מכונות סינכרוניות - מנועים, גנרטורים ומפצים

מכונות סינכרוניות הן מכונות חשמליות בזרם חילופין בהן הרוטור והשדה המגנטי של זרמי הסטטור מסתובבים באופן סינכרוני.
גנרטורים סינכרוניים תלת פאזיים הם המכונות החשמליות החזקות ביותר. הספק היחידה של גנרטורים סינכרוניים בתחנות כוח הידרואלקטריות הוא 640 MW, ובתחנות כוח תרמיות - 8 - 1200 MW. במכונה סינכרונית, אחד הפיתולים מחובר לרשת AC והשני מתרגש על ידי DC. פיתול זרם החילופין נקרא פיתול האבזור.
פיתול האבזור ממיר את כל הכוח האלקטרומגנטי של המכונה הסינכרונית להספק חשמלי ולהיפך. לכן, הוא ממוקם בדרך כלל על סטטור, אשר נקרא אבזור. סליל העירור צורך 0.3 - 2% מההספק המומר, לכן הוא ממוקם בדרך כלל על רוטור מסתובב, הנקרא משרן, וכוח העירור הנמוך מסופק על ידי טבעות החלקה או התקני עירור ללא מגע.

השדה המגנטי של האבזור מסתובב במהירות סינכרונית n1 = 60f1 / p, rpm, כאשר p = 1,2,3 … 64 וכו'. הוא מספר זוגות הקטבים.
עם תדר רשת תעשייתית f1 = 50 הרץ, מספר מהירויות סינכרוניות במספר שונה של קטבים: 3000, 1500, 1000 וכו'). מכיוון שהשדה המגנטי של המשרן הוא נייח ביחס לרוטור, לאינטראקציה מתמשכת של שדות המשרן והאבזור, הרוטור חייב להסתובב באותה מהירות סינכרונית.

בניית מכונות סינכרוניות
הסטטור של מכונה סינכרונית עם סלילה תלת פאזי אינו שונה בבנייה סטטור מכונה אסינכרוני, והרוטור עם סליל מרגש הוא משני סוגים - קוטב בולט ומוט מרומז. במהירויות גבוהות ובמספר קטן של קטבים, משתמשים ברוטורים בעלי קוטב מרומז מכיוון שיש להם מבנה עמיד יותר, ובמהירויות נמוכות ומספר רב של קטבים משתמשים ברוטורים בולטים במבנה מודולרי. החוזק של רוטורים כאלה הוא פחות, אבל הם קלים יותר לייצור ולתיקון. רוטור קוטב לכאורה:

הם משמשים במכונות סינכרוניות עם מספר רב של קטבים ו-n נמוך בהתאם. מפעלים הידרואלקטרים ​​(הידרוגנרטורים). תדר n מ-60 לכמה מאות סיבובים לדקה. להידרוגנרטורים החזקים ביותר יש קוטר רוטור של 12 מ' באורך של 2.5 מ', p - 42 ו-n = 143 סל"ד.
רוטור עקיף:

מתפתל - קוטר d = 1.2 - 1.3 מ' בערוצי הרוטור, האורך הפעיל של הרוטור הוא לא יותר מ 6.5 מ' TPP, NPP (גנרטורים טורבינות). S = 500,000 kVA במכונה אחת n = 3000 או 1500 סל"ד (1 או 2 זוגות מוטות).
בנוסף לסליל השדה, ממוקם על הרוטור מנחת או סליל שיכוך, המשמש להתנעה במנועים סינכרוניים. סליל זה עשוי בדומה לסליל קצר חשמלי של כלוב סנאי, רק מקטע קטן בהרבה, מכיוון שהנפח העיקרי של הרוטור נתפס על ידי סליל השדה.ברוטורים לא אחידים בקוטב, תפקידו של פיתול הבולם מתבצע על ידי משטחי השיניים המוצקות של הרוטור והטריזים המוליכים בתעלות.
זרם ישר בפיתול עירור של מכונה סינכרונית יכול להיות מסופק מגנרטור DC מיוחד המותקן על פיר המכונה ונקרא מעורר, או מהרשת דרך מיישר מוליכים למחצה.
ראה גם בנושא זה:
מטרה וסידור של מכונות סינכרוניות

כיצד פועלים טורבו והידרוגנרטורים סינכרוניים

מכונה סינכרונית יכולה לעבוד כגנרטור או כמנוע. מכונה סינכרונית יכולה לפעול כמנוע אם זרם רשת תלת פאזי מסופק לפיתול הסטטור. במקרה זה, כתוצאה מאינטראקציה בין השדות המגנטיים של הסטטור והרוטור, שדה הסטטור נושא עמו את הרוטור. במקרה זה, הרוטור מסתובב באותו כיוון ובאותה מהירות כמו שדה הסטטור.

אופן פעולת הגנרטור של מכונות סינכרוניות הוא הנפוץ ביותר, וכמעט כל האנרגיה החשמלית מופקת על ידי גנרטורים סינכרוניים. מנועים סינכרוניים משמשים בהספק מעל 600 קילוואט ועד 1 קילוואט כמיקרומנועים. גנרטורים סינכרוניים למתחים של עד 1000 וולט משמשים ביחידות למערכות אספקת חשמל אוטונומיות.

יחידות עם גנרטורים אלה יכולות להיות נייחות וניידות. רוב היחידות משמשות עם מנועי דיזל, אך ניתן להניע אותן באמצעות טורבינות גז, מנועים חשמליים ומנועי בנזין.

מנוע סינכרוני נבדל מגנרטור סינכרוני רק על ידי סליל שיכוך התנעה, שאמור להבטיח תכונות התנעה טובות של המנוע.

תכנית של גנרטור סינכרוני שישה קוטבים.מוצגים חתכים של הפיתולים של שלב אחד (שלושה פיתולים המחוברים בסדרה). הפיתולים של שני השלבים האחרים משתלבים בחריצים החופשיים המוצגים באיור. השלבים מחוברים בכוכב או בדלתא.

מצב גנרטור: המנוע (טורבינה) מסובב את הרוטור, שהסליל שלו מסופק במתח קבוע? יש זרם שיוצר שדה מגנטי קבוע. השדה המגנטי מסתובב עם הרוטור, חוצה את פיתולי הסטטור ומשרה EMF באותו גודל ותדירות אך מוזז ב-1200 (מערכת תלת פאזית סימטרית).

מצב מנוע: מתפתל הסטטור מחובר לרשת תלת פאזית, והרוטור מתפתל למקור זרם ישר. כתוצאה מהאינטראקציה של השדה המגנטי המסתובב של המכונה עם הזרם הישר של סליל העירור, מתרחש מומנט Mvr, המניע את הרוטור להסתובב במהירות השדה המגנטי.

מאפיין מכני של מנוע סינכרוני - תלות n (M) - הוא חתך אופקי.

רצועת סרטים חינוכית - "מנועים סינכרוניים" שהופק על ידי מפעל החומרים החינוכיים ב-1966.
אתה יכול לצפות בו כאן: סרט "מנוע סינכרוני"

יישום מנועים סינכרוניים השימוש ההמוני במנועים אסינכרוניים בעלי תת עומס משמעותי מסבך את פעולת מערכות החשמל והתחנות: גורם ההספק במערכת יורד, מה שמוביל להפסדים נוספים בכל המכשירים והקווים, כמו גם לשימוש בלתי מספק שלהם. מונחים של כוח פעיל. לכן, השימוש במנועים סינכרוניים נעשה הכרחי, במיוחד עבור מנגנונים עם כוננים חזקים.

למנועים סינכרוניים יש יתרון גדול על פני מנועים אסינכרוניים, שהוא שבזכות עירור DC, הם יכולים לעבוד עם cosphi = 1 ולא צורכים כוח תגובתי מהרשת, ובמהלך הפעולה, כאשר הם מתרגשים יתר על המידה, הם אפילו נותנים כוח תגובתי ל- רֶשֶׁת. כתוצאה מכך משתפר מקדם ההספק של הרשת ומצטמצמים ירידת המתח וההפסדים בה, וכן מקדם ההספק של הגנרטורים הפועלים בתחנות כוח.

המומנט המרבי של מנוע סינכרוני הוא פרופורציונלי ל-U, ועבור מנוע אסינכרוני U2.

לכן, כאשר המתח יורד, המנוע הסינכרוני שומר על כושר עומס גבוה יותר. בנוסף, השימוש באפשרות להגדיל את זרם העירור של מנועים סינכרוניים מאפשר להגביר את אמינותם במקרה של נפילות מתח חירום ברשת ולשפר במקרים אלו את תנאי ההפעלה של מערכת החשמל כולה. בשל גודלו הגדול יותר של מרווח האוויר, ההפסדים הנוספים בפלדה ובכלוב הרוטור של מנועים סינכרוניים קטנים יותר מאלה של מנועים אסינכרוניים, לכן היעילות של מנועים סינכרוניים היא בדרך כלל גבוהה יותר.

מצד שני, בניית מנועים סינכרוניים מסובכת יותר ממנועי אינדוקציה של כלוב סנאי, ובנוסף, למנועים סינכרוניים חייבים להיות מעורר או התקן אחר כדי לספק סליל DC. כתוצאה מכך, מנועים סינכרוניים הם ברוב המקרים יקרים יותר ממנועי כלוב סנאי אסינכרוני.

במהלך פעולתם של מנועים סינכרוניים, התעוררו קשיים ניכרים בהתנעתם.הקשיים הללו כבר התגברו.

גם התנעה ובקרת מהירות של מנועים סינכרוניים קשים יותר. עם זאת, היתרון של המנועים הסינכרוניים הוא כה גדול, עד כי בהספקים גבוהים רצוי להשתמש בהם בכל מקום בו אין צורך בהתנעות ועצירות תכופות ובקרת מהירות (גנרטורים של מנועים, משאבות חזקות, מאווררים, מדחסים, טחנות, מגרסה ועוד). ).

ראה גם:

תוכניות אופייניות להתנעת מנועים סינכרוניים

תכונות אלקטרומכניות של מנועים סינכרוניים

מפצים סינכרוניים

מפצים סינכרוניים נועדו לפצות את גורם ההספק של הרשת ולשמור על רמת המתח הרגילה של הרשת באזורים שבהם מרוכזים עומסי הצרכן. מצב הפעולה הנרגש יתר על המידה של המפצה הסינכרוני הוא נורמלי כאשר הוא מספק כוח תגובתי לרשת.

בהקשר זה, מפצים, כמו גם בנקים של קבלים המשרתים את אותן מטרות, המותקנים בתחנות משנה לצרכן, נקראים גם מחוללי כוח תגובתיים. עם זאת, בתקופות של עומסי משתמש מופחתים (לדוגמה, בלילה), לעתים קרובות יש צורך להשתמש במפצים סינכרוניים ובמצב תת-עירור, כאשר הם צורכים זרם אינדוקטיבי והספק תגובתי מהרשת, שכן במקרים אלו מתח הרשת נוטה ל להגדיל, וכדי לשמור עליו ברמה נורמלית, יש צורך להעמיס את הרשת בזרמים אינדוקטיביים, הגורמים לירידות מתח נוספות בה.

לשם כך, כל מפצה סינכרוני מצויד בווסת עירור או מתח אוטומטי, המווסת את גודל זרם העירור כך שהמתח במסופי המפצה יישאר קבוע.