Sinhroni stroji — motorji, generatorji in kompenzatorji

Sinhroni stroji so električni stroji na izmenični tok, pri katerih se rotor in magnetno polje statorskih tokov vrtita sinhrono.
Trifazni sinhroni generatorji so najmočnejši električni stroji. Enota moči sinhronskih generatorjev v hidroelektrarnah je 640 MW, v termoelektrarnah pa 8-1200 MW. V sinhronskem stroju je eno od navitij priključeno na omrežje izmeničnega toka, drugo pa vzbuja enosmerni tok. Navitje izmeničnega toka imenujemo navitje armature.
Armaturno navitje pretvori vso elektromagnetno moč sinhronskega stroja v električno energijo in obratno. Zato se običajno namesti na stator, ki se imenuje armatura. Vzbujalna tuljava porabi 0,3 - 2% pretvorjene moči, zato je običajno nameščena na rotirajočem rotorju, ki se imenuje induktor, nizko moč vzbujanja pa dovajajo drsni obroči ali brezkontaktne vzbujalne naprave.

Magnetno polje armature se vrti s sinhrono hitrostjo n1 = 60f1 / p, rpm, kjer je p = 1,2,3 … 64 itd. je število parov polov.
Pri industrijski frekvenci omrežja f1 = 50 Hz, število sinhronih hitrosti pri različnem številu polov: 3000, 1500, 1000 itd.). Ker je magnetno polje induktorja glede na rotor mirujoče, se mora za neprekinjeno interakcijo polj induktorja in armature rotor vrteti z enako sinhrono hitrostjo.

Konstrukcija sinhronskih strojev
Stator sinhronskega stroja s trifaznim navitjem se po konstrukciji ne razlikuje stator asinhronega stroja, in rotor z vznemirljivo tuljavo je dveh vrst - izrazit pol in implicitni pol. Pri visokih hitrostih in majhnem številu polov se uporabljajo rotorji z implicitnim polom, ker imajo bolj trpežno strukturo, pri nizkih hitrostih in velikem številu polov pa se uporabljajo rotorji z izstopajočim polom modularne konstrukcije. Trdnost takih rotorjev je manjša, vendar jih je lažje izdelati in popraviti. Navidezni pol rotorja:

Uporabljajo se v sinhronskih strojih z velikim številom polov in temu primerno nizkim n. Hidroelektrarne (hidrogeneratorji). frekvenca n od 60 do nekaj sto obratov na minuto. Najmočnejši hidrogeneratorji imajo premer rotorja 12 m z dolžino 2,5 m, p — 42 in n = 143 vrt / min.
Indirektni rotor:

Navijanje - premer d = 1,2 - 1,3 m v kanalih rotorja, aktivna dolžina rotorja ni večja od 6,5 m TPP, NEK (turbinski generatorji). S = 500.000 kVA v enem stroju n = 3000 ali 1500 rpm (1 ali 2 para polov).
Poleg vzvodne tuljave je na rotorju nameščena dušilna tuljava ali dušilna tuljava, ki se uporablja za zagon pri sinhronskih motorjih. Ta tuljava je narejena podobno kratkostični tuljavi veveričjih kletk, le da je veliko manjšega preseka, saj glavno prostornino rotorja zavzema poljska tuljava.Pri rotorjih z neenakomernim polom vlogo dušilnega navitja igrajo površine trdnih zob rotorja in prevodni klini v kanalih.
Enosmerni tok v vzbujalnem navitju sinhronskega stroja se lahko napaja iz posebnega generatorja enosmernega toka, nameščenega na gredi stroja in imenovanega vzbujevalnik, ali iz omrežja prek polprevodniškega usmernika.
Glej tudi na to temo:
Namen in ureditev sinhronskih strojev

Kako delujejo sinhroni turbo in hidrogeneratorji

Sinhroni stroj lahko deluje kot generator ali motor. Sinhroni stroj lahko deluje kot motor, če se na statorsko navitje napaja trifazni omrežni tok. V tem primeru zaradi interakcije magnetnih polj statorja in rotorja polje statorja nosi rotor s seboj. V tem primeru se rotor vrti v isti smeri in z enako hitrostjo kot polje statorja.

Generatorski način delovanja sinhronskih strojev je najpogostejši in skoraj vso električno energijo proizvajajo sinhroni generatorji.Sinhroni motorji se uporabljajo z močjo nad 600 kW in do 1 kW kot mikromotorji. Sinhroni generatorji za napetosti do 1000 V se uporabljajo v enotah za avtonomne sisteme napajanja.

Enote s temi generatorji so lahko stacionarne in mobilne. Večina enot se uporablja z dizelskimi motorji, lahko pa jih poganjajo plinske turbine, elektromotorji in bencinski motorji.

Sinhroni motor se od sinhronskega generatorja razlikuje le po zagonski dušilni tuljavi, ki naj bi zagotavljala dobre zagonske lastnosti motorja.

Shema šestpolnega sinhronskega generatorja.Prikazani so prerezi navitij ene faze (tri zaporedno vezana navitja). Navitja drugih dveh faz se prilegata prostim režam, prikazanim na sliki. Faze so povezane v zvezdo ali trikot.

Generatorski način: motor (turbina) vrti rotor, katerega tuljava se napaja s konstantno napetostjo? obstaja tok, ki ustvarja trajno magnetno polje. Magnetno polje se vrti z rotorjem, prečka navitja statorja in inducira EMF enake velikosti in frekvence, vendar premaknjen za 1200 (simetrični trifazni sistem).

Način motorja: navitje statorja je priključeno na trifazno omrežje, navitje rotorja pa na vir enosmernega toka. Kot posledica interakcije vrtljivega magnetnega polja stroja z enosmernim tokom vzbujalne tuljave nastane navor Mvr, ki žene rotor, da se vrti s hitrostjo magnetnega polja.

Mehanska značilnost sinhronskega motorja - odvisnost n (M) - je vodoravni odsek.

Učni filmski trak - "Sinhroni motorji" v produkciji Tovarne učnega materiala leta 1966.
Ogledate si ga lahko tukaj: Filmski trak «Sinhroni motor»

Uporaba sinhronskih motorjev Množična uporaba asinhronskih motorjev s precejšnjo podobremenitvijo otežuje delovanje elektroenergetskih sistemov in postaj: faktor moči v sistemu se zmanjša, kar vodi do dodatnih izgub v vseh napravah in vodih, pa tudi do njihove nezadostne uporabe v delovne moči. Zato je postala nujna uporaba sinhronih motorjev, zlasti za mehanizme z močnimi pogoni.

Sinhroni motorji imajo veliko prednost pred asinhronimi motorji, ki zahvaljujoč enosmernemu vzbujanju lahko delujejo s cosphi = 1 in ne porabljajo jalove moči iz omrežja, med delovanjem pa ob prevzburjenju oddajajo celo jalovo moč v omrežje. Posledično se izboljša faktor moči omrežja in zmanjšajo padec napetosti in izgube v njem ter faktor moči generatorjev, ki delujejo v elektrarnah.

Največji navor sinhronega motorja je sorazmeren z U, pri asinhronem motorju pa U2.

Zato ob padcu napetosti sinhroni motor ohrani večjo nosilnost. Poleg tega uporaba možnosti povečanja vzbujalnega toka sinhronskih motorjev omogoča povečanje njihove zanesljivosti v primeru izrednih padcev napetosti v omrežju in v teh primerih izboljša pogoje delovanja elektroenergetskega sistema kot celote. Zaradi večje velikosti zračne reže so dodatne izgube v jeklu in rotorski kletki pri sinhronih motorjih manjše kot pri asinhronih motorjih, zato je izkoristek sinhronskih motorjev običajno večji.

Po drugi strani pa je konstrukcija sinhronskih motorjev bolj zapletena od indukcijskih motorjev z veverico, poleg tega pa morajo imeti sinhroni motorji vzbujevalnik ali drugo napravo za napajanje enosmerne tuljave. Posledično so sinhroni motorji v večini primerov dražji od asinhronih motorjev s kletko.

Med delovanjem sinhronih motorjev so se pojavile precejšnje težave pri njihovem zagonu.Te težave so že premagane.

Težji sta tudi zagon in regulacija števila vrtljajev sinhronskih motorjev. Prednost sinhronskih motorjev pa je tako velika, da jih je pri velikih močeh priporočljivo uporabljati povsod tam, kjer niso potrebni pogosti zagoni in zaustavitve ter regulacija vrtljajev (motorji generatorji, močne črpalke, ventilatorji, kompresorji, mlini, drobilniki itd.). ).

Poglej tudi:

Tipične sheme za zagon sinhronih motorjev

Elektromehanske lastnosti sinhronskih motorjev

Sinhroni kompenzatorji

Sinhroni kompenzatorji so zasnovani tako, da kompenzirajo faktor moči omrežja in vzdržujejo normalno raven napetosti omrežja na območjih, kjer so koncentrirane obremenitve potrošnikov. Prevzbujen način delovanja sinhronskega kompenzatorja je normalen, ko dovaja jalovo moč v omrežje.

V zvezi s tem se kompenzatorji, pa tudi kondenzatorske banke, ki služijo istim namenom, nameščene na potrošniških transformatorskih postajah, imenujejo tudi generatorji jalove moči. Vendar pa je v obdobjih zmanjšanih obremenitev uporabnikov (na primer ponoči) pogosto potrebna uporaba sinhronskih kompenzatorjev in v načinu podvzbujanja, ko porabljajo induktivni tok in jalovo moč iz omrežja, saj v teh primerih omrežna napetost teži k povečati, za vzdrževanje na normalni ravni pa je treba omrežje obremeniti z induktivnimi tokovi, ki povzročajo dodatne padce napetosti v njem.

V ta namen je vsak sinhronski kompenzator opremljen z avtomatskim vzbujevalnim oziroma napetostnim regulatorjem, ki uravnava velikost vzbujalnega toka tako, da ostane napetost na sponkah kompenzatorja konstantna.