Doel en opstelling van synchrone machines

Synchrone machine - een wisselstroommachine waarin de snelheid van de rotor bij een constante stroomfrequentie in de statorwikkelingen constant blijft en niet afhankelijk is van de grootte van de belasting op de as van de machine.

Synchrone machines Ze worden voornamelijk gebruikt om de mechanische energie van prime movers om te zetten in elektrische energie, dat wil zeggen als generatoren van wisselstroom elektrische energie. Synchrone machines worden echter ook gebruikt in de modi van motoren, blindvermogencompensatoren en andere apparaten.

In industriële installaties worden driefasige synchrone machines het meest gebruikt. Eenfasige synchrone motoren worden gebruikt in elektrische aandrijvingen van compressoren, krachtige ventilatoren, motoren met laag vermogen in verschillende automatische apparaten, enz.

Synchroon machine-apparaat

Een driefasige synchrone machine bestaat uit een stationaire stator en een impliciete of convexe poolrotor die erin roteert, daartussen bevindt zich een luchtspleet, waarvan de radiale grootte wordt bepaald door het nominale vermogen van de machine, de snelheid en varieert van fracties tot enkele tientallen millimeters.

De stator van een dergelijke machine verschilt qua ontwerp praktisch niet van de stator van een inductiemachine, hij heeft een driefasige wikkeling, waarvan het begin van de fasen wordt aangeduid met C1, C2, C3 en de uiteinden - C4, C5, C6 en worden naar terminals gebracht met vergelijkbare aanduidingen, waarmee u de fasen van de statorwikkeling kunt verbinden met een delta of ster.

De fasen van de statorwikkeling van een driefasige synchrone generator zijn voornamelijk verbonden in een ster, omdat hierdoor een driefasig vierdraads netwerk lijn- en fasespanningen kan hebben die √3 keer van elkaar verschillen (Fig. 1 ).

Rijst. 1. Schema voor het aansluiten van een driefasig vierfasig netwerk op de klemmen van de statorwikkeling van een driefasige synchrone generator wanneer de fasen sterverbonden zijn.

De rotor van een synchrone machine is een gelijkstroom elektromagnetisch systeem met een wikkeling met hetzelfde aantal polen als een driefasige statorwikkeling. De magnetische krachtlijnen worden gesloten tussen de respectievelijke noord- en zuidpool van de rotor door de luchtspleet en de toevoerleiding van de stator (Fig. 2, a, b).

De rotorwikkeling of veldwikkeling wordt gevoed door een gelijkrichter of een kleine gelijkstroomgenerator - een exciter waarvan het vermogen 0,5 tot 10% is van het nominale vermogen van een synchrone machine. De exciter kan op dezelfde as worden geplaatst met een synchrone machine, vanaf zijn as worden aangedreven door een flexibele transmissie of worden aangedreven door een afzonderlijke motor.

De impliciete poolrotor van een synchrone machine is een massieve of samengestelde cilinder gemaakt van koolstof of gelegeerd staal met groeven die in axiale richting over het oppervlak zijn gefreesd. Deze sleuven bevatten een spoel van geïsoleerd koper- of aluminiumdraad.Het begin van I1 en het einde van I2 van deze wikkeling zijn verbonden met twee sleepringen die zijn gemonteerd op een isolatorhuls die zich op de machine-as bevindt en met de rotor meedraait.

De vaste borstels worden tegen de ringen gedrukt, van waaruit de draden naar de klemmen I1 en I2 worden geleid voor aansluiting op een bron van constante elektrische energie. De grote rotorcilindertanden zonder sleuven vormen de rotorpolen.

Een impliciete poolrotor heeft meestal twee of vier polen met wisselende polariteit en wordt gebruikt in synchrone machines met hoge snelheid, met name in turbinegeneratoren - driefasige synchrone generatoren die rechtstreeks zijn aangesloten op stoomturbines die zijn ontworpen voor een snelheid van 3000 of 1500 omwentelingen per minuut bij AC-frequentie 50 Hz...

Rijst. 2. Het apparaat van een driefasige synchrone machine met een rotor: a - verborgen pool, b - prominente pool, 1 - frame, 2 - stator magnetisch circuit, 3 - statordraden, 4 - luchtspleet, 5 - rotorpool, 6 — poolpunt, 7 — recht op de rotor, 8 — wikkeling van de bekrachtigingsspoel, 9 — kortsluiting, 10 — sleepringen, 11 — borstels, 12 — as.

De rotor met open polen van een synchrone machine met vier of meer polen heeft een massief of bekleed juk van staalplaten, waarop stalen palen van vergelijkbare constructie zijn bevestigd, met een rechthoekige doorsnede, eindigend in spikes (Fig. 2, b ). De met elkaar verbonden spoelen bevinden zich in de polen en vormen een opwindende spoel.

Zo'n rotor wordt gebruikt in synchrone machines met lage snelheid, die hydrogeneratoren en dieselgeneratoren kunnen zijn - respectievelijk driefasige synchrone generatoren die rechtstreeks zijn aangesloten op hydraulische turbines of verbrandingsmotoren, ontworpen voor rotatiesnelheden van 1500, 1000, 750 en lager toerental bij een wisselstroomfrequentie van 50 Hz.

Veel synchrone machines hebben op de rotor naast de bekrachtigingswikkeling een kortgesloten koperen of messing dempingswikkeling, die bij een niet-gladde poolrotor weinig verschilt van een soortgelijke wikkeling op de rotor van een inductiemachine, en bij een uitspringende poolrotor het wordt uitgevoerd in de vorm van een onvolledige kortgesloten spoel, waarvan de staven alleen in de groeven zijn ingebed en afwezig zijn in de tussenpoolruimte. Deze wikkeling draagt ​​​​bij aan het dempen van rotoroscillaties in niet-stationaire modi van een synchrone machine en zorgt ook voor asynchrone start van synchrone motoren.

Synchrone machines met een vermogen tot 5 kW worden soms geproduceerd in omgekeerd ontwerp met statorveldwikkeling en driefasige rotorwikkeling.

Efficiëntie van een driefasige synchrone generator

De werking van driefasige synchrone machines in generatormodus gaat gepaard met energieverliezen, die van nature vergelijkbaar zijn met verliezen in asynchrone machines. In dit opzicht wordt de efficiëntie van een driefasige synchrone generator gekenmerkt door de waarde van de efficiëntiecoëfficiënt (efficiëntie), die onder symmetrische belastingsomstandigheden wordt bepaald door de formule:

η = (√3UIcosφ) / (√3UIcosφ + ΔP),

waar U en I — werking, netwerkspanning en -stroom, cosφ — de arbeidsfactor van de ontvangers, ΔP — totale verliezen die overeenkomen met de gegeven belasting van de synchrone machine.

De waarde van efficiëntie (efficiëntie) van synchrone generatoren hangt af van de grootte van de belasting en de arbeidsfactor van de ontvangers (Fig. 3).

Rijst. 3. Grafieken van de afhankelijkheid van de efficiëntie van een driefasige synchrone generator van de belasting en de arbeidsfactor van de ontvangers.

De maximale waarde van efficiëntie komt overeen met een belasting die dicht bij de nominale ligt en is 0,88-0,92 voor machines met middelhoog vermogen, en voor generatoren met hoog vermogen bereikt deze een waarde van 0,96-0,99. Ondanks het hoge rendement van grote synchrone machines, is het vanwege de grote hoeveelheid gegenereerde warmte noodzakelijk om de wikkelingen te koelen met waterstof, gedestilleerd water of transformatorolie, wat bijdraagt ​​​​aan een betere warmteafvoer en u ook in staat stelt om compactere en efficiënte driefasige synchrone machines.