|
|
|
Verificarea la stabilitate statica si dinamica a generatoarelor
1 GENERALITATI
Generatoarele sincrone sunt supuse unor perturbatii atat, de natura electrica (scurtcircuite conectari si deconectari de sarcina) ca si de natura mecanica (cuplu activ neuniform, interventii ale regulatorului automat de turatie).
Aceste perturbatii fac ca generatoarele sincrone, ce intra in componenta centralelor
electrice navale, sa lucreze tot timpul in regim tranzitoriu.
Un regim tranzitoriu oarecare se termina fie printr-un reglaj stationar manual, fie printr-un regim imposibil de controlat caracterizat de pierderea corespondentei riguroase dintre viteza unghiulara Q si frecventa f, adica de pierderea sincronismului.
Regimurile stationare normale se impart in doua categorii:
- regimuri stationare stabile, caracterizate de aparitia unor perturbatii care determina intrarea intr-un regim stationar lipsit de oscilatii;
- regimuri stationare instabile, caracterizare de aparitia unor perturbatii ce provoaca un regim tranzitoriu care duce la desprinderea masinii din sincronism.
Teoria generala a stabilitatii ia in considerare doua tipuri de perturbatii:
- perturbatii de foarte mica valoare, care definesc stabilitatea statica sau stabilitatea 'in mic' a masinii;
- perturbatii de valori finite ce definesc stabilitatea dinamica sau stabilitatea 'in mare' a masinii.
2 STABILITATEA STATICA A GENERATOARELOR SINCRONE
In studiul stabilitatii statice a generatoarelor sincrone, se arata dependenta dintre puterea electromagnetica P si unghiul 0(unghi de sarcina), 9 reprezentand unghiul dintre tensiunea la mersul in gol si tensiunea la bare.
In cazul in care se neglijeaza pierderile, unghiul 0 reprezinta defazajul dintre fluxul util inductor de mers in gol <t>0 si fluxul rezultant O care se considera ca produce tensiunea la borne U.
Pentru valorile n=0 si Pm=0 se obtine
Pentru m=3 si
se obtine:
26
relatie in care
Din egalitatile anterioare determinam
Formula finala a puterii electromagnetice este
sau restragand termenii
In cazul generatoarelor sincrone cu poli inecati este variabila relatia
Reactanta
sincrona Xa poate fi considerata practic
Cuplul activ ai motorului este
iar puterea electromagnetica, tinand cont de reactanta sincrona Xσ
La a anumita scara, caracteristica P=f(θ) reprezinta s caracteristica unghiulara a
generatorului sincron M=f(θ).
27
Cand θ variaza intre 0 si TT/2, P variaza Intre 0 si Pmax. Pentru
Daca intr-o cauza oarecare cuplul activ al motorului creste brusc atunci, in primul
moment, echilibrul intre cupluri nu mai este satisfacut, cuplul activ M al motorului de accelerare in care coroana reala locala a polilor statornici tinde sa ia un avans mai mare in raport cu coroana fictiva ce isi continua miscarea cu aceeasi viteza. in concluzie unghiul 0 are tendinta sa scada.
Stabilitatea statica a generatoarelor sincrone se mentine atat timp cat 9e[0,Tr/2]. Pentru 0<TT/2 functionarea generatorului este stabila, din punct de vedere static, in sensul ca unele mici perturbatii ale cuplului activ, in jurul valorii de regim stationar, nu pot produce iesirea masinii din sincronism. Daca 0>TT/2 atunci masina intra in zona instabila de functionare.
In regim de generator, cuplul electromagnetic al masinii nu se opune cuplului motor dat de motorul de antrenare, in fel pierzandu-se sincronismul.
Pentru evitarea acestei situatii este necesar ca, la cresterea sarcinii generatorului,
curentul de excitatie al acestuia sa creasca pentru ca amplitudinea sinusoidei sa creasca,
punctul de functionare ramanand in permanenta in partea stanga a sinusoidei, deci in zona
stabila de functionare. Este evident ca puterea ceruta de consumatori nu poate sa creasca oricat deoarece valoarea cea mai mare pe care aceasta sinusoida o poate lua este limitata de circuitele de excitatie ale masinii.
3 STABILITATEA DINAMICA A GENERATOARELOR SINCRONE
Prin stabilitate dinamica a generatoarelor sincron, se intelege capacitatea acestora de a
ramane in sincronism atunci cand sarcina se modifica in trepte.
O importanta deosebita o au masele aflate in miscare de rotatie ale motoarelor diesel de antrenare a generatoarelor.
In mod normal este necesar sa se verifice stabilitatea dinamica a generatoarelor la
pornirea unor consumatori de mare putere.
4 CALCULUL STABILITATII STATICE Sl DINAMICE
Deoarece calculul stabilitatii dinamice este un proces laborios si complicat, in practica s-a constatat ca functionarea generatorului sincron este stabila, din punct de vedere dinamic (sub actiunea perturbatiilor mari), daca unghiul de sarcina 9, corespunzator puterii nominale Pn, nu depaseste (25-30) grade electrice.
Din conditia
28
si din egalitatea
rezulta ca, in regim normal, puterea nominala nu trebuie sa depaseasca (40-50)% din puterea electromagnetica maxima.
Se defineste capacitatea de supraincarcare a generatorului sincron Km, prin raportul
Puterea maxima Pmax a fost definita anterior iar, puterea nominala
Calculul stabilitatii statice si dinamice se reduce la calcularea unghiului de sarcina 9,
astfel ca, pentru categoria de generatoare aleasa, se obtine
unde:
-Pn [Kw], puterea nominala a generatorului sincron;
- Xc [Q], reactanta de dispersie a statorului;
- m, numarul de faze;
- U [V], tensiunea nominala a generatorului;
- Uco [V],tensiunea electromotoare indusa.
Reactanta de dispersie Xa se determina cu relatia
Inlocuind, valoarea reactantei supratranzitorii longitudinale X°d si rezistenta statorica Ra cu valorile extrase din tabelele, pentru tipul de generatoare ales, rezulta:
in aceste conditii
29
Capacitatea de supraincarcare a generatorului sincron este
30
