Ierīce un darbības princips Sinhronās mašīnas galvenokārt izmanto kā ģeneratorus Tos uzstāda spēkstacijās, lai pārveidotu mehāniskā enerģija elektriskajā
Sinhronais ģenerators sastāv no fiksēta statora 2 (196. att., a), uz kura novietoti trīs tinumi (A - X, B Y, C - Z), un rotējoša rotora 1 ar poliem, uz kuriem atrodas OB ierosmes tinums. . Pastāvīgais gok, kas nonāk ierosmes tinumā, magnetizē rotoru, un galvenais dzinējs to griež ar frekvenci n. Šajā gadījumā statora tinumi krustojas magnētiskais lauks un tajos tiek inducēti mainīgie e. d.s., fāzē nobīdīts par 120 leņķi. avots līdzstrāva Ierosinātāja 1. ierosme ir mazs līdzstrāvas ģenerators, kura jauda ir 2-3% no sinfāzes ģeneratora jaudas. Līdzstrāvas ģeneratora armatūra ir savienota ar vārpstu sinhronais ģenerators un to virza kopīgs galvenais virzītājspēks.
Primārā dzinēja darbības laikā (196. att., b) griežas rotora vārpsta 1 un armatūra 2. Ierosmes strāva 1 in iet no ierosinātāja pozitīvā pola caur birsti Sch1 un gredzenu 3, ierosmes tinumu sinhronais ģenerators 6, gredzens 4, birste Sch2 uz ierosinātāja negatīvo polu.
Daži sinhronie ģeneratori magnētiskās plūsmas ģenerēšanai izmanto pašiedrošanos. Šādos ģeneratoros ierosmes ķēde ir savienota ar statora tinumiem 7 caur īpašu taisngriezi. Kad rotors 5 griežas statora tinumos 7, neliels maiņstrāva atlikušās indukcijas dēļ. Šī strāva tiek iztaisnota un, nonākot ierosmes tinumā, pastiprina rotora magnētisko plūsmu, un līdz ar to e. d.s. ģenerators. Rotoru var pagriezt ar tvaika vai ūdens turbīnu vai dzinēju iekšējā degšana. Saskaņā ar to sinhrono ģeneratoru sauc par turboģeneratoru, hidroģeneratoru vai dīzeļģeneratoru.
Radītās strāvas frekvence 1 ir tieši proporcionāla primārā dzinēja griešanās ātrumam n un rotora polu pāru skaitam: 1 = - rp/60. Tāpēc zema ātruma ģeneratoriem, kas darbojas kopā ar ūdens turbīnām, ir liels skaits izteiktu polu. Netiešā polu ģeneratori darbojas kopā ar tvaika turbīnām un ir ātri.
e tiek inducēts katrā statora tinumā. d.s.
E \u003d 4,44 / dF K,
kur jā ir tinuma apgriezienu skaits;
Ф - rotora magnētiskā plūsma;
K ir nemainīgs tinuma koeficients.
E. d. s. un ģeneratora spriegumu regulē reostats līdzstrāvas ģeneratora ierosmes tinuma ķēdē. Ja tiek palielināta šī ģeneratora ierosmes strāva, tad palielināsies tā spriegums un ierosmes strāva 1 sinhronajā ģeneratorā, kā rezultātā palielināsies rotora magnētiskā plūsma F un inducētā e. d.s. Lieljaudas sinhrono ģeneratoru efektivitāte sasniedz 96-97%.
Sinhronie ģeneratori tiek izmantoti dzelzceļa automatizācijas un telemehānikas ierīču rezerves barošanai. Viņi ienāk
Rīsi. 197. Trīsfāzu sinhronais ģenerators (dīzeļa ģenerators):
1 - statora korpuss; 2 - statora kodols; 3 - statora serdes rievas; 4 - trīsfāzu statora tinums; 5 - rotora pols; 6 --- spole ierosmes tinumi; 7 - līdzstrāvas ģenerators dīzeļa ģeneratoru komplektā (DGA) (197. att.), kurus izmanto strāvas padeves pārtraukuma gadījumā transformatoru apakšstacijas. Savienojot statora tinumus ar zvaigzni līnijas spriegumsšādi ģeneratori ir 380 V, jauda - 12, 24 vai 48 kV A.
Dīzeļģeneratori ir aprīkoti ar pašiedvesmas un automātiskās sprieguma kontroles sistēmas aprīkojumu (198. att.). Transformatora 77 primārie tinumi ir savienoti virknē ar slodzi, bet transformatora T2 primārie tinumi ir savienoti paralēli slodzei. Sekundārie tinumišie transformatori ir savienoti paralēli un baro taisngriezi B, kuram ir pievienots sinhronā ģeneratora ierosmes tinums OB. 1g sērijas transformatora sekundārā strāva ir atkarīga no slodzes strāvas 1, sekundārā strāva 1 un paralēlais transformators - no slodzes sprieguma un. Strāva taisngrieža 1^ ieejā ir vienāda ar strāvu un un ģeometrisko summu 1 ", t.i., 1 - 1 g +
Ierosmes strāva 1 V ir atkarīga ne tikai no strāvas 1 un sprieguma un slodzes, bet arī no pārslēgšanas leņķa<р между ними.
Tāpēc šādu shēmu sauc par fāzes savienošanas shēmu.
Transformatoru koeficienti 77,
Iekļauto spoļu T2 un induktivitāte L ir izvēlēti tā, lai jebkurai strāvai 1
Rīsi. 198. Sinhronā ģeneratora shēma ar automātisku sprieguma regulēšanu
un leņķi φ, ģeneratora spriegumu U uzturēja nemainīgu.. Palielinoties aktīvajai vai aktīvajai-induktīvajai slodzei, palielinās strāvas I t, 1__ 1„ un e. d.s. E. Rezultātā tiek automātiski kompensēta pieaugošā sprieguma krituma ietekme uz statora tinumiem. Sinhrono ģeneratoru pašiedrošanās notiek tāpat kā līdzstrāvas ģeneratoros atlikušā magnētisma dēļ. Taču sakarā ar palielinātu taisngrieža pretestību pie zemiem spriegumiem e. d.s. no atlikušā magnētisma ir nepietiekams pašiedvesmai. Tāpēc tiek veikta virkne pasākumu, lai uzlabotu pašizbudinājuma procesu. Lai to izdarītu, maiņstrāvas pusē paralēli taisngriezim B ir pievienota rezonanses ķēde, kas sastāv no kondensatoriem. Kondensatoru C kapacitāte ir izvēlēta tā, lai palaišanas laikā, kad rotora ātrums ir 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.
Raksturlielumi. Sinhronā ģeneratora galvenie raksturlielumi ietver regulēšanas, ārējos un tukšgaitas raksturlielumus. Raksturlielumi tiek ņemti, izmantojot shēmu, kas parādīta attēlā. 199.
Tukšgaitas raksturlielums (200. att., a) parāda e atkarību. d.s. E statora tinumi no ierosmes strāvas 1 V pie nemainīga ātruma n un izslēgtas slodzes, t.i., E - 1 (/ „) pie n - const; 1 = konst; Es - 0.
Sinhronā ģeneratora ierosmes strāvu regulē reostats R (sk. 199. att.), kas virknē savienots ar ierosmes tinumu OB. Lai mērītu strāvu, spriegumu un frekvenci pie ģeneratora izejas, ir iekļauti ampērmetri (PA1 - RAZ), voltmetrs PV un frekvences mērītājs Hz. Sinhronā ģeneratora tukšgaitas raksturlielums ir līdzīgs rotora serdes magnetizācijas līknei.
Ārējie raksturlielumi (200. att., b) parāda ģeneratora sprieguma U atkarību no slodzes strāvas 1 pie nemainīgas ierosmes strāvas, ātruma un jaudas koeficienta, t.i., U - f (I) pie 1 c = const; n \u003d const un cos \u003d - const.
Rīsi. 199. Sinhronā ģeneratora diagramma
Ja palielināsit slodzi ar ģeneratora induktivitātes pārsvaru, tad tā spriegums strauji pazeminās (līkne 1), tas ir saistīts ar sprieguma krituma palielināšanos statora tinumos un statora reakciju. Statora reakcija ir rotējošā statora magnētiskās plūsmas mijiedarbība ar rotora magnētisko plūsmu, kas griežas ar tādu pašu ātrumu (sinhroni). Palielinoties slodzei, palielinās statora tinumu magnētiskā plūsma, kas ir vērsta pretēji rotora magnētiskajai plūsmai. Rotora demagnetizācijas rezultātā e. d.s. un ģeneratora spriegumu. Ja ģeneratoram ir pievienota tikai aktīva slodze, statora magnētiskā plūsma tiks nobīdīta attiecībā pret rotoru par 90 ° leņķi. Statora reakcijas demagnetizējošais efekts ir nedaudz samazināts, un ģeneratora spriegums mainās pa līkni 2. Slodzes apstākļos ar kapacitātes pārsvaru statora magnētiskā plūsma tiek virzīta tajā pašā virzienā kā rotora magnētiskā plūsma. Tāpēc ģeneratora spriegums mainās pa līkni 3.
Regulēšanas raksturlielumi (200. att., c) ar aktīvo-induktīvo slodzi 1, aktīvo slodzi 2, aktīvo-kapacitatīvo slodzi 3 parāda ģeneratora 1 ierosmes strāvas atkarību no slodzes strāvas 1 pie nemainīga sprieguma, ātruma un jaudas koeficienta, t.i., 1 in - f (/) pie U const; n - konst; cos
1. Stators. Sinhronā ģeneratora stators, tāpat kā citas maiņstrāvas mašīnas, sastāv no serdes, kas izgatavota no elektrotērauda loksnēm, kuras rievās ir ielikts maiņstrāvas tinums, un rāmja - čuguna vai metināta apvalka no lokšņu tērauda.
Statora tinumu ievieto rievās, kas apzīmogotas uz serdes iekšējās virsmas. Tinuma izolācija tiek veikta īpaši uzmanīgi, jo iekārtai parasti ir jādarbojas ar augstu spriegumu. Kā izolāciju izmanto mikanītu un mikanīta lentu.
Zīm. 240, ņemot vērā sinhronā ģeneratora statora izskatu.
2. Rotors. Sinhrono mašīnu rotori pēc konstrukcijas ir sadalīti divos veidos:
A) izteikti pols (t.i., ar izteiktiem poliem) un
B) netieši polārs (t.i., ar netieši izteiktiem poliem).
Zīm. 241 ir parādītas sinhrono ģeneratoru ierīces shēmas ar izciliem un neciliem polu rotoriem.
Vienu vai citu rotora dizainu nosaka mehāniskās izturības apsvērumi. Mūsdienu ģeneratoros, kas rotē no ātrgaitas dzinējiem (tvaika turbīnas), rotora apkārtmēra ātrums var sasniegt 100-160 m/s (dažos gadījumos 170 m/s). Tāpēc ātrgaitas ģeneratoriem ir neizceļošs polu rotors. Ātrgaitas ģeneratoru griešanās ātrums ir 3000 apgr./min un 1500 apgr./min.
Izcilais polu rotors ir tērauda kalums.
Uz rotora loka ir piestiprināti stabi, uz kuriem tiek uzliktas ierosmes spoles, kas savienotas virknē ar otru. Ierosmes tinuma gali ir savienoti ar diviem
gredzeni, kas uzstādīti uz rotora vārpstas. Sukas ir uzliktas uz gredzeniem, kuriem ir pievienots pastāvīga sprieguma avots. Zīm. 242 parāda izcila pola rotora izskatu. Parasti līdzstrāvas ģenerators, kas sēž uz vienas vārpstas ar rotoru un tiek saukts par ierosinātāju, dod līdzstrāvu, lai rosinātu rotoru. Ierosinātāja jauda ir 0,25-1% no sinhronā ģeneratora nominālās jaudas. Ierosinātāju nominālais spriegums 60-350 V.
Zīm. 243 parāda sinhronās mašīnas ierosmes ķēdi.
Ir pieejami arī pašiedvesmojoši sinhronie ģeneratori. Līdzstrāva rotora ierosināšanai tiek iegūta, izmantojot selēna taisngriežus, kas savienoti ar ģeneratora statora tinumu. Pirmajā brīdī rotējošā rotora atlikušā magnētisma vājais lauks inducē nenozīmīgu mainīgo e statora tinumā. d.s. Selēna taisngrieži, kas savienoti ar maiņstrāvu, dod līdzstrāvu, kas nostiprina rotora lauku, un palielinās ģeneratora spriegums.
Neizcilā pola rotors ir izgatavots no vesela tērauda kaluma, kas pakļauts sarežģītai termiskai un mehāniskai apstrādei. Kā piemēru dosim Elektrosila rūpnīcas ražotā turboģeneratora rotora datus ar jaudu 100 tūkstoši kW pie n = 3000 apgr./min. Rotora diametrs D = 0,99 m, garums l=6,35 m Rotora apkārtmēra ātrums 155 m/sek. Mehāniski apstrādātais rotora kalums sver 46,5 tonnas.
Aksiālā virzienā pa rotora apkārtmēru tiek izfrēzētas rievas, kurās tiek novietots ierosmes tinums. Tinums rievās tiek fiksēts ar metāla (tērauda vai bronzas) ķīļiem. Tinuma priekšējās daļas ir nostiprinātas ar apvalka metāla gredzeniem.
Zīm. 244 parādīts vispārējs skats uz turboģeneratora netiešo polu rotoru gatavā formā.
Projektējot elektriskās mašīnas un transformatorus, dizaineri lielu uzmanību pievērš mašīnu ventilācijai. Sinhronajiem ģeneratoriem tiek izmantota gaisa un ūdeņraža dzesēšana.
Gaisa dzesēšana tiek veikta, izmantojot ventilatorus, kas uzstādīti uz vārpstas abās rotora pusēs (ģeneratoriem ar jaudu no 1,5 līdz 50 tūkstošiem kW) vai atrodas zem mašīnas pamatu caurumā (ģeneratoriem ar jaudu 100 tūkstoši kW) .
Aukstā gaisa masas, kas ieplūst ventilācijai, iziet caur filtriem, lai izvairītos no iekārtas piesārņošanas ar putekļiem.Ar slēgtu ventilācijas sistēmu iekārtu atdzesē ar tādu pašu gaisa daudzumu. Gaiss, izejot cauri iekārtai, tiek uzkarsēts un nonāk gaisa dzesētājos, pēc tam atkal tiek iespiests mašīnā utt. Dzesēšanai kalpo arī atsevišķās iekārtas daļās izvietotā ventilācijas kanālu sistēma. Visefektīvākais mašīnas dzesēšanas veids ir ūdeņraža dzesēšana. Ūdeņradis, kam ir 7,4 reizes lielāka siltumvadītspēja nekā gaisam, labāk noņem siltumu no karstajām iekārtas daļām. Gaisa dzesēšanas berzes zudumi ir aptuveni 50°/o no
visu automašīnas zaudējumu summa. Ūdeņraža īpatnējais svars ir 14,5 reizes mazāks nekā gaisam. Tāpēc berze pret ūdeņradi strauji samazinās. Ūdeņradis arī veicina iekārtas izolācijas un laku pārklājumu saglabāšanu. Izcilā pola sinhronā ģeneratora izskats ar patogēnu ir parādīts attēlā. 245, un neizvirzīto polu sinhronais ģenerators ar jaudu 50 tūkstoši kW - attēlā. 246.
Hidroģeneratorus darbina hidrauliskās turbīnas. Šīm turbīnām visbiežāk ir vertikāla vārpsta ar mazu apgriezienu skaitu. Zema ātruma sinhronajam ģeneratoram ir liels stabu skaits un līdz ar to lieli izmēri.
Tā, piemēram, tāda tipa hidroģenerators ar jaudu 50 tūkstoši kW, ko ražo vārdā nosauktā Elektrosila rūpnīca. S. M. Kirovs, kopējais svars 1142 g, statora diametrs 14 m, kopējais augstums 8,9 m, stabu skaits 96.
Zīm. 247 ir parādīta sinhronā ģeneratora shēma ar ierosinātāju, kas nodrošina strāvas un apgaismojuma slodzes. Zīm. 248 ir sinhronā ģeneratora savienojumu elektriskā shēma ar slodzi.
Sinhrono ģeneratoru statora tinumi ir izgatavoti tāpat kā asinhrono motoru statora tinumi.
Visi seši ģeneratora trīsfāzu tinumu gali parasti tiek parādīti uz tā vairoga. Savienojot trīs tinumu galus ar vienu kopīgu nulles punktu un trīs tinumu sākumus ievedot ārējā tīklā, iegūstam tinumu zvaigžņu savienojumu (249. att., a). Pirmā tinuma gala savienošana ar otrā sākumu, otrā beigas ar trešā sākumu, trešā beigas ar pirmā tinuma sākumu un trīs pieskārienu veikšana no savienojuma punktiem uz ārējo tīklu , mēs iegūstam tinumu savienojumu trīsstūrī (249. att., b).
9.1. Sinhronā ģeneratora ierīce un darbības princips
Sinhronās tiek sauktas elektriskās mašīnas, kuru rotācijas ātrums ir savienots ar nemainīgu attiecību ar maiņstrāvas tīkla frekvenci, kurā šī iekārta ir iekļauta. . Sinhronās mašīnas kalpo kā maiņstrāvas ģeneratori elektrostacijās, un sinhronie motori tiek izmantoti gadījumos, kad nepieciešams motors, kas darbojas ar nemainīgu ātrumu. Sinhronās mašīnas ir atgriezeniskas, t.i., tās var darboties gan kā ģeneratori, gan kā motori. Sinhronā mašīna pārslēdzas no ģeneratora režīma uz motora režīmu atkarībā no tā, vai uz to iedarbojas rotējošs vai bremzošs mehānisks spēks. Pirmajā gadījumā tas saņem mehānisko enerģiju uz vārpstas un dod elektrisko enerģiju tīklam, bet otrajā gadījumā tas saņem elektrisko enerģiju no tīkla un dod mehānisko enerģiju vārpstai.
Sinhronai mašīnai ir divas galvenās daļas: rotors un stators, un stators neatšķiras no asinhronās mašīnas statora. Sinhronās mašīnas rotors ir rotējošu elektromagnētu sistēma, kas tiek darbināta ar līdzstrāvu, ko rotoram piegādā caur slīdgredzeniem un sukām no ārēja avota. Statora tinumos rotējoša magnētiskā lauka iedarbībā tiek inducēts EML, kas tiek padots uz ģeneratora ārējo ķēdi. Sinhronā ģeneratora galvenā magnētiskā plūsma, ko rada rotējošais rotors, tiek ierosināta ar ārēju avotu - ierosinātāju, kas parasti ir mazjaudas līdzstrāvas ģenerators, kas tiek uzstādīts uz kopējas vārpstas ar sinhrono ģeneratoru. Tiešā strāva no ierosinātāja tiek padota uz rotoru caur sukām un slīdgredzeniem, kas uzstādīti uz rotora vārpstas. Rotora polu pāru skaitu nosaka tā griešanās ātrums. Daudzpolu sinhronajā mašīnā rotoram ir p
polu pāri, un strāvas statora tinumā arī veido p rotējoša magnētiskā lauka polu pārus (kā asinhronajā mašīnā). Rotoram jāgriežas ar lauka rotācijas biežumu, tāpēc tā ātrums ir vienāds ar:n=60f/p (9,1)
Pie f = 50 Hz un p = 1 n = 3000 apgr./min.
Mūsdienu turboģeneratori rotē ar šo frekvenci, kas sastāv no tvaika turbīnas un lieljaudas sinhronā ģeneratora ar rotoru, kuram ir viens polu pāris.
Hidroģeneratoros primārais dzinējs ir hidrauliskā turbīna, kuras ātrums ir no 50 līdz 750 apgriezieniem minūtē. Šajā gadījumā tiek izmantoti sinhronie ģeneratori ar izcilā pola rotoru ar no 4 līdz 60 stabu pāriem.
Primārajam dzinējam - dīzelim pieslēgto dīzeļģeneratoru rotācijas ātrums ir robežās no 500 līdz 1500 apgr./min.
Mazjaudas sinhronajos ģeneratoros parasti tiek izmantota pašiedziņa: ierosmes tinumu baro ar tā paša ģeneratora rektificēto strāvu (9.2. att.).
Ierosmes ķēdi veido ģeneratora slodzes ķēdē iekļautie CT strāvas transformatori, pēc trīsfāzu tilta shēmas samontēts pusvadītāju taisngriezis un ierosmes tinums OB ar regulēšanas reostatu R.
Ģeneratora pašiedrošanās notiek šādi. Ģeneratora palaišanas brīdī magnētiskās sistēmas atlikušās indukcijas dēļ ģeneratora darba tinumā parādās vājš EMF un strāvas. Tas noved pie EML parādīšanās CT transformatoru sekundārajos tinumos un nelielas strāvas ierosmes ķēdē, kas uzlabo iekārtas magnētiskā lauka indukciju. Ģeneratora emf palielinās, līdz mašīnas magnētiskā sistēma ir pilnībā satraukta.
Katrā statora tinuma fāzē inducētā EML vidējā vērtība:
Еср = c∙n∙Φ (9.2.)
n ir rotora ātrums;
Φ ir maksimālā magnētiskā plūsma, kas ierosināta sinhronajā mašīnā;
c ir nemainīgs koeficients, kurā ņemtas vērā šīs iekārtas konstrukcijas īpašības.
Ģeneratora spailes spriegums:
U = E - es z, kur
I - strāva statora tinumā (slodzes strāva);
Z ir tinuma pretestība (viena fāze).
Lai precīzi noregulētu EMF amplitūdu, magnētiskās plūsmas lielumu regulē, mainot strāvu ierosmes tinumā. EMF sinusoiditāte tiek nodrošināta, piešķirot noteiktu formu rotora polu daļām izceļotu polu mašīnās. Netiešā pola mašīnās vēlamo magnētiskās indukcijas sadalījumu panāk, īpaši novietojot ierosmes tinumus uz rotora virsmas.
Sinhronās mašīnās armatūras tinumu strāvu un rotora magnētiskais lauks griežas ar tādu pašu ātrumu (sinhroni). Sinhronās mašīnas ir atgriezeniskas, tas ir, tās var darboties kā ģeneratori un kā motori. Tomēr visplašāk tos izmanto kā ģeneratorus, kas tiek uzstādīti visās mūsdienu elektrostacijās.
Ģeneratoru izgudroja izcilais krievu elektroinženieris P. N. Jabločkovs. Šis ģenerators tika izmantots elektrisko sveču darbināšanai un pēc darbības principa neatšķīrās no mūsdienu ģeneratoriem, būdams pirmais daudzfāzu ģenerators. Uz tā statora tika uzlikti vairāki viens no otra izolēti tinumi, no kuriem katram bija sava ķēde ar sveču grupu.
1888. gadā cits izcils krievu elektroinženieris M. O. Dolivo-Dobrovolskis uzbūvēja pasaulē pirmo trīsfāzu ģeneratoru ar aptuveni 3 kVA jaudu.
Sinhronajam ģeneratoram ir divi galvenie pulksteņi, rotors un stators.
Rotors (kustīga, rotējoša mašīnas daļa) veido rotējošu elektromagnētu sistēmu, ko darbina līdzstrāva no ārēja avota.
Stators (mašīnas fiksētā daļa) neatšķiras no asinhronās mašīnas statora. Tā tinumā rotora rotējošā magnētiskā lauka darbība inducē EML, kas tiek piegādāts ģeneratora ārējai ķēdei (dzinēja režīmā statora tinumam tiek pievadīts tīkla spriegums). Šī ģeneratora konstrukcija ļauj novērst bīdāmos kontaktus ģeneratora slodzes ķēdē (statora tinums ir tieši savienots ar slodzi) un droši izolēt darba tinumu no mašīnas korpusa, kas ir ļoti svarīgi mūsdienu ģeneratoriem, kas ražoti lielai jaudai. pie augsta sprieguma. Sinhronā ģeneratora galvenā magnētiskā plūsma, ko rada rotējošs rotors, tiek ierosināta no ārēja ierosinātāja avota, kas ir parasts līdzstrāvas ģenerators (ar jaudu 0,5-10% no ģeneratora jaudas). Ierosinātājs ir uzstādīts uz kopējas vārpstas ar ģeneratoru vai savienots ar ģeneratora vārpstu ar sajūga vai siksnas piedziņu. Tiešā strāva no ierosinātāja iet caur rotora tinumu caur diviem gredzeniem un fiksētām sukām, kas uzstādītas uz rotora vārpstas.
Atbilstoši to konstrukcijai rotori izšķir izcilo polu (5.-25. att., a) un netiešo polu (5.-25. att., b). Rotora polu pāru skaitu nosaka tā griešanās ātrums. Pie ģenerētās EMF frekvences 50 Hz ātrgaitas turboģeneratora iekārtas netieša pola rotors, kas rotē ar ātrumu
3000 apgr./min, ir viens stabu pāris, savukārt zema ātruma hidroģeneratora (kura griešanās ātrumu nosaka ūdens spiediena augstums) izcilā pola rotors, kas griežas ar ātrumu no 50 līdz 750 apgr./min. polu pāru skaits attiecīgi no 60 līdz 4.
Mazjaudas sinhronie ģeneratori (līdz 100 kVA), kā likums, ir pašiedvesmi: ierosmes tinumu baro ar tā paša ģeneratora rektificēto strāvu (5.-26. att.). Ierosmes ķēdi veido strāvas transformatori, kas iekļauti ģeneratora slodzes ķēdē, pusvadītāju taisngriezis PV, kas samontēts, piemēram, saskaņā ar trīsfāzu tilta ķēdi, un ģeneratora OB ierosmes tinums ar regulēšanas reostatu R .
Ģeneratora pašiedrošanās notiek šādi. Ģeneratora palaišanas brīdī magnētiskās sistēmas atlikušās indukcijas dēļ ģeneratora darba tinumā parādās vājš EMF un strāvas. Tas noved pie EML parādīšanās CT transformatoru sekundārajos tinumos un nelielas strāvas ierosmes ķēdē, kas uzlabo iekārtas magnētiskā lauka indukciju. Ģeneratora emf palielinās, līdz mašīnas magnētiskā sistēma ir pilnībā satraukta.
Šādus ģeneratorus (vienfāzes un trīsfāžu) izmanto mazjaudas, zemsprieguma mobilajās elektrostacijās, ko izmanto, piemēram, lauksaimniecībā aitu un slaucamo govju elektriskai cirpšanai, kā arī lauku mobilo kinoteātru iekārtu apgādei, uc Šajos ģeneratoros darba tinumu bieži veic uz rotora, un uz statora iekšējās virsmas ir sakārtota polu sistēma ar izteiktiem poliem. Ģenerators ir savienots ar ārēju slodzi, izmantojot bīdāmos strāvas kolektorus (birstes ar gredzeniem uz rotora ass).
Sinhronā mašīna ir maiņstrāvas elektriskā mašīna, kuras rotora ātrums ir vienāds ar magnētiskā lauka ātrumu gaisa spraugā.
Sinhronie motori rūpniecībā tiek plaši izmantoti elektriskajām piedziņām, kas darbojas ar nemainīgu ātrumu (kompresori, sūkņi utt.). Nesen, ņemot vērā pārveidotāju pusvadītāju tehnoloģiju parādīšanos, tika izstrādātas vadāmas sinhronās elektriskās piedziņas.
Sinhronās mašīnas ierīce
Sinhrono un asinhrono mašīnu statori ir pilnīgi vienādi.
Sinhronā ģeneratora stators sastāv no čuguna slāņa - korpusa, kura iekšpusē ir statora serde, kas samontēta no atsevišķām elektrotērauda loksnēm, izolēta ar laku vai plānu papīru. Serdes rievās statora tinums ir izgatavots no izolētas vara stieples (164. att.).
Sinhrono ģeneratoru rotori ir divu veidu - izcilais pols un netiešais pols (tukšs).
Izvirzīto polu rotori tiek izmantoti sinhroniem ģeneratoriem ar nelielu apgriezienu skaitu (no 125 apgr./min. līdz 1500 apgr./min.), kas parasti savienoti ar zema ātruma hidrauliskām turbīnām, kā arī mazas un vidējas jaudas ģeneratoriem.
Implicita polu rotori tiek izmantoti ģeneratoros ar lielu ātrumu (3000 apgr./min.) un lielu jaudu, parasti savienoti uz vienas vārpstas ar tvaika turbīnām, šos ģeneratorus sauc par turboģeneratoriem.
Stabu serdes pārsvarā ir izgatavotas no lietā tērauda, un apavi dažkārt ir izgatavoti no atsevišķām elektrotērauda loksnēm. Stabu tinums ir izgatavots no vara izolētiem vadiem. Lai iegūtu sinusoidāli mainīgu emf. gaisa spraugā ir nepieciešams sinusoidāls magnētiskās indukcijas sadalījums. Tas tiek panākts ar gaisa spraugas nelīdzenumu starp pola galu un statora tēraudu: gaisa sprauga gar polu malām ir lielāka nekā zem staba vidus (167. att.).
Uz ģeneratora vārpstas ir uzlikti divi no tās izolēti gredzeni, kuriem ir pievienoti rotora ierosmes tinumu vadi, tos sauc par slīdgredzeniem. Uz kontaktgredzeniem ir uzstādītas birstes, un no patogēna uz sukām tiek piegādāta līdzstrāva.
Visbiežāk par ierosinātāju tiek izmantota līdzstrāvas mašīna, ko sauc par mašīnu ierosinātāju, un pēdējā laikā ierosmei tiek izmantoti cietie vai mehāniskie taisngrieži. Lielākajā daļā sinhrono mašīnu ierosinātājs atrodas uz tās pašas vārpstas ar ģeneratoru, un jaunākajās konstrukcijās ierosinātājs atrodas sinhronās mašīnas statora augšpusē.
Sinhronā ģeneratora darbības princips
Sinhronais ģenerators sastāv no fiksēta - statora, kura rievās ir ievietots trīsfāzu maiņstrāvas tinums, un rotējošās daļas - rotora, kas ir elektromagnēts.
Rotora ierosmes tinumus padod caur sukām un gredzeniem ar līdzstrāvu no ierosinātāja - līdzstrāvas mašīnas vai kāda veida taisngrieža.
Pieņemot, ka magnētiskā indukcija sinusoidāli sadalīts gaisa spraugā - , tad ģeneratora armatūras tinumā inducētajam EML būs šāda forma:
Šī EMF darbības rezultātā ģeneratora ķēdē, kas ir slēgta slodzei Z, parādīsies maiņstrāva. Attiecīgā ģeneratora mainīgā EMF frekvenci nosaka rotora ātrums: ar vienu ierosmes lauka polu pāri () viens rotora apgrieziens atbilst vienam maiņstrāvas periodam. Kopumā sinhronā ģeneratora EML frekvence (Hz) ir tieši proporcionāla rotora ātrumam [rpm], t.i.
Tinums, kurā tiek inducēts EML, atrodas uz ģeneratora stacionārās daļas - uz statora. Šajā gadījumā ierosmes tinumu novieto uz rotora . Šāda konstrukcijas shēma ir visracionālākā lieljaudas sinhronajās mašīnās, jo, ja darba tinums atrodas uz rotora, ievērojamas jaudas būtu jāpārnes uz darba tinumu caur slīdgredzeniem pie sprieguma līdz 20 kV. Šādos apstākļos slīdgredzenu un suku darbība kļūtu ļoti neuzticama, un enerģijas zudumi otas kontaktā būtu ievērojami. Kad darba tinums atrodas uz statora, šī tinuma vadi ir tieši savienoti ar elektrisko tīklu. Protams, arī šajā gadījumā iekārta neatbrīvojas no slīdgredzeniem un sukām, kas nepieciešamas lauka tinuma savienošanai ar ierosinātāju. Bet, tā kā ierosmes strāvas vērtība ir desmit reizes mazāka par darba (maiņstrāvu) un spriegums nepārsniedz 450 V, birstes kontakts darbojas uzticamāk, un enerģijas zudumi tajā ir mazi.
Pamatojoties uz iepriekš minētajiem apsvērumiem, sinhronās mašīnas, kā likums, tiek veiktas ar darba tinumu, kas atrodas uz statora.
Sinhrono mašīnu statora tinums parasti ir trīsfāzu tinums, kas savienots ar zvaigznīti vai trīsstūri.
Uz rotora atrodas ierosmes tinums, pieslēdzot līdzstrāvas avotu (ierosinātāju), rodas magnētiskais ierosmes lauks. Ar galvenā dzinēja palīdzību ģeneratora rotors tiek iedarbināts ar ātrumu. Tajā pašā laikā rotora rotējošais magnētiskais lauks inducē EML statora trīsfāzu tinumā, kas, būdams vienāds pēc lieluma un fāzē nobīdīts viens pret otru par 120, veido trīsfāzu simetrisku EML sistēmu. .
Lielākā daļa sinhrono ģeneratoru ir paredzēti rūpnieciskai frekvencei 50 Hz. Lai iegūtu šādas frekvences EML, ir nepieciešams, lai rotora ātrums būtu vienāds ar 