Princíp synchrónneho generátora. Synchrónne generátory a motory

Synchrónne motory. Dizajn, princíp konania

na rozdiel od indukčný motor  Rýchlosť otáčania synchrónneho motora je konštantná pri rôznych zaťaženiach. Synchrónne motory sa používajú na pohon strojov s konštantnou rýchlosťou (čerpadlá, kompresory, ventilátory).
  V statore synchrónneho elektromotora je umiestnené vinutie, ktoré je pripojené k trojfázovej prúdovej sieti a vytvára rotujúce magnetické pole. Rotor motora sa skladá z jadra s budiacim vinutím. Budiace vinutie cez kontaktný krúžok je pripojené k jednosmernému zdroju. Prúd budiaceho vinutia vytvára magnetické pole, ktoré magnetizuje rotor.
  Rotory synchrónnych strojov môžu byť pólové (s explicitnými pólmi) a implicitný pól (s implicitnými pólmi). Na obr. La znázorňuje jadro 1 rotora s pólovými pólmi s vyčnievajúcimi pólmi. Cievky sú umiestnené na póloch excitácie 2. Obr. 1b znázorňuje implicitný polárny rotor, ktorým je feromagnetický valec 1. Na povrchu rotora sú drážky drážkované v axiálnom smere, do ktorého je uložené budiace vinutie 2.

Zvážte princíp činnosti synchrónneho motora na modeli (Obr. 11).

Synchrónny prúdový motor je synchrónny motor, na ktorého rotore nie je žiadne vinutie poľa.

Synchrónny rotor prúdového motora Je vyrobený z feromagnetického materiálu a musí mať jasne vyjadrené póly. Rotujúce magnetické pole statora magnetizuje rotor. Rotor s priehľadnými pólmi má rozdielne magnetické odpory pozdĺž pozdĺžnych a priečnych osí pólu. Magnetické siločiary statora sú ohnuté a snažia sa ísť pozdĺž cesty s menším magnetickým odporom. Deformácia magnetického poľa spôsobí v dôsledku elastických vlastností silových síl prúdový moment, ktorý rotuje rotor synchrónne so statorovým poľom.
  Ak sa na rotujúci rotor aplikuje brzdný moment, os magnetického poľa rotora sa bude otáčať o uhol 9 vzhľadom na os magnetického poľa statora.
  Pri rastúcom zaťažení sa tento uhol zväčšuje. Ak zaťaženie presiahne určitú prijateľnú hodnotu, motor sa zastaví, vypadne zo synchrónnosti.
  Synchrónne motory nemajú žiadny štartovací moment. Je to spôsobené tým, že elektromagnetický moment pôsobiaci na stacionárny rotor mení v priebehu periódy T striedavého prúdu svoj smer dvakrát. Kvôli svojej zotrvačnosti nemá rotor čas na pohyb a vyvíjanie požadovaného počtu otáčok.
  V súčasnosti sa používa asynchrónny štart synchrónneho motora. V drážkach pólov rotora sú uložené ďalšie skratované vinutia.
  Otáčajúce sa magnetické pole statora indukuje vírivé prúdy v skratovanom štartovacom vinutí. Pri interakcii s týmito prúdmi magnetické pole  stator vytvára asynchrónny elektromagnetický moment, ktorý spôsobuje rotáciu rotora. Keď sa otáčky rotora približujú k frekvencii otáčania statorového poľa, motor je ťahaný do synchrónnosti a otáča sa synchrónnou rýchlosťou. Skratované vinutie sa nepohybuje vzhľadom na pole, vírivé prúdy v ňom nie sú indukované, asynchrónny štartovací moment sa rovná nule.

Zariadenie a princíp činnosti Synchrónne stroje sa používajú predovšetkým ako generátory a sú inštalované v elektrárňach na premenu mechanickej energie na elektrickú energiu.

Synchrónny generátor sa skladá zo stacionárneho statora 2 (obr. 196, a), na ktorom sú umiestnené tri vinutia (A - X, B Y, C - Z) a rotačný rotor 1 s pólmi, na ktorom je umiestnené budiace vinutie OF. Konštantný gok, ktorý vstupuje do budiaceho vinutia, magnetizuje rotor a hnací mechanizmus ho otáča s frekvenciou n. V tomto prípade sa vinutia statora pretínajú s magnetickým poľom a v nich sa indukujú premenné e. D. s., Posunuté vo fáze o uhol 120 °. Zdrojom excitácie jednosmerného prúdu 1 in je malý generátor jednosmerného prúdu, ktorého výkon je 2-3% výkonu generátora fáz. Kotva generátora jednosmerného prúdu je pripojená k hriadeľu synchrónneho generátora a je poháňaná do rotácie spoločným hnacím ústrojenstvom.

Počas prevádzky hnacieho stroja (obr. 196, b) sa hriadeľ 1 rotora a kotva 2 otáčajú, pričom budiaci prúd 1 prechádza z kladného pólu patogénu cez kefu U1 a krúžok 3, budiace vinutie synchrónneho generátora 6, prstenec 4, kefa U2 k zápornému pólu budiča ,

Niektoré synchrónne generátory používajú samovoľnú excitáciu na vytvorenie magnetického toku. V takýchto generátoroch je budiaci obvod spojený so statorovými vinutiami 7 cez špeciálny usmerňovač. Keď sa rotor 5 otáča vo vinutiach statora 7, malý striedavý prúd  v dôsledku zvyškovej indukcie. Tento prúd je usmernený a pôsobiaci na budiace vinutie zosilňuje magnetický tok rotora, a teda napr. d. a. generátor. Rotor sa môže otáčať parnou alebo vodnou turbínou alebo spaľovacím motorom. Podľa toho sa synchrónny generátor nazýva turbogenerátor, hydrogenerátor alebo naftový generátor.

Frekvencia 1 generovaného prúdu je priamo úmerná frekvencii otáčania hnacieho stroja n a počtu párov pólov rotora: 1 = - pp / 60. Nízkorychlostné generátory pracujúce v spojení s vodnými turbínami majú preto veľký počet rôznych pólov. Generátory s implicitnými pólmi pracujú v spojení s parnými turbínami a sú vysokorýchlostné.

V každom statorovom vinutí sa indukuje e. d. a.

E = 4,44 / daF K,

kde áno - počet závitov vinutia;

F je magnetický tok rotora;

K - konštantný pomer navíjania.

E. D. a napätie generátora reguluje reostat v obvode budiaceho vinutia generátora jednosmerného prúdu. Ak zvýšite budiaci prúd tohto generátora, potom zvýšite jeho napätie a budiaci prúd 1 v synchrónnom generátore, čo vedie k zvýšeniu magnetického toku F rotora a vyvolanému e. d. a. EK p. D. Synchrónne generátory s vysokým výkonom dosahujú 96-97%.

Synchrónne generátory sa používajú na záložné napájanie zariadení železničnej automatizácie a diaľkového ovládania. Vstúpia

Obr. 197. Trojfázový synchrónny generátor (naftový generátor): \\ t

1 - teleso statora; 2 - jadro statora; 3 - drážky jadra statora; 4 - trojfázové vinutie statora; 5 - tyč rotora; 6 --- cievka; 7 - generátor jednosmerného prúdu so súpravami naftového generátora (DHA) (obr. 197), ktoré sa používajú v prípade poruchy napájacích zdrojov trafostanice, Pri pripájaní vinutí statora s hviezdou sieťové napätie  380 V takýchto generátorov, výkon - 12, 24 alebo 48 kV A.

Dieselové generátory sú vybavené samočinným budením a automatickou reguláciou napätia (Obr. 198). Primárne vinutia transformátora 77 sú zapojené do série so záťažou a paralelne so záťažou sú primárne vinutia transformátora T2. Sekundárne vinutia týchto transformátorov sú zapojené paralelne a privádzajú usmerňovač B, ku ktorému je pripojené budiace vinutie synchrónneho generátora S. Sekundárny prúd 1 g sériového transformátora závisí od záťažového prúdu 1, sekundárny prúd  1 a paralelný transformátor - na záťažovom napätí a. Prúd na vstupe usmerňovača je 1 ^, je rovný geometrickému súčtu prúdov a 1 ', t. J. 1 - 1 g +

Budiaci prúd 1 V závisí nielen od prúdu 1 a napätia a záťaže, ale aj od šmykového uhla<р между ними.

Preto sa takáto schéma nazýva schéma fázového zmiešavania.

Transformačné pomery transformátora 77,

T2 a indukčnosť b zahrnutých cievok sa volia tak, aby pri ľubovoľnom prúde 1

Obr. 198. Synchrónny obvod generátora s automatickou reguláciou napätia

a uhol f, napätie generátora U bolo udržiavané konštantné, so zvyšujúcim sa aktívnym alebo aktívnym indukčným zaťažením, prúdy I t, 1__ 1 „a e. d. a. V dôsledku toho sa automaticky zvýši účinok zvyšujúceho sa poklesu napätia na vinutiach statora. Vlastná excitácia synchrónnych generátorov je rovnaká ako v generátoroch jednosmerného prúdu v dôsledku zvyškového magnetizmu. Avšak kvôli zvýšenému odporu usmerňovača pri nízkych napätiach e. d. a. z reziduálneho magnetizmu je nedostatočné na samovoľnú excitáciu. Preto by sme mali prijať niekoľko opatrení na zlepšenie procesu samo-excitácie. Na tento účel paralelne s usmerňovačom B zo strany AC obsahuje rezonančný obvod pozostávajúci z kondenzátorov. Kapacitancia kondenzátorov C sa volí tak, aby pri spustení, keď je rýchlosť otáčania rotora< п„, наступил резонанс напряжений, при котором напряжение на конденсаторах и на входе выпрямителя повысилось. Благодаря этому снижается сопротивление выпрямителя, происходит самовозбуждение. При установившейся частоте вращения ротора п - п н условие резонанса нарушается и конденсаторы практически не влияют на работу схемы.

Vlastnosti. Medzi hlavné charakteristiky synchrónneho generátora patria nastavenia, vonkajšie a voľnobežné charakteristiky. Charakteristiky sa odstránia pomocou obvodu znázorneného na obr. 199.

Charakteristiky voľnobehu (obr. 200, a) ukazujú závislosť e. d. a. E je vinutie statora z budiaceho prúdu 1 v konštantnej frekvencii otáčania n a zaťaženie, t.j. E-1 (/ „) s n-konšt; 1 = konšt. I - 0.

Budiaci prúd synchrónneho generátora je regulovaný reostatom R (pozri obr. 199), ktorý je zapojený v sérii s budiacim vinutím OF. Ampérmeter (PA1 - TIME), FV voltmeter a Hz frekvenčný merač sú zahrnuté na meranie prúdu, napätia a frekvencie na výstupe generátora. Charakteristiky voľnobehu synchrónneho generátora sú podobné magnetizačnej krivke jadra rotora.

Vonkajšie charakteristiky (obr. 200, b) odrážajú závislosť napätia U generátora na zaťažovacom prúde 1 pri konštantnom budiacom prúde, otáčkach a účinníku, t.j. U-f (I) s 1 in = const; n = const a cos f = - konšt.

Obr. 199. Synchrónny obvod generátora

Ak zvýšite zaťaženie s prevahou indukčnosti na generátore, potom jeho napätie prudko klesá (krivka 1), čo je spôsobené zvýšením poklesu napätia na vinutiach statora a odozvou statora. Statorová reakcia je interakcia rotujúceho magnetického toku statora s magnetickým tokom rotora, ktorý sa otáča rovnakou rýchlosťou (synchrónne). So zvyšujúcim sa zaťažením sa zvyšuje magnetický tok vinutí statora, nasmerovaný proti magnetickému toku rotora. V dôsledku demagnetizácie rotora klesá napr. d. a. a napätie generátora. Ak je k generátoru pripojené iba aktívne zaťaženie, magnetický tok statora bude posunutý voči rotoru o uhol 90 °. Demagnetizačný účinok reakcie statora sa mierne znižuje a napätie generátora sa mení podľa krivky 2. Pri zaťažení s prevládajúcou kapacitou je magnetický tok statora smerovaný v jednom smere s magnetickým tokom rotora. Preto sa napätie generátora mení podľa krivky 3.

Nastavovacie charakteristiky (obr. 200, c) s činnou indukčnou záťažou 1, činnou záťažou 2, činnou kapacitnou záťažou 3 ukazujú závislosť budiaceho prúdu generátora 1 v záťažovom prúde 1 pri konštantnom napätí, rýchlosti otáčania a účinníku, t.j. 1 in - f (/) s U const; n - const; cos

Princíp činnosti synchrónneho generátora .   Hnací motor vyvíja moment a otáča rotor generátora s frekvenciou. Cez rotorové vinutie preteká konštantný prúd, jeho MDS vytvára magnetický tok rotora. Otáčanie s rotorom vzhľadom na stator, prietok v súlade so zákonom elektromagnetickej indukcie (EMP) indukuje EMF v každej fáze statorového vinutia. Keď je vonkajší obvod uzavretý, prúdi prúd statora cez vinutie statora jaktorý zase tvorí stator MDS. MDS vytvára magnetický tok reakcie kotvy a tok rozptylu (podobný asynchrónnemu motoru), ktorý sa uzatvára cez štrbiny statora a okolo čelných častí vinutia statora. Prúdi a indukujú v statorovom vinutí EMF a.

Vektorový súčet EMF   a pokles napätia na aktívnom odpore vinutia statora sa rovná napätiu na výstupe generátora U.

Magnetické toky statora a záhyb s magnetickým tokom rotora, ktorý v interakcii s prúdom statora ja, vytvára brzdný moment (spätnú väzbu), pôsobiaci proti krútiacemu momentu hnacieho motora. Aktívny výkon generovaný statorom generátora P  vstupuje do elektrickej záťaže.

rovnice  napätie vinutia statora. Obr. 4.9 znázorňuje ekvivalentný obvod jednej fázy statora generátora. Urobme podľa tejto schémy rovnice druhého zákona

Kirchhoff:

Tu - EMF indukovaný magnetickým tokom rotora; a - EMF indukovaný magnetickým tokom reakcie kotvy a tokom rozptylu; - pokles napätia na aktívnom odpore vinutia statora; U  - fázové napätie statora generátora.

EMF a indukované magnetické toky, ktoré sú úmerné prúdu statora, ktorý ich spôsobuje. Preto môžu byť tieto EMF vyjadrené ako konštantné indukčné odpory a t.j.   a   , Potom.

Označte súčet vnútorných indukčných odporov stroja.   kde - synchrónny odpor.

zvyčajne<< , поэтому активным сопротивлением обмотки якоря можно пренебречь. Тогда уравнение (4.1) обмотки статора принимает вид:

. (4.2)

Ekvivalentný obvod generátora, zodpovedajúci rovnici (4.2), je znázornený na obr. 4.8.

Vektorový diagram synchrónneho generátora.   Vektorový diagram je zostavený podľa rovnice (4.2). Ak je záťaž generátora aktívna indukčná, potom vektor prúdu statora ja  z fázy podľa uhla napätia vektora Ua vektor indukčného poklesu napätia je pred uhlom prúdu vektora (obr. 4.10, a). Súčet vektorov U  a dáva vektor emf. Uhol medzi vektormi a U  volanie uhol záťažea uhol medzi vektormi a ja  označuje. EMF zodpovedá magnetickému toku rotora a napätiu U  - výsledný magnetický tok stroja (obr. 4.9, b). V režime generátora je prietok pred prúdom uhlom, ktorý zodpovedá posunu o rovnaký uhol pólu rotora vzhľadom na tyč. N  a výsledné strojové pole. Silové čiary magnetického poľa medzi pólmi sú znázornené tenkými plnými čiarami. V režime generátora ako výsledok interakcie pólov a Nvytvára sa opačná hybnosť.

Práca synchrónneho generátora pre autonómne zaťaženie.   Synchrónne generátory pracujú offline (obr. 4.4, b) v prípadoch, keď má priemyselná elektrická sieť nedostatočný výkon alebo je úplne neprítomná, napríklad na vzdialených staveniskách, na ropných a plynových poliach, ťažobných centrách, námorných a riečnych plavidlách, lietadlách atď. Napätie na svorkách autonómne pracujúceho synchrónneho generátora U  Vo veľkej miere závisí od zaťaženia a jeho povahy.

závislosť U(ja)   na n  0 = konšt, ja  in = const a cos φ   = const sa nazýva externý vlastnosť generátor. Skupina vonkajších charakteristík synchrónneho generátora s rôznymi cos je znázornená na obr. 4.10. Charakteristiky ukazujú, že napätie generátora pri aktívnom - induktívnom zaťažení (\u003e 0) klesá pomerne prudko, čo je vysvetlené demagnetizačným efektom reakcie kotvy a pri aktívnej kapacitnej záťaži (<0) изменяется незначительно и даже может увеличиваться, что связано с намагничивающим действием реакции якоря при этой нагрузке. При эксплуатации генератора стабилизацию напряжения осуществляют регуляторами возбуждения, которые при увеличении тока нагрузки ja  zvýšiť prúd rotora fo, a teda emf E  0 kvôli zvýšeniu prúdu ja  v excitácii rotora.

Synchrónny chod generátora paralelne s trojfázovou sieťou s vysokým výkonom  na celkovom zaťažení. V elektrárňach je zvyčajne inštalovaných niekoľko synchrónnych generátorov, ktoré pracujú paralelne na spoločnej elektrickej sieti a jednotlivé elektrárne sú kombinované do výkonných energetických systémov (napríklad jeden systém v európskej časti Ruskej federácie), ktorý slúži priemyselným, komunálnym a rezidenčným spotrebiteľom.

Keď synchrónny generátor spolupracuje so sieťou, sú dôležité otázky zapnutia paralelnej prevádzky, regulácie reaktívnych a aktívnych výkonov generátora. Pri analýze paralelnej práce sa predpokladá, že napätie U  c a sieťová frekvencia je konštantná. Zvážte zahrnutie generátora pre paralelnú prácu so sieťou.

V okamihu zapnutia generátora do siete môže dôjsť k otrasom prúdu, ktorý môže spôsobiť nárazové elektromagnetické sily a momenty, ktoré môžu narušiť elektrickú sieť, spôsobiť mechanické poškodenie generátora a iných elektrických zariadení. Aby sa predišlo týmto nebezpečným javom, je potrebné, aby prúd generátora v okamihu zapnutia bol nulový. Táto podmienka je splnená, ak napätie generátora zodpovedá napätiu siete vo všetkých troch fázach. Táto všeobecná podmienka sa delí na štyri konkrétne podmienky:

Ø efektívne hodnoty fázového napätia generátora, ktorý sa má zapnúť, musia byť rovné účinným hodnotám fázových napätí siete: (rovnaké napätie modulo);

Ø Napätie generátora a sieť musia byť v rovnakej fáze;

Ø Frekvenčné napätie generátora f  musí byť rovná frekvencii siete f  c;

Ø Poradie striedania fáz generátora a siete musí byť rovnaké.

Správny vzťah medzi napätiami trojfázového generátora a trojfázovej siete je znázornený vektorovým diagramom na obr. 4.11.

Zavolá sa proces plnenia uvedených podmienok pri zapnutí paralelnej práce načasovanie.

Synchronizáciu možno vykonať pomocou voltmetra a svetiel H1 - H3na obr. 4.11. Rovnosť frekvencií a fáz sa dosahuje zmenou rýchlosti rotora, t.j. riadenie otáčok hnacieho motora AP, Rovnosť efektívnych hodnôt (modulov) napätia a je dosiahnutá reguláciou budiaceho prúdu ja  v generátore. Správnosť fázového striedania je zabezpečená pripojením fázových vinutí pripojeného generátora k rovnakým menovitým fázam siete, aby bolo pozorované rovnaké fázové striedanie: A, Ba C, Keď sú splnené podmienky synchronizácie, lampy zhasnú a ihla voltmetra indikuje nulu. V tomto okamihu sú vinutia statora pripojené k sieti. Aby sa umožnila paralelná prevádzka vysokovýkonných generátorov, používajú sa špeciálne obvody a automatické synchronizačné zariadenia.

Regulácia jalového výkonu synchrónneho generátora je možná zmenou budiaceho prúdu ja  v. Po zapnutí generátora pre paralelnú prevádzku je prúd v vinutí statora nulový (obr. 4.12, a). V tomto prípade, ako je zrejmé z bodu (4.2), napätie generátora sa rovná sieťovému napätiu, t.j. , Za týchto podmienok synchrónny stroj pracuje v ideálnom pohotovostnom režime, nedáva napájanie do siete a nespotrebováva ho zo siete.

Ak po zapnutí generátora pre paralelnú prevádzku, zmeňte budiaci prúd ja  potom sa zmení magnetický tok rotora Ф 0 a EMF E  0 a medzi sieťou a statorom sa objaví vyvažovací prúd. Hodnoty tohto prúdu sa určia z (4.2) s prihliadnutím na skutočnosť, že: \\ t

(4.3)

Keď generátor pracuje na vysokokapacitnej sieti, jeho napätie zostáva nezmenené a je rovnaké ako sieťové napätie, ktoré určuje konštantnosť výsledného magnetického toku generátora. S rastúcim excitačným prúdom (generátor nadmerné budenie) E 0 >U.

synchrónneGENERATORS

3.1.1. Všeobecné informácie

Synchrónne stroje   sa nazývajú elektrické stroje so striedavým prúdom, v ktorých sa magnetické pole vytvorené vinutím striedavého prúdu otáča v priestore s rovnakou frekvenciou ako rotor, t.j. synchrónne s rotorom.

V súčasnosti je prevažná väčšina elektrickej energie striedavého prúdu generovaná pomocou synchrónnych generátorov. Generátory poháňané vodnými turbínami sa nazývajú hydrogenerátory. Na tepelných staniciach sú turbogenerátory poháňané do rotácie pomocou parných turbín. V rôznych priemyselných zariadeniach sa nachádzajú synchrónne generátory, poháňané v rotácii spaľovacími motormi. Vo všetkých týchto prípadoch sa mechanická energia turbín alebo motorov premieňa na elektrickú energiu striedavého prúdu.

kmitočet f  1 Výkon striedavého prúdu generovaný synchrónnymi generátormi závisí od rýchlosti rotora n  1 a počet párov pólov r:

f 1= pn 1 / 60.

V modernej technológii sa však synchrónne stroje používajú nielen ako generátory. V pohonnej jednotke, v automatizačných zariadeniach, v záznamových zariadeniach sa používa veľký počet synchrónnych strojov pracujúcich v motorovom režime, - synchrónne motory .

Hlavným znakom synchrónneho motora je konštantná frekvencia napájacieho prúdu. f  1 sa rotor otáča prísne konštantnou (synchrónnou) rýchlosťou

n 1 = 60  F 1 /   p

3.1.2. Synchrónny dizajngenerátory

Akýkoľvek synchrónny stroj sa skladá z dvoch hlavných častí: pevná stator   a rotujúce rotor   (Obr. 1). Stator a rotor sú oddelené vzduchovou medzerou, ktorá je zvyčajne oveľa väčšia pre veľké synchrónne stroje ako pre asynchrónne stroje s rovnakým výkonom.

Konštrukčne sa stator synchrónneho stroja zásadne nelíši od statora asynchrónneho stroja. Statorové jadro 1   z lisovaných izolačných plechov z elektrickej ocele. Distribuované AC vinutie je umiestnené v statorových drážkach. 2   (zvyčajne tri fázy). Na hriadeli 4   posilniť rotor 3   s budiacim vinutím.

Obr.1. Zariadenie je synchrónny stroj

Konce tohto vinutia vedú na klzné krúžky 5 , Na privádzanie jednosmerného prúdu do vinutia poľa sa klzáky posúvajú pozdĺž klzných krúžkov. 6 , Zdrojom jednosmerného prúdu v príslušnom stroji je patogén 7 , čo je jednosmerný generátor, ktorého kotva je namontovaná na spoločnom hriadeli s rotorom synchrónneho stroja.

Jednosmerný prúd prechádzajúci budiacim vinutím vytvára magnetické pole rotora - pole budenia.

Sú dodávané rotory synchrónnych generátorov vyslovené a implicitne vyslovované   póly.

Číry rotor (obr. 2) pozostáva z hriadeľa 1 na ktorých sú vystužené pólové jadrá s tyčovými cievkami 2 , Pólové póly zakončujú špičkami pólov 3 ktoré sú obvykle upravené tak, že vzduchová medzera medzi pólovým nástavcom a statorom je nerovnomerná. Minimálne je uprostred stĺpa a maximálne na jeho okrajoch (Obr. 3,). To sa vykonáva na zakrivenie magnetickej indukcie Bo vo vzduchovej medzere, ktorá má tvar lichobežníka s jednotnou medzerou 1 čo najbližšie k sínusovej vlne 2 .

Synchrónne stroje s výraznými pólmi sú zvyčajne multipólové. Obvykle sa počítajú pri nízkych rýchlostiach. Hydrogenerátor vodnej elektrárne Kuibyshev má teda 88 pólov (2) p =88) a rotuje s frekvenciou n  1 = 68,3 rpm

Obr. 2. Evidentný rotor rotora 3. Distribúcia

magnetická indukcia v medzere

synchrónny stroj

Hydrogenerátory sú vždy pólové polárne. Pretože pri nízkych rýchlostiach n  1 (ktoré vyvíja hydroturbín) musia vyrábať elektrinu s priemyselnou frekvenciou 50 Hz, potom musia mať veľký počet párov pólov:

p = 60 * 50 /   n 1

Rotory hydrogenerátorov majú veľký priemer (na umiestnenie pólov) a malú dĺžku.

Generátory turbíny sú vysokorýchlostné synchrónne stroje. To sa vysvetľuje vysokou frekvenciou otáčania parných turbín, ktorých účinnosť sa zvyšuje so zvyšujúcou sa frekvenciou otáčania. Turbogenerátory sa zvyčajne vyrábajú dvojpólovo (2 r  = 2) a majú rýchlosť otáčania n  1 = 3000 ot./min

Pri takejto vysokej frekvencii otáčania je konštrukcia rotora polárnych pólov nevhodná z dôvodu nedostatočnej mechanickej pevnosti. Turbogenerátory majú preto implicitný oceľový valec s kĺbovým rotorom s profilovanými pozdĺžnymi drážkami na uloženie budiaceho vinutia (pozri obr. 7). Off-pólové rotory majú relatívne malý priemer so značnou dĺžkou.

V synchrónnych strojoch existujú dve metódy excitácie: elektromagnetická excitácia   a budenie permanentných magnetov .

V závislosti od spôsobu privádzania budiaceho vinutia jednosmerným prúdom sa rozlišujú nezávislé vzrušenie   a samobudené .

S nezávislou excitáciou sa na získanie jednosmerného prúdu použije patogén.   (pozri obr. 1), ktorý je umiestnený na tom istom hriadeli so synchrónnym strojom a je jednosmerným generátorom, ktorého výkon nepresahuje 2-5% výkonu synchrónneho stroja.

Počas samočinného budenia sa usmerňovače používajú na napájanie budiaceho vinutia konštantným usmerneným prúdom prijatým z generátora.

V prípade excitácie permanentnými magnetmi nemá rotor žiadne budiace vinutie a jeho póly sú permanentným magnetom. To umožňuje získať auto bez kontaktných krúžkov a následne zvýšiť jeho spoľahlivosť a účinnosť.

Na pólových koncoch explicitných pólov rotora sa nachádzajú drážky, v ktorých sa ukladajú tyče tlmiaceho (upokojujúceho) skratového vinutia, ktoré sa vykonávajú vo forme skratového vinutia rotora asynchrónnych strojov. Toto vinutie sa používa na upokojenie rotora (redukcia kývania) v generátoroch, ako aj na štartovanie v synchrónnych motoroch.

Nízkoenergetické synchrónne stroje sú niekedy obrátené (ako DC stroje). V takýchto strojoch je striedavé vinutie umiestnené v drážkach rotora a vystupuje do troch klzných krúžkov a budiace vinutie je umiestnené na výrazných póloch statora. Tieto stroje nie sú výkonné, pretože pri takomto konštrukčnom riešení musí byť cez vysokonapäťové kontaktné krúžky vedený veľký striedavý prúd (hlavný prúd stroja), zatiaľ čo v bežných strojoch prechádza malý prúdový budiaci prúd cez rotorové klzné krúžky až do 440 V.

Nízkoenergetické synchrónne motory sú veľmi rôznorodé v dizajne.

3.1.3. Princíp činnosti synchrónneho generátora

Synchrónne generátory v závislosti od typu vinutia statora môžu byť jednofázové, dvojfázové a trojfázové. Najbežnejšie sú trojfázové generátory. Obrázok 4 predstavuje elektromagnetický obvod takéhoto generátora. Trojfázové vinutie statora sa skladá z troch jednofázových vinutí, rovnomerne rozložených pozdĺž statora a posunutých v priestore o 120 ° voči sebe navzájom (obr. 4). Prostredníctvom hnacieho stroja, ktorý využíva turbíny (parné alebo hydraulické), motory s vnútorným spaľovaním alebo elektromotory, je rotor generátora poháňaný frekvenciou n 1 .

Obr. 4. Elektromagnetický obvod synchrónneho generátora

1. Stator. Stator synchrónneho generátora, ako aj iné stroje na striedavý prúd, sa skladá z jadra zostaveného z elektrických oceľových plechov, v štrbinách, na ktorých je kladené striedavé vinutie, a liatinovej liatiny alebo zvárané z puzdra z oceľového plechu.

V drážkach vyrazených na vnútornom povrchu jadra sa položí vinutie statora. Izolácia vinutia sa vykonáva veľmi opatrne, pretože stroj musí byť prevádzkovaný pri vysokých napätiach. Ako izolácia sa používa micanit a micanit páska.

Obr. 240 vzhľadom na vzhľad synchrónneho generátora statora.

2. Rotor. Rotory synchrónnych strojov na dizajne sú rozdelené do dvoch typov:

A) jasné póly (t.j. s výraznými pólmi) a

B) implicitné polárne (t.j. s implicitne exprimovanými pólmi).

Obr. 241 znázorňuje diagramy zariadenia synchrónnych generátorov s explicitným pólom a implicitnými pólovými rotormi.

Táto konštrukcia rotora je daná úvahami o mechanickej pevnosti. V moderných generátoroch, rotujúcich z vysokorýchlostných motorov (parná turbína), môže obvodová rýchlosť rotora dosiahnuť 100-160 m / s (v niektorých prípadoch 170 m / s). Preto vysokorýchlostné generátory majú implicitný pólový rotor. Rýchlosť otáčania vysokorýchlostných generátorov je 3000 ot / min a 1500 ot / min.

Rotor polárneho pólu je oceľové kovanie.

Póly sú pripevnené k okraju rotora, na ktorom sú budiace cievky zapojené, navzájom spojené v sérii. Konce navíjania poľa sú spojené

krúžky namontované na hriadeli rotora. Kefy sú navrstvené na krúžkoch, ku ktorým je pripojený zdroj konštantného napätia. Obr. 242 znázorňuje vzhľad pólovo-polárneho rotora. Typicky konštantný prúd na excitovanie rotora poskytuje generátor jednosmerného prúdu, ktorý sedí na rovnakom hriadeli s rotorom a nazýva sa patogén. Výkon patogénu je 0,25-1% menovitého výkonu synchrónneho generátora. Menovité napätie patogénov 60-350 V.

Obr. 243 znázorňuje hnací obvod synchrónneho stroja.

Existujú aj samonosné synchrónne generátory. Jednosmerný prúd na excitáciu rotora sa získa pomocou usmerňovačov selénu pripojených na vinutie statora generátora. V prvom momente slabé pole reziduálneho magnetizmu rotujúceho rotora indukuje v statorovom vinutí nevýznamnú premennú e. d. a. Usmerňovače selénu pripojené na striedavé napätie dávajú konštantný prúd, ktorý zosilňuje pole rotora a zvyšuje sa napätie generátora.

Rotor v tvare nepólu je vyrobený z celého oceľového kovania, podrobeného komplexnému tepelnému a mechanickému spracovaniu. Uvádzame napríklad údaje o rotore turbogenerátora, ktorý vyrába elektráreň Electrosila s výkonom 100 tisíc kW pri n = 3000 ot / min. Priemer rotora je D = 0,99 m, dĺžka l = 6,35 m. Obvodová rýchlosť rotora je 155 m / s. Kovaný rotor v spracovanej forme váži 46,5 tony.

V axiálnom smere okolo obvodu frézovaných drážok rotora, ktoré zapadajú do budiaceho vinutia. Vinutie v drážkach je upevnené kovovými (oceľovými alebo bronzovými) klinmi. Čelné časti vinutia sú upevnené pridržiavacími kovovými krúžkami.

Obr. 244 znázorňuje všeobecný pohľad na implicitný rotorový generátor turbíny v hotovej forme.

Pri navrhovaní elektrických strojov a transformátorov venujú konštruktéri veľkú pozornosť ventilácii strojov. Pre synchrónne generátory sa používa chladenie vzduchom a vodíkom.

Vzduchové chladenie sa vykonáva pomocou ventilátorov namontovaných na hriadeli na oboch stranách rotora (pre generátory s kapacitou 1,5 až 50 tisíc kW) alebo umiestnené pod strojom v základnom otvore (pre generátory s kapacitou 100 tisíc kW).

Hmoty studeného vzduchu, ktoré prichádzajú na ventiláciu, aby sa zabránilo kontaminácii stroja prachom, prechádzajú cez filtre, s uzavretým ventilačným systémom sa stroj chladí s rovnakým objemom vzduchu. Po prechode strojom sa vzduch zohrieva a vstupuje do vzduchových chladičov, potom sa opäť vstrekuje do stroja a pod. Na účely chladenia sa nachádza aj systém vetracích kanálov usporiadaných v samostatných častiach stroja. Najúčinnejším spôsobom chladenia automobilu je chladenie vodíkom. Vodík, ktorý má 7,4-krát väčšiu tepelnú vodivosť ako vzduch, lepšie odstraňuje teplo zo zahrievaných častí stroja. Strata trenia vzduchu počas vzduchového chladenia je približne 50 ° / o

súčet všetkých strát v aute. Vodík má špecifickú hmotnosť 14,5-krát nižšiu ako vzduch. Preto sa prudko znižuje trenie vodíka. Vodík tiež prispieva k ochrane izolačných a lakových povlakov stroja. Vzhľad synchrónneho synchrónneho generátora s patogénom je znázornený na obr. 245, a implicitný polarizovaný synchrónny generátor s kapacitou 50 tisíc kW; 246.

Hydrogenerátory sú poháňané hydraulickými turbínami. Tieto turbíny majú najčastejšie vertikálny hriadeľ s nízkou rýchlosťou. Nízkorychlostný synchrónny generátor má veľký počet pólov a v dôsledku toho veľké rozmery.

Tak napríklad hydrogenerátor typu s kapacitou 50 tisíc kW, ktorý vyrába elektráreň Electrosila. SM Kirov má celkovú hmotnosť 1142 g, priemer statora 14 m, celkovú výšku 8,9 m, počet pólov 96.

Obr. 247 je znázornená schéma synchrónneho generátora s napájaním budiča napájaním a osvetlením. Obr. 248 daný elektrický obvod synchrónneho generátora so záťažou.

Vinutia statorov synchrónnych generátorov sa vykonávajú rovnakým spôsobom ako vinutia statorov indukčných motorov.

Všetkých šesť koncov trojfázových vinutí generátora sa zvyčajne zobrazuje na jeho tienidle. Spojenie troch koncov vinutí na jeden spoločný nulový bod a výstup troch vinutí do externej siete, dostaneme spojenie vinutí s hviezdou (Obr. 249, a). Spojenie konca prvého vinutia so začiatkom druhého, s koncom druhého so začiatkom tretieho, s koncom tretieho so začiatkom prvého vinutia a vytvorením troch výstupov zo spojovacích bodov, dostaneme spojenie vinutí trojuholníkom (obr. 249, b).