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Macchina sincrona

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[1] Macchina sincrona

Messaggioda Foto Utenteloganwolverine » 26 lug 2018, 10:52

Buongiorno,
nel generatore sincrono la regolazione della potenza attiva erogata avviene aumentando o diminuendo la velocità del rotore e quindi del vettore E (rotore) solidale alla posizione spaziale del rotore rispetto al vettore rotante V rete (50 Hz) dello statore.

Se, a partire dal funzionamento a vuoto, a parità di corrente di eccitazione si aumenta la potenza meccanica fornita dal motore primo (aumentando l'iniezione d'acqua o di vapore per le turbine o di combustibile per i motori termici), la coppia motrice supera quella elettromagnetica che le fa equilibrio, il rotore tende ad accelerare; la f.e.m. di induttore si porta in anticipo rispetto al fasore rappresentativo della tensione di rete, l’angolo di carico, da nullo che era, inizia ad aumentare (con segno positivo), comportando un incremento della coppia elettromagnetica, ed entrambe (angolo e coppia elettromagnetica) aumentano finché si raggiunge una condizione di equilibrio con la coppia motrice del motore
primo. Dato che l’angolo di carico è positivo, la macchina sta generando potenza attiva (elettrica).

In questa fase mi chiedo.. la frequenza generata dipende dalla velocità del rotore quindi se il rotore aumenta di velocità (sopra i 1500 rpm es (4 poli)) significa che la frequenza aumenta anch'essa??

Se il generatore fosse in isola ed alimentasse direttamente il carico cambierebbero le considerazioni riguardo alla frequenza in uscita dal generatore??

Grazie.
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[2] Re: Macchina sincrona

Messaggioda Foto UtenteFilippoKK » 26 lug 2018, 12:14

Se non vado errando la frequenza del rotore aumenta a tutti gli effetti, ma l'angolo di anticipo che guadagna il rotore e che consente la presa di carico è talmente piccolo che questa differenza di frequenza diventa irrisoria.

Se il generatore lavorasse singolarmente in isola non si avrebbero prese di carico in quanto sarebbe l'unica macchina generatrice nella sua rete, quindi il problema non dovrebbe nemmeno esistere (la frequenza della rete sarà effettivamente quella del singolo generatore).

Corrreggetemi se sbaglio

Un saluto
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[3] Re: Macchina sincrona

Messaggioda Foto Utenteloganwolverine » 26 lug 2018, 13:05

Vediamo se risponde anche qualcun altro in modo da confermare e dare spiegazioni. O_/
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[4] Re: Macchina sincrona

Messaggioda Foto UtenteFrancescocani » 26 lug 2018, 19:38

Salve a tutti , avrei una semplice domanda : considerando il diagramma vettoriale di funzionamento ad esempio di un alternatore avremo che ci sarà un certo angolo tra la fem a carico (E) e quella a vuoto(E0) . La potenza massima attiva trasmessa si ha per questo angolo = pigreco /2 con la corrente I di conseguenza non in fase con E0 mentre a me verrebbe logicamente da pensare che la potenza attiva massima si ha quando il carico è puramente resistivo , ovvero quando I è in fase con E0 ( e l'angolo tra E ed E0 sarà diverso da 90)
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[5] Re: Macchina sincrona

Messaggioda Foto UtenteEdmondDantes » 26 lug 2018, 20:03

Intanto puoi iniziare a leggere questa memoria.
Provo a scrivere qualcosa tra un po'.
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[6] Re: Macchina sincrona

Messaggioda Foto UtenteEdmondDantes » 26 lug 2018, 21:16

Provo a scrivere due righe, sperando di essere il più umile possibile e cercando di non fare troppa teoria H-demica.
La memoria precedente e' importante in quanto introduce il concetto di riserva di stabilita' di una macchina sincrona collegata alla rete (che immaginiamo a potenza prevalente. Sai cosa significa?).

Come si suol dire in questi casi, mi permetto considerare una macchina a rotore liscio che eroga la potenza P, collegata alla rete elettrica e ne trascuro la non linearità (sto cercando di essere il meno H-demico possibile, mi riesce bene in questo caso, altrimenti non sarei in grado di spiegarti nulla :mrgreen: :mrgreen: ).
Inoltre, si considera costante l'eccitazione della macchina.

Nelle macchine di elevata potenza e' possibile trascurare anche la resistenza di armatura e di conseguenza la relativa c.d.t. durante il funzionamento della macchina in esame.
Stiamo svolgendo un esame qualitativo del fenomeno e introduciamo delle approssimazioni senza essere approssimativi. Lo studio teorico e l'esperienza, infatti, ci permettono di affermare che il fenomeno della riserva di stabilità (in pratica il problema da te esposto) può essere introdotto qualitativamente, considerando il diagramma di Behn-Eschenburg:



Una della grandezze fondamentali del diagramma e' l'angolo \delta, significativo per la stabilita' della macchina e del suo governo. Tale angolo prende il nome di angolo di coppia.
Perché si chiama angolo di coppia? Aspetto risposta.
Non introduco il significato degli altri simboli, credo che sia superfluo. Se hai dei dubbi chiedi pure.

Proiettando l'estremo di E0 sulla direzione di V, ragionando in termini di angoli simili e rette normali, individuiamo l'angolo di carico \varphi.

Da queste semplici considerazioni, compreso l'espressione della potenza P della macchina, e saltando alcuni passaggi intermedi, possiamo scrivere la seguente espressione della potenza P (e' una legge che studiosi di macchine elettriche e gestori di reti dovrebbero tatuarsi sulla pelle):

P=\frac{E_{0}V}{X_{s}}\sin\delta.

La potenza varia secondo la sinusoide dell'angolo di coppia.
La reattanza Xs e' costante (per fortuna ho scelto il rotore liscio... sai che dolori con uno a poli salienti... :mrgreen: :mrgreen: ), V e' costante in quanto la rete e' a potenza prevalente (oh, ho dato la risposta ad una mia precedente domanda... vabbe' ti rimane l'altra) e E0 e' costante in quanto lo e' l'eccitazione.
In pratica cosa possiamo dire? Possiamo affermare che il massimo della funzione P e' costante (e meno male... chissa' che fatica tener conto di una sinusoide ballerina... :mrgreen: :mrgreen: ).

Ma tutto questo cosa significa? Significa che la potenza attiva erogabile dalla macchina varia sinusoidalmente, secondo l'angolo di coppia, quindi al variare della potenza meccanica fornita dal motore primo (che tipo di motore e' non mi interessa: potrebbero essere anche le cascate del Niagara):



Consideriamo adesso una condizione di funzionamento a regime della macchina: potenza erogata P0 con angolo di coppia \delta _{0}.
Immaginiamo adesso che per qualsiasi motivo ci sia un incremento della coppia motrice (piccola, cioe' tale che il sistema possa reagire senza diventare instabile, le masse rotanti accelerano e di conseguenza la f.e.m anticipa se stessa, incrementando l'angolo di coppia. Tutto questo accade in quanto V e' fissa: rete a potenza prevalente (non posso attendere la tua risposta, altrimenti non potrei risponderti :mrgreen: ).
Se l'angolo di coppia aumenta, la potenza aumenta (immagiamo P1 e \delta _{1}).
In corrispondenza del nuovo angolo di coppia, si ha un nuovo valore di coppia resistente elettromagnetica al traferro tale da equilibrare la coppia elettromotrice (la velocità della macchina può variare, ma a regime e' e sara' sempre quella di sincronismo. Punto. Diversa da quella precedente, se la pertubazione e' permanente).
La perturbazione e' stata piccola e il sistema e' stato in grado di reagire in modo da opporsi all'accelerazione, trovando una nuova condizione di equilibrio.
Attenzione, l'angolo di coppia dovrebbe esser sempre inferiore a \frac{\pi }{2}, in quanto sul tratto discendente la potenza erogata (quindi la coppia elettromagnetica al traferro) diminuisce, ma se la coppia motrice aumenta, come abbiamo detto, che succede? La macchina accelera sempre piu'... in pratica il tratto discendente e' associato (anche se erroneamente, in quanto devono accadere altri fattori affinché il fenomeno diventi instabile a tutti gli effeti) alla parte instabile di funzionamento della macchina.

Un discorso analogo si puo' fare anche per la macchina a poli salienti, considerando il diagramma di Blondel.
Il principio del ragionamento non cambia, salvo che l'angolo di coppia compare in armoniche di coppia, dando luogo ad una curva P-delta deformata con limite di stabilita' statica inferiore a \frac{\pi }{2} e che la macchina continua a funzionare anche senza eccitazione vista l'esistenza di un termine indipendente dalla stessa.

Considerazioni finali:
- Foto UtenteFilippoKK: idee confuse. Soprattutto la seconda affermazione che non sta in piedi in nessun campo fisico-matematico-artistico creato o da creare :mrgreen: :mrgreen: :mrgreen:
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[7] Re: Macchina sincrona

Messaggioda Foto UtenteEdmondDantes » 26 lug 2018, 21:48

Foto UtenteFrancescocani puoi spiegarti meglio?
Stai confondendo l'angolo di coppia (di natura meccanica ed elettromagnetica) con l'angolo di carico (di tipo elettrico).
Inoltre non devi considerare l'angolo fra E a carico e E0 a vuoto, ma fra E e V delle sbarre di alimentazione. La differenza e' sostanziale.
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[8] Re: Macchina sincrona

Messaggioda Foto Utenteloganwolverine » 27 lug 2018, 8:27

Foto UtenteEdmondDantes grazie per l'esaustiva risposta,
correggimi se sbaglio, da quanto hai scritto deduco che quando un generatore sincrono è connesso ad una rete di potenza infinita (quindi con tensione V e frequenza f fissata dalla rete) se il rotore dovesse accelerare restando all'interno della zona di stabilità il sistema trova un nuovo equilibrio (con angolo di carico maggiore rispetto alla condizione precedente ) con potenza elettrica erogata in rete maggiore (angolo di carico < 90 gradi) ovviamente durante questo transitorio il regolatore di frequenza dovrà diminuire l'iniezione d'acqua o di vapore per le turbine o di combustibile per i motori termici. Se ciò non si verificasse il generatore entra nella zona di instabilità e va in fuga corretto?

Tutto ciò vale quando il generatore è connesso in parallelo ad une rete di potenza infinita quindi non riesce ad imporre una frequenza superiore a quella di rete (50 Hz).

Ma se il generatore funzionasse in isola su un impianto industriale cosa accadrebbe? Ogni variazione di velocità del rotore (quindi del regolatore che cerca di mantenere la velocità rotorica a 1500 rpm) comporterebbe un aumento o diminuzione della frequenza di alimentazione corretto? Mentre il malfunzionamento dell' AVR che regola l'eccitazione comporterebbe una variazione del modulo della tensione di alimentazione. Corretto? In tal caso non si parla più di regione di stabilità o instabilità credo.. essendo la tensione ai morsetti statorici non imposta dalla rete (modulo costante e frequenza fissa) ma generata dal generatore stesso.


Grazie O_/
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[9] Re: Macchina sincrona

Messaggioda Foto UtenteEdmondDantes » 27 lug 2018, 13:55

Che corso universitario frequenti? Hai studiato la regolazione della frequenza e della tensione in impianti II?
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[10] Re: Macchina sincrona

Messaggioda Foto Utenteloganwolverine » 27 lug 2018, 14:07

si l'avevo frequentato però sono un po arrugginito .. quanto ho scritto non è corretto? :oops:
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