Namen in ureditev sinhronskih strojev

Sinhroni stroj - stroj za izmenični tok, pri katerem je hitrost rotorja pri konstantni frekvenci toka v navitjih statorja konstantna in ni odvisna od velikosti obremenitve na gredi stroja.

Sinhroni stroji Uporabljajo se predvsem za pretvorbo mehanske energije primarnih motorjev v električno energijo, torej kot generatorji električne energije izmeničnega toka. Vendar pa se sinhroni stroji uporabljajo tudi v načinih motorjev, kompenzatorjev jalove moči in drugih naprav.

V industrijskih inštalacijah se najpogosteje uporabljajo trifazni sinhronski stroji. Enofazni sinhroni motorji se uporabljajo v električnih pogonih kompresorjev, močnih ventilatorjih, motorjih nizke moči v različnih avtomatskih napravah itd.

Naprava sinhronega stroja

Trifazni sinhronski stroj je sestavljen iz stacionarnega statorja in rotorja implicitnega ali konveksnega pola, ki se vrti v njem, med njima pa je zračna reža, katere radialna velikost je določena z nazivno močjo stroja, njegovo hitrostjo in se spreminja od frakcije do nekaj deset milimetrov.

Stator takšnega stroja se po zasnovi praktično ne razlikuje od statorja indukcijskega stroja, ima trifazno navitje, katerega začetek faz je označen s C1, C2, C3 in konci - C4, C5, C6 in se pripeljejo do sponk s podobnimi oznakami, kar vam omogoča povezavo faz statorskega navitja z trikotnikom ali zvezdo.

Faze statorskega navitja trifaznega sinhronskega generatorja so večinoma povezane v zvezdo, saj to omogoča, da ima trifazno štirižično omrežje linijske in fazne napetosti, ki se med seboj razlikujejo za √3-krat (slika 1 ).

riž. 1. Shema za priključitev trifaznega štirifaznega omrežja na sponke statorskega navitja trifaznega sinhronskega generatorja, ko so faze povezane v zvezdo.

Rotor sinhronskega stroja je enosmerni elektromagnetni sistem z navitjem, ki ima enako število polov kot trifazno statorsko navitje. Magnetne sile so zaprte med severnim in južnim polom rotorja skozi zračno režo in napajalni vod statorja (slika 2, a, b).

Navitje rotorja ali navitje polja se napaja iz usmernika ali majhnega generatorja enosmernega toka - vzbujalnika, katerega izhodna moč je 0,5 do 10 % nazivne izhodne moči sinhronskega stroja. Vzbujevalnik je lahko nameščen na isti gredi s sinhronskim strojem, ki ga poganja njegova gred s prožnim prenosom ali pa ga poganja ločen motor.

Implicitni pol rotorja sinhronskega stroja je trden ali kompozitni valj iz ogljikovega ali legiranega jekla z utori, rezkanimi po njegovi površini v aksialni smeri. Te reže vsebujejo tuljavo iz izolirane bakrene ali aluminijaste žice.Začetek I1 in konec I2 tega navitja sta povezana z dvema drsnima obročema, nameščenima na izolatorski tulki, ki se nahaja na gredi stroja in se vrtita z rotorjem.

Fiksne ščetke pritisnemo na obroče, iz katerih vodimo žice do sponk z oznako I1 in I2 za povezavo z virom konstantne električne energije. Veliki zobci valja rotorja brez utorov tvorijo pole rotorja.

Implicitni polni rotor ima običajno dva ali štiri pole izmenične polarnosti, uporablja se v visokohitrostnih sinhronih strojih, zlasti v turbinskih generatorjih - trifazni sinhronski generatorji, neposredno povezani s parnimi turbinami, zasnovani za hitrost 3000 ali 1500 vrtljajev na minuto pri AC frekvenca 50 Hz...

riž. 2. Naprava trifaznega sinhronskega stroja z rotorjem: a - skriti pol, b - izrazit pol, 1 - okvir, 2 - magnetno vezje statorja, 3 - statorske žice, 4 - zračna reža, 5 - pol rotorja, 6 — konica pola, 7 — naravnost na rotorju, 8 — navitje vzbujalne tuljave, 9 — kratek stik, 10 — drsni obroči, 11 — ščetke, 12 — gred.

Odprti polni rotor sinhronskega stroja s štirimi ali več poli ima trden ali obložen jarem iz jeklenih pločevin, na katerega so pritrjeni jekleni drogovi podobne konstrukcije s pravokotnim prečnim prerezom, ki se konča s konicami (slika 2, b ). Tuljave, povezane med seboj, se nahajajo v polih in tvorijo vznemirljivo tuljavo.

Takšen rotor se uporablja v sinhronih strojih z nizko hitrostjo, ki so lahko hidrogeneratorji in dizelski generatorji - trifazni sinhronski generatorji, neposredno povezani s hidravličnimi turbinami ali motorji z notranjim zgorevanjem, zasnovani za hitrosti vrtenja 1500, 1000, 750 oz. nižje vrtljaje pri frekvenci izmeničnega toka 50 Hz.

Mnogi sinhronski stroji imajo na rotorju poleg vzbujalnega navitja še kratkostično bakreno ali medeninasto dušilno navitje, ki se pri negladkopolnem rotorju malo razlikuje od podobnega navitja na rotorju indukcijskega stroja. rotor z izstopajočim polom je izveden v obliki nepopolne kratkostične tuljave, katere palice so vgrajene samo v utore in so odsotne v medpolnem prostoru. To navitje prispeva k dušenju nihanj rotorja v nestacionarnih načinih sinhronskega stroja in zagotavlja tudi asinhroni zagon sinhronih motorjev.

Sinhroni stroji z nazivno močjo do 5 kW se včasih proizvajajo v obratni izvedbi z navitjem statorskega polja in trifaznim navitjem rotorja.

Izkoristek trifaznega sinhronskega generatorja

Delovanje trifaznih sinhronskih strojev v generatorskem načinu spremljajo izgube energije, ki pa so po svoji naravi podobne izgubam pri asinhronih strojih. V zvezi s tem je učinkovitost trifaznega sinhronskega generatorja označena z vrednostjo koeficienta učinkovitosti (učinkovitosti), ki je pri simetričnih pogojih obremenitve določena s formulo:

η = (√3UIcosφ) / (√3UIcosφ + ΔP),

kjer U in I - delovna, omrežna napetost in tok, cosφ - faktor moči sprejemnikov, ΔP - skupne izgube, ki ustrezajo dani obremenitvi sinhronskega stroja.

Vrednost učinkovitosti (izkoristka) sinhronskih generatorjev je odvisna od velikosti obremenitve in faktorja moči sprejemnikov (slika 3).

riž. 3. Grafi odvisnosti učinkovitosti trifaznega sinhronskega generatorja od obremenitve in faktorja moči sprejemnikov.

Največja vrednost izkoristka ustreza obremenitvi blizu nominalne in je 0,88-0,92 za stroje srednje moči, za generatorje visoke moči pa doseže vrednost 0,96-0,99. Kljub visoki učinkovitosti velikih sinhronskih strojev je zaradi velike količine proizvedene toplote potrebno hlajenje navitij z vodikom, destilirano vodo ali transformatorskim oljem, kar prispeva k boljšemu odvajanju toplote, poleg tega pa omogoča ustvarjanje bolj kompaktnih in učinkoviti trifazni sinhronski stroji.