Sinkroni strojevi — motori, generatori i kompenzatori

Sinkroni strojevi su električni strojevi izmjenične struje u kojima se rotor i magnetsko polje struja statora okreću sinkrono.
Trofazni sinkroni generatori najjači su električni strojevi. Jedinična snaga sinkronih generatora u hidroelektranama je 640 MW, au termoelektranama - 8 - 1200 MW. U sinkronom stroju jedan od namota je spojen na izmjeničnu struju, a drugi je pobuđen istosmjernom strujom. Namot izmjenične struje naziva se armaturni namot.
Armaturni namot pretvara svu elektromagnetsku snagu sinkronog stroja u električnu i obrnuto. Stoga se obično postavlja na stator, koji se naziva armatura. Uzbudna zavojnica troši 0,3 - 2% pretvorene snage, stoga se obično nalazi na rotirajućem rotoru, koji se naziva induktor, a mala uzbudna snaga se dovodi pomoću kliznih prstenova ili beskontaktnih uređaja za pobudu.

Magnetsko polje armature rotira sinkronom brzinom n1 = 60f1 / p, rpm, gdje je p = 1,2,3 … 64, itd. je broj pari polova.
Uz frekvenciju industrijske mreže f1 = 50 Hz, broj sinkronih brzina na različitom broju polova: 3000, 1500, 1000 itd.). Budući da je magnetsko polje induktora stacionarno u odnosu na rotor, za kontinuiranu interakciju polja induktora i armature, rotor se mora okretati istom sinkronom brzinom.

Konstrukcija sinkronih strojeva
Stator sinkronog stroja s trofaznim namotom ne razlikuje se u konstrukciji stator asinkronog stroja, a rotor s uzbudnom zavojnicom ima dvije vrste - istaknuti pol i implicitni pol. Pri velikim brzinama i malom broju polova koriste se implicitnopolni rotori jer imaju trajniju strukturu, a pri malim brzinama i velikom broju polova koriste se istaknutopolni rotori modularne konstrukcije. Snaga takvih rotora je manja, ali ih je lakše proizvesti i popraviti. Prividni pol rotora:

Koriste se u sinkronim strojevima s velikim brojem polova i odgovarajućim niskim n. Hidroelektrane (hidrogeneratori). frekvencija n od 60 do nekoliko stotina okretaja u minuti. Najjači hidrogeneratori imaju promjer rotora od 12 m s duljinom od 2,5 m, p — 42 i n = 143 o/min.
Indirektni rotor:

Namatanje — promjer d = 1,2 — 1,3 m u kanalima rotora, aktivna duljina rotora nije veća od 6,5 m. TPP, NPP (turbinski generatori). S = 500 000 kVA u jednom stroju n = 3000 ili 1500 o/min (1 ili 2 para polova).
Osim uzbudne zavojnice, na rotoru se nalazi prigušna zavojnica ili prigušna zavojnica koja služi za pokretanje kod sinkronih motora. Ova zavojnica je napravljena slično kaveznoj zavojnici kratkog spoja, samo mnogo manjeg presjeka, budući da glavni volumen rotora zauzima uzbudna zavojnica.Kod rotora s nejednakim polom ulogu prigušnog namota imaju površine čvrstih zubaca rotora i vodljivi klinovi u kanalima.
Istosmjerna struja u uzbudnom namotu sinkronog stroja može se napajati iz posebnog istosmjernog generatora ugrađenog na osovinu stroja i nazvanog pobudnik ili iz mreže preko poluvodičkog ispravljača.
Vidi također o ovoj temi:
Namjena i raspored sinkronih strojeva

Kako rade sinkroni turbo i hidrogeneratori

Sinkroni stroj može raditi kao generator ili motor. Sinkroni stroj može raditi kao motor ako se na namot statora dovodi trofazna mrežna struja. U ovom slučaju, kao rezultat međudjelovanja magnetskih polja statora i rotora, polje statora nosi sa sobom rotor. U tom slučaju rotor se okreće u istom smjeru i istom brzinom kao polje statora.

Generatorski način rada sinkronih strojeva je najčešći, a gotovo svu električnu energiju dobivaju sinkroni generatori.Sinkroni motori se koriste snage preko 600 kW do 1 kW kao mikromotori. Sinkroni generatori za napone do 1000 V koriste se u jedinicama za autonomne sustave napajanja.

Jedinice s ovim generatorima mogu biti stacionarne i mobilne. Većina jedinica koristi se s dizelskim motorima, ali ih mogu pokretati plinske turbine, elektromotori i benzinski motori.

Sinkroni motor se od sinkronog generatora razlikuje samo po startnom prigušnom svitku, koji bi trebao osigurati dobra startna svojstva motora.

Shema šestopolnog sinkronog generatora.Prikazani su presjeci namota jedne faze (tri serijski spojena namota). Namoti druge dvije faze pristaju u slobodne utore prikazane na slici. Faze su spojene u zvijezdu ili trokut.

Generatorski način rada: motor (turbina) okreće rotor čiji se svitak napaja konstantnim naponom? postoji struja koja stvara trajno magnetsko polje. Magnetsko polje rotira zajedno s rotorom, prelazi namote statora i inducira EMF iste veličine i frekvencije, ali pomaknut za 1200 (simetrični trofazni sustav).

Način rada motora: namot statora spojen je na trofaznu mrežu, a namot rotora na izvor istosmjerne struje. Kao rezultat međudjelovanja okretnog magnetskog polja stroja s istosmjernom strujom uzbudnog svitka nastaje moment Mvr koji tjera rotor da se okreće brzinom magnetskog polja.

Mehanička karakteristika sinkronog motora - ovisnost n (M) - je horizontalni presjek.

Edukativni filmski film - "Sinkroni motori" u produkciji Tvornice školskog materijala 1966.
Možete ga pogledati ovdje: Filmska vrpca «Sinkroni motor»

Primjena sinkronih motora Masovna uporaba asinkronih motora sa značajnim podopterećenjem otežava rad elektroenergetskih sustava i stanica: smanjuje se faktor snage u sustavu, što dovodi do dodatnih gubitaka u svim uređajima i vodovima, kao i do njihove nedovoljne upotrebe u uvjeti djelatne snage. Stoga je uporaba sinkronih motora postala nužna, osobito za mehanizme sa snažnim pogonima.

Sinkroni motori imaju veliku prednost u odnosu na asinkrone motore, a to je da zahvaljujući istosmjernoj pobudi mogu raditi s cosphi = 1 i ne troše jalovu snagu iz mreže, a tijekom rada, kada su prepobuđeni, čak daju jalovu snagu na mreža. Time se poboljšava faktor snage mreže i smanjuju pad napona i gubici u njoj, kao i faktor snage generatora koji rade u elektranama.

Maksimalni moment sinkronog motora proporcionalan je U, a asinkronog motora U2.

Stoga, kada napon padne, sinkroni motor zadržava veću nosivost. Osim toga, korištenje mogućnosti povećanja struje uzbude sinkronih motora omogućuje povećanje njihove pouzdanosti u slučaju hitnih padova napona u mreži i poboljšanje u tim slučajevima radnih uvjeta elektroenergetskog sustava u cjelini. Zbog veće veličine zračnog raspora, dodatni gubici u čeliku i kavezu rotora sinkronih motora su manji nego kod asinkronih motora, stoga je učinkovitost sinkronih motora obično veća.

S druge strane, konstrukcija sinkronih motora je kompliciranija od kaveznih asinkronih motora, a osim toga, sinkroni motori moraju imati pobudnik ili neki drugi uređaj za napajanje istosmjerne zavojnice. Zbog toga su sinkroni motori u većini slučajeva skuplji od asinkronih kaveznih motora.

Tijekom rada sinkronih motora pojavile su se znatne poteškoće pri njihovom pokretanju.Te su poteškoće već prevladane.

Pokretanje i regulacija brzine vrtnje sinkronih motora također su otežani. Međutim, prednost sinkronih motora je tolika da ih je pri velikim snagama preporučljivo koristiti svugdje gdje nisu potrebna česta paljenja i zaustavljanja te regulacija brzine vrtnje (motor-generatori, snažne pumpe, ventilatori, kompresori, mlinovi, drobilice i dr.). ).

Vidi također:

Tipične sheme pokretanja sinkronih motora

Elektromehanička svojstva sinkronih motora

Sinkroni kompenzatori

Sinkroni kompenzatori dizajnirani su za kompenzaciju faktora snage mreže i održavanje normalne razine napona mreže u područjima gdje su koncentrirana opterećenja potrošača. Prepobuđeni način rada sinkronog kompenzatora je normalan kada on isporučuje jalovu snagu u mrežu.

U tom smislu, kompenzatori, kao i kondenzatorske baterije iste namjene, instalirane na trafostanicama potrošača, nazivaju se i generatori jalove energije. Međutim, u razdobljima smanjenog opterećenja korisnika (npr. noću), često je potrebno koristiti sinkrone kompenzatore iu poduzbudnom režimu, kada oni troše induktivnu struju i jalovu snagu iz mreže, jer u tim slučajevima mrežni napon teži povećati, a za održavanje na normalnoj razini potrebno je mrežu opteretiti induktivnim strujama koje uzrokuju dodatne padove napona u njoj.

U tu svrhu svaki sinkroni kompenzator opremljen je automatskim regulatorom uzbude ili napona, koji regulira veličinu uzbudne struje tako da napon na stezaljkama kompenzatora ostane konstantan.