- Stahuj zápisky z přednášek a ostatní studijní materiály
- Zapisuj si jen kvalitní vyučující (obsáhlá databáze referencí)
- Nastav si své předměty a buď stále v obraze
- Zapoj se svojí aktivitou do soutěže o ceny
- Založ si svůj profil, aby tě tví spolužáci mohli najít
- Najdi své přátele podle místa kde bydlíš nebo školy kterou studuješ
- Diskutuj ve skupinách o tématech, které tě zajímají
Studijní materiály
Hromadně přidat materiály
Synchronní stroje
2141503 - Elektrické stroje a pohony
Hodnocení materiálu:
Zjednodušená ukázka:
Stáhnout celý tento materiál60
,0 ,
S1
1S1
n
pfsnn ⋅===
Pro efektivní hodnotu indukovaného napětí jedné fáze statoru pro nezatížený stroj platí
stejný vztah jako u asynchronních strojů, neboť vinutí statoru je stejné :
11V1ind0
44,4 NfkU ⋅⋅⋅⋅= φ
Při zatíženém alternátoru je na svorkách vinutí statoru svorkové napětí U
1
. Na obr.3 je
zjednodušené náhradní schéma a fázorový diagram alternátoru s hladkým rotorem., ve kterém
X
S
je tzv. synchronní reaktance vinutí statoru alternátoru. Činný odpor vinutí statoru se
zanedbá, protože u většiny strojů platí, že je mnohem menší než reaktance X
S
. Budící obvod
na rotoru stroje není v náhradním schématu uvažován, protože je napájen ze zdroje
stejnosměrného napětí nezávislém na obvodu statoru. Úhel β ve fázorovém diagramu na
obr.3 je úhel mezi indukovaným napětím naprázdno U
ind0
a svorkovým napětím stroje U
1
a je
to tzv. zátěžný úhel, který určuje velikost zatížení synchronního stroje, protože jeho velikost
se mění v závislosti na velikosti zatížení stroje (elektrického u alternátoru a mechanického u
motoru). V případě nezatíženého alternátoru (tj. při chodu naprázdno) je zátěžný úhel nulový.
Při β =90
0
je výkon vyráběný alternátorem nejvyšší.
X
S
U
1
U
ind0
I
1
I
1
U
ind0
U
1
X
S
I
1
β
ϕ
ϕ
Obr.3 Zjednodušené náhradní schéma a fázorový diagram alternátoru s hladkým rotorem
Řízení napětí alternátoru
Alternátory musí pracovat tak, aby jejich svorkové napětí bylo při každém zatížení
alternátoru stálé. Se změnou zatížení, tj. se změnou proudu statoru alternátoru se musí měnit
budící proud rotoru a tím i magnetické pole rotoru tak, aby svorkové napětí alternátoru bylo
konstantní. To znamená, že při poklesu svorkového napětí alternátoru vlivem většího zatížení
je nutno zvýšit budící proud alternátoru ( tj. alternátor přibudit ), při nárůstu svorkového
napětí naopak budící proud snížit ( tj. alternátor odbudit ).
Napětí alternátoru lze také řídit změnou rychlosti otáčení rotoru, tím se ale mění i kmitočet
indukovaného napětí. V případě, že alternátor bude pracovat do rozvodné sítě je tento způsob
řízení napětí nepřípustný. Kmitočet napájecí sítě, tzv. průmyslový kmitočet 50 Hz se udržuje,
stejně jako svorkové napětí alternátoru na konstantní hodnotě.
3. Výkon a moment synchronního stroje s hladkým rotorem
Z principu činnosti synchronního stroje vyplývá, že může pracovat pouze při synchronních
otáčkách.To znamená, že při vzrůstajícím zatížení se moment stroje zvyšuje až do určité
maximální hodnoty. Vlivem synchronizačních sil, vznikajících vzájemným působením pole
rotoru a statoru, se bude rotor stroje otáčet stále stejnou synchronní rychlostí. Po překročení
maximální hodnoty momentu stroje, tj. při překročení určitého zatížení, synchronizační síly
již nebudou schopny udržet rotor v synchronním chodu, stroj své synchronní otáčky ztrácí a
tzv. vypadne ze synchronizmu. Tento stav je pro stroj nebezpečný, neboť vznikají proudové
rázy ve vinutí a mechanické rázy na hřídeli. Momentová charakteristika je tedy přímková a je
na obr.4.
M
n
n
S1
M
m
M
m
generátor
motor
Obr.4 Momentová charakteristika synchronního stroje
Při změnách zatížení v mezích do M
m
se tedy otáčky nemění, ale mění se zátěžný úhel β,
viz předcházející kapitola. Je tedy vhodnější definovat závislost momentu stroje právě na
tomto zátěžném úhlu β. Pro odvození této závislosti se vyjde ze základního vztahu pro točivý
moment :
Pro jednoduchost zanedbáme veškeré ztráty ve stroji, pak je výkon stroje P přímo roven
jeho příkonu :
Po dosazení za výkon je moment stroje roven :
Z fázorového diagramu alternátoru s hladkým rotorem na obr.3 je zřejmé, že platí:
Po dosazení do rovnice pro moment se získá hledaný vztah :
)minW,m,(N 55,9
1-
S1
⋅⋅=
n
P
M
ϕcos3
11p
⋅⋅⋅== IUPP
S1
11
cos3
55,9
n
IU
M
ϕ⋅⋅⋅
⋅=
S
ind0
1
ind01S
sin
cos
sin cos
X
U
I
UIX
β
ϕ
βϕ
⋅
=⋅
⋅=⋅⋅
()
SS1
ind01
m
SS1
ind01
3
55,9
2
pro
: strojemoment maximální
f
sin3
55,9
Xn
UU
MM
Xn
UU
M
⋅
⋅⋅
⋅===
=
⋅
⋅⋅⋅
⋅=
π
β
β
β
Grafická závislost momentu stroje na zátěžném úhlu je na obr.5.
M
β
π
2
_ π
2
stab.chod
alternátormotor
Obr.5 Průběh momentu synchronního stroje s hladkým rotorem
Ze vztahu pro moment a z obr.5 vyplývá podstatný rozdíl mezi momentem synchronního
stroje a asynchronního stroje. Zatímco u asynchronního stroje je moment závislý na rychlosti,
tj. na skluzu, je moment synchronního stroje při synchronní rychlosti závislý na zátěžném
úhlu β. Stroj bude pracovat ve stabilním chodu při zátěžném úhlu v intervalu :
β ∈ < -π/2 , π/2 >
β = ± π/2 je tzv. mez statické stability.
Při překročení meze statické stability vypadává synchronní stroj ze synchronizmu.
U stroje s vyniklými póly vlivem jiné konstrukce rotoru není závislost momentu stroje na
zátěžném úhlu sinusová, mez statické stability se poněkud posune k úhlu menšímu než 90
0
.
Odvození momentu stroje s vyniklými póly viz. Doc.Ing. Jan Smejkal : Elektrotechnika, str.
94 – 95.
Při odvození vztahu pro moment synchronního stroje byly ztráty ve stroji zanedbány. Ve
skutečnosti má stroj ztráty a výkonová bilance je pro alternátor následující :
pro mechanický výkon P na hřídeli alternátoru, který musí vytvářet poháněcí stroj platí :
ualternátorsvorkách na výkon elektrický
mechanickéztráty
statoruobvodu mmagnetické ztráty v
statoru vinutíztráty ve
:kde ,
p
m
Fe
j1
pmFej1
p
=
=
=
=
+++=
+=
P
P
P
P
PPPPP
PPP
∆
∆
∆
∆∆∆
∆
Ztráty ve vinutí rotoru se neuvažují, protože jsou hrazeny ze stejnosměrného zdroje, ztráty
v magnetickém obvodu rotoru jsou rovny nule.
Obdobně je výkonová bilance pro motor :
PPPPP +∆+∆+∆=
mFej1p
Tok výkonu je opačný než u alternátoru, tj. ze zdroje elektrické energie do pracovního
mechanismu poháněného motorem.
4. Paralelní chod synchronního generátoru se sítí
Alternátory instalované v elektrárnách pro výrobu elektrické energie pracují paralelně do
společné rozvodné sítě, ke které je připojena s
Vloženo: 22.04.2009
Velikost: 147,91 kB
Komentáře
Tento materiál neobsahuje žádné komentáře.
Copyright 2024 unium.cz