Utjecaj izvedbe prigušnog namota na smanjenje utorskih harmonika ...

More documents

Recommendations

Info

Tablica III Smanjivanje amplitude utorskih harmonika pomakom osi priguˇsnog namota za različite rotorske utorske korake τr τs Np 0,8 9 0,9 9 1,0 9 1,1 7 1,2 7 Pomak Red harmonika 23. 25. Amplituda [%] NE 0,91 1,24 DA 0,23 0,04 NE 0,54 3,38 DA 0,15 0,57 NE 3,33 3,32 DA 0,06 0,08 NE 4,26 0,52 DA 0,55 0,07 NE 0,96 0,25 DA 0,53 0,22 Tablica IV Utjecaj postojanja priguˇsnog namota i utora na rotoru na amplitudu utorskih harmonika Harmonik 23. Slučaj I II III IV Amplituda [u % osnovnog harmonika] 3,3 1,4 0,5 0,0 Relativno prema I. slučaju [%] 100 41 16 0 Harmonik 25. Slučaj I II III IV Amplituda [u % osnovnog harmonika] 3,3 1,2 0,5 0,2 Relativno prema I. slučaju [%] 100 36 14 7 Pomak osi priguˇsnog namota pri istom omjeru utorskih koraka u svim promatranim slučajevima dovodi do značajnog smanjenja harmoničkog izobličenja linijskog napona, ˇsto se vidi na THD faktoru (u svim slučajevima nakon pomaka smanjuje se ispod 1 %). Do smanjenja harmonika dolazi zbog djelovanja struja u priguˇsnom namotu (ustvari zbog smanjenja medupolne struje priguˇsnog namota) te se u svim slučajevima moˇze primijetiti blagi porast efektivne vrijednosti struja u ˇstapovima. Pritom su gubici i dalje beznačajni. Na THD faktoru za fazni napon ne vidi se znatno poboljˇsanje uslijed pomaka osi jer taj napon sadrˇzi viˇsekratnike trećeg harmonika kojeg nema u linijskom naponu, a oni su dominantni uzrok harmoničkog izobličenja. Na THD faktoru linijskog napona uz niske vrijednosti petog, jedanaestog i trinaestog harmonika dominantni su utorski harmonici koje navedena metoda uspjeˇsno smanjuje. Medupolna struja priguˇsnog namota, u literaturi tretirana kao glavni uzrok utorskih harmonika, u gotovo svim slučajevima pomicanja osi priguˇsnog namota znatno se smanjuje te je taj rezultat takoder u skladu s očekivanjima. Tablica IV i slika 5 prikazuju utjecaj pojedinog uzroka stvaranja utorskih harmonika na njihovu amplitudu. Razmatrani su sljedeći slučajevi: • I - Priguˇsni kavez s medupolnim vezama • II - Priguˇsni kavez bez medupolnih veza • III - Polna papuča s praznim utorima Linijski napon [V] 20000 15000 10000 5000 0 −5000 −10000 −15000 Bez pomaka (THD 4,80 %) S pomakom (THD 0,98 %) −20000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Vrijeme [ms] Amplituda [%] Efektivna vrijednost struje [A] 100 10 1 Bez pomaka (THD 4,80 %) S pomakom (THD 0,98 %) 0.1 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Redni broj harmonika 35 30 25 20 15 10 5 0 Bez pomaka (Imax = 22 A) S pomakom (Imax = 34 A) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Redni broj vodiča Slika 3. Usporedba valnog oblika induciranog napona, harmoničkog spektra i iznosa struja u vodičima priguˇsnog namota na jednom polu za slučaj sa i bez pomaka osi priguˇsnog namota (τr/τs = 1,0) Linijski napon [V] 20000 15000 10000 5000 0 −5000 −10000 −15000 Bez pomaka (THD 4,31 %) S pomakom (THD 0,70 %) −20000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Vrijeme [ms] Amplituda [%] Efektivna vrijednost struje [A] 100 10 1 Bez pomaka (THD 4,31 %) S pomakom (THD 0,70 %) 0.1 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Redni broj harmonika 70 60 50 40 30 20 10 0 Bez pomaka (Imax = 52 A) S pomakom (Imax = 68 A) 1 2 3 4 Redni broj vodiča 5 6 7 Slika 4. Usporedba valnog oblika induciranog napona, harmoničkog spektra i iznosa struja u vodičima priguˇsnog namota na jednom polu za slučaj sa i bez pomaka osi priguˇsnog namota (τr/τs = 1,1) 6
Amplituda [%] Amplituda [%] 100 10 1 0.1 100 10 1 0.1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Redni broj harmonika 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Redni broj harmonika Slika 5. Harmonički spektar linijskog napona za različite promatrane slučajeve (sa i bez meduplonih veza te sa i bez utora na rotoru) • IV - Polna papuča bez utora (lučni oblik) Vidljivo je da sukladno teoretskim razmatranjima, najveći utjecaj na amplitudu utorskih harmonika ima medupolna veza u priguˇsnom kavezu te je stoga joˇs jednom vidljiva opravdanost opisane metode. V. Daljnje istraˇzivanje Predvidena tema doktorske disertacije je optimizacija izvedbe pola sinkronog generatora s istaknutim polovima (oblik polne papuče, izvedba priguˇsnog namota: broj vodiča, pomak osi, razmak izmedu vodiča) s obzirom na harmonijski sastav induciranog napona generatora. Rezultati prikazani u ovom radu donose neka vaˇzna saznanja kao smjernice za daljnje istraˇzivanje. Za poboljˇsanje harmonijskog sastava napona treba smanjiti i neparne harmonike (peti, sedmi, jedanaesti, trinaesti) uzrokovane samim oblikom polne papuče. Pomak osi priguˇsnog namota ne utječe na iznose tih harmonika te se moˇze provesti neovisno o oblikovanju same polne papuče. Jednako tako, zbog neznatnog utjecaj pomaka osi priguˇsnog namota na početne reaktancije, pomak se moˇze provesti neovisno o zahtjevu na početne reaktancije. Pokazalo se da broj priguˇsnih vodiča na jednom polu takoder utječe na iznos početnih reaktancija pa to moˇze biti jedna od varijabli pri optimiranju. Najveći utjecaj na iznose početnih reaktancija imaju medupolni rasipni putevi te je stoga optimiranje ruba polne papuče u tom smislu od velike vaˇznosti. Medupolna veza u priguˇsnom namotu dozvoljava da teku struje izmedu priguˇsnih kaveza na susjednim polovima koje su glavni uzrok utorskih harmonika. Pokazano je kako pomak osi priguˇsnog namota uspjeˇsno suzbija utorske harmonike. U slučaju da ne postoji medupolna veza u priguˇsnom namotu struje medu polovima takoder ne bi tekle, ali tada bi omjer X ′ q/X ′ d bio znatno veći. Neki od sljedećih koraka u istraˇzivanju bili bi: I II III IV I II III IV • Analitička razrada utjecaja oblika polne papuče i izvedbe priguˇsnog kaveza na valni oblik magnetske indukcije u zračnom rasporu • Izrada MATLAB skripte za automatsko parametarsko iscrtavanje 2D geometrije presjeka generatora • Povezivanje aplikacija MATLAB i MagNet za kreiranje modela (materijali, pobude, rubni uvjeti, ekvivalentni električni krug) na temelju iscrtane geometrije • Optimizacija oblika polne papuče i izvedbe priguˇsnog namota s obzirom na harmonički sastav napona, iznose induciranih struja i gubitaka u kavezu za slučajeve neopterećenog i opterećenog generatora VI. Zaključak U radu je na primjeru sinkronog generatora s istaknutim polovima snage 35 MVA prikazan utjecaj pomaka osi priguˇsnog namota te veličine utorskog koraka priguˇsnog namota na smanjivanje utorskih harmonika i iznose početnih i prijelaznih reaktancija u uzduˇznoj i poprečnoj osi. Iz rezultata opisanih numeričkih proračuna uočava se opravdanost metode pomaka osi priguˇsnog namota u svrhu smanjivanja utorskih harmonika. Potvrdena je pretpostavka da taj pomak nema utjecaja na početne reaktancije. Razmotreni su i slučajevi variranja broja vodiča i utorskog koraka priguˇsnog namota u svrhu smanjenja harmonika s kojima se takoder postiˇze smanjivanje harmonika. Valja biti oprezan jer se ovi rezultati odnose samo na prazni hod i na nezasićeno stanje. Potrebni su dodatni proračuni da se promotri generator pod opterećenjm i utvrde iznosi struja pomaknutog ili skraćenog priguˇsnog namota u normalnom radu i tipičnim prijelaznim pojavama. Rezultati su korisni jer potvrduju pretpostavke potrebne pri optimizaciji oblika polne papuče i priguˇsnog namota s obzirom na iznose reaktancija, harmonički sastav napona praznog hoda i valnog oblika magnetske indukcije pri opterećenju generatora u čemu se sastoji nastavak istraˇzivanja. Literatura [1] M. Kostenko i L. Piotrovsky, Electrical Machines vol. II. MIR Publishers, Moscow, 1974. [2] Z. Sirotić i Z. Maljković, Sinkroni strojevi. Element, Zagreb, 1996. [3] J. H. Walker, Large Synchronous Machines: Design, manufacture and operation. Clarendon Press, Oxford, 1981. [4] J. H. Walker, “Parasitic losses in synchronous-machine damper windings” Electrical Engineers - Part II: Power Engineering, Journal of the Institution of, svezak 94, broj 37, str. 13 –25, veljača 1947. [5] J. H. Walker, “Slot ripples in alternator emf waves” Proceedings of the IEE - Part II: Power Engineering, svezak 96, broj 49, str. 81 –92, veljača 1949. [6] G. Traxler-Samek, T. Lugand, i A. Schwery, “Additional losses in the damper winding of large hydrogenerators at open-circuit and load conditions” Industrial Electronics, IEEE Transactions on, svezak 57, broj 1, str. 154 –160, siječanj 2010. [7] D. ˇ Zarko, “Analiza zasićenih reaktancija turbogeneratora metodom konačnih elemenata” Magistarski rad, FER, Zagreb, 1999. 7
Page 1 and 2: Utjecaj izvedbe priguˇsnog namota
Page 3 and 4: τ s τ s 4 τ r θ = 12,5τ r θ =
Page 5: podataka stroja). Trajanje simulaci

Utjecaj izvedbe prigušnog namota na smanjenje utorskih harmonika ...

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?