Solicitarile masinilor sincrone

  • View
    23

  • Download
    2

Embed Size (px)

DESCRIPTION

.

Text of Solicitarile masinilor sincrone

SOLICITRILE I PARAMETRII NFURRILOR MAINILOR SINCRONE

1. GeneralitiLa peste 150 de ani de la inventarea primei maini electrice de ctre Faraday, acestea sunt utilizate exclusiv la producerea energiei electrice i ca fore motrice preponderente n toate industriile.Creterea performanelor i a fiabilitii mainilor electrice este direct legat de caracteristicile sistemelor de izolaie ale acestora. Realizarea unei maini electrice cu putere nominal i, mai ales cu putere specific (corespunztoare unitii de mas sau de volum) ct mai mare implic existena unor solicitri electrice i termice intense. Mai mult, n timpul funcionrii echipamentelor, sistemele de izolatie sunt supuse i altor tipuri de solicitri: mecanice, ale mediului ambiant (radiaii, umiditate) etc. Se afirm de foarte multe ori, c, de fapt, durata de via a unui echipament electric este practic egal cu durata de via a sistemului de izolaie al acestuia. Din aceste motive, caracteristicile i comportarea n timp a sistemelor de izolaie trebuie cunoscute ct mai exact, atat de productori ct i de utilizatori, n vederea asigurrii unei funcionri bune i de lung durat a echipamentelor electrice.Necesitatea controlului optimal al distribuirii energiei electrice n sistemele electromagnetice, solicitate tot mai aproape de limita stabilitii, au condus la preocupri intense pe plan mondial i naional, de identificare, estimare si validare a parametrilor mainilor electrice.Identificarea parametrilor (rezistene i inductane) se realizeaz pe baza unui model matematic cu parametrii concentrai, propus. Modelul matematic se obine prin scrierea ecuaiilor mainii electrice. Dac se iau n considerare toate aspectele practice de construcie a miezului magnetic, a nfurrilor i variaia proprietilor materialelor cu solicitrile i temperatura, ecuaiile i prin urmare i modelul, devin, cel mai adesea, prea complicate pentru a putea fi luate n considerare n cadrul unei analize cost, pentru majoritatea situaiilor practice.Din acest motiv se opereaz cu anumite simplificri n funcie de exigenele obiectivului urmrit. Ecuaiile mainilor electrice, care conin rezistene i inductane ca parametri, se constituie ca modele matematice cu parametrii concentrai. Acestea din urm se utilizeaz practic n exclusivitate pentru simularea funcionrii i performanelor mainilor electrice. Parametrii concentrai rezistene, inductane se pot msura n cadrul procesului de estimare (determinare experimental) care se poate face la constructor sau la beneficiar.

2. Solicitrile electromagnetice ale mainilor sincrone

2.1. Noiuni generaleDe valorile solicitrilor electromagnetice depind dimensiunile geometrice ale mainii, tendina n domeniul construciilor de maini electrice fiind aceea de a crete permanent valoarea acestora. Evident o serie de factori, n special limitele termice admise de clasele de izolaie folosite la nfurri, mpiedic o cretere substanial a solicitrilor i deci reducerea volumului de materiale active folosite n main.Dintre aceste solicitri un rol important l au ptura de curent (A) i inducia n ntrefier (), fie prin valoarea produsului lor , fie prin valoarea raportului lor, de aceasta depinznd caracteristicile mainii.Solicitrile electromagnetice, solicitri care impun, de fapt utilizarea izolaiilor electrice n construcia echipamentelor electrice nu constituie singurele solicitri care trebuie luate n considerare la proiectarea i realizarea sistemelor de izolaie. n toate echipamentele electrice, izolaiile au i rolul de suport mecanic al conductoarelor electrice i, deci, trebuie sa transmiteforturile electromagnetice care se exercit asupra conductoarelor n timpul funcionrii componentelor echipamentelor cu care vin n contact (circuite magnetice, supori electroizolani, etc.).De asemenea, izolaiile trebuie s suporte i s transmit agentului de rcire cldura degajat n diferitele pri ale echipamentelor (conductoare, circuite magnetice).Acestor trei tipuri de solicitri (electrice, mecanice, termice) li se adaug, ntotdeauna, o serie de alte solicitri specifice mediului ambiant n care funcioneaz echipamentul electric: umiditatea, oxigenul atmosferic, radiaiile ultraviolete (UV), poluarea industrial, etc.Solicitrile trebuie apreciate pornind de la condiiile reale de funcionare a echipamentului studiat. n acest sens se disting: regimurile permanente (mod de funcionare continuu), regimuri care servesc, n general, la calculul de dimensionare a echipamentelor electrice i a sistemelor de izolaie; regimurile de suprasarcin (mod de funcionare intermitent), care determin, pentru o durat limitat, o cretere temporar a solicitrilor izolaiilor (termice, mecanice); funcionrile anormale de durate foarte reduse (fraciuni de secund), care se manifest prin apariia unor supratensiuni sau scurtcircuite i exercit solicitri brute importante (ocuri electrice, mecanice i termice).

2.2. Solicitrile electrice2.2.1.Ptura de curent (A), se adopt pentru o anumit clas de izolaie, n funcie de pasul polar i numrul perechilor de poli 2p (vezi figura 1). Se va avea n vedere ca aceast valoare s se respecte i atunci cnd ptura de curent (A), se calculeaz n funcie de elementele constructive ce o determin.Verificarea pturii de curent (A) se face pe baza relaiei [2]:(2.1)n care: numrul efectiv de conductoare dintr-o cresttur; curentul nominaln nfurarea indusului; numrul de ci de curent; pasul dentar;

Fig.1. Inducia maxim n ntrefier() i ptura de curent (A), n funcie de pasul polar i numrul perechilor de poli 2p pentru maina sincron[2].Valoarea pturii de curent (A), obinut cu relaia (2.1) trebuie s fie apropiat de cea obinut din fig. 1, ca limite orientative se poate considera relaia:(2.1 a)Ptura de curent are valori mai ridicate la mainile sincrone cu poli apareni, condiiile de rcire fiind mai bune si la mainile sincrone cu rcire direct; limitele valorilor pturilor de curent sunt urmtoarele: la mainile cu poli necai rcite cu aer: 200 A 350 A/cm; la mainile cu poli apareni: 300 A 550 A/cm; la mainile de puteri foarte mari cu rcire direct: 400 A 2000 A/cm;De ptura de curent depinde reactana de scpri a mainii, care, la rndul su, limiteaz curentul de scurtcircuit supratranzitoriu prin main. Reactana de scpri (n uniti relative), este limitat la valoarea 0,13 ... 0,15 i variaz proporional cu ptura de curent.n figura 2 este reprezentat ptura de curent n funcie de puterea mainii [7].

Fig.2. Inducia magnetic n ntrefier () i ptura de curent (A), n funcie de puterea mainii.

2.2.2. Densitatea de curent (J)Densitatea de curent (J) n nfurrile indusului mainii sincrone exprimat n [] reflect gradul de solicitare a cilor de curent, de valoarea acestora depinznd volumul materialelor conductoare i nclzirea acestora. Astfel cderea de temperatur n stratul de izolaie dintre conductor i cresttur nu trebuie s depeasc (n funcie de clasa de izolaie).nclzirea stratului de izolaie este dat de relaia[7]:

(2.2)n care: grosimea izolaiei conductivitatea termic a izolaiei; limea crestturii; factorul de umplere al crestturii (egal cu 0,3 ... 0,5 pentru conductor de cupru); rezistivitatea conductorului;

Din aceast relaie se calculeaz densitatea de curent (J):

[](2.3)

a) n nfurarea statorului, densitatea de curent (, depinde de clasa de izolaie a nfurrii, de tensiunea nominal (nalt sau joas tensiune) i de eficacitatea i tipul ventilaiei.Astfel, n cazul de fa, pentru maini n construcie protejat cu ventilaie de tip axial n clasa de izolaie F i gam de turaii normal (peste 3000 rot/min) se recomand:, pentru ;, pentru ;Valorile mai mici se refer la mainile cu numrul de perechi de poli (2p) mare (turaie mic), iar valorile mari la mainile cu turaie mare (peste 750 rot/min).Mai jos se regsesc cteva exemple de nfurri statoriceb) n nfurarea de excitaie, densitatea de curent(:- rotor cu poli apareni:;- rotor cu poli necai: ;- rotor n variant combinat:;

a) b)Fig. 2.1. nfurri repartizate: a) n dou straturi; b) ntr-un strat

a) b)Fig. 2.2. Tipuri de nfurri statorice: a) repartizat; b) concentrat

Fig. 2.3. Infurare repartizat n 2 straturi: Z= 24 crestturi, 2p =2, q=4.

2.3. Solicitrile magnetice2.3.1. Inducia n ntrefier, caracterizeaz gradul de solicitare magnetic a mainii. Pentru anumite dimensiuni date ale mainii, o valoare mare pentru inducia magnetic n ntrefier nseamn un flux magnetic util mare (ce trece dinspre inductor spre indus) i deci, oputere mare a mainii.mpreun cu ptura de current (A), inducia magnetic n ntrefier,influeneaz direct dimensiunile i caracteristicile mainii. Tendina este de a crete valoarea induciei n ntrefier n anumite limite impuse de performanele tehnico-economice ale mainii. Aceasta se adopt n funcie de pasul polar i numrul perechilor de poli 2p din figura 1. Aceast valoare trebuie respectat si pentru inducia magnetic rezultat din calcul n funcie de elementele constructive ale mainii. Verificarea valorii maxime a induciei n ntrefier (n axa polului) la sarcin nominal se face pe baza relaiei [2]:

(2.4)n care fluxul maxim la sarcin nominal ().Valoarea induciei magnetice(, obinut cu relaia (2.4) trebuie s fie apropiat de cea adoptat din figura 1. Dac diferena este prea mare, atunci se recalculeaz, pentru valoarea impus a induciei magnetice(, lungimea ideal(), reconsiderndu-se geometria miezului magnetic.(2.4 a)

2.3.2. Induciile magnetice(valori maxime), n celelalte poriuni ale miezuluiferomagnetic la fel ca i densitile de curent reflect gradul de solicitare i volumul miezului feromagnetic al mainii, de valoarea lor depinznd n anumite cazuri i nclzirea mainii.

3. Parametriinfurrilor mainii sincrone3.1. Parametrii nfurrii indusului (n regim staionar)Pentru calculul caracteristicilor de funcionare, este necesar s se determine parametrii nfurrii statorului i nfurrii rotorului raportate la nfurarea statorului (indusului), precum i reactanele echivalente corespunztoare regimurilor de scurtcircuit. Uzual, paramet