Účel a usporiadanie synchrónnych strojov

Synchrónny stroj - stroj na striedavý prúd, v ktorom rýchlosť rotora pri konštantnej frekvencii prúdu vo vinutí statora zostáva konštantná a nezávisí od veľkosti zaťaženia hriadeľa stroja.

Synchrónne stroje Používajú sa hlavne na premenu mechanickej energie hnacích motorov na elektrickú energiu, teda ako generátory elektrickej energie striedavého prúdu. Synchrónne stroje sa však používajú aj v režimoch motorov, kompenzátorov jalového výkonu a iných zariadení.

V priemyselných inštaláciách sa najviac používajú trojfázové synchrónne stroje. Jednofázové synchrónne motory sa používajú v elektrických pohonoch kompresorov, výkonných ventilátorov, motorov s nízkym výkonom v rôznych automatických zariadeniach atď.

Synchrónne strojové zariadenie

Trojfázový synchrónny stroj pozostáva zo stacionárneho statora a v ňom rotujúceho implicitného alebo konvexného pólového rotora, medzi nimi je vzduchová medzera, ktorej radiálna veľkosť je určená menovitým výkonom stroja, jeho otáčkami a mení sa od zlomky do niekoľkých desiatok milimetrov.

Stator takéhoto stroja sa svojou konštrukciou prakticky nelíši od statora indukčného stroja, má trojfázové vinutie, ktorého začiatok fáz je označený C1, C2, C3 a konce - C4, C5, C6 a sú privedené na svorky s podobnými označeniami, čo vám umožňuje spojiť fázy vinutia statora s trojuholníkom alebo hviezdou.

Fázy statorového vinutia trojfázového synchrónneho generátora sú zapojené hlavne do hviezdy, pretože to umožňuje trojfázovej štvorvodičovej sieti mať sieťové a fázové napätia, ktoré sa navzájom líšia √3-krát (obr. 1 ).

Ryža. 1. Schéma pripojenia trojfázovej štvorfázovej siete na svorky vinutia statora trojfázového synchrónneho generátora, keď sú fázy zapojené do hviezdy.

Rotor synchrónneho stroja je jednosmerný elektromagnetický systém s vinutím, ktoré má rovnaký počet pólov ako trojfázové vinutie statora. Magnetické siločiary sú uzavreté medzi príslušným severným a južným pólom rotora cez vzduchovú medzeru a prívodné vedenie statora (obr. 2, a, b).

Vinutie rotora alebo budiace vinutie je napájané usmerňovačom alebo malým jednosmerným generátorom - budičom, ktorého výkon je 0,5 až 10% menovitého výkonu synchrónneho stroja. Budič môže byť umiestnený na rovnakom hriadeli so synchrónnym strojom, poháňaný z jeho hriadeľa pružným prevodom, alebo poháňaný samostatným motorom.

Implicitný pólový rotor synchrónneho stroja je plný alebo kompozitný valec vyrobený z uhlíkovej alebo legovanej ocele s drážkami vyfrézovanými na jeho povrchu v axiálnom smere. Tieto sloty obsahujú cievku vyrobenú z izolovaného medeného alebo hliníkového drôtu.Začiatok I1 a koniec I2 tohto vinutia sú spojené s dvoma zbernými krúžkami namontovanými na izolačnom puzdre umiestnenom na hriadeli stroja a otáčajúcimi sa s rotorom.

Pevné kefy sú pritlačené k prstencom, z ktorých sú vyvedené vodiče do svoriek označených I1 a I2 pre pripojenie na zdroj konštantnej elektrickej energie. Veľké zuby valca rotora bez drážok tvoria póly rotora.

Implicitný pólový rotor má zvyčajne dva alebo štyri póly so striedavou polaritou, používa sa vo vysokorýchlostných synchrónnych strojoch, najmä v turbínových generátoroch - trojfázové synchrónne generátory priamo spojené s parnými turbínami konštruované pre rýchlosť 3000 alebo 1500 otáčok za minútu pri Frekvencia striedavého prúdu 50 Hz...

Ryža. 2. Zariadenie trojfázového synchrónneho stroja s rotorom: a — skrytý pól, b — výrazný pól, 1 — rám, 2 — magnetický obvod statora, 3 — drôty statora, 4 — vzduchová medzera, 5 — pól rotora, 6 — hrot pólu, 7 — rovný na rotore, 8 — vinutie budiacej cievky, 9 — skrat, 10 — zberacie krúžky, 11 — kefy, 12 — hriadeľ.

Rotor s otvoreným pólom synchrónneho stroja so štyrmi a viacerými pólmi má pevný alebo vystlaný strmeň z oceľových plechov, na ktorom sú pripevnené oceľové stĺpiky podobnej konštrukcie, s pravouhlým prierezom, zakončené hrotmi (obr. 2, b ). Cievky navzájom spojené sú umiestnené v póloch a tvoria vzrušujúcu cievku.

Takýto rotor sa používa v nízkootáčkových synchrónnych strojoch, ktorými môžu byť hydrogenerátory a dieselové generátory - respektíve trojfázové synchrónne generátory priamo spojené s hydraulickými turbínami alebo spaľovacími motormi, konštruované pre otáčky 1500, 1000, 750 resp. nižšie otáčky pri frekvencii striedavého prúdu 50 Hz.

Mnohé synchrónne stroje majú na rotore okrem budiaceho vinutia ešte skratované medené alebo mosadzné tlmiace vinutie, ktoré sa pri rotore bez hladkého pólu len málo líši od podobného vinutia na rotore indukčného stroja a v rotor s vyvýšenými pólmi je uskutočnený vo forme neúplnej skratovanej cievky, ktorej tyče sú uložené iba v drážkach a chýbajú v medzipólovom priestore. Toto vinutie prispieva k tlmeniu kmitov rotora v nestacionárnych režimoch synchrónneho stroja a tiež zabezpečuje asynchrónne spúšťanie synchrónnych motorov.

Synchrónne stroje s výkonom do 5 kW sa niekedy vyrábajú v reverznom prevedení so statorovým budiacim vinutím a trojfázovým rotorovým vinutím.

Účinnosť trojfázového synchrónneho generátora

Prevádzka trojfázových synchrónnych strojov v režime generátora je sprevádzaná energetickými stratami, ktoré sú však svojou povahou podobné stratám v asynchrónnych strojoch. V tomto ohľade je účinnosť trojfázového synchrónneho generátora charakterizovaná hodnotou koeficientu účinnosti (účinnosti), ktorá je za podmienok symetrického zaťaženia určená vzorcom:

η = (√3UIcosφ) / (√3UIcosφ + ΔP),

kde U a I — prevádzka, sieťové napätie a prúd, cosφ — účinník prijímačov, ΔP — celkové straty zodpovedajúce danému zaťaženiu synchrónneho stroja.

Hodnota účinnosti (účinnosti) synchrónnych generátorov závisí od veľkosti záťaže a účinníka prijímačov (obr. 3).

Ryža. 3. Grafy závislosti účinnosti trojfázového synchrónneho generátora od zaťaženia a účinníka prijímačov.

Maximálna hodnota účinnosti zodpovedá zaťaženiu blízkemu nominálnemu a je 0,88-0,92 pre stredne výkonné stroje a pre vysokovýkonné generátory dosahuje hodnotu 0,96-0,99. Napriek vysokej účinnosti veľkých synchrónnych strojov je kvôli veľkému množstvu vznikajúceho tepla potrebné chladiť vinutia vodíkom, destilovanou vodou alebo transformátorovým olejom, čo prispieva k lepšiemu odvodu tepla a zároveň umožňuje vytvárať kompaktnejšie a výkonné trojfázové synchrónne stroje.