Synchronní motor: princip činnosti, zařízení, účel

Synchronní stroj je střídavý stroj, u kterého otáčky rotoru při konstantní frekvenci proudu ve vinutí statoru zůstávají konstantní a nezávisí na zatížení hřídele stroje.

Synchronní stroje se používají především k přeměně mechanické energie primárních motorů na elektrickou energii, tedy jako generátory střídavého proudu. Synchronní stroje se však používají i v režimech motorů, kompenzátorů jalového výkonu a dalších zařízení.

V průmyslových instalacích se nejvíce používají třífázové synchronní stroje. Jednofázové synchronní motory našly uplatnění v elektrických pohonech kompresorů, výkonných ventilátorů, motorů s nízkým výkonem v různých automatických zařízeních atd.

Zařízení synchronního stroje

Třífázový synchronní stroj se skládá ze stacionárního statoru a uvnitř rotujícího nevyčnívajícího nebo vyčnívajícího pólového rotoru mezi nimi je vzduchová mezera, jejíž radiální velikost je dána jmenovitým výkonem stroje, jeho otáčkami a se pohybuje od zlomků po několik desítek milimetrů.

Stator takového stroje se prakticky neliší od statoru asynchronního stroje, má třífázové vinutí, jehož začátky fází jsou označeny C1, C2, C3 a konce – C4, C5; C6 a vedou ke svorkám s podobným označením, což umožňuje spojit fáze vinutí statoru s trojúhelníkem nebo hvězdou.

Fáze statorového vinutí třífázového synchronního generátoru jsou spojeny převážně hvězdou, protože to umožňuje v třífázové čtyřvodičové síti mít lineární a fázová napětí, která se od sebe liší √ 3krát ( Obr. 1).

Rýže. 1. Schéma připojení třífázové čtyřfázové sítě na svorky vinutí statoru třífázového synchronního generátoru při spojení fází hvězdou.

Rotor synchronního stroje je stejnosměrný elektromagnetický systém s vinutím, které má stejný počet pólů jako vinutí třífázového statoru. Magnetické silové vedení je uzavřeno mezi odpovídajícím severním a jižním pólem rotoru vzduchovou mezerou a vedením obvodu statoru (obr. 2, a, b).

Rotorové vinutí neboli budící vinutí přijímá energii z usměrňovače nebo malého generátoru stejnosměrného proudu – budiče, jehož výkon je 0,5 – 10% jmenovitého výkonu synchronního stroje. Budič může být umístěn na stejné hřídeli se synchronním strojem, poháněn z jeho hřídele pružným převodem, nebo poháněn od samostatného motoru.

Nevyčnívající pólový rotor synchronního stroje je plný nebo kompozitní válec z uhlíkové nebo legované oceli s vyfrézovanými drážkami na povrchu v axiálním směru. V těchto drážkách je umístěno vinutí z izolovaného měděného nebo hliníkového drátu. Začátek I1 a konec I2 tohoto vinutí jsou spojeny se dvěma sběracími kroužky namontovanými na izolační objímce umístěné na hřídeli stroje a otáčejícími se s rotorem.

Ke kroužkům jsou přitlačeny pevné kartáče, ze kterých jsou vyvedeny vodiče na svorky označené I1 a I2 pro připojení ke zdroji stejnosměrné elektrické energie. Velké zuby válce rotoru, které nemají žádné drážky, tvoří póly rotoru.

Nevýrazný pólový rotor má obvykle dva nebo čtyři póly se střídavou polaritou a používá se ve vysokorychlostních synchronních strojích, zejména turbogenerátorech – třífázové synchronní generátory přímo spojené s parními turbínami konstruované pro otáčení rychlostí 3000 nebo 1500 ot./min při 50 Hz AC. .

Rýže. 2. Návrh třífázového synchronního stroje s rotorem: a – nevyčnívající pól, b – vyčnívající pól, 1 – rám, 2 – magnetický obvod statoru, 3 – vodiče statoru, 4 – vzduchová mezera, 5 – pól rotoru, 6 – pólový nástavec, 7 – pravý rotor , 8 – vinutí budicí cívky, 9 – vinutí nakrátko, 10 – sběrací kroužky, 11 – kartáče, 12 – hřídel.

Rotor s vyčnívajícími póly synchronního stroje s počtem pólů čtyř a více má masivní třmen nebo vrstvený z ocelových plechů, na kterých jsou připevněny ocelové póly obdobného provedení, mající obdélníkový průřez, zakončené hroty ( Obr. 2, b). Na pólech jsou vzájemně propojené cívky tvořící budicí vinutí.

Takový rotor se používá v nízkootáčkových synchronních strojích, kterými mohou být hydrogenerátory a dieselgenerátory – třífázové synchronní generátory, přímo připojené k hydraulickým turbínám nebo spalovacím motorům, navržené pro otáčky 1500, 1000, 750 a nižší. ot/min při frekvenci střídavého proudu 50 Hz

Mnoho synchronních strojů má na rotoru kromě budícího vinutí ještě měděné nebo mosazné zkratované uklidňovací vinutí, které se u rotoru bez vyčnívajících pólů jen málo liší od podobného vinutí rotoru asynchronního stroje a v rotor s vyvýšeným pólem je vyroben ve formě neúplného vinutí nakrátko, jehož tyče jsou umístěny pouze v drážkách pólových nástavců a chybí v interpolárním plocha. Toto vinutí přispívá k tlumení kmitů rotoru při nestabilních podmínkách synchronního stroje a také zajišťuje asynchronní spouštění synchronních motorů.

Synchronní stroje o jmenovitém výkonu do 5 kW se někdy vyrábí v reverzním provedení s budicím vinutím na statoru a třífázovým vinutím na rotoru.

Provozní účinnost třífázového synchronního generátoru

Provoz třífázových synchronních strojů v generátorovém režimu je doprovázen energetickými ztrátami, které mají podobný charakter jako ztráty u asynchronních strojů. V tomto ohledu je provozní účinnost třífázového synchronního generátoru charakterizována hodnotou součinitele výkonu (účinnosti), která je za podmínek symetrického zatížení určena vzorcem:

η = ( √3 UIcosφ)/( √3 UIcosφ+ΔP),

kde U a I jsou efektivní, lineární napětí a proud, cosφ je účiník přijímačů, ΔP jsou celkové ztráty odpovídající danému zatížení synchronního stroje.

Hodnota faktoru účinnosti (účinnosti) synchronních generátorů závisí na velikosti zátěže a účiníku přijímačů (obrázek 3).

Rýže. 3. Grafy závislosti účinnosti třífázového synchronního generátoru na zátěži a účiníku přijímačů.

Maximální hodnota účinnosti odpovídá zatížení blízkému jmenovitému a je 0,88-0,92 pro středně výkonné stroje a dosahuje 0,96-0,99 pro vysokovýkonné generátory. I přes vysokou účinnost u velkých synchronních strojů je vzhledem k velkému množství generovaného tepla nutné používat chlazení vinutí vodíkem, destilovanou vodou nebo transformátorovým olejem, což přispívá k lepšímu odvodu tepla a zároveň umožňuje vytvářet více kompaktní a výkonné třífázové synchronní stroje.

Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře

Pokud se vám tento článek líbil, sdílejte odkaz na něj na sociálních sítích. Velmi to pomůže rozvoji našeho webu!

Nenechte si ujít aktualizace, přihlaste se k odběru našich sociálních sítí: