Caracteristicile unghiulare ale masinilor sincrone

Caracteristicile unghiulare ale masinilor sincrone

Caracteristicile unghiulare determina marimea puterii electromagnetice si a momentului electromagnetic in functie de unghiul de sarcina Ele servesc la aprecierea limitelor de functionare stabila la variatia sarcinii masinii sincrone.

Puterea electromagnetica se obtine din expresia generala a puterii active a masinilor electrice:

(5.24)

Prin (5.24) din literatura de specialitate se obtine o expresie complexa dar exacta pentru Rationamentul privind determinarea expresiei lui se poate simplifica prin conditiile impuse si anume: Aceste ipoteze permit a se admite ca si aceasta se observa din diagramele energetice, de exemplu pentru generator.

(5.25)

unde:

deoarece si .

Din aceasta rezulta:

(5.26)

Parametrii din (5.26) se pot determina din diagrama fazoriala simplificata pentru regimul de generator - fig.5.28.

Expresia (5.26) se transforma astfel incat in dependenta pentru se exclud termenii ca functii de alte unghiuri ( si ). Astfel din fig.5.28 se determina si si se substituie in expresia (5.26) dupa descompunerea lui prin functiile lui componente:

(5.27)

Din fig.5.28 se obtin relatiile:

de unde rezulta:

si (5.28)

Dupa substitutia expresiilor pentru si cu cele din (5.28) in (5.27) si se efectueaza unele transformari, pentru se obtine:

(5.29)

unde:

Fig.5.28 Diagrama fazoriala simplificata pentru regimul de generator al masinii sincrone.

Momentul electromagnetic se determina din (5.28):

(5.30)

unde:

Mai scurt expresia de mai sus se poate scrie:

(5.31)

Grafic, dependentele si se prezinta in fig.5.29 a. Trasarea caracteristicilor unghiulare pentru regimurile de generator si motor pun in evidenta cele doua dependente, deoarece la aceeasi scara pe axa ordonatelor si sunt divizibile cu

Fig.5.29 Dependentele P=f(θ) si M=f(θ);

In figura sunt date:

curba sinusoidala - 1;

sinusoida de frecventa dubla - 2;

curba rezultanta - 3.

Curba 3 corespunde caracteristicii unghiulare obtinuta prin insumarea celor doua componente (1 si 2). Ea reprezinta variatia lui P, respectiv M, cand si Aceasta dependenta se refera la masinile sincrone cu poli aparenti.

Atunci cand caracteristica unghiulara este curba sinusoidala 1, ce reprezinta respectiv pentru masinile sincrone cu poli inecati.

Curba sinusoidala 2 de frecventa dubla este caracteristica unghiulara a masinii sincrone, la care t.e.m. are valoare nula - nu exista fluxul magnetic creat de inductor. Ea se obtine la masinile sincrone reactive.

Limitele functionarii stabile ale masinii sincrone in regimuri stationare se stabilesc intocmai ca la motorul asincron. Spre exemplu, daca se creste sarcina GS creste unghiul La variatia lui pana la (sau pentru masina sincrona cu poli aparenti) simultan cu creste si M, pana cand momentul de rotatie al motorului de antrenare si momentul rezistent al GS se echilibreaza. Analoaga este functionarea la masina sincrona la reducerea sarcinii, respectiv a unghiului si a cuplului M.

Aceasta inseamna ca functionarea stabila se obtine pentru Pentru (), si masina sincrona iese din sincronism. Acest regim este de avarie.

Stabilitatea in functionare a masinii sincrone poate creste prin marirea t.e.m. prin cresterea curentului de excitatie. Acest procedeu denumit fortarea excitatiei, se realizeaza prin comanda ei automata in special la scurtcircuit. Din fig.5.29 b se observa ca la cresterea curentului la aceeasi sarcina const, unghiul isi reduce valoarea si stabilitatea masinii sincrone creste.

La variatia brusca a sarcinii sau la antrenarea GS cu un motor cu ardere interna se obtin oscilatii ale rotorului ce modifica unghiul in jurul valorii corespunzatoare sarcinii.

Amplitudinea acestor oscilatii se reduce si se accelereaza amortizarea lor datorita actiunii inverse a momentului dintre campul magnetic si curentii din infasurarea de amortizare. In unele cazuri la arborele masinii sincrone se monteaza volant auxiliar pentru cresterea momentului de inertie a rotorului.

Pentru siguranta in functionare a masinii sincrone este important sa se cunoasca limitele stabilite de raportul dintre momentul maxim si momentul nominal

care pentru masinile sincrone are valorile: