Ban,Energetska Pred Sinkroni 2005

FER-ZESA ENE 2005/6 FER-ZESA ENE 2005/6

11

SINKRONI STROJEVI

prema vrsti pogonskog stroja sinkroni strojevi se dijele na:

• turbogeneratore, hidrogeneratore, dizelske generatore, kompenzatore

Turbogeneratori se pokreću parnim ili plinskim turbinama. Redovito se grade s 2 ili 4 pola s okruglim rotorom, za širok raspon snaga do najvećih iznosa (1710 MVA).

Hidrogeneratori se pokreću vodnim turbinama. Grade se s istaknutim polovima, od sasvim sporohodnih do brzohodnih, u širokom rasponu snaga (danas već preko 800 MVA).

Dizelski generatori pokreću se dizelskim motorima, a grade se za širok raspon brzina vrtnje, od četiri pola na više. Snaga dizelskih generatora ograničena je mogućnostima izrade motora, pa doseže do najviše 50-ak MVA (sporohodni).

Kompenzatori su posebna vrsta sinkronih strojeva koji rade bez pogonskog stroja. Oni ne služe za elektromehaničku pretvorbu energije, nego samo opskrbljuju sistem jalovom energijom. Grade se u velikim jedinicama (10-200 MVA), obično sa šest ili osam istaknutih polova.


22

prema konstrukciji sinkroni strojevi se izvode s okruglim (cilindričnim, valjkastim) rotorom ili s istaknutim magnetskim polovima

prema brzini vrtnje i frekvenciji napona f = 50 Hz oni se dijele na:• brzohodne strojeve (750…3000 r/min)• strojeve srednje brzine (300…600 r/min)• sporohodne strojeve (manje od 300 r/min)

sinkroni motori se dijele na induktorske, reluktantne, histerezne i koračne motore

sinkroni strojevi mogu raditi kao motori ili kao generatori. Generatori su od mnogo većeg značaja jer su oni osnovni izvori električne energije.

više od 95 % sveukupne električne energije dobiva se iz sinkronih generatora


33

na obodu stroja ima 360 geometrijskih stupnjeva, 2π radijana 1 par polova = 360 električnih stupnjeva na obodu stroja s p pari polova bit će 2π∙p električnih stupnjeva

Osnovni odnosi u električnom stroju s istaknutim polovima (sinkroni generator)

α

N

S

π

= x=0α=0α=2π

zona

x=τp

x=0α=0α=2π

zona

N

N

SS

elgeom2

geom el1p

a) dvopolni stroj 2p=2

b) četveropolni stroj 2p=4


44

αmeh – mehanički kut na obodu ( geometrijski kut)

α – električni kut na obodu

α = p αmeh

u uu u

uu

uelu

u

D 2, meh. stupnjeva

N N

360( ) geometrijski utorski kut (mehanički)

N

360p ( ) električni utorski kut

N

N ukupni broj utora na obodu stroja

Jednom magnetskom polu pripada dio opsega nazvan polni korak:

pD2p

D – promjer provrta stroja

τp = π električnih stupnjeva

Jednom utoru na obodu stroja pripada dio opsega nazvan utorski korak:


55

Fizikalna struktura trofaznog sinkronog stroja s cilindričnim rotorom (δ0 = konst.)

Na statoru su smještena 3 fazna namota A i –A, B i –B te C i –C prostorno pomaknuta za 2π/3 električnih stupnjeva.

Na cilindričnom rotoru se nalazi uzbudni namot kojim teče istosmjerna struja dovedena na rotor iz vanjskog izvora preko kliznih koluta. Rotor je ustvari elektromagnet koji se vrti sinkronom brzinom.


66

Vrtnjom rotora (elektromagnet) inducira se u namotu svake faze statora (armatura) napon efektivne vrijednosti:

E0 = 4,44 N f fn [ V ]

pnf Hz

60

gdje je - magnetski tok stvoren uzbudnim namotom

• N - broj zavoja jedne faze statora

• fn - faktor namota statora

Inducirani naponi trofaznog namota su fazno pomaknuti za 2π/3 i jednakog su iznosa.

Frekvencija tog napona čvrsto je povezana s brzinom vrtnje relacijom:


77Turbogenerator 353 MVA, 3000 okr/min


88Stator turbogeneratora 353 MVA, 3000 okr/min


99

Cilindrični rotor bez namota (tijelo rotora) turbogeneratora 250 MVA

Namotani cilindrični rotor (turborotor) turbogeneratora 250 MVA


1010

Prazni hod sinkronog generatora

Ovisnost induciranog napona na stezaljkama sinkronog generatora o struji uzbude pri konstantnoj brzini vrtnje (karakteristika praznog hoda)

Ifg – uzbuda potrebna za zračni raspor

If0 – uzbuda za zračni raspor i željezo

If0Ifg

If

Un

0

E0


1111

Kada se generator optereti priključenjem trošila (mreže) na njegove stezaljke, u statorskim namotima poteku struje stvarajući svoje okretno magnetsko polje koje se vrti sinkronom brzinom:

s60 f

np

U generatoru tada postoje dva okretna polja:

a) ono koje stvara rotor uzbuđen istosmjernom strujom i

b) ono koje stvaraju statorske struje kroz trofazne prostorno pomaknute namote

Ta dva okretna polja (protjecanja) vrte se potpuno jednakom brzinom, sinkronom. Pretvorba energije je jedino moguća ako je taj uvjet ispunjen, zato se stroj i zove sinkroni. Broj polova namota na statoru i rotoru mora biti jednak.

Okretna polja statora i rotora se sumiraju na različite načine ovisno o karakteru električnog opterećenja generatora (induktivno, kapacitivno ili radno). Vidi vektorsko-fazorski dijagram.


1212

Nadomjesna shema

U je napon na stezaljkama generatora, E0 je tzv. unutrašnji napon generatora

Xd je sinkrona reaktancija koja obuhvaća rasipanja namota statora Xσ i reakciju (protudjelovanje) struja armature Xa

R je otpor statorskog namota, obično se zanemari jer je vrlo mali u odnosu na Xd

~U

Xd R

E0


1313

Karakteristika kratkog spoja sinkronog generatora

Karakteristika kratkog spoja sinkronog generatora

Ifk – uzbudna struja

In – nazivna struja armature

Sinkrona reaktancija je definirana izrazom:I

Ifk

dfg

X 100%

Struje I fk i I fg se odrede pokusima praznog hoda i kratkog spoja

Ifk

If

In

0

Ia


1414

Vektorsko- fazorski dijagram sinkronog generatora za različite vrste opterećenja

Pretpostavka je da se uzbudna struja ne mijenja.To bi se dešavalo ako regulator uzbudne struje ne radi (θf = konst.).Napon na stezaljkama bi se stalno mijenjao, što nije prihvatljivo za trošila (kvaliteta el.energije).

Kut opterećenja δ je pomak osi protjecanja rotora i osi rezultantnog protjecanja. U praznom hodu δ je jednak nuli.

a) samo induktivno cosφ=0 b) samo radno cosφ=1 c) samo kapacitivno cosφ=0

arf

a a

j a XdE E

a

f

a

r

j a Xd

a


1515

Vektorsko- fazorski dijagram opterećenog turbogeneratora za : a) induktivno, b) radno i

c) kapacitivno opterećenje, a konstantan napon U

a) induktivno, cosφ=0 , b) radno, cosφ=1 c) kapacitivno cosφ=0,

a fr

a

j a Xd

E

Regulator uzbudne struje održava napon stezaljki konstantnim mijenjajući veličinu induciranog napona E0 . Pri tome regulator brzine vrtnje pogonskog stroja održava frekvenciju konstantnom.


1616

Fazorski dijagram turbogeneratora opterećenog radnim i

induktivnim teretom, cos φ = 0,707

a

j a XdE


1717

Rotor sinkronog stroja s istaknutim polovima

Na statoru su smještena 3 fazna namota prostorno pomaknuta za 2π/3 električnih stupnjeva.

Na rotoru se nalazi uzbudni namot kojim teče istosmjerna struja koja stvara magnetsko polje.

Vrtnjom rotora konstantnom brzinom u namotima statora se induciraju naponi frekvencije:

pnf Hz

60

STATOR

UZBUDNINAMOT

UTOR STATORA

N

S

N

S

os faze C

os

faze

A

os faze B

uzdužna osuzbude

C

- C

- B

B

A- A

uzbudninamot

statorskinamoti

po

pre

čn

a o

su

zbu

de


1818

Rotor i stator reverzibilne hidroelektrane Velebit (sinkroni stroj motor – generator 155 MVA s istaknutim polovima)


1919

Sinkronizacija sinkronog generatora na mrežu

Sinkroni generator vrlo rijetko radi sam. Takav pogon se zove "otočni rad" ili "rad na vlastitu mrežu".

U suvremenom elektroenergetskom sustavu sinkroni generatori rade paralelno s drugim generatorima, može ih biti na stotine i tisuće. Takav pogon nazivamo "pogon na krutu mrežu". Napon mreže ne ovisi o pojedinom generatoru.

Mnoge su prednosti rada na krutu mrežu:

• ispad jednog generatora ne ugrožava rad energetskog sustava, osigurana je pouzdanost

• osigurana je stabilnost sustava

• sustav se može optimirati prema kriteriju maksimalne učinkovitosti

• može se obavljati remont i održavanje po planu pojedinih generatora


2020

Uvjeti za paralelni rad i sinkronizaciju Da bi se G2 mogao priključiti paralelno G1 ili krutoj mreži, moraju im biti:

• linijski naponi jednaki po veličini,• frekvencije napona jednake,• redoslijedi faza isti• naponi fez faznog pomaka (poklapanje).


2121

Provjera usklađenosti napona mreže i generatora

G

L1

L3L2

Q

V W

V0

Q - generatorski prekidač

U


2222

Sinkronizacija generatora na mrežu

http://www.ckk.chalmers.se/people/magnax/elkraft/Engelsk/start/index.html


2323

Nazivne veličine sinkronog stroja Nazivni napon je efektivna vrijednost linijskog napona. Uobičajeni napon trofaznih sinkronih generatora su od 400 V do 27 kV, 50 Hz. Nazivna struja I n je efektivna vrijednost linijske struje. Računa se iz izraza za

pividnu snagu:I nn

n

S

3 U

gdje je S n nazivna prividna snaga generatora:

In n nS 3 U (VA) Nazivna prividna snaga generatora je snaga za koju je generator građen. Pri

tome je važan podatak o faktoru snage cosφ. Radna snaga generatora određena je snagom pogonskog stroja. Nazivni faktor snage generatora iznosi obično cosφ = 0,8 do cosφ = 0,9. On se

definira prema potrebama energetskog sustava za jalovom energijom. Generator se smije opteretiti nazivnom prividnom snagom samo u slučaju da mu

je faktor snage jednak nazivnom ili da je veći od njega. Za manji cosφ treba smanjiti opterećenje prividnom snagom prema pogonskom dijagramu tog generatora.


2424

Spomen ploča u EL-TO Zagreb

(Trofazni sinkroni generator 865 kVA, 5 kV, 50 Hz)


2525

Spomen ploča u EL-TO Zagreb


2626

UZBUDNI SUSTAVI SINKRONOG STROJA

Radi pouzdanosti pogona, snaga potrebna za uzbudu uzima se najčešće s osovine elektroagregata (sinkroni stroj i pogonski stroj) ili sa stezaljki statora sinkronog stroja. Kao izvor električne snage za uzbudu koristi se ili rotacijski uzbudnik (u pravilu prigrađen na osovini sinkronog stroja) ili uzbudni transformator priključen na sabirnice statora generatora.

UZBUDNI SUSTAVIUZBUDNI SUSTAVI

s rotirajućim uzbudnikoms rotirajućim uzbudnikom sa statičkim uzbudnikomsa statičkim uzbudnikom rotirajući bez četkica rotirajući bez četkica (brushless)(brushless)


2727

UZBUDNI SUSTAV

Uzbudni sustav sadržava: opremu kojom se ostvaruje uzbudna struja (izvor), upravljačko-regulacijski uređaj, opremu za brzo razbuđivanje, zaštitu od prenapona i relejnu zaštitu.


2828

Principna shema uzbudnog sustava s rotirajućim istosmjernim uzbudnikom i

osovinskim pomoćnim generatorom

1 - sinkroni generator i

1' njegov uzbudni namot

2 - glavni uzbudnik (istosmjerni generator) i


3 - osovinski pomoćni sinkroni generator s permanentnim magnetom na rotoru (PMG) i

3' njegov statorski namot

4 - naponski mjerni transformator

5 - oprema za brzo razbuđivanje

6 - punoupravljivi tiristorski most

7 - klizni koluti i četkice

AR - automatski regulator naponaG

G3 ~

AR

1

2

2'

3 3'

4

5 R

6

Bloktransformator

1'

7


2929

Turbogenerator s istosmjernim uzbudnikom


3030

Principna shema sustava samouzbude sa statičkim tiristorskim uzbudnikom




3 - uzbudni transformator

4 - punoupravljivi tiristorski most

5 - oprema za brzo razbuđivanje

6 - klizni koluti i četkice

AR - automatski regulator napona

1

AR

R

2

3

4

1'

5

G3 ~

6


3131

Principna shema uzbudnog sustava s izmjeničnim uzbudnikom i rotirajućim

diodnim ispravljačem (sustav bez četkica, tzv. brushless system)



2 - osovinski pomoćni generator (PMG) i

2' njegov armaturni namot

3 - rotirajući dio uzbudnog sustava

4 - rotirajući diodni ispravljač

5 - trofazni upravljivi most

6 - trofazni namot (armatura) rotirajućeg uzbudnika i



AR - automatski regulator napona

G3 ~

AR

1

6'

2 2'

7

6

1'

3

4

5


3232

GS3

Nadzoruzbude

Zaštitasustavauzbude

Ug ARN

Ogranič.i stab.EES

RezervniIf

regulator

Upravljanjesustavomuzbude

Veza snadre©˘enimsustavom za

nadzor

380 V, 50Hz

2320 kVA13.8 +- 2*2.5 %/0.52 kV

12500/5 A

13.8 kV/100 V

247 MVA13.8 kV

cos =0.85

350 V2720 A

Tiristorskiusmjerivač

Diodniusmjer.

poč.uzbude

oprema za brzorazbu©˘ivanje

tiristorski sklop zaštite odprenapona

postrojenjevlastite

potrošnje

Primjer blokovske sheme uzbudnog sustava turbogeneratora 247 MVA

Documents

Ban,Energetska Pred Sinkroni 2005