W9.MaszynySynchroniczne1

Maszyny elektryczne

Maszyny synchroniczne 1

Prof. dr hab. inż. Tadeusz Skoczkowski

Prądnica synchroniczna

Biegun N

VT

+Biegun S

Napęd wału

Wał

Bieguny magnetyczne

Obracają się z wałem

Uzwojenie, umieszczone w statorze.

Droga dla strumienia magnetycznego umieszczona w stojanie

Prądnica synchroniczna

North

pole

VT

+

Southpole

Napęd wału

Uzwojenie, umieszczone w statorze.

Droga dla strumienia

magnetycznego umieszczona w stojanie

+

Vf

Uzwojenie twornika

Prąd twornikaObwód magnetyczny

dla strumienia wzbudzenia wiruje z

rotoremUzwojenie

wzbudzenia

Prąd wzbudzenia

If

Ia

Maszyna synchroniczna

Silnik synchroniczny

VT

+

Napęd wału

+

Vf

Uzwojenie twornika

Prąd twornikaObwód magnetyczny dla

strumienia wzbudzenia

wiruje z rotorem

Uzwojenie wzbudzenia

Prąd wzbudzenia

If

Ia

VT

Droga dla strumienia

magnetycznego umieszczona w

stojanie

Maszyna synchronicznaDroga dla strumienia

magnetycznego umieszczona w

stojanie

Uzwojenie twornikaPrąd twornika

Obwód magnetyczny dla

strumienia wzbudzenia

wiruje z rotoremUzwojenie wzbudzenia

Prąd wzbudzenia

If

Ia

VT

V Voltomierz

Zerowy prąd wzbudzenia, tak że wirnik nie obraca się

Maszyna synchroniczna cylindryczna. Budowa

N S

A-

B+

C-

A

C

B

Stator with

laminated iron core

Slots with

phase

winding

Rotor with

dc winding

A+

B-

C+

+

+

+

++

-

- -

--


jawnobiegunowa. Budowa


jawnobiegunowa. Budowa

B-

B+

A+

C+

C-

A-

Rotor with

dc winding

Stator with

laminated iron core

N

SSlots with

phase

winding

+

+

+

+

+

-

-

-

-

-

B-

B+

A+

C+

C-

A-

-- +

+

--+ +

--+ +

--+

+

N

SS

N

A+

C-

B+A-

B-

C+

Dwubiegunowa Czterobiegunowa

Generator synchroniczny. Widok

Generator

Exciter

360 Topic 1, Components.ppt 112007-06-05

Steam turbine open

Middle

bearing

Stationary part

High-pressure

turbine Low-pressure

turbine

Shaft with

moving blades


Steam Turbine Blades


Turbine, generator and main transformer of Kyrene Generation Station. (Courtesy Salt River Project).

Generator synchroniczny. Przekrój

Generator synchroniczny. Stator

Laminated iron

core with slots

Insulated copper

bars are placed in

the slots to form

the three-phase

winding

Metal frame

Generator synchroniczny. Rotor



DC current terminals

Shaft

Steel

retaining

ring

DC current

terminals

Wedges

Shaft


Fig 1.15 Salient Pole Rotor

South

North

NorthPole

winding

Poles

Slip

ring

Synchronous Machines

Figure 6.9Stator of a large salient pole hydro generator; inset

shows the insulated conductors and spacers.

Synchronous Machines

Figure 6.10 Large hydro generator rotor with view of the vertical poles.

Maszyna synchroniczna „odwrócona”

Maszyna synchroniczna. Schemat

1. Twornik (stojan)

2. Obwód wzbudzenia (wirnik)

3. Pierścienie ślizgowe

4. szczotki

5. Wzbudnica

6. Regulator napięcia wzbudnicy

Maszyna synchroniczna. Przekrój i układ połączeń

Theodore WildiElectrical Machines, Drives, and Power Systems, 6e

Copyright ©2006 by Sperika Enterprises and published by Pearson Education, Inc.

Upper Saddle River, New Jersey 07458All rights reserved.

Typowy układ wzbudzenia maszyny

synchronicznej




Układ bezszczotkowego wzbudzenia silnika synchronicznego




Generator synchroniczny. Schematy zastępcze

Maszyna synchroniczna. Powstawanie momentu

Zagadnienia przestrzenno-czasowe

Maszyna synchroniczna.

Związki przestrzenno-czasowe

Sumowanie przepływów stojana i

wirnika w MS 3f

me pαα =

Maszyna synchroniczna z wirnikiem cylindrycznym. Nienasycona

Strumień rozproszenia twornika

Strumień oddziaływania

twornikaStrumień

wzbudzeniaµ=const

Zasada superpozycji

Maszyna synchroniczna z wirnikiem cylindrycznym. Nasycona

µ≠const

MS. Prądnica z wirnikiem cylindrycznym. Nienasycona i nasycona - porównanie

MS. Prądnica z

wirnikiem

cylindrycznym

U=const

P=const

Iw=var

Uproszczony wykres wskazowy, dla maszyny

synchronicznej nienasyconej z wirnikiem

cylindrycznym

Praca generatorowaStan stabilny

Praca silnikowaStan stabilny

Praca silnikowaStan niestabilny

Praca generatorowaStan niestabilny

0

A B

C I

U

WE

XI

Pc ⋅

ϑ

ϕ

ϕ

var,,, ==== PconstEconstfconstU W

ϕ

U

I

θ- kąt przesunięcia fazowego, pomiędzy napięciem

fazowym i prądem fazowym maszyny synchronicznej

;

ϑsin⋅⋅

⋅=X

EUmP W

Stany pracy maszyny

synchronicznej

MS. Wykres kołowy maszyny cylindrycznej

U=const

Iw=const

P=var

R=0

MS. Wykres kołowy maszyny cylindrycznej

U=const

Iw=constP=var

R≠0

MS. Stan zwarciaStosunek zwarcia

kz=0.5

kz=1.0

MS. Charakterystyki zewnętrzne

MS. Charakterystyki zewnętrzne

MS. Oddziaływanie twornika

Obciążenie indukcyjne (oddziaływanie

rozmagnesowujące)

Obciążenie pojemnościowe (oddziaływanie domagnesowujące)

Prądnica synchroniczna. Charakterystyki regulacji

Prądnica synchroniczna. Charakterystyki regulacji

Charakterystyka momentu elektromagnetycznego

(mocy elektromagnetycznej) maszyny

synchronicznej

( )

constf

constIE

constUprzyfPM

WW

=

=

==

,

, ϑ

ϑ

Pracageneratorowa

0 090 0180

1WE

12 WW EE <

23 WW EE <

nM

3maxM

2maxM

1maxM

PM , ],[ WNm

Praca niestabilna

Silnik synchroniczny

Pojemnościowe obciążenie sieci

Indukcyjne obciążenie sieci

Prądnica z wirnikiem cylindrycznym. Charakterystyki regulacji

MS. Moment elektromagnetyczny. Przeciążalność

ϕ

ϕ

sin

cos

55.9

d

w

ee

X

UEmP

mUIP

n

PM

=

=

=

nn P

P

M

Mp maxmax==

Przeciążalnośćmaszyny

synchronicznej

MS. Prądnica z wirnikiem

cylindrycznym

Maszyna synchroniczna. Stabilnośćpracy

Zmiana P

Charakterystyka regulacyjna maszyny synchronicznej cylindrycznej nienasyconej pracującej na sieć sztywną

0

WW EI , ],[ VA

P

kW

0,1cos 2 == Qϕ

constQconstp == 3,cosϕ

constQconsti == 1,cosϕ

( )

constQ

constnf

constUprzy

PfEI WW

=

=

=

=

,cos

,

,

ϕ

Pracageneratorowa

Pracasilnikowa

Krzywe V (Mordey’a) maszyny synchronicznej

cylindrycznej nienasyconej, pracującej na sieć

sztywną

2A

][A

Pracageneratorowa

0

0=P

)(0 rkompensatoP =

1P

12 PP >

.. indchar

.. pojchar 1cos =ϕ

Praca niestabilna

X

UI =

UEW =

I

WW EI ,

],[ VA

( )

constP

constf

constU

przy

EIfI WW

=

=

=

= ,

0A

1A

Maszyna synchroniczna. Krzywe V

Zmiana mocy czynnej prądnicy

synchronicznej, przyłączonej do sieci sztywnej

1I

2I

U1wE2WE

1XI

2XI

1Pc ⋅

2Pc ⋅

0

12

'2

ϕ1ϑ

Prądnica synchroniczna. Sieć

sztywna cos φ=const

Prądnica synchroniczna. Sieć

elastyczna

MS. Kołysanie mocy. Współczynnik

samosynchronizujący

Zależność mocy czynnej generatora

synchronicznego od kąta mocy




MS. Wirnik jawnobiegunowy.

Nienasycona

Rozkład przepływu

twornika;

podłużny i poprzeczny

Zależność reaktancji oddziaływania twornika

od kąta między osią przepływu twornika i osiąjawnego bieguna

Charakterystyka biegu jałowego maszyny synchronicznej nienasyconej




Generator trójfazowy

36 MVA, 21 kV

Maszyna synchroniczna. Jawnobiegunowa

2

∏=Ψ

Maszyna synchroniczna. Jawnobiegunowa 0=Ψ

MS. Jawnobiegunowa. Stany pracy

Praca prądnicowa

Pracasilnikowa

Krzywe V silnika synchronicznego

Wpływ zmian napięcia zasilania na

pracę silnika synchronicznego

M=const, Iw=const

Rozruch silnika synchronicznego

Rozruch asynchroniczny maszyny

synchronicznej

Moment maszyny synchronicznej

jawnobiegunowej

MS. Jawnobiegunowa. Charakterystyki kątowe momentu

Silnik reluktancyjny

Silnik reluktancyjny

Powstawanie momentu reluktancyjnego w maszynie synchronicznej jawnobiegunowej

Moment wypadkowy w silniku synchronicznym

przy uwzględnieniu momentu reluktancyjnego




Porównanie charakterystyki silnika indukcyjnego klatkowego i silnika synchronicznego




Dane znamionowe obu silników: 4000

hp, 1800 r/min, 6.9 kV, 60 Hz.

Kompensator synchroniczny

Zmiana reaktancji generatora synchronicznego przy

zwarciu




Prąd na zaciskach generatora synchronicznego w stanie zwarcia na zaciskach wyjściowych




Maszyna synchroniczna. Zwarcie w

stanie nieustalonym

Prąd w fazie stojana w stanie zwarcia nieustalonego(prąd ze składową aperiodyczną)

Przepływ mocy pomiędzy dwoma źródłami napięcia




Figure 16.26a Generator floating on an infinite bus.




Turbina napędzająca generator synchroniczny




Silnik synchroniczny przekształtnikowy

Duży silnik synchroniczny zasilany z cyklokonwertora




Przebiegi napięć w układzie zasilania silnika synchronicznego z

cyklokonwertora




Przebiegi napięć w układzie zasilania silnika synchronicznego z cyklokonwertora




20 Hz

Przebiegi napięć w układzie zasilania silnika synchronicznego z cyklokonwertora




10 Hz

Układ małej elektrowni wodnej z

maszyną synchroniczną

Turbina wodnatypu

Banki-Michella

Układ sterowaniaprądem wzbudzenia

~

~=

=

PT

SE

P F

C

..SM

MS- maszyna synchroniczna;PT- przekształtnik energoelektroniczny (przemiennik);P- prostownik diodowy (trójfazowy mostek prostowniczy);C- kondensator elektrolityczny w obwodzie pośredniczącym przemiennika;F- falownik napięciowy;SE- sieć sztywna (energetyczna).

Układ małej elektrowni wodnej z maszyną

indukcyjną pierścieniową, dwustronnie zasilaną

Turbina wodna

typu

Banki-Michella

SEPK

... PAM

≈

≈=

=

PT

C

F

≈

=

1PS

2PS

+

+

−

−

E

In0

rM

1xa

2xa

3xa

4xa

M

n

min]/1[

][Nm( )nfM II = ( )nfM I =

Praca

silnikowa

Pracageneratorowa

4321 xxxx aaaa <<<

( )nfM TW =0

0

0t1t

2t

3t ( )nfM TW =

IIn0

Przebieg pracy maszyny indukcyjnej klatkowej-dwubiegowej, napędzanej turbiną

wodną typu Banki-Michella, w fazie rozruchu

oraz w reżimie pracy generatorowej

M - moment; n - prędkość obrotowa;

rM - wartość momentu rozruchowego, przy zastosowaniu układu miękkiego

rozruchu (soft-startu);

IM - przebieg charakterystyki momentu elektromagnetycznego maszyny

indukcyjnej, dla I-go biegu;

IIM - przebieg charakterystyki momentu elektromagnetycznego maszyny

indukcyjnej, dla II-go biegu;

0TWM - przebieg charakterystyki mechanicznej biegu jałowego, turbiny wodnej

o przepływie poprzecznym typu Banki-Michella, dla 0=xa ;

TWM - przebieg charakterystyki mechanicznej, turbiny wodnej o przepływie

poprzecznym typu Banki-Michella, dla 0≠xa ;

xa - stopień otwarcia przysłony regulacyjnej w układzie rozpatrywanej turbiny

wodnej;

0t - moment rozpoczęcia fazy rozruchu maszyny indukcyjnej klatkowej (stan

pracy silnikowej);

1t - moment czasowy, w którym punkt pracy maszyny indukcyjnej w fazie

rozruchu, osiąga charakterystykę naturalną (stan pracy silnikowej);

2t - moment czasowy, który kończy fazę rozruchu maszyny indukcyjnej.

Maszyna indukcyjna klatkowa znajduje się w stanie statycznie ustalonym (stan pracy silnikowej);

3t - moment czasowy osiągnięcia stanu statycznie ustalonego, w reżimie pracy

generatorowej;

In0 - prędkość synchroniczna maszyny indukcyjnej, dla I-go biegu;

IIn0 - prędkość synchroniczna maszyny indukcyjnej, dla II-go biegu.

IIn0

M ][Nm

n

min]/1[0

0t

1t

2t

3t

4t

( )0tM r

( )2tM r

Pracasilnikowa

Pracageneratorowa

1xa

2xa

3xa

4xa

4321 xxxx aaaa <<<

( )nfM I =( )nfM II =

( )nfM TW =0

( )nfM TW =In0

Przebieg pracy maszyny indukcyjnej pierścieniowej-dwubiegowej,

napędzanej turbiną wodną typu Banki-Michella, w fazie rozruchu oraz w

reżimie pracy generatorowej

( )0tMr - wartość momentu rozruchowego, w chwili rozpoczęcia rozruchu maszyny

indukcyjnej pierścieniowej;

( )2tMr - wartość momentu rozruchowego, w którym punkt pracy maszyny indukcyjnej

w fazie rozruchu, osiąga charakterystykę naturalną;

0t - moment rozpoczęcia fazy rozruchu maszyny indukcyjnej pierścieniowej (stan

pracy silnikowej);

1t - moment czasowy osiągnięcia stanu statycznie ustalonego, z rezystancją

ograniczającą prąd rozruchowy, w obwodzie wirnika maszyny indukcyjnej pierścieniowej (stan pracy silnikowej);

2t - moment czasowy, w którym zwiera się rezystancję rozruchową, w obwodzie

wirnika maszyny indukcyjnej pierścieniowej (stan pracy silnikowej);

3t - moment czasowy, który kończy fazę rozruchu maszyny indukcyjnej.

Maszyna indukcyjna pierścieniowa znajduje się w stanie statycznie ustalonym (stan pracy silnikowej);

4t - moment czasowy osiągnięcia stanu statycznie ustalonego, w reżimie pracy

generatorowej;

Układ synchronizacyjny na ciemno

0V

..SM

123

M.S.- maszyna synchroniczna

pracująca jako generator na sieć sztywną;

V-woltomierz;

1,2,3-oznaczenia żarówek.

Układ sterowania i zabezpieczeń MEW, napędzanej turbiną o przepływie poprzecznym Banki-Michella, z niskoobrotową maszyną synchroniczną, pracującą na sieć sztywną, przy zachowaniu zmiennej prędkości obrotowej (kątowej) napędzania

1X 2X

TW

POI

SM Q

HE PM

..SMMCU MCI UVCU VWCU UWCU UCI VCI

WCI

SS iCP ϕcosSG

ϕcosR

PR

SP

SZP

Sϕcos

SZϕcos

USMCP

MP

MϑC

ϑ

maxϑ

MKϑ

ωRoptω

maxω MKω

AiUSS

start

maxI

FA

IUK

IVK

IWK

GIF

GIF

GIF

IUU

IVU

IWU

PA

PS

'

WSI

'

WCI

URZNU

ω

ω

ω

ω

ω

ω

SHPA

PS SH

UI

VI

WI

UD

3X4X 5X'

WI

+V

+V

+V

~V

6X

7X

8X

9X10X

11X

12X

SE

~

Documents

W9.MaszynySynchroniczne1