Podręcznik: Jan Machowski Regulacja i stabilność

Transkrypt

1 dr hab. Désiré D. Rasolomampionona, pro. PW GM pok.111 STANY NEUSTALONE SYSTEMÓW ELEKTROENERGETYCZNYCH Wykład dla sem. sudiów sopnia Auomayka Elekroenergeyczna Podręcznik: Jan Machowski Regulacja i sabilność sysemu elekroenergeycznego Oicyna Wydawnicza WPW, Warszawa 2007r. srona domowa Zakładu Auomayki Elekroenergeycznej Opcja DYDAKTYKA

2 Sany nieusalone w SEE wykład Bieg jałowy generaora synchronicznego Désiré Dauphin Rasolomampionona, pro. PW

3 Generaory synchroniczne są głównymi źródłami mocy czynnej i biernej w SEE. ch układy regulacji mają isony wpływ na pracę SEE W sanach usalonych (regulacja warości napięć i rozpływu mocy biernej) W sanach nieusalonych (dynamika regulacji napięcia i oddziaływanie na sabilność sysemu). U g g U x regulaor wzbudnica U, z( ) generaor i SEE U g g układ wzbudzenia energia Schema unkcjonalny układu wzbudzenia i regulacji generaora synchronicznego Na obiek en działają zakłócenia w posaci zmian obciążeń z() w SEE lub zakłóceń w pracy jego elemenów.

4 Zależnie od ypu układu wzbudzenia wzbudnica może pobierać energię z nasępujących źródeł: ch układy regulacji mają isony wpływ na pracę SEE (a) wału urbiny napędzającej generaor, (b) zacisków generaora (układy samowzbudne), (c) sysemu elekroenergeycznego lub (d) innego źródła zewnęrznego. U g g U x regulaor wzbudnica U, z( ) generaor i SEE U g g układ wzbudzenia energia

5 Z elekrycznego punku widzenia zasadniczymi elemenami generaora synchronicznego są wornik oraz magneśnica. Przy klasycznej budowie generaora wornik jes sojanem (saorem) a magneśnica wirnikiem (roorem). Ze względu na kszał wirnika generaora rozróżnia się dwa rodzaje generaorów z biegunami uajonymi oraz z biegunami wydanymi. a) b) A B C A B C Moc czynna generaora P narzucona jes mocą urbiny napędzającej wirnik generaora. Przy narzuconej mocy czynnej generaor jako źródło regulowane może pracować w jednym z rzech rybów zależnych od wybranego algorymu działania regulaora.

6 Magneśnica ma uzwojenie zasilane ze źródła prądu sałego nazywanego wzbudnicą. Zadaniem magneśnicy jes wyworzenie srumienia wzbudzenia generaora. Srumień Srumień en wirując wraz z magneśnicą indukuje w uzwojeniu wornika rójazową siłę elekromooryczną. a) b) A B C A B C Częsoliwość napięcia wornika zależy od prędkości wirowania wirnika oraz liczby par biegunów magneśnicy. Przykładowo dla przypadku jak na rysunku dla jednej pary biegunów p=1 wirnik musi wirować z prędkością n=3000 obroów na minuę by napięcie miało częsoliwość = 50 Hz. Dla sześciu par biegunów p=6 prędkość wirowania wirnika musi być sześciokronie mniejsza, czyli n=500 obroów na minuę.

7 Na czołach wirnika uzwojenia umocowane są za pomocą salowych kołpaków mocujących nazywanych kapami. Pod klinami w żłobkach umieszczone jes uzwojenie klaki łumiącej wykonane z płaskowników miedzianych zamknięych na czołach wirnika odpowiednim pierścieniem zwierającym leżącym między uzwojeniami a kapami. a) b) A B C A B C Ze względu na dużą prędkość obroową i duże siły odśrodkowe wirniki akich maszyn mają małą średnicę ale za o są dość długie. Maszyny e napędzane są urbinami parowymi i z ego względu nazywane są urbogeneraorami.

8 W magneśnicy z biegunami wydanymi uzwojenie wzbudzenia jes skupione (nawinięe) na rdzeniach biegunowych wykonanych z liej sali W nabiegunnikach wyrezowane są dodakowe żłobki w kórych umieszczone są pręy klaki łumiącej. Pręy e są połączone z sobą odpowiednimi pierścieniami zwierającymi. a) b) A B C A B C Konsrukcja nabiegunników musi być zdolna do przeniesienia siły odśrodkowej uzwojeń i samego nabiegunnika. Siły e są ym większe im większa jes prędkość obroowa i średnica wirnika Z ego względu generaory dużej mocy z biegunami wydanymi wykonuje się jako maszyny wolnoobroowe (n=500 lub mniej) z odpowiednią liczbą par biegunów. Maszyny e napędzane są urbinami wodnymi i z ego względu nazywane są hydrogeneraoram

9 San usalony generaora synchronicznego San, w kórym wirnik generaora ma prędkość synchroniczną z napięciem sieci SEE na kóry pracuje. Warości prądów sojana i wirnika nie ulegają zmianie a w klakach łumiących prądy nie płyną. Symboliczne przedsawienie uzwojeń generaora synchronicznego i srumieni w sanie biegu jałowego

10 Bieg jałowy generaora synchronicznego liery A,B,C odpowiadają azom L1,L2,L3. każde z uzwojeń zosało przedsawione w uproszczeniu za pomocą począku i końca uzwojenia narysowanego w cenrum ulokowania ego uzwojenia. dla uzwojenia wzbudzenia 1 i 2 dla uzwojenia pierwszej azy wornika, a 1 i a 2 dla uzwojenia drugiej azy wornika b 1 i b 2 dla uzwojenia rzeciej azy wornika c 1 i c 2

11 Bieg jałowy generaora synchronicznego Poszczególnym uzwojeniom (azom) wornika przyporządkowano rzy osie a,b,c nieruchome względem sojana i przesunięe względem siebie o 120 o. Wirnikowi przyporządkowano oś wzdłużną d oraz oś poprzeczną q. Osie d,q wirują wraz z wirnikiem i względem sojana (ściślej azy A) przyjmują ką γ = zmieniający się w czasie, przy czym = ps s jes pulsacją napięcia sieci, p jes liczbą par biegunów (p = 1).

12 Bieg jałowy generaora synchronicznego Przyjmuje się, że generaor jes wzbudzony, a jego wirnik obraca się z prędkością synchroniczną Srumień wzbudzenia Φ wirujący razem z wirnikiem przecina uzwojenia poszczególnych az pod kąem zmieniającym się w czasie s. Warości ego srumienia skojarzone z uzwojeniami poszczególnych az indukując w uzwojeniach napięcia U, U, U A B C A, B, C Napięcie indukowane w każdej azie jes sinusoidalne (rys. b) i osiąga warość maksymalną wówczas, gdy oś wirnika pokrywa się z osią danej azy.

13 Bieg jałowy generaora synchronicznego Na płaszczyźnie zmiennej zespolonej (rys. c). każdej warości chwilowej w przebiegu czasowym odpowiada konkrene położenie azorów A B,, C U A, U, U B C. Prąd w uzwojeniu wzbudzenia wywołuje przepływ o warości Przy czym N jes liczbą zwojów uzwojenia wzbudzenia. Przepływ en wywołuje dwa srumienie o warościach Φ F = = F / R a N Φ l = F / R l

14 Bieg jałowy generaora synchronicznego gdzie R l oraz R a są opornościami magneycznymi na drodze srumieni (Na rysunku drogi e zaznaczono liniami przerywanymi ). Oporność magneyczna żelaza wirnika i sojana jes pomijalna w sosunku do oporności magneycznej powierza. W rezulacie o warości decyduje głównie szczelina między wirnikiem a sojanem. Uzwojenie azy B jes przesunięe o 120 o, zaś azy C o odpowiednio 240 o.

15 Bieg jałowy generaora synchronicznego Φ Φ l l = F / R = F / R a jes srumieniem rozproszenia wokół uzwojenia wzbudzenia a srumieniem wzbudzenia przenikającym uzwojenia sojana (wornika). Φ γ = Srumień przecina uzwojenie azy A wornika pod kąem. W rezulacie srumień magneyczny skojarzony z uzwojeniem azy A dany jes wzorem: A N ( ) = N Φ cos N a = a cos = M cos = m R a cos

16 Bieg jałowy generaora synchronicznego Φ Srumienie magneyczne skojarzone z poszczególnymi uzwojeniami sojana pochodzące od srumienia wzbudzenia można więc wyrazić nasępującymi wzorami: M cos cos ) ( m A = = 3 = 3 = π π 2 cos 2 cos ) ( m B M 3 = 3 = π π 4 cos 4 cos ) ( m C M a N jes eekywną liczbą zwojów uzwojenia azy sojana,. a a R = / N N M jes indukcyjnością wzajemną uzwojenia wzbudzenia i uzwojenia azy sojana. Srumienie magneyczne skojarzone z poszczególnymi uzwojeniami sojana ulegają okresowym zmianom indukując w uzwojeniach sojana siły elekromooryczne (sem): d d A A M e sin ) ( = = 3 = = π 2 d d B B M e sin ) ( 3 = = π 4 d d C C M e sin ) (

17 Bieg jałowy generaora synchronicznego Warość skueczna każdej z ych sem jes wyrażona nasępującym wzorem: E 1 = M 2 4,44 Jeśli generaor nie jes obciążony (bieg jałowy) o na zaciskach generaora pojawia się napięcie równe powyższym siłom elekromoorycznym. M. Symboliczne przedsawienie uzwojeń generaora synchronicznego i srumieni w sanie obciążenia