Hoofstuk 16 – Sinchroongenerators

1. Hoofstuk 16 – Sinchroongenerators • Basiese werking • Basiese konstruksie en werking • Verskillende veldopwekkingsmetodes • Verskillende rotor konstruksies • Nullaskenkromme • Sinchroonreaktansie • Sinchroongenerator onder las • Sinchronisasie van sinchroongenerators • Oneindige stam en beheer van werksdrywing en reaktiewe drywing • Veilige bedryfsarea Addisionele bronne: • Sen: Principles of Electric Machines and Power Electronics, Tweede uitgawe, 1996.

2. Basiese werking (Sen: 16.1) • ’n Sinchroongenerator se 3-fase spannings word opgewek deurdat ’n rotor waarmee ’n vloed opgewek word in die masjien roteer.

3. Verskillende topologieë (16.1 – 16.6) • Die onderstaande figuur toon ’n sinchroongenerator en ’n gs.-generator om die veldstroom op te wek.

4. Verskillende topologieë (16.1 – 16.6) • Die onderstaande figuur toon ’n sinchroongenerator en ’n stationêre veld generator om die veldstroom op te wek. In hierdie voorbeeld word nie van sleepringe of borsels gebruik gemaak nie.

5. Rotorkonstruksies (16.4) • Daar word van twee tipes rotorkonstruksies gebruik gemaak, naamlik ronderotor en speekpoolrotors. • Ronde rotors assosieer ons met hoë spoed generators • Speekpool rotors assosieer ons met lae spoed generators • Die foto hieronder toon die rotor van ’n 36 pool hidrogenerator.

6. Rotorkonstruksies (16.4) • Hierdie foto toon die rotor van ’n 1500 o.p.m. stoomturbine generator.

7. Nullaskenkromme (16.8) • Die nullaskenkromme word bepaal deur die sinchroongenerator teen sinchroonspoed te roteer en dan die terminaalspanning teenoor veldstroom te stip.

8. Sinchroonreaktansie (16.9, Sen: 6.4.1) • Die sinchroonreaktansie (Xs) word bepaal deur nullas- en kortsluittoetse te doen. • Hiervolgens word twee kenkrommes bepaal, naamlik die nullaskenkromme en die kortsluitkenkromme • Volgens die verwagte gebied waar die generator bedryf gaan word, kan die spanning en die stroom vir ’n bepaalde veldstroom afgelees word en die sinchroonreaktansie bepaal word volgens

9. Sinchroongenerator onder las (16.13) • Die eenvoudigste ekwivalente baan vir ’n sinchroongenerator is die volgende: • Die fasordiagramme vir laste met nalopende en voorlopende arbeidsfaktore kan as volg getoon word:

10. Regulasiekrommes (16.14) • Dit is duidelik vanuit die fasordiagramme dat die geïnduseerde generatorspanning heelwat varieer as ’n funksie van die arbeidsfaktor van die las. Die onderstaande toon aan hoe die terminaalspanning sal varieer as ’n funksie van lasgrote (met konstante arbeidsfaktore) indien die geïnduseerde spanning konstant gehou word:

11. Sinchronisasie van sinchroongenerators (16.16) • Vir sinchroongenerators om gesinchroniseer te word met ander generators is die volgende vereistes nodig: • Die frekwensie van die generator is dieselfde as die frekwensie van die stelsel. • Die grote van die generator se terminaalspanning is dieselfde as die grote van die spanning van die stelsel. • Die generator se terminaalspanning is in fase met die stelsel se spanning. • Die fase volgorde van die generator is dieselfde as die stelsel.

12. Beheer van werks- en reaktiewe drywing na sinchronisasie (16.16) • Na sinchronisasie is daar twee veranderlikes van die generator wat beheer kan word: • Veldstroom • Meganiese wringkrag deur die aandrywing (turbine, ens.)

13. Oneindige stam – invloed van ’n variërende veldstroom (16.17) • Met die veldstroom het ons beheer oor die reaktiewe drywing gelewer/geabsorbeer deur die generator:

14. Oneindige stam – invloed van ’n variërende meganiese wringkrag (16.18) • Met die meganiese wringkrag het ons beheer oor die werksdrywing gelewer aan die stelsel:

15. Werksdrywing gelewer deur die generator (16.20) • Die volgende vergelyking kan afgelei word vir ronde-rotor generators om die verband te kry tussen die aktiewe drywing gelewer deur die generator en die drywingshoek, die grote van die spannings en die grote van die reaktansie:

16. Veilige bedryfsgebied (Sen: 6.6) • Die volledige vergelykings vir die werksdrywing en die reaktiewe drywing kan afgelei word en as konsentriese sirkels gestip word met P op die x-as en Q op die y-as:

17. Veilige bedryfsarea (Sen: 6.6) • Die veilige bedryfsarea van sinchroonmasjiene word bepaal deur die volgende faktore: • Stator oorverhitting (maksimum statorstroom) • Rotor oorverhitting (maksimum rotorstroom) • Gestadigde toestand stabiliteitslimiet (maksimum P)