מטרה וסידור של מכונות סינכרוניות

מכונה סינכרונית - מכונת זרם חילופין בה מהירות הרוטור בתדר קבוע של זרם בפיתולי הסטטור נשארת קבועה ואינה תלויה בגודל העומס על פיר המכונה.

מכונות סינכרוניות הם משמשים בעיקר להמרת האנרגיה המכנית של גורמים ראשוניים לאנרגיה חשמלית, כלומר כמחוללי אנרגיה חשמלית של זרם חילופין. עם זאת, מכונות סינכרוניות משמשות גם במצבי מנועים, מפצי כוח תגובתי והתקנים אחרים.

במתקנים תעשייתיים, נעשה שימוש נרחב ביותר במכונות סינכרוניות תלת פאזיות. מנועים סינכרוניים חד פאזיים משמשים בכוננים חשמליים של מדחסים, מאווררים חזקים, מנועים בעלי הספק נמוך במכשירים אוטומטיים שונים וכו'.

מכשיר מכונה סינכרוני

מכונה סינכרונית תלת פאזית מורכבת מסטאטור נייח ורוטור מוט מרומז או קמור המסתובב בתוכו, ביניהם יש מרווח אוויר שגודלו הרדיאלי נקבע על פי ההספק הנומינלי של המכונה, מהירותה ומשתנה מ. שברים עד כמה עשרות מילימטרים.

הסטטור של מכונה כזו למעשה אינו שונה בעיצוב מהסטטור של מכונת אינדוקציה, יש לו סלילה תלת פאזי, שתחילת השלבים שלה מסומנים C1, C2, C3 והקצוות - C4, C5, C6 ומובאים לטרמינלים עם ייעודים דומים, המאפשרים לך לחבר את השלבים של מתפתל הסטטור עם דלתא או כוכב.

השלבים של פיתול הסטטור של גנרטור סינכרוני תלת פאזי מחוברים בעיקר בכוכב, שכן זה מאפשר לרשת תלת פאזית ארבעה חוטים לקבל מתחי קו ופאזה הנבדלים זה מזה פי √3 (איור 1) ).

אורז. 1. תכנית לחיבור רשת תלת-פאזית ארבע-פאזית למסופים של פיתול הסטטור של גנרטור סינכרוני תלת-פאזי כאשר השלבים מחוברים בכוכב.

הרוטור של מכונה סינכרונית הוא מערכת אלקטרומגנטית זרם ישר עם פיתול בעל אותו מספר קטבים כמו פיתול סטטור תלת פאזי. קווי הכוח המגנטיים סגורים בין הקוטב הצפוני והדרומי של הרוטור בהתאמה דרך מרווח האוויר וקו האספקה ​​של הסטטור (איור 2, א, ב).

פיתול הרוטור או פיתול השדה מוזן על ידי מיישר או מחולל DC קטן - מעורר שתפוקתו היא 0.5 עד 10% מהתפוקה המדורגת של מכונה סינכרונית. המעורר יכול להיות ממוקם על אותו פיר עם מכונה סינכרונית, מונע מהפיר שלו על ידי תיבת הילוכים גמישה, או מונע על ידי מנוע נפרד.

רוטור הקוטב המרומז של מכונה סינכרונית הוא צילינדר מוצק או מרוכב העשוי מפלדת פחמן או סגסוגת עם חריצים טחונים על פני השטח שלו בכיוון צירי. חריצים אלו מכילים סליל עשוי מחוט נחושת או אלומיניום מבודד.ההתחלה של I1 וסוף I2 של סלילה זה מחוברים לשתי טבעות החלקה המותקנות על שרוול מבודד הממוקם על פיר המכונה ומסתובבות עם הרוטור.

המברשות הקבועות נלחצות אל הטבעות, מהן מובילים את החוטים אל המהדקים המסומנים I1 ו-I2 לחיבור למקור אנרגיה חשמלית קבועה. שיני גליל הרוטור הגדולות והלא מחורצות יוצרות את עמודי הרוטור.

לרוטור קוטב מרומז יש בדרך כלל שניים או ארבעה קטבים של קוטביות מתחלפת, הוא משמש במכונות סינכרוניות במהירות גבוהה, בפרט במחוללי טורבינות - גנרטורים סינכרוניים תלת פאזיים המחוברים ישירות לטורבינות קיטור המיועדות למהירות של 3000 או 1500 סיבובים לדקה בשעה. תדר AC 50 הרץ...

אורז. 2. התקן של מכונה סינכרונית תלת פאזית עם רוטור: a - קוטב נסתר, b - קוטב בולט, 1 - מסגרת, 2 - מעגל מגנטי סטטור, 3 - חוטי סטטור, 4 - מרווח אוויר, 5 - קוטב רוטור, 6 - קצה מוט, 7 - ישר על הרוטור, 8 - סלילה של סליל העירור, 9 - קצר חשמלי, 10 - טבעות החלקה, 11 - מברשות, 12 - פיר.

הרוטור בעל המוט הפתוח של מכונה סינכרונית בעלת ארבעה מוטות או יותר יש עול מוצק או מרופד של יריעות פלדה, שעליהן מחוברות עמודי פלדה בעלי מבנה דומה, עם חתך מלבני, המסתיים בקוצים (איור 2, ב). ). הסלילים המחוברים זה לזה ממוקמים בקטבים ויוצרים סליל מרגש.

רוטור כזה משמש במכונות סינכרוניות במהירות נמוכה, שיכולות להיות הידרו-גנרטורים וגנראטורים דיזל - בהתאמה, גנרטורים סינכרוניים תלת פאזיים המחוברים ישירות לטורבינות הידראוליות או למנועי בעירה פנימית, המיועדים למהירויות סיבוב של 1500, 1000, 750 ו סל"ד נמוך יותר בתדר זרם חילופין של 50 הרץ.

למכונות סינכרוניות רבות יש על הרוטור, בנוסף לליפוף העירור, פיתול שיכוך נחושת או פליז קצר במעגל, אשר ברוטור שאינו קוטב חלק שונה מעט מפיתול דומה על הרוטור של מכונת אינדוקציה, וב. רוטור קוטב בולט זה מבוצע בצורה של סליל קצר במעגל לא שלם, שהברים שלו משובצים רק בחריצים ונעדרים בחלל האינטרפול. סלילה זו תורמת לשיכוך תנודות הרוטור במצבים לא נייחים של מכונה סינכרונית, ומספקת גם התנעה אסינכרונית של מנועים סינכרוניים.

מכונות סינכרוניות בדירוג של עד 5 קילוואט מיוצרות לפעמים בתכנון הפוך עם פיתול שדה סטטור וליפוף רוטור תלת פאזי.

יעילות של גנרטור סינכרוני תלת פאזי

פעולתן של מכונות סינכרוניות תלת פאזיות במצב גנרטור מלווה בהפסדי אנרגיה, אשר, אך מטבעם, דומים להפסדים במכונות אסינכרוניות. בהקשר זה, היעילות של גנרטור סינכרוני תלת פאזי מאופיינת בערך של מקדם היעילות (יעילות), אשר בתנאי עומס סימטריים נקבע על ידי הנוסחה:

η = (√3UIcosφ) / (√3UIcosφ + ΔP),

כאשר U ו-I - הפעלה, מתח וזרם ברשת, cosφ - גורם ההספק של המקלטים, ΔP - סך ההפסדים המתאימים לעומס הנתון של המכונה הסינכרונית.

ערך היעילות (היעילות) של גנרטורים סינכרוניים תלוי בגודל העומס ובגורם ההספק של המקלטים (איור 3).

אורז. 3. גרפים של תלות היעילות של גנרטור סינכרוני תלת פאזי בעומס ובגורם ההספק של המקלטים.

ערך היעילות המרבי מתאים לעומס קרוב לנומינלי והוא 0.88-0.92 עבור מכונות בעלות הספק בינוני, ולגנרטורים בעלי הספק גבוה הוא מגיע לערך של 0.96-0.99. למרות היעילות הגבוהה של מכונות סינכרוניות גדולות, בשל כמות החום הגדולה שנוצרת, יש צורך לקרר את הפיתולים במימן, מים מזוקקים או שמן שנאים, מה שתורם לפיזור חום טוב יותר, וגם מאפשר ליצור קומפקטי יותר מכונות סינכרוניות תלת פאזיות יעילות.