MICROHIDROCENTRALA CU MASINA ASINCRONA FUNCTIONAND CA GENERATOR

APLICAŢIILE MOTORULUI ASINCRON CA GENERATOR
LA O MICROHIDROCENTRALĂ

1. Generalităţi. Microhidrocentrala se compune din:
- acumulare de apă
- conductă de aducţiune
- turbină
- generator
- echipamentul de măsură şi reţea în care se furnizează energia electrică
- echipamentul de automatizare
- sistem pentru reglarea debitului
Propunem ca generator un motor asincron care să funcţioneze în regim de
generator. Avantajele acestui tip de generator sunt: posibilitatea procurării la costuri mai mici (uneori chiar şi prin recuperare din instalaţii dezafectate), stabilitate la variaţii ale sarcinii, nu necesită surse pentru excitaţie, etc. Turbina se alege în funcţie de acumularea de apă şi de debitul conductei de aducţiune.
În aplicaţia pe care o prezint şi la care am efectuat punerea în funcţiune s-a folosit o turbină PELTON cu 70 de cupe, produsă la UCM Resiţa, alimentată prin cădere liberă de la un baraj situat la distanţa de circa 350m şi înălţimea de 70m. Turbina este cuplată la un generator asincron şi execută 750 rot/min.
Automatizarea sistemului este realizată cu un automat programabil (PLC) modular Moeller, PS 416 şi software Sucosoft S40.
Ca generator se foloseşte un motor asincron produs la Electromotor Timişoara având următoarele caracteristici: Pn = 30kw, = 88%,
cosφ = 0,79, n = 750rot/min (8poli).
2. Regimurile de funcţionare ale motorului asincron. Motorul asincron
este o maşină electrică de curent alternativ, cu câmp magnetic învârtitor, compus din stator şi rotor. Se numeşte asincron datorită faptului că turaţia rotorului este diferită de turaţia sincronă a câmpului magnetic învârtitor.
Motorul asincron poate funcţiona stabil în trei regimuri:
- de motor, maşina transformă puterea electrică primită de la reţea în putere mecanică cedată pe la arbore.
- de generator, maşina transformă puterea mecanică primită pe la arbore în putere electrică.
- de frână, maşina asincronă primeşte putere mecanică pe la arbore şi energie electrică de la reţea şi le transformă ireversibil în căldură.
3. Funcţionarea motorului asincron ca generator. În cele ce urmează
considerăm cunoscut funcţionarea maşinii asincrone în regim de motor. Se introduc notaţiile:
- n1, viteza de rotaţie a câmpului magnetic învârtitor
- n2, viteza unghiulară de rotaţie a rotorului
- p, numărul perechilor de poli
- s, alunecarea

s =(n1 - n2)/n1
- M, cuplul electromagnetic
- PCu, pierderile în bobinaj
- PFe, pierderile în miezul magnetic
- Pm, pierderi mecanice
Pentru a descrie funcţionarea motorului (maşinii) asincron ca generator
considerăm că este conectat la o reţea trifazată şi funcţionează în regim de motor. În acest caz rotorul se roteşte cu viteza unghiulară 2 în sensul câmpului învvârtitor prodis de statorcare se roteşte cu viteza de sincronism 1. Dacă motorul funcţionează în gol (fără sarcină) absoarbe de la reţea puterea activă necesară acoperirii pierderilor mecanice Pm, pierderilor în miezul statoric PFe, pierderilor în cupru PCu cât şi o puterea reactivă necesară magnetizării.
Dacă cuplăm un motor electric exterior la rotorul maşinii asincrone
care roteşte maşina asincronă cu o viteză 2 > 1 atunci alunecarea maşinii asincrone devine negativă. Existând o viteză relativă între rotor şi câmpul magnetic învârtitor, în rotor se induc tensiuni electromotoare şi curenţi electrici. Asupra rotorului acţionează un cuplu electromagnetic M care are o valoare negativă:
În acest regim maşina asincronă absoarbe de la motorul de antrenare o putere mecanică care acoperă pierderile mecanice, pierderile în înfăşurări cât şi pierderile în miezul magnetic. De la reţeaua de alimentare maşina absoarbe o putere reactivă pozitivă destul de importantă.
4. Conectarea generatorului asincron la o reţea trifazată de putere infinită. Am definit reţeaua trifazată ca fiind de putere infinită considerând că are un număr mare de generatoare conectate în paralel astfel încât orice variaţie de valoare finită de sarcină să nu afecteze variaţii ale mărimilor reţelei (tensiune, frecvenţă). Fluxul magnetic al maşinii asincrone care funcţionează în regim de generator şi este conectată în paralel la o reţea trifazată de putere infinită este dat de curentul de magnetizare absorbit de la reţea şi care are o valoare de (20 – 25)% din valoarea curentului nominal. Rezultă şi o putere de excitaţie necesară cam de aceeaşi valoare din puterea generatorului sincron. Asta înseamnă că pentru patru generatoare asincrone este nevoie de un generator sincron care să furnizeze această putere reactivă. Aceasta reprezintă principalul dezavantaj.
Conectarea generatorului asincron la reţea se face relativ simplu: rotorul se aduce la turaţia apropiată de cea sincronă si de acelaşi sens cu viteza câmpului.
5. Funcţionarea generatorului asincron autoexcitat. Dacă generatorul asincron funcţionează izolat el trebuie sa fie autoexcitat. Aceasta se obţine prin aducerea rotorului la viteza de sincronism şi conectarea la bornele generatorului a unei baterii de condensatoare. Când rotorul este pus în mişcare de motorul primar, câmpul remanent devine câmp îmvârtitor de viteză n1 faţă de stator. Fluxul produs induce în fiecare înfăşurare a statorului o tensiune electromotoare indusă de frecvenţă f 1 = pn1 Aceată tensiune aplicată bateriilor de condensatoare produce în statorul maşinii curentul Io1 defazat cu aproape /2 în urmă faţă de tensiunea la borne U1. Astfel tensiunea la bornele maşinii creşte repede până la valoarea nominală.
Avantajele generatorului asincron autoexcitat:
- lucrează în regim stabil pentru sarcină activă cât şi pentru sarcină inductivă
- frecventa poate fi variată prin modificare capacităţii bateriilor de condensatoare
- tensiunea generatorului variază liniar cu frecvenţa
- conectarea receptoarelor se poate face inainte sau după conectarea bateriilor de condesatoare.
- ţinând seama de uşurinţa realizării bateriilor de condensatoare automate se poate spune ca soluţia cu generatoarele asincrone poate fi utilizata cu succes la aplicaţii economice