Syfte och arrangemang av synkronmaskiner

Synkronmaskin - en växelströmsmaskin där rotorns hastighet vid en konstant strömfrekvens i statorlindningarna förblir konstant och inte beror på storleken på belastningen på maskinens axel.

Synkrona maskiner De används huvudsakligen för att omvandla den mekaniska energin hos drivmotorer till elektrisk energi, det vill säga som generatorer av elektrisk växelströmsenergi. Synkronmaskiner används dock också i motorlägen, reaktiva effektkompensatorer och andra enheter.

I industriella installationer är trefassynkrona maskiner mest använda. Enfas synkronmotorer används i elektriska drivningar av kompressorer, kraftfulla fläktar, lågeffektsmotorer i olika automatiska enheter, etc.

Synkron maskinenhet

En trefas synkronmaskin består av en stationär stator och en implicit eller konvex polrotor som roterar inuti den, mellan dem finns ett luftgap, vars radiella storlek bestäms av maskinens nominella effekt, dess hastighet och varierar från bråk till flera tiotals millimeter.

Statorn på en sådan maskin skiljer sig praktiskt taget inte i design från statorn på en induktionsmaskin, den har en trefaslindning, vars början av faserna är betecknade C1, C2, C3 och ändarna - C4, C5, C6 och förs till terminaler med liknande beteckningar, vilket gör att du kan ansluta statorlindningens faser med en delta eller stjärna.

Faserna i statorlindningen i en trefas synkron generator är huvudsakligen anslutna i en stjärna, eftersom detta tillåter ett trefas fyrtrådsnät att ha linje- och fasspänningar som skiljer sig från varandra med √3 gånger (fig. 1) ).

Ris. 1. Schema för att ansluta ett trefas fyrfasnätverk till terminalerna på statorlindningen på en trefas synkron generator när faserna är stjärnanslutna.

Rotorn i en synkronmaskin är ett elektromagnetiskt likströmssystem med en lindning med samma antal poler som en trefas statorlindning. De magnetiska kraftlinjerna är slutna mellan rotorns respektive nord- och sydpoler genom luftgapet och statorns matningsledning (fig. 2, a, b).

Rotorlindningen eller fältlindningen matas av en likriktare eller en liten likströmsgenerator - en magnetisering vars uteffekt är 0,5 till 10 % av märkeffekten hos en synkronmaskin. Mataren kan placeras på samma axel med en synkronmaskin, driven från sin axel med en flexibel transmission eller driven av en separat motor.

Den implicita polrotorn hos en synkronmaskin är en solid eller sammansatt cylinder gjord av kol eller legerat stål med spår frästa över dess yta i en axiell riktning. Dessa slitsar innehåller en spole gjord av isolerad koppar- eller aluminiumtråd.Början av I1 och slutet av I2 av denna lindning är anslutna till två släpringar monterade på en isolatorhylsa placerad på maskinaxeln och roterar med rotorn.

De fasta borstarna pressas mot ringarna, från vilka ledningarna leds till klämmorna märkta I1 och I2 för anslutning till en källa med konstant elektrisk energi. De stora, icke-slitsade rotorcylindertänderna bildar rotorstolparna.

En implicit polrotor har vanligtvis två eller fyra poler med alternerande polaritet, den används i höghastighetssynkrona maskiner, särskilt i turbingeneratorer - trefassynkrona generatorer direkt kopplade till ångturbiner konstruerade för en hastighet av 3000 eller 1500 varv per minut vid AC frekvens 50 Hz...

Ris. 2. Anordningen för en trefassynkronmaskin med en rotor: a — dold pol, b — framträdande pol, 1 — ram, 2 — statormagnetkrets, 3 — statorledningar, 4 — luftgap, 5 — rotorpol, 6 — polspets, 7 — rakt på rotorn, 8 — lindning av excitationsspolen, 9 — kortslutning, 10 — släpringar, 11 — borstar, 12 — axel.

Rotorn med öppen pol i en synkronmaskin med fyra eller fler poler har ett massivt eller fodrat ok av stålplåt, på vilket är fästa stålstolpar av liknande konstruktion, med ett rektangulärt tvärsnitt, som slutar i spikar (fig. 2, b) ). Spolarna som är kopplade till varandra är placerade i polerna och bildar en spännande spole.

En sådan rötor används i låghastighetssynkrona maskiner, som kan vara hydrogeneratorer och dieselgeneratorer - respektive trefassynkrongeneratorer direkt kopplade till hydrauliska turbiner eller förbränningsmotorer, konstruerade för rotationshastigheter på 1500, 1000, 750 och lägre varvtal vid en växelströmsfrekvens på 50 Hz.

Många synkronmaskiner har på rotorn, förutom magnetiseringslindningen, en kortsluten koppar- eller mässingsdämpningslindning, som i en icke slätpolig rotor skiljer sig föga från en liknande lindning på en induktionsmaskins rotor, och i en framträdande pol rötor det utförs i form av en ofullständig en kortsluten spole, vars stänger är inbäddade endast i spåren och är frånvarande i interpolutrymmet. Denna lindning bidrar till dämpningen av rotoroscillationer i icke-stationära lägen av en synkronmaskin, och ger också asynkron start av synkronmotorer.

Synkronmaskiner upp till 5 kW produceras ibland i omvänd design med statorfältlindning och trefas rotorlindning.

Effektiviteten hos en trefas synkron generator

Driften av trefassynkrona maskiner i generatorläge åtföljs av energiförluster, som, men i sin natur, liknar förluster i asynkrona maskiner. I detta avseende kännetecknas effektiviteten av en trefas synkron generator av värdet på effektivitetskoefficienten (effektivitet), som under symmetriska belastningsförhållanden bestäms av formeln:

η = (√3UIcosφ) / (√3UIcosφ + ΔP),

där U och I — drift, nätspänning och ström, cosφ — mottagarnas effektfaktor, ΔP — totala förluster motsvarande den givna belastningen för synkronmaskinen.

Värdet på effektiviteten (effektiviteten) för synkrona generatorer beror på storleken på belastningen och effektfaktorn hos mottagarna (fig. 3).

Ris. 3. Grafer över beroendet av effektiviteten hos en trefas synkrongenerator på belastningen och effektfaktorn hos mottagarna.

Det maximala värdet på verkningsgraden motsvarar en belastning nära den nominella och är 0,88-0,92 för medelkraftiga maskiner, och för högeffektsgeneratorer når det ett värde på 0,96-0,99. Trots den höga effektiviteten hos stora synkrona maskiner, på grund av den stora mängden värme som genereras, är det nödvändigt att kyla lindningarna med väte, destillerat vatten eller transformatorolja, vilket bidrar till bättre värmeavledning och gör att du också kan skapa mer kompakt och effektiva trefassynkrona maskiner.