Synkroniset koneet — moottorit, generaattorit ja kompensaattorit

Synkroniset koneet ovat vaihtovirtasähkökoneita, joissa roottori ja staattorivirtojen magneettikenttä pyörivät synkronisesti.
Kolmivaiheiset synkroniset generaattorit ovat tehokkaimpia sähkökoneita. Synkronisten generaattoreiden yksikköteho vesivoimalaitoksilla on 640 MW ja lämpövoimalaitoksilla 8 - 1200 MW. Synkronisessa koneessa toinen käämeistä on kytketty vaihtovirtaverkkoon ja toinen on viritetty tasavirralla. Vaihtovirtakäämitystä kutsutaan ankkurikäämiksi.
Ankkurin käämitys muuttaa synkronisen koneen kaiken sähkömagneettisen tehon sähkötehoksi ja päinvastoin. Siksi se sijoitetaan yleensä staattoriin, jota kutsutaan ankkuriksi. Herätyskela kuluttaa 0,3 - 2 % muunnetusta tehosta, joten se sijaitsee yleensä pyörivällä roottorilla, jota kutsutaan induktoriksi, ja alhainen heräteteho syötetään liukurenkailla tai kosketuksettomilla herätelaitteilla.

Ankkurin magneettikenttä pyörii synkronisella nopeudella n1 = 60f1 / p, rpm, missä p = 1,2,3 … 64 jne. on napaparien lukumäärä.
Teollisuusverkon taajuudella f1 = 50 Hz, useita synkronisia nopeuksia eri napojen lukumäärällä: 3000, 1500, 1000 jne.). Koska induktorin magneettikenttä on paikallaan roottoriin nähden, kelan ja ankkurin kenttien jatkuvaa vuorovaikutusta varten roottorin on pyörittävä samalla synkronisella nopeudella.

Synkronisten koneiden rakentaminen
Kolmivaiheisella käämityksellä varustetun synkronisen koneen staattori ei eroa rakenteeltaan asynkronisen koneen staattori, ja jännittävällä kelalla varustettua roottoria on kahta tyyppiä: näkyvä napa ja implisiittinen napa. Suurilla nopeuksilla ja pienellä määrällä napoja käytetään implisiittisiä naparoottoreita, koska niillä on kestävämpi rakenne, ja alhaisilla nopeuksilla ja suurella napamäärällä käytetään modulaarisia naparoottoreita. Tällaisten roottoreiden lujuus on pienempi, mutta niitä on helpompi valmistaa ja korjata. Ilmeinen naparoottori:

Niitä käytetään synkronisissa koneissa, joissa on suuri määrä napoja ja vastaavasti pieni n. Vesivoimalat (vesigeneraattorit). taajuus n 60:stä useisiin satoihin kierroksiin minuutissa. Tehokkaimpien hydrogeneraattoreiden roottorin halkaisija on 12 m ja pituus 2,5 m, p - 42 ja n = 143 rpm.
Epäsuora roottori:

Käämitys — halkaisija d = 1,2 — 1,3 m roottorikanavissa, roottorin aktiivinen pituus on enintään 6,5 m. TPP, NPP (turbiinigeneraattorit). S = 500 000 kVA yhdessä koneessa n = 3000 tai 1500 rpm (1 tai 2 napaparia).
Kenttäkäämin lisäksi roottorissa on vaimennin tai vaimennuskela, jota käytetään synkronimoottoreiden käynnistykseen. Tämä kela on tehty oravanhäkin oikosulkukäämin kaltaiseksi, vain paljon pienemmältä, koska roottorin päätilavuus vie kenttäkäämi.Epäyhdennapaisissa roottoreissa vaimenninkäämityksen roolia hoitavat roottorin kiinteiden hampaiden pinnat ja kanavissa olevat johtavat kiilat.
Synkronisen koneen virityskäämin tasavirta voidaan syöttää koneen akselille asennetusta erityisestä DC-generaattorista, jota kutsutaan virittimeksi, tai verkosta puolijohteisen tasasuuntaajan kautta.
Katso myös tästä aiheesta:
Synkronisten koneiden käyttötarkoitus ja järjestely

Kuinka synkroniset turbot ja hydrogeneraattorit toimivat

Synkroninen kone voi toimia generaattorina tai moottorina. Synkroninen kone voi toimia moottorina, jos staattorin käämiin syötetään kolmivaiheinen verkkovirta. Tässä tapauksessa staattorin ja roottorin magneettikenttien vuorovaikutuksen seurauksena staattorikenttä kuljettaa roottoria mukanaan. Tässä tapauksessa roottori pyörii samaan suuntaan ja samalla nopeudella kuin staattorikenttä.

Synkronisten koneiden generaattorikäyttötapa on yleisin ja lähes kaikki sähköenergia tuotetaan synkronisilla generaattoreilla.Synkronimoottoreita käytetään teholtaan yli 600 kW ja enintään 1 kW mikromoottoreina. Itsenäisten tehonsyöttöjärjestelmien yksiköissä käytetään synkronisia generaattoreita jännitteelle 1000 V asti.

Näillä generaattoreilla varustetut yksiköt voivat olla kiinteitä ja liikkuvia. Useimpia yksiköitä käytetään dieselmoottoreiden kanssa, mutta niitä voidaan käyttää kaasuturbiineilla, sähkömoottoreilla ja bensiinimoottoreilla.

Synkroninen moottori eroaa synkronisesta generaattorista vain käynnistysvaimennuskelalla, jonka pitäisi varmistaa moottorin hyvät käynnistysominaisuudet.

Kuusinapaisen synkronisen generaattorin kaavio.Yhden vaiheen (kolme sarjaan kytkettyä käämiä) käämien poikkileikkaukset on esitetty. Kahden muun vaiheen käämit sopivat kuvassa oleviin vapaisiin koloihin. Vaiheet on kytketty tähtiin tai kolmioon.

Generaattoritila: moottori (turbiini) pyörittää roottoria, jonka käämiin syötetään vakiojännite? on virta, joka luo pysyvän magneettikentän. Magneettikenttä pyörii roottorin mukana, ylittää staattorin käämit ja indusoi EMF:n, jonka suuruus ja taajuus on sama, mutta siirretty 1200 (symmetrinen kolmivaihejärjestelmä).

Moottoritila: staattorin käämitys on kytketty kolmivaiheiseen verkkoon ja roottorin käämi tasavirtalähteeseen. Koneen pyörivän magneettikentän ja virityskäämin tasavirran vuorovaikutuksen seurauksena syntyy vääntömomentti Mvr, joka saa roottorin pyörimään magneettikentän nopeudella.

Synkronisen moottorin mekaaninen ominaisuus — riippuvuus n (M) — on vaakaleikkaus.

Educational Filmstrip - "Synkroniset moottorit", Educational Materials Factoryn vuonna 1966 tuottama.
Voit katsoa sen täältä: Filmstrip «Synkroninen moottori»

Synkronimoottoreiden käyttö Merkittävän alikuormituksen omaavien asynkronisten moottoreiden massakäyttö vaikeuttaa voimajärjestelmien ja asemien toimintaa: järjestelmän tehokerroin pienenee, mikä johtaa lisähäviöihin kaikissa laitteissa ja linjoissa sekä niiden riittämättömään käyttöön aktiivisen tehon ehdot. Siksi synkronisten moottoreiden käyttö tuli tarpeelliseksi erityisesti mekanismeissa, joissa on voimakas käyttö.

Synkronimoottoreilla on suuri etu asynkronisiin moottoreihin verrattuna, mikä on, että DC-virityksen ansiosta ne voivat toimia cosphi = 1:llä eivätkä kuluta loistehoa verkosta, ja käytön aikana ne antavat yliviritettynä jopa loistehoa. verkkoon. Tuloksena verkon tehokerroin paranee ja jännitehäviö ja häviöt siinä sekä voimalaitoksissa toimivien generaattoreiden tehokerroin pienenevät.

Synkronisen moottorin maksimivääntömomentti on verrannollinen U:aan ja asynkronisella moottorilla U2.

Siksi, kun jännite laskee, synkroninen moottori säilyttää suuremman kuormituskapasiteetin. Lisäksi synkronisten moottoreiden herätevirran lisäämismahdollisuuden käyttö mahdollistaa niiden luotettavuuden lisäämisen verkon hätäjännitehäviöiden sattuessa ja parantaa näissä tapauksissa koko voimajärjestelmän käyttöolosuhteita. Ilmaraon suuremman koon vuoksi synkronisten moottoreiden teräksessä ja roottorihäkissä olevat lisähäviöt ovat pienempiä kuin asynkronisten moottoreiden, joten synkronimoottoreiden hyötysuhde on yleensä suurempi.

Toisaalta synkronimoottoreiden rakentaminen on monimutkaisempaa kuin oikosulkumoottorit, ja lisäksi synkronimoottoreissa täytyy olla viritin tai muu laite DC-käämin syöttämiseksi. Tämän seurauksena synkroniset moottorit ovat useimmissa tapauksissa kalliimpia kuin asynkroniset oravahäkkimoottorit.

Synkronimoottoreiden käytön aikana niiden käynnistämisessä ilmeni huomattavia vaikeuksia.Nämä vaikeudet on jo voitettu.

Synkronimoottoreiden käynnistys ja nopeuden säätö ovat myös vaikeampia. Synkronimoottoreiden etu on kuitenkin niin suuri, että suurilla tehoilla niitä kannattaa käyttää siellä, missä toistuvia käynnistyksiä ja pysäytyksiä ja nopeudensäätöä ei tarvita (moottorigeneraattorit, tehokkaat pumput, puhaltimet, kompressorit, myllyt, murskaimet jne.). ).

Katso myös:

Tyypillisiä kaavioita synkronisten moottoreiden käynnistämiseksi

Synkronisten moottoreiden sähkömekaaniset ominaisuudet

Synkroniset kompensaattorit

Synkroniset kompensaattorit on suunniteltu kompensoimaan verkon tehokerrointa ja ylläpitämään verkon normaalia jännitetasoa alueilla, joissa kuluttajakuormat ovat keskittyneet. Synkronisen kompensaattorin yliherätetty toimintatapa on normaali, kun se syöttää verkkoon loistehoa.

Tässä suhteessa kompensaattoreita sekä samoja tarkoituksia palvelevia kondensaattoripankkeja, jotka on asennettu kuluttaja-asemille, kutsutaan myös loistehogeneraattoreiksi. Kuitenkin alentuneen käyttäjän kuormituksen aikoina (esim. yöllä) on usein tarpeen käyttää synkronisia kompensaattoreita ja aliherätystilassa, kun ne kuluttavat verkosta induktiivista virtaa ja loistehoa, koska näissä tapauksissa verkon jännite pyrkii kasvaa ja sen ylläpitämiseksi normaalilla tasolla on tarpeen kuormittaa verkkoa induktiivisilla virroilla, jotka aiheuttavat siihen ylimääräisiä jännitehäviöitä.

Tätä tarkoitusta varten jokainen synkroninen kompensaattori on varustettu automaattisella heräte- tai jännitesäätimellä, joka säätelee viritysvirran suuruutta siten, että jännite kompensaattorin navoissa pysyy vakiona.