ΕΠΑΓΩΓΙΚΗ ΤΡΙΦΑΣΙΚΗ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ ΘΕΜΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ: Περιγράψτε τον τρόπο λειτουργίας μιας επαγωγικής γεννήτριας. ΟΝΟΜΑ : Μιμίκος Ευστράτιος. Α.Ε.Μ. : 6798
ΣΚΟΠΟΣ : O σκοπός της εργασίας είναι η περιγραφή του τρόπου, με τον οποίο λειτουργεί μια τριγασική επαγωγική γεννήτρια. ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Στις παρακάτω σελίδες αναλύεται η επαγωγική γεννήτρια. Αρχικά μιλήσαμε για την δομή της και κάποιες λεπτομέρειες ως προ τα τυλίγματα της.στη συνέχει αναφέραμε την αρχή λειτουργίας των γεννητρινών.ακόμη είδαμε με ποιους τρόπους μπορεί να γίνει εκκίνηση μιας γεννήτριας. Επιπροσθέτως αναλύσαμε ενα παράδειγμα εφαρμογης, όπου μας βοήθησε να κατανοήσουμε στην εκκινηση της γεννήτριας οτι χρειάζεται περισσότερες στοφές για να ξεκινήσει να παράγει.τέλος ήταν μια αναδρομή των εφαρμογών των επαγωγικών γεννητριων.
ΕΙΣΑΓΩΓΗ : Η ενέργεια είναι ένα απο τα σημαντικότερα θέματα που απασχολούν και θα απασχολούν τον άνθρωπο. Οι άνθρωποι συνεχώς αναζητούν νέες πηγές- μορφές ενέργειας, ώστε να μπορούν να καλύψουν τις διάφορες ανάγκες τους. Μια μορφή ενέργειας που χρησιμοποιούμε στην καθημερινότητα μας είναι η ηλεκτρική ενέργεια ( ηλεκτρικό ρεύμα).αυτή η μορφή δημιουργείται με μια συσκευή που ονομάζεται γεννήτρια, η οποία παράγει ηλεκτρικό ρεύμα χρησιμοποιώντας καποια αλλου είδους ενέργειας. Πιο συγκεκριμένα θα μιλησουμε για τις επαγωγικές γεννήτριες. Οι επαγωγικές γεννήτριες δεν έχουν μεγάλη ιστορία στις διάφορες εργασίες. Αναπτύχθηκαν με την την κατασκευή ανεμογεννητριών, όπου είναι και η κύρια εφαρμογή τους.
ΔΟΜΗ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ Οι ασύγχρονη μηχανή (γεννήτρια ) αποτελείται από ένα ακίνητο μέρος του στάτη και απο ένα κινητό το δρομέα. Ο στάτης φέρει στο εσωτερικό του μέρος αυλακώσεις μέσα στις οποίες τοποθετείται τύλιγμα (μοσφαιρικό,δισφαιρικό,τριφασικό).το τύλιγμα αυτό παίρνει ρεύμα απο το δίκτυο και δημιουργεί ένα μαγνιτικό πεδίοτο οποίο εξ επαγωγής δημιουργεί ρεύμα στον δρομέα.τα ρεύματα αυτά μαζί με το πεδίο που τα δημιούργησε προκαλούν δυνάμεις και κατά συνέπεια ηλεκτρομαγνιτική ροπή, με την επίδραση της οποίας ο δρομέας περιστρέφεται. ( Τα C1, C2, C3 είναι οι φάσεις της γεννήτριας ) Οι αυλακώσεις του στάτη μέσα στις οποίες τοποθετείται το τύλιγμα εχουν κατάλληλο σχήμα και αυτές που συναντάμε σήμερα είναι αυλακώσεις κατά το μισό ανοιχτές και στον δρμέα
ανοιχτές κατά το μισό κλειστές. η καλύτερη περίπτωση είναι οι αυλακώσεις να είναι κλειστές αλλά αυτό συνεπάγεται δύσκολη τοποθέτηση των αγωγών μέσα σ αυτές. Οσο μικραίνει το άνοιγμα μιας αυλάκωσεις τόσο μικρότερη γίνεται σκέδαση και τόσο μεγαλύτερη ασφάλεια έχουμε έναντη των φυγοκεντρικών δυνάμεων.όσο μεγαλύτερο είναιι το μέγεθος της μηχανής τόσο πιο δύσκολα γίνονται τα πράγματα, γιατί μεγαλώνουν οι δυσκολίες στην τοποθέτηση των τυλιγμάτων και η μηχανή γίνεται αντιοικονομική. Στον στάτη όμως συναντάμε και ανοιχτές αυλακώσεις.αυτό συμβαινει για μηχανές υψηλής τάσης (π.χ. 6 KV) όπου τα τυλίγματα απαιτούν ενισχυμένη μόνωση, αυτά κατασκευάζονται εκτός της μηχανής και τοποθετούνται μέσα στις αυλακώσεις. Στην παραπάνω φοτογραφία φαίνονται διάφορες αυλακώσεις του δρομέα. Οι τοποθετήσεις των τυλιγμάτων στις αυλακώσεις γίνεται με τους εξης τρόπους
- Η περιέλιξη γίνεται εκτός της μηχανής χρησιμοποιώνας ένα καλούπι. Αφού πάρει την τελική του μορφή τότε εισάγεται στις αυλακώσεις. - Η περιέλιξη γίνεται πάνω στη μηχανή. Για να γίνει η περιέλιξη με τους δύο παραπάνω τρόπους πρέπει οι αυλακώσεις να είναι τουλάχιστον μισό ανοιχτές. - Τα τυλίγματα παίρνουν την πλήρημορφή τους έξω από τη μηχανή μονώνονται και τοποθετούνται κατευθείαν μέσα στις αυλακώσεις, οι οποίες πρέπει να είναι τελείως ανοιχτές. Σήμερα χρησιμοποιούνταιπεριελικτικές μηχανέςγια όλη την περιέλιξη χωρίς να παρεμβαίνει, αν αυτό γίνεται για μηχανές μέχρι 10 KW. ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Αρχικά θα μιλήσουε για το βασικό θεώρημα των Ferrari και Tesla,όπου και οι δύο ξεχωριστά ανακάλυψαν πως πηνία εν στάση μπορεί να δημιουργηθεί στρεφόμενο πεδίο, αρκει τα πηνία να έχουν κατάλληλη διάταξη στο χώρο και να τροφοδοτηθούν με εναλλασσόμενα ρεύματα καθορισμένης διαφοράς φάσης. Η ανακάλυψη αυτή μαζί με την ιδότητα του μετασχηματισμού του Ε.Ρ. αποτέλεσε την αρχη για την κατασκευή των τριφασικών κινητήρων. Με βάση του παραπάνω θεωρήματως, δημιουργίθηκαν και οι τριφασικες γεννήτριες. Στην περίπτωση αυτή δεν τροφοδοτούμε τα πηνία με ενν αλλασσόμενο ρεύμα ώστε νε υπαρχεί περιστροφή, αντίθετα εμείς μέσω διαφορων πηγών ενέρειας, τροφοδοτούμε με κινητική ενέργεια,προκαλούμε περιστροφή, ταχύτερη περιστροφή απο την συγχρονη, στην μηχανή και παράγουμε εναλλασσόμενο τριφασικό ρεύμα, απ αυτεπαγωγή.πιο αναλυτικά, απαιτεί μια εξωτερική ροπή που εφαρμόζεται στον ρότορα ώστε να γυρίσει πιο γρήγορα από την σύγχρονη ταχύτητα. Εντούτοις, η αυξανόμενη ροπή δεν επιφέρει απεριόριστη αύξηση της
παραγωγής ενέργειας. Η περιστρεφόμενη ροπή μαγνητικού πεδίου που διεγείρεται από τον οπλισμό λειτουργεί για να αντισταθμίσει την κίνηση του δρομέα και να αποτρέψει την υπερβολική ταχύτητα λόγω της επαγόμενης κίνησης στην αντίθετη κατεύθυνση. Καθώς η ταχύτητα του κινητήρα αυξάνεται, η ροπή του μετρητή φτάνει σε μια μέγιστη τιμή ροπής (ροπή διάσχισης) ώστε να μπορεί να λειτουργήσει μέχρις ότου οι συνθήκες λειτουργίας γίνουν ασταθείς. Στην ιδανική περίπτωση, οι γεννήτριες επαγωγής λειτουργούν καλύτερα στην σταθερή περιοχή μεταξύ της κατάστασης χωρίς φορτίο και της μέγιστης περιοχής ροπής. Εκκινήση επαγωγικής γεννητριας Μια επαγωγική γεννήτρια συνήθως αντλεί την ισχύ διέγερσης από ένα ηλεκτρικό δίκτυο.εξαιτίας αυτού, ι γεννήτριες επαγωγής δεν μπορούν συνήθως να κάνουν black start ένα σύστημα απενεργοποιημένης διανομής. Μερικές φορές, ωστόσο αυτό-διεγείρονται με τη χρήση πυκνωτων διόρθωσης φάσης. Περιορισμοί Μια γεννήτρια επαγωγής συνδεδεμένη με ένα σύστημα πυκνωτή μπορεί να παράγει επαρκή αντιδραστική ισχύ για να λειτουργεί από μόνη της. Όταν το ρεύμα φορτίου υπερβεί την ικανότητα της γεννήτριας να τροφοδοτεί τόσο την ενεργητική ισχύ μαγνητισμού όσο και την ισχύ φόρτισης, η γεννήτρια θα παύσει αμέσως να παράγει ενέργεια. Το φορτίο πρέπει να αφαιρεθεί και η γεννήτρια επαγωγής να ξαναρχίσει είτε με μια πηγή DC είτε, αν υπάρχει, με υπολειμματικό μαγνητισμό στον πυρήνα. [1]
Οι γεννήτριες επαγωγής είναι ιδιαίτερα κατάλληλες για σταθμούς παραγωγής αιολικής ενέργειας, καθώς στην περίπτωση αυτή η ταχύτητα είναι πάντα ένας μεταβλητός παράγοντας. Σε αντίθεση με τους σύγχρονους κινητήρες, οι γεννήτριες επαγωγής εξαρτώνται από το φορτίο και δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνοι για έλεγχο συχνότητας δικτύο. Παράδειγμα εφαρμογής Για παράδειγμα, εξετάστε τη χρήση ενός τριφασικού επαγωγικού κινητήρα 10 hp, 1760 r / min, 440 V ως ασύγχρονη γεννήτρια. Το ρεύμα πλήρους φορτίου του κινητήρα είναι 10Α και ο συντελεστής ισχύος πλήρους φορτίου είναι 0,8. Απαιτούμενη χωρητικότητα ανά φάση εάν οι πυκνωτές είναι συνδεδεμένοι σε δέλτα: Προφανής ισχύς S = 3 E I = 1,73 440 10 = 7612 VA Ενεργή ισχύς P = S cos θ = 7612 0,8 = 6090 W Ανενεργή ισχύς Q = {\ displaystyle {\ sqrt {S ^ {2} -P ^ {2}}}} {\ sqrt {S ^ {2} -P ^ {2}} = Για να λειτουργεί ένα μηχάνημα ως ασύγχρονη γεννήτρια, η τράπεζα πυκνωτών πρέπει να παρέχει τουλάχιστον 4567/3 φάσεις = 1523 VAR ανά φάση. Η τάση ανά πυκνωτή είναι 440 V επειδή οι πυκνωτές συνδέονται σε δέλτα. Χωρητικό ρεύμα Ic = Q / E = 1523/440 = 3,46 Α Χωρητική αντίσταση ανά φάση Xc = E / Ic = 127 Ω Ελάχιστη χωρητικότητα ανά φάση:
C = 1 / (2 * π * f * Xc) = 1 / (2 * 3.141 * 60 * 127) = 21 μικροφάρες. Εάν το φορτίο απορροφά επίσης την άεργη ισχύ, η τράπεζα πυκνωτών πρέπει να αυξηθεί σε μέγεθος για να αντισταθμιστεί. Η ταχύτητα του πρωτεύοντος κινητήρα πρέπει να χρησιμοποιείται για τη δημιουργία συχνότητας 60 Hz: Συνήθως, η ολίσθηση πρέπει να είναι παρόμοια με την τιμή πλήρους φορτίου όταν η μηχανή λειτουργεί ως κινητήρας, αλλά αρνητική (λειτουργία γεννήτριας): εάν Ns = 1800, μπορείτε να επιλέξετε N = Ns + 40 rpm Απαιτούμενη ταχύτητα κύριου κινητήρα N = 1800 + 40 = 1840 σ.α.λ. Εφαρμογές επαγωγικών γεννητριών Οι γεννήτριες επαγωγής είναι χρήσιμες σε εφαρμογές όπως μικρές υδροηλεκτρικές μονάδες, ανεμογεννήτριες ή στη μείωση των ροών αερίου υψηλής πίεσης σε χαμηλότερη πίεση, επειδή μπορούν να ανακτήσουν ενέργεια με σχετικά απλά χειριστήρια.
Επίλογος Συμπερένωντα απο τα παραπάνω, κατανοούμε ότι οι επαγωγικές γεννητριες είναι ένα ειδικό κεφαλαιο στο χώρο των ηλεκτρικών μηχανών. Επισης οι εφαρμογές του δεν είναι στην καθημερινότητα των ανθρώπων ε, επομένως είναι και πιο δυσκολο να τις καταλάβουμε. Βιβλιογραφία - https://en.wikipedia.org/wiki/induction_generator#active_p ower - Ηλεκτρικές μηχανες ασύγχρονες-σύγχρονες ΤΕΙ Λάρισας