Aufgabe 9 - Institut für Leistungselektronik und Elektrische Antriebe ...

Universität
Stuttgart
ÜBUNGEN ZU „ELEKTRISCHE ENERGIETECHNIK II“
Aufgabe 9
Synchron-Turbogenerator
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
Prof. Dr.-Ing. J. Roth-Stielow
Der in Bild 1 dargestellte Synchron-Turbogenerator wird zur Erzeugung
elektrischer Energie in einem Großkraftwerk eingesetzt, welches diese
Energie in das öffentliche Drehstromnetz einspeist. Seine Erregerwicklung
wird dabei aus einer steuerbaren Gleichspannungsquelle gespeist.
Das aus dem Synchrongenerator gespeiste Drehstromnetz ist im
Rahmen der vorliegenden Aufgabe als starre Drehspannungsquelle
(R i = 0) mit der Spannung U N und der Frequenz f N zu betrachten, die
direkt an die Statorklemmen des Synchrongenerators angeschlossen ist.
, HA D I JH A J
% 8 # 0
1 6
1 A
/
7 7
7 A
5 O ? D H 6 K H> C A A H= J H
EJ K C A D HEC A H, = F BJK H> E A
Bild 1: Synchron-Turbogenerator mit Drehstromnetz und
Erregerspannungsquelle
/
7 A $ 8
- HHA C A H
I F = K C I
G K A A
Bei der Bearbeitung der Aufgabe ist von folgenden Voraussetzungen
auszugehen:
- Von den Verlusten im Synchron-Turbogenerator sind nur jene zu
berücksichtigen, die durch den Ohmwiderstand der Erregerwicklung
hervorgerufen werden;
- die Spannung U und die Frequenz f des Drehstromnetzes weisen
stets ihre Nennwerte U N und f N auf;
- es liegt stets der elektrisch und mechanisch eingeschwungene
Zustand vor.
Die Anlage weist die folgenden Daten auf:
Synchron-Turbogenerator:
Nennscheinleistung S N = 1530 MVA
Nennspannung U N = 27 kV
Nenndrehzahl n N = 1500 min -1
Nennfrequenz f N = 50 Hz
Nennleistungsfaktor
cosϕ N = 0,86 (übererregt)
Elektrischer Nenn-Polradwinkel ϑ N = 34°
Erreger-Nennspannung U eN = 600 V
Erreger-Nennstrom I eN = 12,7 kA
Statorwicklung in Sternschaltung
Erregerspannungsquelle:
Die Erregerspannung U e des Synchron-Turbogenerators ist
zwischen U eN = 0 und U eN = 600 V stufenlos einstellbar.
Drehstromnetz:
Nennspannung U N = 27 kV
Nennfrequenz f N = 50 Hz
A9/1 Synchronmaschinen
A9/2

1
Frage 1:
Berechnen Sie die folgenden Kenngrößen des Synchron-
Turbogenerators:
- den Nennstrom I N ;
- den Nenn-Wirkstrom I WN und den Nenn-Blindstrom I BN ;
- die Nenn-Strangspannung U 1N ;
- den Nenn-Strangstrom I 1N ;
- die Nenn-Wirkleistung P N ;
- das Nenn-Drehmoment M GN ;
- die Polpaarzahl p;
- den mechanischen Nenn-Polradwinkel α N ;
- den Ohmwiderstand R e der Erregerwicklung und
- den Nenn-Wirkungsgrad η N .
Frage 2:
Tragen Sie in das zu dieser Frage vorbereitete Lösungsblatt den Nennstromzeiger
I 1N ein. Bestimmen Sie zeichnerisch den Mittelpunkt der
Ortskurve des Statorstromzeigers I 1 für den Betrieb mit Nennerregerstrom
(I e = I eN const.) und variabler Belastung und tragen Sie diese Ortskurve
ebenfalls in das vorbereitete Zeigerdiagramm ein.
Ermitteln Sie jetzt das Nenn-Erregerstromverhältnis I I
eN e0
Leerlauf-Erregerstrom I e0 .
sowie den
Bestimmen Sie des Weiteren die Statorinduktivität L 1 sowie den Nennwert
U pN der Polradspannung U p im einphasigen, vereinfachten Ersatzschaltbild
2. Art (siehe Bild 2) des Synchrongenerators.
Bild 2: Einphasiges, vereinfachtes Ersatzschaltbild 2. Art des Synchron-
Turbogenerators
Frage 3:
Der Synchron-Turbogenerator wird nun so betrieben, dass er eine
Scheinleistung von S = 500 MVA bei einem Leistungsfaktor von
cosϕ = 0,6 (übererregt) an das Drehstromnetz abgibt. Tragen Sie den zu
diesem Betriebsfall gehörenden Statorstromzeiger I 1 in das Lösungsblatt
ein und bestimmen Sie den zugehörigen Wert des Erregerstromes I e .
Wie groß sind im vorliegenden Betriebsfall der elektrische Polradwinkel ϑ
und der mechanische Polradwinkel α?
Ermitteln Sie die Wirkleistung P 1 , die Blindleistung Q 1 , das Drehmoment
M G und den Wirkungsgrad η des Generators für diesen Betriebsfall.
Frage 4:
7
7
Sind (bei Beibehaltung der Statorspannung) Betriebsfälle möglich, in
denen ein Synchrongenerator mit einem Erregerstrom, der kleiner ist als
sein Leerlauf-Erregerstrom (I e < I e0 ), übererregt betrieben wird?
Sind andererseits Betriebsfälle möglich, in denen ein Synchrongenerator
mit einem Erregerstrom, der größer ist als sein Leerlauf-Erregerstrom
(I e > I e0 ), untererregt betrieben wird?
7 F
Begründen Sie Ihre Antworten jeweils kurz.
A9/3
A9/4

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