Synchrónne stroje — motory, generátory a kompenzátory

Synchrónne stroje sú striedavé elektrické stroje, v ktorých sa rotor a magnetické pole statorových prúdov otáčajú synchrónne.
Trojfázové synchrónne generátory sú najvýkonnejšie elektrické stroje. Jednotkový výkon synchrónnych generátorov vo vodných elektrárňach je 640 MW a v tepelných elektrárňach - 8 - 1200 MW. V synchrónnom stroji je jedno z vinutí pripojené k sieti striedavého prúdu a druhé je budené jednosmerným prúdom. Vinutie striedavého prúdu sa nazýva vinutie kotvy.
Vinutie kotvy premieňa všetku elektromagnetickú silu synchrónneho stroja na elektrickú energiu a naopak. Preto sa zvyčajne umiestňuje na stator, ktorý sa nazýva kotva. Budiaca cievka spotrebuje 0,3 - 2% prevedeného výkonu, preto býva umiestnená na rotujúcom rotore, ktorý sa nazýva tlmivka a nízky budiaci výkon dodávajú zberacie krúžky alebo bezkontaktné budiace zariadenia.

Magnetické pole kotvy sa otáča synchrónnou rýchlosťou n1 = 60f1 / p, ot / min, kde p = 1,2,3 ... 64 atď. je počet pólových párov.
Pri frekvencii priemyselnej siete f1 = 50 Hz, počet synchrónnych rýchlostí pri rôznom počte pólov: 3000, 1500, 1000 atď.). Pretože magnetické pole induktora je vzhľadom na rotor stacionárne, pre nepretržitú interakciu polí induktora a kotvy sa rotor musí otáčať rovnakou synchrónnou rýchlosťou.

Konštrukcia synchrónnych strojov
Stator synchrónneho stroja s trojfázovým vinutím sa konštrukciou nelíši stator asynchrónneho stroja, a rotor s budiacou cievkou je dvoch typov – výrazný pól a implicitný pól. Pri vysokých rýchlostiach a malom počte pólov sa používajú rotory s implicitnými pólmi, pretože majú odolnejšiu štruktúru, a pri nízkych rýchlostiach a veľkom počte pólov sa používajú rotory s vyčnievajúcimi pólmi modulárnej konštrukcie. Pevnosť takýchto rotorov je menšia, ale ľahšie sa vyrábajú a opravujú. Zdanlivý pólový rotor:

Používajú sa v synchrónnych strojoch s veľkým počtom pólov a zodpovedajúcim nízkym n. Vodné elektrárne (hydrogenerátory). frekvencia n od 60 do niekoľko stoviek otáčok za minútu. Najvýkonnejšie hydrogenerátory majú priemer rotora 12 m s dĺžkou 2,5 m, p — 42 a n = 143 ot./min.
Nepriamy rotor:

Vinutie — priemer d = 1,2 — 1,3 m v kanáloch rotora, aktívna dĺžka rotora nie je väčšia ako 6,5 m TPP, NPP (turbínové generátory). S = 500 000 kVA v jednom stroji n = 3000 alebo 1500 ot./min (1 alebo 2 pólové páry).
Okrem budiacej cievky je na rotore umiestnený tlmič alebo tlmiaca cievka, ktorá sa používa na rozbeh v synchrónnych motoroch. Táto cievka je vyrobená podobne ako skratovacia cievka s klietkou nakrátko, len má oveľa menšiu časť, pretože hlavný objem rotora zaberá budiaca cievka.V rotoroch s nerovnomernými pólmi zohrávajú úlohu vinutia tlmiča povrchy pevných zubov rotora a vodivé kliny v kanáloch.
Jednosmerný prúd v budiacom vinutí synchrónneho stroja môže byť napájaný zo špeciálneho generátora jednosmerného prúdu inštalovaného na hriadeli stroja a nazývaného budič, alebo zo siete cez polovodičový usmerňovač.
Pozri tiež na túto tému:
Účel a usporiadanie synchrónnych strojov

Ako fungujú synchrónne turbá a hydrogenerátory

Synchrónny stroj môže pracovať ako generátor alebo motor. Synchrónny stroj môže fungovať ako motor, ak je do vinutia statora privádzaný trojfázový sieťový prúd. V tomto prípade, v dôsledku interakcie magnetických polí statora a rotora, pole statora nesie rotor so sebou. V tomto prípade sa rotor otáča rovnakým smerom a rovnakou rýchlosťou ako pole statora.

Generátorový režim prevádzky synchrónnych strojov je najbežnejší a takmer všetku elektrickú energiu vyrábajú synchrónne generátory Synchrónne motory sa používajú s výkonom nad 600 kW a do 1 kW ako mikromotory. Synchrónne generátory pre napätie do 1000 V sa používajú v jednotkách pre autonómne napájacie systémy.

Jednotky s týmito generátormi môžu byť stacionárne a mobilné. Väčšina jednotiek sa používa s dieselovými motormi, ale môžu byť poháňané plynovými turbínami, elektromotormi a benzínovými motormi.

Synchrónny motor sa od synchrónneho generátora líši len rozbehovou tlmiacou cievkou, ktorá má zabezpečiť dobré štartovacie vlastnosti motora.

Schéma šesťpólového synchrónneho generátora.Sú znázornené prierezy vinutia jednej fázy (tri sériovo zapojené vinutia). Vinutia ďalších dvoch fáz zapadajú do voľných štrbín znázornených na obrázku. Fázy sú zapojené do hviezdy alebo trojuholníka.

Režim generátora: motor (turbína) otáča rotor, ktorého cievka je napájaná konštantným napätím? existuje prúd, ktorý vytvára permanentné magnetické pole. Magnetické pole sa otáča s rotorom, prechádza vinutiami statora a indukuje EMF rovnakej veľkosti a frekvencie, ale posunuté o 1200 (symetrický trojfázový systém).

Režim motora: vinutie statora je pripojené k trojfázovej sieti a vinutie rotora k zdroju jednosmerného prúdu. V dôsledku interakcie rotujúceho magnetického poľa stroja s jednosmerným prúdom budiacej cievky vzniká krútiaci moment Mvr, ktorý poháňa rotor k otáčaniu rýchlosťou magnetického poľa.

Mechanická charakteristika synchrónneho motora — závislosť n (M) — je horizontálny rez.

Vzdelávací filmový pás – „Synchrónne motory“, ktoré vyrobila továreň na vzdelávacie materiály v roku 1966.
Môžete si ho pozrieť tu: Filmový pás «Synchrónny motor»

Aplikácia synchrónnych motorov Hromadné používanie asynchrónnych motorov s výrazným nedostatkovým zaťažením komplikuje prevádzku energetických sústav a staníc: v sústave klesá účinník, čo vedie k dodatočným stratám vo všetkých zariadeniach a vedeniach, ako aj k ich nedostatočnému využívaniu v z hľadiska aktívneho výkonu. Preto sa použitie synchrónnych motorov stalo nevyhnutným, najmä pre mechanizmy s výkonnými pohonmi.

Synchrónne motory majú oproti asynchrónnym motorom veľkú výhodu v tom, že vďaka jednosmernému budeniu dokážu pracovať s cosphi = 1 a nespotrebúvajú jalový výkon zo siete a počas prevádzky pri prebudení dokonca dávajú jalový výkon do napr. siete. V dôsledku toho sa zlepšuje účinník siete a znižuje sa úbytok napätia a straty v nej, ako aj účinník generátorov pracujúcich v elektrárňach.

Maximálny krútiaci moment synchrónneho motora je úmerný U a pre asynchrónny motor U2.

Preto pri poklese napätia si synchrónny motor zachováva vyššiu zaťažiteľnosť. Okrem toho využitie možnosti zvýšenia budiaceho prúdu synchrónnych motorov umožňuje zvýšiť ich spoľahlivosť pri núdzových poklesoch napätia v sieti a zlepšiť v týchto prípadoch prevádzkové podmienky elektrizačnej sústavy ako celku. V dôsledku väčšej veľkosti vzduchovej medzery sú dodatočné straty v oceli a v klietke rotora pri synchrónnych motoroch menšie ako pri asynchrónnych motoroch, preto je účinnosť synchrónnych motorov zvyčajne vyššia.

Na druhej strane je konštrukcia synchrónnych motorov zložitejšia ako u indukčných motorov s klietkou nakrátko a okrem toho musia mať synchrónne motory budič alebo iné zariadenie na napájanie jednosmernej cievky. V dôsledku toho sú synchrónne motory vo väčšine prípadov drahšie ako asynchrónne motory s kotvou nakrátko.

Počas prevádzky synchrónnych motorov vznikali značné ťažkosti pri ich spúšťaní.Tieto ťažkosti sú už prekonané.

Náročnejšie je aj štartovanie a riadenie otáčok synchrónnych motorov. Výhoda synchrónnych motorov je však taká veľká, že pri vysokých výkonoch je vhodné ich použiť všade tam, kde nie sú potrebné časté štarty a zastavovania a regulácia otáčok (motorgenerátory, výkonné čerpadlá, ventilátory, kompresory, mlyny, drviče a pod.). ).

Pozri tiež:

Typické schémy spúšťania synchrónnych motorov

Elektromechanické vlastnosti synchrónnych motorov

Synchrónne kompenzátory

Synchrónne kompenzátory sú navrhnuté tak, aby kompenzovali účinník siete a udržiavali normálnu úroveň napätia siete v oblastiach, kde je sústredené zaťaženie spotrebiteľov. Režim prebudenia synchrónneho kompenzátora je normálny, keď dodáva jalový výkon do siete.

V tomto ohľade sa kompenzátory, ako aj kondenzátorové banky, ktoré slúžia na rovnaké účely, inštalované na spotrebiteľských rozvodniach, nazývajú aj generátory jalovej energie. V obdobiach zníženej užívateľskej záťaže (napríklad v noci) je však často potrebné použiť synchrónne kompenzátory a v režime podbudenia, keď spotrebúvajú indukčný prúd a jalový výkon zo siete, pretože v týchto prípadoch má napätie v sieti tendenciu zvýšenie a na jej udržanie na normálnej úrovni je potrebné sieť zaťažiť indukčnými prúdmi, ktoré v nej spôsobujú ďalšie poklesy napätia.

Na tento účel je každý synchrónny kompenzátor vybavený automatickým regulátorom budenia alebo napätia, ktorý reguluje veľkosť budiaceho prúdu tak, aby napätie na svorkách kompenzátora zostalo konštantné.