Synkronisten koneiden käyttötarkoitus ja järjestely

Synkroninen kone - vaihtovirtakone, jossa roottorin nopeus vakiotaajuudella staattorin käämeissä pysyy vakiona eikä riipu koneen akselin kuormituksen suuruudesta.

Synkroniset koneet Niitä käytetään pääasiassa muuntamaan voimanlähteiden mekaaninen energia sähköenergiaksi eli vaihtovirtasähköenergian generaattoreina. Synkronisia koneita käytetään kuitenkin myös moottoreiden, loistehon kompensaattoreiden ja muiden laitteiden moodeissa.

Teollisissa asennuksissa kolmivaiheisia synkronisia koneita käytetään laajimmin. Yksivaiheisia synkronimoottoreita käytetään kompressorien sähkökäytöissä, tehokkaissa puhaltimissa, pienitehoisissa moottoreissa erilaisissa automaattisissa laitteissa jne.

Synkroninen konelaite

Kolmivaiheinen synkroninen kone koostuu kiinteästä staattorista ja sen sisällä pyörivästä implisiittisestä tai kuperasta naparoottorista, joiden välissä on ilmarako, jonka säteittäinen koko määräytyy koneen nimellistehon, sen nopeuden mukaan ja vaihtelee fraktioista useisiin kymmeniin millimetreihin.

Tällaisen koneen staattori ei käytännössä eroa rakenteeltaan induktiokoneen staattorista, siinä on kolmivaiheinen käämitys, jonka vaiheiden alku on merkitty C1, C2, C3 ja päät - C4, C5, C6 ja tuodaan liittimiin, joilla on samanlaiset merkinnät, mikä mahdollistaa staattorin käämin vaiheiden kytkemisen kolmioon tai tähdellä.

Kolmivaiheisen synkronisen generaattorin staattorikäämin vaiheet on kytketty pääosin tähdellä, koska tämä mahdollistaa kolmivaiheisen nelijohdinverkon linja- ja vaihejännitteet, jotka eroavat toisistaan ​​√3 kertaa (kuva 1). ).

Riisi. 1. Kaavio kolmivaiheisen nelivaiheisen verkon liittämiseksi kolmivaiheisen synkronisen generaattorin staattorikäämin liittimiin, kun vaiheet on kytketty tähtikytkennällä.

Synkronisen koneen roottori on tasavirtasähkömagneettinen järjestelmä, jonka käämissä on sama määrä napoja kuin kolmivaiheisella staattorikäämityksellä. Magneettiset voimalinjat suljetaan roottorin vastaavien pohjois- ja etelänapojen väliin ilmaraon ja staattorin syöttöjohdon kautta (kuva 2, a, b).

Roottorin käämitystä tai kenttäkäämitystä syöttää tasasuuntaaja tai pieni tasavirtageneraattori - heräte, jonka teho on 0,5 - 10 % synkronisen koneen nimellistehosta. Herätin voidaan sijoittaa samalle akselille synkronisen koneen kanssa, ohjata akselistaan ​​joustavalla voimansiirrolla tai käyttää erillistä moottoria.

Synkronisen koneen implisiittinen naparoottori on kiinteä tai yhdistelmäsylinteri, joka on valmistettu hiili- tai seosteräksestä ja jonka pinnalle on jyrsitty aksiaalisuunnassa urat. Näissä aukoissa on eristetystä kupari- tai alumiinilangasta valmistettu kela.Tämän käämin I1:n alku ja I2:n loppu on yhdistetty kahteen liukurenkaaseen, jotka on asennettu koneen akselilla olevaan eristinholkkiin, jotka pyörivät roottorin mukana.

Kiinteät harjat puristetaan renkaita vasten, joista johdot johdetaan I1- ja I2-merkittyihin puristimiin liittämistä varten jatkuvan sähköenergian lähteeseen. Suuret, urattomat roottorin sylinterin hampaat muodostavat roottorin navat.

Implisiittisessä naparoottorissa on yleensä kaksi tai neljä vuorottelevaa napaa, sitä käytetään nopeissa synkronisissa koneissa, erityisesti turbiinigeneraattoreissa - kolmivaiheisissa synkronisissa generaattoreissa, jotka on kytketty suoraan höyryturbiineihin, jotka on suunniteltu toimimaan 3000 tai 1500 kierrosta minuutissa. AC-taajuus 50 Hz...

Riisi. 2. Roottorilla varustetun kolmivaiheisen synkronisen koneen laite: a — piilonapa, b — näkyvä napa, 1 — runko, 2 — staattorin magneettipiiri, 3 — staattorin johdot, 4 — ilmaväli, 5 — roottorin napa, 6 — napakärki, 7 — suoraan roottorilla, 8 — virityskelan käämitys, 9 — oikosulku, 10 — liukurenkaat, 11 — harjat, 12 — akseli.

Neljän tai useamman napaisen synkronisen koneen avonapaisessa roottorissa on kiinteä tai vuorattu teräslevyistä valmistettu ike, johon on kiinnitetty rakenteeltaan samankaltaisia ​​teräspylväitä, joiden poikkileikkaus on suorakaiteen muotoinen ja päättyy piikeihin (kuva 2, b). ). Toisiinsa yhdistetyt kelat sijaitsevat napoissa muodostaen jännittävän kelan.

Tällaista roottoria käytetään hitaissa synkronisissa koneissa, jotka voivat olla vesigeneraattoreita ja dieselgeneraattoreita - kolmivaiheisia synkronisia generaattoreita, jotka on kytketty suoraan hydrauliturbiineihin tai polttomoottoreihin ja jotka on suunniteltu pyörimisnopeuksille 1500, 1000, 750 ja pienemmät kierrokset 50 Hz:n vaihtovirtataajuudella.

Monissa synkronisissa koneissa on roottorissa virityskäämin lisäksi oikosuljettu kupari- tai messinkivaimennuskäämi, joka ei-tasanapaisessa roottorissa poikkeaa vain vähän induktiokoneen roottorin vastaavasta käämityksestä ja ulkoneva napainen roottori se suoritetaan epätäydellisen oikosuljetun kelan muodossa, jonka tangot on upotettu vain uriin ja joita ei ole napojen välisessä tilassa. Tämä käämi edistää roottorin värähtelyjen vaimentamista synkronisen koneen ei-stationaarisissa tiloissa ja tarjoaa myös synkronisten moottoreiden asynkronisen käynnistyksen.

Synkronisia koneita, joiden teho on 5 kW, valmistetaan toisinaan päinvastaisessa suunnittelussa staattorin kenttäkäämityksellä ja kolmivaiheisella roottorikäämityksellä.

Kolmivaiheisen synkronisen generaattorin tehokkuus

Kolmivaiheisten synkronisten koneiden toimintaan generaattoritilassa liittyy energiahäviöitä, jotka ovat luonteeltaan samanlaisia ​​kuin asynkronisten koneiden häviöt. Tältä osin kolmivaiheisen synkronisen generaattorin tehokkuudelle on ominaista hyötysuhdekertoimen arvo (hyötysuhde), joka symmetrisissä kuormitusolosuhteissa määritetään kaavalla:

η = (√3UIcosφ) / (√3UIcosφ + ΔP),

missä U ja I — toiminta, verkkojännite ja virta, cosφ — vastaanottimien tehokerroin, ΔP — synkronisen koneen annettua kuormaa vastaavat kokonaishäviöt.

Synkronisten generaattoreiden hyötysuhteen (hyötysuhteen) arvo riippuu kuorman koosta ja vastaanottimien tehokertoimesta (kuva 3).

Riisi. 3. Kaaviot kolmivaiheisen synkronisen generaattorin hyötysuhteen riippuvuudesta vastaanottimien kuormituksesta ja tehokertoimesta.

Hyötysuhteen maksimiarvo vastaa nimellisarvoa lähellä olevaa kuormaa ja on keskitehoisilla koneilla 0,88-0,92 ja suuritehoisilla generaattoreilla se saavuttaa arvon 0,96-0,99. Huolimatta suurten synkronisten koneiden korkeasta hyötysuhteesta, syntyvän suuren lämpömäärän vuoksi käämit on jäähdytettävä vedyllä, tislatulla vedellä tai muuntajaöljyllä, mikä edistää parempaa lämmönpoistoa ja mahdollistaa myös kompaktimpien ja tehokkaat kolmivaiheiset synkroniset koneet.