Synkron maskine
Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 4. november 2021; checks kræver 7 redigeringer .En synkronmaskine er en to-vindet AC - maskine , hvis viklinger er forbundet til et elektrisk netværk med en konstant frekvens, og den anden er exciteret af jævnstrøm. Rotorens rotationsfrekvens er lig med rotationsfrekvensen af magnetfeltet i luftgabet [1] . Det er en elektrisk motor.
Enhed
Hoveddelene af en synkronmaskine er ankeret og induktoren (feltvikling). Som regel er ankeret placeret på statoren, og der er en induktor på rotoren adskilt fra den af et mellemrum - således, ifølge driftsprincippet, er en synkronmaskine så at sige en "vendt vrangen ud" ” DC-maskine, hvis vekselstrøm til armaturviklingen ikke opnås ved hjælp af en kollektor , men forsynes udefra.
Et armatur er en eller flere AC-viklinger. I motorer skaber de strømme, der tilføres ankeret, et roterende magnetfelt, der kobles sammen med induktorens felt, og dermed omdannes energien. Armaturfeltet påvirker induktorens felt og kaldes derfor også ankerreaktionsfeltet . I generatorer skabes ankerreaktionsfeltet af vekselstrømme induceret i ankerviklingen fra induktoren.
Induktoren består af poler - DC elektromagneter [2] eller permanente magneter (i mikromaskiner ). Synkrone maskininduktorer kommer i to forskellige designs: fremspringende pol eller ikke-fremspringende pol. En fremtrædende polmaskine udmærker sig ved, at polerne er udtalte og har et design svarende til polerne på en DC-maskine . Med et ikke-fremspringende poldesign passer excitationsviklingen ind i rillerne på induktorkernen, meget lig viklingen af rotorerne på asynkrone maskiner med en faserotor , med den eneste forskel, at der er et sted tilbage mellem polerne der ikke er fyldt med ledere (den såkaldte store tand ). Ikke-fremspringende stangdesign bruges i højhastighedsmaskiner for at reducere den mekaniske belastning på stængerne.
For at reducere den magnetiske modstand, det vil sige for at forbedre passagen af den magnetiske flux, anvendes ferromagnetiske kerner af rotoren og statoren. Dybest set er de en lamineret (samlet fra individuelle plader) konstruktion lavet af elektrisk stål .
Sådan virker det
Som enhver elektrisk maskine kan en synkronmaskine fungere i motor- og generatortilstande.
Generatortilstand
Typisk er synkrone generatorer lavet med et anker placeret på statoren for at gøre det lettere at aflade elektrisk energi. Da excitationseffekten er lille sammenlignet med den effekt, der tages fra ankeret (0,3 ... 2%), forårsager forsyningen af jævnstrøm til excitationsviklingen ved hjælp af to slæberinge ikke særlige vanskeligheder. Princippet om drift af en synkron generator er baseret på fænomenet elektromagnetisk induktion; når rotoren roterer, låser den magnetiske flux skabt af feltviklingen på skift med hver af faserne af statorviklingen, hvilket inducerer en EMF i dem. I det mest almindelige tilfælde med at bruge en trefaset fordelt ankervikling i hver af faserne, forskudt i forhold til hinanden med 120 grader, induceres en sinusformet EMF. Ved at forbinde faserne i henhold til standard "trekant" eller "stjerne" -skemaer opnås en trefaset spænding ved generatorens udgang, som er en generelt accepteret standard for hovedstrømnetværk.
Frekvensen af den inducerede EMF [Hz] er relateret til rotorhastigheden [rpm] ved relationen:
,
hvor er antallet af pælepar.
Ofte bruges synkrone generatorer i stedet for kollektormaskiner til at generere jævnstrøm, der forbinder deres armaturviklinger til trefasede ensrettere - på diesellokomotiver (for eksempel TEP70 , 2TE116 ), biler , fly . Dette gøres på grund af den meget større pålidelighed og TBO af synkrone maskiner. [3] [4]
Motortilstand
Princippet for drift af en synkronmotor er baseret på samspillet mellem det roterende magnetiske felt af ankeret og det magnetiske felt af induktorens poler. Typisk er ankeret placeret på statoren, og induktoren er placeret på rotoren. I kraftige motorer bruges elektromagneter som poler (strøm tilføres rotoren gennem en børste-ring-glidekontakt), i laveffektmotorer, for eksempel i harddiskmotorer , bruges permanente magneter. Der er et omvendt motordesign, hvor ankeret er placeret på rotoren, og induktoren er på statoren (i forældede motorer såvel som i moderne kryogene synkrone maskiner, hvor superledere bruges i excitationsviklingerne ).
Motor starter. Motoren skal accelereres til en frekvens tæt på rotationsfrekvensen af magnetfeltet i mellemrummet, før den kan fungere i synkron tilstand. Ved denne hastighed låser det roterende magnetiske felt af ankeret med magnetfelterne i induktorens poler: hvis induktoren er placeret på statoren, viser det sig, at det roterende magnetiske felt af det roterende anker (rotor) er stationært i forhold til det konstante felt af induktoren (statoren), hvis induktoren er på rotoren, så er magnetfeltet for de roterende poler af induktoren (rotoren) stationære i forhold til det roterende magnetfelt af ankeret (statoren) - dette fænomen kaldes "synkronismeindgang".
Til overclocking bruges normalt en asynkron tilstand [5] , hvor induktorviklingerne lukkes gennem en reostat eller kortsluttes, som i en asynkron maskine , til sådan en starttilstand i maskiner laves en kortsluttet vikling på rotoren, som også spiller rollen som en beroligende vikling, der eliminerer rotorens "sving" under synkronisering. Efter at have nået en hastighed tæt på den nominelle (> 95% - den såkaldte subsynkrone hastighed), tilføres induktoren jævnstrøm.
I motorer med permanentmagneter anvendes en ekstern accelerationsmotor eller en frekvensstyret start , og frekvensregulering anvendes også på alle typer SD i driftstilstanden - for eksempel på trækmotorer i et højhastigheds elektrisk tog TGV . Motorerne i gamle elektriske pladespillere krævede en manuel start - scrolle rekorden i hånden, senere begyndte asynkronmotorer at blive brugt i pladespillerne.
Nogle gange placeres en lille generator (jævnstrøm eller vekselstrøm med ensretter) på akslen af store maskiner, den såkaldte. exciter, der føder excitationsviklingen. I nogle tilfælde (f.eks. på diesellokomotiver) er exciteren installeret separat og drives gennem en step-up gearkasse. [6]
Rotorhastigheden [rpm] forbliver uændret, stift relateret til netfrekvensen [Hz] ved forholdet:
,
hvor - antallet af par statorpoler, afhængigt af maskinens belastning, kun belastningsvinklen ændres (vinkel theta ) - den elektriske vinkel for at forskyde eller fremføre excitationsfeltet i forhold til ankerfeltet. Ved en belastningsvinkel på mere end 90 elektriske grader falder maskinen ud af synkronisme - den stopper, hvis akslen er overbelastet med bremsemoment, eller går til højere hastigheder, hvis maskinen kører i generatortilstand og er underbelastet med elektrisk belastning.
Synkronmotorer, når excitationen ændres, ændrer cosinus phi fra kapacitiv til induktiv. Overexciterede tomgangsmotorer bruges som reaktiv effektkompensator. Synkronmotorer i industrien bruges normalt til enhedseffekter på mere end 300 kW (blæsere, vandoverførsels- og olieoverførselspumper), for eksempel af STD-typen, ved lavere ydelser, en enklere (og mere pålidelig) asynkronmotor med et egern -Cage rotor bruges normalt. .
Varianter af synkrone maskiner
En hydroelektrisk generator er en fremtrædende pol synkron generator designet til at generere elektrisk energi i drift fra en hydraulisk turbine (ved lave omdrejningshastigheder, 50-600 min - 1 ).
Turbogenerator er en implicit pol synkron generator designet til at generere elektrisk energi i drift fra en damp- eller gasturbine ved høje rotorhastigheder - 6000 (sjældent), 3000, 1500 rpm.
Synkron kompensator - en synkronmotor designet til at generere reaktiv effekt, der fungerer uden belastning på akslen (tomgang); i dette tilfælde passerer praktisk talt kun reaktiv strøm gennem ankerviklingen. Den synkrone kompensator kan fungere i effektfaktorforbedringstilstand eller i spændingsstabiliseringstilstand. Giver en induktiv belastning.
Dual power maskine (især AFM ) - en synkron maskine med strømforsyning til rotoren og statorviklingerne med strømme af forskellige frekvenser, på grund af hvilke ikke-synkrone driftstilstande skabes.
Slaggenerator - en synkron generator (normalt trefaset strøm), designet til kortvarig drift i kortslutningstilstand (kortslutning).
Selsynen er en laveffekt synkron maskine, der bruges som en rotationsvinkelsensor eller i tandem med en anden selsyn til at overføre rotationsvinklen uden en direkte mekanisk forbindelse.
Der er også gearløse, stepper, induktor, hysterese, berøringsfri synkronmotorer.
Kontaktløs synkron maskine
I en klassisk synkronmaskine er der et svagt punkt – slæberinge med børster, som slides hurtigere end andre dele af maskinen på grund af elektrisk erosion og simpelt mekanisk slid. Derudover kan børstegnister forårsage en eksplosion. Derfor blev kontaktløse tre-maskine synkrongeneratorer udbredt , først inden for luftfart og senere på andre områder (især på autonome dieselgeneratorer ). Tre maskiner er placeret i kroppen af en sådan enhed - en sub-exciter, en exciter og en generator, deres rotorer roterer på en fælles aksel. Subexciteren er en synkron generator med excitation fra permanente magneter, der roterer på rotoren, dens spænding tilføres generatorens styreenhed, hvor den ensrettes, reguleres og føres ind i exciterens statorvikling. Statorfeltet inducerer en strøm i magnetiseringsviklingen, som ensrettes af en blok af roterende ensrettere (BVR), der er placeret på akslen og går ind i generatorens magnetiseringsvikling. Generatoren genererer allerede strøm til forbrugerne.
En sådan ordning sikrer både fraværet af andre mekaniske dele i motoren, bortset fra lejer, og generatorens autonomi - hele tiden, mens generatoren roterer, giver exciteren spænding, der kan bruges til at drive generatorens styrekredsløb.
Noter
- ↑ Anvendelser af synkronmaskiner . infopedia.su . Hentet 21. november 2021. Arkiveret fra originalen 21. november 2021.
- ↑ Normalt er excitationsstrømmen konstant, men nogle gange kan den have en mere kompleks tidsafhængighed (når de f.eks. kunstigt vil sikre maskinens stabilitet eller skabe en form for kompleks driftsform).
- ↑ Luftfartsudstyr / udg. Yu. P. Dobrolensky . - M . : Militært forlag, 1989. - 248 s. — ISBN 5-203-00138-3 . Arkiveret 3. december 2021 på Wayback Machine
- ↑ Enhed og drift af MAZ-500A og GAZ-66 biler: Lærebog - M., DOSAAF, 1981, Kalishev G.V., Komarov Yu.N., Romanov V.M., BBC 39.335.4
- ↑ Karelin V. Ya., Minaev A. V. Pumper og pumpestationer . - 2. - M . : Stroyizdat, 1986. Arkiveret kopi af 27. december 2018 på Wayback Machine
- ↑ Filonov S.P. Lokomotiv 2TE116 . - 2. - M .: Transport , 1985. - ISBN 5-277-02012-8 . Arkiveret 12. december 2018 på Wayback Machine
Se også
Links
- Synkronmotorer - typiske startordninger
- Hydrogeneratorer
- Synkronmotorer i STD-serien med en effekt på 630-12 500 kW
| Motorer | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| se også evighedsmaskine Gearmotor gummi motor | |||||||||||||||||