Werking van een synchroscoop

De synchroscoop bestaat uit een monofasige stator en een rotor met twee spoelen die in kwadratuur gemonteerd staan, en waarvan de fase van één van de spoelen 90° verschoven is door een zelfinductie (smoorspoel). De voeding van de twee spoelen gebeurt met drie sleepringen, zodat de spoelen altijd op dezelfde manier gevoed worden. Het zijn dus wel degelijk sleepringen, en geen commutator zoals bij een dynamo.

De spoel die in fase gevoed wordt is de P-spoel, de spoel die in kwadratuur gevoed wordt is de Q-spoel (stroom loopt 90° achter). Om de werking van een synchroscoop uit te leggen concentreren we ons op het ogenblik dat de stroom in de veldwikkeling maximaal positief is, dit gebeurt éénmaal per periode, dus 50 maal per seconde. De werking is identiek als de stroom negatief is, en als de stroom nul is, is er geen effekt.

1. Als de twee voedingen dezelfde fase hebben (of als de rotor en de stator met dezelfde spanning gevoed worden, wat het geval is als de generator met "de barren" gekoppeld is), dan krijgen de stator (veldwikkeling) en de P-spoel dezelfde stroom. Als de stroom maximaal is in de veldwikkeling, dan is die ook maximaal in de P-spoel. De Q-spoel krijgt een na-ijlende stroom en krijgt op dit ogenblik dus geen stroom. het magentisch veld trekt de rotor zodanig dat de P spoel gericht wordt naar de veldwikkeling toe. De aanduider wijst naar boven.

2. Als de generator 90° voorloopt, dan is de P-stroom nul als de veldstroom maximaal is, aangezien beide velden 90° verschoven zijn. De stroom in de Q-spoel is nu echter maximaal, aangezien de smoorspoel het vòòrlopen van de generator annuleert. De rotor gaat zich richten met de Q-spoel in het magnetisch veld en de aanduider wijst naar rechts.

3. Als de generator in tegenfase zit, dan in se stroom maximaal in de P-spoel als de veldwikkeling maximaal is, maar de stroom loopt in de andere kant in de rotor, waardoor de P-spoel zich richt in het magentisch veld, maar in de omgekeerde richting als situatie 1. De aanduider wijst naar beneden.

4. Als de generator 90° naijlt, dan is de stroom in de P-spoel nul en die in de Q-spoel maximaal, maar tweemaal 90° vertraagd, dus met een tegenfase. De rotor gaat zich richten met de Q-spoel in het magnetisch veld, maar in de omgekeerde richting als situatie 2. De aanduider wijst naar links.

De werking van de synchroscoop wordt nagezien door de rotor en de stator met dezelfde spanning te voeden. Er kan een fasefout ontstaan door de gebruikte transfo's of door de verschillende impedanties van rotor en statorwikkeling. De fasefout wordt weggewerkt door de stator te verdraaien zodat de aanduider naar boven wijst.

Terugwatt bescherming

De beveiliging detecteert dat er vermogen loopt van het netwerk naar de generator. Dit kan bijvoorbeeld veroorzaakt wordt door de dieselmotor (prime mover) die stilvalt omdat er geen brandstof meer is.

Om te vermijden dat de alternator de motor zou aandrijven (dit veroorzaakt een extra verbruik op het electriciteitsnet en kan de motor beschadigen) wordt direct de generator electrisch losgekoppeld van het net. Normaal is het relais aangetrokken en de verbinding met de alternator kan gemaakt worden als de voorwaarden voor parallelbedrijf vervuld zijn.

Alternator:

Demper wikkelingen (damper windings), amortisseurs Leblanc

Zolang de generator stabiel werkt, dan ontstaat er geen veranderlijk magnetisch veld en hebben de demper wikkelingen geen enkel effekt. De demper wikkelingen hebben wel invloed als het gaat om het beperken van de koppelveranderingen veroorzaakt door de ongelijkmatige belasting (één fase onbelast of kortgesloten) en belastingspieken.

De demper wikkelingen kunnen ook het ongelijkmatig koppel van bepaalde aandrijfmachines opvangen (dieselmotoren). Alle alternatoren die aangedreven worden door een dieselmotor moeten in principe zo'n demper wikkeling hebben. Voor turbine-aangedreven alternatoren is dit minder noodzakelijk.

De demper wikkelingen vergemakkelijken ook het synchroniseren door de hoge stroom die kan optreden als de generatoren niet perfekt synchroon lopen op te vangen, en vooral: ze dempen het onderling slingergedrag van gekoppelde generatoren. Voor parallelbedrijf van generatoren moeten de alternatoren uitgerust zijn met een dergelijke "damper winding".

De "magnetische koppeling" tussen rotor en stator is geen starre koppeling, maar een elastische koppeling waarbij er een faseverschil tussen stator en rotor kan optreden van +70 tot -70° (werking als generator of als motor). De "amortisseurs Leblanc" vormen in feite een viskeuze koppeling die mogelijke oscillaties onderdrukt.

In het rood en orange op de tweede figuur: de koperstaven en koperplaten die de demper vormen. In het geel één van de rotorwikkelingen (ze werden niet allemaal getekend om de figuur niet te verzwaren).

De damper heeft dezelfde funktie als een schokdemper op een auto: het dempen van de oscillaties.

Twee generatoren bij een hospitaal in Bachten de Kuppe konden niet in parallel werken. Van zodra ze gekoppeld waren, begonnen de twee identieke generatoren mechanisch te oscilleren (overdracht van het aktief vermogen van de ene naar de andere generator en terug). Het probleem was dat de generatoren die wel identiek waren nooit voorzien waren voor parallelbedrijf (ik vermoed dat de alternatoren niet uitgerust werden met demperwikkelingen). Men heeft uiteindelijk het probleem opgelost door één van de generatoren uit te rusten met een extra wliegwiel, waardoor de generatoren niet meer in resonantie konden gaan.