirovanja stroja magnetski tok je stalan jer je i struja koja ga je inducirala stalna.

Miruje rotor, miruju naravno voiči unutar statorskog namota, te nema niti nikakvog električnog jelovanja unutar tih voiča. Otvore li se u jednom trenutku zasuni za protok pare u turboelektrani ili vode u hidroelektrani,

lopatice ili propeleri de se po mehaničkim utjecajem početi okretati te de svoj mehanički ra prenositi i na osovinu rotora ko ja de s početi okretati. S rotorom se okredu i njegovi polovi, a s polovima rotira i magnetsko polje, a magnetsko polje presijeca voiče armaturnog (statorskog) namota te u njima inucira EMS. Dakle da bi se inducirao napon u armaturnom namotu, potrebno je stvoriti uvjete a uzbuđeni tok rotira i presijeca voiče armaturnog namota. Oblik induciranog napona.

Inucirani napon u izmjeničnom stroju je izmjeničan, sinusoialnog oblika. Prema slici demo pretpostaviti da postoje samo dva utora na statoru u koja je smješten samo jean zavoj. Kaa ispre


voiča I prolazi pol N, istoobno ispre voiča II prolazi pol S. U oba voiča se inuciraju naponi koji se potpomažu.

Prolaskom jenog para polova ispre voiča jenog zavoja, inucirat de se u zavoju napon, koji čini puni val sinusoie (3600 električnih) što čini jenu periou sinusnog val, za jean puni okretaj rotora. Za jedan puni okretaj jednog para polova (p=1) inducira se jedna perioda napona. Ako stroj ima 4 pola, tj.

va para polova (p=2) inucirat de se va puna vala sinusnog napona, što čini vije perioe. Za četveropolni stroj može se napisati: 1 okretaj rotora

2 periode

p perioda

2 okretaja rotora

4 periode

2p perioda

3 okretaja rotora

6 perioda

3p perioda

-1

Ako stroj rotira brzinom n min , a ima p pari polova, onda za jedan puni okretaj rotora (n=1) inducira p perioda: n okr/min – p n perioda Poznato je da je frekvencija f jednaka broju perioda u sekundi induciranog napona. Frekvencija ili

broj perioa u sekuni je šezeseti io perioa u minuti pa se može pisati: f = p n/60 [Hz]

Isto tako možemo postaviti i broj okretaja iz gornjeg izraza: -1

n =60 f/p [min ] ili izraz za broj pari polova:

p = 60 f/n

U trofaznom stroju nalaze se na statoru tri fazna armaturna namota. Namot jedne faze nije

usreotočen na jenom mjestu, ved je raspoređen u više skupina utora međusobno razmaknutih za oređeni kut, a i namot pojeinih faza međusobno je pomaknut za oređeni kut. Ko vopolnog stroja (jedan par polova), namot svake od triju faza prostorno je pomaknut za 120 0, u ta tri namota induciraju se

tri fazna napona izmjenična i sinusoialnog oblika, pomaknuta jena prema rugom za 120 0.


NAMOTI STROJEVA IZMJENIČNE STRUJE U ovom poglavlju govorit de se o armaturnom namotu sinkronih strojeva – dakle o namotima statora. Armaturni namot sinkronih strojeva odnosi se isto tako na namot i asinkronih strojeva koji se

kasnije nede posebno razmatrati. Namot strojeva izmjenične struje preočuje se 1. razvijenom shemom (naj češdi slučaj jer je preglenija) 2. čeonom shemom Razvijena shema se obije tako a se imaginarno stator razreže už jenog zuba i razvije u ravninu. SVITAK

Namot se sastoji od svitaka, koji se ulažu u utore.

Jean svitak može imati jedan, dva ili više zavoja. Kod svakog svitka, bez obzira koliko zavoja imao, razlikuju se dva osnovna dijela: 1. aktivni io koji je uložen u utor (naziva se još i strana svitka) 2. neaktivni io koji leži izvan utora

Dakle svaki svitak ima vije aktivne i vije neaktivne strane. Ponavljamo, aktivni io uložen je u utor.

Širina svitka mora biti takva a jena strana leži po jenim polom, a ruga strana po suprotnim polom, jer se u tom slučaju inucirani naponi (EMS) s objema aktivnim stranama međusobno potpomažu. Širina svitka naziva se još i korak svitka i označu je s Y. Razmak magnetskih polova se označuje s τ. Uobičajeno je a se razmak između strana svitka označuje u električnim stupnjevima. Električni i geometrijski stupnjevi vezani su relacijom:

αe1 =p αgeom Tako naprimjer sinkroni generator s dva pola, onosno s jenim parom polova, ima električne stupnjeve jednake geometrijskim.

Ako strane svitka moraju ležati po va susjena raznoimena pola, to znači a i strane svitka zatvaraju kut 0

od 180 el.


PODJELA NAMOTA I OZNAČAVANJE STEZALJKI Prema osnovnoj podjeli namoti mogu biti: 1. namoti sa svicima 2. štapni namoti 3. specijalni namoti Dalja podjela namota (nama u ra zumijevanju električnih strojeva - mnogo bitnija) 1.

jednofazan namot (ako je stroj građen za pogon na jenoj fazi, taa stator ima namot

2.

samo jene faze, pri čemu ne moraju svi utori biti ispunjeni) dvofazan namot rjeđe se upotrebljava , a ispunjava obično sve utore u statoru trofazni namot je najvažniji, pogotovo ko sinkronih generatora, jer se najviše

3.

upotrebljavaju. Namot svih triju faza treba smjestiti u utore statora, a pri tome treba ispuniti niz uvjeta: 0

a. korak svitka treba biti p ribližno 180 el. b. u utorima između va raznoimena susjena pola trebaju biti smještene strane svitka od sva tri fazna namota c.

svitak mora biti tako smješten a se inucirani naponi međusobno potpomažu u stranama svitka i u cijelom namotu jedne faze

Zbog toga je izraa trofaznog namota složen posao.

Prema širini svitka, onosno veličini koraka namatanja namot može biti: 1. dijametralni namot (jedna strana svitka u utoru je pod jednim polom, a druga strana svitka u utoru pod susjednim suprotnim polom 2. namot sa skradenim korakom (ko tetivnog namota širina svitka je skradena, tj korak namatanja Y manji je od polnog koraka τ odnosno manji od 180 el. Skradenje se vrši 0

zato a se smanje ili ponište viši harmonici i a se uštei na užini voiča.

Prema broju svitaka u utoru razlikuje se: 1. jednoslojni namot (svitak jednom svojom stranom ispunjava cijeli utor) 2. dvoslojni namot


Prema obliku svitka namot može biti 1. namot sa svicima jednakog oblika 2. namot sa svicima nejednakog oblika

Prema broju utora na pol i fazu namot može biti: 1. namot s cijelim brojem na pol i fazu 2. razlomljeni namot Na stranici 5 slika II.4.7 prikazan je namot s cijelim brojem utora na pol i fazu. Vidi se da jednu fazu i jedan pol pripadaju 3 utora.

Označi li se sa: Nu -

Ukupni broj utora

p-

broj pari polova

q-

broj utora po polu i fazi

m-

broj faza

tada se pomodu relacije

N u = 2 p q m

može lako izračunati broj utora. Razlomljeni namot je namot kod kojeg je q razlomljeni broj (4/5, 3/2, 8/9 i sl.) Redovito se

razlomljeni namot izvoi kao tetivni, tj. sa skradenim korakom. Razlomljeni namot se koristi ko sinkronih strojeva. OZNAKE STEZALJKI NAMOTA SINKRONIH STROJEVA

Prema IEC, početak uzbunog namota spaja se na stezaljku s oznakom F1 a završetak na stezaljku F2.

Stezaljke trofaznog statorskog (armaturnog) namota označavaju se: 1. faza – početak U1 – završetak U2 2. faza – početak V1 – završetak V2 3. faza – početak W1 – završetak W2 Primjer: Nacrtati razvijenu shemu trofaznog jednoslojnog namota sa svicima jednakih oblika i dijametralnim korakom, ako je zadano p = 2; q = 2. Rješenje: Nu = 2 p m q = 2 x 2 x 3 x 2 = 24 utora Y = τ = m x q = 3 x 2 = 6 zubnih razmaka Neka se prvo ulažu svici faze U. Broj utora na pol i fazu iznosi q = 2, a to znači a za fazu U o prvog polnog koraka mogu biti samo 2 utora, i isto toliko za fazu V i fazu W. Buudi a je zaan jednoslojan namot, ispod svakog pola dolaze po dvije strane svitka za svaku fazu. Korak svitka namota je 6 zubnih razmaka; a to znači: ako se jena strana svitka faze U uloži u utor 1, ruga strana svitka ulazi u utor 7, a od drugog svitka faze U prva strana dolazi u utor 2, a druga u utor 8. Između ova va svitka ostali su sloboni utori 3, 4, 5 i 6. U njih dolaze strane svitke ostalih dviju faza V i W.

SINKRONI STROJEVI -90

Poznato je da je faza V pomaknuta u odnosu na fazu U za 120 el, pa taj kut treba odrediti i na obodu statora. To de se oreiti tako a se orei električni kut, koji otpaa na jean utor, a taj kut se izračunava pomodu formule: 0 α = 360 x p/Nu = 720 /24 = 30 el (kut jednog utora) 0

0

Ako je dakle kut koji dolazi na jedan utor 30 el, onda kut od 120 el čine 4 utora. Kako je kut što otpaa na utor ujeno i kut zubnog razmaka, početak faze V nađe se tako a se o početka faze U obroje 4 zubna razmaka, pa se tako ođe u utor 5. Faza V zauzima utore 5 i 6 po prvim polom i utore (5+6=11, 6+6=12) 11 i 12 pod drugim polom itd. Prema razvijenoj shemi može se napraviti tablični prikaz namota, kao što je prikazano u tabelo.

SPOJEVI ARMATURNOG NAMOTA

Spoj u zvijezdu

Spoje li se krajevi armaturnog trofaznog namota U2, V2, W2 zajeno u zvjezište na jenu stezaljku, a počeci namota U1, U2, W2 na posebne stezaljke obit de se spoj namota u zvijezu. Zvjezište namota još se zove neutralna točka ili nul točka, a označuje se slovom „N“. U spoju zvijezda vrijedi: I fazno = Ilinijsko Ulinijsko = 3

1/2

U fazno

Spoj u trokut

Kao i ko transformatora i ovje se spoj u trokut obije ako se stezaljka početka jenog faznog namota spoji sa stezaljkom završetka rugog faznog namota (U1W2, V1U2, W1V2). U spoju trokut vrijedi: I linijsko = 3

1/2

I fazno

U linijsko = U fazno

SINKRONI STROJEVI - 10 -

VELIČINA INDUCIRANOG NAPONA U SINKRONOM GENERATORU Inucirani napon u jenoj strani jenog zavoja, uzrokovan presijecanjem magnetskih silnica, može se izraziti izrazom za efektivnu vrijednost induciranog napona: e = B l v gdje je B – efektivna vrijednost magnetske indukcije, l – užina voiča, v – brzina presijecanja voiča magnetskih silnica. Efektivna vrijednost magnetske indukcije dobije se prema iz izraza



  √ 

gdje je B m srednja vrijednost magnetske indukcije, a prema slici (raspodjela magnetske indukcije u

zračnom rasporu)

Pri izračunavanju inuciranog napona uzima se, umjesto magnetske inukcije B, ukupni proizvedeni magnetski tok Φ po polu koji se izračunava po formuli Φ = Bm S = Bm l τ gdje je Bm [T] – srednja vrijednost indukcije pod polom l [m] – užina aktivnog ijela statora τ [m] – polni korak Brzina v može se izračunati pomodu:

   

[m/s]

gdje je D π – unutarnji opseg armature -1

n [min ] – sinkrona brzina [okretaji/min]

   



  

Uvrste li se izveene veličine u osnovnu jenažbu obije se veličina inuciranog napona u jenom voiču.



               √  √    √  

    √ 

Inducirani napon u cijelom zavoju dijametralnog namota iznosi dvostruko:



    √ 


ako je u jednoj fazi N zavoja, tada je kod dijametralnog namotasa samo jednim utorom (q = 1) po polu i fazi inducirani napon:



     √ 

Postavlja se pitanj e koliki je inucirani napon kaa na pol i fazu olazi više o jednog utora, tj. kada je q > 1, te kada korak namota nije dijametralan ved tetivan? Napon je manji od napona koji se dobije po gornjoj formuli iz dva razloga: 1. zbog prostorne razdiobe namota po armaturi (kod trofaznih strojeva je taj napon kada su ispunjeni svi utori: K r - faktor razdiobe namota koji iznosi K r =0,955)  2. zbog skradena koraka namota    gdje je ε/2 kut dobiven iz fazorskog odnosa  tetivnog induciranog napona i dijametralnog dvostrukog namota prema slici.

Tako na kraju možemo obiti konačni oblik inuciranog napona za q > 1 i za Y < τ:

 ako se uzme da je

      √

    gdje je  – faktor namota ona možemo pisati : 

      √ ili

       

SINKRONI STROJEVI - 12 POGONSKA STANJA SINKRONIH GENERATORA

Kao i ko transformatora, tako de se i ko sinkronog stroja promatrati njegovo ponašanje u slijeedim stanjima: 1. prazni hod 2. opteredenje 3. kratki spoj Prazni hod sinkronog stroja

Sinkroni stroj radi u praznom hodu onda kada se uzbude magnetski polovi, rotor zarotira

pogonskim strojem, a na stezaljke armaturnog namota nije priključen nikakav teret (trošilo). Taa de se u armaturnom namotu inucirati napon sinusoialnog oblika po formuli E = 4,44 f N Φgl K n gdje je f

- frekvencija

N

- broj zavoja armaturnog namota po fazi

Φgl - uzbudni tok magnetskih polova Kn

- faktor namota

Može se uzeti a je umnožak 4,44 f N K n= K K je konstanta stalne vrijednosti pa se formula za inucirani napon može pisati E = K Φgl

Veličina inuciranog napona razmjerna je akle s glavnim magnetskim tokom. Kako de se mijenjatio tok tako de se mijenjati i inucirani napon. A veličina glavnog magnetskog toka ovisi o uzbunoj struji I1, o broju zavoja uzbudnog namota, o zračnom rasporu, o imenzijama armature i rotora, te o magnetskim svojstvima materijal.

Pravac δ predstavlja karakteristiku praznog hoda koja bi se dobila kada bi se pretpostavilo da je

željezo iealni voič i a se sva uzbuna struja troši na svlaavanje zračnog otpora koji pruža zračni raspor prolasku magnetskog toka. Kako međutim željezo nije iealna voič magnetskog polja, tako je i za svlaavanje otpora u željezu potrebna neka uzbuna struja, pa je zato karakteristika praznog hoda dobila oblik krivulje.

Opterećenje sinkronog stroja Ako se na stezaljke generatora koji rai u praznom hou priključi neki teret (električno trošilo), kroz armaturni namot potedi de struja I2 prema trošilu pa se kaže a generator rai po optereden jem. Zbog toga što je u sinkronom generatoru potekla struja I2 , u sinkronom generatoru nastaju velike promjene u odnosu na stanje koje je vladalo u praznom hodu. Kada se generator optereti, napon na njegovim armaturnim stezaljkama se mijenja , i to uglavnom iz dva razloga:


1. zbog pada napona u armaturnom namotu 2. zbog reakcije armature 1. Pad napona u armaturnom krugu Uzbudnu struju I1 nazovimo primarnom strujom, a uzbudni namot primarni namot. Armaturni namot (statorski namot), nazovimo sekundarni namot, a struju I2 sekundarnom strujom. Napon na stezaljkama generatora nazovimo U2, ok inucirani napon označimo s E . Prema tim oznakama se fazorski dijagram seku narnih struja i napona preočuje onjom slikom.

U slučaju a nema trošila bio bi U2=E. Kut ϕ2 je fazni pomak između opteredenja i napona U 2, a oređen je vrstom opteredanja (rano, induktivno, kapacitivno).

2. Reakcija armature

Pri opteredenju generatora na promjenu napona stezaljki utječe i reakcija armature. Struja opteredenja I2 pri prolazu kroz armaturni tok, stvara magnetski tok koji se naziva armaturni tok, a označuje se s Φ A . U generatoru ko opteredenja postoje akle va toka, uzbuni tok, koji se stvara u magnetskim polovima Φgl i armaturni tok Φ A. Smjer magnetskog toka Φ A u odnosu na smjer prolaza struje I2 prikazan je za jednu fazu na slici II.7.8. Magnetski tok Φ A može zauzeti razne položaje u onosu na Φgl . Može imati isti smjer, može biti suprotan po smjeru ili zauzeti neki položaj između ovih vaju.

Rad stroja kao generatora ( zašto se rotor teže okreće kada je generator priključen na trošila)

Djelovanjem pogonskog zakretnog momenta (uzrokovanog pogonskom turbinom), rotor se iz svog

početnog položaja zakrede u smjeru vrtnje. Zakretanju rotora u smjeru vrtnje suprotstavlja se moment opteredenja statora (na koji su priključena trošila) koji nastoji to zakretanje, kroz okretni elektromagnetski moment, vratiti rotor u prvobitni položaj. On akle rotor koči . Što je vede opteredenje trošila, akle veda statorska (armaturna struja), to je vedi elektromagnetski moment koji želi rotor vratiti natrag. Dakle zahtjev za vedom električnom potrošnjom trošila ima za posljeicu vedu potražnju okretnog momenta


turbine koja djeluje na rotor generatora kako bi broj okretaja i napon na stezaljkama statora bio isti (nominalan). DETALJNIJE:

Neka se na električnu mrežu koju napaja generator uključi neko trošilo. Trošilo treba električnu energiju i neka mu je snaga:

  √     Struja koju generator aje trošilu, u generatoru naruši ravnotežu stroja, ko ja se manifestira u smanjenju napona i brzine vrtnje. Automatski proces koji je zaužen za oržavanje sinkrone brzine i frekvencije te izlaznog napona U2 djeluje u istom trenutku, kada se u generatoru pojave novi zahtjevi za

vedom energijom, pa se pogonskom stroju, kroz sustav automatske regulacije, pojača ovo mehaničke energije (vedi zakretni moment M pog) i podesi uzbudu, kako bi se uspostavilo stabilno stanje (isti napon i frekvencija). Zahtjevi se sa statora na rotor prenose elektromagnetskim putem. Struja u namotu statora stvara statorski okretni moment koji se na principi akcije-reakcije prenosi na rotor kao elektromagnetski okretni

moment. On ima smjer suprotan vrtnji rotora i koči ga, što aktivira automatski regulirani proces za ovođenjem mehaničke energije pogonskom stroju. Sinkrona reaktancija

Pri opteredenju sinkronog stroja, u njegovom armaturnom naponu, olazi o paa napona. To se očituje na stezaljkama generatora, gje se napon U 2 mijenja s promjenama opteredenja. Dva su razloga promjene napona: 1. pad napona u namotu armature zbog omskog otpora R 2 i reaktancije – induktivnog otpora X2 nastalog zbog rasipanja armaturnog toka Φ A( ΔU A1=I2R2-jI2 X 2 ). 2. pa napona zbog reakcije armature. Zbog reakcije armature ošlo je o paa napona u armaturnom namotu, a to znači a je u armaturi prisutan i oatni otpor – reaktancija XA,

na kojem se troši io inuciranog napona ( ΔU A2=-jI2 X A) U armaturi dakle postoje dvije reaktancije, reaktancija zbog rasipnog toka X 2 i reaktancija reakcije armature X A. Te vije reaktancije čine jenu zajeničku koja se zove sinkrona reaktancija (X S). XS = XA + X2 Sinkrona reaktancija (XS) je veličina koja se za svaki stroj utvrđuje u tvornici, te se kao važan

karakterističan poatak priružuje ostalim važnim poacima koji prate svaki generator kod izlaska iz tvornice. Ona se u listu poataka unosi kao relativna veličina x S%. Opdenito se uzima a je:

 

       

Iz čega slijei

   √ 

      

Za turbogeneratore p = 1 X S=(1,9 -2)*100 Za hidrogeneratore X S=(0,65-1,2)*100

SINKRONI STROJEVI - 15 Kratki spoj sinkronog generatora

Kratki spoj sinkronog generatora nastaje kaa u blizini stezaljki armaturnog namota ođe o spoja između voova faznih namota U1, V1, W1 ili na izlaznim priključnim trofaznim voovima L1, l2, L3. To je kratki spoj u pogonu i za sam generator je vrlo opasan i razarajudi. Zato se generator štiti o takvih slučajeva posebnim specijalnim zaštitinim uređajima, koji u najkradem mogudem vremenu neuatraliziraju djelovanje struja kratkog spoja. Kao prvo po trebno je struju uzbude I1 smanjiti na nulu. Pokus kratkog spoja Pokus kratkog spoja se radi prema datoj shemi. Stezaljke armaturnog kruga kratko se spoje s ampermetrima. Ampermetar se postavlja i u uzbudni rotorski krug. Stroj se zarotira na sinkronu brzinu ns i

taa se uzbuna struja počinje preko regulatora polako poizati. Kroz armaturni namot teče struja, pa se očitane vrijenosti unose u tablicu. Kaa ampermetri pokažu a teče nazivna struja, pokus je završen. Struja pokusa krtkog spoja I2K jednaka je nazivnoj struji I 2N generatora. I2K = I2N

Stezaljke su kratko spojene pa je U 2 = 0. U armaturi teče nazivna struja, a a bi ona mogla tedi u armaturnom namotu se mora inducirati neki napon E 0. Taj napon se potroši na unutarnjem otporu armature. Karakteristika kratkog spoja U kratkom spoju gener atora nema magnetskog zasidenja jezgre generatora, ili je zasidenje jezgre

vrlo malo, pa je karakteristika kratkog spoja pravac koji prolazi kroz ishoište, kao što je prikazano slikom. Karakteristika kratkog spoja je pravac, što znači a je ko kratkog s poja generatora, struja keratkog spoja razmjerna s uzbudnom strujom I 1. Zbog toga je vrlo važno, ko kratkog spoja kao kvara u pogonu, kada su struje kratkog spoja vrlo velike, uzbudnu struju smanjiti na nulu.

Značaj poataka o kratkom spoju Ovdje su va žne vije činjenice:


omogudava utvrđivanje gubitaka u generatoru ko opteredenja nazivnom strujom uz U 2 = 0, te otpora R 2 armaturnog namota kod I2N 2. karakteristike kratkog spoja omoguduju a se grafičkom metoom oree sinkrone 1. struja kratkog spoja I 2K = I2N

reaktancije. Mogu se odrediti: a. X2 – veličina rasipne reaktancije b. XA – reakcije armature c.

padovi napona na gornjim reaktancijama kod nazivne struje I 2N i cosϕ=0

d. oređivanje uzbune struje I 1 za struju I2N za nazivno opteredenje generatora ili bilo koje rugo realno opteredenje SINKRONI GENERATOR U ELEKTROENERGETSKOM SUSTAVU Paralelni rad generatora

Dva ili više generatora rae paralelno ako su spojeni na zajeničke sabirnice. Ra preko zajeničkih sabirnica ostvaruje se u samoj elektrani. Elektrana se uključuje u paralelan ra ako se spoji na mrežu na koju su spojene ruge elektrane u jeinstveni elektroenergetski sustav. Pri paralelnom rau isključenje pojeinih generatora rai revizije ili popravaka ne narušava stabilnost sustava i sigurnost napajanaja. Sustav je stabilan, stalnog napona i frekvencije, pa se u literaturi naziva krutim sustavom ili

krutom mrežom. Uvjeti za paralelan rad generatora 1. Napon generatora koji se priključuje u paralelan ra mora biti jenak naponu mreže na koju se prikl jučuje 2. Napon generatora mora imati istu frekvenciju koju ima i napon mreže. tj. generator se ne

smije priključiti na mrežu u paralelan ra ok nije postigao sinkronu brzinu. Razlika u frekvenciji izaziva mehanički uar, koji ima za posljeicu jako mehaničk o naprezanje na rotoru pogonskog stroja 3. Naponi generatora i mreže moraju biti istofazni (ne smije biti faznog pomaka) 4. reoslije faza generatora i mreže mora biti jenak. U protivnom olazi o razarujedeg strujnog udara.

Kaa su ispunjeni svi ovi uvjeti , kaže se a je generator sinkroniziran, a sam postupak uključivanja generatora u paralelan rad naziva se sinkronizacija. Sinkronizacija

Kaa se generator želi uključiti u paralelan ra, potrebno je njegov rotor zarotirat i na sinkronu brzinu, a zatim se polako povisuje uzbua. Na stezaljkama de se pojaviti izmjenični napon koji se može mjeriti voltmetrom, no generator se ne smije uključiti u mrežu sve ok nisu ispunjeni i ostali uvjeti. Postoje razne naprave pomodu kojih se može oreiti jesu li ispunjeni svi uvjeti. Najjenostavnije naprave su sinkronizacijske žarulje koje se mogu spojiti u tamni spoj i svijetli spoj. Danas se za sinkronizaciju koristi uređaj sa sikronoskopom, vostrukim voltmetrom i vostrukim frekven cometrom. Za sinkronizaciju generatora velikih snaga koriste se poluautomatski uređaji, a u najsloženijim postrojenjima, potpuno automatski uređaji. Tamni spoj

Sve ok naponi nisu potpuno jenaki, žarulje trajno svijetle. Poešavanjem uzbune struje generatora postiže se jenakost napona generatora i mreže. Kaa se postigne jenakost napona, žarulje ne svijetle trajno ved se čas pale, a čas gase u osta brzom ritmu. To znači a frekvencija generatora i mreže nije ista. Poešavanjem brzine vrtnje generatora postiže se jenakost frekvencija i istofaznost napona. U tim trenucima ritam paljenja žarulja je sve sporiji sve ok se više ne pale. Taa je postignuta sinkronizacija i generator se može pustiti u ra sustava. Ako se žarulje tijekom sinkronizacije pale i gase istodobno, onda je redoslijed faza ispravan, a ako se pale i gase naizmjence, onda je redoslijed faza

neispravan te se va ovoa moraju međusobno zamijeniti. Svijetli spoj


Ko svijetlog spoja se vije žarulje za svijetli spoj spajaju u križ prema slici, a treda u tamni spoj. Ako ih se postavi u krug ima se ojam a se svjetlo vrti u krug. To se ogađa sve ok ne ođe o sinkronizma. Ka svjetlo prestane rotirati, žarulja priključena u tamni spoj ostaje tamna, a one priključene u svijetli spoj izrazito svijetle. U tom trenutku postignuta je sinkronizacija i generator sa sklopkom je

spreman za uključenje u mrežu.

Sikronizacija pomodu uređaja za sinkronizaciju Kod ove vrste sinkronizacije upotrebljavaju se dvostruki volmetar, dvostruki frekvencometar,

sinkronoskop i žarulja. Sinkronoskop uspoređuje brzinu generatora u o nosu na sinkronu brzinu a također i fazni pomak linijskog napona mreže i generatora. U postrojenjima s aljinskim upravljanjem može se primjeniti poluautomatska ili automatska sinkronizacija.

JEDNOFAZNI SINKRONI GENERATOR

Konstruktivna izvedba jednofaznog sinkronog generatora je ista kao i izvedba trofaznog. Razlika je samo u statorskom ili armaturnom namotu, jer jednofazni generator ima samo jednofazni namot

smješten u 2/3 utora. Jednofazni sinkroni generatori se grade za frekvencij

 ⁄

Hz, 25 Hz a u novije vrijeme i za

frekvenciju o 50 Hz. Jenofazni generatori s nižom frekvencijom imaju manji broj pari polova i vedi polni razmak. Brzina im je međutim sinkrona

 

   

Jednofazni sinkroni generatori rade jednako kao i trofazni generatori. Prisilnim okretanjem

uzbuđenog rotora u statorskom namotu inucira se jenofazni napon, koji se može izmjeriti na stezaljkama generatora. Primjena jednofaznih generatora Najčešde se koriste za proizvonju jenofazne struje

 ⁄ Hz, 25 Hz za vuču elktričnih željeznica.

Kao što je poznato, kontaktna mreža je jenofazna, pa su reovito jenofazni i izvori iz kojih se napaja.


Smanjena frekvencija uzima se u elektrovuči zato što kolektorski motori izmjenične struje, koji služe za pogon lokomotiva, ko smanjenih frekvencija rae mnogo sigurnije. KORISNOST SINKRONIH GENERATORA

Ukupni gubici za sinkroni generator iznose: Pg = Ptr+v +Pb+Par +Pas+Pd gdje su Ptr+v

gubici uslijed trenja i otpora zraka

Pb

snaga potrošena zbog uzbunog stroja ako je na istoj osovini

Par

gubici u aktivnom dijelu rotora

Pas

gubici u aktivnom dijelu statora

Pd

dodatni gubici (oko 0,5% privedene snage rotoru) Korisnost η obit de se ako se aktivna mrež i predana snaga P podijeli aktivnom primljenom

snagom P1.

Korisnost se krede oko 0,95 tj 95% što znači a na gubitke otpaa oko 5%. Ko velikih generatora je η još povoljniji. SINKRONI MOTOR

Sinkroni stroj može raiti kao generator ako mu se na rotor ovoi preko osovine mehanička energija, a može raiti kao motor ako mu se na stator ovoi električna energija. Po konstrukciji su ientični. Ra sinkronog motora je jenak kao i sinkronog generatora, ali čitav proces treba promatrati obrnuto. Motor se prik ljučuje na električnu mrežu ogovarajudeg napona i on iz te mreže uzima električnu energiju i pretvara je u mehaničku. Sinkroni motor rotira sinkronom brzinom, a to znači a ga treba sinkronizirati s mrežom na koju se priključuje. To se može raiti na tri načina: 1. asinkronim zaletom (ima ugrađen kavezni rotor pore uzbue koja ga ovoi blizu sinkrone brzine i taa motor „uskoči“ u sinkronizam) 2. pomodu naponsko/frekvencijskog pretvarača (izvor napajanja kojim poižemo frekvenciju i napon do nazivne vrijedno sti i taa ga prekapčamo na mrežu) 3. pomodu posebnog zaletnog asinkronog motora Primjena sinkronih motora

Pore velikog neostatka ispaanja iz sinkronizma pri preopteredenju, sinkroni motor ima velikih prednosti jer ga se može koristiti za snage o nekoliko vata pa čak preko 40 MW i za napon o 15000 V. Primjenjuje ga se i tamo gje je potrebna stalna brzina bez obzira na iznos opteredenja u nazivnim granicama (tvra mehanička karakteristika). Sinkroni kompenzator Sinkroni kompenzatori su posebna vrsta sinkronih strojeva koji rade bez pogonskog stroja. Ne

koriste se za elektromehaničku pretvorbu energije, ved za opskrbu elektroenergetskog sustava jalovom energijom. Grade se za snage do 200.000kVA sa 6 ili 8 istaknutih polova.

U električnoj istributivnoj mreži postoji mnogo potrošača koji osim rane snage trebaju i jalovu snagu (transformatori, motori, alekovoi). Prevlaava inuktivna komponenta opteredenja što znači a u mreži kojom se energija prenosi o izvora (elektrane -generatora) o mjesta potrošn je, ima uz radnu i mnogo jalove induktivne struje. Ako mrežu želimo oteretiti jalove struje koristimo sinkrone kompenzatore u nauzbuđenom stanju. Naime ako sinkroni kompenzator promatramo kao motor, što on u stvarnosti i jest, taa je on trošilo kapacitivne struje Ic. Tako se sinkroni kompenzator na krutoj mreži ponaša kao veliki konenzator koji o izvora vuče kapacitivnu struju. Saa možemo lako preočiti a kapacitivna komponenta struje može poništiti inuktivnu komponentu struje, pa je mreža o izvora o trošila oslobođena jalove komponente struje, te se osloboio prostor za vedu jelatnu komponentu struje, čime se cosϕ, faktor snage mreže, znatno popravio. Faktor snage cosϕ = I R /I je onos između jelatne (IR ) i ukupne struej (I) u prijenosnom vodu. On

de to biti bolji što je ukupna struja bliža jelatnoj. Kaa je IR = I tada je cosϕ=1.

SINKRONI STROJEVI

Recommend Documents