PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE SI ELEMENTE DE CONSTRUCTIE - MASINA SINCRONA

PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE SI ELEMENTE DE CONSTRUCTIE - MASINA SINCRONA

Pentru a intelege modul concret in care se produce cuplul sincron si pentru a marca mai bine diferenta de principiu dintre masina sincrona si cea asincrona, vom considera un caz simplu , reprezentat pe fig.l. La fel ca acolo vom presupune campul magnetic invartitor produs prin rotatia continua si constanta a unui magnet permanent, care produce intre poli un camp socotit uniform, in care se poate roti o spira dreptunghiulara deschisa (deci nu in scurtcircuit ca in cazul de la masina asincrona) cu capetele legate la doua inele de contact care se rotesc odata cu spira si pe care calca doua perii fixe p₁ si p₂ pentru asigurarea

Fig.4.1.

alimentarii cu curent electric din exterior .Sistemul din fig.l poate functiona ca motor sincron numai daca spira este alimentata in curent continuu cu polaritatea din figura si numai daca viteza ei este identica cu cea a campului, fiind de acelasi sens:

In fig. 4.2 este aratata o sectiune transversala prin dispozitivul din fig.4.l,vazuta din spre dreapta.Curentul continuu i care se

inchide prih spira in sensul indicat pe desen interactioneaza cu campul magnetic in lungul laturilor paralele cu axul de rotatie, rezultatul interactiunii fiind fortele egale sl opuse, de marime:

f =B_oil (4.2)

Asupra spirei in miscare cu viteza in acelasi sens cu cea a campului invirtitorse va exercita cuplul instantaneu :

(4.3)

Fig.4.2.

(1 este lungimea axiala a spirei, D este latimea ei; se mai presupune ca la t=0 normala n la planul spirei cu sensul corelat cu cel al curentului dupa regula burghiului drept este orientata in lungul liniilor de camp).

Daca unghiul creste (sau scade) nedefinit in timp sl cuplul m va fi o functie sinusoidala periodica de timp cu valoarea medie nula, asa cum se arata in fig.4.3 alaturata.

Daca avem insa sincronism unghiul va fi constant si motorul va dezvolta un cuplu continuu, uniform egal cu cel rezistent al

mecanismului actionat. La mers in gol (ax liber) cuplul rezistent este foarte mic (frecari) si rezulta .

Cuplul maxim pe care poate sa-1 dezvolte in

sarcina motorul corespunde situatiei cind

. Dependenta cuplului functie de unghiul Fig.4.3.

(vom vedea ca acest unghi denumit 'intern' joaca in teoria masinii sincrone un rol asemanator alunecarii in teoria masinii asincrone) este reprezentata pe fig.4.4.

Se observa ca pe masura cresterii sarcinii motorului (adica cresterea cuplului la ax) creste si unghiul 'intern' motiv pentru care el mai este denumit si unghi de sarcina. Se va vedea mai tirziu, ca din cele doua ramuri ale curbei numai cea din stanga (intre 0 si 90) permite o functionare stabila.

Fig. 4.4.

Sa mai observam , ca dispozitivul prezentat nu este propriu zis un convertor electromecanic, ci mai degraba un fel de cupla mecanica prin intermediul campului magnetic (miscarea de la axul magnetului se transmite cu aceeasi viteza la axul spirei).

Pentru a obtine conversie electromecanica este suficient sa producem de exemplu campul invartitor pe cale electrica, cu trei infasurari imobile la cate 120 parcurse de trei curenti sinusoidali trifazati , obtinand astfel un model simplificat de motor sincron trifazat.

Comparand cazul studiat aici cu cel de la masina asincrona, observam urmatoarele:

1- motorul sincron functioneaza la o viteza legata rigid de frecventa retelei , viteza identica cu cea a campului magnetic invartitor (viteza de sincronism) si independenta de sarcina (deci alunecare nula) ; motorul asincron functioneaza la o viteza diferita de cea a campului (exceptie mersul ideal in gol) si care scade (relativ putin) pe masura cresterii sarcinii (deci cu alunecare nenula care creste cu cresterea sarcinii.

. 2- cuplul dezvoltat de motorul sincron depinde de unghiul intern (de sarcina) si variaza proportional cu campul inductor B_o la curent si sarcina date: cuplul dezvoltat de motorul asincron depinde de alunecare si variaza proportional cu patratul campului inductor .

Pe baza aceluiasi exemplu putem explica si regimul generator al masinii sincrone, daca presupunem magnetul fix si spira rotita din axterior (de catre alt motor numit de obicei motorul primar) cu viteza constanta . In acest caz fluxul magnetic prin planul spirei va avea o variatie sinusoidala in timp:

(4.4)

undo este unghiul dintre normala la planul spirei si inductia magnetica a campulul fix al magnetului B_o la t=0 acest unghi fiind nul.

Rezulta tensiunea electromotoare:

(4.5)

defazata la 90 in urma fluxului, deci avem pe aceasta cale explicatia functionarii generatorului sincron monofazat.la mers in gol.

Aceleasi rezultate se obtin daca mentinem spira fixa si rotim magnetul cu aceeasi viteza in sens invers (principiul relativitatii fenomenelor de inductie electromagnetica).

In cele ce urmeaza prezentam aspectele constructive esentiale ale principalelor tipuri de masini sincrone, fara a intra prea mult in detaliile ce reprezinta obiectul de studiu al lucrarilor de specialitate.

Masinile sincrone de puteri nominale mari se executa totdeauna cu rotorul in calitate de inductor si cu statorul in calitate de indus.In acest mod infasurarea de excitatie parcursa de curentul continuu se roteste odata cu rotorul, fiind alimentata din exterior prin sistemul de contacte alunecatoare perii-inele,iar cele trei faze ale indusului (la masini trifazate) se dispun pe stator, fiind deci in repaus.Motivele sint urmatoarele:

a. daca s-ar dispune pe rotor cele trei faze ale indusului ar fi nevoie de cel putin trei contacte alunecatoare ; din cauza tensiunilor ridicate.problemele de izolatie a inelelor devin delicate iar dimensiunile acestora cat si cele ale periilor fiind mari din cauza curentilor intensi, vor produce o uzura considerabila cu o siguranta mica in functionare;

b.       izolatia unei infasurari in miscare rapida si la tensiune ridicata este mult mai greu de realizat, caci fortele centrifuge si vibratiile din cauza miscarii solicita permanent izolatia, uzand-o premature;

c. armatura inductoare fiind parcursa de fluxuri magnetice constante, poate fi facuta masiva (nu trrebuie realizata din tole subtiri) si deci cu o rezistenta mecanica mai mare decat a indusului;

d. racirea unei infasurari fixe se realizeaza mai usor

e. la masini mari asezarea celor trei faze pe stator permite realizarea tehnologica a acestuia din mai multe segmente independente gata bobinate ; statorul fiind la exterior (adica imprejurul rotorului) spatiul disponibil pentru cele trei faze este mai mare ; daca s-ar dispune pe rotor ar rezulta diametre mai mari si deci un gabarit mai mare al masinii la aceeasi putere

La puteri mici se intalnesc insa si executii inversate, cu rotorul indus si statorul inductor.

Tipurile constructive principale de masini sincrone in executie normala se deosebesc in principal prin forma de constructie a rotorului inductor, statorul indus nedeosebindu-ss principial de cel studiat la masina asincrona.Constructia rotorului este impusa de viteza sa de rotatie, la rindul ei dependenta de tipul motorului primar folosit, sau de tipul mecanismului actionat.

Constructia turbogeneratoarelor

Turbogeneratoarele sunt generatoare sincrone antrenate in miscare de turbine cu abur la viteze ridicate impuse de specificul acestora din urma, fiind masini cu axul orizontal si avand rotorul cu poli inecati. Necesitatea de a functiona la viteze cat mai ridicate, dar totodata de a asigura o frecventa de 50 Hz, a condus la micsorarea numarului de poli ai masinii, conform formulei bine cunoscute data de (1) . Se intalnesc astfel masini bipolare (2p=2) foarte raspandite pana acum 10.15 ani in toate centralele termoelectrice si masini tetrapolare (2p=4) aparute in ultimul timp in legatura cu centralele atomoelectrice (impuse de parametrii mai slabi ai aburului in aceste centrale) .Vitezele corespunzatoare la 50 Hz sunt deci 3000 rot/min , respective 1500 rot/min.

Din motive de solicitare mecanica centrifugala, la viteze asa de mari nu trebuie sa se depaseasca o viteza periferica de ordinul a 200300 m/s, de aceea diametrul rotorului este limitat la valori de 1,41,6 m volumul de fier necesar fiind asigurat prin lungimi deosebit de meri ale rotorului (de ordinul 10..15m). Prin urmare turbogeneratoarele sunt masini lungi si de grosime relativ redusa (masini suple).

Rotorul turbogeneratorulul sete cea mal solicitata parte a sa si totodata cea mai pretentioasa.Se obtine prin turnare din oteluri puternic aliate (cu crom,nichel,molibden ),urmata de forjar

deoarece masa rotorului atinge valori in iur de 100 tone, la procesul de turnare se folosesc sarje din mai multe cuptoare ce participa simultan la proces. O importanta deosebita o au tratamentele termice ulterioare care urmaresc detensionarea materialului si obtinerea unor proprietati mecanice deosebite. Rotorul se controleaza prin defectoscopie cu ultrasunete si prin control optic la exterior si prin canalul central interior practicat pe lungimea sa.In continuare rotorul este supus prelucrarilor prin asehiere a suprafetelor exterioare .Una din cele mai importante operatii este frezarea crestaturilor radiale (fig.4.5 a), sau paralele (fig.4.5b) in lungul rotorului,prima varianta fiind cea mai

Fig.4.5.

des intalnita. Se folosesc crestaturi deschise cu pereti paraleli si mai rar crestaturi tra-pezoidale (care asigura dinti cu pereti paraleli). Deoarece crestaturile rotorice sint relativ adanci, de multe ori se practica in zona asa numitilor poli, crestaturi suplimentare nebobinate pentru o mai buna echilibrare mecanica.

In crestaturile rotorului se dispune infasurarea de excitatie.care este o infasurare in simplu strat cu bobine concentrice, avand conductoare de cupru dreptunghiulare indoite pe lat, de tipul celei din fig .4.6.

Fig.4.6

Din motive de inbunatatire a formei campului in intrefier ultimele crestaturi (notate cu ↓ pe fig.4.5 a) se fac mai mici si au un numar mai. mic de conductoare.Conductoarele de bobinaj sint de cele mai multe ori tubulare pentru a permite trecerea prin interior a agentilor de racire. Desi tensiunile nominale de excitatie sint de 110540 V, infasurarea este foarte bine izolata fata de corpul rotorului. Pentru aceasta se folosesc teci izolatoare in forma de L din banda sticlata cu lacuri epoxifenolice, hartia cu sticlomicanit precum si folii de sticlotextolit.

Pentru preluarea fortelor centrifugale se foloseste inchiderea crestaturilor cu pene de bronz, dural sau aliaje pe baza de titan, precum si bandaje peste capetele frontale de bobine de tip inelar. Acestea din urma fac parte dintre cele mai solicitate din punct de vedere mecanic porti ale rotorului si prin urmare se fac din aliaje de otel cu crom,nichel si mangan .nemagnetice si tratate termic special.

Pe rotor se mai dispun inelele colectoare din aliaje de otel izolate cu micanit si sticla, precum si ventilatoarele axiale de la capete. Se dispune de asemenea la unul din capete semicupla de legatura cu turbina.

In fig.7 se arata aspectul general al unui rotor in stare finita ( 1-semicupla, 2- bandaje ale bobinelor in partea frontala, 3- zona polilor, 4- crestaturi cu pene de inchidere, 5- ventilatoare, 6- zona inelelor de contact si a lagarului exterior)

Fig.4.7

Inaintea montarii rotorul se supune operatiilor de echilibrare statica si mai ales dinamica,menite sa asigure o functionare linistita fara vibratii si fara incarcari variabile ala lagarelor. Rotorul se verifica deasemenea la vitezele critice la care pot efi apara oscilatii transversale periculoase ala arborelui.

La masini mari lagarele sint totdeauna parti separate ale constructiei fiind dispuse in exteriorul masinii de ambele parti ale acesteia. Se folosesc lagare de alunecare cu ungere fortata cu ui ulei sub presiune.La masini de putere mai redusa se pot folosi si lagare interioare plasate in scuturile masinii.

Statorul turbogeneratorului comporta carcasa cu cele doua scuturi si miezul magnetic al statorului prevazut cu cele trei infasurari ale celor trei faze. In cazul masinilor de mare putere se folosesc in prezent carcase din trei parti distincte (una centrala si doua de capat), realizate prin sudare etansa (datorita racirii cu hidrogen) si prevazute cu un numar de rame transversale cu nervuri longitudinale in care se prind pachetele de tole ale miezului magnetic. Carcasa trebuie sa prezinte rigiditatea necesara si sa asigure o prindere de fundatie prin sisteme speciale antivibratorii. Pentru prindere se folosesc talpi laterale legate de carcasa cu arcuri plane duble. Carcasa este prevazuta si cu sisteme de rotatie a ei in jurul axului ei de simetrie .pentru a putea repara cu usurinta eventualele defecte din partea de sus a bobinajului. Deobicei prinderea talpilor se face pe o platforma la inaltime, prevazuta cu o decupare corespunzatoare (fig.4.8).

Fig.4.8.

Dedesubtul platformei se afla instalatiile de deservire ale masinii (racire,ungere). Miezul magnetic este realizat segmentat din tole de otel electrotehnic laminat la rece cu grosime de 0.5 mm acoperite cu lac izolant si formand pachete de tole distantate intre ele pentru a forma canale de ventilatie radiale. Segmentele statorice (fig.4.9) in numar destul de mare ( ex.12 bucati) se asambleaza circular cap la cap fiind presate cu ramele transversale si fixate in carcasa prin cozi de randu-nica.

In crestaturile statorului ce dispune infasurarea trifazata in dublu strat, cu pas scurtat, realizata deobicei cu mai multe cai de curent in paralel din bare izolate dreptunghiulare de cupru.Capetele frontale se dispun in

evolventa pentru micsorarea consumului de cupru.

Fig.4.9.

Conductoarele din crestaturi sunt grupate (de ex.trei pline al patrulea tubular.cu racire cu apa distilata) si efectueaza pe lungimea axiala a crestaturii transpozitii pentru reducerea pierderilor (fig.4.10).

Deoarece tensiunea in indus este mai mare ca in rotor , o atentie deosebita este acordata^ izolatiei infasurarii statorice . Capetele frontale ale bobinelor sunt deasemenea fixate si consolidate contra vibratiilor,cu efecte de obosire mecanica a izolatiei.

Fig.4.10.

De obicei toate cele sase (sau 12) capete ale infasurarilor sint scoase prin izolatoare de trecere tip condensa tor,la borne, in partile laterale ale carcasei,in partea de jos a acesteia.

In fig.4.ll este redata o sectiune longitudinala printr-un turbogenrator de 100 MW,pe care s-au notat pozitiile

l-miez stator,2-arbo-. rele rotoric,3-siste-mul de racire,4-pie-sa de stringere a miezului stat orie,5-bo-binaj statoric,5-bo-binaj rotoric,7-venti-lator,8-lagar de aluneca re,9-inele de con tact,10-scut,11-izolatoare , 12-fundatie .

Consideratii analoge raman valabile si pentru motoarele sincrone la viteze mari.cum sunt

cele folosite la actionarea turbo-compresoarclor centrifugale. Fig.4.11.

Constructia hidrogeneratoarelor:

Hidrogeneratoarele sunt generatoare sincrone antrenate in miscare de catre turbine hidraulice, la viteze reduse, fapt ce permite realizarea rotorului in varianta mai simpla tehnologic, a constructiei cu poli aparenti (iesiti). Ele sunt atat masini cu ax vertical , cat si masini cu ax orizontal , fiind in general de o varietate de tipuri mai mare ca turbogeneratoarele.

Daca turbogeneratoarele pot fi tipizate in corelatie cu turbinele cu abur si cazanele de producere a aburului, hidrogeneratoarele dimpotriva constituie unicate sau serii foarte mici, impuse de conditiile hidraulice specifice fiecarui curs de apa si fiecarei amenajari hidrotehnice.

Necesitatea de a asigura frecventa de 50 Hz la viteze mici pune folosirea unui mare numar de poli ai campului inductor, ceea ce conduce la adoptarea de diametre mari ale rotorului si implicit ale intregii constructii, astfel ca spre deosebire de turbogeneratoare hidrogeneratoarele sunt masini cu diametru mare si lungime (inaltime mica) .Rezulta ca puterile mari sunt realizate mai cu seama de cupluri foarte mari, deci de solicitari mecanice considerabile. Din aceste motive masinile de puteri foarte ridicata se realizeaza totdeauna cu axul vertical, solutie in deplin acord cu cerintele turbinelor hidraulice de mare putere.

Rotorul hidrogeneratoarelor, data fiind viteza scazuta.se realizeaza dupa o solutie mai simpla tehnologic, cea cu poli aparenti, avand aspectul unei 'roti polare" asa ca in fig . 4.12 . El indeplineste trei functii , de inductor, de ventilator si de

volant, putand fi realizat masiv, in constructie sudata (tambur) sau in forma asa numita a rotorului disc. Partile principale ale rotorului sunt: butucul central 1 (fig.4.12) spitele 2, obada 3 si polii 4, realizati dintr-o bucata sau cu talpi 5 aplicate. Fiind la distanta mai mare da ax , obada si polii, sunt cele mai solicitate din punct de vedere (mecanic parti ale

Fig.4.12. rotorului. Materiale folosite sunt: otel turnat si forjat aliat cu crom, nichel, sau tabla de otel de grosime 2460mm sudata cu masini automate. Polii sunt masivi sau alcatuiti din tole.in uneia cazuri foloslndu-se si o executie combinata. Ei se fixeaza de obada fis cu buloane, fie prin sisteme cu coada de randunica sau in forma de T cum este de exemplu cel notat cu 5 pe fig.4.13, care reprezinta una din variantele posibile de pol combinat (miezul masiv din tel metritat 1, prevazut cu talpa 2 din tole suprapuse cu grosimea 12 mm, stantate din tabla de otel electotehnic cu adaus slab de siliciu).

Fig.4.13.

Pe rotor,in afara infasurarii de excitatie care produce campul magnetic inductor exista incf'a o infasurare numita, de amortizare,care seamana ca aspect cu infasurarea in colivie simpla de la masina asincrona barele fiind plasate in crestaturile din talpile polilor rotorului.

Fig.4.14

Scurtcircuitarea (parelor se face fie cu inele complete (fig. 4.15 a),fie cu segmenti circulari (fig.4. b).

Fig. 4.15.

In primul caz se spune ca infasurarea actioneaza dupa ambele axe de simetrie ale rotorului (d) si (q) in timp ce in al doilea caz ea actioneaza numai pe axa (d).In fig.414 avem acest al doilea caz.

fig. 4.16

Pe fig.4.16 se reprezinta o vedere in perspectiva a rotorului cu infasurare de amortizare de primul tip (fig.4.15 a). S-au notat; l-miezul polului, 2-inelul de scurtcircuitare, 3-bare, 4-talpa

polului.

Infasurarea de amortizare nu are nici-un efect la functionarea masinii in regimul stationar nu se deplaseaza fata de cimp iar acesta este continuu,invariabil in timp.Ea intervine numai in regimuri tranzitorii servind la amortizarea oscilatiilor mecanice ale rotorului in raport cu campul sau ca mijloc de asigurare a cuplului de pornire al motoarelor sincrone. In cazul turbogeneratoarelor rolul de amortizare este indeplinit de curentii turbionari din talpile masive ale zonelor nebobinate de penele conductoare ale crestaturilor sau de infasurari speciale de amortizare plasate in aceleasi crestaturi cu infasurarea de excitatie .

Statorul hidrogeneratoarelor comporta carcasa realizata prin sudare din tabla groasa de otel si alcatuita din 4..6 elemente pentru o mai usoara transportare la locul de montaj,in hidrocentrala,

prevazuta cu flanse paralele (fig.4.17) de care se prind

prin sudare cozile de rindunica 1 (fig.4.18) care

servesc la prinderea segmentilor miezului

magnetic intre ei si fata de carcasa. La realizarea

impachetarii segmentele.asemanatoare celor de la

turbogeneratoare celor de la turbogeneratoare se suprapun

decalate cu cite 1/2

Fig. 4.17.

Fig.4.18.

de la un strat la altul (2 si 3 pe fig.4.18). Asamblarea se face in pachete de tole distantate pentru crearea de canale de racire radiale. Se foloseste tabla de otel cu siliciu laminat la rece de 0,5mm sau 0,35 mm cu directia de laminare in lungul dintilor, deci la 90 fata de cea de la turbogeneratoare. In crestaturile segmentilor statorici se dispun laturile de bobine ale celor trei faze ale infasurarii inclusului.realizata de cele mai multe ori ca infasurare dublu strat,cu pasul scurtat,de tip bobina (cu mai multe spire in serie),sau de tip bara (fiecare bara alcatuind o jumatate de spira).La hidrogeneratoarele de mare putere se prefera actual infasurarea din bare de tip ondulat.care permite o izolatie mai buna precum si lucrari de reparatie mai comode. Ea permite deasemenea o mai buna consolidare a partilor frontale impotriva vibratiilor mecanice. Numarul q de crestaturi pe pol si faza este mic (2..4.).putind fi si fractionar. Deoarece de calitatea infasurarii indusului depinde siguranta functionarii si durata de viata a masinii,o atentie cu totul deosebita se acorda izolatiei infasurarii. Dealtminteri costul izolatiei masinii alcatuieste un procent insemnat din intregul cost (pina la 30..40%). Izolatia de baza este de tip continuu, din materiale izolante termoreactive (se folosesc benzi de sticlomicanit alcatuite din micafoliu cu fibre de sticla si liant bituminos sau compund termoreactiv plolimerlzat cele mai folosite sint insa compundurile epoxidice). Clasa de izolatie cea mai folosita este F (eventual H pentru centrale atomoelectrice,la turbogeneratoare).Schema de conexiune folosita in exclusivitate este stea, sau dubla stea (YY).Capetele celor trei faze. sunt scoase prin sase izolatoare de trecere prinse in partea superioara laterala a carcasei masinii.

0 mare importanta o au la hidrogeneratoare lagarele masinii care sunt mai solicitate decit la turbogeneratoare (indeplinesc pe linga functia de ghidare si functia de sustinere a intregului agregat, inclusiv turbina). Constructia si numarul lagarelor depinde de modul de executie si conceptie a intregului agregat. Se intilnesc la masinile cu ax vertical in principal doua variante:

generatorul de tip suspendat (fig.4.19)

generatorul de tip in umbrela (fig.4.20)

Primul tip are un lagar axial 1 in partea superioara (crapo-tina) si doua lagare de ghidare 2 si 3,unul superior, altul inferior. Pe desen mai sunt trecute: 4-cupla de legatura cu turbina,S-turbina,6-rotorul masinii,7-scutul superior,8-ffilezul statoric,9-fundatia de beton armat.Aceasta executie se foloseste la viteze mari ( peste 150 rot/min) avind o stabilitate mai buna mecanica.In schimb sustinerea greutatii agregatului cade in sarcina carcasei masinii.care rezulta mai voluminoasa (consum ridicat de metal).

La al doilea tip,avem un lagar unic combinat situate sub rotor care indeplineste ambele functii de sustinere si preluare a eforturilor

Fig.4.19. Fig.4.20.

rilor axiale (notat 1 pe fig.4.20).precum si de ghidare (2). Pe desen mal apar: 3-turbina,4-cupla,5-rotor,6-miez statoric,7-place de rezistenta asezata pe fundatie,8-fundatie de beton armat. La acest tip de executie specific vitezelor mici (zeci de rot/min) sustinerea nu mai cade in sarcina carcasei ci este preluata de fundatie. Carcasa nu mai trebuie supradimensionata rezultind mai scunda (reduce sl inaltimea salii masinilor) si un consum mai redus de metal. In schimb functionarea mecanica este mai putin stabila, fapt pentru care adesea se mai adauga un lagar de conducere superior, cu functie doar de ghidare.

La ambele tipuri gaura practicata in fundatie trebuie sa permita introducerea si scoaterea ambelor rotoare (generator si turbina

Revenind la problema lagarelor, mai cu seama a crapotinei ce preia axial o greutate considerabila,trebuie spus ca sistemul cel mal folosit este cel cu patine pe pelicula de ulei.Acestea functioneaza cu frecare lichida (umeda) pe baza principiului panel de ulei cu grosimi de cea.0,05 mm,care sa formeaza la viteze peste cea de flotere si la presiuni intre 6..15 atm.In ultimul timp se folosesc lagare cu descarcare magnetica,precum sl lagare hidrostatice cu ulei la presiuni mari.

In fig. 4.21 este aratata o sectiune printr-un generator "in umbrela' cu rotor in forma de tambur.Pe figura se poate vedea sistemul 1 de contacte: alunecatoare si deasemenea sistemul de franare 8 a rotorului, la oprirea generatorului, sau in cazuri periculoase de ambalare a acestuia la pierderea brusca a sarcinii.

Masinile cu axul orizontal se folosesc la viteze mari de rotatie (antrenare cu motoare Diesel sau cu turbine Pelton, motoare

Fig.4.21.

sincrone,compensatoare sincrone) si la puteri mici si mijlocii, uneori intr-o executie inversata ca cea, din fig.4.22 (se remarca cele patru inele de contact pe rotor pentru cele trei faze si nul).

Fig. 4.22.

In cazul Dieselgeneratoarelor, din cauza pulsatiilor cuplului de antrenare se cere un efect de volant ridicat, astfel ca masina sincrona se executa cu un diametru exagerat de mare,care impune excavarea unei parti insemnate din fundatie (fig.4.23). In acest mod se elimina necesitatea montarii speciale a unui volant pe axul comun al masinilor. Pe fig.4.23 s-au notat : GS-gonerator sincron ,MD-motor Diesel,L1,L,2 si L3 -lagare exterioare, f-fundatie. Tot in categoria masinilor cu ex orizontal se incadreaza si
generatoarele capsulate tip bulb destinate functionarii directe in curentul de apa si care formeaza rentul de apa si care formeaza impreuna cu turbina un bloc avind carcasa comuna. Puterile nominale a acestor grupuri nu depasesc 50 MW ,iar tensiunile nominale cele mai folosite din motive economice sint de 3,15 kV sau 6,3kV.

Aspectul general al lor este redat in fig.4.24,pe care s-au notat urmatoarele pozitii:

l-invelisul capsulat (carcasa) 2- lagar 3 arborele agregatului 4-rotor generator 5-atator generator 6-aparatul director al turbinei 7-rotorul turbinei 8-turn de acces

Astfel de grupuri bulb sunt indicate la caderi mici cu debite relativ importante, putand fi folosite si la centrale maremotrice (folosesc energia marealor). Exista multe variante constructive

bazate pe acest principiu :

-cu generator in imersiune.cuplat direct

-cu turbina

-numai cu turbina in imersiune si cu generator

exterior cuplat cu reductor cilindric sau planetar.

Avantajul principal este faptul ca nu necesita sala masinilor investitii mai mici economie de spatiu ,centrala mai compacta putind fi montate chiar in interiorul sau imediata apropiere barajului in schimb prezinta dificultati de racire datorita constructiei capsulate.

Toate tipurile de generatoare si motoare sincrone necesita curentul continuu pentru alimentarea infasurarii de excitatie si marea majoritate a cazurilor acest curent este obtinut de la o masina electrica rotativa de curent continuu numita excitatoare,care se dispune pe acelasi ax cu generatorul de partea cealalta,in raport cu turbina.Excitatia exctatoarei se asigura fie printr-un proces de autoexcitatie , fie de la alta masina de curent continu (subecxcitatoare ) pe acelas ax,sau pe ax separat (actionata de un motor asincron).S-au raspindit si sisteme de excitatie statice folosind in locul masinilor rotative de curent continuu, redresoare cu elemente semiconductoare necomandate (diode), sau comandate (tiristoare), reusindu-se sa se elimine si problema contactelor alunecatoare. Problemele legate de excitatie va fi tratate mai departe, intr-un capitol special.

Constructiile actuale de masini sincrone, in special la puteri mijlocii si mari, reprezinta sisteme complexe care in afara masini lor propriu zise contin multe instalatii anexe de deservire (sisteme de racire-ventilatie , sisteme de ungere sisteme de comanda, control protectie si reglaj automat sisteme de semnalizare etc) caror tratare depaseste cadrul prezentului curs.

Semnele conventionale cu care se reprezinta in schemele ele trice masinile sincrone

Fig. 4.25.

sunt date in fig. 4.25 ( a- generator sau motor (MS) sincron legat stea cu neutrul nescos b- idem, cu neutrul scos -c- idem, cu toate cele 6 capete ale fazelor scoase la borne).