ماشینIII ماشین سنکرون ماشین سنکرون سه فاز دانشگاه آزاد اسالمی واحد پیشوا فیروزه باقری قسمت اول

Transcript

1 ماشین سنکرون سه فاز دانشگاه آزاد اسالمی واحد پیشوا فیروزه باقری قسمت اول 1

2 ماشین سنکرون مقدمه ماشین سنکرون ماشینی است که سرعت رتور با سرعت میدان دوار استاتور آن برابر است. این ماشین ها به سه دسته تقسیم می شوند: 1- ژنراتور )مولد( سنکرون یا آلترناتور Generator) (Synchronous -2 موتور سنکرون Motor) (Synchronous 3- کندانسور سنکرون )اصالح کننده ضریب قدرت( امروزه ژنراتورهای سنکرون سه فاز به عنوان ستون فقرات شبکه های برق درجهان می باشند. بیشتر ژنراتور های سنکرون سه فاز هستند و بحث در مورد این نوع از ژنراتور ها معطوف به نوع سه فاز آن است. موتورهای سنکرون در مواقعی بکار میرود که به سرعت ثابت نیاز داشته باشیم. برابری سرعت میدان دوار ns و سرعت گردش رتور nr در این ماشینها مد نظر می باشد. علت استفاده از واژه سنکرون نیز همان برابری سرعت گردش رتور و سرعت میدان دوار در تمام حاالت یعنی: باشد می ماشین این کاری ns = nr زیر رابطه طبق ماشین این در لغزش سرعت پس همواره صفرخواهد بود. Δn = ns - nr گوئیم. می آرمیچر به آن که دارد قرار متقارن فاز سه پیچی سیم استاتوریک روی بر دهیم. می فاز سه جریان یک آرمیچر به موتوری حالت در شود. می القاء آرمیچر در فاز سه ولتاژ یک ژنراتوری حالت در می کند. ایجاد هوایی فاصله در گردان میدان یک آرمیچر فاز سه جریان 2

3 IIIنیشام نورکنس نیشام 3 دراوم دربراک نورکنس روتوم رد- 1 یاهناوت یلااب کی تاواگم نیا اهروتوم زا رظن تمیق و تیلباق رب یاهروتوم یئاقلا ت حجرا ی هتشاد و راکب یم.دنور رد- 2 هناخراک زا نیا اهروتوم هب ود لیلد هدافتسا یم : دوش یکی یارب ندنادرگ یاهراب یکیناکم هک زاین هب هب تعرس تباث دنراد و رگید یارب بیرض حلاصا.ناوت ايازم و بياعم نورکنس ياهروتوم :ايازم یکی زا یایازم روتوم نورکنس تسنآ هک هراومه اب کی تعرس تباث راک یم دنک و رد ره یرواتشگ هک میهاوخب ای هب چیه هجو راک یمن دنک ای هکنیا اب کی تعرس تباث راک یم نینچ دنک یتیصوصخ ار یم ناوت اب ةصخشم وربور ناشن :داد تبسن هب یاهروتوم یئاقلا رتشیب لباق لرتنک یم.دنشاب رد بیرض یاهناوت فلتخم یم دنناوت راک دننک ترابعب رگید مه یم دنناوت دیلوت هدننک و مه فرصم ةدننک ناوت ویتکار.دنشاب نامدنار یئلااب.دنراد :بياعم رواتشگ- ۱ هار یزادنا.دنرادن یگدیچیپ-۲ نامتخاس تمیق رد) لااب یاهناوت ( نیئاپ و زاین هب ریمعت و یرادهگن زا رگید بیاعم.دننآ

4 ساختمان ماشین سنکرون ساختمان اين ماشین ها متشکل است: بخش دو از استاتور :استاتور ماشین سیم پیچی است که به صورت یکدیگر 121 درجه اختالف فاز سنکرون شبیه استاتور ماشین های القایی است و شامل هسته و سه فاز سیم پیچی می شود که سیم پیچ های هر فاز نسبت به مکانی دارند. بندی سیم و هسته از متشکل رتور: حلقه های طریق از پیچی سیم است.این به لغزان dc منبع یک dc متصل است از طریق این منبع تحریک می شود. dc نیاز دارد. کردن کار برای سنکرون ماشین پس منبع یک ھمواره به 4

5 : روتور ماشین سنکرون است نوع دو قطب صاف با رتور اي: استوانه يا این رتورها مانند شکل 1 به صورت استوانه ای ساخته می شوند و به آن رتور با قطب صاف گفته می شود. این نام گذاری از روی نسبت سطح قطب ها به خود رتور آمده است به طوری که در رتور قطب صاف رتور و قطب در یک سطح قرار دارند. چون رتور ها در معرض میدان های مغناطیسی متفاوت هستند آن ها را از الیه های نازک می سازند تا تلفات جریان گردابی کاهش یابد. رتورهای با قطب صاف در ژنراتورهای با سرعت های زیاد استفاده می شوند.طول این رتورها نسبت به قطر آن بیشتر و متناسب باسرعت زیاد ساخته می شوند.سیم پیچ های تحریک در سطح خارجی استوانه و به موازات محور ماشین در داخل شیارهای رتور تعبیه شده و بر روی استوانه رتور قرار می گیرند. از این نوع رتور ها برای ژنراتورهایی با دو یا چهار قطب استفاده می شود و فاصله هوایی یکنواخت دارند. شکل 1( قطب صاف رتور با قطب برجسته: رتور ژنراتورهای با تعداد قطب زیاد و سرعت کم معمو اال از نوع قطب برجسته هستند.در آن برجستگی های قطب مشهود است و قطب ها توسط سیم پیچی تحریک یا سیم پیچی میدان تحریک می شوند. واضح است که در این نوع ماشین ها شکاف هوایی غیر یکنواخت است. در زیر قطب ها شکاف هوایی کم و در میان قطب ها شکاف هوایی زیادی حاصل می شود. این نوع از رتور ها معموال برای ژنراتور هایی با چهار قطب یا بیشتر کاربرد دارد. 5

6 متناسب با و است کمتر آن قطر نسبت به رتورها این طول شوند. می ساخته کم های سرعت ساختمان رتور قطب برجسته و چگونگی قرارگیری سیم پیچ های تحریک بر روی آن در شکل 2 نشان داده شده است.رتور ژنراتور نیروگاه های آبی و دیزل ژنراتورها این گونه ساخته می شوند. شکل 2 ( قطب برجسته اساس کار ژنراتور سنکرون در یک ژنراتور سنکرون یک جریان dc به سیم پیچ رتور اعمال می گردد تا یک میدان مغناطیسی رتور تولید شود. سپس روتور مربوط به ژنراتور به وسیله یک محرک اصلی )مکانیکی ) چرخانده می شود تا یک میدان مغناطیسی دوار در ماشین به وجود آید. این میدان مغناطیسی یک ولتاژ سه فاز را در سیم پیچ های استاتور ژنراتور القاء می نماید. شکل 3( ساختمان ژنراتور 6

7 هاي کمیت ژنراتور سنکرون فرکانس ژنراتور سنکرون :فرکانس ولتاژ ژنراتور دارد: بستگی زیر عوامل به سنکرون پیچی سیم های قطب تعداد رتور سرعت در رابطه روبرو: ns :سرعت دوردر حسب بر سنکرون ژنراتور رتور گردش دقیقهRPM : P ها قطب تعداد هرتز حسب بر فرکانس :f مثال 1 ( فرض کنید رتور یک ژنراتور دو قطبی با سرعت 3111 دور در دقیقه بچرخد در نتیجه فرکانس ولتاژ تولید شده 01 هرتزخواهد شد.یعنی: 01 مثال 2 ( می ژنراتوری ولتاژ فرکانس خواهیم هرتز باشد چهار ماشین این رتور الف )اگر سرعتی باچه ژنراتوررا محور باشد قطبی بچرخانیم محور رتور( سرعت ب )اگر استفاده باید قطبی چند ژنراتور ژنراتور 750 RPM )باشد از کرد 7

8 ولتاژ ژنراتور سنکرون از فارادی القای قانون به توجه با سنکرون ژنراتور استاتور های پیچ سیم در شده تولید ولتاژ رابطه زیر استفاده می شود: سنکرون ژنراتور هرفاز در شده القا محرکه نیروی ازرابطه زیرمحاسبه شود: می دارد: بستگی زیر عوامل به ژنراتور شده تولید ولتاژ بنابراین استاتور پیچ سیم فاز هر دور N :تعداد وبرWb حسب بر قطب هر مغناطیسی φ :شار حسب بر شبکه هرتزHz f: فرکانس تغییرجریان یا ها قطب فوران تنظیم با را ژنراتور ولتاژ عمل در و کنند می تثبیت تحریک تنظیم سرعت با را ژنراتور فرکانس نمایند. می تثبیت رتور در راندمان و تلفات ژنراتورهاي سنکرون به دلیل تفاوت ساختمان ژنراتورهای سنکرون نسبت به دیگر ماشین ها) ژنراتورها ( الزم است در محاسبه راندمان بیشتردقت شود.چرا که توان ورودی ژنراتور سنکرون از دو بخش تأمین می شود: الکتریکی توان اول بخش مدار به مربوط ( تحریکPdc DC ) مکانیکی توان دوم بخش ( ورودی Pmec ) Pin :توان ورودی = Pmec + Pdc Pout = 3ULILCosϕ :توان خروجی 8

9 UL :ولتاژ ولت برحسب خط ІL :جریان آمپر حسب بر خط باشد. می شبکه قدرت Cosϕ :ضریب در حالت ایده آل باید توان ورودی با توان خروجی برابر باشد ولی در عمل اینگونه نیست و تلفات توان وجود دارد. ΔP = Pin - Pout شود: می محاسبه زیر رابطه از سنکرون ژنراتور تلفات مجموع یا ΔP ΔP= Pmis + PCur + PCus + PCore Pmisتلفات وات حسب بر رتور مکانیکی PCurتلفات وات حسب بر رتور مسی PCusتلفات وات حسب بر استاتور مسی PCoreتلفات وات حسب بر ماشین هسته از طرفی طبق معادالت زیر تلفات مسی رتور و استاتور بدست می آید. PCur = Rf I 2 f PCus = 3RsI 2 ph اهم حسب بر تحریک : مقاومت Rf آمپر حسب بر تحریک : جریان If استاتور پیچ سیم فاز هر : مقاومت Rs سیم فاز هر از عبوری پیچ استاتور : جریان Iph 9

10 مثال( یک ژنراتور سنکرون 011 ولت با اتصال ستاره باری با جریان 01 آمپر و ضریب قدرت 1/7 را تأمین میکند. اگر از تلفات مسی رتور صرف نظر کنیم و تلفات هسته 011 وات و تلفات مکانیکی 011 وات و مقاومت هر فاز استاتور 1/10 اهم باشد راندمان ژنراتور را محاسبه کنید. مسئله ۱( خط 173 A بار خروجی به ستاره اتصال با که سنکرون ژنراتور یک استاتور جریان دارای است متصل بوده و مقاومت هر فاز آن 1/120 اهم میباشد.چنانچه مقاومت مدار تحریک ولتاژ تحریک رتور 125 V باشد تلفات مسی رتور واستاتور را به دست آورید. 50Ω و مسئله ۲ ( یک ژنراتور سنکرون توان اکتیوKW 300/00 را با ولتاژ خط 2 KV و جریان 125A به بار مصرفی می رساند چنانچه راندمان ماشین %93 باشد به دست آورید: الف )ضریب قدرت ژنراتور ب)توان دریافتی ژنراتور ج )تلفات کل ژنراتور د )اگر توان ورودی 1300 dcوات باشد توان مکانیکی ورودی چقدر است 10

11 معادل مدار ژنراتور سنکرون اي استوانه برای پیش بینی رفتار ماشین سنکرون به مدار معادل آن نیاز داریم : اثراتی که در مدار معادل باید در نظر گرفته شود عبارتند از ( Ea )یا :(Ef) ولتاژ القایی بی باری (Xa) اثر عکس العمل آرمیچر (Xl) اثر شارهای پراکندگی آرمیچرa Raمقاومت.۱.۲.3.4 ولتاژ القايي بي باري: ولتاژ القایی بی باری با یک منبع ولتاژ مدل می شود. 11

12 آرمیچر( (X a : العمل عکس اثر عکس العمل آرمیچر بواسطه عبور جریان از سیم پیچ های آرمیچر بوجود می آید که در نتیجه آن ولتاژ القایی بی باری ناشی از تحریک دچار دگرگونی می شود.اثر عکس العمل آرمیچر را با یک راکتانس سلفی X a نمایش می دهند. اثر شارهاي پراکندگي( X) l : نمی بر در را روتور و آید می بوجود پیچ سیم در فقط که است شاری نشتی یا پراکندگی شار Xکه l با را آن گیرد.عموما یک راکتانس سلف کنند. می مدل است ولتاژ افت مبین مقاومت آرمیچر( r): a گردد. می اتالف توان و ولتاژ افت باعث که هستند اهمی مقاومت دارای استاتور های پیچ سیم بدست حرارت و پوستی اثر گرفتن نظر در با و متر اهم یک از استفاده با استاتور اهمی مقاومت آید. می راکتانس سنکرون X s مجموع به فاز راکتانس هر نشتی راکتانس و آرمیچر العمل عکس از ناشی راکتانس سنکرون باXS و گفته نمایش می دهند. XS = Xa + Xl 12

13 معادل مدار ژنراتور سنکرون سه فاز بدست آوردن پارامتر مدار معادل ماشین سنکرون X: s راکتانس سنکرون تعیین برای تعیین راکتانس سنکرون در یک ژنراتور سنکرون دو آزمایش از استاندارد زیر استفاده میشود: 1 -آزمايش مدار باز)بي باري( 2 -آزمايش اتصال کوتاه 13

14 آزمايش بي باري )مدار باز( occ E f ترمینال ولتاژ بین رابطه مدار منحنی تعریف باز : باری بی در حالت برحسب جریان تحریک I f باز: مدار منحنی آوردن بدست مراحل نامی در سرعت روتور می چرخد. -1 یابد. می افزایش از صفر تدریج به تحریک 2- جریان ترمینال دو ولتاژ اندازه باز مدار در حالت گیری می شود

15 scc منحني کوتاه اتصال مراحل بدست آوردن منحني اتصال کوتاه: تعریف منحنی اتصال کوتاه : رابطه بین جریان آرمیچر I a,sc برحسب جریان تحریک ) f I) در شرایط اتصال کوتاه: 1 -روتور در سرعت نامی می چرخد. 2 -جریان افزایش از صفر تدریج به تحریک می یابد. اتصال ترمینال گیری اندازه کوتاه شده می شود.جریان از حد نباید آرمیچر 3_ جریان نامی بیشتر شود قرائت و هاباید سریع گردد. انجام 125 تا % 150 حال برای محاسبه X s خواهیم داشت: Z s =r a +j(x a +X l )=r a +jx s مقدار X s Z s با داشتن مقدار r a و محاسبه بدست می آید. 15

16 r: a مقاوت آرمیچرق تعیین و پوستی اثر گرفتن نظر در با و متر اهم یک از استفاده با استاتور اهمی مقاومت می آید. بدست حرارت 16