Regimurile de functionare, bilantul de puteri si randamentul

Regimurile de functionare, bilantul de puteri si randamentul

1. Cuplul electromagnetic dezvoltat cand masina este cuplata la retea

Daca tensiunea retelei U si t.e.m. E₀ a generatorului au aceeasi pulsatie w₁, se pastreaza relatia:

E₀=U+RI+jx₀I+jx_aI=U+RI+jx_sI

Avand in vedere ca la masina sincrona rezistenta R si reactanta x₀ sunt mici fata de reactanta x_s, iar in relatia U+RI+jx₀I=E=E₀+E_a se poate considera U E si ecuatia E₀=U+RI+jx₀I+jx_aI=U+RI+jx_sI devine E₀ U+jx_sI.

Cu aceste simplificari diafragma de fazori si puterea electromagnetica a motorului sincron trifazat se aproximeaza cu:

P_e 3EIcosj 3UIcosj

2. Definitia regimurilor de generator si motor

Considerand ca rotorul masinii W W₁, E₀ are pulsatia w=pW W₁, unghiul intre q, definit de reactia indusului variaza continuu iar cuplul electromagnetic dat de relatia:

P_e (3UE₀/x_s)sinq

M_e=P_e/W₁ (3E₀/W₁x_s)sinq

Este un cuplu alternativ, deci cu valoare medie nula. Astfel ne dam seama ca motorul sincron nu dezvolta un cuplu electromagnetic decat atunci cand W W₁, adica rotorul are turatia de sincronism impusa de pulsatia w₁ a retelei la care este cuplata masina. Daca motorul sincron functioneaza pe retea proprie ca generator, acesta impune si frecventa retelei alimentate. Din aceasta cauza, cuplul electromagnetic al motorului sincron se mai numeste "cuplu sincron".

Daca masina cuplata la retea functioneaza in regim de generator, adica da energie activa in retea, trebuie sa fie antrenata de un motor primar care sa conduca la cresterea unghiului intre q, definit la relatia indusului si P_e 0, din relatia:

P_e (3UE₀/x_s)sinq

M_e=P_e/W₁ (3UE₀/W₁x_s)sinq

In regim de generator, campul rezultat este declarat in urma campului inductor. Daca q=0, motorul nu da si nu primeste energie activa. Daca la arborele masinii apare un cuplu rezistent, care tinde sa scada turatia rotorului, axa polului rotoric ramane in urma fata de axa polului campului rezultant, deci q=0, apare un cuplu sincron, motorul primeste energie activa de la retea si dezvolta un cuplu mecanic la arbori. In acest caz, acesta functioneaza in regim de motor. Cand masina este cuplata la retea, dar nu se schimba putere activa cu ea, deci q=0, dar poate da sau primi energie reactiva, se spune ca functioneaza in regim de compensator.

3. Bilantul de puteri active si randamentul

Schimbul de energie a masinii sincrone cu reteaua la care este conectata depinde, cum s-a aratat, de regimul sau de functionare.

Puterea utila poate fi activa la motor, activ-reactiva la generator si complet reactiva la compensator.

Randamentul unui motor fiind definit de puterile active- primita P₁ si cedata P₂- se va urmari relatia dintre aceste puteri si pierderile de putere activa din motor. Ca orice motor rotativ, cel sincron are pierderi mecanice P _v - de frecare si de mutilatii, pierderi in circuitul magnetic al indusului P_Fe1 - datorita variatiei in timp a fluxului magnetic, pierderile in infasurarea trifazata a indusului P_w=3RI² si pierderi in infasurarea de excitatie P_ex=R_eF_e².

Randamentul, trebuie precizat pentru un anumit factor de putere.

Reprezentarea schematica a bilantului de puteri active, conduce si la relatiile randamentului h_G - pentru generator si h_M - pentru motor:

h_G=P₂/P₁=P₂/(P₂+a_p

3UIcosj 3UIcosj+P_w+P_Fe+P _v(+P_ex)

h_M=P₂/P₁=(P₁-a_p)/P₁=

3UIcosj-P_w-P_Fe-P _v(-P_ex)/ 3UIcosj