Alternatory synchroniczne. zasada działania generatorów synchronicznych
1. Stojan. Stojan generatora synchronicznego, podobnie jak inne maszyny prądu przemiennego, składa się z rdzenia wykonanego z blach ze stali elektrotechnicznej, w rowkach, w których układane jest uzwojenie prądu przemiennego, oraz ramy - żeliwnej lub spawanej obudowy z blachy stalowej.
Uzwojenie stojana jest umieszczone w rowkach wytłoczonych na wewnętrznej powierzchni rdzenia. Izolacja uzwojenia jest wykonywana ze szczególną starannością, ponieważ maszyna zwykle musi pracować przy wysokich napięciach. Jako izolację stosuje się taśmy mikanitowe i mikanitowe.
Na RYS. 240 biorąc pod uwagę wygląd stojana generatora synchronicznego.
2. Wirnik. Wirniki maszyn synchronicznych są podzielone na dwa typy:
A) wyraźnie biegun (tj. z wyraźnymi biegunami) i
B) niejawnie biegunowy (tj. z niejawnie wyrażonymi biegunami).
Na RYS. 241 przedstawia schematy urządzenia generatorów synchronicznych z wirnikami o biegunach wystających i niewystających.
Taka lub inna konstrukcja wirnika jest podyktowana względami wytrzymałości mechanicznej. W nowoczesnych generatorach obracających się z silników szybkoobrotowych (turbina parowa) prędkość obwodowa wirnika może sięgać 100-160 m/s (w niektórych przypadkach 170 m/s). Dlatego generatory o dużej prędkości mają niewystający wirnik biegunowy. Prędkość obrotowa szybkich generatorów wynosi 3000 obr/min i 1500 obr/min.
Wyraźny wirnik biegunowy jest odkuwką stalową.
Do wieńca wirnika przymocowane są bieguny, na które nałożone są cewki wzbudzające połączone szeregowo ze sobą. Końce uzwojenia wzbudzenia są połączone z dwoma
pierścienie zamontowane na wale wirnika. Szczotki nakładają się na pierścienie, do których podłączone jest stałe źródło napięcia. Na RYS. 242 przedstawia wygląd wirnika z wyraźnym biegunem. Zwykle generator prądu stałego, umieszczony na tym samym wale z wirnikiem i nazywany wzbudnikiem, podaje prąd stały do wzbudzenia wirnika. Moc wzbudnicy wynosi 0,25-1% mocy znamionowej generatora synchronicznego. Napięcie znamionowe wzbudnic 60-350 V.
Na RYS. 243 przedstawia obwód wzbudzenia maszyny synchronicznej.
Dostępne są również samowzbudne generatory synchroniczne. Prąd stały do wzbudzenia wirnika uzyskuje się za pomocą prostowników selenowych podłączonych do uzwojenia stojana generatora. W pierwszej chwili słabe pole magnetyzmu szczątkowego wirującego wirnika indukuje nieznaczną zmienną e w uzwojeniu stojana. s.s. Prostowniki selenowe podłączone do napięcia przemiennego dają prąd stały, który wzmacnia pole wirnika, a napięcie generatora wzrasta.
Wirnik z biegunem niewystającym wykonany jest z całej odkuwki stalowej, poddanej złożonej obróbce cieplnej i mechanicznej. Jako przykład podajmy dane wirnika turbogeneratora wyprodukowanego przez fabrykę Elektrosila o mocy 100 tys. kW przy n = 3000 obr/min. Średnica wirnika D = 0,99 m, długość l=6,35 m. Prędkość obwodowa wirnika 155 m/sek. Obrobiona kucie wirnika waży 46,5 tony.
W kierunku osiowym wzdłuż obwodu wirnika frezowane są rowki, w których umieszczone jest uzwojenie wzbudzenia. Uzwojenie w rowkach jest mocowane za pomocą metalowych (stalowych lub brązowych) klinów. Przednie części uzwojenia są przymocowane metalowymi pierścieniami osłonowymi.
Na RYS. 244 pokazane ogólna forma domyślnie biegunowy wirnik generatora turbiny w postaci gotowej.
Projektując maszyny elektryczne i transformatory, projektanci zwracają dużą uwagę na wentylację maszyn. W przypadku generatorów synchronicznych stosuje się chłodzenie powietrzem i wodorem.
Chłodzenie powietrzem odbywa się za pomocą wentylatorów osadzonych na wale po obu stronach wirnika (dla generatorów o mocy od 1,5 do 50 tys. kW) lub umieszczonych pod maszyną w otworze fundamentowym (dla generatorów o mocy 100 tys. kW) .
Masy zimnego powietrza wchodzące do wentylacji przechodzą przez filtry, aby uniknąć zanieczyszczenia maszyny pyłem.Przy zamkniętym systemie wentylacji maszyna jest chłodzona taką samą ilością powietrza. Powietrze po przejściu przez maszynę jest podgrzewane i wchodzi do chłodnic powietrza, następnie jest ponownie wtłaczane do maszyny itp. Do celów chłodzenia służy również system kanałów wentylacyjnych rozmieszczonych w oddzielnych częściach maszyny. Najbardziej wydajnym sposobem chłodzenia maszyny jest chłodzenie wodorem. Wodór, który ma 7,4 razy większą przewodność cieplną niż powietrze, lepiej odprowadza ciepło z gorących części maszyny. Straty tarcia przy chłodzeniu powietrzem wynoszą około 50°/o od
suma wszystkich strat w samochodzie. Wodór ma ciężar właściwy 14,5 razy mniejszy niż powietrze. Dlatego tarcie o wodór gwałtownie spada. Wodór przyczynia się również do zachowania izolacji i powłok lakierniczych maszyny. Wygląd zewnętrzny generator synchroniczny jawnobiegunowy z wzbudnicą pokazano na rys. 245 i generator synchroniczny bieguna niewystającego o mocy 50 tys. kW - na ryc. 246.
Hydrogeneratory napędzane są turbinami hydraulicznymi. Turbiny te najczęściej mają pionowy wał o małej liczbie obrotów. Generator synchroniczny o niskiej prędkości ma dużą liczbę biegunów, a co za tym idzie, duże wymiary.
Czyli na przykład hydrogenerator typu o mocy 50 tys. kW, wyprodukowany przez fabrykę Elektrosila imienia. S. M. Kirow, ma całkowitą masę 1142 g, średnicę stojana 14 m, całkowitą wysokość 8,9 m, liczbę biegunów 96.
Na RYS. 247 przedstawia schemat generatora synchronicznego z wzbudnicą zasilającą obciążenia energetyczne i oświetleniowe. Na RYS. 248 dan Schemat obwodu połączenia generatora synchronicznego z obciążeniem.
Uzwojenia stojana generatorów synchronicznych są wykonane w taki sam sposób jak uzwojenia stojana silników indukcyjnych.
Wszystkie sześć końców trójfazowych uzwojeń generatora jest zwykle wyświetlanych na jego ekranie. Łącząc trzy końce uzwojeń z jednym wspólnym punktem zerowym i wprowadzając trzy początki uzwojeń do sieci zewnętrznej, uzyskujemy połączenie gwiazdowe uzwojeń (ryc. 249, a). Połączenie końca pierwszego uzwojenia z początkiem drugiego, końca drugiego z początkiem trzeciego, końca trzeciego z początkiem pierwszego uzwojenia i wykonanie trzech odczepów z punktów przyłączeniowych do sieci zewnętrznej , otrzymujemy połączenie uzwojeń w trójkącie (ryc. 249, b).
W elektrowniach okrętowych prądu przemiennego stosuje się synchroniczne prądnice trójfazowe z niezależnym wzbudzeniem i samowzbudzeniem. Generatory z niezależnym wzbudzeniem mają zamontowaną wzbudnicę (maszyna elektryczna prądu stałego) z automatycznym i ręcznym regulatorem napięcia. W przypadku generatorów samowzbudnych wzbudzenie odbywa się za pomocą prostownika półprzewodnikowego ze stojana generatora; samoregulacja napięcia realizowana jest przez urządzenia statyczne.
Maszyny synchroniczne mogą pracować zarówno jako generatory, jak i silniki. W zależności od rodzaju napędu generatory synchroniczne otrzymały również swoje nazwy. Na przykład turbogenerator to generator napędzany przez turbinę parową, hydrogenerator obraca koło wodne, a generator Diesla jest mechanicznie połączony z silnikiem spalinowym.
Silniki synchroniczne są szeroko stosowane do napędzania potężnych sprężarek, pomp, wentylatorów. Mikrosilniki synchroniczne służą do napędzania mechanizmów napędów taśmowych urządzeń rejestrujących, magnetofonów itp.
Stojan maszyny synchronicznej nie różni się konstrukcją od stojana silnik indukcyjny. W żłobkach stojana umieszczone są uzwojenia trójfazowe, dwufazowe lub jednofazowe. Zauważalną różnicą jest wirnik, który jest zasadniczo magnesem trwałym lub elektromagnesem. Nakłada to specjalne wymagania na geometryczny kształt wirnika. Każdy magnes ma bieguny, których liczba może wynosić dwa lub więcej.
Na ryc. 7.1 pokazuje dwie konstrukcje generatorów, z wirnikiem wolnoobrotowym i szybkoobrotowym.
Rys.7.1
Szybkobieżne to z reguły turbogeneratory. Liczba par biegunów magnetycznych, jakie mają, jest równa jeden. Aby taki generator wyprodukował Elektryczność częstotliwość standardowa f = 50 Hz, należy go obracać z częstotliwością
Zasada działania generatora synchronicznego opiera się na zjawisku indukcji elektromagnetycznej. Wirnik z biegunami magnetycznymi wytwarza wirujące pole magnetyczne, które przechodząc przez uzwojenie stojana indukuje w nim pole elektromagnetyczne. Po podłączeniu do generatora obciążenia, generator zapewni zasilanie prądem zmiennym.
Jak pokazano powyżej, wielkość sem indukowanej w uzwojeniu stojana jest ilościowo związana z liczbą zwojów uzwojenia i szybkością zmiany strumienia magnetycznego:
Wracając do wartości efektywnych, wyrażenie EMF można zapisać jako:
gdzie n jest prędkością wirnika generatora,
Ф - strumień magnetyczny,
c jest stałym czynnikiem.
Po podłączeniu obciążenia napięcie na zaciskach generatora zmienia się w różnym stopniu. Tak więc zwiększenie obciążenia czynnego nie ma zauważalnego wpływu na napięcie. Jednocześnie obciążenia indukcyjne i pojemnościowe wpływają na napięcie wyjściowe generatora. W pierwszym przypadku wzrost obciążenia powoduje rozmagnesowanie generatora i zmniejszenie napięcia, w drugim przypadku jest ono spolaryzowane i napięcie rośnie. Zjawisko to nazywa się reakcją kotwicy.
Aby zapewnić stabilność napięcia wyjściowego generatora, konieczna jest regulacja strumienia magnetycznego. Gdy jest osłabiona, maszyna musi być namagnesowana, gdy jest zwiększona, musi zostać rozmagnesowana. Odbywa się to poprzez regulację prądu dostarczanego do uzwojenia wzbudzenia wirnika generatora.
Najprostszy generator prądu trójfazowego jest podobny w konstrukcji do generatora prądu trójfazowego prądu jednofazowego, tylko jego twornik ma nie jedno, ale trzy uzwojenia AX, BY, CZ, przesunięte w przestrzeni względem siebie (ryc. 7.2). Kiedy twornik obraca się w tych uzwojeniach, np. s.s. ta sama częstotliwość, ale różne fazy. Jeśli amplitudy n s.s. trzy uzwojenia generatora są sobie równe, a przesunięcie fazowe między dowolnymi dwoma sąsiednimi e. s.s. równy -j = 120 °, następnie układ trójfazowy e. s.s. zwany symetrycznym.
Synchroniczne nazywane są maszynami elektrycznymi, których prędkość obrotowa jest połączona stałym stosunkiem z częstotliwością sieci prądu przemiennego, w której znajduje się ta maszyna. . Maszyny synchroniczne służą jako generatory prądu przemiennego w elektrowniach, a silniki synchroniczne są stosowane w przypadkach, gdy potrzebny jest silnik pracujący ze stałą prędkością. Maszyny synchroniczne są odwracalne, to znaczy mogą działać zarówno jako generatory, jak i jako silniki. Maszyna synchroniczna przełącza się z trybu generatorowego na tryb silnikowy, w zależności od tego, czy działa na nią siła mechaniczna obracająca się lub hamująca. W pierwszym przypadku odbiera energię mechaniczną na wale i oddaje energię elektryczną do sieci, aw drugim przypadku odbiera energię elektryczną z sieci i przekazuje energię mechaniczną do wału.
Maszyna synchroniczna ma dwie główne części: wirnik i stojan, a stojan nie różni się od stojana maszyny asynchronicznej. Wirnik maszyny synchronicznej to układ wirujących elektromagnesów zasilanych prądem stałym dostarczanym do wirnika przez pierścienie ślizgowe i szczotki ze źródła zewnętrznego. W uzwojeniach stojana pod działaniem wirującego pola magnetycznego indukowana jest siła elektromotoryczna, która jest podawana do zewnętrznego obwodu generatora. Główny strumień magnetyczny generatora synchronicznego, wytworzony przez obracający się wirnik, jest wzbudzany przez zewnętrzne źródło - wzbudnicę, która zwykle jest generatorem prądu stałego małej mocy, który jest zainstalowany na wspólnym wale z generatorem synchronicznym. Prąd stały z wzbudnicy podawany jest na wirnik przez szczotki i pierścienie ślizgowe zamontowane na wale wirnika. Liczba par biegunów wirnika zależy od prędkości jego obrotu. W wielobiegunowej maszynie synchronicznej wirnik ma p par biegunów, a prądy w uzwojeniu stojana tworzą również p par biegunów wirującego pola magnetycznego (jak w maszynie asynchronicznej). Wirnik musi obracać się z częstotliwością wirowania pola, dlatego jego prędkość jest równa:
n=60f/p (9,1)
Przy f = 50 Hz i p = 1 n = 3000 obr/min.
Z tą częstotliwością obracają się nowoczesne turbogeneratory, składające się z turbiny parowej i generatora synchronicznego dużej mocy z wirnikiem o jednej parze biegunów.
W generatorach wodnych głównym silnikiem jest turbina hydrauliczna, której prędkość wynosi od 50 do 750 obrotów na minutę. W tym przypadku stosuje się generatory synchroniczne z wirnikiem jawnobiegunowym posiadającym od 4 do 60 par biegunów.
Prędkość obrotowa generatorów diesla podłączonych do silnika podstawowego – diesla, zawiera się w zakresie od 500 do 1500 obr/min.
W generatorach synchronicznych małej mocy zwykle stosuje się samowzbudzenie: uzwojenie wzbudzenia jest zasilane prądem wyprostowanym tego samego generatora (ryc. 9.2).
Obwód wzbudzenia tworzą przekładniki prądowe CT zawarte w obwodzie obciążenia generatora, prostownik półprzewodnikowy zmontowany zgodnie z trójfazowym schematem mostka oraz uzwojenie wzbudzenia OB z reostatem regulacyjnym R.
Samowzbudzenie generatora następuje w następujący sposób. W momencie uruchomienia generatora, na skutek indukcji szczątkowej w układzie magnetycznym, w uzwojeniu roboczym generatora pojawiają się słabe pola elektromagnetyczne i prądy. Prowadzi to do pojawienia się pola elektromagnetycznego w uzwojeniach wtórnych transformatorów CT i małego prądu w obwodzie wzbudzenia, co zwiększa indukcję pola magnetycznego maszyny. Siła emf generatora wzrasta, dopóki system magnetyczny maszyny nie zostanie w pełni wzbudzony.
Średnia wartość sem indukowanej w każdej fazie uzwojenia stojana:
ср = c∙n∙Φ (9.2)
n to prędkość wirnika;
Φ jest maksymalnym strumieniem magnetycznym wzbudzonym w maszynie synchronicznej;
c jest stałym współczynnikiem uwzględniającym cechy konstrukcyjne ta maszyna.
Napięcie na zaciskach generatora:
U = mi - I z, gdzie
I - prąd w uzwojeniu stojana (prąd obciążenia);
Z to impedancja uzwojenia (jedna faza).
Aby dostroić amplitudę pola elektromagnetycznego, wielkość strumienia magnetycznego jest regulowana przez zmianę prądu w uzwojeniu wzbudzenia. Sinusoidalność pola elektromagnetycznego jest zapewniona przez nadanie określonego kształtu nabiegunnikom wirnika w maszynach o wybitnych biegunach. W maszynach o biegunach niejawnych pożądany rozkład indukcji magnetycznej uzyskuje się poprzez specjalne umieszczenie uzwojeń wzbudzenia na powierzchni wirnika.
W maszynach synchronicznych pole magnetyczne prądów uzwojenia twornika i wirnika obracają się z tą samą prędkością (synchronicznie). Maszyny synchroniczne są odwracalne, to znaczy mogą pracować jako generatory i jako silniki. Najczęściej jednak stosowane są jako alternatory, które są instalowane we wszystkich nowoczesnych elektrowniach.
Alternator został wynaleziony przez wybitnego rosyjskiego inżyniera elektryka P.N. Yablochkova. Generator ten służył do zasilania świec elektrycznych i zgodnie z zasadą działania nie różnił się niczym od nowoczesnych generatorów, będąc pierwszym generatorem wielofazowym. Na jego stojanie nałożono kilka odizolowanych od siebie uzwojeń, z których każde miało swój własny obwód z grupą świec.
W 1888 inny wybitny rosyjski inżynier elektryk M. O. Dolivo-Dobrovolsky zbudował pierwszy na świecie generator trójfazowy o mocy około 3 kVA.
Generator synchroniczny ma dwa zegary główne, wirnik i stojan.
Wirnik (ruchoma, obracająca się część maszyny) tworzy układ wirujących elektromagnesów zasilanych prądem stałym ze źródła zewnętrznego.
Stojan (stała część maszyny) nie różni się od stojana maszyny asynchronicznej. W jego uzwojeniu działanie wirującego pola magnetycznego wirnika indukuje siłę elektromotoryczną dostarczaną do zewnętrznego obwodu generatora (w trybie silnikowym napięcie sieciowe jest podawane na uzwojenie stojana). Taka konstrukcja prądnicy pozwala na wyeliminowanie styków ślizgowych w obwodzie obciążenia prądnicy (uzwojenie stojana połączone jest bezpośrednio z obciążeniem) oraz niezawodną izolację uzwojenia roboczego od korpusu maszyny, co jest bardzo ważne w przypadku nowoczesnych prądnic wytwarzanych na duże moce przy wysokich napięciach. Główny strumień magnetyczny generatora synchronicznego, wytworzony przez obracający się wirnik, jest wzbudzany z zewnętrznego źródła wzbudnicy, którym jest konwencjonalny generator prądu stałego (o mocy 0,5-10% mocy generatora). Wzbudnica jest zamontowana na wspólnym wale z generatorem lub połączona z wałem generatora za pomocą sprzęgła lub napędu pasowego. Prąd stały z wzbudnicy przepływa przez uzwojenie wirnika przez dwa pierścienie i stałe szczotki zamontowane na wale wirnika.
Zgodnie z ich konstrukcją wirniki rozróżniają biegun jawny (ryc. 5-25, a) i biegun ukryty (ryc. 5-25, b). Liczba par biegunów wirnika zależy od prędkości jego obrotu. Przy generowanej częstotliwości pola elektromagnetycznego 50 Hz, wirnik z niejawnym biegunem szybkoobrotowej maszyny turbogeneratora obracającej się z prędkością
3000 obr./min, ma jedną parę biegunów, natomiast wirnik z biegunem jawnym wolnoobrotowego hydrogeneratora (którego prędkość obrotowa zależy od wysokości ciśnienia wody), obracającego się z prędkością od 50 do 750 obr./min. liczba par biegunów odpowiednio od 60 do 4.
Generatory synchroniczne małej mocy (do 100 kVA) z reguły są samowzbudne: uzwojenie wzbudzenia jest zasilane prądem wyprostowanym tego samego generatora (ryc. 5-26). Obwód wzbudzenia tworzą przekładniki prądowe, zawarte w obwodzie obciążenia generatora, prostownik półprzewodnikowy PV, zmontowany na przykład zgodnie z trójfazowym obwodem mostkowym, oraz uzwojenie wzbudzenia generatora OB z reostatem regulacyjnym R.
Samowzbudzenie generatora następuje w następujący sposób. W momencie uruchomienia generatora, na skutek indukcji szczątkowej w układzie magnetycznym, w uzwojeniu roboczym generatora pojawiają się słabe pola elektromagnetyczne i prądy. Prowadzi to do pojawienia się pola elektromagnetycznego w uzwojeniach wtórnych transformatorów CT i małego prądu w obwodzie wzbudzenia, co zwiększa indukcję pola magnetycznego maszyny. Siła emf generatora wzrasta, dopóki system magnetyczny maszyny nie zostanie w pełni wzbudzony.
Generatory takie (jednofazowe i trójfazowe) znajdują zastosowanie w elektrowniach mobilnych małej mocy, niskonapięciowych, wykorzystywanych m.in. w rolnictwie do elektrycznego strzyżenia owiec i krów mlecznych, a także do zasilania wiejskich mobilnych instalacji kinowych, itp. W tych generatorach uzwojenie robocze jest często wykonywane na wirniku, a na wewnętrznej powierzchni stojana umieszczony jest układ biegunowy z wyraźnymi biegunami. Generator jest podłączony do zewnętrznego obciążenia poprzez ślizgowe kolektory prądu (szczotki z pierścieniami na osi wirnika).
Gdy wirnik się obraca, strumień magnetyczny biegunów przecina uzwojenie stojana i indukuje w nim pole elektromagnetyczne zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej: E \u003d 4,44 * f * w * kw * F, gdzie:
F to częstotliwość prądu przemiennego, Hz; w to liczba zwojów; kw – współczynnik uzwojenia; Ф - strumień magnetyczny.
Częstotliwość indukowanej EMF (napięcie, prąd) generatora synchronicznego: f = p*n/60, gdzie:
P to liczba par biegunów; n to prędkość obrotowa wirnika, obr./min.
Wymiana: E = 4,44*(n*r/60)*w*kw*F oraz po ustaleniu: 4,44*(r/60)*w*kw - odnosi się do konstrukcji maszyny i tworzy współczynnik projektowy: C = 4,44 * (r/60)*w*kw.
Następnie: E \u003d SE * p * F.
Tak więc, jak w przypadku każdego generatora opartego na prawie indukcji elektromagnetycznej, indukowana siła elektromotoryczna jest proporcjonalna do strumienia magnetycznego maszyny i prędkości obrotowej wirnika.
Zasada działania silnika synchronicznego.
Zasada działania silnika synchronicznego opiera się na wzajemnym oddziaływaniu pól magnetycznych twornika i biegunów cewki indukcyjnej. Przy odwróconej konstrukcji urządzenia położenie twornika i cewki indukcyjnej jest przeciwne, to znaczy pierwsza znajduje się na wirniku, a druga na stojanie. Z tej opcji korzystają kriogeniczne maszyny synchroniczne, w których w skład uzwojeń wzbudzenia wchodzą materiały o właściwościach nadprzewodzących.
Po uruchomieniu silnik jest przyspieszany do częstotliwości zbliżonej do częstotliwości, z jaką wiruje pole magnetyczne w szczelinie. Dopiero potem przechodzi w tryb synchroniczny. W tej sytuacji pola magnetyczne twornika i cewki indukcyjnej przecinają się. Ten moment nazywa się wejściem w synchronizację.
Sposoby wzbudzania maszyn synchronicznych.
Do zasilania uzwojenia wzbudzenia przewidziany jest wzbudnik, jest to generator prądu stałego, którego zwora jest połączona z wałem maszyny za pomocą urządzenia mechanicznego.
Zgodnie z metodą wzbudzenia maszyny synchroniczne dzielą się na dwa typy:
Ekscytacja typu niezależnego.
Samowzbudzenie.
Przy niezależnym wzbudzeniu obwód implikuje obecność podwzbudnicy, która zasila: uzwojenie głównej wzbudnicy, reostat do regulacji, urządzenia sterujące, regulatory napięcia itp. Oprócz tej metody wzbudzenie można przeprowadzić z generatora pełniącego funkcję pomocniczą, napędzanego silnikiem synchronicznym lub asynchronicznym.
Do samowzbudzenia uzwojenie jest zasilane przez prostownik działający na półprzewodnikach lub typu jonowego.
W przypadku turbogeneratorów i hydrogeneratorów stosuje się tyrystorowe urządzenia wzbudzające. Prąd wzbudzenia jest regulowany automatycznie za pomocą regulatora wzbudzenia, dla maszyn małej mocy typowe jest stosowanie reostatów regulacyjnych, są one zawarte w obwodzie uzwojenia wzbudzenia.
Zalety i wady silnika synchronicznego.
Silnik synchroniczny ma kilka zalet w porównaniu z silnikiem asynchronicznym:
1. Wysoki współczynnik mocy cosФ=0,9.
Możliwość zastosowania silników synchronicznych w przedsiębiorstwach w celu zwiększenia całkowitego współczynnika mocy.
3. Wysoka sprawność, jest wyższa niż w przypadku silnika asynchronicznego o (0,5-3%), osiąga się to dzięki zmniejszeniu strat miedzi i dużego CosФ.
Posiada dużą trwałość spowodowaną zwiększoną szczeliną powietrzną.
Moment obrotowy silnika synchronicznego jest wprost proporcjonalny do napięcia do pierwszej mocy. Oznacza to, że silnik synchroniczny będzie mniej wrażliwy na zmiany wielkości napięcia sieciowego.
Wady silnika synchronicznego:
Złożoność sprzętu startowego i wysoki koszt.
Silniki synchroniczne służą do napędzania maszyn i mechanizmów, które nie muszą zmieniać prędkości, a także do mechanizmów, w których prędkość pozostaje stała wraz ze zmianą obciążenia: (pompy, sprężarki, wentylatory).
Rozruch silnika synchronicznego.
Ze względu na brak momentu rozruchowego w silniku synchronicznym stosuje się następujące metody jego rozruchu:
Rozruch silnika asynchronicznego.
Zacznij od silnika pomocniczego.
Rozruch silnika synchronicznego za pomocą silnika pomocniczego można przeprowadzić tylko bez mechanicznego obciążenia jego wału, tj. praktycznie bezczynny. W tym przypadku na czas rozruchu silnik chwilowo zamienia się w generator synchroniczny, którego wirnik napędzany jest małym silnikiem pomocniczym. Stojan tego generatora jest podłączony równolegle do sieci zgodnie ze wszystkimi niezbędnymi warunkami tego połączenia. Po podłączeniu stojana do sieci, pomocniczy silnik napędowy mechanicznie wyłączony. Ta metoda rozruchu jest złożona i posiada dodatkowo silnik pomocniczy.
Rozruch silnika asynchronicznego.
Najpopularniejszym sposobem uruchamiania silników synchronicznych jest rozruch asynchroniczny, w którym silnik synchroniczny zamienia się w silnik asynchroniczny na czas rozruchu. Aby umożliwić wytworzenie asynchronicznego momentu rozruchowego, w rowkach nabiegunników silnika o biegunach jawnych umieszcza się zwarciowe uzwojenie rozruchowe. Uzwojenie to składa się z mosiężnych prętów włożonych w rowki końcówek i zwartych na obu końcach miedzianymi pierścieniami.
Po uruchomieniu silnika uzwojenie stojana jest podłączone do sieci prądu przemiennego. Uzwojenie wzbudzenia (3) na okres rozruchu jest zamknięte na pewną rezystancję Rg, rys.1. 45, klucz K znajduje się w pozycji 2, rezystancja Rg = (8-10) Rv. W początkowym momencie rozruchu przy S = 1, ze względu na dużą liczbę zwojów uzwojenia pola, wirujące pole magnetyczne stojana indukuje w uzwojeniu pola EMF Ev, które może osiągnąć bardzo dużą wartość, a jeśli uzwojenie początkowe nie jest włączone dla rezystancji Rg, nastąpi awaria izolacji.
Ryż. 45 Rys. 46.
Proces uruchamiania silnika synchronicznego odbywa się w dwóch etapach. Gdy uzwojenie stojana (1) jest podłączone do sieci, w silniku powstaje pole wirujące, które indukuje siłę elektromotoryczną w zwartym uzwojeniu wirnika (2). Pod akcją, która popłynie w prądzie prętów. W wyniku oddziaływania wirującego pola magnetycznego z prądem w zwartym uzwojeniu powstaje moment obrotowy, jak w silniku asynchronicznym. W związku z tym momentem wirnik przyspiesza do poślizgu bliskiego zeru (S=0,05), ryc. 46. To kończy pierwszy etap.
Aby wirnik silnika został wciągnięty w synchronizację, konieczne jest wytworzenie w nim pola magnetycznego poprzez włączenie uzwojenia wzbudzenia DC (3) (przełączenie klucza K w pozycję 1). Ponieważ wirnik jest przyspieszany do prędkości zbliżonej do
na synchroniczny, to względna prędkość pól stojana i wirnika jest niewielka. Słupy sprawnie się odnajdą. A po serii poślizgów, przeciwległe bieguny zostaną przyciągnięte, a wirnik zostanie wciągnięty w synchronizację. Następnie wirnik będzie się obracał z prędkością synchroniczną, a jego prędkość obrotowa będzie stała, ryc. 46. To kończy drugi etap uruchomienia.
28. Reakcja twornika generatora synchronicznego z obciążeniami czynnymi, indukcyjnymi, pojemnościowymi i mieszanymi.
Na ryc. 20,5 oraz przedstawiono stojan i wirnik generatora dwubiegunowego. Stojan pokazuje część uzwojenia fazowego. Wirnik jest wystającym biegunem, obraca się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. W rozważanym momencie wirnik zajmuje pozycję pionową, co odpowiada maksymalnemu EMF E0 w uzwojeniu fazowym. Ponieważ prąd pod aktywnym obciążeniem jest w fazie z EMF, wskazane położenie wirnika również odpowiada maksymalnemu prądowi. Po zobrazowaniu linii indukcji magnetycznej pola wzbudzenia (wirnika) i linii indukcji magnetycznej pola uzwojenia stojana widzimy, że MMF F1 stojana jest skierowany prostopadle do MMF Fv0 wzbudzenia. Ten wniosek potwierdza również diagram wektorowy skonstruowany dla tego samego przypadku. Procedura konstruowania tego schematu jest następująca: zgodnie z przestrzennym położeniem wirnika generatora rysujemy wektor wzbudzenia MMF Fv0; pod kątem 90 ° do tego wektora w kierunku opóźnienia rysujemy wektor EMF E0 indukowany przez pole magnetyczne wzbudzenia w uzwojeniu stojana; gdy podłączone jest czysto czynne obciążenie, prąd w uzwojeniu stojana I1 jest w fazie z EMF E0, a zatem wektor MMF F1 utworzony przez ten prąd jest przesunięty w przestrzeni względem wektora Fv0 o 90 °.Ryż. 20.5. Reakcja twornika generatora synchronicznego z aktywnym (a),
Powiązane artykuły
