Synkrongeneratorn och trefas
Synkrongeneratorn och trefas R S’ N 1 uR m 0.8 0.6 0.4 T’ 0.2 uS 0 -0.2 -0.4 T S -0.6 S uT -0.8 -1 0 0.005 R’ Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation 0.01 0.015 0.0 Översikt • Trefasspänning • Y- och delta-koppling • Symmetri • Nolla, skyddsjord och jordfelsbrytare • Moment – Momentbildning – Infasning – Momentbalans • Trefaseffekt • Effektreglering av synkrongenerator Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 2 Trefaseffekt = ~ Induktion i trefaslindning • Mekaniska och elektriska vinklar samma vid tvåpolig maskin Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 4 Tre spänningskällor • Varje källa har inre impedans – Mest induktans men också lite resistans Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 5 Komplexa spänningar Komplext (eng. phasor) eˆ j 0 Ea e 2 eˆ j120 Eb e 2 eˆ j 240 Ec e 2 • Belopp på komplexa storheter är effektivvärde i detta ämne • Toppvärde förekommer i andra sammanhang Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 6 Stjärn-koppling eller Y-koppling Huvudspänning Uh = Nolla 3 Fasspänning Uf -Eb Exempel 400V = 3 230V 380V = 3 220V Om inget annat anges: Effektivvärde, huvudspänning Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 7 Trefaslast N D- eller delta-koppling Uh över varje impedans Typiskt värmeelement eller lindning i motor eller transformator Y- eller stjärnkoppling Uf över varje impedans • Till varje delta-kopplad last finns en ekvivalent y-koppling – Har samma Z mellan anslutningarna, se Ex G3.3 • Omvänt går endast om nollan ej är ansluten Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 8 Symmetrisk trefas • Spänning och ström – Samma amplitud i alla faser – Fasskillnad 120° mellan faserna • Last – Alla faser lika Ex G3.1 Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 9 Nolledare • Nolla saknas vid delta-koppling • Nolla kan saknas vid Y-koppling • Nolla skapas i transformator med exv. Y-kopplad trefaslindning Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 10 Nolledare vid symmetri in=ia+ib+ic=0 Ic • Symmetri ingen ström i nolledaren Ia Ib In=Ia+Ib+Ic=0 • Nolledare behövs ej – Kraftledningar har bara tre ledare – Tre faser minimum för att uppnå detta Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 11 Enfaslast N Ansluts mellan fas och nolla - All mindre hushållslast (Trefasmatning av spis o.likn. som drar mer effekt) Faserna olika belastade ström i nolledaren Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 12 Enfasberäkningar av symmetrisk trefas • Symmetri antas – Nollpunkter i källa och last på samma potential (även om ingen nolledare) – Räkna på en fas - de andra lika ±120° – Delta-koppling kan räknas om till Y-koppling Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 13 Trefaseffekt Uh Uf huvudspänning Uh 3U f fasspänning S 3U f I 3Uh I S S 3U f I * Olika fas på U h och U f gör att S 3U h I * är fel Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 14 Trefaseffekt huvudspänning Uh 3U f fasspänning S 3U f I 3Uh I S S 3U f I * U 2f Uh2 P S cos 3U f I cos 3Uh I cos 3 3Rs I 2 Rp Rp Standarduttrycken Ingen trea! U 2f U h2 Q S sin 3U f I sin 3Uh I sin 3 3X s I 2 Xp Xp Ex G3.2 Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 15 Många val gör det oöverskådligt • Visare eller ögonblicksvärde – Ie–j eller îsin(t-)) • Komplex, aktiv eller reaktiv effekt – S=P+jQ • En eller tre faser – U eller 3Uf, √3Uh • Serie- eller parallellkoppling – Zs=Rs+jXs, Ys=1/Rp+1/(jXp) Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson OBS1/j= – j 16 Trefaseffekt – ögonblicksvärde • För varje fas beräknas (som på förra föreläsningen) pR(t)=ufas(t)iR(t) pL(t)=ufas(t)iL(t) Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 17 Reaktiv trefaseffekt • pL1(t)+pL2(t)+pL3(t)=0 • Reaktiv trefaseffekt:=3Q1 Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 18 Aktiv trefaseffekt • pR1(t)+pR2(t)+pR3(t)=Konstant=3P1 • Växelströmsmaskin har konstant moment • Aktiv trefaseffekt:=3P1 Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 19 Elcentral 400 V Sverige • Nolla från transformator Transformator • PEN delas i två ledare • Neutral PEN Säkringar – Nolla till laster lastström i N – Genom jordfelsbrytare • Protective Earth JFB – Skyddsjord bara felström i PE – Ingen säkring Säkringar L1 L2 L3 N PE – Ej genom jordfelsbrytare Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 20 Transformator Jordning PEN JFB • Nollpotential L1L2L3N PE – Spett/nät/rör i marken • Jordanslutning av nollpunkt kan göras på olika sätt – Direkt (normalt på 400 V och 400 kV) – Ingen förbindelse – Genom resistans – Genom induktans (normalt 10-20 kV) Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 21 Transformator Skyddsjord PEN JFB • Ansluten till jord L1L2L3N PE • Jordledare – Leder ström bara vid fel – Normalt strömlös • Kopplas till apparathölje – Håller på nollpotential om det spänningssätts – Erbjuder en strömväg till jord/nolla som har lägre impedans än den genom människa Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 22 Jordfelsbrytare • Jordfel – ström går till jord (ev. via människa) • Jordfelsbrytaren bryter vid tillräcklig felström – 30 mA för att förhindra personskada – 300 mA för att förhindra brand Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 23 Jordfelsbrytare • Standard – Fasledare L1, L2, L3 – Nolledare N blå – Skyddsjord gul/grön (PE Protective Earth) TESTKNAPP • Brytvillkor: strömmarna L1+L2+L3+N>30 (300) mA • Broschyren ”Att installera jordfelsbrytare” • http://www.elsakerhetsverket.se/globalassets/publikationer/broschyr_jordfelsbrytare-2013.pdf Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 24 Trefaslindning som trefaslast • Tre lindningar med olika huvudriktning • ej0° • ej120 ° • ej240° Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 25 Animering • Trefaslindning • Trefasspänning • ”Trefasflöde” • Roterande flöde Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 26 Rotation • Kompassnål i statorn skulle rotera • Starkare magnet likaså Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 27 Momentbildning • N-pol och S-pol attraheras som om där satt en fjäder • Generator: Rotorn drar statorfältet • Motor: Statorfältet drar rotorn • Rotor och statorfält skiljer bara på vinkel och roterar alltså lika fort och är därmed synkrona Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 28 Lastvinkel Generator Motor • Momentet maximalt vid ±90° • Vid större T tappas synkronismen Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 29 Tomgång • Varken motor eller generator • Inget vridmoment • Inga strömmar – Urkoppling skulle inte märkas – Återinkoppling skulle inte märkas! Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 30 Infasning • Synkrongenerator kopplas till nät • Turbin driver maskinen • Målet är tomgång • Rotor och statorfält ska stämma – Rotationsriktning – Varvtal och frekvens – Fasläge – Spänning Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 31 Infasning på lab • Fasningsdonets fasningsvillkor – Mörk: Alla lampor släckta Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 32 Reaktiv effekt och spänning Inget Z anslutet ger XI=0 ger U=E Z=jL Z=-j/(C) •Inkoppling av L (dra Q) sänker U så U<E •Inkoppling av C (mata in Q) höjer U så U>E •Om resistans ingår i Z tillkommer att E och U har olika fasvinkel Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 33 Synkrongeneratorns effekt Synkrongenerator Infasning ger tomgång, I=0, U=E Styrmöjligheter om U antas fast: Rotorström avgör rotorflöde avgör spänning E Mekanisk ineffekt ≈ Aktiv elektrisk uteffekt P Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 34 Styrbar generatoreffekt Synkrongenerator Rotorström avgör spänning E, förflyttning på Pt-linje Mekanisk ineffekt påverkar P, förflyttning på E-kurva Lunds universitet/LTH/BME/IEA Elenergiteknik Olof Samuelsson 35 Sammanfattning • Trefas – Symmetri – Y och delta – Nolla (jordningspunkt) • Elcentral, skyddsjord och jordfelsbrytare • Generator och motor samma maskin – Generator: Roterande konstant rotorflöde ger växelspänning i tre statorlindningar – Motor: Växelspänning i tre statorlindningar ger roterande konstant statorflöde • Tomgång neutralläge utan ström – Infasning • Reaktiv effekt styr spänning i (induktivt) elnät 36
© Copyright 2024