Prietaisas ir veikimo principas Sinchroninės mašinos pirmiausia naudojami kaip generatoriai. Jie įrengiami elektrinėse konvertuoti mechaninė energijaį elektros
Sinchroninis generatorius susideda iš fiksuoto statoriaus 2 (196 pav., a), ant kurio dedamos trys apvijos (A - X, B Y, C - Z), ir besisukančio rotoriaus 1 su poliais, ant kurių yra OB sužadinimo apvija. . Nuolatinis gok, patenkantis į žadinimo apviją, įmagnetina rotorių, o pagrindinis variklis suka jį dažniu n. Šiuo atveju statoriaus apvijos susikerta magnetinis laukas o juose indukuojami kintamieji e. d.s., fazėje pasislinkęs 120 kampu. šaltinis nuolatinė srovė 1 sužadinimas žadintuve yra mažas nuolatinės srovės generatorius, kurio galia yra 2-3% nuodėmės fazės generatoriaus galios. Nuolatinės srovės generatoriaus armatūra prijungta prie veleno sinchroninis generatorius ir jį varo bendras pagrindinis variklis.
Veikiant pirminiam varikliui (196 pav., b) sukasi rotoriaus velenas 1 ir armatūra 2. Sužadinimo srovė 1 in iš teigiamo žadintuvo poliaus praeina per šepetį Sch1 ir žiedą 3, sužadinimo apvija sinchroninis generatorius 6, žiedas 4, šepetys Sch2 prie neigiamo žadintuvo poliaus.
Kai kurie sinchroniniai generatoriai magnetiniam srautui generuoti naudoja savaiminį sužadinimą. Tokiuose generatoriuose žadinimo grandinė per specialų lygintuvą yra prijungta prie statoriaus apvijų 7. Kai rotorius 5 sukasi statoriaus apvijose 7, mažas kintamoji srovė dėl liekamosios indukcijos. Ši srovė ištaisoma ir, patekusi į sužadinimo apviją, padidina rotoriaus magnetinį srautą, taigi, e. d.s. generatorius. Rotorius gali būti sukamas garų ar vandens turbina arba varikliu vidaus degimas. Pagal tai sinchroninis generatorius vadinamas turbogeneratoriumi, hidrogeneratoriumi arba dyzeliniu generatoriumi.
Sukuriamos srovės dažnis 1 yra tiesiogiai proporcingas pirminio variklio sukimosi greičiui n ir rotoriaus polių porų skaičiui: 1 = - rp/60. Todėl mažo greičio generatoriai, veikiantys kartu su vandens turbinomis, turi daug ryškių polių. Netiesioginiai polių generatoriai veikia kartu su garo turbinomis ir yra greiti.
e indukuojama kiekvienoje statoriaus apvijoje. d.s.
E \u003d 4,44 / dF K,
kur taip yra apvijos apsisukimų skaičius;
Ф - rotoriaus magnetinis srautas;
K yra pastovus apvijos koeficientas.
E. d. s. o generatoriaus įtampa reguliuojama nuolatinės srovės generatoriaus žadinimo apvijos grandinėje esančiu reostatu. Padidinus šio generatoriaus žadinimo srovę, padidės jo įtampa ir žadinimo srovė 1 sinchroniniame generatoriuje, dėl to padidės rotoriaus magnetinis srautas F ir indukuota e. d.s. Didelės galios sinchroninių generatorių efektyvumas siekia 96-97%.
Sinchroniniai generatoriai naudojami atsarginiam geležinkelių automatikos ir telemechanikos įrenginių maitinimui. Jie įeina
Ryžiai. 197. Trifazis sinchroninis generatorius (dyzelinis generatorius):
1 - statoriaus korpusas; 2 - statoriaus šerdis; 3 - statoriaus šerdies grioveliai; 4 - trifazė statoriaus apvija; 5 - rotoriaus polius; 6 --- ritė sužadinimo apvijos; 7 - nuolatinės srovės generatorius dyzelinių generatorių komplekte (DGA) (197 pav.), kurie naudojami nutrūkus elektros tiekimui transformatorinės pastotės. Sujungiant statoriaus apvijas su žvaigždute linijos įtampa tokie generatoriai yra 380 V, galia - 12, 24 arba 48 kV A.
Dyzeliniuose generatoriuose sumontuota savaiminio sužadinimo ir automatinio įtampos valdymo sistemos įranga (198 pav.). Transformatoriaus 77 pirminės apvijos jungiamos nuosekliai su apkrova, o transformatoriaus T2 pirminės apvijos – lygiagrečiai su apkrova. Antrinės apvijosšie transformatoriai yra sujungti lygiagrečiai ir maitina lygintuvą B, prie kurio prijungta sinchroninio generatoriaus žadinimo apvija OB. 1g serijos transformatoriaus antrinė srovė priklauso nuo apkrovos srovės 1, antrinė srovė 1 ir lygiagretus transformatorius - nuo apkrovos įtampos ir. Srovė lygintuvo 1^ įėjime yra lygi geometrinei srovių ir ir sumai 1 ", ty 1 - 1 g +
1 V sužadinimo srovė priklauso ne tik nuo srovės 1 ir įtampos bei apkrovos, bet ir nuo poslinkio kampo<р между ними.
Todėl tokia schema vadinama fazių sujungimo schema.
Transformatoriaus koeficientai 77,
Įtrauktų ritių T2 ir induktyvumas L parenkami taip, kad bet kuriai srovei 1
Ryžiai. 198. Sinchroninio generatoriaus su automatiniu įtampos reguliavimu schema
ir kampu φ, generatoriaus įtampa buvo palaikoma pastovi U. Didėjant aktyviajai arba aktyviajai-indukcinei apkrovai, didėja srovės I t, 1__ 1„ ir e. d.s. E. Dėl to automatiškai kompensuojamas didėjančio įtampos kritimo poveikis statoriaus apvijoms. Sinchroninių generatorių savaiminis sužadinimas vyksta taip pat, kaip ir nuolatinės srovės generatoriuose, dėl liekamojo magnetizmo. Tačiau dėl padidėjusios lygintuvo varžos esant žemoms įtampoms el. d.s. nuo liekamojo magnetizmo nepakanka savaiminiam sužadinimui. Todėl imamasi daugybės priemonių savęs sužadinimo procesui pagerinti. Norėdami tai padaryti, lygiagrečiai su lygintuvu B kintamosios srovės pusėje yra prijungta rezonansinė grandinė, susidedanti iš kondensatorių. Kondensatorių C talpa parenkama tokia, kad paleidimo metu, kai rotoriaus greitis yra n< п„, наступил резонанс напряжений, при котором напряжение на конденсаторах и на входе выпрямителя повысилось. Благодаря этому снижается сопротивление выпрямителя, происходит самовозбуждение. При установившейся частоте вращения ротора п - п н условие резонанса нарушается и конденсаторы практически не влияют на работу схемы.
Charakteristikos. Pagrindinės sinchroninio generatoriaus charakteristikos yra reguliavimo, išorinės ir tuščiosios eigos charakteristikos. Charakteristikos paimtos pagal schemą, parodytą fig. 199.
Tuščiosios eigos charakteristika (200 pav., a) rodo e priklausomybę. d.s. E statoriaus apvijos nuo žadinimo srovės 1 V esant pastoviam greičiui n ir išjungus apkrovą, t.y. E - 1 (/ „) esant n - const; 1 = const; aš - 0.
Sinchroninio generatoriaus žadinimo srovė reguliuojama reostatu R (žr. 199 pav.), kuris nuosekliai sujungtas su žadinimo apvija OB. Norint išmatuoti srovę, įtampą ir dažnį generatoriaus išvestyje, pridedami ampermetrai (PA1 - RAZ), voltmetras PV ir dažnio matuoklis Hz. Sinchroninio generatoriaus tuščiosios eigos charakteristika yra panaši į rotoriaus šerdies įmagnetinimo kreivę.
Išorinės charakteristikos (200 pav., b) rodo generatoriaus įtampos U priklausomybę nuo apkrovos srovės 1 esant pastoviai žadinimo srovei, greičiui ir galios koeficientui, t.y. U - f (I) esant 1 c = const; n \u003d const ir cos \u003d - const.
Ryžiai. 199. Sinchroninio generatoriaus diagrama
Jei padidinsite apkrovą, kai generatoriaus induktyvumas vyrauja, jo įtampa smarkiai nukrenta (1 kreivė), taip yra dėl padidėjusios įtampos kritimo statoriaus apvijose ir statoriaus reakcijos. Statoriaus reakcija – tai besisukančio statoriaus magnetinio srauto sąveika su rotoriaus magnetiniu srautu, kuris sukasi tuo pačiu greičiu (sinchroniškai). Didėjant apkrovai, didėja statoriaus apvijų magnetinis srautas, nukreiptas priešais rotoriaus magnetinį srautą. Dėl rotoriaus išmagnetinimo e. d.s. ir generatoriaus įtampa. Jei prie generatoriaus prijungta tik aktyvi apkrova, statoriaus magnetinis srautas rotoriaus atžvilgiu bus paslinktas 90 ° kampu. Išmagnetinamasis statoriaus reakcijos poveikis šiek tiek sumažėja ir generatoriaus įtampa keičiasi pagal kreivę 2. Esant apkrovai, kurioje vyrauja talpa, statoriaus magnetinis srautas nukreipiamas ta pačia kryptimi kaip ir rotoriaus magnetinis srautas. Todėl generatoriaus įtampa keičiasi išilgai 3 kreivės.
Reguliavimo charakteristikos (200 pav., c) esant aktyviajai-indukcinei apkrovai 1, aktyviajai apkrovai 2, aktyviajai-talpinei apkrovai 3 rodo generatoriaus 1 žadinimo srovės priklausomybę nuo apkrovos srovės 1 esant pastoviai įtampai, greičiui ir galios koeficientui, y., 1 in - f (/) esant U const; n - const; cos
1. Statorius. Sinchroninio generatoriaus statorius, kaip ir kitos kintamosios srovės mašinos, susideda iš šerdies, pagamintos iš elektrotechninio plieno lakštų, kurių grioveliuose klojama kintamosios srovės apvija, o rėmas - iš ketaus arba suvirintas lakštinio plieno korpusas.
Statoriaus apvija dedama į griovelius, įspaustus ant vidinio šerdies paviršiaus. Apvijos izoliacija atliekama ypač atsargiai, nes mašina paprastai turi dirbti esant aukštai įtampai. Kaip izoliacija naudojamas mikanitas ir mikanito juosta.
Fig. 240, atsižvelgiant į sinchroninio generatoriaus statoriaus išvaizdą.
2. Rotorius. Sinchroninių mašinų rotoriai pagal konstrukciją skirstomi į du tipus:
A) aiškiai polius (t. y. su ryškiais poliais) ir
B) netiesiogiai polinis (t. y. su netiesiogiai išreikštais poliais).
Fig. 241 pateiktos sinchroninių generatorių su iškiliais ir neišsiskiriančiais polių rotoriais įrenginio schemos.
Vieną ar kitą rotoriaus konstrukciją lemia mechaninio stiprumo sumetimai. Šiuolaikiniuose generatoriuose, besisukančiuose nuo greitaeigių variklių (garo turbinos), rotoriaus apskritimo greitis gali siekti 100-160 m/s (kai kuriais atvejais 170 m/s). Todėl greitaeigiai generatoriai turi neišsiskiriantį polių rotorių. Greitaeigių generatorių sukimosi greitis yra 3000 aps./min ir 1500 aps./min.
Ryškiausias polių rotorius yra plieno kaltinis.
Ant rotoriaus apvado tvirtinami stulpai, ant kurių uždedamos žadinimo ritės, sujungtos nuosekliai viena su kita. Sužadinimo apvijos galai sujungti su dviem
žiedai, sumontuoti ant rotoriaus veleno. Ant žiedų uždėti šepečiai, prie kurių prijungtas pastovios įtampos šaltinis. Fig. 242 rodo iškilaus poliaus rotoriaus išvaizdą. Paprastai nuolatinės srovės generatorius, sėdintis ant to paties veleno su rotoriumi ir vadinamas žadintuvu, duoda nuolatinę srovę rotoriui sužadinti. Sužadinimo galia yra 0,25-1% sinchroninio generatoriaus vardinės galios. Vardinė žadintuvų įtampa 60-350 V.
Fig. 243 parodyta sinchroninės mašinos sužadinimo grandinė.
Taip pat yra savaime sužadinami sinchroniniai generatoriai. Nuolatinė srovė rotoriui sužadinti gaunama naudojant seleninius lygintuvus, prijungtus prie generatoriaus statoriaus apvijos. Pirmuoju momentu silpnas besisukančio rotoriaus liekamojo magnetizmo laukas indukuoja nereikšmingą kintamąjį e statoriaus apvijoje. d.s. Prie kintamosios įtampos prijungti seleniniai lygintuvai duoda nuolatinę srovę, kuri sustiprina rotoriaus lauką, didėja generatoriaus įtampa.
Neišsiskiriantis polių rotorius pagamintas iš viso plieno kaltinio, sudėtingo terminio ir mechaninio apdorojimo. Kaip pavyzdį pateikiame Elektrosilos gamykloje gaminamo 100 tūkst. kW galios turbogeneratoriaus rotoriaus duomenis esant n = 3000 aps./min. Rotoriaus skersmuo D = 0,99 m, ilgis l=6,35 m Rotoriaus apskritimo greitis 155 m/sek. Apdirbtas rotoriaus kalimas sveria 46,5 tonos.
Ašine kryptimi išilgai rotoriaus perimetro išfrezuojami grioveliai, kuriuose dedama žadinimo apvija. Apvija grioveliuose tvirtinama metaliniais (plieniniais arba bronziniais) pleištais. Priekinės apvijos dalys tvirtinamos gaubtų metaliniais žiedais.
Fig. 244 parodytas bendras baigtos formos turbogeneratoriaus netiesioginio poliaus rotoriaus vaizdas.
Projektuodami elektros mašinas ir transformatorius, projektuotojai didelį dėmesį skiria mašinų vėdinimui. Sinchroniniams generatoriams naudojamas oro ir vandenilio aušinimas.
Aušinimas oru atliekamas naudojant ventiliatorius, sumontuotus ant veleno abiejose rotoriaus pusėse (generatoriams, kurių galia nuo 1,5 iki 50 tūkst. kW) arba esančius po mašina pamatų angoje (generatoriams, kurių galia 100 tūkst. kW) .
Šalto oro masės, patenkančios į ventiliaciją, praeina per filtrus, kad būtų išvengta mašinos užteršimo dulkėmis.Esant uždarai vėdinimo sistemai, mašina aušinama tokiu pat oro kiekiu. Oras, praėjęs pro mašiną, pašildomas ir patenka į oro aušintuvus, po to vėl patenka į mašiną ir tt Atskirose mašinos dalyse išdėstytų vėdinimo kanalų sistema taip pat tarnauja vėsinimui. Veiksmingiausias mašinos aušinimo būdas yra aušinimas vandeniliu. Vandenilis, kurio šilumos laidumas yra 7,4 karto didesnis nei oro, geriau pašalina šilumą iš karštų mašinos dalių. Oru aušinami trinties nuostoliai yra apie 50°/o nuo
visų automobilio nuostolių suma. Vandenilio savitasis svoris yra 14,5 karto mažesnis nei oro. Todėl trintis prieš vandenilį smarkiai sumažėja. Vandenilis taip pat prisideda prie mašinos izoliacijos ir lako dangų išsaugojimo. Išskirtinio poliaus sinchroninio generatoriaus su patogenu išvaizda parodyta Fig. 245, o 50 tūkstančių kW galios neišsiskiriantis polius sinchroninis generatorius - pav. 246.
Hidrogeneratoriai varomi hidraulinėmis turbinomis. Šios turbinos dažniausiai turi vertikalų veleną su mažu apsisukimų skaičiumi. Mažo greičio sinchroninis generatorius turi daug polių ir dėl to didelius matmenis.
Taigi, pavyzdžiui, tokio tipo hidrogeneratorius, kurio galia 50 tūkst. kW, pagamintas elektrosilos vardo gamykloje. S. M. Kirovas, bendras svoris 1142 g, statoriaus skersmuo 14 m, bendras aukštis 8,9 m, polių skaičius 96.
Fig. 247 parodyta sinchroninio generatoriaus schema su žadintuvu, tiekiančiu galią ir apšvietimo apkrovas. Fig. 248 yra sinchroninio generatoriaus jungčių su apkrova elektrinė schema.
Sinchroninių generatorių statoriaus apvijos gaminamos taip pat, kaip ir asinchroninių variklių statoriaus apvijos.
Visi šeši generatoriaus trifazių apvijų galai paprastai rodomi ant jo skydo. Tris apvijų galus sujungę į vieną bendrą nulinį tašką ir tris apvijų pradžią suvedę į išorinį tinklą, gauname apvijų sujungimą žvaigždute (249 pav., a). Pirmos apvijos galo sujungimas su antrosios pradžia, antrosios pabaiga su trečios pradžia, trečiosios pabaiga su pirmosios apvijos pradžia ir trys čiaupai iš prijungimo taškų į išorinį tinklą. , gauname apvijų sujungimą trikampyje (249 pav., b).
9.1. Sinchroninio generatoriaus įtaisas ir veikimo principas
Sinchroninės vadinamos elektrinėmis mašinomis, kurių sukimosi greitis pastoviu santykiu yra sujungtas su kintamosios srovės tinklo, kuriame yra ši mašina, dažniu. . Sinchroninės mašinos tarnauja kaip kintamosios srovės generatoriai elektrinėse, o sinchroniniai varikliai naudojami tais atvejais, kai reikalingas pastoviu greičiu veikiantis variklis. Sinchroninės mašinos yra reversinės, t.y. gali veikti ir kaip generatoriai, ir kaip varikliai. Sinchroninė mašina persijungia iš generatoriaus režimo į variklio režimą, priklausomai nuo to, ar ją veikia besisukanti ar stabdanti mechaninė jėga. Pirmuoju atveju jis gauna mechaninę energiją ant veleno ir perduoda elektros energiją tinklui, o antruoju atveju jis gauna elektros energiją iš tinklo ir perduoda velenui mechaninę energiją.
Sinchroninė mašina turi dvi pagrindines dalis: rotorių ir statorių, o statorius nesiskiria nuo asinchroninės mašinos statoriaus. Sinchroninės mašinos rotorius yra besisukančių elektromagnetų sistema, kuri maitinama nuolatine srove, tiekiama į rotorių per slydimo žiedus ir šepečius iš išorinio šaltinio. Statoriaus apvijose, veikiant besisukančiam magnetiniam laukui, sukeliamas EML, kuris tiekiamas į išorinę generatoriaus grandinę. Pagrindinis sinchroninio generatoriaus magnetinis srautas, sukurtas besisukančio rotoriaus, yra sužadinamas išoriniu šaltiniu – žadintuvu, kuris dažniausiai yra mažos galios nuolatinės srovės generatorius, kuris montuojamas ant bendro veleno su sinchroniniu generatoriumi. Nuolatinė srovė iš žadintuvo tiekiama į rotorių per šepečius ir slydimo žiedus, sumontuotus ant rotoriaus veleno. Rotoriaus polių porų skaičius nustatomas pagal jo sukimosi greitį. Kelių polių sinchroninėje mašinoje rotorius turi p
polių porų, o srovės statoriaus apvijoje taip pat sudaro p besisukančio magnetinio lauko polių poras (kaip asinchroninėje mašinoje). Rotorius turi suktis pagal lauko sukimosi dažnį, todėl jo greitis yra lygus:n = 60 f/p (9,1)
Esant f = 50 Hz ir p = 1 n = 3000 aps./min.
Šiuo dažniu sukasi šiuolaikiniai turbogeneratoriai, susidedantys iš garo turbinos ir didelio galingumo sinchroninio generatoriaus su rotoriumi, turinčiu vieną polių porą.
Hidrogeneratoriuose pagrindinis variklis yra hidraulinė turbina, kurios sukimosi greitis yra nuo 50 iki 750 apsisukimų per minutę. Šiuo atveju naudojami sinchroniniai generatoriai su ryškaus poliaus rotoriumi, turinčiu nuo 4 iki 60 polių porų.
Dyzelinių generatorių, prijungtų prie pirminio variklio - dyzelino, sukimosi greitis yra nuo 500 iki 1500 aps./min.
Mažos galios sinchroniniuose generatoriuose dažniausiai naudojamas savaiminis sužadinimas: žadinimo apvija maitinama to paties generatoriaus ištaisyta srove (9.2 pav.).
Sužadinimo grandinę sudaro CT srovės transformatoriai, įtraukti į generatoriaus apkrovos grandinę, puslaidininkinis lygintuvas, surinktas pagal trifazio tiltelio schemą, ir žadinimo apvija OB su reguliuojančiu reostatu R.
Generatoriaus savaiminis sužadinimas vyksta taip. Generatoriaus paleidimo momentu dėl liekamosios indukcijos magnetinėje sistemoje generatoriaus darbinėje apvijoje atsiranda silpnas EMF ir srovės. Dėl to antrinėse CT transformatorių apvijose atsiranda EML, o sužadinimo grandinėje - maža srovė, o tai sustiprina mašinos magnetinio lauko indukciją. Generatoriaus emf didėja tol, kol mašinos magnetinė sistema visiškai sužadinama.
Vidutinė EML vertė, sukelta kiekvienoje statoriaus apvijos fazėje:
Еср = c∙n∙Φ (9.2)
n yra rotoriaus greitis;
Φ – sinchroninėje mašinoje sužadinamas didžiausias magnetinis srautas;
c yra pastovus koeficientas, kuriame atsižvelgiama į šios mašinos konstrukcines ypatybes.
Generatoriaus gnybtų įtampa:
U = E - aš z, kur
I - srovė statoriaus apvijoje (apkrovos srovė);
Z yra apvijos varža (viena fazė).
Norint tiksliai sureguliuoti EMF amplitudę, magnetinio srauto dydis reguliuojamas keičiant srovę sužadinimo apvijoje. EML sinusiškumas užtikrinamas suteikiant tam tikrą formą rotoriaus polių detalėms, esančioms iškilių polių mašinose. Netiesioginio poliaus mašinose norimas magnetinės indukcijos pasiskirstymas pasiekiamas specialiu sužadinimo apvijų išdėstymu ant rotoriaus paviršiaus.
Sinchroninėse mašinose armatūros apvijų srovių ir rotoriaus magnetinis laukas sukasi vienodu greičiu (sinchroniškai). Sinchroninės mašinos yra reversinės, tai yra, gali veikti kaip generatoriai ir varikliai. Tačiau plačiausiai jie naudojami kaip generatoriai, kurie montuojami visose šiuolaikinėse elektrinėse.
Kintamosios srovės generatorių išrado puikus Rusijos elektros inžinierius P. N. Yablochkovas. Šis generatorius buvo naudojamas elektros žvakėms maitinti ir pagal veikimo principą niekuo nesiskyrė nuo šiuolaikinių generatorių, būdamas pirmasis daugiafazis generatorius. Ant jo statoriaus buvo paklotos kelios viena nuo kitos izoliuotos apvijos, kurių kiekviena turėjo savo grandinę su žvakių grupe.
1888 metais kitas iškilus rusų elektros inžinierius M. O. Dolivo-Dobrovolskis pastatė pirmąjį pasaulyje trifazį generatorių, kurio galia siekė apie 3 kVA.
Sinchroninis generatorius turi du pagrindinius laikrodžius – rotorių ir statorių.
Rotorius (judantis, besisukantis mašinos dalis) sudaro besisukančių elektromagnetų, maitinamų nuolatine srove iš išorinio šaltinio, sistemą.
Statorius (stacionari mašinos dalis) niekuo nesiskiria nuo asinchroninės mašinos statoriaus. Jo apvijoje sukamasis rotoriaus magnetinis laukas sukelia EML, tiekiamą į išorinę generatoriaus grandinę (variklio režimu tinklo įtampa tiekiama statoriaus apvijai). Tokia generatoriaus konstrukcija leidžia pašalinti slankiuosius kontaktus generatoriaus apkrovos grandinėje (statoriaus apvija tiesiogiai prijungta prie apkrovos) ir patikimai izoliuoti darbinę apviją nuo mašinos korpuso, o tai labai svarbu šiuolaikiniams didelės galios generatoriams. esant aukštai įtampai. Pagrindinis sinchroninio generatoriaus magnetinis srautas, sukurtas besisukančio rotoriaus, yra sužadinamas iš išorinio žadintuvo šaltinio, kuris yra įprastas nuolatinės srovės generatorius (kurio galia yra 0,5-10% generatoriaus galios). Sužadintuvas montuojamas ant bendro veleno su generatoriumi arba sujungiamas su generatoriaus velenu sankabos arba diržine pavara. Nuolatinė srovė iš žadintuvo praeina per rotoriaus apviją per du žiedus ir fiksuotus šepečius, sumontuotus ant rotoriaus veleno.
Pagal savo konstrukciją rotoriai išskiria iškilų polių (5-25 pav., a) ir implicitinį polių (5-25 pav., b). Rotoriaus polių porų skaičius nustatomas pagal jo sukimosi greitį. Esant 50 Hz generuojamam EML dažniui, greitaeigės turbogeneratoriaus mašinos numanomas polių rotorius, besisukantis greičiu
3000 aps./min., turi vieną polių porą, o mažo greičio hidrogeneratoriaus (kurio sukimosi greitį lemia vandens slėgio aukštis) smailių polių rotorius, besisukantis nuo 50 iki 750 aps./min. polių porų skaičius atitinkamai nuo 60 iki 4.
Mažos galios sinchroniniai generatoriai (iki 100 kVA), kaip taisyklė, yra savaime sužadinami: žadinimo apvija maitinama to paties generatoriaus ištaisyta srove (5-26 pav.). Sužadinimo grandinę sudaro srovės transformatoriai, įtraukti į generatoriaus apkrovos grandinę, puslaidininkinis lygintuvas PV, surinktas, pavyzdžiui, pagal trifazę tilto grandinę, ir generatoriaus OB sužadinimo apvija su reguliuojamu reostatu R. .
Generatoriaus savaiminis sužadinimas vyksta taip. Generatoriaus paleidimo momentu dėl liekamosios indukcijos magnetinėje sistemoje generatoriaus darbinėje apvijoje atsiranda silpnas EMF ir srovės. Dėl to antrinėse CT transformatorių apvijose atsiranda EML, o sužadinimo grandinėje - maža srovė, o tai sustiprina mašinos magnetinio lauko indukciją. Generatoriaus emf didėja tol, kol mašinos magnetinė sistema visiškai sužadinama.
Tokie generatoriai (vienfaziai ir trifaziai) naudojami mažos galios žemos įtampos mobiliose elektrinėse, naudojamose, pavyzdžiui, žemės ūkyje avims ir melžiamoms karvėms kirpti elektriniu būdu, taip pat tiekti kaimo mobiliųjų kino teatrų įrenginius, tt Šiuose generatoriuose darbinė apvija dažnai atliekama ant rotoriaus, o vidiniame statoriaus paviršiuje yra išdėstyta polių sistema su ryškiais poliais. Generatorius yra prijungtas prie išorinės apkrovos per slankiuosius srovės kolektorius (šepečius su žiedais ant rotoriaus ašies).
Sinchroninė mašina yra kintamosios srovės elektros mašina, kurios rotoriaus greitis lygus magnetinio lauko greičiui oro tarpelyje.
Sinchroniniai varikliai pramonėje plačiai naudojami pastoviu greičiu veikiančioms elektrinėms pavaroms (kompresoriams, siurbliams ir kt.). Pastaruoju metu dėl keitiklių puslaidininkių technologijos atsiradimo buvo sukurtos valdomos sinchroninės elektros pavaros.
Sinchroninės mašinos įtaisas
Sinchroninių ir asinchroninių mašinų statoriai yra visiškai vienodi.
Sinchroninio generatoriaus statorius susideda iš ketaus lovos - korpuso, kurio viduje yra statoriaus šerdis, surinkta iš atskirų elektrotechninio plieno lakštų, izoliuotų laku arba plonu popieriumi. Šerdies grioveliuose statoriaus apvija pagaminta iš izoliuotos varinės vielos (164 pav.).
Sinchroninių generatorių rotoriai yra dviejų tipų - iškilusis polius ir numanomas polius (tuščias).
Slenkančių polių rotoriai naudojami sinchroniniams generatoriams su nedideliu apsisukimų skaičiumi (nuo 125 aps./min. iki 1500 aps./min.), dažniausiai jungiamiems prie mažo greičio hidraulinių turbinų, mažos ir vidutinės galios generatoriams.
Implicitinių polių rotoriai naudojami didelio greičio (3000 aps./min.) ir didelės galios generatoriuose, dažniausiai ant to paties veleno sujungiami garo turbinomis, šie generatoriai vadinami turbogeneratoriais.
Stulpų šerdys dažniausiai gaminamos iš liejo plieno, o batai kartais gaminami iš atskirų elektrotechninio plieno lakštų. Stulpų apvija pagaminta iš vario izoliacijos laidų. Norėdami gauti sinusoidiškai besikeičiančią emf. būtina turėti sinusoidinį magnetinės indukcijos pasiskirstymą oro tarpelyje. Tai pasiekiama dėl oro tarpo tarp poliaus antgalio ir statoriaus plieno netolygumo: oro tarpas didesnis išilgai polių kraštų nei po stulpo viduriu (167 pav.).
Ant generatoriaus veleno, izoliuoti nuo jo, uždedami du žiedai, prie kurių prijungti rotoriaus sužadinimo apvijų laidai, jie vadinami slydimo žiedais. Ant kontaktinių žiedų montuojami šepečiai, o iš patogeno į šepečius tiekiama nuolatinė srovė.
Dažniausiai kaip žadintuvas naudojama nuolatinės srovės mašina, kuri vadinama mašininiu žadintuvu, o pastaruoju metu žadinimui naudojami kietieji arba mechaniniai lygintuvai. Daugumoje sinchroninių mašinų žadintuvas yra ant to paties veleno kaip ir generatorius, o naujausiose konstrukcijose žadintuvas yra sinchroninės mašinos statoriaus viršuje.
Sinchroninio generatoriaus veikimo principas
Sinchroninis generatorius susideda iš stacionaraus – statoriaus, kurio grioveliuose įdedama trifazė kintamosios srovės apvija, ir besisukančios dalies – rotoriaus, kuris yra elektromagnetas.
Rotoriaus sužadinimo apvijos tiekiamos per šepečius ir žiedus nuolatine srove iš žadintuvo - nuolatinės srovės mašinos ar kokio nors lygintuvo.
Darant prielaidą, kad magnetinė indukcija oro tarpe pasiskirstęs sinusiškai - , tada generatoriaus armatūros apvijoje sukeltas EML bus tokios formos:
Veikiant šiam EMF, generatoriaus grandinėje atsiras kintamoji srovė, uždaryta apkrovai Z. Aptariamo generatoriaus kintamo EMF dažnis nustatomas pagal rotoriaus greitį: su viena sužadinimo lauko polių pora () vienas rotoriaus apsisukimas atitinka vieną kintamos srovės periodą. Apskritai sinchroninio generatoriaus EML dažnis (Hz) yra tiesiogiai proporcingas rotoriaus greičiui. [rpm], t.y.
Apvija, kurioje sukeliamas EML, yra stacionarioje generatoriaus dalyje - ant statoriaus. Šiuo atveju sužadinimo apvija dedama ant rotoriaus . Tokia projektavimo schema yra racionaliausia didelės galios sinchroninėse mašinose, nes jei darbinė apvija yra ant rotoriaus, didelės galios turėtų būti perduotos į darbinę apviją per slydimo žiedus, kurių įtampa yra iki 20 kV. Tokiomis sąlygomis slydimo žiedų ir šepečių veikimas taptų labai nepatikimas, o energijos nuostoliai šepetėlio kontakte būtų dideli. Kai darbinė apvija yra ant statoriaus, šios apvijos laidai yra tiesiogiai prijungti prie elektros tinklo. Žinoma, net ir tokiu atveju mašina neatsikrato slydimo žiedų ir šepečių, reikalingų lauko apvijai prijungti prie žadintuvo. Bet kadangi žadinimo srovės vertė yra dešimt kartų mažesnė už darbinę (kintamąją) srovę, o įtampa neviršija 450 V, šepečio kontaktas veikia patikimiau, o energijos nuostoliai jame yra nedideli.
Remiantis pirmiau išdėstytomis aplinkybėmis, sinchroninės mašinos, kaip taisyklė, atliekamos su veikiančia apvija, esančia ant statoriaus.
Sinchroninių mašinų statoriaus apvija dažniausiai yra trifazė apvija, sujungta žvaigždute arba trikampiu.
Sužadinimo apvija yra ant rotoriaus, prijungus prie nuolatinės srovės šaltinio (žadintuvo), atsiranda magnetinis sužadinimo laukas. Variklio pagalba generatoriaus rotorius sukamas dideliu greičiu. Tuo pačiu metu rotoriaus besisukantis magnetinis laukas trifazėje statoriaus apvijoje sukelia EML, kuris, būdamas vienodo dydžio ir fazėje pasislinkęs vienas kito atžvilgiu 120, sudaro trifazę simetrišką EML sistemą. .
Dauguma sinchroninių generatorių yra skirti pramoniniam 50 Hz dažniui. Norint gauti tokio dažnio EML, būtina, kad rotoriaus greitis būtų lygus 