Synchrongeneratoren. Funktionsprinzip von Synchrongeneratoren
1. Ständer. Der Stator eines Synchrongenerators besteht wie andere Wechselstrommaschinen aus einem Kern aus Elektrostahlblechen, in deren Nuten eine Wechselstromwicklung verlegt ist, und einem Rahmen - einem gusseisernen oder geschweißten Gehäuse aus Stahlblech.
Die Statorwicklung wird in die Nuten gelegt, die auf der Innenfläche des Kerns eingestanzt sind. Die Isolierung der Wicklung wird mit besonderer Sorgfalt durchgeführt, da die Maschine meist mit hohen Spannungen arbeiten muss. Als Isolierung werden Mikanit und Mikanitband verwendet.
In ABB. 240 das Aussehen des Stators eines Synchrongenerators gegeben.
2. Läufer. Die Rotoren von Synchronmaschinen werden konstruktionsbedingt in zwei Typen unterteilt:
A) explizit Pol (d. h. mit ausgeprägten Polen) und
B) implizit polar (d. h. mit implizit ausgedrückten Polen).
In ABB. 241 zeigt Diagramme der Vorrichtung von Synchrongeneratoren mit Schenkel- und Vollpolrotoren.
Die eine oder andere Gestaltung des Rotors wird durch Überlegungen zur mechanischen Festigkeit vorgegeben. Bei modernen Generatoren, die von Hochgeschwindigkeitsmotoren (Dampfturbine) angetrieben werden, kann die Umfangsgeschwindigkeit des Rotors 100–160 m/s (in einigen Fällen 170 m/s) erreichen. Daher haben Hochgeschwindigkeitsgeneratoren einen Vollpolrotor. Die Drehzahl von Hochgeschwindigkeitsgeneratoren beträgt 3000 U / min und 1500 U / min.
Der Schenkelpolrotor ist ein Stahlschmiedestück.
Am Rotorkranz sind Pole angebracht, auf denen Erregerspulen aufgesetzt sind, die miteinander in Reihe geschaltet sind. Die Enden der Erregerwicklung sind mit zwei verbunden
auf der Rotorwelle montierte Ringe. Den Ringen sind Bürsten überlagert, an die eine Konstantspannungsquelle angeschlossen ist. In ABB. 242 zeigt das Aussehen eines Schenkelpolrotors. Normalerweise gibt ein Gleichstromgenerator, der auf derselben Welle wie der Rotor sitzt und als Erreger bezeichnet wird, einen Gleichstrom ab, um den Rotor zu erregen. Die Erregerleistung beträgt 0,25-1 % der Nennleistung des Synchrongenerators. Nennspannung der Erreger 60-350 V.
In ABB. 243 zeigt die Erregerschaltung einer Synchronmaschine.
Selbsterregte Synchrongeneratoren sind ebenfalls erhältlich. Ein Gleichstrom zur Erregung des Rotors wird unter Verwendung von Selengleichrichtern erhalten, die mit der Statorwicklung des Generators verbunden sind. Im ersten Moment induziert das schwache Feld des Restmagnetismus des rotierenden Rotors eine unbedeutende Größe e in der Statorwicklung. d.s. An Wechselspannung angeschlossene Selengleichrichter liefern einen Gleichstrom, der das Feld des Rotors verstärkt und die Spannung des Generators erhöht.
Der Vollpolrotor wird aus einem Ganzstahl geschmiedet und einer aufwendigen thermischen und mechanischen Bearbeitung unterzogen. Als Beispiel geben wir die Daten des Rotors eines Turbogenerators des Elektrosila-Werks mit einer Leistung von 100.000 kW bei n = 3000 U / min an. Rotordurchmesser D = 0,99 m, Länge l = 6,35 m. Umfangsgeschwindigkeit des Rotors 155 m/sec. Das bearbeitete Rotorschmiedestück wiegt 46,5 Tonnen.
In axialer Richtung entlang des Umfangs des Rotors werden Nuten gefräst, in denen die Erregerwicklung platziert wird. Die Wicklung in den Rillen wird mit Metallkeilen (Stahl oder Bronze) befestigt. Die vorderen Teile der Wicklung sind mit Ummantelungsmetallringen befestigt.
In ABB. 244 angezeigt generelle Form Implizitpolrotor eines Turbogenerators in fertiger Form.
Bei der Konstruktion elektrischer Maschinen und Transformatoren achten Konstrukteure besonders auf die Belüftung der Maschinen. Für Synchrongeneratoren wird Luft- und Wasserstoffkühlung verwendet.
Die Luftkühlung erfolgt mit Lüftern, die auf einer Welle auf beiden Seiten des Rotors montiert sind (für Generatoren mit einer Leistung von 1,5 bis 50.000 kW) oder sich unter der Maschine in einem Fundamentloch befinden (für Generatoren mit einer Leistung von 100.000 kW). .
Die zur Belüftung eintretenden Kaltluftmassen werden durch Filter geleitet, um eine Verunreinigung der Maschine mit Staub zu vermeiden.Bei einem geschlossenen Belüftungssystem wird die Maschine durch die gleiche Luftmenge gekühlt. Die durch die Maschine strömende Luft wird erwärmt und tritt in die Luftkühler ein, wird dann wieder in die Maschine gedrückt usw. Zu Kühlzwecken dient auch das System von Lüftungskanälen, die in separaten Teilen der Maschine angeordnet sind. Die effizienteste Art, die Maschine zu kühlen, ist die Wasserstoffkühlung. Wasserstoff, der eine 7,4-mal höhere Wärmeleitfähigkeit als Luft hat, kann Wärme besser von heißen Teilen der Maschine abführen. Luftgekühlte Reibungsverluste liegen bei etwa 50°/o
Summe aller Verluste im Auto. Wasserstoff hat ein 14,5-mal geringeres spezifisches Gewicht als Luft. Daher nimmt die Reibung gegen Wasserstoff stark ab. Wasserstoff trägt auch zur Konservierung der Isolierung und Lackschichten der Maschine bei. Aussehen Schenkelpol-Synchrongenerator mit Erreger ist in Abb. 245 und ein Vollpol-Synchrongenerator mit einer Leistung von 50.000 kW - in Abb. 246.
Hydrogeneratoren werden von hydraulischen Turbinen angetrieben. Diese Turbinen haben meistens eine vertikale Welle mit niedriger Drehzahl. Der langsam laufende Synchrongenerator hat eine hohe Polzahl und damit große Abmessungen.
So zum Beispiel ein Hydrogenerator des Typs mit einer Leistung von 50.000 kW, hergestellt vom gleichnamigen Werk Elektrosila. S. M. Kirov, hat ein Gesamtgewicht von 1142 g, einen Statordurchmesser von 14 m, eine Gesamthöhe von 8,9 m, die Anzahl der Pole beträgt 96.
In ABB. 247 zeigt ein Diagramm eines Synchrongenerators mit einem Erreger, der Strom und Beleuchtungslasten liefert. In ABB. 248 Dan Schaltplan Verbindungen des Synchrongenerators mit der Last.
Die Statorwicklungen von Synchrongeneratoren werden auf die gleiche Weise hergestellt wie die Statorwicklungen von Induktionsmotoren.
Alle sechs Enden der Drehstromwicklungen des Generators werden normalerweise auf seinem Schild angezeigt. Indem wir die drei Enden der Wicklungen an einen gemeinsamen Nullpunkt anschließen und die drei Anfänge der Wicklungen in ein externes Netzwerk bringen, erhalten wir eine Sternschaltung der Wicklungen (Abb. 249, a). Verbinden Sie das Ende der ersten Wicklung mit dem Anfang der zweiten, das Ende der zweiten mit dem Anfang der dritten, das Ende der dritten mit dem Anfang der ersten Wicklung und machen Sie drei Abgriffe von den Verbindungspunkten zum externen Netzwerk , erhalten wir die Verbindung der Wicklungen in einem Dreieck (Abb. 249, b).
In Schiffs-Wechselstromkraftwerken werden synchrone Drehstromgeneratoren mit Fremderregung und Selbsterregung eingesetzt. Generatoren mit unabhängiger Erregung haben einen angebauten Erreger (Gleichstrommaschine) mit einem automatischen und manuellen Spannungsregler. Bei selbsterregten Generatoren erfolgt die Erregung über einen Halbleitergleichrichter vom Generatorstator; Die Spannungsselbstregulierung erfolgt durch statische Geräte.
Synchronmaschinen können sowohl als Generatoren als auch als Motoren arbeiten. Je nach Antriebsart haben auch Synchrongeneratoren ihren Namen erhalten. Ein Turbogenerator ist beispielsweise ein Generator, der von einer Dampfturbine angetrieben wird, ein Hydrogenerator dreht ein Wasserrad und ein Dieselgenerator ist mechanisch mit einem Verbrennungsmotor verbunden.
Synchronmotoren werden häufig verwendet, um leistungsstarke Kompressoren, Pumpen und Lüfter anzutreiben. Synchron-Mikromotoren werden verwendet, um die Bandantriebsmechanismen von Aufnahmegeräten, Tonbandgeräten usw. anzutreiben.
Der Stator einer Synchronmaschine unterscheidet sich konstruktiv nicht vom Stator Induktionsmotor. In den Statornuten werden dreiphasige, zweiphasige oder einphasige Wicklungen platziert. Ein bemerkenswerter Unterschied ist der Rotor, der im Grunde ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet ist. Dies stellt besondere Anforderungen an die geometrische Form des Rotors. Jeder Magnet hat Pole, deren Anzahl zwei oder mehr betragen kann.
Auf Abb. 7.1 zeigt zwei Konstruktionen von Generatoren mit einem langsam laufenden und einem schnell laufenden Rotor.
Abb.7.1
Hochtourig sind in der Regel Turbogeneratoren. Die Anzahl der Magnetpolpaare, die sie haben, ist gleich eins. Für einen solchen Generator zu produzieren elektrischer Strom Standardfrequenz f = 50 Hz, es muss mit einer Frequenz gedreht werden
Das Funktionsprinzip eines Synchrongenerators basiert auf dem Phänomen der elektromagnetischen Induktion. Ein Rotor mit Magnetpolen erzeugt ein rotierendes Magnetfeld, das beim Kreuzen der Statorwicklung eine EMF darin induziert. Bei Anschluss an einen Lastgenerator liefert der Generator Wechselstrom.
Wie oben gezeigt, hängt die Größe der in der Statorwicklung induzierten EMF quantitativ von der Anzahl der Windungen der Wicklung und der Änderungsrate des Magnetflusses ab:
In Bezug auf die Effektivwerte kann der EMF-Ausdruck wie folgt geschrieben werden:
wobei n die Rotordrehzahl des Generators ist,
Ф - magnetischer Fluss,
c ist ein konstanter Faktor.
Beim Zuschalten der Last ändert sich die Spannung an den Generatorklemmen unterschiedlich stark. Eine Erhöhung der aktiven Last hat also keinen merklichen Einfluss auf die Spannung. Gleichzeitig beeinflussen induktive und kapazitive Lasten die Ausgangsspannung des Generators. Im ersten Fall entmagnetisiert eine Lasterhöhung den Generator und reduziert die Spannung, im zweiten Fall wird er vorgespannt und die Spannung steigt. Dieses Phänomen wird als Ankerreaktion bezeichnet.
Um die Stabilität der Generatorausgangsspannung zu gewährleisten, muss der magnetische Fluss geregelt werden. Wenn es geschwächt wird, muss die Maschine magnetisiert werden, wenn es erhöht wird, muss es entmagnetisiert werden. Dies erfolgt durch Regelung des Stroms, der der Erregerwicklung des Generatorrotors zugeführt wird.
Der einfachste Drehstromgenerator ist ähnlich aufgebaut wie ein Drehstromgenerator eines Einphasenstroms, nur hat sein Anker nicht eine, sondern drei gegeneinander räumlich verschobene Wicklungen AX, BY, CZ (Abb 7.2). Wenn sich der Anker in diesen Wicklungen dreht, z. d.s. Gleiche Frequenz aber unterschiedliche Phasen. Wenn die Amplituden z. d.s. drei Wicklungen des Generators einander gleich sind und die Phasenverschiebung zwischen zwei beliebigen benachbarten e. d.s. gleich -j = 120°, dann ist das Drehstromsystem e. d.s. symmetrisch genannt.
Synchron werden elektrische Maschinen genannt, deren Drehzahl durch ein konstantes Verhältnis mit der Frequenz des Wechselstromnetzes verbunden ist, in das diese Maschine eingebunden ist. . Synchronmaschinen dienen als Wechselstromgeneratoren in Kraftwerken und Synchronmotoren werden dort eingesetzt, wo ein Motor mit konstanter Drehzahl benötigt wird. Synchronmaschinen sind reversibel, d.h. sie können sowohl als Generatoren als auch als Motoren arbeiten. Eine Synchronmaschine schaltet von einem Generatorbetrieb in einen Motorbetrieb, je nachdem, ob eine rotierende oder bremsende mechanische Kraft auf sie einwirkt. Im ersten Fall nimmt es mechanische Energie auf der Welle auf und gibt elektrische Energie an das Netz zurück, und im zweiten Fall nimmt es elektrische Energie aus dem Netz auf und gibt mechanische Energie an die Welle zurück.
Eine Synchronmaschine besteht aus zwei Hauptteilen: einem Rotor und einem Stator, und der Stator unterscheidet sich nicht vom Stator einer Asynchronmaschine. Der Rotor einer Synchronmaschine ist ein System rotierender Elektromagnete, die durch Gleichstrom angetrieben werden, der dem Rotor über Schleifringe und Bürsten von einer externen Quelle zugeführt wird. In den Statorwicklungen wird unter Einwirkung eines rotierenden Magnetfelds eine EMF induziert, die dem externen Stromkreis des Generators zugeführt wird. Der Hauptmagnetfluss eines Synchrongenerators, der von einem rotierenden Rotor erzeugt wird, wird von einer externen Quelle erregt - einem Erreger, bei dem es sich normalerweise um einen Gleichstromgenerator mit geringer Leistung handelt, der auf einer gemeinsamen Welle mit einem Synchrongenerator installiert ist. Gleichstrom vom Erreger wird dem Rotor über Bürsten und Schleifringe zugeführt, die auf der Rotorwelle montiert sind. Die Anzahl der Polpaare des Rotors wird durch die Rotationsgeschwindigkeit bestimmt. Bei einer mehrpoligen Synchronmaschine hat der Rotor p Polpaare und die Ströme in der Statorwicklung bilden ebenfalls p Polpaare eines rotierenden Magnetfeldes (wie bei einer Asynchronmaschine). Der Rotor muss sich mit der Rotationsfrequenz des Feldes drehen, daher ist seine Geschwindigkeit gleich:
n=60f/p (9.1)
Bei f = 50Hz und p = 1 n = 3000 U/min.
Mit dieser Frequenz rotieren moderne Turbogeneratoren, bestehend aus einer Dampfturbine und einem Hochleistungs-Synchrongenerator mit einem einpoligen Rotor.
Bei Hydrogeneratoren ist der Primärmotor eine hydraulische Turbine, deren Drehzahl zwischen 50 und 750 Umdrehungen pro Minute liegt. Dabei werden Synchrongeneratoren mit einem Schenkelpolrotor mit 4 bis 60 Polpaaren verwendet.
Die Drehzahl von Dieselgeneratoren, die an den Primärmotor - Diesel - angeschlossen sind, liegt im Bereich von 500 bis 1500 U / min.
Bei Synchrongeneratoren kleiner Leistung wird normalerweise Selbsterregung verwendet: Die Erregerwicklung wird vom gleichgerichteten Strom desselben Generators gespeist (Abb. 9.2).
Der Erregerkreis besteht aus im Lastkreis des Generators enthaltenen CT-Stromwandlern, einem nach dem Dreiphasenbrückenschema aufgebauten Halbleitergleichrichter und der Erregerwicklung OB mit einem Einstellwiderstand R.
Die Selbsterregung des Generators erfolgt wie folgt. Beim Starten des Generators treten aufgrund der Restinduktion im Magnetsystem schwache EMF und Ströme in der Arbeitswicklung des Generators auf. Dies führt zum Auftreten von EMF in den Sekundärwicklungen von CT-Transformatoren und einem kleinen Strom im Erregerkreis, der die Induktion des Magnetfelds der Maschine verstärkt. Die Generator-EMK steigt an, bis das Magnetsystem der Maschine vollständig erregt ist.
Der Mittelwert der in jeder Phase der Statorwicklung induzierten EMF:
Åñð = c∙n∙Φ (9.2)
n ist die Rotordrehzahl;
Φ ist der maximale magnetische Fluss, der in der Synchronmaschine erregt wird;
c ist ein konstanter Koeffizient unter Berücksichtigung Design-Merkmale diese Maschine.
Generatorklemmenspannung:
U = E - ich z, wo
I - Strom in der Statorwicklung (Laststrom);
Z ist die Impedanz der Wicklung (eine Phase).
Zur Feinabstimmung der Amplitude der EMF wird die Größe des Magnetflusses durch Änderung des Stroms in der Erregerwicklung geregelt. Die Sinusförmigkeit der EMK wird bereitgestellt, indem den Polschuhen des Rotors in Maschinen mit ausgeprägten Polen eine bestimmte Form gegeben wird. Bei Maschinen mit implizitem Pol wird die gewünschte Verteilung der magnetischen Induktion durch eine spezielle Platzierung der Erregerwicklungen auf der Oberfläche des Rotors erreicht.
Bei Synchronmaschinen rotieren das Magnetfeld der Ankerwicklungsströme und der Rotor gleich schnell (synchron). Synchronmaschinen sind reversibel, das heißt, sie können als Generatoren und als Motoren arbeiten. Am weitesten verbreitet sind sie jedoch als Lichtmaschinen, die in allen modernen Kraftwerken verbaut sind.
Die Lichtmaschine wurde von dem herausragenden russischen Elektroingenieur P. N. Yablochkov erfunden. Dieser Generator wurde zum Antreiben elektrischer Kerzen verwendet und unterschied sich vom Funktionsprinzip her nicht von modernen Generatoren, da er der erste Mehrphasengenerator war. Auf seinen Stator wurden mehrere voneinander isolierte Wicklungen gelegt, die jeweils einen eigenen Stromkreis mit einer Gruppe von Kerzen hatten.
1888 baute ein weiterer herausragender russischer Elektroingenieur, M. O. Dolivo-Dobrovolsky, den weltweit ersten Drehstromgenerator mit einer Leistung von etwa 3 kVA.
Ein Synchrongenerator hat zwei Haupttakte, einen Rotor und einen Stator.
Der Rotor (beweglicher, rotierender Teil der Maschine) bildet ein System rotierender Elektromagnete, die mit Gleichstrom aus einer externen Quelle versorgt werden.
Der Stator (der feststehende Teil der Maschine) unterscheidet sich nicht vom Stator einer Asynchronmaschine. In seiner Wicklung induziert die Wirkung des rotierenden Magnetfelds des Rotors eine EMF, die dem externen Stromkreis des Generators zugeführt wird (im Motormodus wird die Netzspannung an die Statorwicklung angelegt). Diese Konstruktion des Generators ermöglicht es, Schleifkontakte im Lastkreis des Generators (die Statorwicklung ist direkt mit der Last verbunden) zu eliminieren und die Arbeitswicklung zuverlässig vom Maschinenkörper zu trennen, was für moderne Generatoren, die für hohe Leistungen hergestellt werden, sehr wichtig ist bei hohen Spannungen. Der Hauptmagnetfluss eines Synchrongenerators, der von einem rotierenden Rotor erzeugt wird, wird von einer externen Erregerquelle erregt, die ein herkömmlicher Gleichstromgenerator ist (mit einer Leistung von 0,5-10% der Generatorleistung). Der Erreger ist mit dem Generator auf einer gemeinsamen Welle montiert oder über eine Kupplung oder einen Riementrieb mit der Generatorwelle verbunden. Der Gleichstrom vom Erreger fließt durch die Rotorwicklung durch zwei Ringe und feste Bürsten, die auf der Rotorwelle montiert sind.
Die Rotoren unterscheiden je nach Konstruktion zwischen ausgeprägtem Pol (Abb. 5-25, a) und implizitem Pol (Abb. 5-25, b). Die Anzahl der Polpaare des Rotors wird durch die Rotationsgeschwindigkeit bestimmt. Bei einer erzeugten EMF-Frequenz von 50 Hz dreht sich ein Rotor mit implizitem Pol einer Hochgeschwindigkeits-Turbogeneratormaschine mit einer Geschwindigkeit
3000 U/min, hat ein Polpaar, während der Schenkelpolrotor eines langsam laufenden Hydrogenerators (dessen Drehzahl durch die Höhe des Wasserdrucks bestimmt wird), mit einer Drehzahl von 50 bis 750 U/min rotiert, hat eine Polpaarzahl von 60 bis 4.
Synchrongeneratoren kleiner Leistung (bis 100 kVA) sind in der Regel selbsterregt: Die Erregerwicklung wird vom gleichgerichteten Strom desselben Generators gespeist (Abb. 5-26). Der Erregerkreis besteht aus Stromwandlern, die im Lastkreis des Generators enthalten sind, einem Halbleitergleichrichter PV, der beispielsweise nach einer dreiphasigen Brückenschaltung aufgebaut ist, und der Erregerwicklung des Generators OB mit einem Einstellwiderstand R .
Die Selbsterregung des Generators erfolgt wie folgt. Beim Starten des Generators treten aufgrund der Restinduktion im Magnetsystem schwache EMF und Ströme in der Arbeitswicklung des Generators auf. Dies führt zum Auftreten von EMF in den Sekundärwicklungen von CT-Transformatoren und einem kleinen Strom im Erregerkreis, der die Induktion des Magnetfelds der Maschine verstärkt. Die Generator-EMK steigt an, bis das Magnetsystem der Maschine vollständig erregt ist.
Solche Generatoren (einphasig und dreiphasig) werden in mobilen Niederspannungs-Kraftwerken mit geringer Leistung verwendet, die beispielsweise in der Landwirtschaft zum elektrischen Scheren von Schafen und Melken von Kühen sowie zur Versorgung ländlicher mobiler Kinoanlagen verwendet werden. usw. Bei diesen Generatoren wird die Arbeitswicklung häufig auf einem Rotor geführt, und auf der Innenfläche des Stators ist ein Polsystem mit ausgeprägten Polen angeordnet. Der Generator ist über verschiebbare Stromabnehmer (Bürsten mit Ringen auf der Rotorachse) mit einer externen Last verbunden.
Wenn sich der Rotor dreht, durchquert der magnetische Fluss der Pole die Statorwicklung und induziert darin gemäß dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion eine EMF: E \u003d 4,44 * f * w * kw * F, wobei:
F ist die Frequenz des Wechselstroms, Hz; w ist die Anzahl der Windungen; kw – Wicklungsfaktor; Ф - magnetischer Fluss.
Die Frequenz der induzierten EMK (Spannung, Strom) des Synchrongenerators: f = p*n/60, wobei:
P ist die Anzahl der Polpaare; n ist die Drehzahl des Rotors, U / min.
Ersetzen: E = 4,44*(n*r/60)*w*kw*F und ermittelt: 4,44*(r/60)*w*kw – bezieht sich auf die Auslegung der Maschine und ergibt einen Auslegungsfaktor: C = 4,44 * (p/60)*w*kw.
Dann: E \u003d SE * p * F.
Somit ist, wie bei jedem Generator, der auf dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion basiert, die induzierte EMF proportional zum Magnetfluss der Maschine und der Rotationsgeschwindigkeit des Rotors.
Das Funktionsprinzip eines Synchronmotors.
Das Funktionsprinzip eines Synchronmotors beruht auf der gegenseitigen Beeinflussung der Magnetfelder des Ankers und der Pole des Induktors. Bei der umgekehrten Konstruktion der Einheit ist die Position des Ankers und des Induktors entgegengesetzt, dh der erste befindet sich am Rotor und der andere am Stator. Diese Option wird von kryogenen Synchronmaschinen genutzt, bei denen die Zusammensetzung der Erregerwicklungen Materialien mit supraleitenden Eigenschaften enthält.
Beim Starten des Motors wird dieser auf eine Frequenz nahe derjenigen beschleunigt, mit der das Magnetfeld im Spalt rotiert. Erst danach geht es in den Synchronmodus. In dieser Situation überschneiden sich die Magnetfelder des Ankers und des Induktors. Dieser Moment wird als Eintritt in die Synchronisation bezeichnet.
Möglichkeiten der Erregung von Synchronmaschinen.
Zur Versorgung der Erregerwicklung ist ein Erreger vorgesehen, ein Gleichstromgenerator, dessen Anker über eine mechanische Vorrichtung mit der Maschinenwelle verbunden ist.
Synchronmaschinen werden nach der Art der Erregung in zwei Typen unterteilt:
Anregung eines unabhängigen Typs.
Selbsterregung.
Bei unabhängiger Erregung impliziert die Schaltung das Vorhandensein eines Untererregers, der Folgendes speist: wicklung des Haupterregers, Rheostat zur Einstellung, Steuergeräte, Spannungsregler usw. Zusätzlich zu dieser Methode kann die Erregung von einem Generator erfolgen, der eine Hilfsfunktion ausführt, er wird von einem Synchron- oder Asynchronmotor angetrieben.
Zur Selbsterregung, die Wicklung wird durch einen Gleichrichter gespeist, der mit Halbleitern oder vom ionischen Typ arbeitet.
Für Turbo- und Hydrogeneratoren werden Thyristor-Erregergeräte verwendet. Der Erregerstrom wird automatisch mit einem Erregerregler geregelt, für Maschinen mit geringer Leistung ist die Verwendung von Regelwiderständen typisch, sie sind im Erregerwicklungskreis enthalten.
Vor- und Nachteile eines Synchronmotors.
Ein Synchronmotor hat gegenüber einem Asynchronmotor mehrere Vorteile:
1. Hoher Leistungsfaktor cosФ=0,9.
Die Möglichkeit, Synchronmotoren in Unternehmen einzusetzen, um den Gesamtleistungsfaktor zu erhöhen.
3. Hoher Wirkungsgrad, er ist um (0,5-3%) höher als der eines Asynchronmotors, dies wird durch die Reduzierung von Kupferverlusten und großen CosФ erreicht.
Verfügt über die große Haltbarkeit, die vom vergrößerten Luftspalt bedingt ist.
Das Drehmoment eines Synchronmotors ist direkt proportional zur Spannung zur ersten Potenz. Das heißt, der Synchronmotor reagiert weniger empfindlich auf Änderungen der Größe der Netzspannung.
Nachteile eines Synchronmotors:
Die Komplexität der Startausrüstung und die hohen Kosten.
Synchronmotoren werden verwendet, um Maschinen und Mechanismen anzutreiben, die die Drehzahl nicht ändern müssen, sowie für Mechanismen, bei denen die Drehzahl bei einer Laständerung konstant bleibt: (Pumpen, Kompressoren, Lüfter.)
Starten eines Synchronmotors.
Angesichts des Fehlens eines Anlaufdrehmoments in einem Synchronmotor werden die folgenden Methoden zum Starten verwendet:
Asynchroner Motorstart.
Beginnen Sie mit Hilfsmotor.
Das Anlaufen eines Synchronmotors mit Hilfe eines Hilfsmotors kann nur ohne mechanische Belastung seiner Welle erfolgen, d.h. praktisch im Leerlauf. In diesem Fall verwandelt sich der Motor für die Anlaufzeit vorübergehend in einen Synchrongenerator, dessen Rotor von einem kleinen Hilfsmotor angetrieben wird. Der Stator dieses Generators ist unter Einhaltung aller notwendigen Bedingungen für diese Verbindung parallel zum Netz geschaltet. Nachdem der Stator an das Netzwerk angeschlossen ist, wird der Hilfs- Antriebsmotor mechanisch abgeschaltet. Dieses Startverfahren ist aufwändig und hat zusätzlich einen Hilfsmotor.
Asynchroner Motorstart.
Die gebräuchlichste Art, Synchronmotoren zu starten, ist der asynchrone Start, bei dem der Synchronmotor für die Dauer des Starts in einen Asynchronmotor umgewandelt wird. Um den Aufbau eines asynchronen Anlaufmomentes zu ermöglichen, wird eine kurzgeschlossene Anlaufwicklung in die Nuten der Polschuhe eines Schenkelpolmotors eingelegt. Diese Wicklung besteht aus Messingstäben, die in die Nuten der Spitzen eingesetzt und an beiden Enden mit Kupferringen kurzgeschlossen werden.
Wenn der Motor gestartet wird, wird die Statorwicklung mit dem Wechselstromnetz verbunden. Die Erregerwicklung (3) für die Anlaufphase ist bis zu einem gewissen Widerstand Rg geschlossen, Abb. 45, Schlüssel K ist in Position 2, Widerstand Rg = (8-10) Rv. Im Anfangsmoment des Starts bei S = 1 induziert das rotierende Magnetfeld des Stators aufgrund der großen Windungszahl der Feldwicklung eine EMK Ev in der Feldwicklung, die einen sehr großen Wert erreichen kann, und wenn Die Startwicklung wird für den Widerstand Rg nicht eingeschaltet, es kommt zu einem Isolationsdurchschlag.
Reis. 45 Abb. 46.
Der Startvorgang eines Synchronmotors erfolgt in zwei Stufen. Wenn die Statorwicklung (1) an das Netz angeschlossen wird, entsteht im Motor ein Drehfeld, das in der kurzgeschlossenen Rotorwicklung (2) eine EMK induziert. Unter der Wirkung wird in den Stäben Strom fließen. Durch die Wechselwirkung eines rotierenden Magnetfeldes mit einem Strom entsteht in einer kurzgeschlossenen Wicklung wie bei einem Asynchronmotor ein Drehmoment. Aufgrund dieses Moments beschleunigt der Rotor auf Schlupf nahe Null (S=0,05), Abb. 46. Damit endet die erste Phase.
Damit der Motorrotor synchron gezogen wird, muss in ihm ein Magnetfeld erzeugt werden, indem die Gleichstrom-Erregerwicklung (3) eingeschaltet wird (durch Umschalten des Schlüssels K auf Position 1). Da wird der Rotor auf eine Drehzahl nahe beschleunigt
bis synchron, dann ist die Relativgeschwindigkeit der Stator- und Rotorfelder klein. Die Pole finden reibungslos zueinander. Und nach einer Reihe von Schlupfen werden die entgegengesetzten Pole angezogen und der Rotor wird in Synchronismus gezogen. Danach dreht sich der Rotor mit synchroner Drehzahl und seine Drehzahl bleibt konstant, Abb. 46. Damit endet die zweite Phase des Starts.
28. Ankerreaktion eines Synchrongenerators bei aktiver, induktiver, kapazitiver und gemischter Last.
Auf Abb. 20.5, sowie Stator und Rotor eines zweipoligen Generators dargestellt. Der Stator zeigt einen Teil der Phasenwicklung. Der Rotor ist ein ausgeprägter Pol, dreht sich gegen den Uhrzeigersinn. Zum betrachteten Zeitpunkt nimmt der Rotor eine senkrechte Position ein, die der maximalen EMK E0 im Strang entspricht. Da der Strom unter aktiver Last mit der EMK in Phase ist, entspricht die angezeigte Position des Rotors auch dem maximalen Strom. Nachdem wir die magnetischen Induktionslinien des Erregerfeldes (Rotor) und die magnetischen Induktionslinien des Statorwicklungsfeldes dargestellt haben, sehen wir, dass die Stator-MMF F1 senkrecht zur Erreger-MMF Fv0 gerichtet ist. Diese Schlussfolgerung wird auch durch ein Vektordiagramm bestätigt, das für denselben Fall konstruiert wurde. Zur Erstellung dieses Diagramms wird wie folgt vorgegangen: Entsprechend der räumlichen Position des Generatorrotors zeichnen wir den Anregungs-MMF-Vektor Fv0; in einem Winkel von 90 ° zu diesem Vektor in Nacheilrichtung zeichnen wir den EMF-Vektor E0, der durch das Erregermagnetfeld in der Statorwicklung induziert wird; Wenn eine rein aktive Last angeschlossen ist, ist der Strom in der Statorwicklung I1 mit der EMF E0 in Phase, und daher ist der durch diesen Strom erzeugte MMF-Vektor F1 relativ zum Vektor Fv0 um 90 ° räumlich verschoben.Reis. 20.5. Die Reaktion des Ankers des Synchrongenerators mit aktiv (a),
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