Namjena i raspored sinkronih strojeva

Sinkroni stroj - stroj izmjenične struje u kojem brzina rotora pri konstantnoj frekvenciji struje u namotima statora ostaje konstantna i ne ovisi o veličini opterećenja na osovini stroja.

Sinkroni strojevi Uglavnom se koriste za pretvaranje mehaničke energije pogona u električnu, odnosno kao generatori izmjenične električne energije. Međutim, sinkroni strojevi se također koriste u načinima rada motora, kompenzatora jalove snage i drugih uređaja.

U industrijskim instalacijama najviše se koriste trofazni sinkroni strojevi. Jednofazni sinkroni motori koriste se u električnim pogonima kompresora, snažnim ventilatorima, motorima male snage u raznim automatskim uređajima itd.

Uređaj sinkronog stroja

Trofazni sinkroni stroj sastoji se od stacionarnog statora i implicitnog ili konveksnog polnog rotora koji se okreće unutar njega, između njih postoji zračni raspor, čija je radijalna veličina određena nazivnom snagom stroja, njegovom brzinom i varira od frakcije do nekoliko desetaka milimetara.

Stator takvog stroja praktički se ne razlikuje po dizajnu od statora indukcijskog stroja, ima trofazni namot, čiji su početak faza označeni C1, C2, C3, a krajevi - C4, C5, C6 i dovode se do stezaljki sličnih oznaka, što vam omogućuje spajanje faza namota statora s trokutom ili zvijezdom.

Faze namota statora trofaznog sinkronog generatora uglavnom su spojene u zvijezdu, budući da to omogućuje trofaznoj četverožičnoj mreži da ima linijske i fazne napone koji se međusobno razlikuju za √3 puta (Sl. 1 ).

Riža. 1. Shema za spajanje trofazne četverofazne mreže na stezaljke namota statora trofaznog sinkronog generatora kada su faze spojene u zvijezdu.

Rotor sinkronog stroja je istosmjerni elektromagnetski sustav s namotom koji ima isti broj polova kao i trofazni namot statora. Magnetske linije sile zatvorene su između odgovarajućeg sjevernog i južnog pola rotora kroz zračni raspor i opskrbni vod statora (Sl. 2, a, b).

Rotorski namot ili namot polja napaja se iz ispravljača ili malog istosmjernog generatora — pobudnika čiji je učinak 0,5 do 10% nazivnog izlaza sinkronog stroja. Uzbudnik može biti smješten na istoj osovini sa sinkronim strojem, pokretan sa svoje osovine fleksibilnim prijenosom ili pokretan posebnim motorom.

Implicitni polni rotor sinkronog stroja čvrsti je ili kompozitni cilindar izrađen od ugljičnog ili legiranog čelika s žljebovima brušenim po površini u aksijalnom smjeru. Ovi utori sadrže zavojnicu izrađenu od izolirane bakrene ili aluminijske žice.Početak I1 i kraj I2 ovog namota povezani su s dva klizna prstena postavljena na izolatorsku čahuru koja se nalazi na osovini stroja i rotira s rotorom.

Fiksne četkice se pritišću na prstenove, od kojih se izvode žice do stezaljki označenih I1 i I2 za spajanje na izvor stalne električne energije. Veliki zupci cilindra rotora bez proreza tvore polove rotora.

Implicitni polni rotor obično ima dva ili četiri pola izmjeničnog polariteta, koristi se u sinkronim strojevima velike brzine, posebno u turbinskim generatorima - trofazni sinkroni generatori izravno spojeni na parne turbine dizajnirane za brzinu od 3000 ili 1500 okretaja u minuti pri AC frekvencija 50 Hz...

Riža. 2. Uređaj trofaznog sinkronog stroja s rotorom: a — skriveni pol, b — istaknuti pol, 1 — okvir, 2 — magnetski krug statora, 3 — žice statora, 4 — zračni raspor, 5 — pol rotora, 6 — vrh pola, 7 — ravno na rotoru, 8 — namotaj uzbudne zavojnice, 9 — kratki spoj, 10 — klizni prstenovi, 11 — četkice, 12 — osovina.

Otvoreni polni rotor sinkronog stroja s četiri ili više polova ima čvrsti ili obloženi jaram od čeličnih limova, na koji su pričvršćeni čelični stupovi slične konstrukcije, s pravokutnim poprečnim presjekom, koji završavaju šiljcima (slika 2, b ). Zavojnice međusobno povezane nalaze se u polovima, tvoreći uzbudnu zavojnicu.

Takav se rotor koristi u sinkronim strojevima niske brzine, koji mogu biti hidrogeneratori i dizel generatori - odnosno trofazni sinkroni generatori izravno povezani s hidrauličkim turbinama ili motorima s unutarnjim izgaranjem, dizajnirani za brzine vrtnje od 1500, 1000, 750 i manji broj okretaja u minuti pri frekvenciji izmjenične struje od 50 Hz.

Mnogi sinkroni strojevi imaju na rotoru osim uzbudnog namota i kratkospojeni prigušni namot od bakra ili mjedi, koji se kod neglatkopolnog rotora malo razlikuje od sličnog namota na rotoru asinkronog stroja, a kod rotor s istaknutim polom izvodi se u obliku nepotpune kratkospojene zavojnice, čije su šipke ugrađene samo u utore i odsutne su u međupolnom prostoru. Ovaj namot doprinosi prigušivanju oscilacija rotora u nestacionarnim načinima rada sinkronog stroja, a također osigurava asinkrono pokretanje sinkronih motora.

Sinkroni strojevi nazivne snage do 5 kW ponekad se proizvode u obrnutom dizajnu s namotom statorskog polja i trofaznim namotom rotora.

Učinkovitost trofaznog sinkronog generatora

Rad trofaznih sinkronih strojeva u generatorskom načinu rada praćen je gubicima energije, koji su, ali po svojoj prirodi, slični gubicima u asinkronim strojevima. S tim u vezi, učinkovitost trofaznog sinkronog generatora karakterizira vrijednost koeficijenta učinkovitosti (učinkovitosti), koja se u uvjetima simetričnog opterećenja određuje formulom:

η = (√3UIcosφ) / (√3UIcosφ + ΔP),

gdje su U i I — radni, mrežni napon i struja, cosφ — faktor snage prijemnika, ΔP — ukupni gubici koji odgovaraju zadanom opterećenju sinkronog stroja.

Vrijednost stupnja djelovanja (učinkovitosti) sinkronih generatora ovisi o veličini opterećenja i faktoru snage prijemnika (slika 3).

Riža. 3. Grafovi ovisnosti stupnja djelovanja trofaznog sinkronog generatora o opterećenju i faktoru snage prijemnika.

Maksimalna vrijednost učinkovitosti odgovara opterećenju blizu nazivnog i iznosi 0,88-0,92 za strojeve srednje snage, a za generatore velike snage dostiže vrijednost od 0,96-0,99. Unatoč visokoj učinkovitosti velikih sinkronih strojeva, zbog velike količine proizvedene topline, potrebno je hladiti namote vodikom, destiliranom vodom ili transformatorskim uljem, što pridonosi boljem odvođenju topline, a također vam omogućuje stvaranje kompaktnijih i učinkoviti trofazni sinkroni strojevi.