MASINA SINCRONA

MASINA SINCRONA

Numele acestei masini vine din caracteristica ei principala de functionare si anume faptul ca viteza campului invartitor este intotdeauna egala cu viteza mecanica a rotorului masinii.

Masina sincrona poate fi utilizata atat in regim de generator cat si in regim de motor. Totusi, in marea majoritate a aplicatiilor ea este utilizata ca si generator.

Generatoarele sincrone sunt realizate ca masini sincrone trifazate si servesc pentru producerea energiei electrice. Motoarele sincrone se folosesc la actionarea unor utilaje de mare putere la care nu este necesara reglarea turatiei si care nu necesita porniri prea dese.

Masina sincrona are doua parti constructive de baza: statorul si rotorul.

Statorul masinii sincrone este partea fixa (imobila) a masinii, si cuprinde: miezul magnetic statoric si infasurarile statorice. Miezul statoric este realizat din tole de otel electrotehnic de 0,5 mm grosime izolate prin lacuire sau oxidare. Miezul statoric are forma de coroana cilindrica si este prevazut la periferia interioara cu crestaturi (santuri) longitudinale in care se aseaza infasurarea statorica (trifazata). Infasurarile statorice, trifazate, sunt realizate de obicei din conductoare de cupru. In aceste infasurari se induce tensiunea electromotoare, produsa de fluxul inductor creat ce infasurarea rotorica alimentata in c.c. si aflata in miscare de rotatie. De aceea statorul poarta denumirea de indus al masinii sincrone.

Rotorul masinii sincrone este partea mobila a masinii, care cuprinde miezul de fier rotoric, infasurarile rotorice (de curent continuu), inelele colectoare, perii. Inelele si periile servesc pentru alimentarea infasurarilor rotorice.Exista doua forme constructive principale ale rotorului:

• rotor cu poli aparenti, format dintr-o serie de piese polare fixate de jug. Pe poli sunt asezate bobinele rotorice, numite bobine de excitatie, alimentate in curent continuu astfel incat sa formeze poli care sa alterneze succesiv: N, S, N,.etc. Rotorul cu poli aparenti se foloseste numai la masini sincrone cu turatie de cel mult 1000 rot/min (3 perechi de poli N-S) deoarece este dificil sa se asigure o rezistenta mecanica corespunzatoare la turatii mai ridicate pentru aceasta varianta constructiva.
• rotor cu poli inecati, format dintr-un bloc masiv cilindric de otel prevazut la periferie cu crestaturi longitudinale in care se aseaza infasurarea rotorica de excitatie. Din acelasi bloc de otel este realizat si arborele rotorului. Capetele infasurarii rotorice (de curent continuu) sunt conectate la doua inele colectoare pe care aluneca o pereche de perii. Aceasta varianta constructiva este preferata la viteze mari de rotatie, de 1500 sau 3000 rot/min, datorita rezistentei mecanice mai ridicate si sigurantei mai mari in functionare.

Alimentarea in curent continuu a infasurarii de excitatie a masinii sincrone se poate realiza de la un generator de curent continuu ce se afla pe acelasi arbore (ax) cu masina sincrona, denumit excitatoare. Infasurarea rotorica a generatorului, cea care prin miscare de rotatie induce tensiune electromotoare in infasurarile statorice se numeste infasurare de excitatie sau inductor.

Generatoarele sincrone de turatie mare (1500 sau 3000 rot/min) si de putere nominala mare se construiesc cu poli inecati si sunt antrenate de turbine cu abur, turbogeneratoare. Generatoarele sincrone cu poli aparenti, de turatie redusa si putere nominala mare sunt antrenate, de regula, de turbine hidraulice si se numesc hidrogeneratoare.

Incarcarea masinii sincrone la arbore determina modificarea unghiului intern dintre tensiunea electromotoare indusa in infasurarea statorica si tensiunea la bornele infasurarii statorice.

Acest unghi θ ia valori intre 0 grade pentru functionarea in gol si 90 de grade pentru incarcarea maxima pe care o poate suporta in mod ideal masina sincrona.

1. CARACTERISTICILE GENERATORULUI SINCRON AUTONOM

Scopul lucrarii.

ridicarea caracteristicilor de mers in gol, in sarcina si in scurtcircuit ale generatorului sincron autonom.

Suport teoretic.

principiu de constructie al masinii sincrone;

regimul de generator al masinii sincrone;

caracteristici de functionare ale generatorului sincron autonom.

Scheme de montaj si modul de lucru

Antrenarea generatorului sincron autonom se ralizeaza prin cuplarea la arbore cu un motor asincron cu rotorul in colivie. Alimentarea acestuia de face prin intermediul unui convertor static de frecventa CSF. Comandand acest convertor se poate modifica viteza motorului sincron astfel incat sa ajungem la viteza corespunzatoare frecventei nominale. Odata antrenat generatorul sincron la aceasta viteza, se alimenteaza infasurarea de excitatie a generatorului sincron prin inchiderea lui K2. Pentru modificarea vitezei, respectiv a frecventei tensiunii la bornele generatorului sincron se actioneaza panoul de comanda a CSF pentru cresterea sau scaderea vitezei de rotatie a motorului asincron.

1. Regimul de mers in gol

Caracteristica de mers in gol este definita ca U₀ = f(I_E), I = 0, f = ct. Pentru ridicarea ei K3 se mentine deschis. Cu intrerupatorul K2 inchis, se creste curentul de excitatie al generatorului sincron autonom de la valoarea 0 pana la valoarea pentru care la bornele acestuia se masoara o tensiune de aproximativ 1,3*U_N. Rezultatele masuratorilor se trec in tabelul 1. Apoi, in aceleasi conditii, se descreste curentul de excitatie, masurandu-se pentru fiecare valoare a acestuia, tensiunea la bornele generatorului. Datele se trec in tabelul 2.

Tabelul 1. Caracteristica in gol - la cresterea curentului I_E

Tabelul 2. Caracteristica in gol - la descresterea curentului I_E

2. Regimul de mers in scutcircuit simetric

Caracteristica de mers in scurtcircuit este definita ca U₀ = f(I_E), Pentru ridicarea caracteristicii de scurtcircuit simetric, cele trei faze statorice se conecteaza conform figurii 1.a. si intrerupatorul k3 inchis Cu masina antrenata la viteza de sincronism se masoara curentul de scurtcircuit pentru valori crescatoare ale curentului de excitatie. Datele se trec in tabelul 3.

Tabelul 3. Caracteristica in scurtcircuit U = 0

3. Regimul de mers in sarcina inductiva

Caracteristica de mers in sarcina reprezinta variatia tensiunii la bornele generatorului in functie de curentul de excitatie. Pentru ridicarea caracteristicii in sarcina, la factor de putere inductiv, se conecteaza o sarcina inductiva constand dintr-un sistem trifazat de bobine cu circuit magnetic (miezul de fier) amovibil. Pentru curent de sarcina, factor de putere si frecventa constante, datele se trec in tabelul     si se ridica caracteristica U=f(I_E).

Tabelul 4 Caracteristica in sarcina inductiva I =cst.

Regimul de mers in sarcina echilibrata

La functionarea in sarcina echilibrata trebuie ridicate caracteristicile externe, respectiv de reglare ale generatorului sincron autonom, pentru factor de putere rezistiv, inductiv, respectiv capacitiv, conectand la bornele K3 inchis grupurile c din figura 1.

Pentru ridicarea caracteristicilor externe (U = f(I)) pentru factor de putere rezistiv, capacitiv, inductiv) se va proceda la antrenarea generatorului la viteza de sincronism cu valoarea curentului de excitatie corespunzatoare U_N si f_N. Mentinand constanta valoarea curentului de excitatie, valoarea frecventei si a factorului de putere, se mareste progresiv curentul de sarcina masurand valoarea tensiunii la borne. Datele se trec in tabelul 5.

Tabelul 5. Caracteristici externe I_E =cst.

In vederea ridicarii caracteristicilor de reglare (I_E = f(I)) se ridica aducand generatorul sincron la mersul in gol la parametrii nominali. Se mareste progresiv sarcina cu mentinerea constanta a valorii nominale a tensiunii la borne (prin modificarea curentului de excitatie, prin R_E) si a frecventei. Datele se trec in tabelul 6.

Tabelul 5. Caracteristici de reglare U=ct.

Interpretarea rezultatelor si concluzii

2. CUPLAREA LA RETEA SI FUNCTIONAREA IN PARALEL A GENERATORULUI SINCRON

Scopul lucrarii.

conectarea la retea a unui generator sincron, cu respectarea conditiilor conectarii in paralel cu reteaua;

ridicarea caracteristicilor in V.

Suport teoretic.

principiu de constructie al masinii sincrone;

regimul de generator al masinii sincrone;

conditii de conectare si functionare in paralel cu reteaua a generatoarelor sincrone.

Scheme de montaj si modul de lucru

Montajul experimental este prezentat in figura 2.

Antrenarea generatorului sincron autonom se ralizeaza prin cuplarea la arbore cu un motor asincron cu rotorul in colivie. Alimentarea acestuia de face prin intermediul unui convertor static de frecventa. La viteza de sincronism se alimenteaza infasurarea de excitatie a generatorului sincron prin inchiderea lui K2. Pentru modificarea vitezei, respectiv a frecventei tensiunii la bornele generatorului sincron se actioneaza panoul de comanda a CSF pentru cresterea sau scaderea vitezei de rotatie a motorului asincron.

1. Conectarea la retea a generatorului sincron

Pentru conectarea generatorului sincron in paralel cu reteaua trebuie indeplinite urmatoarele conditii:   

egalitatea tensiunilor de linie, prin egalitatea indicatiei voltmetrului V2 cu cel al trusei de masura;

egalitatea frecventelor, prin egalitatea indicatiilor celor doua hertzmetre;

aceeasi succesiune a fazelor, prin aprinderea si stingerea simultana a becurilor sincronoscopului;

defazaj nul prin stingerea simultana a becurilor.

Pentru modificarea frecventei generatorului se actioneaza in sensul modificarii turatiei motorului asincron (prin CSF), pentru modificarea tensiunii de linie, se modifica valoarea curentului de excitatie (prin R_E), iar in cazul unei succesiuni diferite a fazelor se inverseaza doua faze ale generatorului sincron (dupa ce s-a decuplat excitatia generatorului si reteaua de alimentare).

Daca cele trei conditii sunt indeplinite, se procedeaza la inchiderea manuala sau automata a lui Q in momentul in care becurile sincronoscopului sunt stinse (defazajul este nul).

2. Functionarea generatorului sincron in paralel cu reteaua

In vederea analizei functionarii generatorului sincron in paralel cu reteaua se procedeaza la ridicarea caracteristicilor in V, caracteristici de reglaj definite ca dependenta dintre curentul sarcina I si curentul de excitatie I, pentru cazul particular in care masina este incarcata in sarcina simetrica.

Puterea generatorului se stabileste succesiv la cca. 25% Pn, 50% Pn si 75% Pn (modificand frecventa de alimentare a motorului asincron prin CSF) si se urmareste variatia curentului debitat de generator in functie de curentul de excitatie. Pentru fiecare valoare a curentului de excitatie se calculeaza factorul de putere. Se reprezinta cele doua caracteristici : I = f(I_E) si cosφ = f(I_E). Datele se trec in tabelul 6. Pentru calculul factorului de putere se utilizeaza metoda celor doua wattmetre. Pe cele trei faze conectate la retea, dupa trusa de masura, ca in figura 3.

Conectarea celor doua wattmetre pentru calculul factorului de putere.