sinhroni generatori

download sinhroni generatori

of 24

description

princip rada sinhronih generatora

Transcript of sinhroni generatori

  • Via elektrotehnika kola

    SEMINARSKI RAD

    SINHRONI GENERATOR

    predmet: Elementi elektroenergetskih sistema professor: mr Ivana Vlaji-Naumovska studenti: Damir Bajrami EN -7/04 Petar Bugarski EN-27/04

  • 2

    SADRAJ:

    3.............Sinhrone maine 3...........................Sinhroni generator(uvod) 5........................................................Pogonska karta sinhronog generatora 8....Turbogeneratror 11.Hidrogenerator 14.Osnovni delovi 15..Princip rada 16.Pobuda sinhronih maina 17....Oblik polja(mps) rotora 17........Sprezanje namotaja trofaznog generatora 19.Karakteristika sinhronih generatora 19Karakteristika praznog hoda 20...Karakteristika ustaljenog kratkog spoja 20....Fazorski dijagram sinhrone maine sa cilindrinim(turbo) rotorom 21....Rad sinhronog generatora na sopstvenu i optu mreu 23...Veliki hidro i turbo sinhroni generatori 24..................................................................................................Literatura

  • 3

    SINHRONE MAINE

    Rotor sinhrone maine se u ustaljenom pogonu obrce jednakom (sinhronom) brzinom

    kao i obrtno magnetsko polje u medugvodu, pa odatle potice naziv ove vrste maina.

    Prema svojim karakteristikama, sinhrone maine se mogu svrstati na vie nacina. Prema smeru (nacinu) elektromehanickog pretvaranja energije, delimo ih na generatore i motore, pri cemu se mnogo cece upotrebljavaju kao generatori.

    Sinhroni generatori

    Sinhroni generator je tipini predstavnik elektrine maine velike snage i maloserijske proizvodnje. injenica da je stepen iskorienja veih jedinica bolji (vea je ekonomicnost), ima za posledicu izgradnju elektrana i agregata veih snaga. Snaga od nekoliko stotina kVA do reda 1500 MVA. Najee snage su od nekoliko stotina MVA. Snaga se bira prema veliini sistema. U EES Srbije najee jedinice su od 600 MVA u TENT B.

    Prema pogonskoj maini, generatore delimo na turbogeneratore, gde je pogonske maina parna ili gasna turbina, hidrogeneratore, gde je pogonska maina vodna (hidro) turbina i dizelgeneratore gde je pogonska maina dizel motor. Prema obliku rotora, delimo ih na maine sa cilindricnim rotorom i rotorom sa istaknutim polovima, dok je stator cilindricnog oblika, trofazni.

    Turbogeneratori rade sa brzinama od n1 = 3000 o/min ili n2 = 1500 o/min, jer je ekonominost parnih turbina raste sa porastom brzine obrtanja rotora. Prenik rotora je relativno mali zbog velikih brzina obrtanja d = 2r = 1,25m , duina a = 6,5m.

    Hidrogenneratori rade sa brzinama od nekoliko desetina do nekoliko stotina obrtaja u

    minuti n = x(10 - 100)o/min pa su prenici rotora i do (preko) 15m d 15m. Hidrogenerator ima priguni namotaj, dok ga turbogenerator nema, ali funkciju prigunog namotaja ima cela masa rotora.

    Brzina obrtanja zavisi od broja pari polova generatora.

    ppfn 300060 == [o/min]

    n brzina sinhrone maine p broj pari polaova

  • 4

    Na slici ima 6 nezavisnih namota.

    a, b, c namoti statora f namot pobude D priguni namoti Q (ne postoje kod turbogeneratora)

    Za matematiko pretstavljanje generatora uvode se d direktna osa rotora odreuje je vektor indukcije pobudnog namotaja q poprena osa rotora zaostaje 90 iza d ose d i q osa obru se sinhronom brzinom q ugao izmeu nepokretne ose a i ose d u nekom (posmatranom) trenutku vremena d i q ose se uvode jer su jednaine kojima se opisuje sinhrona maina jednostavnije nego

    kada bi se pisale za neki nepokretni koordinatni sistem.

    ad

    b c

    q

    ia

    icib

    ia

    icibb

    a

    cb

    aif

    ifid

    id

    c

    d

    q

  • 5

    POGONSKA KARTA SINHRONOG GENERATORA

    Pogonska karta definie dozvoljenu oblast radnih reima sinhronog generatora u P-Q ravni, pri konstantnom naponu na prikljunim krajevima generatora. Za odreivanje pogonske karte potrebno je je definisati osnovne podatke o sinhronoj maini, kao i skup ogranienja koja definiu mogue radne reime generatora. Osnovni podaci o sinhronom generatoru su:

    n

    nn

    PSjcos

    = - nominalna prividna snaga definisana je kao treofazna i kree se u opsegu od

    nekoliko stotina kVA do nekoliko hiljada MVA;

    nTnn PP h= - nominalna elektrina aktivna snaga (Ptn-nominalna korisna snaga turbine i hn-nominalni stepen iskorienja generatora);

    nU - nominalni napon definisan je kao meufazni i moe imati sledee vrednosti: 3.15kV; 6,3kV; 10,5kV; 15,75kV i 21kV. Ovi naponi su standardizovani i predstavljaju za 5% uveane standardne mrene napone. Na dananjem stepenu tehnolokog razvoja ne grade se generatori sa nominalnim naponom veim od 21kV, jer bi takvi generatori bili preskupi;

    n

    nn

    USI3

    = - nominalna struja generatora;

    5,0)(cos 22

    nnn

    QPPn

    +=j - nazivni faktor snage odreuje sposobnost generatora da proizvodi

    reaktivnu snagu. Generator sa manjim faktorom snage ima veu nominalnu reaktivnu snagu (Qn) u odnosu na nominalnu aktivnu snagu (Pn), te mu je i cena vea. Nominalni faktor snage generatora kree se u opsegu od 0,6 do 0,95. Sinhroni generator je najjeftiniji izvor reaktivne snage

    nn - nominalna brzina obrtanja kree se od nekoliko desetina obrtaja u minuti do 3000 (ob/min) za generatore instalisane u 50Hz elektroenergetskom sistemu i zavisi od broja polova generatora.

  • 6

    Ogranienje radnih reima generatora zbog zagrevanja statorskog namotaja Ogranienje po struji statora Statorski namotaj i sistem za hlaenje sinhronog generatora projektovani su tako da statorski namotaj moe biti trajno optereen nominalnom strujom, odnosno nominalnom prividnom snagom pri nominalnom naponu. Prema tome, sa aspekta statora dozvoljeni su svi radni reimi

    u kojima vai jednakost: 222 QPS n +=

    Ogranienje radnih reima generatora zbog maksimalne snage turbine Nominalna snaga turbine, koja je ujedno i maksimalna trajna snaga turbine, usaglaena je sa nominalnom aktivnom snagom generatora, odnosno PTn=PTmax=Pn. Zbog toga sinhroni generator ne moe na raun smanjenja reaktivne snage da proizvede aktivnu snagu veu od nominalne aktivne snage (Pn).Pogonska turbina, ne moe trajno da razvija snagu manju od neke minimalne koja se naziva tehnikim minimumom. Kod hidro turbina tehniki minimum se javlja zbog pojave kavitacije.Tehniki minimum je u opsegu nTn sPs 5,02,0 min Kod parnih turbina tehniki minimum se javlja zbog problema vezanih za proces sagorevanja u kotlu pri snagama manjim od nominalne. nTn sPs 7,05,0 min Ogranienje radnih reima generatora zbog zagrevanja pobudnog namotaja Pobudni namotaj i sistem za hlaenje sinhrone maine projektovani su tako da pobudni namotaj moe biti trajno optereen minimalnom pobudnom strujom. Nominalna pobudna stuja obezbeuje nominalni napon generatora pri nominalnom optereenju statorskog namotaja nominalnom aktivno (Pn) i nominalnom reaktivnom induktivnom (Qn) snagom. Kvadriranjem i sreivanjem sledeih izraza:

    qsing

    q

    xUEP = i

    gg

    q

    xU

    xUEQ

    2

    cos -= q

    Dobija se sledea jednaina kruga

    222

    2

    =

    ++

    g

    q

    g xUE

    xUQP

    Poluprenik ovoga kruga jednak je maksimalno moguoj aktivnoj elektrinoj snazi turbogeneratora (Pmax), pri naponu (U) i elektomotornoj sili (Eq), dok su mu kordinate centra

    -

    gxUc

    2

    ;0 . Mogui radni reimi turbogeneratrora, sa aspekta pobudne struje, lee u etvrtini

    prstena koji je definisan krugovima u kojima figuriu elektromotorne sile pri minimalnoj pobudi(Eqmin) i nominalnoj pobudi (Eqn), jer je pobudni sistem konstruisan tako da struja u stacionarnim satnjima moe varirati izmeu minimalne i nominalne vrednosti.

  • 7

    Ogranienje granice statike stabilnosti

    Teorijska granica statike stabilnosti, odnosno prava gx

    UQ2

    -= . Take koje odreuju prktinu

    granicu statike stabilnosti (PGS) odreuju se kao preseci kruga 222

    2

    =

    ++

    g

    q

    g xUE

    xUQP ,

    poluprenika g

    q

    xUE

    , sa pravom linijom nsxdUEqP 1,0-= .

    Interesantno je primetiti da se ogranienje po aktivnoj snazi, odnosno po struji statora dostie u jednoj jedinoj taki (A). U datom sluaju ogranienje po minimalnoj pobudnoj struji ne moe se dostii jer se ogranienja po minimalnoj aktivnoj snazi i praktinoj granici statistike stabilnosti dostiu ranije.

    Slika 1-0; Pogonska karta sinhronog genertatora

  • 8

    Slika 1 Generatori: a) turbo, b) hidro Turbogeneratori se grade sa cilindrinim rotorom, za velike brzine obrtanja (obicno p = 1, ree p =2 (samo za manje snage), odnosno 3000 ili 1500ob/min pri 50Hz ). Kod ove vrste generatora izraeni su mehaniki problemi u pogledu konstrukcije rotora zbog velike periferne brzine, velike obrtne mase i zbog duine izmedu leita. To zahteva da se ide na relativno male prenike rotora i da se namotaj rotora raspodeljuje to ravnomernije po obimu. Oni se uvek postavljaju horizontalno.

    U stacionarnom (simetrinom) reimu rada turbogenerator se pretstavlja sledeom

    ekvivalentnom emom:

    gde su: Eq efektivna vrednost elektromotorne sile koja potie od

    pobudne struje; Eq je proporcionalna pobudnoj struji kada magnetno kolo

    nije zasieno (na delu OA) Xd sinhrona reaktansa(za turbogenerator je Xd = Xq =Xs) R aktivna otpornost faznog namotaja turbogeneratora Vai odnos: Xd >> R (obino je Xd = (50 % 100) R ) pa

    se R najee zanemaruje u proraunima.

    U

    I ~

  • 9

    Vektorski dijagram turbogeneratora je: Tipine vrednosti za Xd su

    100100[%] 2USX

    ZXX nd

    b

    dd ==

    ili

    n

    dd

    SUXX

    2

    100[%]

    = (Za turbogenerator vai Xd = Xq) Aktivna snaga turbogeneratora je

    qsinXdEzUP =

    a reaktivna:

    XdU

    XdEqUQ

    2

    cos -= q

    Sn Xd=Xq do 100 120

    100-300 160 Preko 300 250

    I

    U

    jxqI

    RI

    q

    EQ d

  • 10

    Slika 2-1: Popreni presek turbo generatora

    Slika 2-2 : Turbo generator

  • 11

    Id I

    U

    j(Xd-Xq)Id

    jxqI

    RI

    Iq

    q Eq

    EQ d

    Hidrogeneratori se grade sa istaknutim polovima na rotoru, od sasvim sporohodnih do brzohodnih sa p = 2 . to je manja brzina obrtanja dozvoljava se veci prenik rotora, opet ogranicen mehanikim naprezanjima usled centrifugalanih sila. Ali ova mehanika naprezanja su tolika da se ne zahteva ravnomerna raspodela namotaja po obimu rotora, pa se zato onda prelazi na rotor sa istaknutim polovima. Kod ove vrste generatora izraeni su mehaniki problemi u pogledu konstrukcije rotora zbog velike periferne brzine pri zaletanju, i noseih leita grupe sa vertikalnim vratilom na kojima lei teina celog obrtnog dela i dr. Generatori vecih snaga, cije su brzine obrtanja relativno manje, postavljaju se vertikalno, a hlaenje je kombinovano voda-vazduh.

    Maina je sa istaknutim polovima, pa reaktanse po d i q osi nisu jednake Xd Xq Vektorski dijagram je: Gde je: EEQQ == EEqq ((XXdd XXqq)) IIdd EQ elektromotornasila iza reaktanse Xq Razlika izmeu Eq i EQ- Eq je srazmerna struji pobude, a EQ pored struje pobude zavisi i

    od struje Id tj. zavisi od radnog reima.

  • 12

    Ekvivalentna ema je:

    jXq

    Tipine vrednosti za hidrogenerator Xd=(70 140)% Xq=(60 - 100)% tj. Istog je oblika kao kod turbogeneratora. Aktivna snaga hidrogeneratora je:

    22sin11sin 2 Q

    -+Q=

    dqd

    q

    XXU

    XUEP

    a reaktivna

    Q+

    Q-Q=

    dqd

    q

    XXU

    XUEQ

    222 cossincos

  • 13

    Slika 3-1 Stator hidrogeneratora

    Slika 3-2: Rotor hidrogeneratora

  • 14

    U konstrukcionom, odnosno u pogledu mehanikih dimenzija, turbo i hidro generatori se znacajno razlikuju, tako da za snage od oko 100MVA odnos osne duine, l , i prenika, D, za turbogeneratore iznosi oko 5, dok za hidrogeneratore iznosi oko 0,15.

    Dizelgeneratori se pokreu dizel motorima, a grade se za iroki raspon brzina obrtanja, od p = 2 navie. Snaga dizel generatora ograniena je mogucnocu izrade motora, pa dostie najvie desetak MVA.

    Da bi se poveao naznaeni napon generatora i, s tim u vezi, generator direktno prikljuio na mreu, bez upotrebe blok-transformatora, neki proizvoai umesto klasino izolovanih namotaja upotrebljavaju odgovarajue kablove. Osnovni delovi

    Magnetsko kolo sinhronog generatora sastoji se, kao i kod svih obrtnih maina, iz dva osnovna dela: nepokretnog dela ili statora i obrtnog dela ili rotora, koji su meusobno razdvojeni medugvodem. Rotor ini celinu sa vratilom maine: on nosi na svojoj periferiji 2 p polova koji mogu biti ili od masivnog gvoda ili od limova. Stator ili indukt je uplji valjak sastavljen od tankih magnetskih limova ravnomerno olebljenih na svojoj unutarnjoj periferiji i sloenih u oklopu statora. Pobudni namotaj (induktor) kod sinhronih maina je smeten na rotoru i napajan je jednosmernom strujom. Postoje dve izvedbe u pogledu oblika (vrste) rotora:

    Rotor je cilindrian: cilindar je od olebljenog gvoda, obicno masivnog, namotaj induktora je sastavljen iz sekcija smetenih u lebovima. Ova konstrukcija se skoro iskljuivo primenjuje kod velikih dvopolnih ili etvoropolnih turbogeneratora, iz mehanikih razloga (slika 4, a).

    Rotor je sa istaknutim polovima i sa meupolnim prostorom kod kojih je namotaj koncentrisan oko jezgra pola. Ova konstrukcija se upotrebljava kod maina sa veim brojem polova-hidrogeneratora (slika 4, b).

    Slika 4: Rotor sinhrone maine a) cilindrini rotor b) rotor sa istaknutim (izraenim) polovima

  • 15

    Na slici je sa d - d je oznacena tzv. uzduna osa, u kojoj se nalaze magnetski polovi, dok je sa q - q oznaena poprena osa, koja je upravna na osu polova.

    Kod maina sa istaknutim polovima namotaj je koncentrisan, dok je kod maina sa cilindricnim rotorim raspodeljen u lebovima i zauzima priblino 2/3 obima rotora. Preostali prostor obima, odnosno polnog koraka, nije oljebljen i ini zonu velikog zupca kroz koji prolazi glavni deo magnetskog fluksa.

    Osim pobudnog namotaja, na rotoru nekih sinhronih maina postoji i dodatni, priguni (amortizacioni) namotaj, koji ima osnovnu ulogu da priguuje oscilovanje brzine obrtanja rotora oko sinhrone brzine u prelaznim procesima, pri emu se tada ponaa kao kavezni rotor asinhronog motora. U ustaljenom stanju ovaj namotaj nema funkciju, jer se u njemu tada ne indukuje napon. On se ugrauje, po pravilu, u polne papuice maina sa lameliranim istaknutim polovima, a sastoji od se od okruglih bakarnih tapova stavljenih u lebove u polnom stopalu (nastavku, papucici). Ovi tapovi su meusobno povezani (kratko spojeni) pomou dva provodna prstena sa obe bone strane pola. U maine sa cilindrinim rotorom ugrauje se takoe priguni namotaj kada se oekuju velika nesimetrina optereenja. Namotaj indukta je smeten u lebovima statora, najee je trofazni. Raspodeljen je po celom obimu. Princip rada

    Kroz provodnike pobudnog namotaja prolazi jednosmerna struja usled koje nastaje stalno magnetsko polje. Magnetnopobudna sila (mps) pobude miruje u odnosu na rotor, pa se naziva stojeom. Smer jednosmerne struje kroz provodnike rotora je takav da je jedan pol severni, sledeci juni itd. Obrtanjem rotora stvara se obrtno magnetsko polje. Ovo polje preseca provodnike statora i u njima indukuje ems cija je trenutna vrednost po provodniku: epr ( t ) = l v b ( t )

    Pri stalnoj brzini obrtanja, ems ima isti oblik kao i magnetsko polje. Kod trofaznih namotaja statora, indukovane ems svake faze su jednake po vrednosti a vremenski su pomerene za jednu treinu periode ili, ako su predstavljene vektorima, ovi su pomereni za ugao 2 / 3 .

    Ako rotor ima jedan par polova, onda e se, pri jednom obrtaju, imati jedna potpuna promena ems, odnosno za p pari polova imaemo p promena ems. Poto je p = const. , a u elektroenergetskim sistemima se zahteva odgovarajuca stabilnost uestanosti (standard za Evropu je 50Hz , dok je za Ameriku 60Hz ), onda i brzina obrtanja sinhronih maina mora biti

    konstantna, i odredena je izrazom: n = p

    f60 = const.

    Dakle, u Evropi, imaemo sledee brzine obrtanja: Tabela 1-1: Brzine obrtanja sinhronih maina

    p 1 2 3 4 5 6 Itd n [ ob/ min ] 3000 1500 1000 750 600 500

  • 16

    Ako se indukt (stator) optereti nekim trofaznim simetrinim optereenjem, onda e se kroz namotaje statora uspostaviti struje efektivnih vrednosti I 1 , I 2 , I 3 koje su, u zavisnosti od optereenja, vremenski pomerene u odnosu na svoje napone za neki ugao, a meusobno vremenski pomerene za jednu treinu periode.

    Slika 5: Princip rada sinhronih maina

    Ove vremenski pomerene trofazne struje, koje proticu kroz trofazne namotaje koji su prostorno pomereni tako da njihove ose medusobno zaklapaju ugao od elektricnih 120, daju jednu ekvivalentnu obrtnu mps (Teslino obrtno polje), ija je amplituda 1,5 puta vea od amplitude pulzirajuih magnetopobudnih sila pojedinih faza. Ovo polje se obre brzinom n = 60 f / p , dakle istom brzinom kao i rotor tj. sinhronom, i otuda potie i naziv sinhrone maine. Relativna brzina obrtnog polja statora u odnosu na obrtno polje rotora jednaka je nuli tj. ona su meusobno nepokretna, ili kaemo da su se polja "zakaila".

    Magnetsko polje u medugvou nastaje zajednikim delovanjem magnetopobudne sile pobude i statora. U ustaljenom stanju te dve magnetopobudne sile su, jedna u odnosu na drugu, nepomine i obru se sinhronom brzinom obrtanja. Povratno delovanje polja statora (indukta) na polje polova rotora (induktora), naziva se magnetna reakcija indukta i zavisi od karaktera optereenja. U zavisnosti od medusobnog poloaja magnetskih polja rotora i statora, razvijaju se odgovarajue sile i obrtni momenti.

  • 17

    , x

    B

    b

    Pobuda sinhronih maina Pobudni namotaj sinhrone maine napaja se iz posebnog izvora jednosmerne struje. U osnovi, pobudni sistemi se dele na dve osnovne skupine:

    dinamike (elektromainske) sisteme, gde se pobudni namotaj sinhrone maine napaja pomou generatora jednosmerne struje,

    staticke sisteme, gde je izvor jednosmerne struje statiki pretvara energetske

    elektronike. Danas su dominantni statiki pobudni sistemi. Oblik polja (mps) rotora

    Kada sinhrona maina treba da radi kao generator posebno je vano da oblik ems bude harmonian. Buduci da je ems posledica promene fluksa, i polje rotora treba da bude to priblinije harmonino. Ako oblik polja nije potpuno harmonian onda je potrebno uiniti uticaj viih harmonikih komponenata to manjim.

    Kod valjkastog (cilindrinog) rotora polje ima priblino oblik trapeza. Navojni delovi u lebovima imaju pravougaoni oblik mps. Sabiranjem pojedinih pravougaonih mps dobijamo stepenastu liniju, koju zamenjujemo pravom koja ini krakove trapeza. Neoljebljen deo ima izgled jednog velikog zupca, i on formira gornju osnovu trapeza.

    Slika 6: Polje valjkastog rotora

  • 18

    Kod rotora sa istaknutim polovima polje bi imalo oblik pravougaonika kada bi polovi bili takvi da je duina medugvoa pod polovima stalna. Medutim, da bi polje, a prema tome i ems bila to blia sinusoidnom obliku, medugvode pod polnim nastavcima nije stalno, vec izgleda kao na slici 7. Odnos duine polnog nastavka i polnog koraka iznosi oko 0,75.

    Slika 7: Polje rotora sa istaknutim polovima Sprezanje namotaja trofaznih generatora

    Trofazni generatori se, u principu, spreu trougao ili zvezdu. Takoe je mogua i kombinacija ova dva nacina. Danas se uglavnom primenjuje sprega u zvezdu, koja ima izvesne prednosti. Kod sprega u zvezdu u linijskom naponu ponitavaju se vii harmonici treceg reda koji bi inae najvie uticali u deformisanju sinusnog oblika ems. Takode se ponitavaju i sve harmonike komponente vieg reda deljive sa tri. Prednosti su sadrane u izbegavanju lokalnih struja koje su prisutne u namotaju generatrora u sprezi trougao, postoji neutralna tacka to vodi na jednostavniju zatitu, a pri istoj konstrukciji faznih namotaja omoguen je vii linijski napon. Karakteristike sinhronih maina

    Najznaajnije karakteristike sinhronih maina su karakteristika praznog hoda (karakteristika magnecenja) i karakteristika kratkog spoja. Iz ove dve karakteristike mogu se dobiti znaajne informacije o ponaanju sinhrone maine. Karakteristika praznog hoda

    Karakteristika praznog hoda je funkcionalna zavisnost naizmeninog napona indukta na prikljucima neopterecenog generatora E0 , od jednosmerne pobudne struje, Jp , pri konstantnoj brzini i naznaenoj uestanosti tj.

    E0= f (Jp ) pri I =0 , n = const. i fn .

    min

    max

    , x

    B b

  • 19

    Glavni deo pobudne struje, AB pripada mps medugvoa, a deo BC mps magnetskog kola.Znaajan podatak karakteristike praznog hoda je vrednost pobudne struje, J0 , pri kojoj se ima linijska ems po vrednosti jednaka naznaenom naponu E0 =U n .

    Slika 8: Karakteristika praznog hoda sinhronog generatora Karakteristika ustaljenog kratkog spoja

    Karakteristika ustaljenog (trajnog) kratkog spoja prikazuje zavisnost naizmenine struje na kratkospojenim prikljucima statora, Ik , od jednosmerne pobudne struje, Jp , pri kratkom spoju i kada je brzina obrtanja naznaena, tj.

    I k = f ( Jp ) pri U = 0 i n = nn . Obino se ogled vri pri tropolnom kratkom spoju. Merenje se vri do vrednosti struje kratkog spoja koja je neto vea od naznaene struje generatora. Na osnovu rezultata, nacrta se karakteristika kratkog spoja (slika 9), koja je prava linija.

    Slika 9: Karakteristika kratkog spoja sinhronog generatora

  • 20

    Znaajan podatak karakteristike ustaljenog kratkog spoja je vrednost struje kratkog spoja, Jk , pri kojoj se ima linijska struja kratkog spoja po vrednosti jednaka naznaenoj struji I k = I n. Karakteristika kratkog spoja ne mora polaziti iz poetka koordinatnog sistema ve moe biti pomerena malo navie usled remanentnog magnetizma. Fazorski dijagram sinhrone maine sa cilindrinim (turbo) rotorom Ovakav tip rotora, kao to je ve reeno, iz mehanikih razloga se primenjuje kod sinhronih generatora gonjnih parnim turbinama na velikim brzinama. Kod ovog tipa rotora, reaktanse u d-d osi i u q-q osi su priblino jednake. Slika 10: prikazuje ekvivalentno kolo sinhronog turbo-generatora, uz sledee oznake:

    E0- ems praznog hoda E ems u optereenom stanju U napon na prikljucima I struja indukta Xa reaktansa indukta X reaktansa rasipanja Xd sinhrona reaktansa, Xd = Xa+X Rs otpor namotaja statora Jednaina naponske ravnotee za sinhroni generator sa cilindrinim rotorom je:

    IjXIRIjXIjXIRUIjXEE dsasao +=+++=+= s gde je IjXIRUE s s++=

    Slika 10: Ekvivalentna ema sinhronog generatora

  • 21

    Jednaina naponske ravnotee za sinhroni motor sa cilindrinim rotorom je:

    IjXIREU ds ++= 0

    U nekim elektranama postoji mogunost da se jedan turbo generator, pomou posebne spojnice, rastavi od turbine i radi kao nepobueni motor (tzv. Fazni kompezator). Ako zanemarimo radni pad napona, pojednostavljeni fazorski dijagrami za sinhroni generator i sinhroni kompezator su:

    Slika 10-1 a) fazorski dijagram za turbo SG b) fazorski dijagram za turbo SM Rad sinhronih generatora na sopstvenu i optu mreu

    Sinhroni generator moe da radi u razliitim pogonskim prilikama, pri emu su krajnja stanja rad na sopstvenu i optu mreu.

    Pri radu na sopstvenu mreu obino je re o relativno malom sinhronom generatoru koji napaja malu mreu koja nema mogunost prikljuka na veu mreu. Budui da sinhroni generator predstavlja jedini izvor, napon mree zavisi od pobude tog generatora, a uestanost od brzine obrtanja njegove pogonske maine. U maini deluje samo jedna nezavisna magnetopobudna sila koja pripada pobudnom namotaju. Pobuda, magnetski fluks u medugvodu i napon na prikljucima maine su medusobno zavisne veliine.

    Mnogo cei slucaj pogonskog stanja je rad sinhronog generatora na optu (vrstu) mreu. Paralelnim radom generatora u pojedinim elektranama i paralelnim povezivanjem pojedinih elektrana i elektroenergetskih sistema, dobijaju se mree veih snaga, na koje manje mogu da utiu pojedini generatori ili elektrane. to je snaga mree vea, njen napon moemo smatrati stalnijim (cvrim) u pogledu veliine, faznog pomeraja i uestanosti. Kod prikljuivanja generatora na optu mreu, mora se provesti poseban postupak, kojeg nazivamo sinhronizacijom.

  • 22

    L1 L2 L3 N

    stator (indukt)

    U osnovi ovog postupka radi se o svoenju struje izjednaenja, koja se javlja prilikom prikljuenja generatora na mreu, na najmanju moguu meru, to se postie sledeim aktivnostima:

    kod prvog putanja u pogon viefaznih generatora (gotovo uvek trofaznih) proverava se redosled faza;

    pogonskom mainom generator treba priblino dovesti do sinhrone brzine obrtanja koja je odredena frekvencijom mree i brojem pari polova generatora, dakle potrebno je izjednaiti uestanost generatora i mree;

    generator treba pobuditi tako da napon generatora bude priblino jednak naponu mree;

    potrebno je postii istofaznost istoimenih faza, ili bolje receno, istofaznost napona na

    kontaktima sklopke;

    generator treba ukljuiti na mreu u trenutku kada je fazni pomeraj izmeu istoimenih napona maine i mree sveden na najmanju moguu meru.

    Stalan (vrst) napon mree na koji je generator prikljuen odreduje magnetski fluks u

    meugvodu, koji se pod raznim optereenjima menja samo u vrlo uskim granicama (samo zbog otpora i rasipanja namotaja indukta), nezavisno od promene pobudne struje. Drugim reima, u maini deluju dve meusobno nezavisne magnetopobudne sile (uz zanamarenje otpora i rasipanja namotaja indukta): ukupna (rezultirajua) magnetopobudna sila u medugvou i magnetopobudna sila pobude. Ukupna magnetopobudna sila mora da stvori u medugvou takav magnetski fluks da se u namotajima indukta indukuje napon koji je u ravnotei sa naponom na prikljucima maine. Magnetopobudna sila pobude moe se nezavisno menjati po vrednosti i poloaju u odnosu na ukupnu magnetopobudnu silu u medugvou.

    Slika 11: a) Sinhonizacione sijalice b) Sinhronoskop

  • 23

    Za generatore manjih snaga sinhronizacija se moe vriti runo, pomou npr. sinhronizacionih sijalica, dok se kod skupih generatora veih snaga vri poluautomatski ili automatski pomou odgovarajuih ureaja. Kod sinhronizacije pomou sinhronizacionih sijalica redosled faza se ispituje pre spajanja provodnika na prekida.

    U toku postupka istovremeno se deluje na brzinu turbine i na struju pobude generatora. Kada su uestanosti mree i generatora vrlo bliske, sijalice se vrlo sporo pale i gase. Prekida se brzo ukljuuje kada su sijalice ugaene (tamni spoj).

    Postoji i poseban uredaj za sinhronizaciju, sinhronoskop. On se sastoji od dvostrukog voltmetra i frekvencmetra (jedan za mreu, a drugi za generator), te indikatorom, bre-sporije (koji radi na principu asinhronog motora) za regulisanje uestanosti generatora kojeg treba sinhronizovati. Veliki hidro i turbo sinhroni generatori

    Hidro i turbo sinhroni generatori velikih snaga predstavljaju, uz transformatore velikih snaga, najvee elektrine ureaje. Jedno od bitnih ogranicenja vezano za granine snage ovih ureaja jeste i mogunost transporta (npr. "elezniki profil"). Prema potrebi stator generatora se transportuje u segmentima.

    Hidrogeneratori velikih snaga se obino postavljaju vertikalno, a hlaenje je kombinovano voda-vazduh.

    Zbog velike brzine obrtanja i sledstveno velikih mehanikih naprezanja, ogranien je prenik rotora turbogeneratora. Maksimalna duina maine odreena je elastinim svojstvima rotora- kritinim brzinama obrtanja i problemima u vezi sa mirnim hodom rotora. Kod jedinica najvecih snaga, provodnici se direktno hlade bilo gasom (vodonikom) ili tecnou (vodom). U svrhu provere izdrljivosti rotora na poviene brzine, koje se mogu pojaviti u radu, sprovodi se ogled s povienom brzinom obrtanja, tzv. Ogled vitlanja. Pre ogleda vitlanja potrebno je statiki i dinamiki izbalansirati rotor.

    Da bi se poveavo naznaceni napon generatora i, s tim u vezi, generator direktno prikljuio na mreu, bez upotrebe blok-transformatora, umesto klasino izolovanih namotaja neki proizvoai upotrebljavaju odgovarajue kablove.

    U svetu vec due vreme postoji tendencija gradnje elektricnih maina sa relativno niskim elektrinim i mehanikim gubicima, to u osnovi ima za posledicu poveanje gabarita i sledstveno tome, cene.

  • 24

    Koriena literatura Elektrane i razvodna postrojenja Dr Dragoslav Peri Elektrine maine 1 Dr Milan Milankovi Elementi EES-a Dr Milenko B. uri