Sottosistemi in Generazione Elettrica

Il sotto-sistema di un impianto di produzione di energia elettrica che include parti rotanti come turbine, generando energia meccanica.

Il sotto-sistema di un impianto di produzione di energia elettrica che include tutti gli elementi elettrici, come gli alternatori, i sistemi di trasmissione e distribuzione, e gli utilizzatori.

Un gruppo di componenti che lavorano insieme per convertire l'energia meccanica in energia elettrica.

Le forze che si oppongono al movimento delle parti rotanti del sistema meccanico, come l'attrito.

I componenti che regolano il flusso del fluido motore (acqua, vapore) per garantire la corretta velocità di rotazione del generatore.

La funzione di trasferimento di un impianto idroelettrico descrive la relazione tra la variazione del carico elettrico e la variazione della portata dell'acqua nella condotta forzata.

La portata dell'acqua nella condotta forzata è influenzata dalla variazione del carico elettrico e dalla variazione della pressione a monte della turbina.

La potenza meccanica della turbina è direttamente proporzionale alla portata dell'acqua e all'altezza di caduta.

L'accelerazione della colonna d'acqua nella condotta è influenzata dalla variazione della portata e dalla resistenza della condotta.

La relazione tra l'apertura del distributore e la potenza meccanica della turbina è non lineare. All'aumentare dell'apertura del distributore la potenza aumenta in modo non proporzionale.

La comprimibilità dell'acqua e l'elasticità della condotta forzata influenzano la propagazione delle onde di pressione e portata.

Le onde di pressione e portata si propagano nella condotta forzata con una velocità che dipende dalle proprietà del fluido e della tubazione.

Le onde di pressione e portata si riflettono alle estremità della condotta, influenzando la risposta dinamica dell'intero sistema.

L'angolo tra l'asse diretto (d) e l'asse del rotore (A) rappresenta la posizione angolare del rotore (θ) in un determinato istante.

I circuiti rotorici equivalenti sono modellati lungo due assi: l'asse diretto (d) e l'asse in quadratura (q). L'asse d coincide con l'asse magnetico del circuito di eccitazione, mentre l'asse q è perpendicolare ad esso.

L'asse in quadratura (q) è considerato in ritardo rispetto all'asse diretto (d) nella convenzione utilizzata.

Il numero di avvolgimenti rotorici determina la complessità del modello. Un numero maggiore di avvolgimenti rappresenta un modello più dettagliato.

I circuiti rotorici, ad eccezione di quello di eccitazione, non corrispondono a avvolgimenti reali che possono essere misurati. I loro parametri sono determinati indirettamente.

Un modello comune utilizza 4 circuiti: il circuito di eccitazione (f), un circuito sull'asse diretto (d1) e due circuiti sull'asse in quadratura (q1, q2).

Per macchine con poli sporgenti, le correnti indotte nel rotore laminato sono trascurabili. Pertanto, un solo circuito sull'asse in quadratura è sufficiente.

Le convenzioni per i circuiti di statore e di rotore sono opposte: la convenzione del generatore per lo statore e la convenzione dell'utilizzatore per il rotore.

Matrice che rappresenta le auto e mutue induttanze tra gli avvolgimenti dello statore.

Gli elementi della matrice Lss non dipendono dall'angolo , quindi il termine L1 è zero. Ciò significa che le induttanze tra gli avvolgimenti dello statore sono costanti, indipendentemente dalla posizione del rotore.

Matrice che rappresenta le auto e mutue induttanze tra gli avvolgimenti dello statore e quelli del rotore.

Matrice che rappresenta le auto e mutue induttanze tra gli avvolgimenti del rotore.

Il flusso concatenato in un avvolgimento di statore quando si inietta 1 A di corrente in un solo avvolgimento di statore, mentre tutti gli altri avvolgimenti di statore e di rotore hanno corrente 0.

Il flusso concatenato in un avvolgimento di rotore quando si inietta 1 A di corrente in un solo avvolgimento di statore, mentre tutti gli altri avvolgimenti di statore e di rotore hanno corrente 0.

Si pensa di iniettare 1 A di corrente in un solo avvolgimento di statore (tutti gli altri avvolgimenti di statore e di rotore hanno corrente 0) e di valutare il flusso concatenato in ciascun avvolgimento di statore. Questo processo è utilizzato per determinare gli elementi delle matrici Lss, Lsr e Lrr.

Nelle macchine a poli lisci il circuito magnetico è lo stesso per ogni posizione del rotore visto che lo spessore del traferro è costante. Quindi gli elementi di Lss non dipendono da  ossia L1 è nullo.

La condizione per cui i flussi magnetici reciproci sono uguali, espressa in termini di induttanze di magnetizzazione e mutua degli avvolgimenti.

Un sistema di valori di base per i circuiti che facilita l'analisi, rendendo le induttanze in p.u. uguali per magnetizzazione e mutua.

La matrice delle induttanze che rappresenta gli avvolgimenti del sistema in p.u. dopo la semplificazione con il sistema di valori di base reciproco.

Il valore di base per la corrente nel circuito f è calcolato in base alla corrente di base del circuito d, alle induttanze e alle induttanze di dispersione.

La corrente di base per il circuito rotorico f è calcolata utilizzando la corrente di base del circuito d, e le induttanze Ldd (induttanza propria del circuito d) e Ldf (induttanza mutua tra d e f).

La costante di inerzia (H) è una misura di quanto è difficile cambiare la velocità di rotazione di un corpo. Nel caso di un alternatore, è definita come il rapporto tra l'energia cinetica alla velocità nominale e la potenza nominale.

Il tempo di avviamento del rotore (Tavv) è il tempo che l'alternatore impiega ad accelerare dalla velocità iniziale a quella nominale, se sottoposto alla coppia nominale. È legato alla costante di inerzia dalla formula Tavv = 2H.

La potenza meccanica (pm) è la potenza disponibile all'albero dell'alternatore dal sistema meccanico (es: turbina). La potenza elettrica (pe) è la potenza che l'alternatore eroga alla rete elettrica.

L'equazione (65) descrive la relazione tra la variazione di velocità del rotore, la potenza meccanica e la potenza elettrica. In pratica, l'accelerazione del rotore dipende dalla differenza tra la potenza meccanica e la potenza elettrica.

Le coppie di smorzamento rappresentano le forze che si oppongono al movimento del rotore dell'alternatore, come l'attrito. Queste coppie non sono sempre considerate nel calcolo della potenza elettrica.

Lo schema a blocchi della Fig. 10 rappresenta la dinamica del rotore dell'alternatore. Mostra come la potenza meccanica, la costante di inerzia e le coppie di smorzamento influenzano la velocità del rotore.

La variabile di Laplace (s) è uno strumento matematico utilizzato per analizzare i sistemi dinamici. Nel contesto dello schema a blocchi, indica la derivata rispetto al tempo.

La variabile di Laplace (s) ci permette di rappresentare la dinamica del rotore dell'alternatore in un dominio matematico, rendendo più facile analizzare e prevedere il comportamento del sistema.