Sinhrono mašīnu mērķis un izvietojums
Sinhronā mašīna - maiņstrāvas mašīna, kurā rotora ātrums pie nemainīgas strāvas frekvences statora tinumos paliek nemainīgs un nav atkarīgs no mašīnas vārpstas slodzes lieluma.
Sinhronās mašīnas Tos galvenokārt izmanto, lai pārveidotu galveno dzinēju mehānisko enerģiju elektroenerģijā, tas ir, kā maiņstrāvas elektriskās enerģijas ģeneratorus. Tomēr sinhronās mašīnas tiek izmantotas arī motoru, reaktīvās jaudas kompensatoru un citu ierīču režīmos.
Rūpnieciskajās iekārtās visplašāk tiek izmantotas trīsfāzu sinhronās mašīnas. Vienfāzes sinhronie motori tiek izmantoti kompresoru elektriskajās piedziņās, jaudīgos ventilatoros, mazjaudas motoros dažādās automātiskajās ierīcēs utt.
Sinhronās mašīnas ierīce
Trīsfāzu sinhronā mašīna sastāv no stacionāra statora un tā iekšpusē rotējoša implicīta vai izliekta pola rotora, starp tiem ir gaisa sprauga, kuras radiālo izmēru nosaka mašīnas nominālā jauda, tās ātrums un mainās no frakcijas līdz vairākiem desmitiem milimetru.
Šādas mašīnas stators pēc konstrukcijas praktiski neatšķiras no indukcijas mašīnas statora, tam ir trīsfāzu tinums, kura fāžu sākums ir apzīmēts ar C1, C2, C3 un galus - C4, C5, C6 un tiek novadīti uz spailēm ar līdzīgiem apzīmējumiem, kas ļauj savienot statora tinuma fāzes ar trīsstūri vai zvaigzni.
Trīsfāzu sinhronā ģeneratora statora tinuma fāzes galvenokārt ir savienotas zvaigznē, jo tas ļauj trīsfāzu četru vadu tīklam izveidot līnijas un fāzes spriegumus, kas atšķiras viens no otra √3 reizes (1. att. ).
Rīsi. 1. Shēma trīsfāzu četrfāzu tīkla pieslēgšanai trīsfāzu sinhronā ģeneratora statora tinuma spailēm, kad fāzes ir savienotas ar zvaigznīti.
Sinhronās mašīnas rotors ir līdzstrāvas elektromagnētiskā sistēma ar tinumu ar tādu pašu polu skaitu kā trīsfāzu statora tinumam. Magnētiskās spēka līnijas ir noslēgtas starp attiecīgajiem rotora ziemeļu un dienvidu poliem caur gaisa spraugu un statora padeves līniju (2. att., a, b).
Rotora tinumu vai lauka tinumu baro taisngriezis vai mazs līdzstrāvas ģenerators — ierosinātājs, kura jauda ir 0,5 līdz 10% no sinhronās mašīnas nominālās jaudas. Ierosinātājs var atrasties uz vienas vārpstas ar sinhrono mašīnu, darbināt no tās vārpstas ar elastīgu transmisiju vai darbināt ar atsevišķu motoru.
Sinhronās mašīnas netiešais polu rotors ir ciets vai salikts cilindrs, kas izgatavots no oglekļa vai leģēta tērauda ar rievām, kas ir izfrēzētas pāri tā virsmai aksiālā virzienā. Šajās spraugās ir spole, kas izgatavota no izolētas vara vai alumīnija stieples.Šī tinuma I1 sākums un I2 beigas ir savienoti ar diviem slīdgredzeniem, kas uzstādīti uz izolatora uzmavas, kas atrodas uz mašīnas vārpstas un griežas kopā ar rotoru.
Fiksētās birstes tiek nospiestas pret gredzeniem, no kuriem vadi tiek novadīti uz skavām ar marķējumu I1 un I2 savienošanai ar pastāvīgas elektriskās enerģijas avotu. Rotora cilindra lielie, bez rievām zobi veido rotora stabus.
Netiešajam polu rotoram parasti ir divi vai četri mainīgas polaritātes stabi, to izmanto ātrgaitas sinhronajās mašīnās, jo īpaši turbīnu ģeneratoros - trīsfāzu sinhronajos ģeneratoros, kas tieši savienoti ar tvaika turbīnām, kas paredzēti ātrumam 3000 vai 1500 apgriezieni minūtē Maiņstrāvas frekvence 50 Hz...
Rīsi. 2. Trīsfāzu sinhronās mašīnas iekārta ar rotoru: a — slēptais pols, b — izcilais pols, 1 — rāmis, 2 — statora magnētiskā ķēde, 3 — statora vadi, 4 — gaisa sprauga, 5 — rotora pols, 6 — pola gals, 7 — taisni uz rotora, 8 — ierosmes spoles tinums, 9 — īssavienojums, 10 — slīdgredzeni, 11 — birstes, 12 — vārpsta.
Sinhronās mašīnas ar četriem un vairāk poliem atvērtā pola rotoram ir ciets vai izklāts tērauda loksnes jūgs, uz kura ir piestiprināti līdzīgas konstrukcijas tērauda stabi ar taisnstūra šķērsgriezumu, kas beidzas ar tapas (2. att., b). ). Viena ar otru savienotās spoles atrodas polos, veidojot aizraujošu spoli.
Šāds rotors tiek izmantots zema ātruma sinhronajās mašīnās, kas var būt hidroģeneratori un dīzeļģeneratori - attiecīgi trīsfāzu sinhronie ģeneratori, kas tieši savienoti ar hidrauliskām turbīnām vai iekšdedzes dzinējiem, kas paredzēti rotācijas ātrumam 1500, 1000, 750 un zemāki apgriezieni minūtē ar maiņstrāvas frekvenci 50 Hz.
Daudzām sinhronajām mašīnām uz rotora papildus ierosmes tinumam ir īssavienots vara vai misiņa slāpēšanas tinums, kas rotorā ar nelīdzenu polu maz atšķiras no līdzīga tinuma uz indukcijas mašīnas rotora, un izcilā pola rotors tas tiek veikts nepilnīgas īsslēgtas spoles veidā, kuras stieņi ir iestrādāti tikai rievās un nav starppolu telpā. Šis tinums veicina rotora svārstību slāpēšanu sinhronās mašīnas nestacionārajos režīmos, kā arī nodrošina sinhrono motoru asinhrono iedarbināšanu.
Sinhronās mašīnas ar nominālo jaudu līdz 5 kW dažreiz tiek ražotas apgrieztā konstrukcijā ar statora lauka tinumu un trīsfāzu rotora tinumu.
Trīsfāzu sinhronā ģeneratora efektivitāte
Trīsfāzu sinhrono mašīnu darbību ģeneratora režīmā pavada enerģijas zudumi, kas pēc savas būtības ir līdzīgi zudumiem asinhronajās mašīnās. Šajā sakarā trīsfāzu sinhronā ģeneratora efektivitāti raksturo lietderības koeficienta (efektivitātes) vērtība, ko simetriskas slodzes apstākļos nosaka pēc formulas:
η = (√3UIcosφ) / (√3UIcosφ + ΔP),
kur U un I — darba, tīkla spriegums un strāva, cosφ — uztvērēju jaudas koeficients, ΔP — kopējie zudumi, kas atbilst dotajai sinhronās mašīnas slodzei.
Sinhrono ģeneratoru lietderības (efektivitātes) vērtība ir atkarīga no slodzes lieluma un uztvērēju jaudas koeficienta (3. att.).
Rīsi. 3. Trīsfāzu sinhronā ģeneratora efektivitātes atkarības no uztvērēju slodzes un jaudas koeficienta grafiki.
Maksimālā efektivitātes vērtība atbilst slodzei, kas ir tuvu nominālajai, un vidējas jaudas mašīnām ir 0,88-0,92, bet lieljaudas ģeneratoriem tā sasniedz vērtību 0,96-0,99. Neskatoties uz lielo sinhrono mašīnu augsto efektivitāti, lielā radītā siltuma daudzuma dēļ ir nepieciešams atdzesēt tinumus ar ūdeņradi, destilētu ūdeni vai transformatoru eļļu, kas veicina labāku siltuma izkliedi, kā arī ļauj izveidot kompaktāku un efektīvas trīsfāzu sinhronās mašīnas.