Scrigroup - Documente si articole

Username / Parola inexistente      

Home Documente Upload Resurse Alte limbi doc  
AeronauticaComunicatiiElectronica electricitateMerceologieTehnica mecanica


Proiect de cercetare stiintifica INGINERIE ELECTRICA - Masina sincrona in regim dinamic de mari oscilatii

Electronica electricitate



+ Font mai mare | - Font mai mic



IOSUD: UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA

FACULTATEA: INGINERIE IN ELECTROMECANICA, MEDIU SI INFORMATICA INDUSTRIALA, SCOALA DOCTORALA



DOMENIUL FUNDAMENTAL: STIINTE INGINERESTI

DOMENIUL: INGINERIE ELECTRICA

Proiect de cercetare stiintifica

Masina sincrona in regim dinamic de mari oscilatii

Consideratii generale

Masina sincrona este tipul de masina electrica de curent alternativ care, pentru o tensiune la borne de frecventa data, indiferent ce valoare are sarcina intre limitele admise, functioneaza cu o turatie riguros constanta.

Este utilizata in principal ca generator fiind principala modalitate de obtinere a energiei electrice, echipand toate centralele electrice de mare putere a lumii. Generatorul sincron in functie de tipul masinii de antrenare este numit: turbogenerator (antrenat de o turbina cu aburi sau cu gaze) sau hidrogenerator (antrenat de o turbina hidraulica).

Masina sincrona se utilizeaza si ca motor sincron in care este necesara pastrarea unei turatii riguros constante, iar cuplul rezistent nu prezinta variatii prea mari sau socuri.

Masina sincrona se mai utilizeaza si pentru compensarea factorului de putere al marilor consumatori de putere reactiva numit compensator sincron. Acesta nu transmite putere mecanica prin arbore avand dimensiuni mai reduse in schimb, infasurarea sa de excitatie este mai larg dimensionata si intrefierul este mai mare.

In studiul masinii sincrone se presupune ca lucreaza in regim sinusoidal si incarcata simetric. Conditiile de simetrie sunt respectate cand masina lucreaza ca motor, iar aspectele teoretice sunt exprimate pe aceasta ipoteza. Insa in regim de generator in cele mai multe cazuri incarcarea nu este simetrica.

Daca regimul este nesimetric, dar sinusoidal, studiul masinii sincrone se poate efectua cu ajutorul componentelor simetrice, pentru care sunt valabile ecuatiile stabilite pentru regimul simetric. Parametrii masinii trebuie insa considerati fata de componentele respective, de succesiune directa, inversa si homopolara.

Necesitatea temei este impusa de situatia in care masina sincrona prezinta o particularitate cu implicatii deosebite pentru functionarea sa si a sistemului electroenergetic la care este legata, si anume corespondenta riguroasa dintre viteza unghiulara de rotatie si frecventa retelei de curent alternativ. Orice masina sincrona este practic in permanenta supusa unor perturbatii de natura electrica (scurtcircuite, conectari si deconectari de sarcina.) si de natura mecanica (cuplul activ neuniform, treceri de la un cuplu activ la altul.). Aceste perturbatii fac ca masina sa fie intrun regim dinamic permanent. Regimul dinamic al masinii sincrone care urmeaza unei perturbatii oarecare poate fi descris prin ecuatii diferentiale neliniare, iar pentru a studia stabilitatea dinamica a masinii inseamna a rezolva direct sau indirect aceste ecuatii.

Studiul stabilitatii dinamice este dificil de efectuat depinzand nu numai de conditiile initiale cat si de marimea si caracterul perturbatiei. Cea mai simpla perturbatie ce poate fi luata in considerare este un salt brusc al cuplului activ ce nu se intalneste in exploatarea generatoarelor sincrone, in schimb se poate intalni in cazul motoarelor sincrone.

Cu ajutorul unor ipoteze simplificatoare putem liniariza ecuatiile in teoria celor doua axe, dar la o perturbare a regimului stationar al unei masini sincrone, presupusa conectata la o retea puternica, insotita de oscilatii mecanice de amplitudini mari ale rotorului, aceste ecuatii nu mai pot fi utilizate.

Pentru analiza proceselor dinamice la oscilatii de amplitudini mari trebuie sa apelam la integrarea numerica a acestor ecuatii. In cazuri particulare sau in ipoteze larg simplificatoare obtinem si solutii analitice, importante prin faptul ca ne precizeaza factorii ce conditioneaza procesul tranzitoriu considerat si ponderea lor. Daca luam in considerare generatorul sincron conectat la sistemul electroenergetic trebuie sa avem in vedere ca aceste perturbatii pot aparea datorita instabilitatii acestor sisteme.

Aceste perturbatii finite de valoare mare si aplicate brusc determina o instabilitate in functionarea sincrona a generatoarelor electrice datorita modificarii puterii transmise sistemului in timp ce puterea mecanica data de turbina ramane constanta.

Daca apare un scurtcircuit exterior acesta conduce la diminuarea puterii debitate rezultand o accelerare a rotorului iar dupa deconectarea elementului de scurtcircuit trebuie sa existe conditii pentru franarea rotorului accelerat in perioada anterioara, altfel cresterea nelimitata determina iesirea din sincronism.

Procesul dinamic este de tip electromecanic deoarece rezulta in urma unui dezacord al puterii electromagnetice cu a celei mecanice, variind rapid puterea transmisa, respectiv curentul debitat.

Dupa analiza amanuntita a functionarii unei masini sincrone in regim dinamic de mari oscilatii putem extrage concluzii ce ne pot indrepta spre o posibila optimizare a parametrilor masinii.

In urma consideratiilor mentionate mai sus am extras scopul urmarit si principalele obiective ce mi le-am propus.

Scopul urmarit

Scopul urmarit este de obtinere a unor rezultate experimentale astfel incat sa se poata stabili valorile necesare ale parametrilor corectati a masinii sincrone fata de cele stabilite prin metode clasice astfel incat masina sincrona sa raspunda cerintelor specifice de functionare in regim dinamic.

Structura proiectului

Consideratii teoretice ale masinii sincrone. Prezentarea masinii sincrone. Ecuatii generale. Masina sincrona in regim stationar si in regim dinamic.

In acest capitol succint voi prezenta consideratiile teoretice ale masinii sincrone, ecuatiile generale, masina sincrona la functionare in regim stationar si regim dinamic.

Modelarea matematica a masinii sincrone. Influenta saturatiei magnetice.

In cadrul acestui capitol pornind de la Ecuatiile lui Park:

;

unde:

.

adaugand ecuatia miscarii:

;

Avand sistemul:

=+ (3)

unde:    (4)

si - viteza unghiulara electrica instantanee a rotorului.

Imi propun sa analizez modele matematice existente pentru masina sincrona urmand a propune o varianta imbunatatita.

Influenta saturatiei magnetice.

In dezvoltarea ecuatiilor de baza ale generatorului sincron si analiza caracteristicilor sale se neglijeaza efectele saturatiei magnetice a fierului statoric si rotoric. Totusi, dupa cum este cunoscut, in cazul unui circuit feromagnetic apare fenomenul de saturare a fierului care conduce la neliniaritati puternice. Astfel, in cazul general al circuitelor magnetice cu intrefier, de tipul celor prezente in masinile sincrone, pentru care calea de inchidere a fluxului magnetic cuprinde fierul magnetic si aerul intrefierului, intre fluxul magnetic si tensiunea magnetomotoare (t.m.m.) Um exista o relatie de dependenta reprezentata de caracteristicile din figura



In absenta saturatiei fierului magnetic, aceasta dependenta este reprezentata de dreapta OA numita linia sau caracteristica intrefierului Pe masura ce tensiunea magnetomotoare creste, fierul se satureaza, iar caracteristica se abate de la linia intrefierului urmand curba de saturatie OB a acestuia. Tensiunea magnetomotoare U mt necesara obtinerii unei valori date a fluxului total se compune din tensiunea magnetomotoare corespunzatoare liniei intrefierului fierului magnetic U mf , adica: .

Fig. 1 - Caracteristicile flux - tensiune magnetomotoare ale unui circuit feromagnetic

Prin neglijarea saturatiei se obtin relatii de dependenta liniara intre fluxurile magnetice, respectiv tensiunile electromotoare si curentii corespunzatori care, in cazul generatorului sincron, simplifica foarte mult efortul de calcul. In schimb considerarea fenomenului de saturare a fierului magnetic, prin neliniaritatile puternice pe care le introduce, face mult mai complicata analiza regimurilor de functionare. Avand in vedere cele de mai sus la influenta saturatiei exista mai multe puncte de vedere pe care le voi prezenta si analiza critic.

Stabilitatea functionala a masinii sincrone. Stabilitatea dinamica a masinii sincrone.

La acest capitol am in vedere capacitatea masinii sincrone de a prelua socul de sarcina, astfel ca in final sa nu se produca pierderea sincronismului.

Conform caracteristicii unghiulare daca ordonata punctului 3 este mai mare decat ordonata lui 2 functionarea este stabila, altfel iese din sincronism.

P

 

P

 

P2

 

 

 

 

P2

 

P1

 

 

 

 

P1

 



 

s

 

s

 

 

 

q

 

q

 

 

Masina pastreaza sincronismul Masina iese din sincronism

O masura eficienta de marire a stabilitatii dinamice a unei masini sincrone este de a forta excitatia la aparitia socului de sarcina. Dar pe masura amortizarii oscilatiilor provocate de variatia brusca a incarcarii masinii, se reduc si curentii tranzitorii din infasurarea de excitatie si caracteristicile mecanice consecutive ce se obtin, tind spre cea din regimul stationar. Astfel se poate ca pentru socul de sarcina sa nu se obtina in final o functionare sincrona cu toate ca avem satisfacuta conditia de stabilitate. Trebuie specificata si imprejurarea in care reteaua nu este puternica. In acest caz, oscilatiile mecanice ale rotorului, ce se traduc prin oscilatii ale puterii electrice la borne, determina variatia tensiunii retelei in amplitudine si frecventa, care in conditii determinate provoaca cresterea in continuare a oscilatiilor rotorului pana la pierderea sincronismului. De asemenea, variatia importanta a amplitudinii tensiunii retelei are efecte nefavorabile asupra masinii conectate la barele respective. Generatoarele sincrone ce functioneaza in paralel la reteaua considerata pot intra in oscilatie ducand la pierderea sincronismului, astfel ca prin amplificarea procesului, tensiunea retelei poate sa cada la zero. Acest dezavantaj major este sensibil redus in retelele puternice, pentru care socurile de putere determinate de un proces de pornire sau de functionare la cuplu variabil al unei masini sincrone, chiar de putere mare, nu apar periculoase. In urma modelarii matematice din capitolul anterior propun studierea stabilitatii masinii sincrone cu Ecuatiile lui Park fara ipoteze simplificatoare.

3.4. Oscilatii electromecanice ale masinii sincrone.

La o perturbare a regimului stationar al unei masini sincrone, presupusa conectata la o retea puternica, insotita de oscilatii mecanice de amplitudini mari ale rotorului. Ipotezele simplificatoare pentru liniarizarea ecuatiilor in teoria celor doua axe nu mai pot fi utilizate, iar pentru analiza proceselor apelam la integrarea numerica prin intermediul mijloacelor electronice de calcul. In cazuri particulare sau in ipoteze larg simplificatoare se obtin solutii analitice, importante mai ales prin faptul ca precizeaza factorii ce conditioneaza procesul tranzitoriu considerat si ponderea lor. La variatiile bruste de sarcina, la sincronizarea la retea sau la pierderea sincronismului cand turatia rotorului este aproape de sincronism in ecuatiile (3) se pot neglija tensiunile transformatorice , si caderile de tensiune Rsid, Rsiq pe rezistentele infasurarii statorice in comparatie cu tensiunile de rotatie , incat se poate considera , . Se neglijeaza de asemenea componentele supratranzitorii din curentii statorici care oricum scad repede in comparatie cu durata oscilatiilor mecanice (constanta de timp este in medie in plaja 0,03 - 0,06 s) si nu influenteaza important cuplul electromagnetic. Aceasta simplificare este utilizata curent in problemele de stabilitate dinamica.

In conditiile enuntate mai sus sistemul de ecuatii ce descrie comportarea unei masini cu poli aparenti, la asocierea sensurilor pozitive pentru infasurarile statorice corespunzatoare sursei, obtinem forma:

,

, (5)

,

, .

Sistemul (5) este neliniar si ca urmare greu de solutionat.

Putem obtine forma simplificata a sistemului (5):

,

,

,

Nu rezolvam problema analitic, ci apelam la o rezolvare cu ajutorul Ecuatiilor lui Park.

Dupa cum rezulta si din "Melcul lui Pascal" inversat, unde sunt trasate curbele pentru mai multe valori ale rezultand valorile importante ce se obtin pentru curent si capacitatea de supraincarcare.

Diagrama curentului masinii sincrone cu poli aparenti la

3.5. Analiza functionarii unui generator sincron in regim dinamic de mari oscilatii.

In cadrul acestui capitol voi urmari functionarea unui generator sincron in regim dinamic de mari oscilatii prin simulari si experimentari.

Simulari semnificative considerate:

schimbari bruste de sarcina,

variatia brusca a tensiunii retelei,

modificarea frecventei.

In cadrul analizei mi-am propus sa obtin unele concluzii referitoare la utilizarea Ecuatiilor lui Park in simulari.

Modelarea si simularea, mijloace obligatorii de analiza si finalizare a parametrilor Masinii Sincrone.

In functie de ecuatiile obtinute si in urma simularilor efectuate in regim dinamic vor rezulta valorile necesare a parametrilor corectati a masinii sincrone astfel incat masina sincrona sa raspunda cerintelor specifice de functionare in regim dinamic.

Concluzii si contributii personale.

Revizuirea concluziilor cunoscute in literatura cu cele obtinute de mine.

Programarea activitatilor

Programarea activitatilor proiectului de cercetare stiintifica este prezentat in anexa 1.

Bibliografie

Ambros, T., Masini electrice, vol. II - Masini sincrone si de curent continuu. Procese tranzitorii, Ed. Universitas, Chisinau, 1994

Babescu, M., Masini electrice. Analiza matematica a regimurilor tranzitorii, Ed. Politehnica, Timisoara, 2001

Bala, C., Masini electrice, Ed. Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1997

Bichir, N., s.a., Masini electrice, Ed. Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1997

Brown, K.,P., Kovacs, P., Vas, P., A method of including the effects of main flux path saturation in the generalized ecuation of a.c. machines, IEEE Transactions on PAS - 102, 11, 1983, pp. 96-103

Campeanu, A., Masini electrice - Probleme fundamentale, speciale de functionare optimala, Editura Scrisul Romanesc, Craiova, 1988

Campeanu, A., Introducere in dinamica masinilor electrice de curent alternativ, Ed. Academiei Romane, Bucuresti, 1998

Campeanu, A., Radulescu, M., Cautil, I., Prejbeanu, R., An enhanced model of the synchronous saturated machine with salient poles, The Thirteenth IEEE Conference on Electromagnetic Field Computation, 2008

Campeanu, A., Nonliniar dynamical models of saturated salient pole syncronous machine, Revue Roum. Sci. Techn-Electroteh. Et Energ., 46, 2001, pp. 89-99



Campeanu, A., The Transient Electromechanical Oscillations of the Syncronous Machine in a special case, Brasov, OPTIM, 1998

Dordea, T., Masini electrice - Teorie, Editura ASAB, Bucuresti, 2002

Fransua, Al., Magureanu, R., Masini si actionari electrice, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1986

Gheorghiu, I., Fransua, A., Tratat de Masini Electrice - vol. IV - Masini Sincrone, Editura

Academiei Romane, 1972

Hammons, T., J., Comparison of Syncronuos Machine Models in the Study of the Transient Behaviour of Electrical Power Systems, Proc. IEEE 118, 10, 1971

Iglesias, I., Garcia, Tabares, L., Tamaret, I., AD-Q Model for the Self Commutated Syncronous Machine Considering the Effect of Magnetic Saturation, IEEE Trans. Energy Conv., 7,4,1995, pp.768-776

Kovacs, K.,P., Analiza regimurilor tranzitorii ale masinilor electrice, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1980

Krause, P., Analysis of Electric Machinery, New York, McGraw - Hill, 1986

Levi, E., Saturation modeling in D-Q axis models of salient pole synchronuos machines, IEEE Trans. On Energy Conversions, 14, 1999, pg. 44-50

Lipo, T., A., Consoli, A., Modelling and simulation of induction motors with saturated leakage inductances, IEEE Trans. In Ind. Appl., 20,1,1984, pp. 180-189

Pierrat, L., Dajaeger, M., Garrido, S., Models unification for the saturated syncrhronous machines, Proc. Int. Conf. On Evolution and Modern Aspects of Syncronous Machines, Zurich, Switzerland, 1991, pg. 44-48

Tahan, S., A., Kamwa, I., A two-factor saturation model for synchronous machines with multiple rotor circuits, IEEE Trans. On Energy Conv., 10,1,1995, pp. 609-616

ANEXA 1

Programarea activitatilor

Etapa

Obiective

Rezultate

1. Masina Sincrona - Consideratii generale

Prezentarea masinii sincrone.

Consideratii teoretice ale masinii sincrone.

Termen: iunie 2009

Ecuatii generale.

Masina sincrona in regim stationar si in regim dinamic.

2. Modelarea matematica a masinii sincrone.

Analizarea modelelor matematice existente pentru masina sincrona.

Varianta imbunatatita a modelului matematic al masinii sincrone.

Termen: septembrie 2009

Influenta saturatiei in masina sincrona.

3. Stabilitatea masinii sincrone.

Stabilitatea functionala a masinii sincrone

Capacitatea masinii sincrone de a prelua socul de sarcina, fara pierderea sincronismului

Termen: noiembrie 2009

Stabilitatea dinamica a masinii sincrone

Oscilatii electromecanice ale masinii sincrone

Analiza oscilatiilor electromecanice din masina sincrona.

Rezolvare problemei cu ajutorul ecuatiilor lui Park

Termen: decembrie 2009

5. Analiza functionarii unui generator sincron in regim dinamic de mari oscilatii.

Studierea functionarea unui generator sincron in regim dinamic de mari oscilatii prin simulari si experimentari

Concluzii referitoare la utilizarea ecuatiilor Park in simulari

Termen: februarie 2010

6. Modelarea si simularea Masinii Sincrone

Analiza si finalizare a parametrilor Masinii Sincrone

Obtinerea parametrilor corectati a masinii sincrone.

Termen: aprilie 2010

Revizuirea concluziilor cunoscute in literatura cu cele obtinute in cercetare

Articole si reviste de specialitate

Articole

Comunicari si manifestari stiintifice

Articole





Politica de confidentialitate | Termeni si conditii de utilizare



DISTRIBUIE DOCUMENTUL

Comentarii


Vizualizari: 1291
Importanta: rank

Comenteaza documentul:

Te rugam sa te autentifici sau sa iti faci cont pentru a putea comenta

Creaza cont nou

Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2024 . All rights reserved