Mașină sincronă
Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 4 noiembrie 2021; verificările necesită 7 modificări .O mașină sincronă este o mașină de curent alternativ cu două înfășurări , una dintre înfășurările căreia este conectată la o rețea electrică cu o frecvență constantă, iar a doua este excitată de curent continuu. Frecvența de rotație a rotorului este egală cu frecvența de rotație a câmpului magnetic în întrefier [1] . Este un motor electric.
Dispozitiv
Principalele părți ale unei mașini sincrone sunt armătura și inductorul (înfășurarea câmpului). De regulă, armătura este situată pe stator și există un inductor pe rotor separat de acesta printr-un spațiu - astfel, conform principiului de funcționare, o mașină sincronă este, așa cum ar fi, o „întoarsă pe dos spre exterior. ” Mașină de curent continuu, al cărei curent alternativ pentru înfășurarea armăturii nu se obține cu ajutorul unui colector , ci este alimentat din exterior.
O armătură este una sau mai multe înfășurări AC. La motoare, curenții furnizați armăturii creează un câmp magnetic rotativ care se cuplează cu câmpul inductorului și astfel energia este convertită. Câmpul armăturii afectează câmpul inductorului și, prin urmare, este numit și câmpul de reacție al armăturii . La generatoare, câmpul de reacție al armăturii este creat de curenții alternativi induși în înfășurarea armăturii de la inductor.
Inductorul este format din poli - electromagneți DC [2] sau magneți permanenți (în micromașini ). Inductoarele sincrone ale mașinii vin în două modele diferite: pol proeminent sau pol nesălient. O mașină cu stâlpi proeminenti se distinge prin faptul că polii sunt pronunțați și au un design similar cu polii unei mașini de curent continuu . Cu un design cu poli non-solient, înfășurarea de excitație se potrivește în canelurile miezului inductorului, foarte asemănătoare cu înfășurarea rotoarelor mașinilor asincrone cu un rotor de fază , singura diferență fiind că rămâne un loc între poli. care nu este umplut cu conductori (așa-numitul dinte mare ). Modelele de stâlpi non-solienți sunt utilizate la mașinile de mare viteză pentru a reduce sarcina mecanică pe stâlpi.
Pentru a reduce rezistența magnetică, adică pentru a îmbunătăți trecerea fluxului magnetic, se folosesc miezuri feromagnetice ale rotorului și statorului. Practic, sunt o construcție laminată (adunată din foi individuale) din oțel electric .
Cum funcționează
Ca orice mașină electrică, o mașină sincronă poate funcționa în modurile motor și generator.
Modul generator
În mod obișnuit, generatoarele sincrone sunt realizate cu o armătură situată pe stator, pentru comoditatea descarcării energiei electrice. Deoarece puterea de excitație este mică în comparație cu puterea preluată de la armătură (0,3 ... 2%), alimentarea cu curent continuu a înfășurării de excitație folosind două inele colectoare nu provoacă dificultăți deosebite. Principiul de funcționare al unui generator sincron se bazează pe fenomenul de inducție electromagnetică; atunci când rotorul se rotește, fluxul magnetic creat de înfășurarea câmpului se interblochează pe rând cu fiecare dintre fazele înfășurării statorului, inducând în acestea un EMF. În cel mai obișnuit caz de utilizare a unei înfășurări trifazate de armătură distribuită în fiecare dintre faze, deplasate una față de alta cu 120 de grade, este indusă un EMF sinusoidal. Prin conectarea fazelor conform schemelor standard de „triunghi” sau „stea”, se obține o tensiune trifazată la ieșirea generatorului, care este un standard general acceptat pentru rețelele principale de alimentare.
Frecvența EMF indusă [Hz] este legată de viteza rotorului [rpm] prin relația:
,
unde este numărul de perechi de poli.
Adesea, generatoarele sincrone sunt folosite în locul mașinilor colectoare pentru a genera curent continuu, conectând înfășurările lor de armătură la redresoare trifazate - pe locomotive diesel (de exemplu, TEP70 , 2TE116 ), mașini , avioane . Acest lucru se realizează datorită fiabilității și TBO mult mai mari ale mașinilor sincrone. [3] [4]
Modul motor
Principiul de funcționare al unui motor sincron se bazează pe interacțiunea câmpului magnetic rotativ al armăturii și câmpul magnetic al polilor inductorului. De obicei, armătura este situată pe stator, iar inductorul este situat pe rotor. În motoarele puternice, electromagneții sunt utilizați ca poli (curentul este furnizat rotorului printr-un contact de alunecare cu perii), în motoarele de putere redusă, de exemplu, în motoarele cu hard disk , se folosesc magneți permanenți. Există un design de motor inversat , în care armătura este situată pe rotor, iar inductorul este pe stator (în motoarele învechite, precum și în mașinile sincrone criogenice moderne, în care supraconductorii sunt utilizați în înfășurările de excitație ).
Pornirea motorului. Motorul trebuie să fie accelerat la o frecvență apropiată de frecvența de rotație a câmpului magnetic din spațiu înainte de a putea funcționa în modul sincron. La această viteză, câmpul magnetic rotativ al armăturii se interblochează cu câmpurile magnetice ale polilor inductorului: dacă inductorul este situat pe stator, atunci se dovedește că câmpul magnetic rotativ al armăturii rotative (rotorul) este staționar în raport cu câmpul constant al inductorului (statorului), dacă inductorul este pe rotor, atunci câmpul magnetic al polilor rotativi ai inductorului (rotorului) este staționar în raport cu câmpul magnetic rotativ al armăturii (statorului) - acest fenomen se numește „intrare în sincronism”.
Pentru overclockare, se folosește de obicei un mod asincron [5] , în care înfășurările inductorului sunt închise printr-un reostat sau scurtcircuitate, ca într- o mașină asincronă , pentru un astfel de mod de pornire la mașini, se realizează o înfășurare scurtcircuitată pe rotorul, care joacă și rolul unei înfășurări liniștitoare care elimină „oscilația” rotorului în timpul sincronizării. După atingerea unei viteze apropiate de cea nominală (> 95% - așa-numita viteză subsincronă), inductorul este alimentat cu curent continuu.
În motoarele cu magneți permanenți, se utilizează un motor de accelerare extern sau o pornire controlată de frecvență , iar reglarea frecvenței este, de asemenea, utilizată pe toate tipurile de SD în modul de funcționare - de exemplu, pe motoarele de tracțiune ale unui tren electric de mare viteză TGV . Motoarele plăcilor turnante electrice vechi necesitau o pornire manuală - derularea manuală a înregistrării, ulterior au început să fie folosite motoare asincrone în plăcile turnante.
Uneori, pe arborele mașinilor mari este plasat un mic generator (curent continuu sau curent alternativ cu redresare), așa-numitele. excitator care alimentează înfăşurarea de excitaţie. În unele cazuri (de exemplu, la locomotivele diesel), excitatorul este instalat separat și este condus printr-o cutie de viteze superioară. [6]
Viteza rotorului [rpm] rămâne neschimbată, legată rigid de frecvența rețelei [Hz] prin raportul:
,
unde - numărul de perechi de poli statori, în funcție de sarcina mașinii, se modifică doar unghiul de sarcină (unghiul theta ) - unghiul electric de întârziere sau de avansare a câmpului de excitație față de câmpul armăturii. La un unghi de încărcare mai mare de 90 de grade electrice, mașina nu se sincronizează - se oprește dacă arborele este suprasolicitat cu cuplu de frânare sau merge la viteze mai mari dacă mașina funcționează în modul generator și este subîncărcată cu sarcină electrică.
Motoarele sincrone, atunci când excitația se schimbă, schimbă cosinusul phi de la capacitiv la inductiv. Motoarele în gol supraexcitate sunt folosite ca compensatoare de putere reactivă. Motoarele sincrone în industrie sunt de obicei folosite pentru puteri unitare de peste 300 kW (suflante, pompe de transfer apă și de transfer ulei), de exemplu, de tip STD, la puteri mai mici, un motor asincron mai simplu (și mai fiabil) cu veveriță -rotorul cușcă este de obicei folosit.
Varietăți de mașini sincrone
Un generator hidroelectric este un generator sincron cu poli salienti conceput pentru a genera energie electrică în funcțiune de la o turbină hidraulică (la viteze mici de rotație, 50–600 min – 1 ).
Turbogenerator este un generator sincron cu poli implicit conceput pentru a genera energie electrică în funcțiune dintr-o turbină cu abur sau cu gaz la viteze mari ale rotorului - 6000 (rar), 3000, 1500 rpm.
Compensator sincron - un motor sincron conceput pentru a genera putere reactivă, care funcționează fără sarcină pe arbore (la ralanti); în acest caz, practic doar curent reactiv trece prin înfășurarea armăturii. Compensatorul sincron poate funcționa în modul de îmbunătățire a factorului de putere sau în modul de stabilizare a tensiunii. Oferă o sarcină inductivă.
Mașină cu putere dublă (în special AFM ) - o mașină sincronă cu alimentarea cu energie a înfășurărilor rotorului și statorului cu curenți de frecvențe diferite, datorită cărora sunt create moduri de funcționare nesincrone.
Generator de impact - un generator sincron (de obicei curent trifazat), proiectat pentru funcționare pe termen scurt în modul de scurtcircuit (scurtcircuit).
Selsyn-ul este o mașină sincronă de putere redusă folosită ca senzor de unghi de rotație sau în tandem cu un alt selsyn pentru a transmite unghiul de rotație fără o conexiune mecanică directă.
Există, de asemenea, motoare sincrone fără angrenaje, pas cu pas, inductor, histerezis, fără contact.
Mașină sincronă fără contact
Într-o mașină sincronă clasică, există un punct slab - inele de alunecare cu perii, care se uzează mai repede decât alte părți ale mașinii din cauza eroziunii electrice și a uzurii mecanice simple. În plus, scânteile din perie pot provoca o explozie. Prin urmare, mai întâi în aviație , și mai târziu în alte domenii (în special, pe generatoarele diesel autonome ), generatoarele sincrone cu trei mașini fără contact au devenit larg răspândite. Trei mașini sunt plasate în corpul unei astfel de unități - un sub-excitator, un excitator și un generator, rotoarele lor se rotesc pe un arbore comun. Subexcitatorul este un generator sincron cu excitație de la magneți permanenți care se rotesc pe rotor, tensiunea acestuia este furnizată la unitatea de comandă a generatorului, unde este redresată, reglată și alimentată în înfășurarea statorului excitator. Câmpul statorului induce un curent în înfășurarea excitatorului, care este redresat de un bloc de redresoare rotative (BVR) situate pe arbore și care intră în înfășurarea de excitație a generatorului. Generatorul generează deja curent care merge către consumatori.
O astfel de schemă asigură atât absența altor părți mecanice în motor, cu excepția rulmenților, cât și autonomia generatorului - tot timpul, în timp ce generatorul se rotește, excitatorul dă tensiune care poate fi utilizată pentru alimentarea circuitelor de control al generatorului.
Note
- ↑ Aplicații ale mașinilor sincrone . infopedia.su . Preluat la 21 noiembrie 2021. Arhivat din original la 21 noiembrie 2021.
- ↑ De obicei, curentul de excitație este constant, dar uneori poate avea o dependență de timp mai complexă (când, de exemplu, doresc să asigure în mod artificial stabilitatea mașinii sau să creeze un fel de mod complex de funcționare).
- ↑ Echipamente aviatice / ed. Yu. P. Dobrolensky . - M . : Editura Militară, 1989. - 248 p. — ISBN 5-203-00138-3 . Arhivat pe 3 decembrie 2021 la Wayback Machine
- ↑ Dispozitivul și funcționarea mașinilor MAZ-500A și GAZ-66: Manual - M., DOSAAF, 1981, Kalishev G.V., Komarov Yu.N., Romanov V.M., BBC 39.335.4
- ↑ Karelin V. Ya., Minaev A. V. Pompe și stații de pompare . - al 2-lea. - M . : Stroyizdat, 1986. Copie arhivată din 27 decembrie 2018 la Wayback Machine
- ↑ Locomotiva Filonov S.P. 2TE116 . - al 2-lea. - M .: Transport , 1985. - ISBN 5-277-02012-8 . Arhivat pe 12 decembrie 2018 la Wayback Machine
Vezi și
Link -uri
- Motoare sincrone - scheme tipice de pornire
- Hidrogeneratoare
- Motoare sincrone din seria STD cu o putere de 630-12 500 kW