तुल्यकालिक अल्टरनेटर। तुल्यकालिक जनरेटर के संचालन का सिद्धांत

1. स्टेटर। एक तुल्यकालिक जनरेटर के स्टेटर में, अन्य एसी मशीनों की तरह, विद्युत स्टील की चादरों से बना एक कोर होता है, जिसके खांचे में एक प्रत्यावर्ती धारा वाइंडिंग रखी जाती है, और एक फ्रेम - शीट स्टील से एक कच्चा लोहा या वेल्डेड आवरण।

स्टेटर वाइंडिंग को कोर की आंतरिक सतह पर मुहर लगे खांचे में रखा जाता है। घुमावदार का इन्सुलेशन विशेष देखभाल के साथ किया जाता है, क्योंकि मशीन को आमतौर पर उच्च वोल्टेज पर काम करना पड़ता है। माइकानाइट और माइकानाइट टेप का उपयोग इन्सुलेशन के रूप में किया जाता है।

अंजीर में। 240 एक तुल्यकालिक जनरेटर के स्टेटर की उपस्थिति को देखते हुए।

2. रोटर। सिंक्रोनस मशीनों के रोटार को डिजाइन द्वारा दो प्रकारों में विभाजित किया जाता है:

ए) स्पष्ट रूप से ध्रुव (यानी, स्पष्ट ध्रुवों के साथ) और

बी) परोक्ष रूप से ध्रुवीय (यानी, निहित रूप से व्यक्त ध्रुवों के साथ)।

अंजीर में। 241 मुख्य और गैर-मुख्य ध्रुव रोटार के साथ तुल्यकालिक जनरेटर के उपकरण के आरेख दिखाता है।

रोटर का एक या दूसरा डिज़ाइन यांत्रिक शक्ति के विचारों से तय होता है। हाई-स्पीड इंजन (स्टीम टर्बाइन) से घूमने वाले आधुनिक जनरेटर में, रोटर की परिधि गति 100-160 m/s (कुछ मामलों में 170 m/s) तक पहुँच सकती है। इसलिए, उच्च गति वाले जनरेटर में एक गैर-मुख्य ध्रुव रोटर होता है। उच्च गति वाले जनरेटर की घूर्णन गति 3000 आरपीएम और 1500 आरपीएम है।

मुख्य पोल रोटर एक स्टील फोर्जिंग है।

डंडे रोटर रिम से जुड़े होते हैं, जिस पर उत्तेजना कॉइल लगाए जाते हैं, एक दूसरे के साथ श्रृंखला में जुड़े होते हैं। उत्तेजना वाइंडिंग के सिरे दो से जुड़े हुए हैं

रोटर शाफ्ट पर लगे छल्ले। ब्रश को रिंगों पर आरोपित किया जाता है, जिससे एक निरंतर वोल्टेज स्रोत जुड़ा होता है। अंजीर में। 242 एक मुख्य ध्रुव रोटर की उपस्थिति को दर्शाता है। आमतौर पर, एक डायरेक्ट करंट जनरेटर, रोटर के साथ एक ही शाफ्ट पर बैठा होता है और जिसे एक्सिटर कहा जाता है, रोटर को उत्तेजित करने के लिए एक डायरेक्ट करंट देता है। तुल्यकालिक जनरेटर की नाममात्र शक्ति का उत्तेजना शक्ति 0.25-1% है। एक्साइटर्स का रेटेड वोल्टेज 60-350 वी।

अंजीर में। 243 एक तुल्यकालिक मशीन के उत्तेजना सर्किट को दर्शाता है।

स्व-उत्तेजित तुल्यकालिक जनरेटर भी उपलब्ध हैं। जनरेटर स्टेटर वाइंडिंग से जुड़े सेलेनियम रेक्टिफायर का उपयोग करके रोटर को उत्तेजित करने के लिए एक प्रत्यक्ष धारा प्राप्त की जाती है। पहले क्षण में, घूर्णन रोटर के अवशिष्ट चुंबकत्व का कमजोर क्षेत्र स्टेटर वाइंडिंग में एक महत्वहीन चर ई को प्रेरित करता है। डी.एस. अल्टरनेटिंग वोल्टेज से जुड़े सेलेनियम रेक्टिफायर्स एक डायरेक्ट करंट देते हैं, जो रोटर के फील्ड को मजबूत करता है, और जनरेटर का वोल्टेज बढ़ता है।

गैर-मुख्य ध्रुव रोटर जटिल थर्मल और यांत्रिक प्रसंस्करण के अधीन, पूरे स्टील फोर्जिंग से बना है। एक उदाहरण के रूप में, आइए हम n = 3000 rpm पर 100 हजार kW की क्षमता वाले Elektrosila संयंत्र द्वारा निर्मित टर्बोजेनरेटर के रोटर का डेटा दें। रोटर व्यास डी = 0.99 मीटर, लंबाई एल = 6.35 मीटर रोटर की परिधि गति 155 मीटर / सेकंड। मशीनी रोटर फोर्जिंग का वजन 46.5 टन है।

रोटर की परिधि के साथ अक्षीय दिशा में, खांचे को पिघलाया जाता है, जहां उत्तेजना वाइंडिंग रखी जाती है। खांचे में घुमावदार धातु (स्टील या कांस्य) कील के साथ तय किया गया है। घुमावदार के ललाट भागों को कफन धातु के छल्ले के साथ तय किया गया है।

अंजीर में। 244 दिखाया गया सामान्य फ़ॉर्मपरोक्ष रूप से समाप्त रूप में ध्रुव टर्बाइन जनरेटर रोटर।

विद्युत मशीनों और ट्रांसफार्मर को डिजाइन करते समय, डिजाइनर मशीनों के वेंटिलेशन पर बहुत ध्यान देते हैं। तुल्यकालिक जनरेटर के लिए, वायु और हाइड्रोजन शीतलन का उपयोग किया जाता है।

रोटर के दोनों किनारों पर शाफ्ट पर लगे पंखे (1.5 से 50 हजार kW की क्षमता वाले जनरेटर के लिए) या मशीन के नीचे एक नींव छेद में स्थित (100 हजार kW की क्षमता वाले जनरेटर के लिए) का उपयोग करके एयर कूलिंग किया जाता है। .

मशीन को धूल से दूषित होने से बचाने के लिए वेंटिलेशन के लिए प्रवेश करने वाली ठंडी हवा का द्रव्यमान फिल्टर से होकर गुजरता है। एक बंद वेंटिलेशन सिस्टम के साथ, मशीन को हवा की समान मात्रा से ठंडा किया जाता है। मशीन के माध्यम से गुजरने वाली हवा को गर्म किया जाता है और एयर कूलर में प्रवेश करता है, फिर मशीन में मजबूर किया जाता है, आदि। शीतलन उद्देश्यों के लिए, मशीन के अलग-अलग हिस्सों में व्यवस्थित वेंटिलेशन नलिकाओं की प्रणाली भी कार्य करती है। मशीन को ठंडा करने का सबसे कारगर तरीका हाइड्रोजन कूलिंग है। हाइड्रोजन, जिसमें हवा की तुलना में 7.4 गुना अधिक तापीय चालकता है, मशीन के गर्म भागों से गर्मी को दूर करने में बेहतर है। एयर कूल्ड घर्षण नुकसान से लगभग 50°/o है

कार में सभी नुकसान का योग। हाइड्रोजन का विशिष्ट गुरुत्व वायु से 14.5 गुना कम होता है। इसलिए, हाइड्रोजन के खिलाफ घर्षण तेजी से कम हो जाता है। हाइड्रोजन भी मशीन के इन्सुलेशन और वार्निश कोटिंग्स के संरक्षण में योगदान देता है। दिखावटउत्तेजक के साथ मुख्य-ध्रुव तुल्यकालिक जनरेटर अंजीर में दिखाया गया है। 245, और 50 हजार kW की शक्ति वाला एक गैर-मुख्य ध्रुव तुल्यकालिक जनरेटर - अंजीर में। 246.

हाइड्रोजेनरेटर हाइड्रोलिक टर्बाइनों द्वारा संचालित होते हैं। इन टर्बाइनों में अक्सर कम क्रांतियों के साथ एक ऊर्ध्वाधर शाफ्ट होता है। कम गति वाले सिंक्रोनस जनरेटर में बड़ी संख्या में पोल ​​होते हैं और परिणामस्वरूप, बड़े आयाम होते हैं।

इसलिए, उदाहरण के लिए, 50 हजार kW की क्षमता वाला एक हाइड्रोजनरेटर, जिसे इलेक्ट्रोसिला प्लांट द्वारा निर्मित किया गया है। एस एम किरोव का कुल वजन 1142 ग्राम है, स्टेटर का व्यास 14 मीटर है, कुल ऊंचाई 8.9 मीटर है, डंडे की संख्या 96 है।

अंजीर में। 247 बिजली और प्रकाश भार की आपूर्ति करने वाले उत्तेजक के साथ एक तुल्यकालिक जनरेटर का आरेख दिखाता है। अंजीर में। 248 दान सर्किट आरेखलोड के साथ तुल्यकालिक जनरेटर का कनेक्शन।

सिंक्रोनस जनरेटर की स्टेटर वाइंडिंग उसी तरह से बनाई जाती है जैसे इंडक्शन मोटर्स की स्टेटर वाइंडिंग।

जनरेटर के तीन-चरण वाइंडिंग के सभी छह छोर आमतौर पर इसकी ढाल पर प्रदर्शित होते हैं। वाइंडिंग के तीन सिरों को एक सामान्य शून्य बिंदु से जोड़कर और वाइंडिंग की तीन शुरुआत को बाहरी नेटवर्क में लाकर, हमें वाइंडिंग का एक स्टार कनेक्शन मिलता है (चित्र 249, ए)। पहली वाइंडिंग के अंत को दूसरे की शुरुआत के साथ, दूसरे के अंत को तीसरे की शुरुआत के साथ जोड़ना, तीसरे के अंत को पहली वाइंडिंग की शुरुआत के साथ जोड़ना और कनेक्शन बिंदुओं से बाहरी नेटवर्क तक तीन नल बनाना , हमें एक त्रिभुज में वाइंडिंग का कनेक्शन मिलता है (चित्र 249, बी)।

जहाज एसी बिजली संयंत्रों में, स्वतंत्र उत्तेजना और आत्म-उत्तेजना के साथ तुल्यकालिक तीन-चरण वर्तमान जनरेटर का उपयोग किया जाता है। स्वतंत्र उत्तेजना वाले जनरेटर में एक स्वचालित और मैनुअल वोल्टेज नियामक के साथ एक माउंटेड एक्सिटर (डीसी इलेक्ट्रिक मशीन) होता है। स्व-उत्तेजित जनरेटर के लिए, जनरेटर स्टेटर से सेमीकंडक्टर रेक्टिफायर के माध्यम से उत्तेजना की जाती है; वोल्टेज स्व-विनियमन स्थिर उपकरणों द्वारा किया जाता है।

सिंक्रोनस मशीनें जनरेटर और मोटर दोनों के रूप में काम कर सकती हैं। ड्राइव के प्रकार के आधार पर, सिंक्रोनस जेनरेटर को भी उनके नाम प्राप्त हुए हैं। एक टर्बो जनरेटर, उदाहरण के लिए, एक भाप टरबाइन द्वारा संचालित जनरेटर है, एक हाइड्रो जनरेटर एक पानी के पहिये को घुमाता है, और एक डीजल जनरेटर यांत्रिक रूप से एक आंतरिक दहन इंजन से जुड़ा होता है।

शक्तिशाली कम्प्रेसर, पंप, पंखे चलाने के लिए सिंक्रोनस मोटर्स का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। सिंक्रोनस माइक्रोमोटर्स का उपयोग रिकॉर्डिंग डिवाइस, टेप रिकॉर्डर आदि के टेप ड्राइव तंत्र को चलाने के लिए किया जाता है।
सिंक्रोनस मशीन का स्टेटर स्टेटर से डिज़ाइन में भिन्न नहीं होता है इंडक्शन मोटर. स्टेटर स्लॉट्स में तीन-चरण, दो-चरण या एकल-चरण वाइंडिंग रखे जाते हैं। एक उल्लेखनीय अंतर रोटर है, जो मूल रूप से एक स्थायी चुंबक या विद्युत चुंबक है। यह रोटर के ज्यामितीय आकार पर विशेष आवश्यकताएं लगाता है। किसी भी चुम्बक में ध्रुव होते हैं, जिनकी संख्या दो या अधिक हो सकती है।
अंजीर पर। 7.1 कम गति और उच्च गति वाले रोटर के साथ जनरेटर के दो डिजाइन दिखाता है।

चित्र 7.1
उच्च गति, एक नियम के रूप में, टर्बोजेनरेटर हैं। उनके पास चुंबकीय ध्रुवों के जोड़े की संख्या एक के बराबर है। ऐसे जनरेटर के उत्पादन के लिए बिजलीमानक आवृत्ति f = 50 हर्ट्ज, इसे आवृत्ति के साथ घुमाया जाना चाहिए

एक तुल्यकालिक जनरेटर के संचालन का सिद्धांत विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की घटना पर आधारित है। चुंबकीय ध्रुवों वाला एक रोटर एक घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र बनाता है, जो स्टेटर वाइंडिंग को पार करते हुए, इसमें एक EMF प्रेरित करता है। लोड जनरेटर से कनेक्ट होने पर, जनरेटर एसी पावर प्रदान करेगा।
जैसा कि ऊपर दिखाया गया है, स्टेटर वाइंडिंग में प्रेरित ईएमएफ का परिमाण मात्रात्मक रूप से वाइंडिंग के घुमावों की संख्या और चुंबकीय प्रवाह के परिवर्तन की दर से संबंधित है:

प्रभावी मूल्यों की ओर मुड़ते हुए, EMF अभिव्यक्ति को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

जहाँ n जनरेटर की रोटर गति है,
- चुंबकीय प्रवाह,
सी एक स्थिर कारक है।
जब लोड जुड़ा होता है, तो जनरेटर टर्मिनलों पर वोल्टेज अलग-अलग डिग्री में बदल जाता है। इसलिए, सक्रिय भार बढ़ने से वोल्टेज पर ध्यान देने योग्य प्रभाव नहीं पड़ता है। इसी समय, आगमनात्मक और कैपेसिटिव भार जनरेटर के आउटपुट वोल्टेज को प्रभावित करते हैं। पहले मामले में, लोड में वृद्धि जनरेटर को विचुंबकित करती है और वोल्टेज को कम करती है, दूसरे मामले में, यह पक्षपाती है और वोल्टेज बढ़ जाता है। इस घटना को एंकर प्रतिक्रिया कहा जाता है।
जनरेटर आउटपुट वोल्टेज की स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए, चुंबकीय प्रवाह को विनियमित करना आवश्यक है। जब यह कमजोर होता है, तो मशीन को चुंबकित किया जाना चाहिए, जब इसे बढ़ाया जाता है, तो इसे विचुंबकित किया जाना चाहिए। यह जनरेटर रोटर की उत्तेजना वाइंडिंग को आपूर्ति की गई धारा को विनियमित करके किया जाता है।
सबसे सरल तीन-चरण वर्तमान जनरेटर एकल-चरण वर्तमान के तीन-चरण वर्तमान जनरेटर के डिजाइन के समान है, केवल इसके आर्मेचर में एक नहीं, बल्कि तीन वाइंडिंग AX, BY, CZ, एक दूसरे के सापेक्ष अंतरिक्ष में स्थानांतरित होते हैं (चित्र। 7.2)। जब आर्मेचर इन वाइंडिंग में घूमता है, e. डी.एस. एक ही आवृत्ति लेकिन विभिन्न चरणों। यदि आयाम ई. डी.एस. जनरेटर की तीन वाइंडिंग एक दूसरे के बराबर होती हैं, और किन्हीं दो आसन्न ई के बीच चरण बदलाव। डी.एस. -j = 120 ° के बराबर, फिर तीन-चरण प्रणाली ई। डी.एस. सममित कहा जाता है।

सिंक्रोनस को इलेक्ट्रिकल मशीन कहा जाता है, जिसकी घूर्णी गति एक निरंतर अनुपात से जुड़ी होती है, जिसमें यह मशीन शामिल होती है। . सिंक्रोनस मशीनें बिजली स्टेशनों में बारी-बारी से चालू जनरेटर के रूप में काम करती हैं, और सिंक्रोनस मोटर्स का उपयोग उन मामलों में किया जाता है जहां एक स्थिर गति से चलने वाली मोटर की आवश्यकता होती है। सिंक्रोनस मशीनें प्रतिवर्ती होती हैं, अर्थात वे जनरेटर और मोटर्स दोनों के रूप में काम कर सकती हैं। एक सिंक्रोनस मशीन जनरेटर मोड से मोटर मोड में स्विच करती है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि एक घूर्णन या ब्रेकिंग यांत्रिक बल उस पर कार्य करता है या नहीं। पहले मामले में, यह शाफ्ट पर यांत्रिक ऊर्जा प्राप्त करता है, और नेटवर्क को विद्युत ऊर्जा देता है, और दूसरे मामले में, यह नेटवर्क से विद्युत ऊर्जा प्राप्त करता है, और शाफ्ट को यांत्रिक ऊर्जा देता है।

एक सिंक्रोनस मशीन में दो मुख्य भाग होते हैं: एक रोटर और एक स्टेटर, और स्टेटर एक एसिंक्रोनस मशीन के स्टेटर से अलग नहीं होता है। एक सिंक्रोनस मशीन का रोटर विद्युत चुम्बकों को घुमाने की एक प्रणाली है जो बाहरी स्रोत से स्लिप रिंग और ब्रश के माध्यम से रोटर को आपूर्ति की गई प्रत्यक्ष धारा द्वारा संचालित होती है। स्टेटर वाइंडिंग्स में, एक घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र की क्रिया के तहत, एक ईएमएफ प्रेरित होता है, जिसे जनरेटर के बाहरी सर्किट को खिलाया जाता है। एक घूर्णन रोटर द्वारा निर्मित एक तुल्यकालिक जनरेटर का मुख्य चुंबकीय प्रवाह, एक बाहरी स्रोत से उत्साहित होता है - एक उत्तेजक, जो आमतौर पर एक कम-शक्ति डीसी जनरेटर होता है, जो एक सिंक्रोनस जनरेटर के साथ एक सामान्य शाफ्ट पर स्थापित होता है। एक्सिटर से डायरेक्ट करंट रोटर शाफ्ट पर लगे ब्रश और स्लिप रिंग्स के जरिए रोटर को फीड किया जाता है। रोटर के ध्रुवों के जोड़े की संख्या इसके घूर्णन की गति से निर्धारित होती है। एक बहु-ध्रुव तुल्यकालिक मशीन में, रोटर में ध्रुवों के p जोड़े होते हैं, और स्टेटर वाइंडिंग में धाराएं भी घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र के ध्रुवों के p जोड़े बनाती हैं (जैसे कि एक अतुल्यकालिक मशीन में)। रोटर को क्षेत्र के घूर्णन की आवृत्ति के साथ घूमना चाहिए, इसलिए इसकी गति बराबर है:

एन = 60 एफ / पी (9.1)

एफ = 50 हर्ट्ज और पी = 1 एन = 3000 आरपीएम पर।

आधुनिक टर्बोजेनरेटर इस आवृत्ति के साथ घूमते हैं, जिसमें एक स्टीम टर्बाइन और एक रोटर के साथ एक उच्च-शक्ति सिंक्रोनस जनरेटर होता है जिसमें एक जोड़ी डंडे होते हैं।

हाइड्रो जनरेटर में, प्राथमिक इंजन एक हाइड्रोलिक टरबाइन है, जिसकी गति 50 से 750 क्रांति प्रति मिनट है। इस मामले में, 4 से 60 ध्रुव जोड़े वाले मुख्य ध्रुव रोटर वाले सिंक्रोनस जेनरेटर का उपयोग किया जाता है।

प्राथमिक इंजन - डीजल से जुड़े डीजल जनरेटर की घूर्णी गति 500 ​​से 1500 आरपीएम तक होती है।

कम-शक्ति वाले सिंक्रोनस जनरेटर में, आमतौर पर स्व-उत्तेजना का उपयोग किया जाता है: उत्तेजना वाइंडिंग को उसी जनरेटर (चित्र। 9.2) के संशोधित वर्तमान द्वारा खिलाया जाता है।

उत्तेजना सर्किट जनरेटर लोड सर्किट में शामिल सीटी वर्तमान ट्रांसफार्मर द्वारा बनाया गया है, एक अर्धचालक सुधारक तीन चरण पुल योजना के अनुसार इकट्ठा किया गया है, और उत्तेजना घुमावदार ओबी एक समायोजन रिओस्तात आर के साथ।

जनरेटर का स्व-उत्तेजना निम्नानुसार होता है। जनरेटर चालू करने के समय, चुंबकीय प्रणाली में अवशिष्ट प्रेरण के कारण, जनरेटर की कार्यशील वाइंडिंग में कमजोर ईएमएफ और धाराएं दिखाई देती हैं। यह सीटी ट्रांसफॉर्मर की सेकेंडरी वाइंडिंग में ईएमएफ की उपस्थिति और उत्तेजना सर्किट में एक छोटे से करंट की ओर जाता है, जो मशीन के चुंबकीय क्षेत्र के इंडक्शन को बढ़ाता है। जनरेटर ईएमएफ तब तक बढ़ता है जब तक मशीन का चुंबकीय तंत्र पूरी तरह से उत्तेजित नहीं हो जाता।

स्टेटर वाइंडिंग के प्रत्येक चरण में प्रेरित ईएमएफ का औसत मूल्य:

ср = c∙n∙Φ (9.2)

n रोटर गति है;

तुल्यकालिक मशीन में उत्तेजित अधिकतम चुंबकीय प्रवाह है;

सी एक निरंतर गुणांक है जिसे ध्यान में रखा जाता है डिज़ाइन विशेषताएँयह यंत्र।

जनरेटर टर्मिनल वोल्टेज:

यू = इ - मैंजेड, जहां

मैं - स्टेटर वाइंडिंग में करंट (लोड करंट);

Z घुमावदार (एक चरण) का प्रतिबाधा है।

ईएमएफ के आयाम को ठीक करने के लिए, उत्तेजना घुमाव में वर्तमान को बदलकर चुंबकीय प्रवाह की परिमाण को नियंत्रित किया जाता है। ईएमएफ की साइनसॉइडलिटी मुख्य-पोल मशीनों में रोटर के ध्रुव के टुकड़ों को एक निश्चित आकार देकर प्रदान की जाती है। नॉन-सैलिएंट-पोल मशीनों में, रोटर की सतह पर उत्तेजना वाइंडिंग के विशेष प्लेसमेंट द्वारा चुंबकीय प्रेरण का वांछित वितरण प्राप्त किया जाता है।

सिंक्रोनस मशीनों में, आर्मेचर वाइंडिंग धाराओं और रोटर का चुंबकीय क्षेत्र एक ही गति (सिंक्रोनस) से घूमता है। सिंक्रोनस मशीनें प्रतिवर्ती होती हैं, अर्थात वे जनरेटर और मोटर के रूप में काम कर सकती हैं। हालांकि, वे सबसे व्यापक रूप से अल्टरनेटर के रूप में उपयोग किए जाते हैं, जो सभी आधुनिक बिजली संयंत्रों में स्थापित होते हैं।

अल्टरनेटर का आविष्कार उत्कृष्ट रूसी इलेक्ट्रिकल इंजीनियर पी.एन. याब्लोचकोव ने किया था। इस जनरेटर का उपयोग बिजली की मोमबत्तियों को बिजली देने के लिए किया गया था और, ऑपरेशन के सिद्धांत के अनुसार, आधुनिक जनरेटर से अलग नहीं था, पहला बहु-चरण जनरेटर था। इसके स्टेटर पर एक-दूसरे से पृथक कई वाइंडिंग रखी गई थीं, जिनमें से प्रत्येक का अपना सर्किट मोमबत्तियों के समूह के साथ था।

1888 में, एक अन्य उत्कृष्ट रूसी विद्युत अभियंता, एम.ओ. डोलिवो-डोब्रोवोल्स्की ने लगभग 3 केवीए की शक्ति के साथ दुनिया का पहला तीन-चरण जनरेटर बनाया।

एक तुल्यकालिक जनरेटर में दो मुख्य घड़ियाँ होती हैं, एक रोटर और एक स्टेटर।

रोटर (मशीन का गतिमान, घूमता हुआ भाग) बाहरी स्रोत से प्रत्यक्ष धारा द्वारा संचालित विद्युत चुम्बकों को घुमाने की एक प्रणाली बनाता है।

स्टेटर (मशीन का निश्चित हिस्सा) एक एसिंक्रोनस मशीन के स्टेटर से अलग नहीं है। इसकी वाइंडिंग में, रोटर के घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र की क्रिया जनरेटर के बाहरी सर्किट को आपूर्ति की गई एक ईएमएफ को प्रेरित करती है (इंजन मोड में, स्टेटर वाइंडिंग पर मेन वोल्टेज लगाया जाता है)। जनरेटर का यह डिज़ाइन जनरेटर लोड सर्किट में स्लाइडिंग संपर्कों को खत्म करना संभव बनाता है (स्टेटर वाइंडिंग सीधे लोड से जुड़ा होता है) और मशीन बॉडी से वर्किंग वाइंडिंग को मज़बूती से अलग करता है, जो उच्च शक्ति के लिए निर्मित आधुनिक जनरेटर के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। उच्च वोल्टेज पर। एक घूर्णन रोटर द्वारा निर्मित एक तुल्यकालिक जनरेटर का मुख्य चुंबकीय प्रवाह, एक बाहरी उत्तेजक स्रोत से उत्साहित होता है, जो एक पारंपरिक डीसी जनरेटर (जनरेटर शक्ति के 0.5-10% की शक्ति के साथ) है। एक्साइटर जनरेटर के साथ एक सामान्य शाफ्ट पर लगाया जाता है या क्लच या बेल्ट ड्राइव द्वारा जनरेटर शाफ्ट से जुड़ा होता है। एक्सिटर से डायरेक्ट करंट रोटर वाइंडिंग से दो रिंग्स और रोटर शाफ्ट पर लगे फिक्स्ड ब्रश से होकर गुजरता है।

उनके डिजाइन के अनुसार, रोटार मुख्य ध्रुव (छवि 5-25, ए) और निहित ध्रुव (छवि 5-25, बी) के बीच अंतर करते हैं। रोटर के ध्रुवों के जोड़े की संख्या इसके घूर्णन की गति से निर्धारित होती है। 50 हर्ट्ज की उत्पन्न ईएमएफ आवृत्ति पर, एक उच्च गति टर्बोजेनरेटर मशीन का एक निहित-पोल रोटर गति से घूमता है

3000 आरपीएम, में एक जोड़ी डंडे होते हैं, जबकि कम गति वाले हाइड्रो जनरेटर (जिसकी रोटेशन गति पानी के दबाव की ऊंचाई से निर्धारित होती है) का मुख्य-पोल रोटर 50 से 750 आरपीएम की गति से घूमता है। डंडे के कई जोड़े, क्रमशः 60 से 4 तक।

कम-शक्ति वाले सिंक्रोनस जनरेटर (100 केवीए तक), एक नियम के रूप में, स्व-उत्तेजित होते हैं: उत्तेजना वाइंडिंग को उसी जनरेटर (छवि 5-26) के संशोधित वर्तमान द्वारा खिलाया जाता है। उत्तेजना सर्किट वर्तमान ट्रांसफार्मर द्वारा बनाया गया है, जनरेटर के लोड सर्किट में शामिल है, एक सेमीकंडक्टर रेक्टिफायर पीवी, इकट्ठा किया गया है, उदाहरण के लिए, तीन-चरण ब्रिज सर्किट के अनुसार, और एक समायोजन रिओस्टेट आर के साथ जनरेटर ओबी की उत्तेजना घुमावदार .

जनरेटर का स्व-उत्तेजना निम्नानुसार होता है। जनरेटर चालू करने के समय, चुंबकीय प्रणाली में अवशिष्ट प्रेरण के कारण, जनरेटर की कार्यशील वाइंडिंग में कमजोर ईएमएफ और धाराएं दिखाई देती हैं। यह सीटी ट्रांसफॉर्मर की सेकेंडरी वाइंडिंग में ईएमएफ की उपस्थिति और उत्तेजना सर्किट में एक छोटे से करंट की ओर जाता है, जो मशीन के चुंबकीय क्षेत्र के इंडक्शन को बढ़ाता है। जनरेटर ईएमएफ तब तक बढ़ता है जब तक मशीन का चुंबकीय तंत्र पूरी तरह से उत्तेजित नहीं हो जाता।

ऐसे जनरेटर (एकल-चरण और तीन-चरण) का उपयोग कम-शक्ति, कम-वोल्टेज मोबाइल बिजली संयंत्रों में किया जाता है, उदाहरण के लिए, कृषि में भेड़ और दूध देने वाली गायों की बिजली की कतरन के लिए, साथ ही साथ ग्रामीण मोबाइल सिनेमा प्रतिष्ठानों की आपूर्ति के लिए, आदि। इन जनरेटर में, काम करने वाली वाइंडिंग अक्सर रोटर पर की जाती है, और स्टेटर की आंतरिक सतह पर, स्पष्ट ध्रुवों के साथ एक ध्रुव प्रणाली की व्यवस्था की जाती है। जनरेटर वर्तमान कलेक्टरों (रोटर अक्ष पर छल्ले के साथ ब्रश) को फिसलने के माध्यम से बाहरी भार से जुड़ा हुआ है।

जब रोटर घूमता है, तो ध्रुवों का चुंबकीय प्रवाह स्टेटर वाइंडिंग को पार करता है और विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के नियम के अनुसार इसमें एक EMF प्रेरित करता है:ई \u003d 4.44 * f * w * kw * F, जहां:

F प्रत्यावर्ती धारा की आवृत्ति है, Hz; डब्ल्यू घुमावों की संख्या है; किलोवाट - घुमावदार कारक; - चुंबकीय प्रवाह।

तुल्यकालिक जनरेटर के प्रेरित EMF (वोल्टेज, करंट) की आवृत्ति:एफ = पी * एन / 60, जहां:

P ध्रुवों के युग्मों की संख्या है; n रोटर, आरपीएम के रोटेशन की गति है।

प्रतिस्थापित करना: E = 4.44*(n*r/60)*w*kw*F और, निर्धारित करने के बाद: 4.44*(r/60)*w*kw - मशीन के डिजाइन को संदर्भित करता है और एक डिजाइन गुणांक बनाता है: C = 4.44 * (आर/60)*डब्ल्यू*किलोवाट।

फिर:ई \u003d एसई * पी * एफ।

इस प्रकार, विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के कानून के आधार पर किसी भी जनरेटर के साथ, प्रेरित ईएमएफ मशीन के चुंबकीय प्रवाह और रोटर के रोटेशन की गति के समानुपाती होता है।

एक तुल्यकालिक मोटर के संचालन का सिद्धांत।

एक तुल्यकालिक मोटर के संचालन का सिद्धांत आर्मेचर के चुंबकीय क्षेत्रों और प्रारंभ करनेवाला के ध्रुवों के पारस्परिक प्रभाव पर आधारित है। इकाई के उल्टे डिजाइन के साथ, आर्मेचर और प्रारंभ करनेवाला का स्थान विपरीत होता है, अर्थात पहला रोटर पर स्थित होता है, और दूसरा स्टेटर पर। इस विकल्प का उपयोग क्रायोजेनिक सिंक्रोनस मशीनों द्वारा किया जाता है, जिसमें उत्तेजना वाइंडिंग की संरचना में सुपरकंडक्टिविटी गुणों वाली सामग्री शामिल होती है।

जब इंजन चालू किया जाता है, तो यह उस आवृत्ति के करीब त्वरित होता है जिसके साथ चुंबकीय क्षेत्र अंतराल में घूमता है। उसके बाद ही यह सिंक्रोनस मोड में जाता है। इस स्थिति में, आर्मेचर और प्रारंभ करनेवाला के चुंबकीय क्षेत्र प्रतिच्छेद करते हैं। इस क्षण को तुल्यकालन में प्रवेश कहा जाता है।

तुल्यकालिक मशीनों के उत्तेजना के तरीके।

उत्तेजना वाइंडिंग को शक्ति प्रदान करने के लिए, एक एक्साइटर प्रदान किया जाता है, यह एक डीसी जनरेटर है, जिसका आर्मेचर एक यांत्रिक उपकरण के उपयोग के माध्यम से मशीन शाफ्ट से जुड़ा होता है।

उत्तेजना की विधि के अनुसार, तुल्यकालिक मशीनों को दो प्रकारों में विभाजित किया जाता है:

एक स्वतंत्र प्रकार की उत्तेजना।

आत्म-उत्तेजना।

स्वतंत्र उत्तेजना के साथ, सर्किट का तात्पर्य एक उप-उत्तेजक की उपस्थिति से है जो फ़ीड करता है:मुख्य उत्तेजक की घुमावदार, समायोजन के लिए रिओस्टेट, नियंत्रण उपकरण, वोल्टेज नियामक, आदि। इस पद्धति के अलावा, एक जनरेटर से उत्तेजना की जा सकती है जो एक सहायक कार्य करता है, यह एक तुल्यकालिक या अतुल्यकालिक प्रकार की मोटर द्वारा संचालित होता है।

आत्म-उत्तेजना के लिए, वाइंडिंग अर्धचालक या आयनिक प्रकार पर संचालित एक रेक्टिफायर के माध्यम से संचालित होती है।

टर्बो और हाइड्रो जनरेटर के लिए, थाइरिस्टर उत्तेजना उपकरणों का उपयोग किया जाता है। उत्तेजना प्रवाह को स्वचालित रूप से विनियमित किया जाता है, एक उत्तेजना नियामक का उपयोग करके, कम-शक्ति मशीनों के लिए, रिओस्टेट को समायोजित करने का उपयोग विशिष्ट है, वे उत्तेजना घुमावदार सर्किट में शामिल हैं।

सिंक्रोनस मोटर के फायदे और नुकसान।

एक सिंक्रोनस मोटर के एसिंक्रोनस मोटर के कई फायदे हैं:

1. उच्च शक्ति कारक cosФ=0.9।

समग्र शक्ति कारक को बढ़ाने के लिए उद्यमों में सिंक्रोनस मोटर्स का उपयोग करने की संभावना।

3. उच्च दक्षता, यह एक अतुल्यकालिक मोटर की तुलना में (0.5-3%) अधिक है, यह तांबे और बड़े CosФ में नुकसान को कम करके प्राप्त किया जाता है।

बढ़े हुए वायु अंतर के कारण बड़ा स्थायित्व रखता है।

एक सिंक्रोनस मोटर का टॉर्क पहली पावर के वोल्टेज के सीधे आनुपातिक होता है। अर्थात्, मुख्य वोल्टेज के परिमाण में परिवर्तन के प्रति सिंक्रोनस मोटर कम संवेदनशील होगी।

एक तुल्यकालिक मोटर के नुकसान:

शुरुआती उपकरणों की जटिलता और उच्च लागत।

सिंक्रोनस मोटर्स का उपयोग मशीनों और तंत्रों को चलाने के लिए किया जाता है, जिन्हें गति को बदलने की आवश्यकता नहीं होती है, साथ ही उन तंत्रों के लिए जिनमें लोड में बदलाव के साथ गति स्थिर रहती है: (पंप, कम्प्रेसर, पंखे।)

एक तुल्यकालिक मोटर शुरू करना।

एक तुल्यकालिक मोटर में एक प्रारंभिक टोक़ की अनुपस्थिति को देखते हुए, इसे शुरू करने के लिए निम्नलिखित विधियों का उपयोग किया जाता है:

एसिंक्रोनस मोटर स्टार्ट।

सहायक मोटर से शुरू करें।

एक सहायक मोटर की मदद से एक सिंक्रोनस मोटर का स्टार्ट-अप केवल उसके शाफ्ट पर यांत्रिक भार के बिना ही किया जा सकता है, अर्थात। व्यावहारिक रूप से निष्क्रिय। इस मामले में, स्टार्ट-अप अवधि के लिए, मोटर अस्थायी रूप से एक तुल्यकालिक जनरेटर में बदल जाती है, जिसका रोटर एक छोटी सहायक मोटर द्वारा संचालित होता है। इस कनेक्शन के लिए सभी आवश्यक शर्तों के अनुपालन में इस जनरेटर का स्टेटर नेटवर्क के समानांतर जुड़ा हुआ है। स्टेटर नेटवर्क से कनेक्ट होने के बाद, सहायक मोटर चलाएँयंत्रवत् बंद। यह प्रारंभिक विधि जटिल है और इसके अतिरिक्त एक सहायक मोटर भी है।

एसिंक्रोनस मोटर स्टार्ट।

सिंक्रोनस मोटर्स को शुरू करने का सबसे आम तरीका एसिंक्रोनस स्टार्ट है, जिसमें सिंक्रोनस मोटर स्टार्ट की अवधि के लिए एसिंक्रोनस मोटर में बदल जाती है। एसिंक्रोनस स्टार्टिंग टॉर्क के गठन को सक्षम करने के लिए, एक शुरुआती शॉर्ट-सर्किट वाइंडिंग को एक मुख्य-पोल मोटर के पोल टुकड़ों के खांचे में रखा जाता है। इस वाइंडिंग में पीतल की छड़ें होती हैं जिन्हें युक्तियों के खांचे में डाला जाता है और तांबे के छल्ले के साथ दोनों सिरों पर शॉर्ट-सर्किट किया जाता है।

जब इंजन चालू किया जाता है, तो स्टेटर वाइंडिंग को एसी नेटवर्क से जोड़ा जाता है। स्टार्ट-अप अवधि के लिए उत्तेजना घुमावदार (3) कुछ प्रतिरोध आरजी, अंजीर के लिए बंद है। 45, कुंजी K स्थिति 2 में है, प्रतिरोध Rg = (8-10) Rv। एस = 1 से शुरू होने के प्रारंभिक क्षण में, फील्ड वाइंडिंग के बड़ी संख्या में घुमावों के कारण, स्टेटर का घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र फील्ड वाइंडिंग में एक ईएमएफ ईवी को प्रेरित करेगा, जो बहुत बड़े मूल्य तक पहुंच सकता है, और यदि स्टार्ट-अप के दौरान प्रतिरोध आरजी के लिए फील्ड वाइंडिंग चालू नहीं है, इन्सुलेशन टूटना होगा।

चावल। 45 अंजीर। 46.

एक सिंक्रोनस मोटर शुरू करने की प्रक्रिया दो चरणों में की जाती है। जब स्टेटर वाइंडिंग (1) को नेटवर्क से जोड़ा जाता है, तो मोटर में एक घूमने वाला क्षेत्र बनता है, जो शॉर्ट-सर्किट रोटर वाइंडिंग (2) में एक EMF को प्रेरित करेगा। कार्रवाई के तहत, जो वर्तमान छड़ में प्रवाहित होगा। एक वर्तमान के साथ एक घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र की बातचीत के परिणामस्वरूप, एक शॉर्ट-सर्किट वाइंडिंग में एक टॉर्क बनाया जाता है, जैसा कि एक एसिंक्रोनस मोटर में होता है। इस क्षण के कारण, रोटर शून्य (एस = 0.05), अंजीर के करीब खिसकने में तेजी लाता है। 46. ​​यह पहला चरण समाप्त करता है।

मोटर रोटर को समकालिकता में खींचने के लिए, डीसी उत्तेजना वाइंडिंग (3) (कुंजी K को स्थिति 1 पर स्विच करके) को चालू करके इसमें एक चुंबकीय क्षेत्र बनाना आवश्यक है। चूंकि रोटर को के करीब गति से त्वरित किया जाता है

सिंक्रोनस के लिए, स्टेटर और रोटर फ़ील्ड की सापेक्ष गति छोटी है। डंडे आसानी से एक दूसरे को ढूंढ लेंगे। और पर्चियों की एक श्रृंखला के बाद, विपरीत ध्रुवों को आकर्षित किया जाएगा, और रोटर को समकालिकता में खींचा जाएगा। उसके बाद, रोटर एक समकालिक गति से घूमेगा, और इसकी घूर्णी गति स्थिर रहेगी, अंजीर। 46. ​​यह प्रक्षेपण के दूसरे चरण को समाप्त करता है।

28. सक्रिय, आगमनात्मक, कैपेसिटिव और मिश्रित भार के साथ एक तुल्यकालिक जनरेटर की आर्मेचर प्रतिक्रिया।

अंजीर पर। 20.5, और दो-पोल जनरेटर के स्टेटर और रोटर प्रस्तुत किए जाते हैं। स्टेटर चरण घुमावदार का हिस्सा दिखाता है। रोटर मुख्य ध्रुव है, वामावर्त घूमता है। विचार किए गए समय में, रोटर एक ऊर्ध्वाधर स्थिति पर कब्जा कर लेता है, जो चरण घुमावदार में अधिकतम EMF E0 से मेल खाती है। चूंकि सक्रिय लोड के तहत वर्तमान ईएमएफ के साथ चरण में है, रोटर की संकेतित स्थिति भी अधिकतम वर्तमान से मेल खाती है। उत्तेजना क्षेत्र (रोटर) की चुंबकीय प्रेरण लाइनों और स्टेटर घुमावदार क्षेत्र की चुंबकीय प्रेरण लाइनों को चित्रित करने के बाद, हम देखते हैं कि स्टेटर MMF F1 उत्तेजना MMF Fv0 के लंबवत निर्देशित है। इस निष्कर्ष की पुष्टि उसी मामले के लिए बनाए गए एक वेक्टर आरेख द्वारा भी की जाती है। इस आरेख के निर्माण की प्रक्रिया इस प्रकार है: जनरेटर रोटर की स्थानिक स्थिति के अनुसार, हम उत्तेजना MMF वेक्टर Fv0 खींचते हैं; लैगिंग की दिशा में इस वेक्टर से 90 ° के कोण पर, हम स्टेटर वाइंडिंग में उत्तेजना के चुंबकीय क्षेत्र से प्रेरित EMF E0 के वेक्टर को खींचते हैं; जब एक विशुद्ध रूप से सक्रिय लोड जुड़ा होता है, तो स्टेटर वाइंडिंग I1 में करंट EMF E0 के साथ चरण में होता है, और इसलिए इस करंट द्वारा बनाए गए MMF F1 वेक्टर को Fv0 वेक्टर के सापेक्ष अंतरिक्ष में 90 ° से स्थानांतरित कर दिया जाता है।

चावल। 20.5. सक्रिय (ए) के साथ तुल्यकालिक जनरेटर के आर्मेचर की प्रतिक्रिया,

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