Synkronmaskin

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 4 november 2021; kontroller kräver 7 redigeringar .

En synkronmaskin är en tvålindad AC - maskin , vars ena lindning är ansluten till ett elektriskt nätverk med konstant frekvens, och den andra exciteras av likström. Rotationsfrekvensen för rotorn är lika med rotationsfrekvensen för magnetfältet i luftgapet [1] . Det är en elmotor.

Enhet

Huvuddelarna i en synkronmaskin är ankaret och induktorn (fältlindning). Som regel är ankaret placerat på statorn, och det finns en induktor på rotorn som är separerad från den med ett gap - så att enligt operationsprincipen är en synkronmaskin så att säga en "vänd ut och in" ” DC-maskin, vars växelström för armaturlindningen inte erhålls med hjälp av en kollektor utan matas utifrån.

En armatur är en eller flera AC-lindningar. I motorer skapar de strömmar som tillförs ankaret ett roterande magnetfält som kopplas till induktorns fält, och därmed omvandlas energin. Armaturfältet påverkar induktorns fält och kallas därför även för ankarreaktionsfältet . I generatorer skapas ankarreaktionsfältet av växelströmmar som induceras i ankarlindningen från induktorn.

Induktorn består av poler - DC -elektromagneter [2] eller permanentmagneter (i mikromaskiner ). Synkrona maskininduktorer finns i två olika utföranden: utskjutande pol eller icke-utskjutande pol. En utmärkande polmaskin kännetecknas av att polerna är uttalade och har en design som liknar polerna på en DC-maskin . Med en icke-utmärkande polkonstruktion passar magnetiseringslindningen in i spåren på induktorkärnan, mycket lik lindningen av rotorerna på asynkrona maskiner med en fasrotor , med den enda skillnaden att det finns en plats kvar mellan polerna som inte är fylld med ledare (den så kallade stora tanden ). Icke-utmärkande stolpkonstruktioner används i höghastighetsmaskiner för att minska den mekaniska belastningen på stolparna.

För att minska det magnetiska motståndet, det vill säga för att förbättra passagen av det magnetiska flödet, används ferromagnetiska kärnor i rotorn och statorn. I grund och botten är de en laminerad (samlad från individuella ark) konstruktion gjord av elektriskt stål .

Hur det fungerar

Som vilken elektrisk maskin som helst kan en synkronmaskin arbeta i motor- och generatorlägen.

Generatorläge

Typiskt är synkrona generatorer gjorda med en armatur placerad på statorn, för att underlätta urladdning av elektrisk energi. Eftersom magnetiseringseffekten är liten jämfört med kraften som tas från ankaret (0,3 ... 2%), orsakar inte tillförseln av likström till exciteringslindningen med hjälp av två släpringar några särskilda svårigheter. Funktionsprincipen för en synkron generator är baserad på fenomenet elektromagnetisk induktion; när rotorn roterar, låses det magnetiska flödet som skapas av fältlindningen i sin tur med var och en av faserna i statorlindningen, vilket inducerar en EMF i dem. I det vanligaste fallet med användning av en trefasfördelad ankarlindning i var och en av faserna, förskjuten i förhållande till varandra med 120 grader, induceras en sinusformad EMF. Genom att ansluta faserna enligt standardscheman för "triangel" eller "stjärna", erhålls en trefasspänning vid utgången av generatorn, vilket är en allmänt accepterad standard för huvudkraftnät.

Frekvensen för den inducerade EMF [Hz] är relaterad till rotorhastigheten [rpm] genom förhållandet:

,

var är antalet polpar.

Ofta används synkrona generatorer istället för kollektormaskiner för att generera likström, som ansluter deras ankarlindningar till trefaslikriktare - på diesellokomotiv (till exempel TEP70 , 2TE116 ), bilar , flygplan . Detta görs på grund av den mycket större tillförlitligheten och TBO hos synkrona maskiner. [3] [4]

Motorläge

Funktionsprincipen för en synkronmotor är baserad på interaktionen mellan det roterande magnetfältet hos ankaret och det magnetiska fältet hos induktorns poler. Typiskt är ankaret placerat på statorn, och induktorn är placerad på rotorn. I kraftfulla motorer används elektromagneter som poler (ström tillförs rotorn genom en borstringsglidkontakt), i lågeffektmotorer, till exempel i hårddiskmotorer , används permanentmagneter. Det finns en inverterad motordesign, där ankaret är placerat på rotorn och induktorn är på statorn (i föråldrade motorer, såväl som i moderna kryogena synkrona maskiner, där supraledare används i excitationslindningarna ).

Motor startar. Motorn måste accelereras till en frekvens nära rotationsfrekvensen för magnetfältet i gapet innan den kan arbeta i synkront läge. Vid denna hastighet låser det roterande magnetfältet hos ankaret med magnetfälten hos induktorns poler: om induktorn är placerad på statorn, visar det sig att det roterande magnetfältet hos den roterande ankaret (rotorn) är stationär i förhållande till induktorns (stator) konstanta fält, om induktorn är på rotorn, är magnetfältet för de roterande induktorns (rotorns) poler stationära i förhållande till det roterande magnetfältet hos ankaret (statorn) - detta fenomen kallas "synkronisminträde".

För överklockning används vanligtvis ett asynkront läge [5] , där induktorlindningarna sluts genom en reostat eller kortsluts, som i en asynkron maskin , för ett sådant startläge i maskiner görs en kortsluten lindning på rotorn, som också spelar rollen som en lugnande lindning som eliminerar rotorns "svängning" under synkronisering. Efter att ha nått en hastighet nära den nominella (> 95% - den så kallade subsynkrona hastigheten) matas induktorn med likström.

I motorer med permanentmagneter används en extern accelerationsmotor eller en frekvensstyrd start , och frekvensreglering används även på alla typer av SD i driftläget - till exempel på dragmotorer för ett höghastighetståg TGV . Gamla elektriska skivspelares motorer krävde manuell start - rullning av skivan för hand, senare började asynkronmotorer användas i skivspelarna.

Ibland placeras en liten generator (likström eller växelström med likriktning) på axeln på stora maskiner, den sk. exciter som matar excitationslindningen. I vissa fall (till exempel på diesellokomotiv) installeras exciteren separat och drivs genom en stegväxellåda. [6]

Rotorhastigheten [rpm] förblir oförändrad, styvt relaterad till nätfrekvensen [Hz] med förhållandet:

,

där - antalet par statorpoler, beroende på maskinens belastning, endast belastningsvinkeln ändras (vinkel theta ) - den elektriska vinkeln för eftersläpning eller frammatning av excitationsfältet med avseende på ankarfältet. Vid en belastningsvinkel på mer än 90 elektriska grader faller maskinen ur synkronism - den stannar om axeln överbelastas med bromsmoment, eller går till högre hastigheter om maskinen arbetar i generatorläge och är underbelastad med elektrisk belastning.

Synkronmotorer, när excitationen ändras, ändrar cosinus phi från kapacitiv till induktiv. Överexciterade tomgångsmotorer används som reaktiv effektkompensator. Synkronmotorer inom industrin används vanligtvis för enhetseffekter över 300 kW (fläktar, vattenöverförings- och oljeöverföringspumpar), till exempel av STD-typ, vid lägre effekter, en enklare (och mer pålitlig) asynkronmotor med en ekorre -burrotor används vanligtvis. .

Variationer av synkrona maskiner

En vattenkraftgenerator är en synkrongenerator med framträdande pol utformad för att generera elektrisk energi i drift från en hydraulisk turbin (vid låga rotationshastigheter, 50–600 min – 1 ).

Turbogenerator är en implicit polsynkron generator utformad för att generera elektrisk energi i drift från en ång- eller gasturbin vid höga rotorhastigheter - 6000 (sällan), 3000, 1500 rpm.

Synkronkompensator - en synkronmotor utformad för att generera reaktiv effekt, som arbetar utan belastning på axeln (tomgång); i detta fall passerar praktiskt taget endast reaktiv ström genom ankarlindningen. Den synkrona kompensatorn kan arbeta i effektfaktorförbättringsläge eller i spänningsstabiliseringsläge. Ger en induktiv belastning.

Dual power maskin (särskilt AFM ) - en synkron maskin med strömförsörjning till rotorn och statorlindningarna med strömmar av olika frekvenser, på grund av vilka icke-synkrona driftlägen skapas.

Impact generator - en synkron generator (vanligtvis trefasström), designad för kortvarig drift i kortslutningsläge (kortslutning).

Selsynen är en synkronmaskin med låg effekt som används som en rotationsvinkelsensor eller i tandem med en annan selsyn för att överföra rotationsvinkeln utan en direkt mekanisk anslutning.

Det finns också växellösa, stepper, induktor, hysteres, beröringsfria synkronmotorer.

Kontaktlös synkronmaskin

I en klassisk synkronmaskin finns en svag punkt - släpringar med borstar, som slits ut snabbare än övriga delar av maskinen på grund av elektrisk erosion och enkelt mekaniskt slitage. Dessutom kan borstgnistor orsaka en explosion. Därför, först inom flyget , och senare inom andra områden (särskilt på autonoma dieselgeneratorer ), blev kontaktlösa tre-maskins synkrona generatorer utbredda. Tre maskiner placeras i kroppen av en sådan enhet - en sub-exciter, en exciter och en generator, deras rotorer roterar på en gemensam axel. Subexcitern är en synkron generator med excitation från permanentmagneter som roterar på rotorn, dess spänning tillförs generatorns styrenhet, där den likriktas, regleras och matas in i excitatorns statorlindning. Statorfältet inducerar en ström i magnetiseringslindningen, som likriktas av ett block av roterande likriktare (BVR) placerade på axeln och går in i generatorns magnetiseringslindning. Generatorn genererar redan ström som går till konsumenterna.

Ett sådant schema säkerställer både frånvaron av andra mekaniska delar i motorn, förutom lager, och generatorns autonomi - hela tiden medan generatorn roterar, ger excitern spänning som kan användas för att driva generatorns styrkretsar.

Anteckningar

  1. ↑ Tillämpningar av synkrona maskiner . infopedia.su . Hämtad 21 november 2021. Arkiverad från originalet 21 november 2021.
  2. ↑ Vanligtvis är excitationsströmmen konstant, men ibland kan den ha ett mer komplext tidsberoende (när de till exempel vill säkerställa maskinens stabilitet eller skapa något slags komplext driftsätt).
  3. ↑ Flygutrustning / ed. Yu. P. Dobrolensky . - M . : Militärt förlag, 1989. - 248 sid. — ISBN 5-203-00138-3 . Arkiverad 3 december 2021 på Wayback Machine
  4. ↑ Enhet och drift av MAZ-500A och GAZ-66 bilar: Lärobok - M., DOSAAF, 1981, Kalishev G.V., Komarov Yu.N., Romanov V.M., BBC 39.335.4
  5. ↑ Karelin V. Ya., Minaev A. V. Pumpar och pumpstationer . - 2:a. - M . : Stroyizdat, 1986. Arkiverad kopia av 27 december 2018 på Wayback Machine
  6. ↑ Filonov S.P. Lokomotiv 2TE116 . - 2:a. - M .: Transport , 1985. - ISBN 5-277-02012-8 . Arkiverad 12 december 2018 på Wayback Machine

Se även

Länkar

 Motorer
Elektriska motorer
Asynkron
Synkron
Övrig
se även evighetsmaskin Kuggväxelmotor gummimotor