7/31/2019 Www.referat.ro crone 9ae0f
1/15
7/31/2019 Www.referat.ro crone 9ae0f
2/15
(fig. 3). nfurarea de excitaie are capetele legate la dou inele de pe arbore, pe care calc
periile care fac legatura cu sursa exterioar de c.c. Mainile sincrone mai au pe armatura
inductoare o nfurare de tip colivie (Ca la mainile asincrone) numit nfurare de
amortizare, utilizat i la pornirea motoarelor (fig. 4). Circuitul magnetic al inductorului se
poate realiza i din piese masive de oel, deoarece fluxul fiind produs de c.c., nu variaz n
timp i nu se produc pierderi.
Fig. 2 Schia unei seciuni printr-o main electric cu poli apareni i forma de
variaie a induciei in intrefier
Fig. 3 Schita de principiu a unei Fig. 4
Infasurarea de
masini sincrone cu poliu inecati amortizare la
o masina
cu poli aparenti
2
7/31/2019 Www.referat.ro crone 9ae0f
3/15
Armatura indusului este format din pachete de tole i n crestturile ei se gasete o
nfurare trifazat conectat n stea. Gama larg de puteri, ca i locul de utilizare, a condus
la numeroase forme constructive ale cror elemente n afara celor indicate mai nainte , pot
diferi de la un tip la altul. Astfel n fig. 5 se dau unele elemente specifice mainii sincrone
Fig. 5.Msina sincrona cu poli aparenti (2p=6)1-circuit magnetic statoric; 2-carcasa; 3-infasurare indusa; 4-scuturile; 5-placi de
strangerea pachetelor de tole stator;6-butucul armaturii rotorice; 7-poli inductori; 8-
infasurare excitatie 9-excitatoare(masina de c.c cuplata pe acelesi ax care alimenteaza
infasurarea de excitatie); 10-ventilatorul
2. Semne convenionale
n figura 6 se dau o parte din semnele convenionale pentru mainile sincrone.
nfurrile indusului sunt notate cu U, V si W ca la maina asincron, nfurarea de
excitaie cu .F
3
7/31/2019 Www.referat.ro crone 9ae0f
4/15
Fig 6 Semne conventionale pentru masinile sincrone:
a-generator cu poli formatii de magneti permanenti; b-generator trifazat,in stea; c-
generator trifazat in stea cu nulul scos; d-motor sincron
3. Domenii de utilizare
Mainile sincrone pot funciona n regim de generator, de motor i ntr-un regim
specific de compensator de putere reactiv (compensator sincron).
Generatoarele sincrone, numite i alternatoare, constituie sursele de curent alternativde frecven industrial din centralele electrice. Tendina este ca ele s se realizeze cu
puteri ct mai mari pe unitate, pentru obinerea de randamente mari i consumuri specifice
mici de materiale.
Generatoarele sincrone mari cu poli necai (fig. 3), antrenate de turbine cu abur sau
gaze la turaii de 3000 rot/min i mai rar, de 1500 rot/min, se numesc turbogeneratoate, iar
cele cu turaii mici, cu poli apareni, antrenate de turbine hidraulice, hidrogeneratoare.
Terminologia, clasificare i simbolizarea hidrogeneratoarelor sunt date n STAS 8817-71,iar ale mainilor rotative n general, n STAS 4861-71.
Motoarele sincrone se folosesc la puteri peste 100 kW, n locul motoarelor asincrone,
pentru funcionare la un factor de putere dorit sau chiar pentru compensarea factorului de
putere al reelelor (fig. 7). Ca motoare mai mici se utilizeaz acolo unde se impune o turaie
sincron.
Compensatoarele sincrone sunt motoare sincrone care funcioneaz n gol i
debiteaz putere reactiv n reelele la care sunt conectate pentru a le mbunti factorul de
putere.
La noi n ar se construiesc aproape toate mainile sincrone de care avem nevoie,
avnd i disponibiliti de export.
4
7/31/2019 Www.referat.ro crone 9ae0f
5/15
Fig. 7 Compensarea locala a factorului de al retelei cu o baterie de condensatori
B. PRINCIPIUL I ECUAIILE DE FUNCIONARE
1. Principiul de funcionare a generatorului
Dac rotorul mainii sincrone (fig. 2) are nfurarea de excitaie alimentat de la o
surs de c.c. i este antrenat de un motor cu viteza unghiular Q, se formeaz un cmp
nvrtitor de forma (fig. 8) care produce printr-o nfurare de faza fluxul , dat de
relaia=wkwcos2t=cos2t. nfurrile de faz fiind decalate n spaiu cu un unghi electric
de ( radiani),n baza relaiei
e=2wkwsin2t=2wkwcos
22
t ,t.e.m. induse n cele trei nfurri statorice de
faza sunt:
rel. 1
5
7/31/2019 Www.referat.ro crone 9ae0f
6/15
Fig. 8 Forma camp invartitor
n care =p, iar Eo are expresia dat de relaia
rel. 2
pentru fluxul o de la funcionarea n gol.
Dac nfurarea statoric se conecteaz la o sarcin trifazat de impedane
corespunztoare, acestea, ca i nfurrile, vor fi parcurse de un sistem trifazat de cureni,curentul din faza de referin avnd forma:
rel. 3
Unghiul de decalaj dintre t.e.m. e01 i curentul i1 depinde de natura sarcinii i de
parametrii nfurrii. n acest caz, maina cedeaz o putere electric sarcinii, putere
preluat prin intermediul cmpului electromagnetic de la motorul primar, funcionnd deci
n regim de generator.
2. Reacia indusului la maina sincron
6
7/31/2019 Www.referat.ro crone 9ae0f
7/15
Reacia indusului are o mare influen asupra comportrii mainii sincrone, nu ca la
maina de c.c. unde influena ei este, practic, neglijabil.
nfurarea trifazat a statorului, parcurs de sistemul trifazat de curent de forma
celor dai de relaia 3, produce Ia rndul ei un cmp nvrtitor de reacie care are aceeai
vitez unghiular i acelai sens de rotaie ca i cmpul nvrtitor inductor , dar decalat
in urm, ca i curentul i1, fa de fluxul care a indus t.e.m. (rel. 1):
rel. 4
Deci, fluxul de reacie prin nfurarea de faz a indusului va fi defazat fa de fluxul
inductor cu acelai unghi, avnd expresia:
rel. 5
iar t.e.m. indus de acest flux va fi:
rel 6.
Cele dou fluxuri inductor 0 i de reacie a se compun i dau un flux
rezultant:
rel. 7
Care induce o t.e.m. rel. 8
Avnd n vedere relaia =wkwcos2t=cos2t a lui 0 i relaia 5 a lui a, se
traseaz n figura 9 diagramele de fazori corespunztoare pentru o sarcin rezistiv-
inductiv. Fluxul rezultant este decalat n urma fluxului inductor o cu un unghi , numit
unghi intern al mainii sincrone i care n realitate reprezint decalajul polilor cmpului
nvrtitor rezultant fa de polii cmpului inductor (polii armturii rotorice). Diagramele de
7
7/31/2019 Www.referat.ro crone 9ae0f
8/15
fazori pentru sarcina rezistiv ( = 0), sarcin pur inductiv ( = /2) i sarcin pur
capacitiv ( = - /2), reprezentate n figura 6,6 conduc la urmtoarele concluzii:
fa de fluxul inductor o fluxul rezultant din ntrefierul mainii este micorat n
cazul sarcinilor inductive si mrit n cazul sarcinilor capacitive;
unghiul intern =0 numai cnd maina este ncrcat cu o sarcin pur reactiv.
Fig. 9. Diagramele de fazori ale fluxurilor i ale t.e.m. corespunztoare pentru o
sarcin rezistiv-inductiv.
8
7/31/2019 Www.referat.ro crone 9ae0f
9/15
Fig. 10. Influena fluxului de reacie asupra fluxulul rezultant, n funcie de
caracterul sarcinii: a sarcin rezistiv b sarcin pur inductiv;
c sarcin pur capacitiv.
3. Ecuaia tensiunior
Pentru o urmrire mai simpl a fenomenelor de baz, ecuaiile se vor deduce pentru
maina sincron cu ntrefier constant (cu polii plini), chiar dac nu vor fi prinse unele
particulariti funcionale specifice mainii sincrone cu ntrefier variabil (cu poli apareni).
Ecuaia tensiunior pentru o faz a indusului se determin aplicnd regula dipolului
generator ca i la relaiile (
22222022221111101111 ; EIZEIjXIRUEIZEIjXIRU =+==+= ):
rel. 9
unde R este rezistena nfurrii de faz, X este reactana corespunztoare fluxului de
scpri al nfurrii respective, iarE este dat de relalia 8. Dac se are n vedere c a
este n faz i proporional cu curentul i1 cum reiese din relaiile (3) i (5), n baza relaiei 6
se poate scrie:
rel. 10
unde Xa este reactana corespunztoare fluxului de reacie.
Cu relaia (10), relaia (9) se mai poate scrie:
rel. 11
n care Xs = X + Xa este reactana sincron a mainii.
9
7/31/2019 Www.referat.ro crone 9ae0f
10/15
C. REGIMURILE DE FUNCIONARE, BILANUL DE PUTERI I
RANDAMENTUL
1. Cuplul electromagnetic dezvoltat cnd maina este cuplat Ia reea
Dac tensiunea reelei U i t.e.m. Eo a generatorului au aceeai pulsaie se pstreaz
relaia (11). Avnd n vedere c Ia maina sincron rezistena R i reactana X sunt mici
fa de reactana Xs, n relaia (9) se poate considera U E i ecuaia (11) devine
IjXUE s+0 . Cu aceste simplificri, diagrama de fazori este cea din figura 11 iar
puterea electromagnetic a mainii sincrone trifazate se aproximeaz cu
rel. 12
Avnd n vedere c n figura 11 segmentul expresia (12)
a puterii i cea a cuplului electromagnetic devin:
rel. 13
Deci, att puterea ct i cuplul electromagnetic variaz sinusoidal cu unghiul intern,
pentru Eo = ct, adic pentru curentul de excitalie Ie = ct i fluxul o = ct (fig. 12).
10
7/31/2019 Www.referat.ro crone 9ae0f
11/15
2. Definiia regimurilor de generator i de motor
Considernd c rotorul mainii are 1, Eo are puIsaia
= p 1 unghiul intern , definit la reacia indusului variaz continuu, iar cuplul
electromagnetic dat de relaia (13) este un cuplu alternativ, deci cu valoare medie nul. De
aici rezult c maina sincron nu dezvolt cuplu electromagnetic dect atunci cnd =1,
adic rotorul are turaia de sincronism impus de pulsaia 1 a reelei Ia care este cuplat
maina. Dac maina sincron funcioneaz pe reea proprie ca generator, acesta impune i
frecvena reelei alimentate. Din aceast cauz, cuplul electromagnetic al mainii sincrone
se mai numete cuplu sincron.
Dac maina cuplat la reea funcioneaz n regim de generator, adic d energie
activ n reea, trebuie s fie antrenat de un motor primar care s conduc la creterea
unghiului intern definit Ia reacia indusului si Pe0 din relaia 13. n regim de generator
cmpul rezultant este decalat n urma campului inductor (fig. 10a si fig. 13a). Dac =0,
maina nu d i nu primete energie activ (fig. 10b si 13b). Dac la arborele mainii apare
un cuplu rezistent care tinde s scad turaia motorului , axa polului rotoric rmne n urm
fa de axa polului cmpului rezultant (fig. 13c) deci =0, apare un cuplu sincron, maina
primete energie activ de la reea i dezvolt un cuplu mecanic la arbore.
11
7/31/2019 Www.referat.ro crone 9ae0f
12/15
n acest caz, maina funcioneaz n regim de motor. Se reamintete c motorul
sincron dezvolt un cuplu numai dac are turaia n =n1. La pornire (n = 0) sau Ia alt turaie
(n n1) nu dezvolt cuplu. Cnd maina este cuplat Ia reea, dar nu schimb putere activ c
ea, deci = 0, dar poate, da sau primi energie reactiv se spune c funcioneaz n regim de
compensator (fig. 10, b i c i fig. 13, b).
3. BiIanul de puteri active i randamentul.
Schimbul de energie a mainii sincrone cu reeaua Ia care este conectat depinde,
cum s-a artat, de regimul su de funcionare. Puterea util poate fi activ la motor, activ-
reactiv Ia generator sau complet reactiv Ia compensator. Randamentul unei maini find
definit de puterile active primit Pi cedat P2 se va urmri relaia dintre aceste puteri
i pierderile de putere activ din main. Ca orice main rotativ, maina sincron are
pierderi mecanice Pf de frecare i ventilaie, pierderi n circuitul magnetic aI indusului
PFe1
datonit variaiei n timp a fluxului magnetic, pierderile n nfuurarea trifazat a
indusului Pw = 3RI2 i pierderi n nfurare de excitaie Pex = ReI2e (pierderi n circuitul
12
7/31/2019 Www.referat.ro crone 9ae0f
13/15
7/31/2019 Www.referat.ro crone 9ae0f
14/15
D. CUPLAREA I FUNClONAREA GENERATORULUI SINCRON N
PARALEL CU REEAUA
Cuplarea generatoarelor sincrone Ia reea se realizeaz automat, evitndu-se ocurile
periculoase, de curent care ar putea s apar Ia o cuplare necorespunztoare. n momentul
cuplrii trebuie ca t.e.m. E0 i frecvena acesteia, produse de generator, s fie egale cu
tensiunea, respectiv frecvena reelei, iar succesiunea n timp a fazelor generatorului s fie
aceeai cu a reelei, adic cmpurile nvrtitoare ale rotorului i a statorului s aib acelai
sens de rotaie.
Operaiile prin care sunt realizate aceste condiii constituie sincronizarea mainii. Se
aduce mai nti generatorul Ia o turaie apropiat de cea sincron, apoi se excit pn cnd
tensiunea crete Ia valoarea tensiunii reelei. Cnd sincronizarea nu se face automat,verificarea succesiunii fazelor se face cu un sincronoscop cu ac indicator sau cu un
sincronoscop cu ,,foc nvrtitor.
Dup conectarea Ia reea, generatorul nu debiteaz nici un fel de putere, iar motorul
de antrenare acoper numai pierderile Ia funcionarea n gol, adic Pf + PFeI . Totodat,
unghiul intern = 0.
Pentru ncrcarea cu sarcin activ, se mrete admisia Ia motorul de antrenare
(combustibil, ap, abur). turaia are tendina s creasc, dar rmne constant i creteunghiul intern (fig. 13) i, n baza relaiei (13), se ncarc generatorul cu sarcin activ.
Pentru ncrcarea cu sarcin reactiv, aa cum s-a artat Ia curbele n V, se acioneaz
asupra curentului de excitaie Ie al generatorului putnd primi energie reactiv prin scderea
Iui Ie fa de Ie0, sau s dea energie reactiv n reea prin creterea lui Ie faa de Ie0.
F. PORNIREA MOTOARELOR SINCRONE
14
7/31/2019 Www.referat.ro crone 9ae0f
15/15
Pentru a dezvolta un cuplu activ, maina sincron trebuie adus la turaia de
sincronism prin antrenarea cu un motor auxiliar sau prin pornirea n asincron.
La antrenarea cu un motor auxiliar,
- motorul sincron devine generator i pornirea este echivalent cu conectarea generatorului
sincron la reea. Acest mod de pornire formeaz metoda sincronizrii fine i se aplic
numai la pornirea n gol a motoarelor.
La pornirea in asincron ,
- utilizat n mod curent, nfurarea de excitaie este deconectat de Ia surs i este nchis
pe o rezisten Rs, pentru limitarea supracurenilor i supratensiunilor, iar nfurarea de
amortizare formeaz colivia ntlnit la motorul asincron. Cnd s-a ajuns Ia turaia de gol
n asincron, apropiat de cea sincron, se conecteaz nfurarea de excitaie Ia sursa de
c.c. n funcie de poziia relativ a polilor inductori fa de cei ai indusului n momentulconectrii, poate aprea n sensul cuplului asincron i cuplul sincron care aduce rotorul la
sincronism dac 2
, cele dou cupluri sunt opuse
i maina nu intr n sincronism.
n acest caz se face o nou ncercare, deconectnd i conectnd nfurarea de
excitaie. Cnd maina nu a intrat n sincronism, se constat c absoarbe un curent mare a
crui valoare variaz cu frecvena dat de aIunecare (f2 = sf1).
Nu
me: Bacanaru Ionut
15