Предназначение и подреждане на синхронни машини

Синхронна машина — машина с променлив ток, при която скоростта на ротора при постоянна честота на тока в намотките на статора остава постоянна и не зависи от големината на натоварването на вала на машината.

Синхронни машини Те се използват главно за преобразуване на механичната енергия на първичните двигатели в електрическа енергия, тоест като генератори на електрическа енергия с променлив ток. Синхронните машини обаче се използват и в режимите на двигатели, компенсатори на реактивната мощност и други устройства.

В промишлените инсталации най-широко се използват трифазни синхронни машини. Еднофазни синхронни двигатели се използват в електрически задвижвания на компресори, мощни вентилатори, двигатели с ниска мощност в различни автоматични устройства и др.

Устройство за синхронна машина

Трифазна синхронна машина се състои от неподвижен статор и неявен или изпъкнал полюс ротор, въртящ се вътре в него, между тях има въздушна междина, чийто радиален размер се определя от номиналната мощност на машината, нейната скорост и варира от фракции до няколко десетки милиметра.

Статорът на такава машина практически не се различава по дизайн от статора на индукционна машина, той има трифазна намотка, чието начало на фазите е обозначено C1, C2, C3 и краищата — C4, C5, C6 и се извеждат към клеми с подобни обозначения, което ви позволява да свържете фазите на намотката на статора с триъгълник или звезда.

Фазите на намотката на статора на трифазен синхронен генератор са свързани главно със звезда, тъй като това позволява на трифазна четирипроводна мрежа да има линейно и фазово напрежение, което се различава помежду си по √3 пъти (фиг. 1).

Ориз. 1. Схема за свързване на трифазна четирифазна мрежа към клемите на намотката на статора на трифазен синхронен генератор, когато фазите са свързани със звезда.

Роторът на синхронна машина е електромагнитна система с постоянен ток с намотка със същия брой полюси като трифазна статорна намотка. Магнитните силови линии са затворени между съответните северни и южни полюси на ротора през въздушната междина и захранващата линия на статора (фиг. 2, а, б).

Намотката на ротора или намотката на полето се захранва от токоизправител или малък DC генератор — възбудител, чиято мощност е 0,5 до 10% от номиналната мощност на синхронна машина. Възбудителят може да бъде разположен на един и същ вал със синхронна машина, да се задвижва от вала му чрез гъвкава трансмисия или да се задвижва от отделен двигател.

Роторът с неявен полюс на синхронна машина е плътен или композитен цилиндър, изработен от въглеродна или легирана стомана с канали, фрезовани по повърхността му в аксиална посока. Тези слотове съдържат намотка, изработена от изолирана медна или алуминиева тел. Началото на I1 и краят на I2 на тази намотка са свързани към два плъзгащи пръстена, монтирани на втулка от изолатор, разположени на вала на машината, и въртящи се заедно с ротора.

Фиксираните четки се притискат към пръстените, от които проводниците се извеждат към скобите, маркирани I1 и I2 за свързване към източник на постоянна електрическа енергия. Големите зъби на цилиндъра на ротора, които не са с прорези, образуват полюсите на ротора.

Ротор с неявен полюс обикновено има два или четири полюса с променлива полярност, той се използва в високоскоростни синхронни машини, по-специално в турбинни генератори-трифазни синхронни генератори, директно свързани към парни турбини, проектирани за скорост от 3000 или 1500 оборота в минута при честота на променлив ток 50 Hz …

Ориз. 2.Устройството на трифазна синхронна машина с ротор: а — неявен полюс, б — изтъкнат полюс, 1 — рамка, 2 — магнитна верига на статора, 3 — проводници на статора, 4 — въздушна междина, 5 — полюс на ротора, 6 — полюсен връх, 7 — прав на ротора, 8 — намотка на намотка на възбуждане, 9 — късо съединение, 10 — плъзгащи пръстени, 11 — четки, 12 — вал.

Роторът с явен полюс на синхронна машина с четири или повече полюса има масивен или облицован хомот от стоманени листове, върху който са прикрепени стоманени стълбове с подобна конструкция, с правоъгълно напречно сечение, завършващо с върхове (фиг. 2, б). Бобините, свързани помежду си, са разположени в полюсите, образувайки възбуждаща намотка.

Такъв ротор се използва в синхронни машини с ниска скорост, които могат да бъдат хидрогенератори и дизелови генератори-съответно трифазни синхронни генератори, директно свързани с хидравлични турбини или двигатели с вътрешно горене, предназначени за скорости на въртене 1500, 1000, 750 и по-ниски об / мин при честота на променлив ток 50 Hz.

Много синхронни машини имат на ротора, в допълнение към намотката за възбуждане, медна или месингова амортизационна намотка с късо съединение, която в неявнополюсен ротор се различава малко от подобна намотка на ротор на индукционна машина и в изпъкнал полюс ротор той се изпълнява под формата на непълна намотка с късо съединение, чиито пръти са вградени само в жлебовете и отсъстват в междуполюсното пространство. Тази намотка допринася за затихването на колебанията на ротора при нестационарни режими на синхронна машина, а също така осигурява асинхронен старт на синхронни двигатели.

Синхронни машини с номинална мощност до 5 kW понякога се произвеждат в обратен дизайн с възбуждаща намотка на статора и трифазна намотка на ротора.

Ефективност на трифазен синхронен генератор

Работата на трифазни синхронни машини в режим генератор е придружена от загуби на енергия, които, но по своята същност, са подобни на загубите в асинхронните машини. В тази връзка ефективността на трифазен синхронен генератор се характеризира със стойността на коефициента на ефективност (ефективност), който при симетрични условия на натоварване се определя по формулата:

η = (√3UIcosφ) / (√3UIcosφ + ΔP),

където U и Аз — работно, мрежово напрежение и ток, cosφ — коефициента на мощност на приемниците, ΔP — общи загуби, съответстващи на даденото натоварване на синхронната машина.

Стойността на ефективността (ефективността) на синхронните генератори зависи от размера на товара и коефициента на мощност на приемниците (фиг. 3).

Ориз. 3. Графики на зависимостта на ефективността на трифазен синхронен генератор от натоварването и коефициента на мощност на приемниците.

Максималната стойност на ефективност съответства на натоварване, близко до номиналното, и е 0,88-0,92 за машини със средна мощност, а за генератори с висока мощност достига стойност от 0,96-0,99. Въпреки високата ефективност при големи синхронни машини, поради голямото количество генерирана топлина е необходимо намотките да се охлаждат с водород, дестилирана вода или трансформаторно масло, което допринася за по -добро разсейване на топлината, а също така ви позволява да създавате по -компактни и ефективни трифазни синхронни машини.