Masina asincrona

Masina asincrona

Masina asincrona este o masina de curent alternativ, statorul avand trei infasurari identice decalate in spatiu cu , conectate in stea sau in triunghi si alimentate la reteaua trifazata, parcurse de un sistem trifazat simetric de curenti.

Daca vor trece trei curenti, cu valorile instantanee i₁, i₂ si i₃ prin bobine se va produce trei campuri magnetice alternative, rezultand un camp magnetic invartitor.

Fig.2.41

Pentru statorul masinii asincrone in patru momente diferite, avem valorile instantanee ale celor trei curenti in momentele respective:

pt. t=0 T i₁=0 ; i₂< 0 ; i₃>0

pt. t=T/4T i₁>0 ; i₂<0 ; i₃<0

pt. t=T/2T i₁=0 ; i₂>0 ;i₃<0

pt. t=3T/4T i₁<0 ; i₂>0 ; i₃<0

Fig.2.42

Pentru cei trei curenti cu valorile instantanee i₁, i₂ si i₃ s-a considerat curentul pozitiv daca intra in bobina pe la borna de inceput , iar in decursul unei perioade campul magnetic invartitor a efectuat o rotatie in infasurarea corespunzatoare unei faze care s-a bobinat diametral. In cazul general, daca infasurarea este parcursa de curentul statoric in sensul indicat in figura, se va determina o pereche de poli statorici (p=1) : polul nord corespunde portiunii de stator din care ies liniile de camp iar polul sud portiunii de stator in care intra liniile de camp. Uzual se lucreaza cu mai multe perechi de poli, iar deoarece infasurarea corespunzatoare unei faze este formata din doua bobine partiale legate in serie si bobinate ca in figura de mai sus, numarul perechilor de poli fiind doi (p=2) si deschiderea intre cele doua bobine partiale este de T/2. In decursul unei perioade T, campul magnetic invartitor efectueaza numai ½ tura , deci viteza sa unghiulara este mai mica decat pulsatia curentului conform relatiei:

sau unde p este numarul perechilor de poli.

Deoarece si rezulta: si sau in rot/min .

Fig.2.43

Cu cat va creste numarul perechilor de poli, turatia se micsoreaza si astfel vor creste dimensiunile masinii si pentru frecventa industriala f₁=50Hz, sunt diferite numere de perechi de poli cu urmatoarele turatii :

Masina asincrona are rotorul si statorul confectionate din tole subtiri avand crestaturi pentru introducerea laturilor cu bobine, intrefierul este constant si are valori cuprinse intre 0,25 4mm.

Fig.2.44.a Fig.2.44.b

Infasurarile sunt executate din Cu sau Al si au laturile active izolate, introduse in crestaturi, iar capetele de bobina sunt indoite ca si in figura 2.44.b.

Infasurarile statorice sunt decalate cu 120° si pot fi conectate in stea sau in triunghi, iar inceputurile sunt legate la cele trei borne: R,S,T; A,B,C sau 1,2,3.

La unele masini cutia cu borne contine inca trei borne la care sunt legate sfarsiturile celor trei infasurari, notate cu x,y,z.

Bornele sunt astfel amplasate incat conexiunile stea (fig.2.44.c) sau

Fig.2.44.c

triunghi sa se poata realiza usor.

In cazul in care rotorul este in scurtcircuit(fig.2.45), infasurarea va avea forma unei colivii executata din Cu sau Al, fara izolatie intre crestaturi fiind legate intre ele la capete prin doua inele din acelasi material, sau laturile active

Fig.2.45

si inelele se vor turna sub presiune direct in crestaturile rotorice, din aluminium.

Daca rotorul este bobinat, in crestaturi se vor aseza izolat cele trei infasurari decalate in spatiu cu  avand acelasi numar de perechi de poli ca si in stator. Cele trei infasurari sunt conectate in stea, iar inceputurile A,B,C se conecteaza la trei inele colectoare fixate pe arbore si izolate fata de acesta.

Pe cele trei inele gliseaza trei perii de carbune legate la trei borne si prin intermediul celor trei contacte alunecatoare se poate face legatura intre circuitul rotoric si un circuit trifazat exterior fix.

Principalele date nominale (ptr.motor) se inscriu pe placuta masinii :

puterea nominala la arbore in KW

tensiunea nominala a retelei in V sau KV

tipul conexiunii Y/Y sau D/Y

curentii nominali din stator si rotor in (A)

turatia rotorului n_r (rot/min)

factorul de putere nominal cos j

randamentul  h la puterea nominala

Simbolul pentru motorul asincron trifazat, folosit in schemele electrice

cu  rotorul in scurtcircuit este prezentat in fig.2.46.a, iar pentru rotorul bobinat fig.2.46.b.

Fig.2.46.a                      Fig.2.46.b

Functionarea masinii asincrone ca si motor este des intalnita, cuplul care actioneaza asupra rotorului fiind un cuplu activ si va imprima acestuia o rotire in sensul rotirii campului magnetic invartitor.

Pentru o singura infasurare rotorica pur rezistiva a unei masini cu o

Fig.2.47

singura pereche de poli prezentata in fig.2.47, la inceput spira rotorica este fixa, fluxul magnetic prin suprafata spirei dat de campul magnetic invartitor este variabil in timp, deci in spira se va induce o tensiune electromotoare: si in conductoare apare curentul I de forma  si asupra conductorului rotoric parcurs de curentul I (valoarea efectiva a lui I) va actiona forta : , deci asupra rotorului va actiona cuplul M=F D (unde D este diametrul rotorului) si infasurarea rotorica nu se alimenteaza din exterior.

ESEU: Clasificarea constructiilor ESEU: Constructii sigure la cutremure - antecalculare statica a caselor din manta din beton pentru zonele seismice

Daca se considera un sistem de referinta care se roteste sincron cu campul magnetic invartitor, in raport cu acest sistem campul magnetic va fi fix si aparent rotorul se roteste in sens invers cu o viteza relativa :si cu o turatie relativa 

Tensiunea electromotoare inclusa in infasurarea rotorica se calculeaza cu relatia : 

(2.81) sau (2.82) (2.83)

Deci pe masura ce creste turatia rotorului tensiunea indusa scade si implicit scade curentul I si forta F, de unde rezulta si denumirea de masina asincrona, deoarece rotirea rotorului si a campului magnetic invartitor sunt asincrone.

Daca turatia motorului asincron ar atinge turatia de sincronism, adica n₁= n, tensiunea indusa se va anula, deci se va anula implicit si curentul I, forta F si cuplul M (activ) si va apare o ramanere in urma a rotorului.

Prin definitie vom avea marimea caracteristica pentru masinile asincrone denumita, alunecare :

sau (2.84)

In regimul de functionare ca motor, alunecarea este pozitiva si subunitara si in momentul pornirii (t=0 si n=0), iar alunecarea are valoarea 1.

La sincronism pentru n=n₁T s=0 si din expresia tensiunii induse in rotor T va rezulta o valoare maxima pentru S=1, deci in momentul pornirii. Deci la pornire vor trebui luate anumite precautii, deoarece spre exemplu daca s=4%T

Se observa ca frecventa curentului din rotor difera de frecventa curentilor statorici.

f₂=sf₁

Functionarea in acest regim a masinii asincrone este rar intanita, iar infasurarile statorice se conecteaza la reteaua trifazata, iar rotorul este rotit de o masina primara in sensul rotirii campului magnetic invartitor statoric, dar cu turatia mai mare decat turatia acestuia.

In infasurarile statorice se induc tensiuni electromotoare si masina debiteaza in retea energie electrica, iar cuplul dezvoltat de masina ce actioneaza asupra rotorului este un cuplu rezistent.

Statorul trifazic, deci alimentat cu o retea trifazata, acesta va absorbi din retea un curent reactiv necesar magnetizarii miezului ( curent de excitatie) si acest curent reactiv, luat din retea, reprezinta ca valoare curentul de mers in gol :

Rezulta ca pentru functionarea ca un generator a masinii asincrone, este necesara absorbirea din reteaua trifazata pentru magnetizarea miezului o putere de ordinul (25-35%) din puterea nominala. Deci in retea se debiteaza curent, dar in acelasi timp se absoarbe un curent relativ de valoare mare ceea ce reprezinta un dezavantaj mare al functionarii masinii asincrone ca generator, deoarece se inrautateste factorul de putere al retelei.

Deci in regim de generator masina asincrona nu poate functiona singura fara existenta unui sistem trifazat. Solutia utilizata in ultima vreme pentru inlaturarea acestui dezavantaj este autoexcitarea generatorului asincron, acest lucru fiind realizat cu ajutorul unei baterii de condensatoare legate intr-o schema trifazata intre generator si retea.

Fig.2.48

Deoarece exista un flux permanent in miezul rotoric la rotire, iau nastere tensiuni electromotoare trifazate in stator, deci curentii trifazici se inchid prin bateria de condensatoare, vor deveni curenti capacitivi echivaland cu un curent inductiv absorbit. In baza fluxului remanent masina va fi capabila astfel sa-si autoprocure curentul de excitatie necesar, procesul de autoexcitare pana la stabilirea regimului stationar are loc ca si la generatorul de curent continuu autoexcitat.

Cu ajutorul campului magnetic invartitor din intrefier statorul va transmite rotorului puterea electromagnetica P_e, care va trebui sa acopere pierderile in infasurari si pierderile mecanice, precum si puterea mecanica utila la arbore P. Pentru cele doua puteri P_e si P vom defini cuplurile :

-cuplul electromagnetic M_e

-cuplul la arborele motorului M

Deci P_e=M_e  w si P=M  W

Unde  reprezinta viteza unghiulara a campului magnetic invartitor statoric si este viteza unghiulara corespunzatoare turatiei n.

Neglijand cuplul corespunzator pierderilor mecanice si daca consideram ca pentru : vom obtine: , adica cuplul maxim (sau critic), iar expresia cuplului motorului asincron trifazat sub forma simplificata se va scrie : ,unde este rezistenta totala pe faza a infasurarii statorice reduse la stator

k₁=k₂=constante

Caracteristica mecanica statica a unui motor asincron trifazat este dependenta dintre turatia n a motorului si cuplul electromagnetic M. Caracteristicile mecanice n=f(M) ca si expresie analitica rezulta din M=f(S) daca se va inlocui S cu valoarea sa in functie de n si explicitam apoi pe n in functie de M.

In figura alaturata este prezentata calitativ caracteristica mecanica naturala pentru un motor dat pentru parametrii nominali : U₁=U_1n

f₁=f_1n R'=0

Fig.2.49

Se observa ca la motorul asincron, caracteristica mecanica naturala este rigida, turatia n scazand putin cu sarcina.

Daca la un motor asincron trifazat dat de cel putin unul dintre parametrii U₁ si f₁ nu mai sunt cei nominali sau R' 0 atunci se vor obtine caracteristicile mecanice artificiale (fig.2.50, fig.2.51).

Fig.2.50             Fig.2.51

Din expresiile cunoscute ale lui M_k si ale lui S_k va rezulta:

- daca parametrul R' (rezistenta pe faza introdusa in rotor, redusa la stator) atunci odata cu modificarea acestuia se modifica numai alunecarea S_k ( respectiv n_k ) ramanand neschimbata M_ksi n₁. Alunecarea S_kcreste odata cu R', deci scade n_k caracteristica devenindmai moale (a).

la modificarea lui U₁, ca parametru, se modifica numai M_k, acesta crescand cu U₁², pastrandu-se neschimbate S_k si n₁ (b).

O schimbare a frecventei tensiunii de alimentare ( parametrul f₁) duce la modificarea lui n₁, a lui M_k cat si a lui S_k.

Ca urmare M_k este invers proportional cu f₁², S_k cu f₁, iar n₁ este direct proportional cu f₁. La cresterea lui f₁ scade M_k si S_k, dar creste n_k (c).

Calculul analitic al caracteristicilor mecanice artificiale prezinta mari dificultati din cauza complexitatii relatiilor dintre diferiti parametri ai motorului asincron trifazat.

Pornirea motoarelor asincrone trifazate este procesul de conectare a motorului asincron trifazat la reteaua trifazata de alimentare si de crestere a turatiei acestuia pana la valoarea nominala corespunzatoare sarcinii nominale de la arbore.

Procesul de pornire este automatizat in instalatiile de actionare moderne, folosindu-se contactoare, relee maximale de curent si relee de timp.

La pornire cuplul de pornire M_p trebuie sa fie mai mare decat cel rezistent M_r ( de la arbore ), pentru a se asigura accelerarea mecanismului antrenat de motor, fara socuri dinamice daunatoare transmisiilor.

Curentul de pornire I_p, absorbit de o faza o motorului, trebuie sa fie mai mic decat valoarea maxima admisa de incalzirea infasurarilor si de reteaua de alimentare.

La pornirea motoarelor asincrone trifazate se vor folosi urmatorii coeficienti: si t_p.

Metoda cea mai simpla de pornire, sigura de altfel este pornirea prin conectarea directa la retea, ea constand din conectarea ( normala sau automata ) directa a infasurarii statorice la reteaua trifazata de alimentare. Pornirea are loc rapid insa cu socuri mari de curent care determina socuri dinamice in elementele de transmisie, dar si caderi mari de de tensiune care perturba functionarea celorlalti consumatori, din aceste motive, aceasta pornire se aplica in cazul motoarelor de putere nominala P_n relativ mica, fiind necesara conditia P_n<(25-30)% din puterea transformatorului ce alimenteaza consumatorul .

Metoda aceasta se aplica motoarelor asincrone cu rotorul in colivie, ce vor activa: ventilatoare, pompe, polizoare, masini unelte de prelucrare prin aschiere sau deformare a caror putere nu depasesc 10KW.In scopul imbunatatirii conditiilor de pornire prin conectare directa la retea se construiesc motoare asincrone cu rotorul in scurtcircuit, fie cu bare inalte, fie colivie.

In mod obisnuit la motoarele alimentate cu tensiune joasa ( 220/380V) si care au la functionarea normala, fazele statorice conectate in triunghi, se foloseste pornirea prin comutator stea-triunghi. Toate cele 6 capete (A-X, B-Y, C-Z) ale fazelor statorice vor trebui sa fie scoase la cutia de borne.

Un motor asincron trifazat, avand o impedanta zf pe fiecare faza statorica, conectat la o retea trifazata cu tensiunea intre faza U, absoarbe la pornire un curent de linie:

pt. conexiunea in stea:

pt. conexiunea triunghi:             

Deci la pornirea in stea, curentul de pornire absorbit de la retea este de 3 ori mai mic decat in cazul pornirii cu fazele statorice conectate in triunghi,.

Trebuie remarcat insa faptul ca la conexiunea stea tensiunea pe faza este de ori mai mica decat la conexiunea triunghi si cuplul de pornire este de 3 ori mai mic.

Din acest motiv metoda se foloseste la motoarele asincrone ce pornesc in gol sau cu sarcini reduse.

In figura 2.52 se prezinta schema de principiu a unui comutator

Fig.2.52

stea-triunghi, actionat manual. Deplasarea contactelor mobile pe contactele fixe la care sunt legate inceputurile A, B, C si sfarsiturile X,Y,Z ale fazelor statorice, precum si conductoarele R,S,T de la reteaua de alimentare se va face conform sagetii: 0 repaus; conectate in stea, Δ conectate in triunghi.

O alta metoda este pornirea prin autotransformator conform schemei

Fig.2.53

electrice din figura 2.53.

Pentru pornire se va inchide intrerupatorul k₁, apoi k₂ reglandu-se in sens crescator tensiunea de alimentare a statorului prin deplasarea cursoarelor inspre capetele A,B, si C ale infasurarilor fazelor autotransformatorului trifazat AT.

Cand aceste cursoare vor ajunge “sus”, motorului i se aplica direct tensiunea retelei, iar intrerupatorul k₁ se va putea deschide, pentru ca infasurarile autotransformatorului sa nu mai fie parcurse de curent, actionarea acestor cursoare m facandu-se manual sau automat.

Prin micsorarea tensiunii aplicate statorului la pornire, curentul I_p va scadea, deci va scade si cuplul de pornire.

Acest mod de pornire este recomandat in cazul actionarilor instalatiilor cu cuplu rezistent scazut la turatie mica.

Pornirea prin introducerea unor bobine de reactante X_s sau rezistoare de rezistente R_s in serie cu fazele statorice, produce o limitare a curentului de pornire, tot datorita tensiunii ce se aplica infasurarii statorice.

Acestei metode de pornire prezentate pana acum se pot aplica atat motoarelor cu rotorul in scurtcircuit cat si celor cu rotorul bobinat ( exista o alta metoda de pornire in cazul motoarelor cu inele – pornirea cu rezistoare introduse pe fiecare faza a rotorului ).

Deoarece motorul asincron trifazat are o caracteristica mecanica n=f(M) rigida (dura), deci turatia variaza putin cu sarcina la arbore, motorul asincron trifazat va fi utilizat in general la actionari electromecanice care functioneaza la turatie relativ constanta ( n=ct.), insa apare deseori necesitatea modificarii turatiei motorului asincron trifazat intre anumite limite, la cuplu rezistent M_r=ct.

Posibilitatile de reglare a turatiei motorului asincron trifazat rezulta din expresia alunecarii:

, adica (2.87)

Deci reglarea turatiei se realizeaza daca se modifica:

f₁ frecventa tensiunii cu care se alimenteaza statorul

numarul perechilor de poli p ( acelasi in stator si rotor)

alunecarea S a motorului

Modificarea turatiei cu ajutorul frecventei f₁, rezulta din caracteristicile mecanice artificiale, in figura de mai jos pentru f₁’ si f₁” diferite de cea nominala f_1n ( caracteristica naturala).

Se observa ca pentru acelasi cuplu rezistent M_r, turatiile sunt diferite ( n', n si n' corespunzator punctelor A', A si A').

Fig.2.54

Desi reglarea turatiei in acest mod este economica din punct de vedere al consumului suplimentar de energie de catre motor, necesita insa investitii suplimentare pentru sursa trifazata de putere cu frecventa f₁ variabila. Astfel de surse sunt: generatoarele sincrone antrenate de motoare cu turatie reglabila, convertizoare, cu tiristoare.

Cel de-al doilea mod de reglare a turatiei, prin numarului perechilor de poli se poate aplica numai la motoarele construite special in acest scop; avand in stator una sau doua infasurari distincte, ele se numesc motoare cu doua sau mai multe turatii.

Metoda de reglare a turatiei prin modificarea tensiunii de alimentare rezulta din caracteristicile mecanice artificiale n=f(M) avand parametrul este U₁. Caracteristicile pentru cele trei tensiuni U_1n>U₁'>U₁' sunt prezentate mai jos, de unde rezulta ca pentru acelasi cuplu rezistent M_r se obtin turatii diferite (n_n>n'>n') pentru tensiuni de alimentare diferite.

Fig.2.55

Se observa ca pentru U₁<U_1n T n<n_n , dar tot timpul mai mare ca n_k.

Alte metode de modificare a turatiei sunt: introducerea in serie cu fazele rotorului de rezistente R (motor asincron cu rotor bobinat) sau alimentarea dubla a motorului asincron sau montarea in cascada a motoarelor asincrone cu rotorul bobinat.

Motorul asincron trifazat fiind un receptor trifazat echilibrat, deci puterea activa P₁ absorbita de stator de la reteaua trifazata va avea expresia:

        

Dar in motorul asincron trifazat au loc pierderi de putere:

pierderile in miezurile magnetice: P_Fe1(stator), P_Fe2(rotor), sunt datorate ciclului de histerezis si curentilor torsionari, deci pentru o tensiune in alimentare constanta ( =ct. si B=ct.), cu frecventa constanta, pierderile sunt constante si independente de sarcina motorului

pierderile prin efect Joule-Lentz ( sau pierderi in Cu) in infasurarea statorica (P_Cu1) si cea rotorica (P_Cu2). Aceste pierderi sunt variabile in functie de sarcina motorului prin curentii respectivi, deoarece si unde R₁ si R₂ sunt rezistentele pe faza ale statorului si rotorului, iar R este rezistenta pe faza a rezistorului introdus in rotor si se pot determina experimental prin incercarea in scurtcircuit a motorului

pierderi mecanice p_m, datorate frecarii cu aerul a partilor motorului aflate in miscare ( rotor, ventilator . ) si a frecarilor din lagare (paliere), ele au loc deci in rotor ( partea mobila) si sunt independente de sarcina ( la n=ct.)

pierderi suplimentare p_s, in mod normal fiind neglijabile, 1% din P₁, ele sunt cauzate de dispersiile magnetice, armonicile superioare ale fluxului magnetic, efectul pelicular.

Vom nota cu P₁ puterea mecanica utila a motorului, adica puterea mecanica la arbore, cedata de motor prin cupla. Randamentul motorului asincron trifazat va fi definit:

             (2.89)

Deoarece frecventa in rotor este foarte mica, f₂=sf₁ 0,5-3)Hz si p_s sunt foarte mici, vom neglija p_Fe2 fata de p_Fe1 si vom avea:

      (2.90)

Statorul prin intermediul campului magnetic invartitor din intrefier transmite rotorului puterea electromagnetica P_e care va trebui sa acopere p_Cu2, p_m si puterea utila P ( p_Fe2 si p_s fiind neglijate).

Deci puterea electromagnetica va fi:

(2.91)

Masina sincrona este o masina electrica rotativa cu infasurarea statorica conectata la o retea de curent alternativ, iar cea rotorica ( face parte din inductor) la una de curent continuu. Turatia masinii sincrone este constanta, egala cu turatia de sincronism n₁, indiferent de regimul de functionare ( regim stabilizat) si independent de valoarea sarcinii, de aici provine si denumirea de masina sincrona.

Turatia de sincronism n₁ are expresia cunoscuta de la masina asincrona, adica: , f₁ fiind frecventa retelei la care este conectata infasurarea statorica; p- numarul perechilor de poli ai masinii, acelasi in stator si rotor.

Dar exista masini sincrone, de puteri relativ mici la care polii statorici sunt constituiti din magneti permanenti.

Masina sincrona este reversibila, regimul de baza fiind insa cel de generator, masina numindu-se in acest caz si alternator, iar generatoarele sincrone mari de tip industrial se clasifica, dupa tipul masinii primare in: turbogeneratoare si hidrogeneratoare.

Turbogeneratoarele sunt antrenate de turbine cu abur, gaze sau motoare diesel si functioneaza la viteze mari, n₁=(1500-3000)rot/min. Au numar mic de poli, cei rotorici fiind poli inecati, adica se asigura un intrefier f = const., iar arborele este orizontal.

Hidrogeneratoarele au ca masina primara o turbina hidraulica, turatia in acest caz fiind de cateva sute de rot/min., iar numarul polilor este mai mare. Au poli rotorici proeminenti intrefierul ;; nemaifiind constant de-a lungul circumferintei interioare a statorului, arborele de obicei este vertical.

Infasurarea rotorica de curent continuu poate fi alimentata in mai multe moduri:

- de la un generator de curent continuu avand axul comun cu al masinii sincrone, denumit excitatnice separata;

- de la un generator de curent continuu antrenat separat de o masina primara, denumit excitatnice separata;

- de la un grup convertizor static de redresare

- de la insasi bornele generatorului sincron, prin intermediul unor transformatoare si instalatii de redresare cu diode sau tiristoare.

Puterea sursei necesara excitatiei reprezinta in general (1-5)% din puterea masinii sincrone, iar tensiunea variaza intre (50-300)V.

Motoarele sincrone sunt folosite mai ales in actionarile electromecanice unde sunt necesare puteri mari peste 200KW si turatii constante: pompe, compresoare si ventilatoare, actionari principale la laminoarele nereglabile continue, precum si la imbunatatirea factorului de putere.

Masina sincrona ca si orice masina electrica rotativa se compune din doua parti principale: statorul si rotorul.

In general rotorul este inductorul, iar statorul indus. La puteri mici in constructie speciala, rotorul este indus, iar statorul inductor.

Statorul masinii sincrone nu difera practic de cel al masinii asincrone, avand aceeasi infasurare.

Rotorul masinii sincrone difera de cel al masinii asincrone si de curent continuu. Infasurarea rotorica este alimentata de curent continuu, prin intermediul a doua perii ce calca pe doua inele colectoare la care sunt legate capetele infasurarii si care se rotesc odata cu rotorul si infasurarea rotorica.

Dupa forma constructiva a miezului rotoric se disting: rotorul cu poli proeminenti ( aparenti) si cel cu poli inecati.

Se observa ca numarul perechilor de poli rotorici este mai mare in cazul polilor proeminenti, decat la rotorul cu poli inecati.

Pentru functionarea masinii sincrone ca generator, infasurarea de excitatie cu cele N_e spire este alimentata de la o suesa de tensiune continua, deci strabatuta de curentul continuu de excitatie I_e, iar rotorul actionat de o masina primara la turatia n₁(rot./min), deci cu viteza unghilara

Solenatia de excitatie, pe fiacare pol rotoric este de N_eI_e/2p si ea determina un camp magnetic cu o variatie alternativa de-a lungul circumferintei interioare a statorului.

Luand in considerare numai armonica fundamentala, inductia magnetica din intrefier va avea o variatie sinusoidala in spatiu, acest camp magnetic insa, este un camp invartitor, caci el se roteste odata cu rotorul. Ca urmare, el este sinusoidalin spatiu si in fiecare punct din intrefier sinusoidal in timp.

Campul magnetic invartitor rotoric determina printr-o spira a unei infasurari statorice, un flux magnetic cu o variatie sinusoidala in timp, adica:

unde (2.92)

Aplicand legea inductiei electromagnetice, intr-o spira statorica, se va induce o tensiune electromotoare, care conform legii inductiei are expresia:

(2.93)

Infasurarea unei faze statorice avand N spire, bobinate cu un factor de infasurare k_s, tensiunea electromotoare indusa intr-o faza statorica este:

(2.94)

Rezulta ca aceasta tensiune electromotoare indusa este defazata cu in urma fluxului magnetic inductor si are valoarea efectiva:

(2.95)

O perioada T, a tensiunii sinusoidale induse in faza statorului are loc in timpul rotirii cu La o rotatie completa se parcurg pasi polari. Cum unei perioade T ii corespunde parcurgerea a pasi polari, frecventa f₁ va fi:

(2.96)

si de aici concluzia ca, la generatorul sincron, frecventa tensiunilor induse in stator se afla intr-un anumit raport cu turatia n₁, cu care este actionat rotorul.

Statorul avand o infasurare trifazata, adica trei infasurari monofazate identice ca dimensiuni si numar de spire, dar decalate in spatiu cu grade, in fiecare faza statorica se va induce cate o tensiune electromotoare.

Aceste tensiuni, cu aceeasi valoare efectiva U_e0, dar defazate in timp cu o treime de perioada una fata de cealalta, constituie un sistem de tensiuni simetric.

Acest sistem se poate scrie:

                             

           (2.97)

Deci cu un astfel de sistem de tensiuni trifazat simetric, masina sincrona, finctionand ca generator, poate alimenta un receptor trifazat sau generatorul poate debita energie electromagnetica unei retele trifazate de la care se alimenteaza ulterior consumatorii.

In general, generatoarele sincrone functioneaza in paralel cu alte generatoare sincrone. Functionarea in paralel este o masura care se impune din motive economice si de siguranta in alimentarea cu energie electrica a consumatorilor.

Punerea in paralel cu reteaua a generatoarelor sincrone se face in anumita conditii, in vederea eliminarii fenomenelor tranzitorii, care in general perturba functionarea masinii, putand conduce chiar la deconectarea generatorului de la retea.

Antrenarea masinii sincrone se face prin intermediul masinii primare, conditiile punerii in paralel cu reteaua a generatoarelor sincrone trifazate fiind:

tensiunea la bornele masinii ( valoarea efectiva) sa fie egala cu cea a retelei

frecventa tensiunii masinii sa fie egala cu frecventa retelei

in momentul conectarii generatorului la retea tensiunea la bornele masinii sa fie in faza cu tensiunea la borne a retelei

ordinea de succesiune a fazelor generatorului sa fie aceeasi ca si a retelei

In cazul indeplinirii conditiilor de mai sus, cuplarea la retea a generatorului se face fara a se simti fenomenele tranzitarii realizandu-se o sincronizare lina, iar in cazul in care apar fenomenele tranzitorii amortizate, se spune ca s-a realizat o sincronizare dura.

In centralele electrice actuale sincronizarea se face prin intermediul unor aparate electrice automate care realizeaza cuplarea la retea, numai daca sunt indeplinite conditiile de punere in paralel.

Generatorul sincron primeste de la masina sa primara, prin intermediul arborelui, puterea mecanica P₁ si cedeaza retelei puterea electromagnetica , obtinandu-se un randament.

Generatoarele sincrone se construiesc astfel incat la parametri normali, randamentul sa fie maxim, el fiind cuprins intre 0,72-0,95 pentru generatoare de puteri (0,3-3)MVA si 0,95-0,99 in cazul celor de (3,5-300)MVA.

Daca din puterea mecanica se scad pierderile mecanice p_m ( prin frecare si ventilatie), pierderea in fier p_Fe ( prin histerezis si curenti Foucault) si pierderile p_e=I_e²R_e din infasurarea de excitatie rotorica, se va obtine puterea electromagnetica interioara P a generatorului sincron, transmisa statorului de catre rotor, prin intermediul campului magnetic invartitor rezultat din intrefier. Aceasta putere P va acoperi pierderile in cupru din infasurarea statorica, si puterea utila adica

Deci,, iar expresia randamentului va fi:

(2.98)

In rotor nu exista pierderi in fier, datorita faptului ca rotorul are turatia campului invartitor, deci fluxul rezultant va fi fix relativ la rotor.