Sincronizzazione sincrona AC della macchina

I generatori sincroni a corrente alternata sono la spina dorsale della produzione di elettricità nelle centrali elettriche di tutto il mondo e sono spesso utilizzati per stabilizzare la rete elettrica. È essenziale far corrispondere le sequenze di fase, le grandezze di tensione e le frequenze del generatore sincrono a quelle della potenza in rete. Se il generatore non è in fase con la rete, il generatore non è in grado di erogare energia. Mentre i sincronizzatori automatici sono utilizzati nelle grandi centrali elettriche, qui viene dimostrato un metodo semplice di sincronizzazione manuale. Questo video introdurrà i generatori sincroni trifase e dimostrerà i protocolli per la regolazione delle uscite di tensione e frequenza per la sincronizzazione manuale del generatore con la rete elettrica.

Le macchine sincrone a corrente alternata sono costituite da un nucleo rotante interno, il rotore, e dall'anello stazionario esterno, lo statore. Il campo magnetico del rotore è stazionario indotto da una tensione continua applicata. Il campo magnetico dello statore viene eccitato utilizzando corrente alternata trifase, ciascuna fase collegata al proprio set separato di bobine dello statore. Ciò induce un campo magnetico rotante di grandezza e frequenza di rotazione costanti corrispondenti alle oscillazioni della corrente della linea di alimentazione. I campi magnetici dello statore e del rotore sono accoppiati facendo girare il rotore esattamente alla stessa velocità del campo magnetico rotante dello statore. Per ulteriori informazioni sulle caratteristiche delle macchine sincrone CA, guarda il video didattico scientifico di JOVE, Caratterizzazione delle macchine sincrone CA. Quando la macchina sincrona viene azionata come generatore di energia, un motore primo applica una coppia al rotore con conseguente differenza di flessione tra il rotore e i campi magnetici dello statore. Se la coppia applicata si oppone al movimento del rotore, la macchina assorbe la potenza reattiva dal sistema per riportare la macchina in sincronia. Se la coppia applicata invece aumenta la rotazione, sovraeccitando la macchina, il generatore eroga potenza al sistema. Un metodo a tre lampade può essere utilizzato per fornire una conferma visiva che il generatore sta erogando energia alla stessa grandezza di tensione, frequenza e sequenza di fase della rete elettrica. Per i generatori sincroni, la frequenza è controllata attraverso la variazione della velocità del motore primo. Se il generatore e l'alimentazione del sistema sono sfasati, le lampade lampeggiano. Quando la tensione corrisponde, un differenziale zero provoca lo spegnimento e l'accensione di tutte e tre le lampade contemporaneamente. Ora che i principi di base dei generatori sincroni sono stati spiegati, verrà dimostrata la sincronizzazione manuale di un generatore sincrono CA con la rete elettrica.

Inizia inizializzando un motore CC o un dinamometro come motore primo. Verificare che il sezionatore trifase, il motore sincrono e il motore CC siano tutti spenti. Con il Variac impostato su 0%, collegarlo alla presa trifase. Quindi, collegare la configurazione come mostrato. Quindi, accendere l'interruttore trifase della macchina sincrona. Infine, assicurati che S1 e le tre lampade siano collegate in parallelo. E notare le polarità delle sonde del misuratore di potenza digitale. Quindi, verificare che la corsa di avvio si trovi nella posizione di partenza. Con S1 disattivato, impostare RF alla sua resistenza massima. Accendere il sezionatore trifase e quindi accendere l'alimentatore CC ad alta tensione. Quindi, premere il pulsante del display VI sull'alimentatore per visualizzare la tensione di esercizio sulla corrente e regolare la tensione a 15 volt. Quindi premere START sul pannello di alimentazione CC. Il dinamometro deve avere una grande corrente transitoria prelevata dall'alimentazione CC. Tuttavia, se il limite di sovracorrente o la spia OCT si accendono, aumentare il limite di sovracorrente. Ora osserva la macchina sincrona che gira lentamente. Infine, aumentare la tensione di uscita dell'alimentazione CC a circa 160 volt e misurare la velocità di rotazione dell'albero utilizzando la tecnica della luce stroboscopica. Quindi, regolare la tensione di alimentazione per raggiungere una velocità di rotazione di 1.800 giri/min. Quindi registrare la corrente e la tensione CC.

Ora sincronizza il generatore utilizzando il metodo delle tre lampade con l'apparato completamente assemblato come mostrato. Portare l'interruttore di avvio della corsa sul lato della macchina sincrona per funzionare e verificare che le tre spie siano accese. Quindi regolare la RF sulla tensione di alimentazione in modo iterativo per ottenere una tensione del generatore di 120 volt. Regolare la frequenza del VG sul misuratore di potenza digitale a 60 Hz. Sono accettabili valori compresi tra +/- 2%. Quindi aumentare leggermente l'uscita Variac a 120 volt. In questa fase, sia la rete che il generatore forniscono 120 volt a una frequenza di 60 Hz. Registrare le letture di tensione, corrente e potenza su entrambi i misuratori di potenza, inclusi i segni + o -. Infine, utilizzare il modello di illuminazione delle lampade per confermare o regolare la sincronizzazione. Nel metodo a tre lampade, una volta raggiunta la tensione CA desiderata, le lampade si accendono e si spengono contemporaneamente. Se una sequenza di fasi di A, B, C dalla griglia viene incontrata con la sequenza A, C, B dalla macchina, il ciclo delle lampade poiché le tensioni tra le lampade non si sommano mai a zero su tutte e tre le fasi contemporaneamente. Se invece le tre lampade si alternano e sfarfallano in modo non sincronizzato, il generatore e la griglia hanno sequenze di fase diverse nell'insieme delle lampade. Identificare le sequenze. Uno come ABC e l'altro come ACB. Quindi, per regolare la sequenza, riportare prima il Variac allo 0% e premere STOP sul pannello di alimentazione. Dopo aver ridotto la tensione CC a 15 volt, infine commutare le fasi B e C sul lato del generatore. Se tutte e tre le lampade si illuminano e si attenuano contemporaneamente, il generatore e la griglia hanno la stessa sequenza di fasi e sono sincronizzati correttamente. In caso contrario, ripetere la modifica della sequenza delle fasi Nell'istante in cui tutte le luci si spengono, accendere l'interruttore S1. Ora le luci dovrebbero rimanere tutte spente poiché S1 ora agisce come un cortocircuito attraverso i loro terminali. Il generatore viene successivamente sincronizzato con la rete.

Le macchine sincrone sono spesso utilizzate in applicazioni industriali per la stabilizzazione della potenza. Il fattore di potenza della macchina dimostra se la macchina è in grado di erogare potenza reattiva in determinate condizioni. Immagazzinare e rilasciare energia per stabilizzare la rete. Quando funziona in questo modo, la macchina viene definita condensatore sincrono. Nell'uso del vento come fonte di energia rinnovabile, la turbina eolica è il motore principale del generatore sincrono. Per evitare lo stallo del generatore a carichi elevati, gli angoli delle pale del rotore della turbina sono controllati in modo differenziale per ottimizzare la velocità di rotazione a velocità del vento variabili. Per trasmettere l'energia eolica generata alla rete, le turbine eoliche utilizzano un'interfaccia di sincronizzazione automatica per trasmettere l'energia in modo sicuro alle linee di servizio.

Hai appena visto l'introduzione di JOVE alla sincronizzazione sincrona delle macchine CA. A questo punto dovresti capire come regolare le uscite di tensione e frequenza dei generatori sincroni trifase. Sincronizza manualmente il generatore con la rete elettrica e misura gli effetti della corrente di campo e delle variazioni di velocità sulla potenza del generatore. Grazie per l'attenzione!