Γεννήτριες Ε.Ρ.

Ηλεκτρικές μηχανές εναλλασσόμενου ρεύματος Εισαγωγή Ένα τριφασικό σύστημα ρευμάτων, όταν εφαρμοστεί στο στάτη μιας μηχανής, παράγει  στρεφόμενομαγνητικό πεδίο στο εσωτερικό της. Αντίστροφα, η εφαρμογή ενός             στρεφόμενου μαγνητικού πεδίου στο εσωτερικό της μηχανής παράγει σύστημα                  τριφασικών τάσεων επαγωγής στα τυλίγματα του στάτη. Στη διάρκεια της κανονικής λειτουργίας μιας μηχανής Ε.Ρ. υφίστανται στο εσωτερικό                    της δύο μαγνητικά πεδία: το μαγνητικό πεδίο του κυκλώματος του δρομέα και αυτό του   κυκλώματος του στάτη. Η αλληλεπίδραση αυτών των δύο πεδίων παράγει τη    ροπή                 εξόδου της μηχανής.

ΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ Γεννήτριες Ε.P. Γενικά Οι γεννήτριες εναλλασσόμενου ρεύματος διακρίνονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες: α) Στις σύγχρονες γεννήτριες ή εναλλακτήρες. β) Στις ασύγχρονες γεννήτριες. Οι σύγχρονες γεννήτριες παράγουν Ε.Ρ. και υπάρχει σταθερή σχέση ανάμέσα στην                               ταχύτητα περιστροφής της γεννήτριας και της συχνότητας του ρεύματος. Οι ασύγχρονες γεννήτριες παράγουν Ε.P., του οποίου η συχνότητα είναι ανεξάρτητη                                 της ταχύτητας περιστροφής της γεννήτριας. Τόσο οι σύγχρονες όσο και οι ασύγχρονες μηχανές είναι αναστρέψιμες, μπορούν                           δηλαδή να λειτουργήσουν και ως κινητήρες. Τύποι και κατασκευή εναλλακτήρων Σχετικά με την κατασκευή των εναλλακτήρων και κυρίως με τη διάταξη των                                    μαγνητικώνπόλων τους διακρίνουμε τις εξής κατηγορίες:   α) Εναλλακτήρες με εξωτερικούς πόλους.   β) Εναλλακτήρες με εσωτερικούς ή περιστρεφόμενους πόλους. Οι εναλλακτήρες με περιστρεφόμενους πόλους ονομάζονται                στροβιλοεναλλακτήρες και αποτελούν ιδιαίτερη ομάδα εναλλακτήρων. Κατασκευή εναλλακτήρων α) Εναλλακτήρες με εξωτερικούς πόλους. Ονομάζονται εναλλακτήρες με εξωτερικούς πόλους, επειδή οι πόλοι τους                                    βρίσκονται στο στάτη και περιβάλλουν τα επαγώγιμα πηνία. Επίσης ονομάζονται και εναλλακτήρες σταθερών πόλων επειδή οι πόλοι τους                                 παραμένουνσταθεροί (δεν περιστρέφονται). Ο στάτης των εναλλακτήρων με εξωτερικούς πόλους μοιάζει κατασκευαστικά με το στάτη τωνμηχανών Σ.P., στις οποίες οι μαγνητικοί πόλοι είναι στερεωμένοι στο στάτη. Τα τυλίγματα των πόλων (διέγερσης) τροφοδοτούνται με συνεχές ρεύμα από πηγή, η                   οποία καλείται διεγέρτρια. Η διεγέρτρια είναι συνήθως συνδεδεμένη απευθείας στον άξονα του εναλλακτήρα, από τον οποίο παίρνει κίνηση, όπως φαίνεται στο σχήμα 1.4. Σχήμα 1.4. Σύγχρονη γεννήτρια. Ο δρομέας αυτών των εναλλακτήρων φέρει το επαγωγικό τύμπανο, όπως και ο δρομέας των μηχανών Σ.Ρ. Στα διάκενα των οδοντώσεων (αυλάκια) του πυρήνα του επαγωγικού τυμπάνου είναι τοποθετημένα τα τυλίγματα (σχήμα 1.5). Σχήμα 1.5. Δρομέας εναλλακτήρα. Στους εναλλακτήρες με εξωτερικούς πόλους δεν υπάρχει συλλέκτης αλλά διακτύλιοι κατασκευασμένοι από ορείχαλκο. Ο αριθμός των δακτυλίων είναι 2, 3 ή 4,  ανάλογα   με  τον αριθμό των φάσεων του εναλλακτήρα.Οι δακτύλιοι είναι                                        στερεωμένοι στον άξονα του δρομέα και είναι μονωμένοι μεταξύ τους, αλλά και με τον άξονα (σχήμα 1.6.). Σχήμα 1.6. Δακτυλίδια εναλλακτήρα. Το εναλλασσόμενο ρεύμα, το οποίο αναπτύσσεται στο τύλιγμα του επαγωγικού  τυμπάνου, οδηγείται από τους δακτυλίους και από τις ψήκτρες που εφάπτονται σ' αυτούς στους ακροδέκτες του εναλλακτήρα. Σ' αυτούς τους ακροδέκτες συνδέεται  το φορτίο το οποίο θέλουμε να τροφοδοτήσουμε με εναλλασσόμενο ρεύμα. Επειδή ο ίδιος εναλλακτήρας εξασφαλίζει το ρεύμα διέγερσης του, ονομάζεται και αυτοδιεγειρόμενος εναλλακτήρας. β) Εναλλακτήρες με εσωτερικούς πόλους.   Ονομάζονται και εναλλακτήρες στρεφόμενων πόλων, επειδή οι μαγνητικοί πόλοι  τους είναιστερεωμένοι στον άξονα της μηχανής και περιστρέφονται μαζί με αυτόν. Στο σχήμα 1.7,στο οποίο παριστάνεται αποσυναρμολογημένος εναλλακτήρας με περιστρεφόμενους  πόλους, διακρίνονται τα διάφορα μέρη από τα οποία αποτελείται. Ο στάτης αποτελείται από ένα εξωτερικό κέλυφος κατασκευασμένο συνήθως από χαλύβδινα ελάσματα. Στο στάτη τοποθετείται και στερεώνεται το επαγωγικό τύμπανο. Το επαγωγικό τύμπανο αποτελείται από τον πυρήνα και από το τύλιγμα. Στα αυλάκια του τυμπάνου αυτού τοποθετείται το τύλιγμα. Το τύλιγμα του επαγωγικού τυμπάνου κατασκευάζεται από μονωμένους χάλκινους αγωγούς. Το τύλιγμα μπορεί να είναι  μονοφασικό ή πολυφασικό, οπότε θα φέρει και τα αντίστοιχα άκρα για τη σύνδεση του  φορτίου. Το τριφασικό τύλιγμα π.χ. δίνει τρία ή τέσσερα, άκρα όταν έχει και ουδέτερο  αγωγό. Σχήμα 1.7. Εναλλακτήρας με εσωτερικούς πόλους. Ο δρομέας στους εναλλακτήρες με εσωτερικούς πόλους φέρει τους μαγνητικούς πόλους της μηχανής (σχ. 21.). Σχήμα 1.8. Μαγνητικοί πόλοι οκταπολικού εναλλακτήρα. Τα τυλίγματα των πόλων συνδέονται έτσι μεταξύ τους, ώστε οι διαδοχικοί πόλοι  να έχουν αντίθετη πολικότητα. Τα δύο άκρα που απομένουν μετά τη σύνδεση των πόλων μεταξύ τους, οδηγούνται σε δύο δακτυλίους, οι οποίοι είναι στερεωμένοι στον άξονα του δρομέα. Οι ψήκτρες, οι οποίες ολισθαίνουν στους δακτυλίους, είναι συνδεδεμένες με την πηγή Σ.P., απ' όπου θα ληφθεί το ρεύμα διέγερσης. γ) Στροβιλοεναλλακτήρες  Οι στροβιλοεναλλακτήρες είναι εναλλακτήρες με περιστρεφόμενους πόλους, διαφέρουν  όμως από τους κοινούς στα εξής σημεία: 1) Στην κατασκευή του δρομέα, καθώς δεν υπάρχουν προεξέχοντες μαγνητικοί πόλοι με σιδηροπυρήνα και τύλιγμα, όπως στους κοινούς εναλλακτήρες με εσωτερικούς πόλους.  Ο δρομέας των στροβιλοεναλλακτήρων έχει την ειδική μορφή, η οποία φαίνεται στα  σχήματα 1.9 α - β. Σχήμα 1.9. Δρομείς στροβιλοεναλλακτήρων. Δηλαδή, ο δρομέας αποτελείται από ένα χαλύβδινο κυλινδρικό τύμπανο, το οποίο φέρει  αυλάκια παράλληλα προς τον άξονα. Στα αυλάκια αυτά τοποθετείται το τύλιγμα  διέγερσης, το οποίο σχηματίζει τους πόλους. Το τύλιγμα διέγερσης τροφοδοτείται με  Σ.Ρ. μέσω των δακτυλίων από τη διεγέρτρια. 2) Στην ειδική διαμόρφωση, η οποία συνήθως δίνεται στο κέλυφος του στάτη, ώστε να εξασφαλιστεί η ψύξη της μηχανής. Η ψύξη επιτυγχάνεται με τους εξής τρόπους: α) Με τον περιβάλλοντα ατμοσφαιρικό αέρα. β) Με κλειστό κύκλωμα ατμοσφαιρικού αέρα. γ) Με κλειστό κύκλωμα υδρογόνου. Μονοφασικοί εναλλακτήρες Στο σχήμα 1.10.α απεικονίζεται, με την απλούστερη μορφή του, ένας τετραπολικός μονοφασικός εναλλακτήρας με εσωτερικούς πόλους. Τα άκρα U και V του τυλίγματος   συνδέονται με τους ακροδέκτες του εναλλακτήρα. Στους ακροδέκτες του εναλλακτήρα  είναι δυνατό να συνδέσουμε μονοφασικό φορτίο και να το τροφοδοτήσουμε με Ε.Ρ.  Ο εναλλακτήρας τότε ονομάζεται μονοφασικός εναλλακτήρας, και το τύλιγμα του  τυμπάνουμονοφασικό τύλιγμα. Στο σχήμα 1.10.β φαίνεται το τύλιγμα στο ανάπτυγμα του επαγωγικού τυμπάνου. Σχήμα 1.10. Τετραπολικός μονοφασικός εναλλακτήρας. . Τριφασικοί εναλλακτήρες Στο σχήμα 1.12. απεικονίζεται ένας τετραπολικός τριφασικός εναλλακτήρας.  Οι τριφασικοί εναλλακτήρες φέρουν στο επαγωγικό τύμπανο τους τρία όμοια και ανεξάρτητα μεταξύ τους μονοφασικά τυλίγματα, τις τρεις φάσεις του εναλλακτήρα. Στα τριφασικά τυλίγματαέχουμε συνεπώς έξι άκρα, τρεις αρχές, τις U, V, W, και τρία  πέρατα, τα Χ, Υ, Ζ. Το τύλιγμα U - Χ ανήκει στην πρώτη φάση, το V - Υ στη δεύτερη  φάση και το W - Ζ στην τρίτη φάση. Σχήμα 1.12. Τετραπολικός τριφασικός εναλλακτήρας. Τα έξι ελεύθερα άκρα των τριών φάσεων του τριφασικού εναλλακτήρα συνδέονται στους  έξι ακροδέκτες της μηχανής, όπως φαίνονται στο σχήμα 1.13. Σχήμα 1.13. Σύνδεση των τυλιγμάτων των τριών φάσεων στους ακροδέκτες. Στην περίπτωση αυτή οι τρεις φάσεις είναι τελείως ανεξάρτητες μεταξύ τους, έχουμε δηλαδή, ανεξάρτητο τριφασικό σύστημα. Στην πράξη, τα τυλίγματα αυτά είναι αλληλένδετα και υπάρχουν οι εξής δύο τρόποι σύνδεσης μεταξύ τους: α) Σύνδεση ή ζεύξη σε αστέρα Υ (σχήμα 1.14.α). β) Σύνδεση ή ζεύξη σε τρίγωνο Δ (σχήμα 1.14.β). Στη σύνδεση σε αστέρα συνδέουμε με χάλκινα ή ορειχάλκινα ελάσματα τους ακροδέκτες Ζ, Χ, Υ, οπότε δημιουργούμε με αυτό τον τρόπο τον ονομαζόμενο  ουδέτερο κόμβο της μηχανής. Στους τρεις άλλους ελεύθερους ακροδέκτες  U, V, W συνδέεται το τριφασικό δίκτυο. Στη σύνδεση σε τρίγωνο τοποθετούνται τρία ελάσματα, όπως φαίνεται στο σχήμα 1.14.β. Σχήμα 1.14. Αλληλένδετα τριφασικά τυλίγματα. Στη σύνδεση των τυλιγμάτων σε αστέρα ισχύουν οι σχέσεις: Vπ = √3· Vφ και Iπ = Iφ                   (1.14) Στη σύνδεση των τυλιγμάτων σε τρίγωνο ισχύουν οι σχέσεις : Vπ = Vφ και Iπ = √3· Iφ                     (1.15) όπου:  Vπ και Ιπ: πολικές τιμές της τάσης και της έντασης. Vφ και Ιφ: φασικές τιμές της τάσης και της έντασης. Σπανίως χρησιμοποιούνται στην πράξη οι μονοφασικοί και διφασικοί εναλλακτήρες. Σε όλους τους κεντρικούς σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας  χρησιμοποιούνταισήμερα μόνο τριφασικοί εναλλακτήρες. Ισχύς, απώλειες και βαθμός απόδοσης εναλλακτήρα Ισχύς Η πραγματική ισχύς Ρ, η οποία μπορεί να αποδοθεί στην κατανάλωση από έναν  εναλλακτήρα, είναι το γινόμενο της ενεργού τάσης και της ενεργού έντασης επί το  συνημίτονο της γωνίας που σχηματίζουν τα ανύσματα τους. Η ισχύς αυτή εκφράζεται  από τη σχέση: P = Vφ· Ιφ· συνφ για μονοφασικό εναλλακτήρα (σε W) P = 3· Vφ· Ιφ· συνφ   ή   √3· Vπ· Ιπ· συνφ για τριφασικό εναλλακτήρα (σε W) Η άεργη ή αβατική ισχύς Q είναι το γινόμενο της ενεργού τιμής της τάσης V επί το  αβαττικό ρεύμα Ια. Η ισχύς αυτή εκφράζεται από τη σχέση: Q = Vφ· Ια = Vφ· Ιφ· ημφ για μονοφασικό εναλλακτήρα (σε VAR) Q = 3· Vφ· Ιφ· ημφ     ή Q = √3· Vπ· Ια = √3· Vπ· Ιπ· ημφ για τριφασικό εναλλακτήρα (σε VAR) Η φαινομένη ισχύς S είναι το γινόμενο της ενεργούς τάσης επί την ενεργό ένταση: S = Vφ· Ιφ για μονοφασικό εναλλακτήρα (σε VA) S = 3· Vφ· Ιφ   ή   √3· V· Ι για τριφασικό εναλλακτήρα (σε VA) Απώλειες Οι απώλειες των εναλλακτήρων, όπως και των γεννητριών Σ.Ρ., διακρίνονται σε: α) Απώλειες σταθερές: ανεξάρτητες του φορτίου του εναλλακτήρα. β) Απώλειες μεταβλητές: μεταβαλλόμενες ανάλογα με την τιμή του φορτίου. Οι σταθερές απώλειες Ρ1 διακρίνονται σε μηχανικές απώλειες και σε μαγνητικές  απώλειες ή απώλειες σιδήρου. Οι μαγνητικές απώλειες διακρίνονται σε απώλειες υστέρησης και σε απώλειες  δινορρευμάτων. Στις σταθερές απώλειες προστίθενται επίσης και οι ηλεκτρικές απώλειες διέγερσης,  οι οποίες είναι ίσες με το γινόμενο Vδ· Iδ. Μεταβλητές απώλειες Ρ2 είναι μόνο οι ηλεκτρικές απώλειες ή απώλειες χαλκού του τυλίγματος του επαγωγικού τυμπάνου του εναλλακτήρα. Για ζεύξη του εναλλακτήρα: σε αστέρα είναι: P2 = 3· R· I2σε τρίγωνο είναι: P2 = R· I2   όπου: R είναι η ωμική αντίσταση ανά φάση του τυλίγματος του επαγωγικού τυμπάνου και I η ένταση φόρτισης, δηλαδή της γραμμής. Οι απώλειες του εναλλακτήρα προφανώς είναι                                          Pαπ = P1+P2              (1.16) Βαθμός απόδοσης (n) Είναι ο λόγος της πραγματικής ισχύος Ρ, την οποία αποδίδει ο εναλλακτήρας προς τη μηχανική ισχύ Ρμ ή Ρεισ. η οποία προσδίδεται από την κινητήρια μηχανή στον άξονα της γεννήτριας.  Δηλαδή,                                n=P/  Pεισ=P/ P+Pαπ <1          (1.17)                               Είναι προφανές ότι ο βαθμός απόδοσης είναι πάντοτε μικρότερος από τη μονάδα. Ο εναλλακτήρας έχει το μέγιστο βαθμό απόδοσης όταν η ένταση φόρτισης είναι   περίπου ίση με την ονομαστική έντασή του και ο συντελεστής ισχύος του φορτίου  ίσος με το ονομαστικό συνφ.

https://elektrologia1oepal.blogspot.com/p/e-2-2-2018-1.html