Синхроне машине — мотори, генератори и компензатори

Синхроне машине су електричне машине наизменичне струје у којима се ротор и магнетно поље струја статора ротирају синхроно.
Трофазни синхрони генератори су најмоћније електричне машине. Јединична снага синхроних генератора у хидроелектранама је 640 МВ, а у термоелектранама 8 — 1200 МВ. У синхроној машини, један од намотаја је повезан на мрежу наизменичне струје, а други се побуђује једносмерном струјом. Намотај наизменичне струје назива се намотај арматуре.
Арматурни намотај претвара сву електромагнетну снагу синхроне машине у електричну снагу и обрнуто. Стога се обично поставља на статор, који се назива арматура. Побудни калем троши 0,3 - 2% конвертоване снаге, стога се обично налази на ротирајућем ротору, који се назива индуктор, а ниска побудна снага се обезбеђује помоћу клизних прстенова или бесконтактних побудних уређаја.

Магнетно поље арматуре ротира синхроном брзином н1 = 60ф1 / п, рпм, где је п = 1,2,3 … 64, итд. је број парова полова.
Са фреквенцијом индустријске мреже ф1 = 50 Хз, број синхроних брзина на различитом броју полова: 3000, 1500, 1000 итд.). Пошто је магнетно поље индуктора стационарно у односу на ротор, за непрекидну интеракцију поља индуктора и арматуре ротор мора да се окреће истом синхроном брзином.

Конструкција синхроних машина
Статор синхроне машине са трофазним намотајем се не разликује у конструкцији статор асинхроне машине, а ротор са узбудљивим калемом је два типа — истакнути пол и имплицитни пол. При великим брзинама и малом броју полова користе се имплицитно-полни ротори јер имају издржљивију структуру, а при малим брзинама и великом броју полова користе се ротори са истакнутим половима модуларне конструкције. Снага таквих ротора је мања, али су лакши за производњу и поправку. Ротор привидног пола:

Користе се у синхроним машинама са великим бројем полова и одговарајућим малим н. Хидроелектране (хидрогенератори). фреквенција н од 60 до неколико стотина обртаја у минути. Најмоћнији хидрогенератори имају пречник ротора од 12 м са дужином од 2,5 м, п — 42 и н = 143 о/мин.
Индиректни ротор:

Намотај — пречник д = 1,2 — 1,3 м у каналима ротора, активна дужина ротора није већа од 6,5 м ТПП, НПП (турбински генератори). С = 500.000 кВА у једној машини н = 3000 или 1500 о/мин (1 или 2 пара пола).
Поред намотаја поља, на ротору се налази пригушни или пригушни калем који се користи за покретање у синхроним моторима. Овај калем је направљен слично краткоспојном кавезу са веверицом, само много мањег пресека, пошто главну запремину ротора заузима калем поља.Код ротора са неуједначеним половима улогу пригушног намотаја играју површине чврстих зубаца ротора и проводни клинови у каналима.
Једносмерна струја у побудном намотају синхроне машине може се напајати из специјалног генератора једносмерне струје инсталираног на осовини машине и названог побуђивач, или из мреже преко полупроводничког исправљача.
Погледајте и на ову тему:
Намена и распоред синхроних машина

Како раде синхрони турбо и хидрогенератори

Синхрона машина може радити као генератор или мотор. Синхрона машина може да ради као мотор ако се на намотај статора доводи трофазна струја мреже. У овом случају, као резултат интеракције магнетних поља статора и ротора, поље статора носи ротор са собом. У овом случају, ротор се ротира у истом правцу и истом брзином као и поље статора.

Генераторски начин рада синхроних машина је најчешћи и скоро сву електричну енергију генеришу синхрони генератори.Синхрони мотори снаге преко 600 кВ и до 1 кВ се користе као микромотори. Синхрони генератори за напоне до 1000 В користе се у јединицама за системе аутономног напајања.

Јединице са овим генераторима могу бити стационарне и мобилне. Већина јединица се користи са дизел моторима, али их могу покретати гасне турбине, електромотори и бензински мотори.

Синхрони мотор се разликује од синхроног генератора само по стартном пригушном калему, који треба да обезбеди добра стартна својства мотора.

Шема шестополног синхроног генератора.Приказани су попречни пресеци намотаја једне фазе (три серијски спојена намотаја). Намотаји друге две фазе уклапају се у слободне прорезе приказане на слици. Фазе су повезане звездасто или троугао.

Режим генератора: мотор (турбина) ротира ротор, чији се калем напаја константним напоном? постоји струја која ствара стално магнетно поље. Магнетно поље ротира са ротором, укршта намотаје статора и индукује ЕМФ исте величине и фреквенције, али померен за 1200 (симетрични трофазни систем).

Моторни режим: намотај статора је повезан на трофазну мрежу, а намотај ротора на извор једносмерне струје. Као резултат интеракције обртног магнетног поља машине са једносмерном струјом побудног намотаја, јавља се обртни момент Мвр који покреће ротор да се ротира брзином магнетног поља.

Механичка карактеристика синхроног мотора — зависност н (М) — је хоризонтални пресек.

Образовна филмска трака - "Синхрони мотори" у производњи Фабрике образовног материјала 1966. године.
Можете га погледати овде: Филмска трака «Синхрони мотор»

Примена синхроних мотора Масовна употреба асинхроних мотора са значајним подоптерећењем отежава рад електроенергетских система и станица: смањује се фактор снаге у систему, што доводи до додатних губитака у свим уређајима и водовима, као и до њихове недовољне употребе у услови активне снаге. Због тога је употреба синхроних мотора постала неопходна, посебно за механизме са снажним погонима.

Синхрони мотори имају велику предност у односу на асинхроне моторе, а то је да, захваљујући ДЦ побуди, могу да раде са цоспхи = 1 и не троше реактивну снагу из мреже, а током рада, када су препобуђени, чак дају реактивну снагу мреже. Као резултат, побољшава се фактор снаге мреже и смањује пад напона и губици у њој, као и фактор снаге генератора који раде у електранама.

Максимални обртни момент за синхрони мотор је пропорционалан У, а за асинхрони мотор У2.

Због тога, када напон падне, синхрони мотор задржава већи капацитет оптерећења. Поред тога, коришћење могућности повећања побудне струје синхроних мотора омогућава повећање њихове поузданости у случају ванредних падова напона у мрежи и побољшање у тим случајевима услова рада електроенергетског система у целини. Због веће величине ваздушног зазора, додатни губици у челику и у кавезу ротора синхроних мотора су мањи од оних код асинхроних мотора, па је ефикасност синхроних мотора обично већа.

С друге стране, конструкција синхроних мотора је компликованија од асинхроних мотора са кавезним кавезом, а поред тога, синхрони мотори морају имати узбуђивач или други уређај за напајање једносмерног намотаја. Као резултат тога, синхрони мотори су у већини случајева скупљи од асинхроних кавезних мотора.

Током рада синхроних мотора појавиле су се знатне потешкоће у њиховом покретању.Ове потешкоће су већ превазиђене.

Покретање и контрола брзине синхроних мотора су такође тежи. Међутим, предност синхроних мотора је толико велика да је при великим снагама препоручљиво користити их свуда где нису потребна честа покретања и заустављања и контрола брзине (мотор генератори, моћне пумпе, вентилатори, компресори, млинови, дробилице и сл.). ).

Такође видети:

Типичне шеме за покретање синхроних мотора

Електромеханичка својства синхроних мотора

Синхрони компензатори

Синхрони компензатори су дизајнирани да компензују фактор снаге мреже и одржавају нормалан ниво напона мреже у областима где су концентрисана потрошачка оптерећења. Препобуђени режим рада синхроног компензатора је нормалан када он снабдева реактивну снагу у мрежу.

С тим у вези, компензатори, као и кондензаторске банке које служе истој намени, инсталиране на потрошачким трафостаницама, називају се и генераторима реактивне снаге. Међутим, у периодима смањеног оптерећења корисника (на пример ноћу), често је потребно користити синхроне компензаторе и у режиму подузбуде, када троше индуктивну струју и реактивну снагу из мреже, јер у тим случајевима напон мреже тежи да повећати, а за одржавање на нормалном нивоу потребно је оптеретити мрежу индуктивним струјама, које изазивају додатне падове напона у њој.

У ту сврху сваки синхрони компензатор је опремљен аутоматским побудним или регулатором напона, који регулише величину побудне струје тако да напон на прикључцима компензатора остане константан.