Synchronní elektrický stroj je střídavý elektrický stroj, ve kterém se rychlost rotoru rovná rychlosti otáčení magnetického pole ve vzduchové mezeře.
Níže uvedený obrázek ukazuje příklady elektrického a elektromagnetického obvodu synchronního stroje.
Obrázek 1. Schéma synchronního stroje. Author24 – online výměna studentských prací
a – elektromagnetický obvod; b – schéma zapojení; 1 – stator; 2 – rotor; 3 – třífázové vinutí; 4 – vinutí rotoru; 5 – štětce; 6 – sběrací kroužky.
Článek: Synchronní elektrické stroje
Hlavní části synchronního stroje jsou:
U většiny synchronních elektrických strojů je kotva umístěna na statoru a induktor je umístěn na rotoru, který je od kotvy oddělen vzduchovou mezerou.
Kotva se skládá z jednoho nebo více vinutí střídavého elektrického proudu. Proudy, které jsou přiváděny do kotvy, vytvářejí rotující magnetické pole, které je v záběru s induktorem, což pomáhá přeměňovat energii. Pole vytvořené kotvou ovlivňuje pole induktoru – reakční pole kotvy. Reakční pole kotvy v generátorech je vytvářeno střídavými proudy, které se indukují ve vinutí kotvy z induktoru.
Induktor synchronního elektrického stroje se skládá z pólů – permanentních magnetů u mikrostrojů, nebo stejnosměrných elektromagnetů u velkých strojů. Induktor může být ve dvou provedeních – nevyčnívající pól nebo vyčnívající pól. Póly armatury s vyčnívajícími póly mají podobnou konstrukci jako póly stejnosměrných strojů a jsou také výrazné. U provedení bez vyčnívajících pólů je budicí vinutí uloženo ve štěrbinách jádra induktoru a je podobné vinutí rotorů asynchronního stroje s vinutým rotorem. Rozdíl mezi nimi je ten, že mezi póly je ponechán prostor nevyplněný vodiči (velký zub). Tato konstrukce se používá u vysokorychlostních strojů ke snížení mechanického zatížení pólů.
Asynchronní stroj je střídavý elektromotor, jehož otáčky rotoru se (v provozním režimu motoru) nerovnají rychlosti otáčení magnetického pole.
Za účelem snížení magnetického odporu se ve statorech a rotorech používají feromagnetická jádra. Jedná se o vrstvenou konstrukci vyrobenou z jednotlivých ocelových plechů (elektroocel). Jeho hlavní výhodou je, že obsahuje hodně křemíku, což zvyšuje jeho elektrický odpor a snižuje vířivé proudy.
Provozní režimy synchronních elektrických strojů
Princip činnosti synchronního stroje je založen na interakci mezi magnetickými poli pólů induktoru a kotvy. U synchronních strojů s vysokým výkonem se jako póly používají elektromagnety a u synchronních strojů s nízkým výkonem permanentní magnety. Synchronní stroje mohou pracovat ve dvou režimech:
Synchronní motor musí být zrychlen na frekvenci, která se blíží rychlosti magnetické mezery, než může pracovat v synchronním režimu. Pro zrychlení se zpravidla používá asynchronní režim, vinutí induktoru jsou uzavřena přes reostat nebo zkratována (jako u asynchronního stroje). K tomuto účelu je na rotoru vyrobeno vinutí nakrátko, které funguje jako vinutí uklidňující. Když stroj dosáhne rychlosti, která se blíží jmenovitým otáčkám (více než 95 %), je induktor nabuzen stejnosměrným proudem. Stroje s permanentními magnety používají externí urychlovací motor. Používá se také frekvenční spouštění, při kterém se frekvence kotvy postupně zvyšuje z 0 na nominální hodnotu nebo frekvence induktoru postupně klesá z nominální hodnoty na 0. V tomto případě jsou otáčky rotoru neměnné a vyjádřené následujícím vzorcem:
kde p – počet párů pólů rotoru.
Synchronní generátory se obvykle vyrábějí s kotvou umístěnou na statoru. Princip činnosti synchronního generátoru je založen na elektromagnetické indukci, to znamená, že když se rotor otáčí, magnetický tok, který je vytvářen budícím vinutím, je zase připojen ke každé fázi statorového vinutí, čímž se indukuje elektromotorické napětí. síla v nich.
Frekvenci indukované elektromotorické síly lze vyjádřit takto:
kde p – počet párů pólů rotoru.
Typy synchronních strojů
Mezi hlavní typy synchronních elektrických strojů patří: rázové generátory, hydrogenerátory, dvojčinné stroje, turbogenerátory, synchronní kompenzátory. U rázových generátorů je synchronní generátor určen pro krátkodobý provoz stroje ve zkratovém režimu. Hydrogenerátor je synchronní generátor, který vyrábí elektrickou energii z hydraulické turbíny. U dvojčinných strojů vznikají nesynchronní režimy napájením vinutí statoru a rotoru proudy různých frekvencí. U turbínových generátorů pracuje generátor z plynové nebo parní turbíny při vysokých otáčkách rotoru. Synchronní kompenzátor je navržen tak, aby generoval jalový výkon v klidovém režimu.
