Generatoarele Sincrone

1. Introducere

Masina sincronă este o maşină electrică de curent alternativ in general trifazat, la care viteza de rotaţie a rotorului in regim permanent stabilizat de funcţionare, este identică cu viteza de rotaţie a cîmpului magnetic învârtitor din întrefier. Prin urmare viteza Ω2 a rotorului este constantă, fiind chiar viteza de sincronism a campului magnetic invârtitor, Ω1, adică:

depinzind numai de frecvenţa f a reţelei şi de numărul de perechi de poli p ai cîmpului, deci de înfăşurare.

Regimul de generator sincron (alternator) este regimul de bază în funcţionarea maşinii sincrone, la fel cum regimul motor este cel de bază pentru maşina asincronă. Impreună cu motorul primar cuplat pe acelaşi ax, formează agregatul de bază (blocul energetic) al oricărei centrale electrice, fiind cea mai importantă componentă a centralei. Dupa felul motorului de antrenare, generatoarele sincrone pot fi: turbogeneratoare, când motorul de antrenare este o turbina cu aburi sau gaze, de turatie mare (1500 sau 3000 rot/min); generatoare antrenate de motoare Diesel, la care turatia este cuprinsa între 500 si 1000 rot/min; hidrogeneratoare, la care motorul de antrenare este o turbina hidraulica, de turatie mica (94 – 500 rot/min).

Puterile masinilor sincrone sunt limitate din considerente mecanice si termice. Astfel, hidrogeneratoarele se construiesc pentru puteri pâna la 500 MVA, iar turbogeneratoarele, pâna la 1000 - 1500 MVA. Prin utilizarea supraconductibilitatii se prevede puterea limita de 2500, respectiv 5000 MVA.

2. Constructia mașinii sincrone, caracteristicile generatorului sincron și marimile nominale

Ca orice masina electrica rotativa, masina sincrona este alcatuita din doua parti principale: statorul si rotorul. La masinile sincrone trifazate de constructie normala, statorul este indusul si este identic cu cel al unei masini asincrone.

Rotorul, care este inductorul masinii sincrone, se executa în doua variante: cu poli aparenti (fig.1, a) -construcţie adoptată la viteze mici şi mijlocii (pană la 1000 rot/min) si cu poli înecati (fig1, b) -construcţie specifică vitezelor ridicate (1500 rot/min şi 3000 rot /min).

Rotorul cu poli aparenti, 1(fig.1, a), este construit dintr-un numar par de poli, 2, (compusi din miezul polului si piesa polara) fixati de butucul rotorului cu buloane sau pene. Pe miezul polilor se afla înfasurarea de excitatie, 3, formata din bobine legate în serie astfel încât polaritatea polilor sa alterneze (N, S, N, S, ). Prin forma lor, piesele polare, 4, asigura o repartitie practic sinusoidala a câmpului magnetic în întrefierul masinii.

La masinile sincrone de mare putere, piesele polare sunt prevazute cu bare din cupru sau alama, scurtcircuitate la capete prin inele (similar înfasurarii rotoarelor motoarelor asincrone în simpla colivie), constituind înfasurarea de amortizare. Rolul acestei înfasurari este de a produce cupluri care sa amortizeze oscilatiile pendulare ale rotorului în jurul pozitiei de functionare stabila. De asemenea, ea serveste la pornirea în asincron a motorului sincron. La acest tip de rotor întrefierul este neuniform, el fiind mic sub piesele polare si foarte mare în portiunile dintre poli. Rotoarele cu poli aparenti se construiesc pentru turatii joase.

Miezul rotorului cu poli înecati, 1, (fig.1, b) este realizat dintr-un bloc cilindric de otel special (Cr- Ni-Mo), de mare rezistenta. La periferia acestui cilindru sunt prevazute crestaturi axiale, distribuite simetric în raport cu partea centrala a polului rotoric, în care sunt plasate conductoarele înfasurarii de excitatie 2. Întrefierul este constant (0,5 - 5cm). Rotoarele cu poli înecati se construiesc pentru turatii mari (3000 rot/min si uneori 1500 rot/min).

La ambele tipuri de rotoare, pe axul lor sunt dispuse doua inele de bronz, la care se conecteaza capetele înfasurarii de excitatie. Prin intermediul a doua perii de grafit, fixe, care calca pe inele, se realizeaza alimentarea înfasurarii rotorice de la o sursa de curent continuu.

Sursa de curent continuu poate fi un generator de curent continuu sau un generator de c.a. asociat cu o instalatie de redresare(excitatoare), situate pe acelasi ax cu masina sincrona sau antrenate de un alt motor (generatoare sincrone cu excitatie independenta); de asemenea, înfasurarea de excitatie se poate alimenta direct de la bornele generatorului sincron, prin intermediul unor transformatoare de tensiune si de curent si al unei instalatii de redresare (generatoare sincrone cu excitatie statica).

Puterea sursei de c.c. reprezinta în general (1 - 1,5)% din puterea masinii sincrone, astfel încât constructia normala este mult mai avantajoasa decât constructia inversata (inductor fix si indus mobil), folosita la masinile de puteri mici sau cu destinatie speciala.