Proiectarea și operarea unei mașini sincrone, electrice

Proiectarea și funcționarea mașinii sincrone

Proiectare de mașini sincrone. Mașina sincronă indiferent de moduri constă din două părți principale: un stator fix, care îndeplinește funcțiile armăturii și un rotor rotativ în interiorul statorului și servește inducer (Figura 4.1.).

Statorul unei mașini sincrone cu trei faze este similar cu stator trifazat motorul asincron. Acesta constă dintr-un miez carcasă / cilindru 2, din plăcile de oțel electrice individuale formate, iar înfășurarea 3 trei faze, miezul pus în caneluri.

Rotorul mașinii sincrone este un electromagnet de curent continuu, care generează un câmp magnetic rotativ cu rotorul. Rotorul are un câmp de înfășurare 4, care într-un contact special inel 5 este alimentat cu curent continuu de redresor sau de la un mic generator de curent continuu, numit patogen.

În energia internă și mașini sincrone cu „fără perii“ excitație. Înfășurării rotorului acestor mașini acționate de un redresor rotativ, împreună cu rotorul. Redresorul la rândul său, este alimentat de excitatoare, care are un rotor rotativ cu o înfășurare trifazată excitat de magneți permanenți fixe.

Rotoarele mașini sincrone sunt de două tipuri: cu poli pronunțată și implicite.

(. Figura 4.1) Rotoare cu polii frapante sunt utilizate într-un vehicule cu viteză relativ scăzută (80-1000 rot / min), de exemplu hidrogeneratoare; ei au poli znachitelnoechislo. Structural, rotoarele de acest tip (fig. 4.2) constau dintr-un ax 6, 7, 8 butuci stâlpi, întărește canelați butuc pol de excitație bobinele 4, dispuse pe stâlpi. Suprafața polii vârfului pol are un profil astfel încât inducția magnetică în fanta de aer a mașinii este distribuit aproximativ sinusoidal. Pentru mașinile de mare viteză (turbogeneratoare, motoare sincrone, turbocompresoare și m. P.) Design Salient rotor pol nu este aplicabil datorită diametrului relativ mare al rotorului și care rezultă din aceste forțe centrifuge inacceptabil de mari.

rezistență mecanică mai mare are poli rotor exprimat în mod implicit. Constă (Fig. 4.3) a miezului 1 și câmpul de înfășurare 2. Miezul este fabricat din oțel forjat formă cilindrică. Pe canalele sale de suprafață exterioară macinate, în care este prevăzută excitația înfășurării.

Excitația Înfășurarea distribuite în șanțuri ale miezului, astfel încât câmpul magnetic generat de acesta a fost distribuit în drept spațiu aproape sinusoidală.

Principiul de funcționare și EMF generatorului sincron. generator sincron se bazează pe fenomenul de inducție electromagnetică. Când armătură inactiv înfășurare (stator) este deschisă și câmpul magnetic este format numai mașină câmpului rotoric (fig. 4.4). La rotirea rotorului generatorului sincron de la motor AP cu fir la o frecvență constantă NO câmp magnetic al rotorului, conductori de trecere ale AX înfășurări de fază stator, BY, CZ (Fig.4.4, a) induce CEM în ele. unde B - inducția magnetică în întrefier între stator și rotor; l - lungimea activă a conductorului; - viteză lineară a conductoarelor care traversează câmpul magnetic.

Sa observat mai sus că este distribuit inducției B în întrefier unde sinuos - unghiul măsurat de la linia neutră, astfel încât tensiunea electromotoare într-un conductor.

Desemnările. constatăm că Emf în conductoarele înfășurărilor statorice variază sinusoidal.

EMF conductoarele individuale ale fiecăruia dintre înfășurările statorului sunt deplasate în fază una față de cealaltă, astfel încât acestea sunt însumate geometric (inducție EMF similare statorul motorului - vezi secțiunea 3.8.1 ..). Valoarea efectivă a electromotoare unei faze determinate de expresia:

în care - raportul de înfășurare; - frecvența CEM sinusoidal; - numărul de înfășurări ale unei faze a înfășurării statorului; - numărul de perechi de poli; - flux magnetic maxim al polilor de rotor; - viteza sincronă.

bobinaj individuale sunt deplasate în spațiu de fază la unghiul electric 0. 120 și EMF formează un sistem trifazat simetric.

Prin schimbarea curentului interesant. Puteți regla fluxul rotorului și FME generatorului proporțional cu acesta. Fig. 4.5 prezintă dependența. filmat la viteza nominală.

Această relație se numește caracteristica de mers în gol. Caracteristicile formei seamănă cu forma curbei de magnetizare a miezului feromagnetic. O trăsătură caracteristică este lipsa de proporționalitate între fluxul magnetic și curentul de excitație. datorită fenomenului de saturație a sistemului magnetic al mașinii.

Principiul de funcționare și cuplul motor sincron. Principiul de funcționare al motorului sincron bazat pe fenomenul de atracție a polilor, spre deosebire de cele două câmpuri magnetice - a statorului și a rotorului. Câmpul rotativ al statorului cu poli N și S este generat atunci când alimentarea înfășurărilor statorice dintr-o rețea cu trei faze în mod similar, prin rotație a motorului de inducție câmp (Fig. Poli de 4.6 statorici N și S sunt prezentate prin hasurare, se rotesc în sens antiorar cu frecvență). câmp rotor este generat de curent care curge prin înfășurarea rotorului.

Să presupunem că rotorul este în nici un fel spart de până la viteza sincronă invers acelor de ceasornic. Apoi polii rotorului și se va roti cu o frecvență; va „prindere“ a acestor poli cu polii opuși ai statorului și (vezi. Liniile punctate din fig. 4.6).

În modul ideal de ralanti axei (cuplu de rezistență) câmpurilor magnetice ale statorului și rotorului coincid (fig. 4.6.a). În acest caz polii acționează asupra forțelor radiale și rotor. care nu generează un cuplu sau un moment de rezistență.

În cazul în care arborele mașinii pentru a face sarcina mecanică, care creează cuplu drag. rotorul și axa pol, este deplasat în direcția la un unghi de lag (fig. 4.6, b). Acum, câmpul învârtitor al statorului ca acesta „conduce“ pentru un câmp de rotor și rotorul în sine. Componentele tangențiale și de a crea un cuplu. în care - raza rotorului.

Mașina funcționează în modul de motor, transcende timpul de cuplu rezistenta la stres mecanic.

Odată cu creșterea timpului sarcina mecanică pe arborele rotorului unghi crește (până la o anumită limită), ceea ce conduce la o creștere a cuplului motor. în care viteza rotorului rămâne constantă și egală.

Counter-un cuplu și EMF înapoi. În timpul funcționării mașinii sincron în modul generator este încărcat (în circuitul din Fig. 4.4b Zl sarcină este conectat la înfășurările statorului prin comutatorul Q) ale înfășurărilor statorice fluxurile de curent, ceea ce creează câmpul magnetic rotativ. În modul de regenerare, în contrast cu funcționarea motorului, înaintea polilor rotor cu un unghi polii câmpului magnetic stator. Interacțiunea polilor statorici și rotorului acționează opuse asupra momentului rotor direcționat împotriva rotației, adică cuplul de frânare. La starea de echilibru, timpul de echilibrează momentul de rotație al motorului de acționare :.

În timpul funcționării, sincrone înfășurări câmpului rotorului mașinii de modul trifazat intersectează bobina statorului și EMF este indusă în acesta, care, în conformitate cu regula lui Lenz acționează spre curentul statoric. Din acest motiv, este numit înapoi EMF. La starea de echilibru, partea din spate EMF este aproape complet echilibrează tensiunea.

Astfel, în timpul funcționării mașinii sincrone la o sarcină (electrică sau mecanică) în stator înfășurării este indusă forța electromotoare E și momentul rotorului are loc.

reacție în armături mașină sincronă. reacție Armătură - este impactul câmpului armatură (stator) pe câmpul magnetic al mașinii. În timpul funcționării mașinii sincrone la o sarcină (modul generator electric și un mod mecanic cu motor) pentru înfășurările statorului (armătură) trece curenți sinusoidali care produc un câmp magnetic rotativ al statorului. Rotorul are o frecvență de rotație. cu toate acestea frecvență EMF și curentul statorului. în cazul în care - numărul de perechi de poli ai mașinii. Viteza de rotație a câmpului magnetic al statorului. Prin urmare, rotorul și câmpul statorului se rotește la aceeași frecvență; ele interacționează între ele și formează câmpul magnetic rezultat rotativ al mașinii. Interacțiunea dintre câmpuri depinde de natura sarcinii și modul de funcționare a mașinii.

Luați în considerare exemplul reacției pentru armături este un generator sincron cu doi poli cu poli rotor exprimat în mod implicit, care funcționează pe natura diferită a sarcinii.

Atunci când bobina activă rezistența de sarcină R EMF fază a statorului și curentul său sunt în fază și atinge un maxim în momentul când fluxul rotorului mm1 * 0 axa perpendiculară pe axa bobinele statorului NN1 (de exemplu, AX în Fig. 4.7 a). flux magnetic Fya se închide la nucleele statorice ale statorului și rotorului prin fanta de aer. Astfel, în cazul în care sarcina activă a fluxului rotor axa * 0 înaintea Fya fluxului axa statorului la un unghi electric de 90 0 (transversal armatura de reacție). Rezultante Mașinile fluxului magnetic (axa QQ1) este rotit în raport cu fluxul rotorului ^ 0 la un unghi într-o direcție opusă direcției de rotație a rotorului.

Pentru pur sarcină inductivă XL curent în înfășurările statorului se situează în urma EMF 0 până la 90 și, prin urmare, atinge un maxim, la un moment în care polul rotorului 90 se va roti în direcția de rotație 0 (fig. 4.7, b). În acest caz, fluxul statoric este direcționat opus fluxului magnetic al rotorului și demagnetizes mașinii ().

Când curentul capacitiv de sarcină XC în faza stator conduce la EMF și, prin urmare, 0 90 atinge un maxim în momentul când un pol rotor 90 nu ajunge la 0 la axa mm1 (Fig. 4.7 in). Magnetic fluxului statoric în acest caz este direcționat în conformitate cu fluxul magnetic rotor și magnetizează mașină ().

În timpul funcționării mașinii sincrone în modul motorului, curentul în stator pentru aceeași direcție de rotație este în direcția opusă. rezultată axa fluxului motorului este rotit în raport cu unghiul de flux a rotorului. dar nu și împotriva direcției de rotație ca și cea a generatorului, și direcția de rotație.

Astfel, reacția armătură în mașină sincronă se modifică în fluxul mașinii și direcția acestuia (spre deosebire mașinii asincrone, a cărei). schimbare CNC produce o schimbare în CEM, care afectează în mod negativ funcționarea consumatorilor de energie electrică atunci când mașina funcționează ca un generator. Reducerea influenței negative a fluxului magnetic de reacție armătură se realizează prin reducerea stator prin creșterea întrefierul dintre rotor și stator al mașinii sincrone.