Synkrongeneratorn och trefas

Transkript

1 Synkrongeneratorn och trefas R 1 S N u R ω m T u S T S S -0.6 u T R Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

2 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

3 Trefaseffekt = ~

4 Induktion i trefaslindning Mekaniska och elektriska vinklar samma vid tvåpolig maskin Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 4

5 Tre spänningskällor Varje källa har inre impedans Mest induktans men också lite resistans Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 5

6 Komplexa spänningar Komplext (eng. phasor) E = E a E b c = = eˆ e 2 eˆ e 2 eˆ e 2 j0 j120 j 240 Belopp på komplexa storheter är effektivvärde i detta ämne Toppvärde förekommer i andra sammanhang Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 6

7 Stjärn-koppling eller Y-koppling Huvudspänning U h = 3 Fasspänning U f -E b Nolla Exempel 400V = 380V = V 220V Om inget annat anges: Effektivvärde, huvudspänning Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 7

8 Trefaskopplingar här av last N Typiskt värmeelement eller lindning i motor eller transformator D- eller delta-koppling Y- eller stjärnkoppling U h över varje impedans U f 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

9 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

10 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

11 Nolledare vid symmetri i n =i a +i b +i c =0 I c I a Symmetri ingen ström i nolledaren Nolledare behövs ej Kraftledningar har bara tre ledare Tre faser minimum för att uppnå detta I b I n =I a +I b +I c =0 Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 11

12 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

13 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

14 Trefaseffekt U h ϕ U f huvudspänning S = 3U f I = 3U h I = S S = U och 3U I f U h = 3U f fasspänning * 3U I * Olika fas på gör att h är fel h U f S = Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 14

15 Trefaseffekt huvudspänning S = 3U f I = 3U h I = S S = 3U I P = S cosϕ = 3U f I cosϕ = 3U h I cosϕ = 3 U f 2 Q = S sinϕ = 3U f I sinϕ = 3U h I sinϕ = 3 U f 2 f U h = 3U f fasspänning * 2 = U h = 3R s I 2 R p R p Standarduttrycken Ingen trea! 2 = U h = 3X s I 2 X p X p Ex G3.2 Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 15

16 Många val gör det oöverskådligt Visare eller ögonblicksvärde Ie jϕ eller îsin(ωt-ϕ)) Komplex, aktiv eller reaktiv effekt S=P+jQ En eller tre faser U eller 3U f, 3U h Serie- eller parallellkoppling Z s =R s +jx s, Y s =1/R p +1/(jX p ) OBS1/j= j Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 16

17 Trefaseffekt ögonblicksvärde För varje fas beräknas (som på förra föreläsningen) p R (t)=u fas (t)i R (t) p L (t)=u fas (t)i L (t) Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 17

18 Reaktiv trefaseffekt p L1 (t)+p L2 (t)+p L3 (t)=0 Reaktiv trefaseffekt:=3q 1 Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 18

19 Aktiv trefaseffekt p R1 (t)+p R2 (t)+p R3 (t)=konstant=3p 1 Växelströmsmaskin har konstant moment Aktiv trefaseffekt:=3p 1 Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 19

20 Elcentral 400 V Sverige Transformator Säkringar JFB Säkringar L1 L2 L3 N PE PEN Nolla från transformator PEN delas i två ledare Neutral Nolla till laster lastström i N Genom jordfelsbrytare Protective Earth Skyddsjord bara felström i PE Ingen säkring Ej genom jordfelsbrytare Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 20

21 Transformator Jordning PEN JFB Nollpotential Spett/nät/rör i marken L1 L2 L3 N PE Jordanslutning av nollpunkt kan göras på olika sätt Direkt (normalt på 400 V och 400 kv) Ingen förbindelse Genom resistans Genom induktans (normalt kv) Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 21

22 Transformator Skyddsjord PEN JFB Ansluten till jord 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 L1 L2 L3 N PE Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 22

23 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

24 Jordfelsbrytare TESTKNAPP Standard Fasledare L1, L2, L3 Nolledare N blå Skyddsjord gul/grön (PE Protective Earth) Brytvillkor: strömmarna L1+L2+L3+N>30 (300) ma Broschyren Att installera jordfelsbrytare Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 24

25 Trefaslindning som trefaslast Tre lindningar med olika huvudriktning e j0 e j120 e j240 Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 25

26 Animering Trefaslindning Trefasspänning Trefasflöde Roterande flöde Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 26

27 Rotation Kompassnål i statorn skulle rotera Starkare magnet likaså Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 27

28 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

29 Lastvinkel Generator Motor Momentet maximalt vid ±90 Vid större T tappas synkronismen Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 29

30 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

31 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

32 Infasning på lab Fasningsdonets fasningsvillkor Mörk: Alla lampor släckta Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 32

33 Reaktiv effekt och spänning Inget Z anslutet ger XI=0 ger U=E Z=jωL Z=-j/(ωC) 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

34 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

35 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

36 Sammanfattning Trefaskällor/-laster kan kopplas på två sätt: och Symmetriska trefasspänningar kännetecknas av och I felfritt trefassystem gäller för strömmarna i fas och nolla att Jordfelsbrytare detekterar jordfel indirekt genom att Vilka ord saknas för motor respektive generator: Roterande magnetflöde växelspänning i trefaslindningar Infasning av en synkrongenerator mot elnätet syftar till I ett induktivt elnät kan en kondensator spänningen P och Q från en synkrongenerator bestäms med och 36

37