Formål og arrangement af synkronmaskiner

Synkronmaskine - en vekselstrømsmaskine, hvor rotorens hastighed ved en konstant strømfrekvens i statorviklingerne forbliver konstant og ikke afhænger af størrelsen af ​​belastningen på maskinens aksel.

Synkrone maskiner De bruges hovedsageligt til at omdanne drivmotorers mekaniske energi til elektrisk energi, det vil sige som generatorer af elektrisk vekselstrøm. Synkrone maskiner bruges dog også til motorer, reaktive effektkompensatorer og andre enheder.

I industrielle installationer er trefasede synkronmaskiner mest udbredt. Enfasede synkronmotorer bruges i elektriske drev af kompressorer, kraftige ventilatorer, laveffektmotorer i forskellige automatiske enheder osv.

Synkron maskine enhed

En trefaset synkronmaskine består af en stationær stator og en implicit eller konveks polrotor, der roterer inde i den, mellem dem er der et luftgab, hvis radiale størrelse bestemmes af maskinens nominelle effekt, dens hastighed og varierer fra brøker til flere snese af millimeter.

Statoren på en sådan maskine adskiller sig praktisk talt ikke i design fra statoren på en induktionsmaskine, den har en trefaset vikling, hvor begyndelsen af ​​faserne er betegnet C1, C2, C3 og enderne - C4, C5, C6 og bringes til terminaler med lignende betegnelser, som giver dig mulighed for at forbinde faserne af statorviklingen med en delta eller stjerne.

Faserne af statorviklingen af ​​en trefaset synkrongenerator er hovedsageligt forbundet i en stjerne, da dette tillader et trefaset firtrådsnetværk at have linje- og fasespændinger, der adskiller sig fra hinanden med √3 gange (fig. 1) ).

Ris. 1. Skema til tilslutning af et trefaset firefaset netværk til terminalerne på statorviklingen af ​​en trefaset synkrongenerator, når faserne er stjerneforbundet.

Rotoren i en synkronmaskine er et elektromagnetisk jævnstrømssystem med en vikling med det samme antal poler som en trefaset statorvikling. De magnetiske kraftlinjer lukkes mellem rotorens respektive nord- og sydpoler gennem luftspalten og statorens forsyningsledning (fig. 2, a, b).

Rotorviklingen eller feltviklingen forsynes af en ensretter eller en lille jævnstrømsgenerator - en exciter, hvis udgang er 0,5 til 10 % af den nominelle effekt af en synkronmaskine. Exciteren kan være placeret på samme aksel med en synkronmaskine, drevet fra sin aksel af en fleksibel transmission eller drevet af en separat motor.

Den implicitte polrotor i en synkronmaskine er en massiv eller sammensat cylinder lavet af kulstof eller legeret stål med riller fræset hen over dens overflade i en aksial retning. Disse slidser indeholder en spole lavet af isoleret kobber eller aluminiumtråd.Starten af ​​I1 og slutningen af ​​I2 af denne vikling er forbundet med to slæberinge monteret på en isolatorbøsning placeret på maskinakslen og roterer med rotoren.

De faste børster presses mod ringene, hvorfra ledningerne føres til klemmerne mærket I1 og I2 for tilslutning til en kilde med konstant elektrisk energi. De store, ikke-slidsede rotorcylindertænder danner rotorstængerne.

En implicit polrotor har normalt to eller fire poler med alternerende polaritet, den bruges i højhastighedssynkronmaskiner, især i turbinegeneratorer - trefasede synkrongeneratorer direkte forbundet med dampturbiner designet til en hastighed på 3000 eller 1500 omdrejninger i minuttet ved AC frekvens 50 Hz...

Ris. 2. Enheden i en trefaset synkronmaskine med en rotor: a — skjult pol, b — fremtrædende pol, 1 — ramme, 2 — statormagnetisk kredsløb, 3 — statorledninger, 4 — luftgab, 5 — rotorpol, 6 — polspids, 7 — lige på rotoren, 8 — vikling af excitationsspolen, 9 — kortslutning, 10 — slæberinge, 11 — børster, 12 — aksel.

Den åben-polede rotor på en synkronmaskine med fire eller flere poler har et massivt eller foret åg af stålplader, hvorpå der er fastgjort stålstolper af lignende konstruktion, med et rektangulært tværsnit, der ender i pigge (fig. 2, b) ). Spolerne forbundet med hinanden er placeret i polerne og danner en spændende spole.

En sådan rotor bruges i lavhastighedssynkronmaskiner, som kan være hydro-generatorer og dieselgeneratorer - henholdsvis trefasede synkrongeneratorer direkte forbundet til hydrauliske turbiner eller forbrændingsmotorer, designet til rotationshastigheder på 1500, 1000, 750 og lavere rpm ved en vekselstrømsfrekvens på 50 Hz.

Mange synkronmaskiner har på rotoren foruden excitationsviklingen en kortsluttet kobber- eller messingdæmpningsvikling, som i en ikke-glatpolet rotor adskiller sig lidt fra en tilsvarende vikling på rotoren på en induktionsmaskine, og i en fremspringende polrotor det udføres i form af en ufuldstændig en kortsluttet spole, hvis stænger kun er indlejret i rillerne og er fraværende i interpolrummet. Denne vikling bidrager til dæmpningen af ​​rotoroscillationer i ikke-stationære tilstande af en synkronmaskine og giver også asynkron start af synkronmotorer.

Synkronmaskiner på op til 5 kW produceres nogle gange i omvendt design med statorfeltvikling og trefaset rotorvikling.

Effektiviteten af ​​en trefaset synkrongenerator

Driften af ​​trefasede synkrone maskiner i generatortilstand er ledsaget af energitab, som, men i deres natur, ligner tab i asynkrone maskiner. I denne henseende er effektiviteten af ​​en trefaset synkrongenerator kendetegnet ved værdien af ​​effektivitetskoefficienten (effektivitet), som under symmetriske belastningsforhold bestemmes af formlen:

η = (√3UIcosφ) / (√3UIcosφ + ΔP),

hvor U og I — drift, netværksspænding og strøm, cosφ — modtagernes effektfaktor, ΔP — samlede tab svarende til den givne belastning af synkronmaskinen.

Værdien af ​​effektivitet (effektivitet) af synkrone generatorer afhænger af størrelsen af ​​belastningen og effektfaktoren af ​​modtagerne (fig. 3).

Ris. 3. Grafer over afhængigheden af ​​effektiviteten af ​​en trefaset synkrongenerator af belastningen og effektfaktoren af ​​modtagerne.

Den maksimale effektivitetsværdi svarer til en belastning tæt på den nominelle og er 0,88-0,92 for mellemstore maskiner, og for højeffektgeneratorer når den en værdi på 0,96-0,99. På trods af den høje effektivitet af store synkronmaskiner er det på grund af den store mængde varme, der genereres, nødvendigt at afkøle viklingerne med brint, destilleret vand eller transformerolie, hvilket bidrager til bedre varmeafledning og giver dig også mulighed for at skabe mere kompakt og effektive trefasede synkronmaskiner.