Formål og arrangement av synkronmaskiner

Synkronmaskin - en vekselstrømsmaskin der hastigheten til rotoren ved en konstant frekvens av strøm i statorviklingene forblir konstant og ikke avhenger av størrelsen på belastningen på maskinens aksel.

Synkrone maskiner De brukes hovedsakelig til å konvertere den mekaniske energien til drivmotorer til elektrisk energi, det vil si som generatorer av elektrisk vekselstrøm. Imidlertid brukes synkrone maskiner også i modusene til motorer, reaktive effektkompensatorer og andre enheter.

I industrielle installasjoner er trefase synkronmaskiner mest brukt. Enfasede synkronmotorer brukes i elektriske drifter av kompressorer, kraftige vifter, laveffektmotorer i forskjellige automatiske enheter, etc.

Synkron maskinenhet

En trefaset synkronmaskin består av en stasjonær stator og en implisitt eller konveks polrotor som roterer inne i den, mellom dem er det et luftgap, hvis radielle størrelse bestemmes av maskinens nominelle kraft, dens hastighet og varierer fra brøker til flere titalls millimeter.

Statoren til en slik maskin skiller seg praktisk talt ikke i design fra statoren til en induksjonsmaskin, den har en trefaset vikling, hvor begynnelsen av fasene er betegnet C1, C2, C3 og endene - C4, C5, C6 og bringes til terminaler med lignende betegnelser, som lar deg koble fasene til statorviklingen med en delta eller stjerne.

Fasene til statorviklingen til en trefaset synkrongenerator er hovedsakelig koblet i en stjerne, siden dette gjør at et trefaset fireledernettverk kan ha linje- og fasespenninger som avviker fra hverandre med √3 ganger (fig. 1) ).

Ris. 1. Skjema for å koble et trefaset firefasenettverk til terminalene til statorviklingen til en trefaset synkrongenerator når fasene er stjernekoblet.

Rotoren til en synkronmaskin er et elektromagnetisk likestrømsystem med en vikling som har samme antall poler som en trefase statorvikling. De magnetiske kraftlinjene er lukket mellom de respektive nord- og sørpolene til rotoren gjennom luftgapet og tilførselsledningen til statoren (fig. 2, a, b).

Rotorviklingen eller feltviklingen mates av en likeretter eller en liten likestrømsgenerator - en magnetisering hvis utgang er 0,5 til 10 % av nominell ytelse til en synkronmaskin. Eksitereren kan være plassert på samme aksel med en synkronmaskin, drevet fra akselen av en fleksibel girkasse, eller drevet av en separat motor.

Den implisitte polrotoren til en synkronmaskin er en solid eller sammensatt sylinder laget av karbon eller legert stål med spor frest over overflaten i en aksial retning. Disse sporene inneholder en spole laget av isolert kobber eller aluminiumtråd.Starten av I1 og slutten av I2 av denne viklingen er koblet til to sleperinger montert på en isolatorhylse plassert på maskinakselen og roterer med rotoren.

De faste børstene presses mot ringene, hvorfra ledningene føres til klemmene merket I1 og I2 for tilkobling til en kilde med konstant elektrisk energi. De store, ikke-slissede rotorsylindertennene danner rotorpolene.

En implisitt polrotor har vanligvis to eller fire poler med alternerende polaritet, den brukes i høyhastighets synkronmaskiner, spesielt i turbingeneratorer - trefasede synkrongeneratorer direkte koblet til dampturbiner designet for en hastighet på 3000 eller 1500 omdreininger per minutt ved AC frekvens 50 Hz...

Ris. 2. Enheten til en trefaset synkronmaskin med en rotor: a — skjult pol, b — fremtredende pol, 1 — ramme, 2 — statormagnetisk krets, 3 — statorledninger, 4 — luftgap, 5 — rotorpol, 6 — polspiss, 7 — rett på rotoren, 8 — vikling av eksitasjonsspolen, 9 — kortslutning, 10 — sleperinger, 11 — børster, 12 — aksel.

Den åpen-polede rotoren til en synkronmaskin med fire eller flere poler har et solid eller foret åk av stålplater, på hvilke det er festet stålstolper av lignende konstruksjon, med et rektangulært tverrsnitt, som ender i pigger (fig. 2, b) ). Spolene koblet til hverandre er plassert i polene, og danner en spennende spole.

En slik rotor brukes i lavhastighets synkronmaskiner, som kan være hydrogeneratorer og dieselgeneratorer - henholdsvis trefase synkrongeneratorer direkte koblet til hydrauliske turbiner eller forbrenningsmotorer, designet for rotasjonshastigheter på 1500, 1000, 750 og lavere rpm ved en vekselstrømfrekvens på 50 Hz.

Mange synkronmaskiner har på rotoren, i tillegg til magnetiseringsviklingen, en kortsluttet kobber- eller messingdempende vikling, som i en ikke-glattpolet rotor skiller seg lite fra en tilsvarende vikling på rotoren til en induksjonsmaskin, og i en fremtredende polrotor det utføres i form av en ufullstendig en kortsluttet spole, hvis stenger bare er innebygd i sporene og er fraværende i interpolrommet. Denne viklingen bidrar til demping av rotorsvingninger i ikke-stasjonære moduser av en synkronmaskin, og gir også asynkron start av synkronmotorer.

Synkronmaskiner opp til 5 kW produseres noen ganger i omvendt design med statorfeltvikling og trefase rotorvikling.

Effektiviteten til en trefaset synkrongenerator

Driften av trefasede synkrone maskiner i generatormodus er ledsaget av energitap, som, men i sin natur, ligner tap i asynkrone maskiner. I denne forbindelse er effektiviteten til en trefaset synkrongenerator preget av verdien av effektivitetskoeffisienten (effektivitet), som under symmetriske belastningsforhold bestemmes av formelen:

η = (√3UIcosφ) / (√3UIcosφ + ΔP),

hvor U og I — drift, nettverksspenning og strøm, cosφ — effektfaktoren til mottakerne, ΔP — totale tap tilsvarende den gitte belastningen til synkronmaskinen.

Verdien av effektivitet (effektivitet) til synkrone generatorer avhenger av størrelsen på lasten og effektfaktoren til mottakerne (fig. 3).

Ris. 3. Grafer over avhengigheten av effektiviteten til en trefaset synkrongenerator på belastningen og effektfaktoren til mottakerne.

Den maksimale effektivitetsverdien tilsvarer en belastning nær den nominelle og er 0,88-0,92 for maskiner med middels kraft, og for høyeffektsgeneratorer når den en verdi på 0,96-0,99. Til tross for den høye effektiviteten til store synkronmaskiner, på grunn av den store mengden varme som genereres, er det nødvendig å avkjøle viklingene med hydrogen, destillert vann eller transformatorolje, noe som bidrar til bedre varmeavledning, og også lar deg lage mer kompakt og effektive trefase synkronmaskiner.