Sünkroonmasinate otstarve ja paigutus

Sünkroonmasin - vahelduvvoolumasin, milles rootori kiirus konstantsel voolusagedusel staatori mähistes jääb konstantseks ega sõltu masina võlli koormuse suurusest.

Sünkroonmasinad Neid kasutatakse peamiselt peamootorite mehaanilise energia muundamiseks elektrienergiaks, st vahelduvvoolu elektrienergia generaatoritena. Sünkroonmasinaid kasutatakse aga ka mootorite, reaktiivvõimsuse kompensaatorite ja muude seadmete režiimides.

Tööstusseadmetes kasutatakse kõige laialdasemalt kolmefaasilisi sünkroonmasinaid. Ühefaasilisi sünkroonmootoreid kasutatakse kompressorite elektriajamites, võimsates ventilaatorites, väikese võimsusega mootorites erinevates automaatseadmetes jne.

Sünkroonmasina seade

Kolmefaasiline sünkroonmasin koosneb statsionaarsest staatorist ja selle sees pöörlevast kaudsest või kumerast poolusrootorist, nende vahel on õhupilu, mille radiaalsuuruse määrab masina nimivõimsus, selle kiirus ja see varieerub murdosa kuni mitmekümne millimeetrini.

Sellise masina staator praktiliselt ei erine induktsioonmasina staatorist, sellel on kolmefaasiline mähis, mille faaside algus on tähistatud C1, C2, C3 ja otsad - C4, C5, C6 ja viiakse sarnaste tähistustega klemmidele, mis võimaldab ühendada staatori mähise faasid kolmnurga või tähega.

Kolmefaasilise sünkroongeneraatori staatorimähise faasid on peamiselt ühendatud tähega, kuna see võimaldab kolmefaasilises neljajuhtmelises võrgus omada liini- ja faasipingeid, mis erinevad üksteisest √3 korda (joonis 1). ).

Riis. 1. Skeem kolmefaasilise neljafaasilise võrgu ühendamiseks kolmefaasilise sünkroongeneraatori staatorimähise klemmidega, kui faasid on tähega ühendatud.

Sünkroonmasina rootor on alalisvoolu elektromagnetiline süsteem, mille mähisel on sama arv poolusi kui kolmefaasilisel staatorimähisel. Magnetjõujooned on suletud rootori vastava põhja- ja lõunapooluse vahel läbi õhupilu ja staatori toitetoru (joon. 2, a, b).

Rootori mähise või väljamähise toiteallikaks on alaldi või väike alalisvoolugeneraator - erguti, mille väljund on 0,5–10% sünkroonmasina nimivõimsusest. Erguti võib asuda sünkroonmasinaga samal võllil, käitada oma võllilt painduva jõuülekandega või käitada eraldi mootoriga.

Sünkroonmasina kaudne poolusrootor on tahke või liitsilinder, mis on valmistatud süsinik- või legeerterasest, mille pinnale on freesitud aksiaalsuunas sooned. Need pilud sisaldavad isoleeritud vask- või alumiiniumtraadist valmistatud mähist.Selle mähise I1 algus ja I2 ots on ühendatud kahe libisemisrõngaga, mis on paigaldatud masina võllil asuvale isolaatorihülsile ja pöörlevad koos rootoriga.

Fikseeritud harjad surutakse vastu rõngaid, millest juhitakse juhtmed I1 ja I2 tähistusega klambriteni ühendamiseks konstantse elektrienergia allikaga. Suured, piludeta rootori silindri hambad moodustavad rootori poolused.

Kaudsel poolusrootoril on tavaliselt kaks või neli vahelduva polaarsusega poolust, seda kasutatakse kiiretes sünkroonmasinates, eriti turbiingeneraatorites - kolmefaasilistes sünkroongeneraatorites, mis on otse ühendatud auruturbiinidega, mis on ette nähtud kiiruseks 3000 või 1500 pööret minutis Vahelduvvoolu sagedus 50 Hz...

Riis. 2. Kolmefaasilise rootoriga sünkroonmasina seade: a — varjatud poolus, b — väljapaistev poolus, 1 — raam, 2 — staatori magnetahel, 3 — staatori juhtmed, 4 — õhupilu, 5 — rootori poolus, 6 — pooluse ots, 7 — otse rootoril, 8 — ergutuspooli mähis, 9 — lühis, 10 — libisemisrõngad, 11 — harjad, 12 — võll.

Nelja või enama poolusega sünkroonmasina avatud poolusega rootoril on täis- või vooderdatud teraslehtedest ike, millele on kinnitatud sarnase konstruktsiooniga, ristkülikukujulise ristlõikega teraspostid, mis lõpevad naelu (joon. 2, b) ). Omavahel ühendatud mähised paiknevad poolustes, moodustades põneva mähise.

Sellist rootorit kasutatakse madala kiirusega sünkroonmasinates, milleks võivad olla hüdro- ja diiselgeneraatorid - vastavalt kolmefaasilised sünkroongeneraatorid, mis on otse ühendatud hüdroturbiinide või sisepõlemismootoritega, mis on ette nähtud pöörlemiskiirusteks 1500, 1000, 750 ja madalamad pöörded vahelduvvoolu sagedusel 50 Hz.

Paljudel sünkroonmasinatel on rootoril lisaks ergutusmähisele ka lühisega vasest või messingist summutav mähis, mis mittesiledapoolusega rootoris erineb vähe sarnasest mähisest induktsioonmasina rootoril ja väljapaistva poolusega rootor see teostatakse mittetäieliku lühisega pooli kujul, mille vardad on sisestatud ainult soontesse ja puuduvad poolustevahelises ruumis. See mähis aitab kaasa rootori võnkumiste summutamisele sünkroonmasina mittestatsionaarsetes režiimides ja tagab ka sünkroonmootorite asünkroonse käivitamise.

Kuni 5 kW võimsusega sünkroonmasinaid toodetakse mõnikord vastupidises konstruktsioonis staatori väljamähise ja kolmefaasilise rootorimähisega.

Kolmefaasilise sünkroongeneraatori efektiivsus

Kolmefaasiliste sünkroonmasinate tööga generaatorrežiimis kaasnevad energiakadud, mis oma olemuselt on sarnased asünkroonsete masinate kadudele. Sellega seoses iseloomustab kolmefaasilise sünkroongeneraatori efektiivsust kasuteguri (efektiivsuse) väärtus, mis sümmeetrilistes koormuse tingimustes määratakse järgmise valemiga:

η = (√3UIcosφ) / (√3UIcosφ + ΔP),

kus U ja I — töö-, võrgupinge ja vool, cosφ — vastuvõtjate võimsustegur, ΔP — sünkroonmasina antud koormusele vastavad kogukaod.

Sünkroongeneraatorite kasuteguri (efektiivsuse) väärtus sõltub koormuse suurusest ja vastuvõtjate võimsustegurist (joon. 3).

Riis. 3. Kolmefaasilise sünkroongeneraatori kasuteguri sõltuvuse graafikud koormusest ja vastuvõtjate võimsustegurist.

Maksimaalne efektiivsuse väärtus vastab nimikoormusele lähedasele koormusele ja on keskmise võimsusega masinate puhul 0,88–0,92 ja suure võimsusega generaatorite puhul 0,96–0,99. Vaatamata suurte sünkroonmasinate suurele kasutegurile on suure soojushulga tõttu vaja mähiseid jahutada vesiniku, destilleeritud vee või trafoõliga, mis aitab kaasa paremale soojuse hajumisele ning võimaldab luua ka kompaktsemaid ja tõhusad kolmefaasilised sünkroonmasinad.