Senkron makinelerin amacı ve düzeni

senkron makine - stator sargılarında sabit bir akım frekansında rotor hızının sabit kaldığı ve makinenin şaftı üzerindeki yükün büyüklüğüne bağlı olmayan bir alternatif akım makinesi.

senkron makineler Esas olarak tahrik motorlarının mekanik enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmek için, yani alternatif akım elektrik enerjisi üreteçleri olarak kullanılırlar. Ancak senkron makinelerde motorların, reaktif güç kompansatörlerinin ve diğer cihazların modlarında da kullanılmaktadır.

Endüstriyel kurulumlarda en yaygın olarak üç fazlı senkron makineler kullanılır. Tek fazlı senkron motorlar, kompresörlerin elektrikli tahriklerinde, güçlü fanlarda, çeşitli otomatik cihazlarda düşük güçlü motorlarda vb. kullanılır.

Senkron makine cihazı

Üç fazlı bir senkron makine, sabit bir stator ve içinde dönen örtülü veya dışbükey bir kutup rotorundan oluşur, aralarında radyal boyutu makinenin nominal gücü, hızı tarafından belirlenen ve değişen bir hava boşluğu vardır. birkaç on milimetreye kadar kesirler.

Böyle bir makinenin statoru, tasarım açısından pratik olarak bir endüksiyon makinesinin statorundan farklı değildir, fazların başlangıcı C1, C2, C3 ve uçları - C4, C5 olarak gösterilen üç fazlı bir sargıya sahiptir. C6 ve stator sargısının fazlarını bir delta veya yıldız ile bağlamanıza izin veren benzer atamalara sahip terminallere getirilir.

Üç fazlı bir senkron jeneratörün stator sargısının fazları esas olarak bir yıldıza bağlanır, çünkü bu, üç fazlı dört telli bir ağın birbirinden √3 kat farklı hat ve faz voltajlarına sahip olmasına izin verir (Şekil 1). ).

Pirinç. 1. Fazlar yıldız bağlantılı olduğunda üç fazlı bir senkron jeneratörün stator sargısının terminallerine üç fazlı bir dört fazlı şebekeyi bağlama şeması.

Senkron bir makinenin rotoru, üç fazlı bir stator sargısıyla aynı kutup sayısına sahip bir sargıya sahip bir doğru akım elektromanyetik sistemidir. Manyetik kuvvet hatları, rotorun ilgili kuzey ve güney kutupları arasında, hava boşluğu ve statorun besleme hattı yoluyla kapatılır (Şekil 2, a, b).

Rotor sargısı veya alan sargısı, bir doğrultucu veya küçük bir DC jeneratörü tarafından beslenir - çıkışı senkron bir makinenin nominal çıkışının %0,5 ila 10'u olan bir uyarıcı. Uyarıcı, senkron bir makine ile aynı mil üzerine yerleştirilebilir, kendi milinden esnek bir transmisyonla tahrik edilebilir veya ayrı bir motorla tahrik edilebilir.

Senkron bir makinenin örtülü kutup rotoru, yüzeyi boyunca eksenel bir yönde frezelenmiş oluklara sahip, karbon veya alaşımlı çelikten yapılmış katı veya bileşik bir silindirdir. Bu yuvalar, yalıtılmış bakır veya alüminyum telden yapılmış bir bobin içerir.Bu sargının I1'in başlangıcı ve I2'nin sonu, makine mili üzerinde bulunan ve rotorla birlikte dönen bir yalıtkan manşon üzerine monte edilmiş iki kayma halkasına bağlıdır.

Sabit fırçalar, sabit bir elektrik enerjisi kaynağına bağlantı için tellerin I1 ve I2 işaretli kelepçelere yönlendirildiği halkalara bastırılır. Büyük, oluklu olmayan rotor silindir dişleri, rotor kutuplarını oluşturur.

Kapalı bir kutuplu rotor genellikle iki veya dört kutuplu değişen kutuplara sahiptir, yüksek hızlı senkron makinelerde, özellikle türbin jeneratörlerinde kullanılır - dakikada 3000 veya 1500 devir hızı için tasarlanmış buhar türbinlerine doğrudan bağlı üç fazlı senkron jeneratörler AC frekansı 50 Hz...

Pirinç. 2. Rotorlu üç fazlı senkron makinenin cihazı: a - gizli kutup, b - belirgin kutup, 1 - çerçeve, 2 - stator manyetik devresi, 3 - stator telleri, 4 - hava boşluğu, 5 - rotor kutbu, 6 - kutup ucu, 7 - rotor üzerinde düz, 8 - uyarma bobininin sarımı, 9 - kısa devre, 10 - kayma halkaları, 11 - fırçalar, 12 - şaft.

Dört veya daha fazla kutuplu bir senkron makinenin açık kutuplu rotoru, üzerine sivri uçlarla biten dikdörtgen bir enine kesite sahip benzer yapıya sahip çelik direklerin tutturulduğu sağlam veya astarlı bir çelik levha boyunduruğuna sahiptir (Şekil 2, b). ). Birbirine bağlı bobinler kutuplarda yer alarak heyecan verici bir bobin oluşturur.

Böyle bir rotor, hidro jeneratörler ve dizel jeneratörler olabilen düşük hızlı senkron makinelerde kullanılır - sırasıyla, 1500, 1000, 750 dönme hızları için tasarlanmış hidrolik türbinlere veya içten yanmalı motorlara doğrudan bağlı üç fazlı senkron jeneratörler. 50 Hz alternatif akım frekansında daha düşük devir.

Pek çok senkron makinenin rotorunda, uyarma sargısına ek olarak, düzgün olmayan kutuplu bir rotorda bir endüksiyon makinesinin rotorundaki benzer bir sargıdan çok az farklı olan kısa devreli bir bakır veya pirinç sönümleme sargısı vardır. çıkık kutuplu bir rotor, çubukları yalnızca oluklara gömülü olan ve kutuplar arası boşlukta bulunmayan, tamamlanmamış bir kısa devre bobini şeklinde gerçekleştirilir. Bu sargı, senkron bir makinenin durağan olmayan modlarında rotor salınımlarının sönümlenmesine katkıda bulunur ve ayrıca senkron motorların asenkron çalışmasını sağlar.

5 kW'a kadar derecelendirilen senkron makineler bazen stator alan sargısı ve üç fazlı rotor sargısı ile ters tasarımda üretilir.

Üç fazlı senkron jeneratörün verimliliği

Üç fazlı senkron makinelerin jeneratör modunda çalışmasına, doğası gereği asenkron makinelerdeki kayıplara benzeyen enerji kayıpları eşlik eder. Bu bağlamda, üç fazlı bir senkron jeneratörün verimliliği, simetrik yük koşulları altında aşağıdaki formülle belirlenen verimlilik katsayısının (verimlilik) değeri ile karakterize edilir:

η = (√3UIcosφ) / (√3UIcosφ + ΔP),

nerede U ve ben - çalışma, ağ voltajı ve akımı, cosφ - alıcıların güç faktörü, ΔP - senkron makinenin verilen yüküne karşılık gelen toplam kayıplar.

Senkron jeneratörlerin verimlilik (verimlilik) değeri, yükün boyutuna ve alıcıların güç faktörüne bağlıdır (Şekil 3).

Pirinç. 3. Üç fazlı bir senkron jeneratörün verimliliğinin alıcıların yüküne ve güç faktörüne bağımlılığının grafikleri.

Maksimum verim değeri, nominal olana yakın bir yüke karşılık gelir ve orta güçlü makineler için 0,88-0,92'dir ve yüksek güçlü jeneratörler için 0,96-0,99 değerine ulaşır. Büyük senkron makinelerin yüksek verimliliğine rağmen, üretilen büyük miktarda ısı nedeniyle, sargıların hidrojen, damıtılmış su veya trafo yağı ile soğutulması gerekir, bu da daha iyi ısı dağılımına katkıda bulunur ve ayrıca daha kompakt oluşturmanıza olanak tanır. verimli üç fazlı senkron makineler.