Συγχρονη μηχανή και μεταβατικά φαινόμενα

Abstract

Η δυναμική ανάλυση των ηλεκτρικών μηχανών αποτελεί ένα πολύ σημαντικό πεδίο της μελέτης των ηλεκτρομηχανικών συστημάτων. Στην παρούσα πτυχιακή θα ασχοληθούμε με τη πλήρη περιγραφή της δομής και της λειτουργίας της σύγχρονης μηχανής καθώς και με τη δυναμική ανάλυση της σύγχρονης μηχανής που συναντάμε στην μετατροπή μεγάλης ποσότητας μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική. Τα δυναμικά φαινόμενα είναι τα κάθε είδους βραχυκυκλώματα, η απότομη μεταβολή του φορτίου μιας συσκευής μετατροπής ενέργειας, μεταβολές στην κινητική κατάσταση, όπως εκκίνηση η φρενάρισμα μιας ηλεκτρικής μηχανής, διακοπή της τάσεως τροφοδοσίας και άλλα παρόμοια . Αυτά που κυρίως θα μας απασχολήσουν στο μεγαλύτερο μέρος αυτής της πτυχιακής είναι τα βραχυκυκλώματα της σύγχρονης μηχανής. Στη δυναμική κατάσταση αναπτ ύσσοντα ι ηλεκτρομαγνητικά μεγέθη, όπως ρεύματα και δυνάμε ι ς που προκαλούν μεγάλη καταπόνηση του συστήματος, και πιθανόν, την καταστροφή του. Είναι λοιπόν σημαντικό, να γνωρίζουμε ποιοτικά τα διάφορα μεγέθη,ώστε να μπορούμε να εφαρμόσουμε τα κατάλληλα μέτρα για την εξασφάλιση της κανονικής λειτουργίας των ηλεκτρικών μηχανών. Οι χαρακτηριστικές παράμετροι των μεταβατικών και υπομεταβατικών αντιδράσεων (και των σταθερών χρόνου) της σύγχρονης μηχανής, χρησιμοποιούνται εδώ και 75 χρόνια, ώστε να δίνουν μια πρώτη προσέγγιση του μεγέθους των ρευμάτων βραχυκυκλώματος καθώς και το ρυθμό με τον οποίο αυτά μειώνονται. Επιπροσθέτως, η γνώση των μεγεθών αυτών δίνει τη δυνατότητα υπολογισμού των μηχανικών καταπονήσεων των τυλιγμάτων του στάση που είναι αποτέλεσμα των υπερβολικών ρευμάτων που διαρρέουν τη μηχανή κατά τη διάρκεια ηλεκτρικών διαταραχών που υφίστανται οι ακροδέκτες της. Ο ακριβής υπολογισμός των ρευμάτων βραχυκυκλώματος των σύγχρονων μηχανών είναι μια πολύπλοκη διαδικασία που απαιτεί την επίλυση επιλεγμένων διαφορικών εξισώσεων . Στόχος της παρούσας πτυχιακής είναι κατανόηση του τρόπου λειτουργίας της σύγχρονης μηχανής , η μελέτη της συμπεριφοράς της σε περίπτωση μεταβατικών φαινόμενων , καθώς, επίσης, ο προσδιορισμός των μεγεθών , των παραμέτρων και των σταθερών χρόνου της μηχανής, που καθορίζουν τη συμπεριφορά της , στην περίπτωση τέτοιων φαινομένων . Συγκεκριμένα , στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται μια εκτενής περιγραφή της δομής και της λειτουργίας της σύγχρονης μηχανής, παρουσιάζοντας βήμα βήμα τον τρόπο με τον οποίο πραγματοποιείται η λειτουργία της, στοιχεία απαραίτητα για την περαιτέρω κατανόηση της συμπεριφοράς της, σε μεταβατικές καταστάσεις. Στο δεύτερο κεφάλαιο κάνουμε μια συνοπτική περιγραφή των διαφόρων ειδών βραχυκυκλωμάτων . Στο τρίτο κεφάλαιο αναλύεται το μοντέλο της γεννήτριας για την περιγραφή της συμπεριφοράς της κατά τη διάρκεια τριφασικών , διφασικών και μονοφασικών με το έδαφος βραχυκυκλωμάτων . Παρατίθενται θεωρητική ανάλυση και προσδιορισμός των μεγεθών, των παραμέτρων και των σταθερών χρόνου της μηχανής, που καθορίζουν τη συμπεριφορά της , στην περίπτωση τέτοιων φαινομένων . Ενώ τέλος γίνεται μια θεωρητική προσέγγιση όσον αφορά το ρεύμα βραχυκυκλώματος που διαρρέει τη μηχανή κατά το μεταβατικό φαινόμενο. Στο τέταρτο και τελευταίο κεφάλαιο συνοψίζουμε τα συμπεράσματα της μελέτης μας. Στην συγκεκριμένη εργασία αναλύουμε την δομή και την λειτουργία της σύγχρονης μηχανής. Αναφερόμενοι λοιπόν στον όρο ''σύγχρονη μηχανή'' περιγράφουμε την μηχανή τόσο σε λειτουργία γεννήτριας, όσο και σε κινητήρα. Έχοντας ως βασικό σκοπό τη μελέτη της σύγχρονης γεννήτριας (ή εναλλακτήρα) επικεντρονόμαστε στη συνδεσμολογία της γεννήτριας.Έτσι στη μελέτη που ακολουθεί ο όρος σύγχρονη μηχανή "κρύβει" από πίσω και τις δύο λειτουργίες ενώ εκεί όπου διαφοροποιούνται θα προχωράμε σε ξεχωριστή ανάλυση της λειτουργίας με συνδεσμολογία γεννήτριας .