Намена и распоред синхроних машина

Синхрона машина - машина наизменичне струје у којој брзина ротора при константној фреквенцији струје у намотајима статора остаје константна и не зависи од величине оптерећења на вратилу машине.

Синхроне машине Углавном се користе за претварање механичке енергије примарних покретача у електричну енергију, односно као генератори електричне енергије наизменичне струје. Међутим, синхроне машине се такође користе у режимима мотора, компензатора реактивне снаге и других уређаја.

У индустријским инсталацијама најширу се користе трофазне синхроне машине. Монофазни синхрони мотори се користе у електричним погонима компресора, снажним вентилаторима, моторима мале снаге у разним аутоматским уређајима итд.

Уређај синхроне машине

Трофазна синхрона машина се састоји од стационарног статора и имплицитног или конвексног полног ротора који се окреће унутар њега, између њих постоји ваздушни јаз, чија је радијална величина одређена номиналном снагом машине, њеном брзином и варира од фракције до неколико десетина милиметара.

Статор такве машине се практично не разликује по дизајну од статора индукционе машине, има трофазни намотај, чији су почетак фаза означени као Ц1, Ц2, Ц3, а крајеви - Ц4, Ц5, Ц6 и доводе се до терминала са сличним ознакама, што вам омогућава да повежете фазе намотаја статора са делтом или звездом.

Фазе намотаја статора трофазног синхроног генератора су углавном повезане у звезду, јер то омогућава да трофазна четворожична мрежа има линијске и фазне напоне који се међусобно разликују за √3 пута (Сл. 1). ).

Пиринач. 1. Шема за повезивање трофазне четворофазне мреже на стезаљке намотаја статора трофазног синхроног генератора када су фазе спојене звездасто.

Ротор синхроне машине је електромагнетни систем једносмерне струје са намотајем који има исти број полова као и трофазни намотај статора. Магнетне линије силе су затворене између одговарајућег северног и јужног пола ротора кроз ваздушни зазор и доводни вод статора (сл. 2, а, б).

Намотај ротора или намотај поља се напаја од исправљача или малог генератора једносмерне струје — побуђивача чија је снага 0,5 до 10% номиналне снаге синхроне машине. Побуђивач се може налазити на истој осовини са синхроном машином, покретан са своје осовине флексибилним преносом, или покретан посебним мотором.

Имплицитни пол ротор синхроне машине је чврсти или композитни цилиндар направљен од угљеничног или легираног челика са жљебовима глоданим преко његове површине у аксијалном правцу. Ови прорези садрже завојницу направљену од изоловане бакарне или алуминијумске жице.Почетак И1 и крај И2 овог намотаја повезани су са два клизна прстена постављена на изолаторску чахуру која се налази на вратилу машине и која се окреће са ротором.

Фиксне четке су притиснуте на прстенове, од којих се жице воде до стезаљки означених И1 и И2 за повезивање са извором константне електричне енергије. Велики зупци цилиндра ротора без прореза формирају полове ротора.

Имплицитни пол ротор обично има два или четири пола наизменичног поларитета, користи се у синхроним машинама велике брзине, посебно у турбинским генераторима - трофазним синхроним генераторима директно повезаним са парним турбинама дизајнираним за брзину од 3000 или 1500 обртаја у минути на АЦ фреквенција 50 Хз...

Пиринач. 2. Уређај трофазне синхроне машине са ротором: а — скривени пол, б — истакнути пол, 1 — оквир, 2 — магнетно коло статора, 3 — жице статора, 4 — ваздушни зазор, 5 — пол ротора, 6 — врх пола, 7 — равно на ротору, 8 — намотај побудног намотаја, 9 — кратак спој, 10 — клизни прстенови, 11 — четке, 12 — осовина.

Отворени ротор синхроне машине са четири или више полова има чврст или обложен јарам од челичних лимова, на који су причвршћени челични стубови сличне конструкције, правоугаоног попречног пресека, који се завршавају шиљцима (сл. 2, б). ). Намотаји повезани једни са другима налазе се у половима, формирајући узбудљиву завојницу.

Такав ротор се користи у синхроним машинама мале брзине, које могу бити хидрогенератори и дизел генератори - респективно, трофазни синхрони генератори директно повезани са хидрауличним турбинама или моторима са унутрашњим сагоревањем, дизајнирани за брзине ротације од 1500, 1000, 750 и мањи број обртаја при фреквенцији наизменичне струје од 50 Хз.

Многе синхроне машине имају на ротору, поред побудног намотаја, кратко спојен пригушни намотај од бакра или месинга, који се у ротору са неглатким половима мало разликује од сличног намотаја на ротору индукционе машине, а у ротор са истакнутим полом изведен је у облику непотпуног краткоспојеног намотаја, чије су шипке уграђене само у жљебове и одсутне у међуполном простору. Овај намотај доприноси пригушивању осцилација ротора у нестационарним режимима синхроне машине, а такође обезбеђује асинхроно покретање синхроних мотора.

Синхроне машине до 5 кВ се понекад производе у обрнутом дизајну са намотајем поља статора и трофазним намотајем ротора.

Ефикасност трофазног синхроног генератора

Рад трофазних синхроних машина у генераторском режиму праћен је губицима енергије, који су, али по својој природи, слични губицима у асинхроним машинама. С тим у вези, ефикасност трофазног синхроног генератора карактерише вредност коефицијента ефикасности (ефикасности), која се у условима симетричног оптерећења одређује формулом:

η = (√3УИцосφ) / (√3УИцосφ + ΔП),

где је У и И — радни, мрежни напон и струја, цосφ — фактор снаге пријемника, ΔП — укупни губици који одговарају датом оптерећењу синхроне машине.

Вредност ефикасности (ефикасности) синхроних генератора зависи од величине оптерећења и фактора снаге пријемника (сл. 3).

Пиринач. 3. Графикони зависности ефикасности трофазног синхроног генератора од оптерећења и фактора снаге пријемника.

Максимална вредност ефикасности одговара оптерећењу блиском номиналном и износи 0,88-0,92 за машине средње снаге, а за генераторе велике снаге достиже вредност од 0,96-0,99. Упркос високој ефикасности великих синхроних машина, због велике количине произведене топлоте, потребно је хладити намотаје водоником, дестилованом водом или трансформаторским уљем, што доприноси бољем одводу топлоте, а такође вам омогућава да направите компактније и ефикасне трофазне синхроне машине.