1

Masini electrice sincrone A.Elemente constructive de baza

Maşinile electrice sincrone sunt caracterizate prin faptul că au viteza de rotaţie egală cu viteza campului învîrtitor,de unde şi numele de maşini sincrone. Ele pot funcţiona in regim de motor,in regim de generator sau compensatoare de faza. Masinile sincrone se folosesc in special ca generatoare de curent alternativ,in care caz sunt denumirile de turboalternator,pentru cazul cînd este antrenat de o turbina cu abur,sau hidroalternator,pentru cazul cînd este antrenat de o turbină hidraulică. Ca orice maşină electrică,maşina sincronă are un inductor şi un indus. Inductorul are o înfăşurare de excitaţie alimentată în curent continuu,şi poate fi rotor sau stator. Daca inductorul este rotor,maşina sincronă este denumită maşină sincronă in construcţie normală,iar daca inductorul este stator,este denumită maşina sincrona in construcţie inversă. Părţile principale ale maşinii sincrone sunt: statorul,rotorul,portperiile,scuturile,lagărele,cutia de borne etc.

1.Masina sincrona in constructie normala

Statorul este indus si este format din carcasa,pachetul de tole si infasurarea statorului, monofazata sau trifazata, absolut identic cu statorul masinilor asincrone. Rotorul este inductor avand o infasurare de excitatie cu acelasi numar de poli ca si statorul .Infasurarea de excitatie este legata la doua inele colectoare ,de care freaca periile prin care se alimenteaza excitatia cu un curent continuu numit curent de excitatie. Bobinele infasurarii de excitatie sunt astfel insirate,incat polaritatea polilor sa alterneze la periferia rotorului. La masinile mari,curentul de excitatie este furnizat de o masina de curent continuu,denumita excitatoare,montata pe acelasi arbore cu masina sincrona.La masinile mici,generatoarele se pot autoexcita,inelelefiind alimentate de la un redresor conectat la bornele statorului.

In functie de forma constructiva ,rotoarele pot fi cu poli inecati (fig.8.1,a) sau cu poli aparenti (fig.8.1,b).

2

Rotorul cu poli inecati se utilizeaza pentru masini cu doi poli si chiar pentru patru poli.El se executa din otel masiv sau tole,sub forma de cilindru,cu crestaturi la exterior,in care se introduce infasurarea de excitatia formata din mai multe bobine repartizatein crestaturi.Crestaturile nu sunt uniform repartizatepe circumferinta,ci este prevazut cate un dinte mai lat,in axa fiecarui pol.Aceasta are o mare robustete mecanica si se foloseste sio se foloseste la viteze mari,de exemplu la turbogeneratoare. Rotorul cu poli aparenti se utilizeaza la masini cu patru polisi mai mult.Polii se executa din otel masiv sau tole si sunt fixati in butucul rotorului montat pe arbore.In fasurarea de executie este formata din bobine polare introduse pe fiecare pol.Aceasta constructie se utilizeaza la viteze mai mici si,in special,la hidrogeneratoare care au o turatie de cateva sute de rotatii pe minut.

2.Masina sincrona in constructie inversa Statorul este inductor si este format din carcasa,poli de executie si bobine polare aflate pe poli, si care se alimenteaza cu curent continuude excitatie (fig.8.2), similar cu statorul masinii de curent continuu. Rotorul este Indus, format dintr-un pachet de tole cu crestaturi la exterior in care este introdusa o infasurare monofazatasau trifazata, legata la inele. Numarul de inele poate fi 2 pentru infasurarea monofazata, 3 pentru infasurarea trifazata sau 4 pentru infasurarea trifazata cu neutral scos la placa de borne.

B.Functionarea in regim de generator 1.Principiul de functionare a generatorului in constructie normala

a.Functionare in gol

Bobinajul de excitatie al rotorului este parcurs de curentul de excitatie i si

produce un camp fix fata de rotor,caruia ii corespunde un flux .Deoarece rotorul este rotit cu turatia n fata de stator , campul produs de rotor este camp invartitor.Din

3

acest motiv ,spirele statorului sunt strabatute de un fluxvariabil,valoarea maxima a

acestui flux fiind tot .In bobinajul statoric se vor induce tensiunile elctromotoare cu frecventa:

si cu valoarea eficace (care se poate masura la bornele statorului cu u voltmetru):

Deoarece frecventa tensiunii generatorului trebuie sa fie constanta.

Din relatia (8.2) se constata ca Eo este proportional cu ,care la randul sau depinde de valoarea curentului de excitatie i . Variatia lui Eo in functie de curentul de excitatie i este denumita caracteristica de mers in gol (fig.8.3)care are forma la fel ca la masinile de curent continuu,determinata de existenta unei t.e.m remanente Eom datorata

unui camp remanent al polilor, o portiune dreapta a caracteristicii, cand este proportional cu i si deci Eo este proportional cu i ,si portiunea corespunzatoare saturarii

circuitului magnetic,cand fluxul si deci Eo cresc mai putin decat proportional cu i .

b.Functionarea in sarcina

Daca la bornele statorului generatorului este legata o sarcina ,statorul

generatorului va debita un curent I ,cu aceeasi frecventa ca si tensiunea electromotoare

indusa Eo.Curentul I de sarcina produce la randul sau un camp invartitor care are viteza:

adica aceeasi viteza ca si rotorul.Trebuie insa sa se tina seama ca in practica,frecventa f

este data (frecventa retelei pe care debiteaza generatorul),deci viteza no este data.In consecinta,rotorul trebuie sa fie antrenat cu viteza n=no,adica rotorul (campul rotoric) si campul statoric trebuie sa aiba riguros aceeasi turatie sau,astfel spus rotorul trebuie sa se roteasca in sincronism cu campul invartitor al statorului. Facand o comparatie cu masina asincrona,se pot constata urmatoarele asemanari si deosebiri:

4

-la ambele masini,campul statoric are aceeasi viteza no=60f/p,denumita viteza de sincronism ; -la masina asincrona,campul rotoric este produs prin inducite de curenti alternativi din stator si se roteste fata de rotor;la masina sincrona,campul rotoric este produs de curent continuu si este imobil fata de rotor; -la masina asincrona,campul rotoric si cel statoric au un spatiu (fata de stator) aceeasi viteza no independent de viteza n a rotorului, astfel incat masina asincrona functioneaza (produce cuplu) la orice viteza n a rotorului; cu exceptia vitezei rotorului egala cu viteza de sincronism,n=no,cand neexistand inductie intre stator si rotor,masina asincrona nu mai produce cuplu;la masina sincrona,campul rotoric are fata de stator viteza n a rotorului,in timp ce campul invartitor statoric are viteza no,astfel incat masina sincrona functioneaza (produce cuplu) numai cand rotorul are aceeasi viteza n=no ca si campul statoric.

Caracteristicile generatorului sincron

Functionarea masinii sincrone ca generator in regim stationar se poate studia cu ajutorul caracteristicilor de functionare.Caracteristicile masinii sincrone se poate determinate fie direct pe cale experimentala,fie prin calcul, cunoscand caracteristica magnetica a masinii si valorile parametrilor ei determinati experimental sau prin calcul. Un generator sincron poate functiona in mai multe situatii din punct de vedere al legaturii sale cu sarcina.Cazul cel mai simplu este acela cand o retea receptoare,de impedanta echivalenta data,este alimentata direct de un singur generator sincron.In aceasta situatie tensiunea la bornele generatorului ,frecventa acestuia si curentul debitat depind numai de parametrii generatorului (rezistente ,reactante) ,de curent de excitatie si de puterea mecanica transmisa de motorul primar propriu.O asemenea functionare se intalneste mai rar in practica actuala si se refera la generatoare de putere relativ redusa. Cea mai raspandita situatie este insa aceea cand generatorul sincron,de regula de putere mijlocie sau mare ,reprezinta doar un element dintr-un sistem electroenergetic care reuneste un numar mare de centrale electrice si de o retea corespunzatoare de receptoare,fiecare centrala avand mai multe generatoare sincrone, functionand in paralel pe aceleasi bare ,iar centralele fiind interconectate intre ele prin linii de transmisie a energiei electrice. In acest caz, un generator sincron are o tensiune la borne si o frecventa dependenta de sistemul electroenergetic. In acest paragraf se vor prezenta caracteristicile de functionare ale generatorului sincron functionand autonom pe o retea receptoare proprie.

a) Caracteristica la functionarea in gol se defineste prin relatia:

Eo=f(I e) pentru n=const.(n=nn); I=O

Se stie ca t.e.m indusa de campul invartitor de exitatie este proportionala cu

fluxul maxim si ca acesta este functie de curentul de excitatie Ie.Pe masura ce

curentul de excitatie Ie creste,creste si fluxul si deci si t.e.m Eo.

Cand circuitul magnetic al masinii incepe sa se satureze cresterea curentului de excitatie nu mai conduce la o crestere proportionala a fluxului magnetic, acest flux creste mai putin si deci si t.e.m. Eo.creste mai putin.Daca masina a functionat anterior

5

,atunci in cazul Ie=o fluxul magnetic nu este nul ,deci este foarte redus.Acest fapt se

explica prin existenta unui camp remanent al polilor,fenomen caracteristic materialelor

feromagnetice.In consecinta la Ie=0 rezulta ca Eo=Eo rem.De obicei t.e.m.remanenta

reprezinta 5/10% din tensiunea la borne corespunzatoare regimului nominal. Deoarece circuitul magnetic realizat din materiale feromagnetice prezinta si fenomenul de histerezis,caracteristica de mers in gol ridicata experimental are doua ramuri:una pentru curent de excitatie crescator ,iar cealalta pentru curent de excitatie descrescator (fig 4.23, a). De regula caracteristica de mers in gol este definita prin media de ordonata a celor doua ramuri (curba intrerupta din fig 4.23 ,a) Se obisnuieste de cele mai multe ori ca aceasta caracteristica de mers in gol sa se redea ca dependenta intre marimi fara dimensiuni,sub forma Eo/Un=f (I e/I en), U n

fiind tensiunea nominala ,iar I en fiind curentul de excitatie care corespunde la mersul in gol tensiunii nominale. Pentru masinile sincrone actuale, caracteristicilede mers in gol respective in marimi relativ esunt atat de apropiate una de alta, incat se poate

vorbi de o caracteristica universala.In figura 4.23,b se reda aceasta caracteristica universala. Caracteristicile efective ale generatoarelor sincrone nu se abat de la caracteristica universala cu mai mult de 5 % intr-un sens sau altul. b) Caracteristica de scurtcircuit se defineste prin relatia:

I=f (Ie)pentru U=0 ;n=const. (=nn)

si reprezinta un caz particular al caracteristicilor de reglare.Se are in vedere regimul stationar de scurtcircuit simetric al generatorului sincron,cand cele trei borne ale generatorului sunt legate intre ele prin conductoare de impedanta neglijabila.Pentru ridicarea experimentala a acestei caracteristici,generatorul scurtcircuitat in prealabil se pune in miscare si se roteste cu turatia nominala,iar dupa aceea curentul de excitatie se creste treptat,citindu-se curentul de excitatie si curentul de scurtcircuit. In cazul genneratoarelor sincrone de mare putere ,rezistenta statorica se poate practice neglija si se poate considera ca la scurtcircuit masina are numai reactanta inductive si deci I=I d.Din aceasta cauza curentul de scurtcircuit I este defazat practic in urma t.e.m. E0 cu unghiul =90 . Diagrama fazoriala pentru scurtcircuittrifazat este prezentata in fig.4.24 ,a . In acest regim ,fluxul magnetic rezultant este foarte mic deoarece campul magnetic de

6

reactie este longitudinal demagnetizant,asa incat se poate considera ca circuitul magnetic este practic nesaturat. Din cele de mai sus rezulta ca pentru curenti de excitatie nu prea mari ,deci t.e.m. E0 nu prea mari,curentul de scurtcircuit este practic proportional cu curentul de excitatie.Caracteristica de scurtcircuit este practic lineara (fig 4.24,b).Pentru un domeniu mare de frecventa curentul de scurtcircuit I k este aproape constant ,deoarece reactantele sunt preponderente si sunt proportionale cu frecventa.La frecvente (turatii mici)ponderea rezistentei R creste si variatia curentului I k tinde spre o dreapta (fig 4.24, c).Cu ajutorul caracteristicii de mers in gol si a caracteristicii de scurtcircuit se poate determina raportul de scurtcircuit RSC,adica raportul dintre curentul de scurtcircuit I kn la curentul de excitatie I en corespunzator tensiunii nominale Un la mersul in gol si curentul nominal In :RSC=I kn//In=I en/I ek=E0n/E 0k,dar E0k=In Xd de unde rezulta si valoarea nesaturata a reactantei Xd (Xd=AB/BC,AB este luat la scara tensiunilor,iar BC la scara curentilor) care in unitati relative este xd=XdIn/Un si deci:

RSC=E0n/Unxd

Pentru masina sincrona care, la curentul de excitatie I en,nu este saturata rezulta E0n=Un

si deci RSC=I/xd. Pentru generatoarele sincrone cu poli inecati (turbogeneratoare) RSC=0,5...0,7,ceea ce inseamna ca la scurtcircuit curentul este mai mic decat curentul nominal.Pentru generatoarele cu poli aparenti (hidrogeneratoare)RSC=1...1,4 Cu caracteristicile E0=f (I e) si I k=f(Ie) se poate stabbili triunghiul de scurtcircuit la masin asincrona.Pentru un curent de scurtcircuit I k este necesara t.e.m.E’0=XoI’k care este indusa de campul magnetic invartitor inductor produs de curentul de excitatie Ie1.La scurtcircuit,reactia indusului este longitudinala demagnetiyanta astfel inact trebuie marit curentul de excitatie la valoarea Ie2 pentru a obtine curentul de scurtcircuit I’k.Curentul.... Ie=I e2-I e1,repreyinta la scara curentului de excitatie,masura reactiei longitudinale demagnetiyante a indusului corespunzatoare lui I’k (este curentul de excitatie necesar compensarii reactiei longitudinale a indusului).Triunghiul ABC se numeste triunghi de scurtcircuit sau triunghi Potier (fig 4.24,d)

7

Generatoarele sincrone cu raport de scurtcircuit mic prezinta o variatie mai mare atensiunii la borne la variatia curentului de sarcina,au un curent de incarcare mai mic la functionarea pur capacitiva,este mai putin stabila la functionarea in paralel cu o retea de putere infinita (puterea maxima electromagnetica este mai mica l aceeasi t.e.m.E0 si aceeasi tensiune U).Dar in acelasi timp generatoarele cu RSC mic sunt mai ieftine,datorita faptului ca xd este mare si deci intrefierul este mic.Un intrefier mic conduce la o solenatie de excitatie mai redusa,deci un consum mai redus de cupru si o greutate mai mica a rotorului. c) Caracteristicile in sarcina sunt definite de relatia: U=f( I e) pentru I=const.(=I); n=const.(=nn) cos =const Aceste caracteristici nu sunt legate direct de regimurile de functionare ale generatorului pe o retea proprie, si trebuie considerate ca ajutatoare pentru determinarea experimentala a unor parametri.Se va stabili aliura acestor caracteristici pentru generatorulcu poli inecati ale carui ecuatii de functionare sunt mai simple.Din diagrama fazoriala din fig.4.20 considerand R~0 prin proiectare pe directia fazorului U si pe o directie perpendiculara rezulta,

Din relatia (4.42),presupunand I si constante,si tinand seama de legatura Eo=f(Ie) se ajunde la caracteristicile din fig 4.25.Toate caracteristicile de sarcina care corespund aceluiasi curent debitat I,dar unor factori de putere diferiti inductive si capacitive ,pornesc din acelasi punct,care corespunde tensiunii U=0,adica scurtcircuitului la borne.Oimportanta deosebita o are caracteristica in sarcinapentru current pur inductivde valoare nominala,deoarece permite determinarea reactantei la scapari X..sia a valorii saturate Xds a reactantei longitudinale. De precizat ca pentru generatorul cu poli aparenti alura acestor caracteristici este asemanatoare. Daca se cunoaste caracteristica in sarcina U=f (Ie) pentru cos…=0 (caracteristica in sarcina inductiva) si caracteristica in gol,determinate experimental,printr-o constructie grafica se poate determina reactanta de dispersie X…si raportul de echivalenta k I al curentilor.Alegand un punct de functionare A1 in portiunea curbata a caracteristicii (fig.4.26,a) se ducepe paralela la axa absciselor segmentul A1O1=AO si apoi prin punctual O1 se traseaza o paralela O1C1 la portiunea initiala a caracteristiciiin gol.

8

La intersectia caracteristicii in gol,in punctul C1 se obtine varful triunghiului sw scurtcircuit si deci C1B1=X…I,iar B1A1-k1I,ceea ce conduce la aflarea marimilor k1 si X…Este de observat ca caracteristica in sarcina inductiva nu rezulta prin simpla translatare a caracteristicii de mers in goldupa directia CA sau C1A1 ,oobservandu-se o curbare mai pronuntata a caracteristicii in sarcina inductive la saturatii mari,datorita cresterii fluxului de dispersie a inductorului in sarcina,aceasta fiind produs de curentul de excitatie Ie si nu de curentul rezultat I…cum se considera la caracteristica de mers in gol.Deosebirile raman totusi mici la masinile normale.Reactanta determinate in acest mod este mai mare decat reactanta de dispersie X… si se numeste reactanta Potier Xp La masinile sincrone normale,relatia dintre cele doua reactante , la starea de saturatie corespunzatoare tensiunii nominale la borne in sarcina inductive este pentru turbogeneratoare Xp=(1,3…1,5) X…,pentru hidrogeneratoare mari Xp=(1,1…1,3) X…

d) Caracteristicile externe ale generatorului sincron se definesc prin relatia.

U=f(I) pentru n=const. (=nn); Ie=const; cos…=const Aceste caracteristici arata cum variaza tensiunea la borne in functie de curentul debitat si prezinta o mare inportanta practica.Pentru a stabili alura acestor caracteristici se poate apela la diagrama fazoriala fie a generatorului cu polii inecati,fie a generatorului cu polii aparenti.Pentru stabilirea alurei acestor caracteristici in fig.4.28 s-a avut in vedere diagrama fazoriala a generatorului cu poli inecati. Daca curentul de excitatie este constant si egal cu cel care asigura tensiunea nominala cand generatorul debiteaza curentul nominal In,atunci Eo=const. Pentru factorul de putere cos…=1 rezulta U<Eo.Intr-adevar,curentul de sarcina are o componenta longitudinala Id,relativ mica,care produce un camp invartitor longitudinal de reactie demagnetizant in comparative cu campul inductor si o componenta transversala Iq care produce un camp transversal ce modifica putin fluxul magnetic pe pol (datorita saturatiei).In consecinta campul invartitor rezultant va avea o amplitudine mai mica decat aceea a campului inductor si deci U<Eo.Daca curentul de sarcina al generatorului se micsoreaza tinzand spre zero,insa Eo=const. atunci fazorul U tinde sa se confunde cu fazorul Eo.Asadar,daca curentul de sarcina scade tensiunea la borne creste (curba a din fig.4.28).Pentru cos…capacitiv(fig.4.28 curba b) cand I=IN,tensiunea la borne este mai mare decat t.e.m. indusa de campul inductor U>Eo,datorita existentei unei componente longitudinale Id a curentului I care produce un camp invartitor longitudinal

9

magnetizant.Pe masura ce curentul de sarcina I scade,tensiunea la borne scade,fazorul U tinde catre fazorul Eo.

La cos…inductive,U<Eo datorita existentei unui camp invartitor de reactie longitudinal demagnetizant mai intens decat pentru cos…=1(curba c din fig.4.28) Se poate defini o familie de caracteristici externe pentru curentul de excitatie care asigura la mersul in gol a generatorului tensiunea nominala.De obicei se prefera a se mentine constant curentul de excitatie care la mersul in gol asigura tensiunea nominala.Familia de caracteristici pentru aceasta situatie este prezenta in fig.4.29.alura lor este aceeasi,doar ca pleaca din punctul (Un,0). f) Pierderile si randamentul generatorului sincron.Ca si in celelalte masini electrice rotative se produc urmatoarele tipuri de pierderi:pierderi in conductoarele infasurarilor PJ si in fier PFe ;pierderi mecanice pri frecare si ventilatie.Pierderile PJ si PFe cuprind pierderile principale PJ sunt pierderi prin efect Joule,datorita distributiei neuniforme a curentului in sectiune transversala a conductorului.La generatoarele sincrone curentul din indus fiind mare , dimensiunile transversale ale conductoarelor sunt mari si ca urmare pierderile suplimentare pot fi ridicate. Pentru a evita aceasta situatie , se impart conductoarele pe inaltimea crestaturii in cele mai multe bare , sau in cazuri mai dificile se efectuiaza transpozitii. Perderile principale PFe sunt pierderile prin histerezis si curentii turbionarii produsi de unda inductiei magnetice din intrefier care variaza fata de indus cu frecventa fundamentala.Aceasta unda este fixa fata de inductor si nu se produc pierderi principale in fierul inductorului dar in indus au loc astfel de pierderi. Pierderile suplimentare PFe

cuprind pierderile suplimentare la functionarea in gol si pierderile suplimentare la functionarea in sarcina ; acestea se produc atat in inductor cat si in indus. Piederile suplimentare in rotor pot fi mari la rotoarele din otel masiv.Mai pot aparea pierderi suplimentare produse de curenti turbionali in piesele de strangere ale pachetelor de tole , in bandajele de otel ale rotorului turbogeneratorului si in alte piese de otel care intra in constructia masini sincrone. Aceste pierderi suplimentare prezinta interes la masinile mari si foarte mari , la care piesele mentionate au dimensiuni insemnate ; la masinile de putere mica si mijlocie nu prezinta in general importanta si se negrijeaza in calcule. Pentru reducerea pierderilor suplimentare in miez si in diferitele piese constructive se iau o serie de masuri : infasurari statorice cu pas scurtat pentru a reduce armonicele din curba inductiei magnetice ; dispunerea convenabila a capetelor de bobina ale indusului pentru a evita pe cat posibil ca liniile campului imagnetic frontal sa inlantuie piesele metalice ; se utilizeaza piese de strangere si bandaje din materiale nemagnetice. La generatoarele sincrone mari pierderile prin ventiltie reprezinta peste 40% din pierderile totale , de accea reducerea acestor pierderi este importanta. In acest scopla generatoarele sincrone mari , in locul racirii cu aer se uitilizeaza racirea cu hidrogen ceea ce reduce pierderile prin ventilatie de aproximativ 10 ori. Racirea cu hidrogen are si alte avantaje.

4.12 Functionarea in paralel a generatoarelor sincrone

10

In centralele electrice sunt instalate de regula mai multe generatoare sincrone destinate a functiona in paralel , debitand energie electrica intr-un sistem electroenergetic mai vast , de putere relativ mare in comparatie cu puterea nominala a fiecarui generator. Conectarea in pararlel a mai multor generatoare sincrone are temeinice justificari economice si desifuranta in alimentarea cu energie electrica a consumatorilor.

La functionarea in paralele , toate generatoarele sincrone trebuie sa aiba riguros aceeasi frecventa , adica trebuie sa se roteasca sincron. Regulatoarele de turatie ale motoarelor primare ale generatoarelor sincrone nu pot asigura respectarea riguroasa a acestei conditii , insa la functionarea in paralel in generatoarele sincrone apare un cuplu de sincronizare , care asigura mentinerea conditiei de sincronism. La functionarea in paralel pot insa aparea oscilatii ale rotoarelor generatoarelor in jurul unei turatii medii. O alta probleme importanta a functionariii in paralel este si efectuarea operatiei de conectare a unui nou generator la barele centrale , la care sunt deja conectate alte generatoare. Dupa ce generatorul sincron a fost pornit cu ajutorul motorului primar si a fost adus la o turatie apropiata de cea sincrona , pentru a-l conecta in paralel cu barele centralei fara a interveni procese tranzitorii care in general perturba functionarea masinii trebuie indeplinite urmatoarele conditii: a) tensiunile generatorului sa fie egale cu tensiunile retelei ; b) frecventa f a masinii sa fie apropiata de cea a tensiunii retelei ; c) in momentul conectarii generatorului la retea tensiunile la bornele omoloage ale generatorului si ale retelei trebuie sa fie in faza ; d) ultima conditie impune si coincidenta ordinei de succesiune a fazelor generatorului si a fazelor retelei . Daca conditia d) nu este indeplinita , conectarea in paralel nu este posibila . Daca nu sunt indeplibite conditiile a) si c) cuplarea la retea este insotita de fenomene tranzitorii , care sunt cu atat mai puternice cu cat diferenta tensiunilor omoloage in faza si amplitudinii este mai mare. Diferenta mare intre frecvente la conectare duce la oscilatii puternice ale rotorului masinii sincrone care pot fi formate de iesirea din sincronism.

Operatii de identificare a succesiuni fazelor la generatoarele fixe se face o singura data , la montarea generatorului. La efectuarea sincronizarilor ulterioare se urmareste numai indeplinirea primelor trei conditii. Conditiile de tensiune si de frecventa (a si b) se controleaza cu ajutorul voltmetrelor si al frecventmetrelor. Uneori se folosesc in acest scop aparate „duble`` cu doua indicatoare alaturate , care usureaza observarea indeplinirii conditiei de egalitate ale marimilor corescpunzatoare generatorului cu cele ale retelei. In cele ce urmeaza se vor considera indeplinite cele doua conditii . Coincidenta fazelor omoloage ale generatorului si retelei se pot verifica si in mai multe moduri . O prima metoda , numita a voltmetrului de zero, consta in masurarea diferentei dintre tensiunile fazelor omoloage ale generatorului si retelei cu ajutorul unu voltmetru V3 montat in paralel cu unul dintre contactele intrerupatorului prin care se face conectarea la retea asa cum se indica in fig. 4.32 . Concomitent se mai sunteaza , prin

11

elemente de rezistenta egala cu cea a voltmetrului si celelalte doua contacte ale intrerupatorului. La trecerea prin zero sau printr-un minim a tensiuni indicate de volmetru V3 , tensiunile fazelor omoloeage ale generatorului si retelei coincid . Voltmetru de zero V3 se poate face cu scara dilatata la tensiuni mici , ceea ce permite sesizarea mai exacta a momentului coincidentei fazelor tensiunilor . O alta metoda este ceea a sincronoscopului . Aceasta se poate realiza cu ajutorul lampilor electrice sau a campului magnetic in invartitor. In ifg. 4.32 , a si b s-au reprezentat schemele sincronoscoapelor cu lampi .Prima schema , numita a lampilor stinse , consta din trei lampi conectate in paralel cu cate un contact al intrerupatorului de conectare la retea K. In momentul coincidentei tensiunilor in faza , toate lampile sunt stinse cum rezulta din diagrama tensiunilor reprezentata in figura 4.33 ,a si se poate inchide intreruptorul. Schema verifica si coincidenta sensilui de succesiune a fazelor generatorului cu cele ale retelei. Schema din fig 4.32,b numita aluminii rotitoare consta din trei lampi conectate in modul urmator : una din lampi , L1 este in paralel cu contactul primei faze R/A a intreruptorului, iar celelalte doua lampi sunt conectate incrucisat , L2 la T/B, iar L3 la S/C. Coincidenta tensiunilor fazelor omoloage este narcata in aceasta schema prin stingerea lampi L1 si o luminozitate egala a lampilor L2 si L3. La inegalitatea frecventelor generatorului si retelei , lampile se aprind si se sting succesiv creind impresia unei lumini rotitoare , a carui sens de rotatie indica sensul de abatere a celor 2 frecvente , ceea ce usureaza operatia de sincronizare . Diagrama tensiunilor aplicate lampilor este reprezentata in fig. 4.33,b . Schema verifica si coincidenta sensului de succesiune a fazelor generatorului cu cel al retelei.

Sincronoscopul cu camp invartitor se bazeaza in principiu pe un dispozitiv

electromecanic similar cu motorul asincron bipolar cu rotor bobinat,ale carui infasurari statorice sunt alimentate de la tensiunile retelei (prin transformatoare reductoare),iar infasurarile statorice de la tensiunile generatorului. In aceasta situatie ,rotorul dispozitivului se va invarti cu o viteza unghiulara egala cu diferenta pulsatiilor tensiunilor retelei si generatorului,sensul de rotire fiind dependent de sensul acestei diferente.La trecerea unui indicator,solidar cu rotorul dispozitivului,prin dreptul unui reper anumit,tensiunile omolage ale generatorului si reteleisunt in fazasi se poate cupla intreruptorul. Exista si dispozitive care efectueaza automat toate operatiile de sincronizare si controleaza indeplinirea conditiilor pentru conectarea la retea a generatorului. Metodele de sincronizare descrise mai sus ,care urmaresc conectarea generatorului sincron la retea astfel inact fenomenele tranzitorii sa fie reduse (teoretic sa nu existe asemenea fenomene la indeplinirea riguroasa a conditiilor a—d),se numesc metode de sincronizare fina.In general durata unei sincronizari fine este mare si necesita aparatura speciala,si personal calificat.

12

Daca reteaua la care se cupleaza generatorul este suficient de puternicase poate folosi metoda autosincronizarii.In aceasta metoda,care se aplica daca este indeplinita conditia de identitate a ordinei de succesiune a fazelor ,generatorul se cupleaza la retea dezexcitat,avand o turatie apropiata de cea sincrona (se admit diferente de cel mult 3|5%).Conectarea se poate face direct sau prin intermediul unei bobine care apoi se scurtcircuiteaza.In momentul conectarii ,infasurarea de excitatie a generatorului este conectata pe o rezistenta de 5|10% ori mai mare decat rezistenta infasurarii,asa-numita rezistenta de stingere,folosita pentru dezexcitarea rapida a masinii in caz de avarii interne.Cuplul asincron care ia nastere aduce generatorul sincron pana aproape de turatia sincrona,astfel incat la aplicarea tensiunii de excitatie ,generatorul va fi atras in sincronism de cuplul sincron care ia nastere. Uneori metoda autosincronizarii se aplica intr-o varianta care prevede aplicarea tensiunii de excitatiesimultan cu conectarea la retea a generatorului dezexcitat.in acest caz socul de curent in procesul de autosincronizare este mai mare,insa durata fenomenului scade,ceea ce poate constitui un argument decisiv in situatii in care interventia rapida a unui generator este importanta.metoda autosincronizarii este simpla si nu necesita utilaj special.

2.Functionarea generatorului sincron cuplate in paralel pe barele unei centrale

Se considera diagrama simplificata de functionare a generatorului sincron,reprezentataprin triunghiul ABC (fig 8.10).Presupunand ca generatorul functioneaza in paralel cu alte generatoare pe barele unei centrale,tensiunea U este

constanta,fiind mentinuta de celelalte generatoare,care au impreuna o putere mult mai mare decat a generatorului considerat.De asemenea ,in cele ce urmeaza se va presupune ca nu se actioneaza in nici un mod asupra motorului primar deci acesta produce un cuplu M~Me~ ceea ce revine la a presupune ca puterea electromagnetica Pem=..Me a generatorului si puterea active debitata de generator P=3UI cos…sunt constante (deoarece Pem~P).In aceste conditii,se va urmari sa se

13

determine ce efect are variatia curentului de excitatie i asupra functionarii generatorului.Este evident ca prin variatia curentului de excitatie i variaza tensiunea electromotoare Eo indusa in bobinajulstatoric.Se observa insa ca variatia lui Eo se faceastfel,incat Eo sin 0 este constant.

Functionarea motorului sincron 1.Reversibilitatea masinii sincrone.Principiul de functionare a

motorului sincron

Daca un generator sincron este rotit de un motor primar si debiteaza energie la retea ,se stie ca fluxul invartitor inductor al rotorului se roteste odata cu rotorul cu viteza n=no, iar fluxul statorului se roteste in acelasi sens si cu aceeasi viteza (fig 8.11,a).Polii rotorului sunt decalati in spatiu inaintea polilor fluxului rezultant in sensul rotirii cu unghiul 0.Fortele ce se nasc intre polii rotorului si cei ai statorului explica aparitia cuplului rezistent in cazul generatorului (fig.8.11,a)

Daca sarcina se micsoreaza treptat pana la mersul in gol, fara ca generatorul sa fie cuplatde la retea,unghiul 0 se micsoreaza treptat pana cand polii rotorului si cei ai statorului ajung pe aceeasi axa si nu se mai produc forte intrepoli,deci dispare cuplul rezistent (fig.8.11,b).Generatorul nu mai debiteaza energie la retea,iar de la motorul primar primeste numai puterea necesara pentru acoperireapierderilor la mersul im gol.

Daca motorul primar incepe sa functioneze in regim de frana,rotorul ramane in urma fluxului statorului,insa continua sa se roteasca cu viteza de sincronism n=no.Polii rotorului sunt decalati in urma polilor statorului cu unghiul0 (fig.8.11,c)

Fortele ce se nasc intre polii rotorului si cei ai statoruluii produc un cuplu motor,iar masina functioneaza in regim de motor,

transformand energia electrica in energie mecanica.

14

r

Regimul de functionare cu ie=constant si M variabil.Se considera

un motor sincron functionand in sarcina cu curentul I ,cuplul corespunzator unghiului 0 si curentul de excitatie fiind ie.Diagrama este reprezentata de triunghiul ABC din figura 8.12.

Daca se mentine constant curentul de excitatie t.e.m Eo ramane constanta ,iar daca se variaza cuplul,pe masura ce cuplul creste,se mareste si unghiul 0 conform relatiei (8.13) Pentru diferite unghiuri 0,varful fazorului Eo va descrie un cerc (fig 8.13)cu centrul in A.Din relatia (8.13) si fig 8.12 se vede ca se obtine cuplul maximpentru 0=...acest cuplu se numeste cuplu de desprindere,deoarece cand cuplul creste la aceasta valoare,motorul sedesprinde.,iese din sincronism si absoarbe de la retea un curent foarte mare.Motoarele sincrone normale sunt construite asfel incat cuplul nominal sa fie mai mic decat cuplul maxim.

Regimul de functionare cu ie variabil si M constant.Daca cuplul se mentine constant,ca si la generatorul sincron,prin variatia curentului de excitatie ,varful fazorului t.e.m.-Eo (fig.8.13)se deplaseaza pe o dreapta CG paralele cu AB si ca urmare,se modifica factorul de putere.Cand curentul de excitatie este mare-cazul triunghiului ABC din fig 8.13 (se spune ca motorul este supraexcitat) –curentul absorbit I este defazat inaintea tensiunii U,adica-din punct de vedere al puterii reactive –motorul sincron se comporta ca un condensator.Pentru o anumita valoarea a curentului de excitatie,cand punctul C se deplaseaza in C’ pe perpendiculara in B la AB,curentul

absorbit I este in faza cu tensiunea U,motorul functioneaza cu factori de putere cos...=1.Daca curentul de excitatie scade sub valoarea de mai sus (motorul este subexcitat),diagrama este reprezentata prin triunghiul ABC’’ ,iar curentul I secund absorbit este defazat in urma tensiunii U.

15

De obicei motorul sincron trebuie sa functioneze supraexcitat,pentru ca,prin puterea reactiva capacitiva pe care o absoarbe,sa compenseze puterea reactiva inductiva absorbita de celelalte receptoare inductive ale retelei,contribuind la inbunatatirea factorului de putere in retea. In acest scop se folosesc si motoare sincrone care functioneaza supraexcitat in gol.Abtractie facand de pierderile de putere activa,ele absorb numai putere reactiva capacitiva,pentru imbunatatirea factorului de putere.Asemenea masini sunt denumite compensatoare

Pornirea motoarelor sincrone

Dupa cum s-a vazut,masinile sincrone functioneaza (produc cuplu)numai cand rotorul are viteza de sincronism.La pornire,cand motorul are viteza n=0,cuplul sau este nul.In consecinta,motoarele sincrone nu piot porni singure,ceea ce constitue un dezavantaj esential al lor. Pentru a pune in functiune un motor sincron,rotorul trebuie adus la viteza de sincronism printr-o metoda oarecare,dupa care se conecteaza statorul la retea si se incarca cu o sarcina mecanica Exista doua metode de pornire:

Pornirea cu motor auxiliar.Rotorul este invartit de un motor auxiliar cu care

este cuplat mecanic si adus la turatia de sincronism.Drept motor auxiliar poate fi folosita excitatoarea de curent continuu a motorului sincron,daca este cuplata mecanic cu rotorul.Se regleaza apoi curentul de excitatie pentru a se obtine t.e.m.nominala,si se cupleaza,la retea prin sincronizare la fel ca la generatoare. Motorul auxiliar trebuie sa aiba turatie reglabila,pentru a se putea aduce rotorul motorului sincron exact la viteze campului invartitor produs de statorul sau.Pentru a nu mari puterea motorului auxiliar,motorul sincron trebuie pornit numai in gol.

Pornirea in asincron.Barele de amortizare ce se gasesc pe rotor,formeaza

colivii,la fel ca la motorul asincron in scurtcircuit.Datorita acestora,motorul asincron prezinta un cuplu electromagnetic asincron,cuplu ce poate fi folosit pentru pornirePentru folosirea acestei metode, se leaga mai intai bobinajul de excitatie pe o rezistenta (pentru a se evita aparitia unor tensiuni prea mari intre spirele bobinajului rotoric) se cupleaza statorul la retea,alimentandu-l eventual cu tensiune redusa (prin bobina de reactanta sau autotransformator).Motorul porneste cu ajutorul cuplului asincron,insa nu poate atinge viteza sincronaq no.Cand viteza ajunge la circa 95% din viteza sincrona,se excita rotorul cu curent continuu,ceea ce produce un cuplu suplimentar,de acelasi sens cu cuplul asincron, care aduce rotorul al sincronism si pornirea este terminata.In functie de momentul cand a fost excitat motorul,cuplul suplimentar poate fi insa de sens opus cuplului asincron,in care caz-dupa excitare-viteza motorului scade; in aceasta ipoteza se intrerupe excitatia si se face o noua incercare,pana cand se nimereste o cuplare favorabila,care produce un cuplu suplimentar de acelasi sens cu cuplul asincron.Asemenea incercari se pot evitaprin instalatii speciale de automatizare. In tara noastra se executa o varietate mare de masini sincrone si anume: -generatoare pentru grupuri electrogene de la 4kVA la 300 kVA; -generatoare pentru centrale elecrice pana la 330 MW; - motoare sincrone de la 200 la 1600 kW.

16

I

Conectarea în paralel a generatoarelor sincrone

1. Metode de sincronizare finǎ Aceste metode urmǎresc ca la conectarea în paralel a unui generator sincron condiţiile de sincronizare sǎ fie îndeplinite riguros. Condiţiile de tensiune şi de frecvenţǎ se pot verifica cu ajutorul voltmetrelor şi al frecvenţiometrelor. Conectarea unui generator sincron la barele unei reţele fǎrǎ sǎ perturbe funcţionarea sistemului şi sǎ punǎ în pericol generatorul, se poate face numai dacǎ sunt îndeplinite condiţiile de sincronizare. Aceste condiţii decurg din necesitatea ca în momentul cuplǎrii sǎ existe egalitate între valorile instantanee ale tensiunii electromotoare de mers în gol a generatorului ce urmeazǎ a fi cuplat şi tensiunea barelor la care se face conectarea. Aceastǎ condiţie impune de fapt urmǎtoarele: -aceeaşi valoare efectivǎ a tensiunii ambelor sisteme -aceeaşi frecvenţǎ -aceeaşi succesiune a fazelor între cele douǎ mǎrimi. Coincidenţa fazelor tensiunilor omologate ale generatorului şi reţelei în momentul cuplǎrii se poate verifica prin mai multe metode, dupǎ cum urmeazǎ A.Metoda voltmetrului de zero. La aceastǎ metodǎ se mǎsoarǎ diferenţa dintre tensiunile

fazelor omogene ale generatorului şi reţelei cu ajutorul unui voltmetru V 1 conectat pe

bornele întrerupǎtorului cu ajutorul ǎruia se face cuplarea în paralel- fig1- . În acelaşi timp se mai şunteazǎ prin elemente de rezistenţǎ egalǎ cu cea a voltmetrului şi celelalte douǎ contacte ale întrerupǎtorului. La trecerea prin zero sau printr-un minim a tensiunii indicate

de voltmetrul V 1 , tensiunile fazelor omologe ale generatorului şi reţelei coincide.

17

B.Metoda sincronoscopului cu lǎmpi. La aceastǎ metodǎ se foloseşte un sincroscop cu lǎmpi care constǎ dintr-un sistem de trei becuri cu incandescenţǎ montate într-o cutie în vârfurile unui triunghi echilateral şi conectate electric între cele douǎ sisteme. Conectarea se poate face cu foc învârtitor –fig1- sau cu foc stins, aprins.

În schema cu foc învârtitor una din lǎmpi L1 este conectatǎ între fazele omologe, iar

celelalte douǎ încrucişat. Coincidenţa tensiunilor fazelor omologe este marcatǎ în aceastǎ schemǎ prin

stingerea lǎmpii L1 şi o luminozitateegalǎ a lampilor LL si

32. La inegalitatea frecvenţelor

generatorului şi reţelei , lǎmpile se aprind şi se sting succesiv, creînd iluzia unui foc învârtitor a cǎrui vitezǎ indicǎ gradul de abatere a celor douǎ frecvenţe. Schema verificǎ şi sensul de succesiune a fazelor generatorului cu cel al reţelei. Diagrama tensiunilor aplicate lǎmpilor este reprezentatǎ în fig2. În schema cu foc stins aprins toate becurile sunt montate între bornele omologe. Identitatea succesiunilor fazelor este indicatǎ de faptul cǎ becurile se sting sau se aprind toate odatǎ, iar diferenţa între frecvenţe este datǎ de frecvenţa stingerii şi aprnderii lǎmpilor.

C.Metoda sincronoscopului cu câmp învârtitor. La aceastǎ metodǎ se foloseşte un dispozitiv e;ectromecanic analog cu motorul asincron bipolar cu rotorul bobinat. Înfǎşurarea statoricǎ este alimentatǎ de la reţea. iar înfǎşurarea rotoricǎ de la bornele generatorului sincron. În general metodele de sincronizare finǎ, dacǎ sunt bine aplicate, asigurǎ o cuplare la reţea în cele mai bune condiţii. Ele prezintǎ nejunsul cǎ nu se pot face sufficient de rapid şi uneori de loc în cazul în care în sistemul energetic existǎ variaţii de tensiune şi frecvenţǎ.

2.Metoda autosincronizǎrii

18

Aceastǎ metodǎ nu necesitǎ un aparataj special, dar poate fi folositǎ numai dacǎ reţeaua este sufficient de puternicǎ şi dacǎ în prealabil s-a identificat succesiunea fazelor generatorului ce urmeaza a fi cuplat. Generatoru; sincron neexcitat şi având înfǎşurarea de excitaţie conectatǎ pe o rezistenţǎ corespunzǎtoare, este adus la o vitezǎ apropiatǎ de viteza de sincronism. Vtieza diferǎ de cea de sincronism la maşinile mari cu cel mult 3%, iar la cele mici cu max 5%. Când se ating aceste viteze generatorul se cupleazǎ la reţea. Imediat dupǎ cuplare se alimenteazǎ înfǎşurarea de excitaţie cu un curent corespunzǎtor funcţionǎrii în gol, dupǎ care într-un interval de tipm scurt generatorul intrǎ în sincronism. Explicaţia acestei metode este urmǎtoarea: În momentul cuplǎrii maşina nefiind excitatǎ ,deci t.e.m fiid nulǎ, generatorul absoarbe din reţea un curent mare care produce un câmp învârtitor. Din interacţiunea acestui câmp învârtitor statoric şi curenţii induşi în înfǎşurarea de amortizare a rotorului apare un cuplu asincron care adǎugându-se cuplului motor furnizat de motorul de antrenare, accelereazǎ rotorul tinzând sǎ-l aducǎ la viteza de sincronism. La generatorul sincron cu poli aparentioneazǎ în acelaşi sens şi cuplul reactive. În momentul alimentǎrii înfǎşurǎrii de excitaţie se produce şi un cuplu sincron important şi generatorul intrǎ în sincronism. Metoda autosincronizǎrii prezintǎ neajunsul de a provoca în momentul cuplǎrii la reţea a generatorului neexcitat un şoc de curent în înfǎşurarea indusului şi o cǎdere de tensiune corespunzǎtoare în reţea. Procesul tranzistoriu este însǎ de surtǎ duratǎ, astfel încât nu este periclitat nici generatorul şi nu este perturbatǎ nici reţeaua. La generatoarele conectate la reţea prin intermediul unui transformator şocul de curent şi cǎderea de tensiune respectivǎ se reduce simţitor. Uneori metoda autosincronizǎrii se aplicǎ într-o variantǎ care prevede aplicarea tensiunii de excitaţie simultan cu cuplarea la reţea a generatoarelor dezexcitate. În acest caz şocul de curent este mai mare, însǎ durata fenomenului scade ceea ce reprezintǎ o importanǎ deosebitǎ în situaţia în care intervenţia rapidǎ a unui nou generator este foarte necesarǎ. În centralele mari existǎ dispozitive care efectueazǎ automat toate operaţiile de sincronizare şi controleazǎ îndeplinirea condiţiilor de cuplare la reţea a generatorului sincron.

Ridicarea caracteristicii în scurtcircuit trifazat Caracteristica în scurtcircuit trifazat reprezintǎ variaţia curentului în circuitul înfǎşurǎrii induse funcţie de curentul de excitaţie, maşina de încercat lucrând în regim de generator în scurtcircuit trifazat permanent. Scurtcircuitarea înfǎşurǎrii indusului se face cât mai aproape de bornele sale. Menţinerea turaţiei riguros constante la valoarea nominalǎ în timplu ridicǎrii caracteristicii în scurtcircuit nu este absolute necesarǎ. Pentru ridicarea caracteristicii în scurtcircuit se mǎsoarǎ curentul în fazele înfǎşurǎrii indusului şi curentul de excitaţie. Pentru situaîn care înfǎşurarea indusului este conectatǎ în triunghi se mǎsoarǎ şi curentul de linie. La ridicarea caracteristicii în scurtcircuit una din citiri se face la un curent apropiat de curentul nominal al indusului. Pentru maşinile sincrone care funcţioneazǎ cu autoexcitaţie şi au bornele circuitului inductor accesibile, ridicarea caracteristicii în scurtcircuit se face alimentând înfǎşurarea de excitaţie de la o sursǎ separatǎ.

19

4.Determinarea curentului nominal de excitaţie Curentul nominal de excitaţie se determinǎ prin metoda sarcinii directe sau prin metoda construcţiei grafice. Determinarea curentului nominal de excitaţie prin metoda directǎ se face pe maşina stabilizatǎ termic, la putere nominalǎ, la frecvenţǎ, tensiune şi factor de putere nominal, regimul de lucru fiind în funcţie de destinaţia maşinii. Se recomandǎ ca determinarea curentului de excitatie sǎ se facǎ din caracteristica

în V şi caracteristica cos φ= )(I ef , ridicate în condiţiile indicate mai sus la funcţionarea

în regimul nominal al maşinii.

: Regimuri nesimetrice la maşina sincronǎ

În exploatarea maşinilor sincrone trifazate de construcţie simetricǎ pot apǎrea situaţii în care Aceasta trebuie sǎ funcţioneze în regim nesimetric. Nesimetria de sarcinǎ se datoreazǎ mai multor cause: - existenţa în reţea a unor consumatori monofazaţi de putere mare sau a unor receptoare trifazate cu nesimetrie importantǎ - apariţia unor deranjamente în reţea, şi altele. Funcţionarea maşinii sincrone in regim nesimetric sinusoidal se poate studia folosind metoda componentelor simetrice ( sisteme simetrice de succesiune directǎ, de succesiune inversǎ şi homopolarǎ). Pentru aputea folosi aceastǎ metodǎ se considerǎ maşina linearǎ deoarece numai în acest caz se poate folosi principiul superpoziţiei. Pentru aplicarea metodei componentelor simetrice este necsar sǎ se cunoascǎ parametrii corespunzǎtori diferitelor succesiuni ale maşinilor homopolare (indice 0), directǎ (indice 1) şi inversǎ (indice 2).

20

I. Parametrii maşinii sincrone în regimuri nesimetrice 1. SUCCESIUNE HOMOPOLARǍ Curenţii de succesiune homopolarǎ produc în maşinǎ o tensiune magneticǎ care conţine numai armonicile spaţialae de ordinul 3 k (k-este un nr întreg) , fundamentale şi armonicile de ordinul 6k 1 fiind nule. Ca urmare curenţii homopolari produc un câmp pulsatoriu, care influenţeazǎ puţin funcţionarea maşinii. Comportarea maşinii sincrone faţǎ de sistemul de succesiune homopolarǎ poate fi caracterizatǎ de o impedanţǎ homopolarǎ constantǎ.

jXRZ000

, în care R0 este resintenţa şi X 0

este reactanţa homopolarǎ

şi privim figura de mai jos:

Determinarea acestor mǎrimi se poate face experimental prin alimentarea înfǎşurǎrii indusului cu un sistem homopolar de curenţi. mǎsurând curentul, teniunea şi puterea se pot determina paramatrii homopolari pentru o fazǎ. Încercarea se poate face la orice vitezǎ de rotaţie a rotorului, deoarece viteza influenţeazǎ puţin valorile parametrilor. 2. SUCCSESIUNE DIRECTǍ Curenţii de sccesiune directǎ produc în maşinǎ o tensiune magneticǎ, respectiv un câmp magnetic ârtitor, care se roteşte în acelaşi sens şi cu aceeaşi vitezǎ ca şi câmp învârtitor inductor. Acestǎ situaţie a fost analizatǎîn detaliu în paragrafele anterioare. Deci parametrii de succesiune directǎ sunt chiar parametrii corespunzǎtori regimului simetric. Astfel

21

tensiunea electromotoare de succesiune directǎ EE01

: impedanţele sincrone

jXRZZddd

1

; jXRZZqqq

1

; jXRZZss

1

;

şi tensiunea UU 1

.

3. SUCCESIUNE INVERSǍ Curenţii de succesiune inversǎ produc în maşinǎ o tensiune magneticǎ, respectiv un câmp magnetic învârtitor care se roteşte cu aceeaşi vitezǎ dar în sens opus faţǎ de câmpul învârtitor inductor. Dacǎ maşina prezintǎ simetrie magneticǎ şi electricǎ, ea se comportǎ faţǎ de sistemul de curenţi de succesiune inversǎ ca o maşinǎ asincronǎ în regim de frânǎ electromagneticǎ, la alunecare s=2. Determinarea experimentalǎ a parametrilor corespunzǎtori sistemului de curenţi, de succesiune inversǎ poate fi fǎcutǎ alimentând statorul cu o tensiune redusǎ şi antrenând rotorul neexcitat în sens invers sensului de rotaţie al câmpului învârtitor statoric-privim fig. de mai jos-

4. SCURTCIRCUITE NESIMETRICE ÎN REGIM STAŢIONAR Scurtcircuitele nesimetrice la generatorul sincron pot fi de mai multe feluri: -monofazate, când scurtcircuitul se produce între o bornǎ de fazǎ şi punctual neutru

-bifazate, când scurtcircuitul are loc între douǎ borne de fazǎ

22

- bifazate, cu douǎ borne de fazǎ puse la pǎmânt

II. FUNCŢIONAREA GENERATORULUI SINCRON ÎN SARCINǎ NESIMETRICǍ Scurtcircuitul nesimetric este un caz limitǎ de sarcinǎ nesimetricǎ a unui generator sincron. În acest caz care corespunde unui regim de avarie, maşina funcţioneazǎ un timp foarte scurt pânǎ ce intervine protecţia generatorului. Existǎ însǎ situaţii în care generatorul sincron trebuie sǎ funcţioneze un timp îndelungat cu fazele încǎrcate nesimetric. Este necesar ca maşina sincronǎ sǎ fie dimensionatǎ special pentru aceste regimuri. De obicei generatorul sincron are conexiunea înfǎşurǎrilor indusului în stea cu punctual neutru scos din motive de protecţie sau de sarcinǎ. De aceea la generatorul sincron încǎrcat nesimetric nu existǎ o componentǎ homopolarǎ de curent. Funcţionarea în sarcinǎ nesimetricǎ se poate deci caracteriza numai prin gradul de dezechilibru sau nesimetrical curenţilor, adicǎ cu raportul dintre valoarea componentei inversei a curentuli

I 2 şi curentului nominal I n

.

Ne intereseazǎ gradul de disemetrie nu numai din punct de vedere al dezechilibrului tensiunilor la borne cât şi al încǎlzirii rotorului. La sarcinǎ nesimetricǎ

componenta de succesiune inversǎ a tensiunii la borne, U 2 va fi datǎ de tensiunea

inversǎ. Din punct de vedere al încǎlzirii rotorului, valorile admisibile ale gradului de nesimetrie depinde şi de durata regimului de funcţionare. Deoarece în exploatarea normalǎ a generatoarelor sincrone pot apǎrea regimuri de funcţinare nesimetrice de duratǎ se prevede prin norme ca ele sǎ poatǎ funcţiona timp îndelungat cu un anumit grad de nesimetrie. III.SCURTCIRCUIT BRUSC LA MAŞINA SINCRONǍ Un scurtcircuit brusc în circuitul înfǎşurǎrilor indusului unei maşini sincrone reprezintǎ un proces greu atât pentru masinǎ cât şi pentru aparaturǎ, linii de transport şi reţele conectate la acestǎ maşinǎ, valoarea curentului fiind foarte mare , de 10-15 ori curentul nominal, deşi durata procesului este relativ scurtǎ.

23

Fenomenele legate de scurtcircuitul brusc diferǎ mult de cele ale unu scurtcircuit permanent. La un un scurtcircuit simetric permanent, tensiunea magnetomotoare de reacţie a indusului are o amplitudine constantǎ în timp şi se roteşte cu viteza de sincronism, astfelîncǎt nu induce t.e.m respectiv curenţi in înfǎşrarea inductorului. La un scurtcircuit brusc, curenţii din indus variazǎ ca mǎrime şi ca urmare şi fluxul de reacţie al indusului vatiazǎ şi induce în înfǎşurarea inductorului curenţi care la rândul lor influenţeazǎ asupra curenţilor statorici. În regimul tranzistoriu care urmeazǎ scurtcircuitul curenţii şi tensiunile nu mai variazǎ sinusoidal în timp, apar componente periodice şi aperiodice care se amortizeazǎ cu diferite constante de timp. Valorile componentelor tranzistorii şi ale constantelor de timp depend de condiţiile iniţiale din momentul apariţiei scurtcircuitului şi de parametrii înfǎşurǎrii maşinii. Datǎ fiind comlexitatea fenomenului, studiul acestui regim nu mai poate fi fǎcut folosindu-se relaţiile obţinute în complex în cazul regimului stagilizat, ci ecuaţii stabilite pentru valorile instantanee ale mǎrimilor electrice şi magnetice.

Norme de protecţia muncii Pentru evitarea producerii unor accidente se impune respectarea cu stricteţe a

normelor de protecţie a muncii pe durata realizării şi utilizării aparatului. Cele mai frecvente cazuri de producere a accidentelor sunt:

-lipsa prizelor de legare la masă; -existenţa unui grad mare de temperatură şi umiditate la locul de muncă; -instalaţia de alimentare de la reţea este într-un grad mare de deteriorare.

Alte cauze ale accidentelor de muncă reprezintă stadiul de deteriorarea al

sculelor, aparatelor şi dispozitivelor folosite. Dintre acestea, cel mai des folosite sunt: -folosirea ciocanului de lipit supraîncălzit sau cu izolaţia deteriorată; -bornele de alimentare nu sunt corespunzător izolate de carcasa aparatului; -folosirea unor dispozitive mecanice improvizate, necorespunzătoare.

Pentru evitarea accidentelor se iau următoarele măsuri de strictă necesitate: -verificarea sculelor şi echipamentelor folosite; -evitarea atingerii axelor magnetice; -conectarea la prizele la masă, a carcaselor exterioare ale aparatelor de măsură

prin fişe de alimentare; -interzicerea lucrului sub tensiune.

Prim-ajutor în caz de electrocutare.

O intensitate de 70-100 mA produce moartea. Sub acest interval curentul este mai puţin periculos: 25-70 mA curentul produce contracţii musculare, accidentatul poate fi izbit de sol.

curent continuu este de 4 ori mai puţin periculos decât cel alternativ. curentul este periculos după ce depăşeşte 24 V la curent alternativ şi 50 V la

curent continuu.

Dacă curentul trece prin inimă poate fi mortal pentru accidentat în funcţie de curentul la care este supus, iar dacă trece prin creier electrocutatul îşi poate pierde memoria sau i se opreşte respiraţia.

Curentul devine mai periculos în următoarele cazuri : accidentatul a fost transpirat sau stătea pe un sol umed, neizolat.

24

Prima manevră în caz de electrocutare va fi cea de eliberare de la sursa electrică:

se întrerupe curentul, iar dacă nu este posibil se taie conductorii cu un topor cu mâner de lemn.

Dacă accidentatul se află în echilibru instabil, la înălţime, trebuie să se ţină cont că în momentul întreruperii curentului electric are loc relaxarea muşchilor contractaţi şi intervine pericolul căderii de la înălţime.

Dacă nu se poate întrerupe curentul se va desprinde electrocutatul de conductor trăgându-l cu o funie uscată. Este necesar ca salvatorul să folosească mănuşi; să stea pe o scândură şi să nu atingă nici o parte neacoperită a corpului. Se poate încerca desprinderea accidentatului trăgându-l de haine dacă acestea sunt destul de groase şi uscate.

Dacă accidentatul îşi menţine respiraţia şi inima mai continuă să bată i se va da capul pe spate şi i se va ţine deschis maxilarul inferior pentru a i se elibera căile respiratorii.

În cazul în care accidentatul este conştient i se va da să bea un pahar cu apă în care s-au pus 6-7 g de bicarbonat de sodiu.

Se cheamă de urgenţă medicul iar transportul, în cazul în care accidentatul a suferit fracturi, se va face imobilizându-l pe o suprafaţă dreaptă. Pentru evitarea producerii unor accidente se impune respectarea cu stricteţe a normelor de protecţie a muncii pe durata realizării şi utilizării aparatului. Cele mai frecvente cazuri de producere a accidentelor sunt:

lipsa prizelor de legare la masă;

existenţa unui grad mare de temperatură şi umiditate la locul de muncă;

instalaţia de alimentare de la reţea este într-un grad mare de deteriorare. Alte cauze ale accidentelor de muncă reprezintă stadiul de deteriorarea al sculelor, aparatelor şi dispozitivelor folosite. Dintre acestea, cel mai des folosite sunt:

folosirea ciocanului de lipit supraîncălzit sau cu izolaţia deteriorată;

bornele de alimentare nu sunt corespunzător izolate de carcasa aparatului;

folosirea unojr dispozitive mecanice improvizate, necorespunzătoare. Pentru evitarea accidentelor se iau următoarele măsuri de strictă necesitate:

verificarea sculelor şi echipamentelor folosite;

evitarea atingerii axelor magnetice;

conectarea la prizele la masă, a carcaselor exterioare ale aparatelor de măsură prin fişe de alimentare;

interzicerea lucrului sub tensiune. Protecţia muncii în laboratoarele electrice şi electronice Este interzisă conectarea aparatelor cu conductori cu izolaţie deteriorată sau fără fişe, cu scurt-circuite interioare sau cu contacte interioare slabe. La staţiile de înaltă tensiune este interzis a se lucra cînd se observă unele defecţiuni. În cazul unei avarii se va opri mai întâi staţia şi după aceea se va interveni. Încercările şi măsurările şi măsurările la aparatura electrică de înaltă tensiune se vor executa în spaţii îngrădite prevăzute cu uşi cu blocare şi semnalizare.

25

Aparatele electrice se vor conecta la prize cu punere la pămînt şi nul prin cordon şi fişe corespunzătoare. La terminarea lucrului se va verifica dacă toate utilajele electrice au fost deconectate de la reţea. Prim-ajutor în caz de electrocutare. O intensitate de 70-100 mA produce moartea. Sub acest interval curentul este mai puţin periculos:

- 25-70 mA curentul produce contracţii musculare, accidentatul poate fi izbit de sol.

- curent continuu este de 4 ori mai puţin periculos decât cel alternativ. - curentul este periculos după ce depăşeşte 24 V la curent alternativ şi 50 V la

curent continuu.

Dacă curentul trece prin inimă poate fi mortal pentru accidentat în funcţie de curentul la care este supus, iar dacă trece prin creier electrocutatul îşi poate pierde memoria sau i se opreşte respiraţia.

Curentul devine mai periculos în următoarele cazuri : accidentatul a fost transpirat sau stătea pe un sol umed, neizolat.

Prima manevră în caz de electrocutare va fi cea de eliberare de la sursa electrică:

- se întrerupe curentul, iar dacă nu este posibil se taie conductorii cu un topor cu mâner de lemn.

Dacă accidentatul se află în echilibru instabil, la înălţime, trebuie să se ţină cont că în momentul întreruperii curentului electric are loc relaxarea muşchilor contractaţi şi intervine pericolul căderii de la înălţime.

Dacă nu se poate întrerupe curentul se va desprinde electrocutatul de conductor trăgându-l cu o funie uscată. Este necesar ca salvatorul să folosească mănuşi; să stea pe o scândură şi să nu atingă nici o parte neacoperită a corpului. Se poate încerca desprinderea accidentatului trăgându-l de haine dacă acestea sunt destul de groase şi uscate.

Dacă accidentatul îşi menţine respiraţia şi inima mai continuă să bată i se va da capul pe spate şi i se va ţine deschis maxilarul inferior pentru a i se elibera căile respiratorii.

În cazul în care accidentatul este conştient i se va da să bea un pahar cu apă în care s-au pus 6-7 g de bicarbonat de sodiu.

Se cheamă de urgenţă medicul iar transportul, în cazul în care accidentatul a suferit fracturi, se va face imobilizându-l pe o suprafaţă dreaptă. Accidente şi boli profesionale frecvente

Boală profesională = afecţiune care se produce ca urmare a exercitării unei meserii, profesii, cauzată de factorii nocivi fizici, chimici, biologici, caracteristici locului de muncă, precum şi de solicitare a diferitelor organe sau sisteme ale organismului în procesul de muncă. Gruparea bolilor profesionale :

- intoxicaţii provocate de inhalarea, ingerarea sau contactul epidermei cu substanţe toxice.

- pneumonii provocate de inhalarea pulberilor minerale. - boli prin expunere la energie radiantă. - boli prin expunere la temperaturi înalte sau scăzute . - boli prin expunere la presiune atmosferică ridicată sau scăzută. - alergii profesionale . - cancer profesional .

26

- boli infecţioase sau parazitare . - boli prin suprasolicitare.

Prin accident de muncă se înţelege vătămarea violentă a organismului precum şi intoxicaţia acută profesională ce se produce în timpul procesului de muncă sau a îndeplinirii îndatoririlor de serviciu şi provoacă incapacitate temporară de muncă de cel puţin o zi, invalidate ori deces. Protecţia împotriva electrocutării Pentru evitarea electrocutărilor se vor lua următoarele măsuri:

instalarea circuitelor electrice în spaţii curate şi uscate;

protejarea instalaţiilor electrice cu tăbliţe avertizoare;

protejarea prin siguranţe fuzibile;

legarea la pământ a parţilor metalice ale instalaţiilor electrice. În cazul unei electrocutări se vor lua de urgenţă următoarele măsuri:

scoaterea rapidă a electrocutatului de sub tensiune prin întreruperea circuitului electric respectiv:

cel care oferă ajutorul va folosi obiecte rău conductoare de curent electric sau mănuşi electroizolante şi cizme de cauciuc.

Dacă accidentatul este în stare de leşin trebuie chemat neîntârziat un medic sau salvarea. Până la sosirea acestora, accidentatul va fi aşezat într-o poziţie care să îi permită o respiraţie bună. Dacă accidentatul a încetat să mai respire sau respiră anormal i se va face imediat respiraţie artificială.

Valorile curenţilor care produc electrocutarea se pot calcula cu legea lui Ohm. Valorile limită ale curenţilor nepericuloşi sunt de 10 mA în curent alternativ ţi de 50 mA în curent continuu. Efectele trecerii curentului electric prin corpul omenesc :

- electroşocuri, când valorile curenţilor sunt de 10 mA, când se produc comoţii nervoase în membre (contracţiile muşchilor).

- electrotraumatismele, se datorează efectului termic al curentului electric. Provoacă: orbirea, metalizarea pielii, arsuri etc.

Există trei categorii de periculozitate a locului de muncă:

1. locul de muncă cu grad mic de pericol ( pardoseală izolatoare, umiditate maxim 70%, fără elemente conductoare în contact electric, variaţii de temperatură între 15- 35 grade Celsius.

2. locuri de muncă periculoase : umiditate între 75-95%, variaţii de temperatură 30-35 grade Celsius, pulberi conductoare în atmosferă, obiecte conductoare în zona de manipulare.

3. locuri de muncă foarte periculoase : umiditate peste 97%, mediu coroziv, temperatură peste 35 de grade Celsius, obiecte conductoare ce ocupă o suprafaţă mai mare de 60% din zona de manipulare.

Electrocutările se pot produce prin atingere directă sau indirectă. Protecţia împotriva producerii incendiilor

În toate locurile de muncă este asigurată în mod special şi protecţia împotriva producerii incendiilor. In locuri vizibile este afişat planul de evacuare a incintei în situaţii limită şi sunt prevăzute stingătoare de incendiu. La producerea unui incendiu contribuie prezenţa materialului combustibil, a sursei de aprindere şi a oxigenului necesar arderii. Pot constitui surse de aprindere scânteile generate prin frecare sau şoc prin procesele de abraziune, sau cele datorate defectelor de izolaţie. Focurile, flacăra chibritului,

27

ţigările, exploziile, corpurile încălzite, scurtcircuitele, încălzirea excesiva a instalaţiilor electrice defecte sau defectuos exploatate pot de asemenea constitui surse de incendiu. Când conductoarele sunt parcurse de curenţi mari de scurtcircuit sau când părţi din instalaţie sunt supuse acţiunii arcului electric, izolaţia conductoarelor se pot aprinde.

Dintre masurile generale de protecţie împotriva producerii incendiilor menţionam: - interzicerea fumatului in locurile care nu sunt amenajate in acest scop. - interzicerea sudurii in afara incintelor. - depozitarea substanţelor inflamabile in recipiente speciale, dimensionarea a instalaţiilor electrice din punctul de vedere al izolaţiilor. - asigurarea protecţiei la scurtcircuite cu aparatura adecvata, verificarea periodica a legăturilor, a izolaţiilor, a aparaturii.

Tablourile generale de distribuţie vor fi închise si neaccesibile persoanelor neautorizate. În toate încăperile cu gaze se utilizează aparatura speciala în construcţie antiexploziva, pentru a se împiedica propagarea exploziei in exterior. Acţiunea de stingere sau de localizare a incendiilor se realizează concomitent cu protejarea sau cu evacuarea bunurilor, folosindu-se stingătoare de incendiu cu apa, spuma, cu substanţe lichide, praf, dioxid de carbon, cu zăpada carbonica.

În toate locurile de muncă este asigurată în mod special şi protecţia împotriva producerii incendiilor. In locuri vizibile este afişat planul de evacuare a incintei în situaţii limită şi sunt prevăzute stingătoare de incendiu. La producerea unui incendiu contribuie prezenţa materialului combustibil, a sursei de aprindere şi a oxigenului necesar arderii. Pot constitui surse de aprindere scânteile generate prin frecare sau şoc prin procesele de abraziune, sau cele datorate defectelor de izolaţie. Focurile, flacăra chibritului, ţigările, exploziile, corpurile încălzite, scurtcircuitele, încălzirea excesiva a instalaţiilor electrice defecte sau defectuos exploatate pot de asemenea constitui surse de incendiu. Când conductoarele sunt parcurse de curenţi mari de scurtcircuit sau când părţi din instalaţie sunt supuse acţiunii arcului electric, izolaţia conductoarelor se pot aprinde.

Dintre măsurile generale de protecţie împotriva producerii incendiilor menţionam:

- interzicerea fumatului in locurile care nu sunt amenajate in acest scop.

- interzicerea sudurii in afara incintelor.

- depozitarea substanţelor inflamabile in recipiente speciale, dimensionarea a instalaţiilor electrice din punctul de vedere al izolaţiilor.

- asigurarea protecţiei la scurtcircuite cu aparatura adecvata, verificarea periodica a legăturilor, a izolaţiilor, a aparaturii.

Tablourile generale de distribuţie vor fi închise si neaccesibile persoanelor neautorizate. În toate încăperile cu gaze se utilizează aparatura speciala în construcţie antiexploziva, pentru a se împiedica propagarea exploziei in exterior. Acţiunea de stingere sau de localizare a incendiilor se realizează concomitent cu protejarea sau cu evacuarea bunurilor, folosindu-se stingătoare de incendiu cu apa, spuma, cu substanţe lichide, praf, dioxid de carbon, cu zăpada carbonica.