Efter den här lektionen kan du förklara hur en generator gör tre faser, räkna ut varvtalet ur frekvensen och antalet polpar, och förklara varför frekvensen säger något om balansen i hela nätet.
G1 är en synkrongenerator på 300 MVA. En vattenturbin driver rotorn, som är en elektromagnet med 8 polpar – 16 poler som växlar nord och syd runt omkretsen. I statorn runt rotorn sitter tre lindningar, förskjutna 120° från varandra.
När rotorn snurrar sveper magnetfältet förbi lindningarna. Varje gång en nord- och en sydpol passerat en lindning har spänningen i den gått ett helt varv – en period. Tre lindningar 120° isär ger tre spänningar som ligger 120° efter varandra i tiden: tre faser.
Frekvensen är rotorns varvtal gånger antalet polpar. Alla synkrongeneratorer i ett nät snurrar i takt med varandra – därför är frekvensen densamma i hela det nordiska nätet, från Kiruna till Köpenhamn. Om alla generatorer tillsammans ger mindre effekt än lasterna tar, bromsas de alla in och frekvensen sjunker.
Börja med att titta på generatorn i genomskärning. Vrid upp varvtalet och se hur frekvensen följer med. Byt sedan till läget faser och se de tre spänningarna, och till sist fasföljden L1–L2–L3.
Synkrongenerator med 8 polpar som roterar med 375 rpm. Den elektriska vinkeln θ är 8 gånger den mekaniska. Animeringen går 200 gånger långsammare än verkligheten.
När en nordpol passerar en lindning ändras flödet genom den som snabbast – då induceras störst spänning. Lindningarna sitter 120 elektriska grader isär, därför når de sina toppar efter varandra. Toppvärdet på fasspänningen är Û = 15 kV/√3 · √2 = 12,25 kV.
Synkrongenerator med 8 polpar som roterar med 375 rpm. Den elektriska vinkeln θ är 8 gånger den mekaniska. Animeringen går 200 gånger långsammare än verkligheten.
u_L1 + u_L2 + u_L3 = 6,12 + (-12,25) + (6,12) = 0,000 kV
Summan är noll i varje ögonblick. Därför kan tre faser dela på en gemensam neutralledare – vid perfekt balans går ingen ström i den.
Steg tagna: 0.
G1 har p = 8 polpar. För f = 50 Hz krävs n = 60 · 50 / 8 = 375 rpm.
Tvillingen står still tills du förutsagt G1:s varvtal i panelen Förutsäg. Använd formeln ovan. Läs sedan av frekvensen och inspektera turbinen och generatorn.
Förutsäg först – läs av sedan. Tiden står still tills du låst din förutsägelse, så att du inte kan se svaret innan.
0 förutsägelse(r) loggade. Inom 5 % räknas som träff.
Synkrongenerator med åtta polpar: f = p·n/60 = 8·375/60 = 50 Hz. Tre lindningar 120° isär.
G1 snurrar med 375 rpm och ger 50,00 Hz. Turbinen ger 206,1 MW mekanisk effekt och generatorn 206,1 MW elektrisk effekt – de är lika, och därför står frekvensen still.
En snabbare generator behöver färre poler. En ångturbin i ett kärnkraftverk har ofta 1 polpar och snurrar 3000 rpm. Ett vattenkraftverk med långsamt fallande vatten kan ha 20 polpar och 150 rpm. Alla ger 50 Hz.
Synkrongenerator med 8 polpar som roterar med 375 rpm. Den elektriska vinkeln θ är 8 gånger den mekaniska. Animeringen går 200 gånger långsammare än verkligheten.
Ordningen i vilken faserna når sin topp kallas fasföljd. Byter man plats på två faser vänder det roterande magnetfältet – en trefasmotor går baklänges. Därför mäts fasföljden innan en ny anläggning tas i drift.
Nu har ett aggregat någon annanstans i nätet löst, och G1:s reglering är frånkopplad. Titta på frekvensen och varvtalet i panelen Frekvens. Vad händer – och varför ändras inte flödena i vår kedja nämnvärt?
f_mål = 50 + (P_turbin − P_el + ΔP)/k med k = 1 000 MW/Hz: 100 MW obalans ger 0,1 Hz. Frekvensen närmar sig målet med tidskonstanten 2 s. Sekundärregleringen ställer om turbinen så att balansen – och 50 Hz – återställs, men G1 kan som mest ge 285 MW.
Utan reglering stannar frekvensen på 49,850 Hz och G1 snurrar 373,9 rpm. Det saknade underskottet (150 MW) tas från rotationsenergin i alla synkrongeneratorer tills nätets naturliga reglerstyrka – 1 000 MW per Hz – har hittat en ny balans. Därför är frekvensen nätets gemensamma mätare på balans: den sjunker när produktionen inte räcker, och stiger när den är för stor.
Svenska kraftnät håller frekvensen mellan 49,9 och 50,1 Hz i normal drift. Under 49,0 Hz börjar automatisk lastfrånkoppling – hela städer kopplas bort för att rädda resten. Frekvensen kommer tillbaka i lektionen Balans och frekvens.
En generator med 8 polpar ska ge 50 Hz. Vilket varvtal måste den ha?
En generator med 4 polpar ska ge 50 Hz. Vilket varvtal måste den ha?
Frekvensen sjunker till 49,9 Hz. Vilket varvtal har G1 (8 polpar) då?
Varför ligger de tre fasspänningarna 120° isär?
Mastery-kriterium: du kan räkna mellan frekvens, varvtal och polpar och förklara vad en frekvensavvikelse säger om nätet.
Fyra frågor om generatorn och frekvensen.
Ett vattenkraftverk har 12 polpar. Vilket varvtal ger 50 Hz?
En generator snurrar 3 000 rpm i ett 50 Hz-nät. Hur många polpar har den?
I felvarianten saknades 150 MW och regleringen var av. Vilken frekvens stabiliserades nätet på? Svara med tre decimaler.
Frekvensen stiger till 50,08 Hz. Vad betyder det?
Med ett kostnadsfritt konto sparas dina anteckningar, bokmärken och hela din progression — så att du kan fortsätta exakt där du slutade, på vilken enhet som helst.
Skapa konto