Ηλεκτρικές Μηχανές ΙI Ενότητα 1: Εισαγωγή στις σύγχρονες Γεννήτριες Τσιαμήτρος Δημήτριος Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Τ.Ε
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο TEI Δυτικής Μακεδονίας και στην Ανώτατη Εκκλησιαστική Ακαδημία Θεσσαλονίκης» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3
Σκοποί ενότητας Περιγραφή και κατηγοριοποίηση Σύγχρονων γεννητριών. 4
Περιεχόμενα ενότητας Στροβιλογεννήτριες. Γεννήτριες εκτύπων πόλων. 5
ΓΕΝΙΚΑ ΠΕΡΙ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΙΣΧΥΟΣ (1) Τα ρεύματα των τριών φάσεων του δικτύου που διατρέχουν τα τυλίγματα παράγουν ένα μαγνητικό πεδίο που περιστρέφεται με γωνιακή ταχύτητα ίση με αυτή του δρομέα. Για αυτό η μηχανή λέγεται σύγχρονη. Μια σύγχρονη γεννήτρια, ανάλογα με τη μορφή κατασκευής των πόλων του δρομέα, ονομάζεται είτε στροβιλογεννήτρια (turbo generator, Turbogenerator), είτε γεννήτρια εκτύπων πόλων (salient pole generator- Schenkelpolgenerator). 6
ΓΕΝΙΚΑ ΠΕΡΙ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΙΣΧΥΟΣ (2) Τα μαγνητικά πεδία που παράγονται από το δρομέα και το στάτη έχουν βόρειους και νότιους πόλους. Οι πόλοι είναι 2, 4, 6,.και είναι ίσοι στο δρομέα και στο στάτη. Στους βόρειους πόλους η μαγνητική επαγωγή B έχει φορά από το δρομέα προς το στάτη. 7
Σύγχρονες Γεννήτριες Σχήμα 1. Απλό διάγραμμα Σύγχρονης Γεννήτριας, Πηγή : «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. 8
ΓΕΝΙΚΑ ΠΕΡΙ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΙΣΧΥΟΣ (3) Η συχνότητα του ρεύματος του δικτύου είναι: f=pn, όπου p είναι ο αριθμός των ζευγών πόλων και n η περιστροφική ταχύτητα. Για παράδειγμα για ένα ζεύγος πόλων p=1και συχνότητα δικτύου 50 Hz, η περιστροφική ταχύτητα είναι 50 κύκλους το δευτερόλεπτο ή πολλαπλασιάζοντας με 60 sec, 3000 rpm. 9
ΓΕΝΙΚΑ ΠΕΡΙ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΙΣΧΥΟΣ (4) Όσο αυξάνονται τα ζεύγη πόλων, μειώνεται η περιστροφική ταχύτητα (1500, 750, 375, 187,5 rpm). Οι στροβιλογεννήτριες μεγάλης ισχύος (1000ΜVA-2000 MVA) έχουν συνήθως 1 ή σπανιότερα 2 ζεύγη πόλων και περιστροφικές ταχύτητες 3000 ή 1500 rpm. Για αυτό κινούνται αποκλειστικά από ατμοστροβίλους ή αεριοστροβίλου και έχουν οριζόντιο άξονα περιστροφής, γιατί το συνολικό μήκος της διάταξης είναι 20-25 m και δεν προσφέρεται για κατακόρυφη διάταξη. 10
ΓΕΝΙΚΑ ΠΕΡΙ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΙΣΧΥΟΣ (5) Όσο αυξάνονται τα ζεύγη πόλων, μειώνεται η περιστροφική ταχύτητα (1500, 750, 375, 187,5 rpm). Οι στροβιλογεννήτριες μεγάλης ισχύος (1000ΜVA-2000 MVA) έχουν συνήθως 1 ή σπανιότερα 2 ζεύγη πόλων και περιστροφικές ταχύτητες 3000 ή 1500 rpm. Για αυτό κινούνται αποκλειστικά από ατμοστροβίλους ή αεριοστροβίλου και έχουν οριζόντιο άξονα περιστροφής, γιατί το συνολικό μήκος της διάταξης είναι 20-25 m και δεν προσφέρεται για κατακόρυφη διάταξη. 11
ΓΕΝΙΚΑ ΠΕΡΙ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΙΣΧΥΟΣ (6) Σχήμα 2. Τομή Στάτη, Πηγή : «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. 12
ΓΕΝΙΚΑ ΠΕΡΙ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΙΣΧΥΟΣ (7) Σχήμα 3. Δρομέας Στροβιλογεννήτριας, Πηγή : «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. 13
ΓΕΝΙΚΑ ΠΕΡΙ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΙΣΧΥΟΣ (8) Σχήμα 4. Στάτης Στροβιλογεννήτριας, Πηγή : «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. 14
ΓΕΝΙΚΑ ΠΕΡΙ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΙΣΧΥΟΣ (9) Σχήμα 5. Δρομέας χωρίς τυλίγματα, Πηγή : «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. 15
ΓΕΝΙΚΑ ΠΕΡΙ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΙΣΧΥΟΣ (10) Σχήμα 6.Τυλίγματα δρομέα, Πηγή : «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. 16
ΓΕΝΙΚΑ ΠΕΡΙ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΙΣΧΥΟΣ (11) Σχήμα 7. Δρομέας με απόληξη DC, Πηγή : «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. 17
ΓΕΝΙΚΑ ΠΕΡΙ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΙΣΧΥΟΣ (12) Σχήμα 8. Τελική Μορφή Δρομέα, Πηγή : «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. 18
ΓΕΝΙΚΑ ΠΕΡΙ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΙΣΧΥΟΣ (13) Οι γεννήτριες εκτύπων πόλων χρησιμοποιούνται συνήθως σε συνδυασμό με αργόστροφες κινητήριες μηχανές. Αυτές είναι οι ντήζελ ή οι υδροστρόβιλοι. Έχουν από 3-32 ζεύγη πόλων και ταχύτητες περιστροφής αντίστοιχα από 1000 ως 93,75 rpm. Συχνά σε υδροστροβίλους διευθετούνται κατακόρυφα. 19
ΓΕΝΙΚΑ ΠΕΡΙ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΙΣΧΥΟΣ (14) Το είδος της μηχανής που θα επιλεγεί εξαρτάται από τις στροφές της κινητήριας μηχανής. Οι στροβιλογεννήτριες έχουν χαμηλή τιμή ανά kva, αλλά συμφέρουν μόνο για μεγάλες ταχύτητες περιστροφής (1500 ή 3000 rpm). Η συμπλοκή κιβωτίου ταχυτήτων σε στροβιλογεννήτρια για να αυξηθεί η ταχύτητα περιστροφής είναι ασύμφορη. 20
ΓΕΝΙΚΑ ΠΕΡΙ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΙΣΧΥΟΣ (15) Σχήμα 9. Δρομέας Εκτύπων Πόλων, Πηγή : «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. 21
ΓΕΝΙΚΑ ΠΕΡΙ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΙΣΧΥΟΣ (16) Σχήμα 10. Τελική μορφή Δρομέα Εκτύπων Πόλων, Πηγή : «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. 22
ΓΕΝΙΚΑ ΠΕΡΙ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΙΣΧΥΟΣ (17) Σχήμα 11. Τοποθέτηση Δρομέα σε Υδροηλεκτρικό Σταθμό, Πηγή : «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. 23
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Ν. Σκραπαρλής, Β. Μολασιώτης, Δ. Τσιαμήτρος, «Εργαστηριακές Ασκήσεις Ηλεκτρικών Μηχανών Συνεχούς και Εναλλασσομένου Ρεύματος», Σύγχρονη Παιδεία. 2. Chapman S., Electrical Machinery Fundamentals, Fourth Edition, McGraw-Hill Inc.. 3. «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. 24
Τέλος Ενότητας.
Σημείωμα Αναφοράς Copyright ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας, Πουλάκης. «Ηλεκτρομαγητισμός». Έκδοση: 1.0. Κοζάνη 2015. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: URL. 26
Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο. που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο. που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο. Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. 27
Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς. το Σημείωμα Αδειοδότησης. τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων. το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει). μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους. 28
Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων Το Έργο αυτό κάνει χρήση των ακόλουθων έργων: Εικόνες/Σχήματα/Διαγράμματα/Φωτογραφίες: 1. Ντοκόπουλος Π. (2006). «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας». Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη. 2. Σκραπαρλής Ν., Μολασιώτης Β., Τσιαμήτρος Δ. (2013). «Εργαστηριακές Ασκήσεις Ηλεκτρικών Μηχανών Συνεχούς και Εναλλασσομένου Ρεύματος», Σύγχρονη Παιδεία. 3. Chapman S. (2009). Electrical Machinery Fundamentals, Fourth Edition, McGraw-Hill Inc. 29