Tecnologia / Guida tecnica
Generatori sincroni e a induzione: campi, velocità e scorrimento
La terminologia dei generatori eolici descrive come la rotazione meccanica interagisce con un campo magnetico. Le macchine sincrone e quelle a induzione utilizzano relazioni diverse tra tale campo e il rotore. Nessuna delle due denominazioni, da sola, determina la tensione ai morsetti, le funzioni del convertitore o la configurazione elettrica completa.
Confronta il movimento del rotore con il campo, non con un'etichetta di prodotto.
La velocità sincrona corrisponde a una frequenza elettrica del campo e a un numero di poli definiti; lo scorrimento della macchina a induzione esprime il moto relativo rispetto a quel campo.
01 / Campo in rotazione
Una configurazione magnetica e un rotore fisico sono entità distinte.
Un sistema di avvolgimento elettrico può produrre un modello di campo magnetico rotante.
Un sistema di avvolgimento elettrico può produrre un modello di campo magnetico rotante. La velocità di rotazione meccanica dipende dalla frequenza elettrica e dal numero di coppie polari. Un rotore fisico può seguire quel modello in modo sincronizzato, oppure muoversi rispetto ad esso, a seconda della macchina e delle condizioni operative.
Il campo rotorico di una macchina sincrona può essere prodotto da magneti permanenti o dall'eccitazione elettrica. La costruzione a magneti permanenti è una forma di macchina sincrona, anziché la definizione di ogni generatore sincrono. Le macchine a induzione generano il comportamento elettrico del rotore attraverso l'interazione con campi concatenati variabili.
02 / Velocità sincrona
Utilizzare coerentemente le coppie polari nella relazione della velocità.
Per una frequenza del campo elettrico fe in hertz e p coppie polari, la velocità sincrona meccanica è ns = 60fe/p giri al minuto.
Per una frequenza elettrica del campo fe in hertz e p coppie polari, la velocità sincrona meccanica è ns = 60fe/p giri al minuto. Se invece si usa il numero totale di poli P, la stessa relazione è ns = 120fe/P. I due conteggi non devono essere scambiati.
Il riferimento del DOE sui generatori spiega la relazione tra frequenza, velocità di rotazione e numero di poli. Un campo ipotetico a 40 Hz con due coppie polari ha ns = 1,200 rpm. Questi valori ipotizzati non identificano alcun numero di poli, frequenza elettrica o velocità operativa MARSTON.
03 / Definizione dello scorrimento
La velocità relativa è diversa dall'angolo del rotore sincrono.
Secondo la definizione convenzionale per le macchine a induzione, lo scorrimento è s = (ns − nr)/ns, con la velocità del rotore nr e ns, diverso da zero, espressi in unità coerenti.
Secondo la definizione convenzionale delle macchine a induzione, lo scorrimento è s = (ns − nr)/ns, con la velocità del rotore nr e ns non nulla espresse nelle stesse unità. La velocità di scorrimento è una differenza di velocità; lo scorrimento è invece adimensionale. Nel suo modello, MathWorks distingue la velocità elettrica del rotore dalla velocità del campo sincrono.
Nell'esempio ipotetico con campo a 1,200 rpm, un rotore a 1,260 rpm dà s = −0.05. Questo è un esempio matematico relativo al segno. L'angolo di carico di una macchina sincrona descrive invece una relazione angolare con il campo; non è la variabile adimensionale dello scorrimento di una macchina a induzione.
04 / L'azione di induzione.
L'interpretazione del funzionamento come generatore richiede un modello di macchina dichiarato.
Nel modello di base a regime della macchina a induzione a gabbia di scoiattolo, con un campo statorico stabilito, la rotazione al di sopra della velocità sincrona corrisponde al funzionamento da generatore.
Nel modello di base a regime di una macchina a induzione a gabbia di scoiattolo, con un campo statorico stabilito, la rotazione al di sopra della velocità sincrona corrisponde al funzionamento da generatore. Le correnti indotte nel rotore interagiscono con il campo e la coppia elettromagnetica si oppone alla rotazione meccanica impressa.
Questa interpretazione richiede l'eccitazione magnetica e il perimetro elettrico assunti dal modello. Le configurazioni a induzione con alimentazione del rotore introducono un ulteriore percorso elettrico e non dovrebbero essere ricondotte alla stessa semplice regola di velocità. Un albero rotante, da solo, non permette di stabilire l'intera configurazione di eccitazione o di trasferimento della potenza.
05 / Confine di conversione
La frequenza della macchina non è necessariamente uguale alla frequenza di output.
Se un generatore sincrono ruota a velocità meccanica variabile, la frequenza elettrica generata cambia in relazione a quella velocità e al numero di poli.
Se un generatore sincrono ruota a velocità meccanica variabile, la frequenza elettrica generata cambia con tale velocità e con il numero di poli. Uno stadio di conversione separato può introdurre un altro confine di riferimento per la frequenza di uscita; l'architettura e le funzioni implementate determinano tale relazione.
La pagina guida alla frequenza di uscita riguarda l'interfaccia fornita, mentre guida alla tensione ai morsetti separa l'induzione interna dalle condizioni ai morsetti sotto carico. Nessuna delle due grandezze elettriche può essere determinata dalla sola velocità sincrona.
06 / Ambito del prodotto
Limitare l'affermazione sull'architettura al modello per il quale è stata confermata.
FD14-50KW è confermato come generatore brushless a magneti permanenti ad azionamento diretto.
FD14-50KW è confermato come generatore senza spazzole a magneti permanenti ad azionamento diretto. I tipi di generatore degli altri quattro modelli attuali non vengono dedotti da questa conferma. L'imbardata elettrica descrive l'azionamento dell'orientamento e non identifica l'architettura elettromagnetica della macchina generatrice.
Questa spiegazione non fornisce alcuna conversione del generatore, connessione di eccitazione, procedura di sincronizzazione o intervallo di velocità ammesso. I suoi esempi di velocità e scorrimento chiariscono relazioni fisiche; non costituiscono autorizzazioni operative, prestazioni misurate o prove di capacità implementate in un convertitore.
Guide tecniche correlate: Forza elettromotrice interna del generatore, tensione ai morsetti e risposta al carico · Squilibrio trifase e componenti simmetriche · Potenza istantanea, accumulo e dissipazione nei convertitori.
Informazioni generali: DOE: relazione tra frequenza del generatore, velocità meccanica e numero di poli · MathWorks: velocità elettrica del rotore e modello della velocità di scorrimento nelle macchine a induzione. Questi riferimenti spiegano concetti del settore; sono distinti dai documenti MARSTON di prodotto e di progetto applicabili.
Concetti e condizioni fondamentali.
Leggere ogni grandezza insieme al riferimento, alle unità e alle condizioni dichiarate. Una relazione generale non stabilisce un valore specifico di un modello.
| Concetto / grandezza | Significato / relazione | Condizioni / limiti |
|---|---|---|
| Numero di poli | p coppie polari; P = 2p poli totali | La notazione scelta accompagna la formula. |
| Velocità sincrona | ns = 60fe/p in rpm | Campo rotante e frequenza definiti. |
| Velocità del rotore | nr in rpm | Il movimento fisico è diverso dal movimento del campo. |
| Scorrimento | (ns − nr)/ns | Unità di velocità coerenti e ns diverso da zero. |
| Confine elettrico | Morsetti della macchina rispetto all'uscita dopo la conversione | L'architettura da sola non determina l'interfaccia fornita. |
Domande ingegneristiche.
Ogni generatore sincrono è un PMSG?
No. I magneti permanenti e l'eccitazione elettrica sono modi diversi di generare un campo rotorico.
Lo scorrimento e l'angolo del rotore sono la stessa grandezza?
No. Lo scorrimento è una differenza di velocità normalizzata; l'angolo del rotore descrive la posizione rispetto a un riferimento.
Lo scorrimento negativo identifica sempre ogni configurazione di generatore a induzione?
L'interpretazione semplice si riferisce al modello dichiarato a gabbia di scoiattolo con campo già stabilito; altri percorsi rotorici richiedono un proprio modello.
L'esempio a 1,200 rpm costituisce un dato di prodotto?
No. Utilizza una frequenza del campo e un numero di coppie polari ipotizzati.
La frequenza elettrica del generatore è uguale alla frequenza AC erogata?
Non necessariamente, quando uno stadio di conversione separato definisce un altro perimetro.
Tutte e cinque le macchine MARSTON sono identificate come PMSG?
No. Quella architettura è confermata qui solo per FD14-50KW.
Richiesta tecnica
Discutere la questione tecnica.
La terminologia dei generatori eolici descrive come la rotazione meccanica interagisce con un campo magnetico. Condividi il modello e le informazioni operative o di progettazione applicabili per una discussione tecnica.