Scopul și dispunerea mașinilor sincrone

Mașină sincronă - o mașină de curent alternativ în care viteza rotorului la o frecvență constantă a curentului în înfășurările statorului rămâne constantă și nu depinde de mărimea sarcinii pe arborele mașinii.

Mașini sincrone Ele sunt utilizate în principal pentru a converti energia mecanică a motoarelor primare în energie electrică, adică ca generatoare de energie electrică de curent alternativ. Cu toate acestea, mașinile sincrone sunt utilizate și în modurile de motoare, compensatoare de putere reactivă și alte dispozitive.

În instalațiile industriale, mașinile sincrone trifazate sunt cele mai utilizate. Motoarele sincrone monofazate sunt utilizate în acţionarea electrică a compresoarelor, ventilatoare puternice, motoare de putere redusă în diverse dispozitive automate etc.

Dispozitiv de mașină sincronă

O mașină sincronă trifazată este formată dintr-un stator staționar și un rotor cu pol implicit sau convex care se rotește în interiorul său, între ele există un spațiu de aer, a cărui dimensiune radială este determinată de puterea nominală a mașinii, viteza acesteia și variază de la fracții până la câteva zeci de milimetri.

Statorul unei astfel de mașini practic nu diferă ca proiectare de statorul unei mașini cu inducție, are o înfășurare trifazată, începutul căreia fazele sunt desemnate C1, C2, C3 și capete - C4, C5, C6 și sunt aduse la terminale cu denumiri similare, ceea ce vă permite să conectați fazele înfășurării statorului cu o deltă sau o stea.

Fazele înfășurării statorului a unui generator sincron trifazat sunt conectate în principal într-o stea, deoarece acest lucru permite unei rețele trifazate cu patru fire să aibă tensiuni de linie și de fază care diferă între ele de √3 ori (Fig. 1). ).

Orez. 1. Schemă de conectare a unei rețele trifazate cu patru faze la bornele înfășurării statorului a unui generator sincron trifazat atunci când fazele sunt conectate în stea.

Rotorul unei mașini sincrone este un sistem electromagnetic de curent continuu cu o înfășurare având același număr de poli ca o înfășurare a statorului trifazat. Liniile de forță magnetice sunt închise între polii nord și sud respectivi ai rotorului prin întrefierul și linia de alimentare a statorului (Fig. 2, a, b).

Înfășurarea rotorului sau înfășurarea câmpului este alimentată de un redresor sau un mic generator de curent continuu - un excitator a cărui ieșire este de 0,5 până la 10% din puterea nominală a unei mașini sincrone. Excitatorul poate fi amplasat pe același arbore cu o mașină sincronă, antrenat de la arborele său printr-o transmisie flexibilă sau antrenat de un motor separat.

Rotorul de poli implicit al unei mașini sincrone este un cilindru solid sau compozit din oțel carbon sau aliat cu caneluri frezate pe suprafața sa într-o direcție axială. Aceste fante conțin o bobină realizată din fir izolat de cupru sau aluminiu.Începutul lui I1 și sfârșitul lui I2 ale acestei înfășurări sunt conectate la două inele colectoare montate pe un manșon izolator situat pe arborele mașinii și care se rotesc cu rotorul.

Periile fixe sunt presate de inele, din care firele sunt conduse la clemele marcate I1 si I2 pentru conectarea la o sursa de energie electrica constanta. Dinții mari ai cilindrului rotorului, fără fante, formează polii rotorului.

Un rotor cu poli implicit are de obicei doi sau patru poli de polaritate alternantă, este folosit în mașinile sincrone de mare viteză, în special în generatoarele cu turbină - generatoare sincrone trifazate conectate direct la turbinele cu abur proiectate pentru o viteză de 3000 sau 1500 de rotații pe minut la Frecventa AC 50 Hz...

Orez. 2. Dispozitivul unei mașini sincrone trifazate cu rotor: a — stâlp ascuns, b — stâlp proeminent, 1 — cadru, 2 — circuit magnetic stator, 3 — fire statorului, 4 — întrefier, 5 — pol rotor, 6 — vârful polului, 7 — drept pe rotor, 8 — înfășurarea bobinei de excitație, 9 — scurtcircuit, 10 — inele colectoare, 11 — perii, 12 — arbore.

Rotorul cu poli deschis al unei mașini sincrone cu patru sau mai mulți poli are un jug plin sau căptușit din foi de oțel, pe care sunt atașați stâlpi de oțel de construcție similară, cu o secțiune transversală dreptunghiulară, care se termină în vârfuri (Fig. 2, b). ). Bobinele conectate între ele sunt situate în poli, formând o bobină excitantă.

Un astfel de rotor este utilizat în mașinile sincrone de viteză mică, care pot fi hidrogeneratoare și generatoare diesel - respectiv, generatoare sincrone trifazate conectate direct la turbine hidraulice sau motoare cu ardere internă, proiectate pentru viteze de rotație de 1500, 1000, 750 și rpm mai mic la o frecvență de curent alternativ de 50 Hz.

Multe mașini sincrone au pe rotor, pe lângă înfășurarea de excitație, o înfășurare de amortizare din cupru sau alamă scurtcircuitată, care într-un rotor cu poli neted diferă puțin de o înfășurare similară pe rotorul unei mașini cu inducție, iar în un rotor cu poli saliente este realizat sub forma unei bobine incomplete în scurtcircuit, ale cărei bare sunt încorporate numai în caneluri și sunt absente în spațiul interpolar. Această înfășurare contribuie la amortizarea oscilațiilor rotorului în modurile nestaționare ale unei mașini sincrone și oferă, de asemenea, pornirea asincronă a motoarelor sincrone.

Mașinile sincrone cu o putere nominală de până la 5 kW sunt uneori produse în design invers, cu înfășurare în câmp stator și înfășurare rotor trifazat.

Eficiența unui generator sincron trifazat

Funcționarea mașinilor sincrone trifazate în modul generator este însoțită de pierderi de energie, care, dar prin natura lor, sunt similare cu pierderile la mașinile asincrone. În acest sens, eficiența unui generator sincron trifazat este caracterizată de valoarea coeficientului de eficiență (eficiență), care în condiții de sarcină simetrică este determinată de formula:

η = (√3UIcosφ) / (√3UIcosφ + ΔP),

unde U și I — funcționare, tensiunea și curentul rețelei, cosφ — factorul de putere al receptoarelor, ΔP — pierderile totale corespunzătoare sarcinii date a mașinii sincrone.

Valoarea eficienței (eficienței) generatoarelor sincrone depinde de mărimea sarcinii și de factorul de putere al receptorilor (Fig. 3).

Orez. 3. Grafice ale dependenței eficienței unui generator sincron trifazat de sarcina și factorul de putere al receptorilor.

Valoarea maximă a randamentului corespunde unei sarcini apropiate de cea nominală și este de 0,88-0,92 pentru mașinile de putere medie, iar pentru generatoarele de mare putere atinge o valoare de 0,96-0,99. În ciuda eficienței ridicate a mașinilor sincrone mari, datorită cantității mari de căldură generată, este necesară răcirea înfășurărilor cu hidrogen, apă distilată sau ulei de transformator, ceea ce contribuie la o mai bună disipare a căldurii și, de asemenea, vă permite să creați mai compact și mașini sincrone trifazate eficiente.