1. No category

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=jL
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