Szinkrongépek – motorok, generátorok és kompenzátorok

A szinkrongépek olyan váltakozó áramú elektromos gépek, amelyekben a forgórész és az állórészáramok mágneses tere szinkronban forog.
A háromfázisú szinkrongenerátorok a legerősebb elektromos gépek. A szinkron generátorok egységteljesítménye a vízerőművekben 640 MW, a hőerőművekben pedig 8-1200 MW. Egy szinkron gépben az egyik tekercs váltóáramú hálózatra van kötve, a másik pedig egyenárammal van gerjesztve. A váltakozó áramú tekercset armatúra tekercsnek nevezzük.
Az armatúra tekercs a szinkrongép összes elektromágneses erejét elektromos energiává alakítja és fordítva. Ezért általában egy állórészre helyezik, amelyet armatúrának neveznek. A gerjesztőtekercs az átalakított teljesítmény 0,3 - 2%-át fogyasztja, ezért általában egy forgó forgórészen helyezkedik el, amit induktornak neveznek, és az alacsony gerjesztőteljesítményt csúszógyűrűk vagy érintésmentes gerjesztő eszközök biztosítják.

Az armatúra mágneses tér szinkron fordulatszámmal forog n1 = 60f1 / p, rpm, ahol p = 1,2,3 … 64 stb. a póluspárok száma.
Ipari hálózati frekvenciával f1 = 50 Hz, számos szinkron sebességgel különböző számú póluson: 3000, 1500, 1000 stb.). Mivel az induktor mágneses tere a forgórészhez képest álló helyzetben van, az induktor és az armatúra mezőinek folyamatos kölcsönhatásához a forgórésznek azonos szinkron sebességgel kell forognia.

Szinkrongépek építése
A háromfázisú tekercselésű szinkrongép állórésze nem különbözik a szerkezetben aszinkron gép állórész, és az izgalmas tekercses forgórész kétféle – prominens pólus és implicit pólus. Nagy sebességnél és kis számú pólusnál implicit pólusú rotorokat használnak, mert tartósabb szerkezetük van, alacsony fordulatszámon és nagy számú pólusnál pedig moduláris felépítésű kiugró pólusú rotorokat használnak. Az ilyen rotorok szilárdsága kisebb, de könnyebben gyárthatók és javíthatók. Látszólagos pólusrotor:

Nagy számú pólusú és ennek megfelelően alacsony n-ű szinkrongépekben használják őket. Vízierőművek (hidrogenerátorok). n frekvencia 60 és több száz fordulat/perc között. A legerősebb hidrogenerátorok rotorátmérője 12 m, hossza 2,5 m, p - 42 és n = 143 fordulat / perc.
Közvetett rotor:

Tekercselés - átmérő d = 1,2 - 1,3 m a forgórész csatornáiban, a rotor aktív hossza legfeljebb 6,5 m. TPP, Atomerőmű (turbinagenerátorok). S = 500 000 kVA egy gépben n = 3000 vagy 1500 ford./perc (1 vagy 2 póluspár).
A forgórészen a terepi tekercsen kívül egy lengéscsillapító vagy csillapító tekercs található, amely szinkronmotorok indítására szolgál. Ez a tekercs a mókusketreces rövidzárlati tekercshez hasonlóan készült, csak jóval kisebb keresztmetszetű, mivel a forgórész fő térfogatát a terepi tekercs veszi fel.A nem egyenletes pólusú rotoroknál a csillapító tekercs szerepét a forgórész tömör fogainak felületei és a csatornákban lévő vezető ékek töltik be.
A szinkrongép gerjesztő tekercsében lévő egyenáramot a gép tengelyére szerelt speciális egyenáramú generátorból, amelyet gerjesztőnek neveznek, vagy a hálózatról félvezető egyenirányítón keresztül táplálhatunk.
Lásd még ebben a témában:
Szinkrongépek rendeltetése, elrendezése

Hogyan működnek a szinkron turbók és a hidrogenerátorok

A szinkrongép működhet generátorként vagy motorként. A szinkrongép motorként működhet, ha háromfázisú hálózati áramot vezetnek az állórész tekercsébe. Ebben az esetben az állórész és a forgórész mágneses mezőjének kölcsönhatása következtében az állórész mező magával viszi a forgórészt. Ebben az esetben a forgórész az állórész mezőjével azonos irányban és sebességgel forog.

A szinkrongépek generátoros üzemmódja a legelterjedtebb, és szinte az összes elektromos energiát szinkrongenerátorok állítják elő, a szinkronmotorokat 600 kW feletti, 1 kW-ig mikromotorként használják. Az autonóm áramellátó rendszerek egységeiben legfeljebb 1000 V feszültségű szinkron generátorokat használnak.

Az ezekkel a generátorokkal rendelkező egységek helyhez kötöttek és mobilak lehetnek. A legtöbb egységet dízelmotorral használják, de meghajthatók gázturbinákkal, villanymotorokkal és benzinmotorokkal.

A szinkronmotor csak egy indító csillapító tekercsben különbözik a szinkrongenerátortól, aminek biztosítania kell a motor jó indítási tulajdonságait.

Hatpólusú szinkrongenerátor vázlata.Egy fázis tekercseinek keresztmetszete (három sorba kapcsolt tekercs) látható. A másik két fázis tekercselése az ábrán látható szabad résekbe illeszkedik. A fázisok csillaggal vagy deltával vannak összekötve.

Generátor üzemmód: a motor (turbina) forgatja a forgórészt, melynek tekercsét állandó feszültséggel látják el? van egy áram, amely állandó mágneses teret hoz létre. A mágneses tér együtt forog a rotorral, keresztezi az állórész tekercset, és ugyanolyan nagyságú és frekvenciájú, de 1200-kal eltolt EMF-et indukál (szimmetrikus háromfázisú rendszer).

Motor üzemmód: az állórész tekercs háromfázisú hálózatra, a forgórész tekercselése pedig egyenáramú forrásra csatlakozik. A gép forgó mágneses tere és a gerjesztőtekercs egyenáramának kölcsönhatása következtében Mvr nyomaték lép fel, amely a forgórészt a mágneses tér sebességével forgásra készteti.

A szinkronmotor mechanikai jellemzője – n (M) függőség – egy vízszintes metszet.

Oktatási filmszalag – "Szinkronmotorok" az Oktatási Anyaggyár által 1966-ban.
Itt nézheti meg: Filmszalag "Szinkronmotor"

Szinkronmotorok alkalmazása A jelentős alulterheléssel járó aszinkron motorok tömeges alkalmazása megnehezíti a villamosenergia-rendszerek, állomások működését: a rendszer teljesítménytényezője csökken, ami további veszteségekhez vezet minden készülékben és vezetékben, valamint nem megfelelő használatához vezet. az aktív teljesítmény feltételei. Ezért szükségessé vált a szinkronmotorok alkalmazása, különösen az erős hajtású mechanizmusok esetében.

A szinkronmotorok nagy előnye az aszinkron motorokkal szemben, hogy az egyenáramú gerjesztésnek köszönhetően cosphi = 1-gyel is működhetnek, és nem fogyasztanak meddőteljesítményt a hálózatról, illetve működés közben túlgerjesztve még meddő teljesítményt is adnak a hálózat. Ennek eredményeként javul a hálózat teljesítménytényezője és csökken a benne lévő feszültségesés és veszteségek, valamint az erőművekben üzemelő generátorok teljesítménytényezője.

A szinkronmotor maximális nyomatéka arányos U-val, az aszinkron motoré pedig U2-vel.

Ezért, amikor a feszültség csökken, a szinkronmotor nagyobb teherbírást tart fenn. Ezenkívül a szinkronmotorok gerjesztőáramának növelésének lehetőségének kihasználása lehetővé teszi megbízhatóságuk növelését a hálózat vészfeszültségesése esetén, és ezekben az esetekben az energiarendszer egészének működési feltételeit. A légrés nagyobb méretéből adódóan a szinkronmotorok acéljában és forgórészében a járulékos veszteségek kisebbek, mint az aszinkron motoroké, ezért a szinkronmotorok hatásfoka általában nagyobb.

Másrészt a szinkronmotorok felépítése bonyolultabb, mint a mókuskalitkás indukciós motoroké, ráadásul a szinkronmotoroknak rendelkezniük kell egy gerjesztővel vagy más eszközzel, amely egyenáramú tekercset táplál. Ennek eredményeként a szinkronmotorok a legtöbb esetben drágábbak, mint az aszinkron mókuskalitkás motorok.

A szinkronmotorok működése során jelentős nehézségek adódtak az indításukkal.Ezeket a nehézségeket már leküzdöttük.

A szinkronmotorok indítása és fordulatszám-szabályozása is nehezebb. A szinkronmotorok előnye azonban olyan nagy, hogy nagy teljesítményeknél célszerű használni őket, ahol nincs szükség gyakori indításokra és leállásokra, valamint a fordulatszám szabályozására (motorgenerátorok, nagy teljesítményű szivattyúk, ventilátorok, kompresszorok, malmok, törők stb.). ).

Lásd még:

Tipikus sémák a szinkronmotorok indításához

Szinkronmotorok elektromechanikai tulajdonságai

Szinkron kompenzátorok

A szinkron kompenzátorok a hálózat teljesítménytényezőjének kompenzálására és a hálózat normál feszültségszintjének fenntartására szolgálnak olyan területeken, ahol a fogyasztói terhelések koncentrálódnak. A szinkron kompenzátor túlgerjesztett üzemmódja normális, amikor meddő energiát lát el a hálózatban.

Ebben a tekintetben a fogyasztói alállomásokon telepített kompenzátorokat, valamint az azonos célt szolgáló kondenzátortelepeket meddő áramfejlesztőknek is nevezik. Csökkentett felhasználói terhelés időszakában (például éjszaka) azonban gyakran szükséges szinkron kompenzátorok használata, illetve alulgerjesztett üzemmódban, amikor induktív áramot és meddőteljesítményt fogyasztanak a hálózatból, mivel ilyen esetekben a hálózati feszültség hajlamos növekszik, normál szinten tartásához pedig induktív áramokkal kell terhelni a hálózatot, ami további feszültségesést okoz benne.

Ebből a célból minden szinkron kompenzátor automatikus gerjesztéssel vagy feszültségszabályozóval van felszerelve, amely úgy szabályozza a gerjesztőáram nagyságát, hogy a kompenzátor kivezetésein a feszültség állandó maradjon.