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Avviamento della macchina sincrona

Domanda:

Vorrei sapere quali metodi esistono per l'avviamento di una macchina sincrona?

Risponde admin

Le macchine sincrone, sia generatori che motori, devono essere portate alla velocità di sincronismo stabilita dalla frequenza di rete (n0= 60*f/p rpm) prima di esservi collegate.
I metodi che possono essere usati sono:

1) avviamento con motore di lancio. Un motore asincrono avente una potenza dell'ordine di 1/10 di quella del sincrono, un numero di poli uguale e costruito in modo da avere un basso scorrimento, porta la macchina ad una velocità molto prossima a quella di sincronismo.

2)avviamento con l'eccitatrice. Facendo funzionare come motore la la dinamo eccitatrice coassiale alimentata da una sorgente di corrente continua si porta la macchina alla velocità di sincronismo.

3)avviamento del sincrono come asincrono. Si sfruttano le correnti circolanti nella gabbia di Leblanc, una gabbia di scoiattolo identica a quella degli asincroni, ricavata nel rotore che forniscono la coppia di avviamento portando la macchina ad una velocità molto prossima a quella di sincronismo.

Quando si raggiunge la velocità prossima al sincronismo, si eccita la ruota polare del sincrono fino ad ottenere una tensione uguale in valore efficace a quella di rete e si chiude l'interruttore di macchina nel momento in cui la terna delle tensioni di rete è in fase con la terma delle tensioni di macchina, condizione che si ha quando, ad esempio, tre voltmetri in parallelo ai poli dell'interruttore di macchina segnano tensione nulla. Ha allora origine la coppia sincronizzante ed il sincrono ruota esattamente alla velocità di sincronismo: è, si dice, "al passo". L'eventuale asincrono usato per l'avviamento sarà disinserito. Nella eventuale gabbia di Leblanc le correnti circolanti sono al sincronismo nulle e l'unica coppia presente è quella sincrona.

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Commenti e note

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di ,

Certo. Puoi pensare ai generatori come a più motori collegati allo stesso albero che rappresenta la rete di trasmissione che solleva un peso che rappresenta i carichi elettrici della rete. L'albero è unico e la velocità è comune a tutti i motori. Cosa succede se si aumenta la coppia di un motore ed il peso da sollevare è costante?
L'albero aumenta la sua velocità. Ma l'albero è comune a tutti i motori, i quali ad una variazione di velocità reagiranno a seconda di come è la loro caratteristica meccanica o più in generale il sistema di pilotaggio. Se ad esempio sono tutti motori asincroni in zona di funzionamento stabile ed alimentati a tensione costante, lo scorrimento diminuirà e con esso la corrente assorbita, quindi la coppia erogata. Ad assestamento avvenuto, cioè alla nuova velocità di regime, La somma di tutte le potenze meccaniche erogate dai motori sarè uguale ancora identica a quella iniziale se il carico è costante e se ipotiziamo nulle le perdite per attrito. Il risultato finale sarà che il motore che ha provocato l'accelerazione erogherà una potenza maggiore, gli altri tutti un po' meno.

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di emmeffe,

Quindi, se ho capito bene, un qualche effetto sulla rete, il singolo generatore ce l' ha, cioè tende a far ruotare più velocemente gli altri; solo che questo effetto, distribuito su tanti altri alternatori è ridotto, anche se potenzialmente inaccettabile, e quindi contrastato dai regolatori. Ma se per ipotesi, la rete esistente fosse costituita, che so, da 2 soli alternatori, o al limite da uno soltanto, immagino che l' inserzione di un terzo, con grande immissione di potenza, provocherebbe una vistosa perturbazione, cioè un aumento della frequenza: si può dire che i generatori in queste condizioni si comportano da motori, almeno durante i transitori?

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di ,

Alla prima domanda, cioè se per farlo funzionare da generatore di potenza attiva occorra agire sull'eccitazione o sul motore di trascinamento è che è su quest'ultimo che bisogna agire cercando di portarlo oltre la velocità di sincronismo.

C'è su questo argomento un articolo nel sito che illustra tutte le possibiltà di funzionamento di una macchina sincrona in parallelo ad una rete di potenza infinita: La macchina e la rete.


Per quanto riguarda la seconda evidentemente la nuova potenza immessa nella rete non può sparire.

Se si immette energia in un sistema il sistema stesso ha tre possibilità: accumulare energia in un qualche suo serbatoio, cioè aumentare la sua energia interna; dissiparla trasformandola in calore; trasformarla in lavoro utile. In pratica esso passa da una certa situazione di equilibrio ad un'altra.

E' fondamentale che la situazione di equilibrio a cui si tende sia tale da non compromettere l'integrità di tutti i componenti del sistema. Deve dunque esistere un controllo adeguato.

Il sistema con cui interagisce il generatore che stiamo esaminando è costituito dall'insieme dei generatori, delle linee di trasmissione e dei carichi. Se si immette potenza attiva nel sistema una parte è sicuramente dissipata e la parte che non va dissipata tende ad aumentare l'energia cinetica degli altri alternatori. Cioè tende a variarne la velocità aumentandola. L'aumento di velocità corrisponde ad un aumento della frequenza. In definitiva: quando per una qualsiasi ragione il bilancio complessivo tra potenze attive prodotte e dissipate od utili, varia la frequenza.

Ogni generatore è dotato di un sistema di regolazione della frequenza che risentendo della variazione di frequenza comanda il distributore che controlla la potenza immessa in turbina.

Il sistema complessivo assume dunque una nuova situazione di equilibrio e lo fa in modo che la frequenza si mantenga costante. Quando tutto va bene in una grande rete elettrica la frequenza ha una variazione inferiore all0 0,1%. Quando ci sono squilibri improvvisi per guasti, il sistema può collassare perché non può assestarsi su una condizione di equilibrio accettabile: è ciò che succede in occasione dei temuti blackout.

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di emmeffe,

Vorrei domandare una cosa a proposito del generatore sincrono messo in rete, dopo il parallelo. Abbiamo detto che al momento dell' aggancio, le sue tensioni sono perfettamente uguali in modulo e fase a quelle della rete: a questo punto, se ben ricordo dai miei studi di...30 anni fa, la macchina non genera e non assorbe potenza; per farlo funzionare da generatore, occorre agire sul motore primo di trascinamento, o sulla eccitazione? Ma sopratutto la mia domanda è: se nella rete ho gia 10 alternatori, che si ripartiscono il carico poniamo di 100kW, richiesto in quel momento, ed io inserisco l' 11°, e gli faccio erogare una potenza attiva "forzando" la turbina a fornirgliela, dove andrà a finire questa potenza, se nel frattempo il carico non è variato e nessuno ha "sgravato" un altro degli alternatori di tale entità? Se ragioniamo con dei trasformatori, mi sembra che i ragionamenti sono più smplici, perchè le grandezze elettriche sono, direi, "autoadattative": più carico sul secondario = più potenza richiesta dal primario alla linea. Ma a monte di tutto c' è un motore termico o idraulico, la regolazione di questo sarà sicuramente automatica, ma comunque imposta (così come il conducente deve dare più benzina al motore dell' auto se vuole mantenere la velocità costante a fronte di una salita), o sbaglio? Ma se la salita non c' è, l' aumento di gas produce accelerazione, e quindi maggior velocità. Quindi se si fa lo stesso sulla turbina, l' alternatore "dovrebbe" aumentare l apotenza prodotta, ma se non è richiesta, dove va? mi scuso per la domanda esposta in modo sicuramente contorto!

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di Giovanni Borghetti,

Si può trovare anche l'avviatore statico, cioè un inverter. Fornisce una terna di tensioni trifase inizialmente a bassa frequenza. In questo modo,il rotore riesce ad "agganciarsi" al campo rotante, cosa che non accadrebbe se fornissimo subito una tensione a frequenza di rete (il rotore vibrerebbe, ma l'inerzia gli impedirebbe di agganciarsi al campo e di mettersi in rotazione). Poi la frequenza viene fatta salire gradualmente, sempre per evitare che il motore perda il sincronismo, fino alla velocità desiderata. Ho sentito dire che nelle centrali a turbogas questo metodo è molto diffuso per portare la turbina alla velocità di funzionamento (sfruttando il generatore come motore).

Saluti.   

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di ,

Nessun problema.

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di vinx,

quali sono gli svantaggi che si hanno alimentando un motore direttamente da rete? cioè se io aggancio un asincrono alla rete direttamente, che problemi ci sono all'avviamento? Funziona tutto bene o no? 

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