Synchronní stroje. Φ f. n 1. I f. tlumicí (rozběhové) vinutí

Synchronní stroje

Synchronní stroje n1

Φf

n1

Φf

If If

If

tlumicí (rozběhové) vinutí Stator: jako u asynchronního stroje ( 3 fáz vinutí, vytvářející kruhové pole ) n1 = 60.f1 / p Rotor: If ss. + kroužky → kruhové pole Φf ~ If Provedení rotoru: a) vyniklé póly b) hladký rotor (turbo)

Detaily rotoru turbostroje Schematický příčný řez rotorem

Bandáž rotorového vinutí (obruč)

ČKD - 25000 kW, 10 kV, 2p=2 • • • •

2600 až 3900 min-1

Rotor turbomotoru

Rotor stroje s vyniklými póly

Rozběhová klec (tlumicí vinutí)

ČKD - 6300 kW, 6 kV, 2p=4 synchronní motor

ČKD - 14000 kW, 6 kV, 2p=4

ČKD - 3250 kVA, 11 kV, 2p=8 synchronní generátor

ČKD 2500 kW 10 kV, 2p=40 synchr.

Rotor pomaluběžného stroje

Magnetové kolo Náboj

Hřídel

Magnetický tok ve stroji s vyniklými póly

Toky a reaktance Výsledné pole je buzeno magnetomotorickým napětím vyvolaným proudem trojfázového vinutí a stejnosměrným budicím proudem v rotoru. Výsledný fiktivní magnetizační proud: Iˆ  Iˆ  Iˆ f

Ve statoru:

Uˆ

Uˆ if

- napětí napájecí sítě - napětí indukované budicím proudem If

Uˆ  Uˆ if

vytvoří proud Iˆ , protékající odporem a podélnou synchronní reaktancí Xd .

X d  X ad  X1 Φad

Φ1σ

hlavní tok,

rozptylový tok

(zabírá s vodiči rotoru)

Xad - podélná reaktance reakce kotvy Obdobně lze odvodit příčnou synchronní reaktanci Xq.

Synchronní alternátor s hladkým rotorem Předpoklady: a) Vzduchová mezera je konstantní po celém obvodu

  konst.

Rm  konst.

b) Magnetomotorická napětí statoru i rotoru jsou prostorově rozložena podle sinusovky

 Fm  Fmax sin  p

c) Úhlová rychlost otáčení rotoru je

  2f  konst. d) Permeabilita

µ = konst.

Φ ~ Fm

Napěťové rovnice

Uˆ  RIˆ  jX  Iˆ  Uˆ i U f  Rf I f Platí-li Platí také

Ui=4,44 f1ΦµN1kv1 ~ Φµ ~ Fµ Fˆ  Fˆ f  Fˆa

ˆ  ˆ  ˆ   f a

Uˆ i  Uˆ f  Uˆ a

Pro hladký rotor: Xd = Xq = Xs = Xad + X1σ Napěťová rovnice má tvar

Uˆ  RIˆ  jX d Iˆ  Uˆ if

nebo

Uˆ  RIˆ  jX  Iˆ  jX a d Iˆ  Uˆ if

Fázorový diagram turboalternátoru

Asynchronní rozběh synchronního motoru n1

A

n’

→n

A’

n' < n1

Synchronizace: S rotoru se přitáhne k J statoru Trvalá vazba mezi Φf a Φa : n = n1 = konst = f (f ) →M

Asynchronní rozběh synchronního motoru n1

A

→n

n' n''

A'

A'' n'' < < n1

Synchronizace nenastane

→M

Zatěžování synchronního motoru Nárůst zatěžovacího momentu Mp

n1 Φa

S J

S J

n Φf n = n1


n1 S

Φa

J

n = n1

δ

Rotorové pole se za statorovým opožďuje o zátěžný úhel δ.


n1 S

Φa

J

n = n1


n1 Φa

S

J

n Φf

S

J

n = n1

Zatěžování synchronního generátoru - alternátoru Nárůst poháněcího momentu Mp

n1 Φa

S J

S J

n Φf n = n1


n1 S

Φa

J

n = n1


n1 S

Φa

J

n = n1


n1 Φa

S

J

S n Φf J

n = n1

Zjednodušené náhradní schéma turbostroje Xd

I Xd - synchronní reaktance

~

Uif

U

(respektuje existenci rozptylového toku a toku vyvolaného proudem I )

R1 = 0 - zanedbatelný oproti Xd

Uˆ  Uˆ if  jX d Iˆ

Xd

Zatěžování do tvrdé sítě při konstantním výkonu

~

jXdIw

I

Uif

jXd.Iq U

φ

Důležité: Iw = I cosφ ~ M XdIw = Uif sinδ

Uif Iw

I δ Iq

pI

pU

U

Xd


~

jXdIw

U Uif I=Iw

δ

Uif

I U

Xd

Zatěžování do tvrdé sítě při konstantním výkonu jXd.Iq

jXdIw U

~

Uif

Uif

φ

Iw

I

δ

Iq Výhody synchronního motoru:

n = n1 = konst. změna cos φ

I U

Fázorový diagram přebuzeného turbostroje Xd

~

motor

φU

jXd.Iw

Uif

U

jXd.Iq Uif

generátor

jXdIw U δ

Iw

I Iq

jXd.Iq

Uif

I

δ Iq I

Iw

Regulace činného a jalového výkonu


Všechny proudy jsou přepočítány na stator

Zatěžování do tvrdé sítě při konstantním výkonu V – křivky synchronního stroje

Zatěžování do tvrdé sítě při konstantním buzení Iμ je magnetizační proud ve statoru pro vybuzení jmenovitého napětí při chodu naprázdno. Při tvrdé síti je konstantní.

Moment turbostroje Pm = m U I cosφ = M ω1m

m UUif M  sin  1m X d

Xd Iw = Uif sinδ

n1 δ

(δ =90°)

Zatěžování do tvrdé sítě při konstantním buzení Statická stabilita a přetižitelnost Stabilní chod

dP 0 d

Synchronizačního činitel:

U1U if dP  m1 cos  d Xd Určuje schopnost stroje udržet se v synchronizmu. Max. je při δ = 0.


dP 0 d

Synchronizační činitel:

U1U if dP  m1 cos  d Xd Synchronizační výkon:

dP  d

Udává míru statické stability alternátoru v daném pracovním bodě při zátěžném úhlu δ - zda je stroj schopen se při změně výkonu ustálit v novém bodě výkonové charakteristiky beze změny buzení.


dP 0 d

Synchronizační činitel:

U1U if dP  m1 cos  d Xd Synchronizační výkon:

dP  d

Výkonová přetižitelnost:

Pmax M max pM   PN MN Motor pM ≥ 1,5

Alternátor pM ≥ 1,25

Výkonová (momentová) přetižitelnost Pmax M max pM   PN MN

Motor pM ≥ 1,5

mUUif pM 

Alternátor pM ≥ 1,25

U if

1m X d

mUI N cos  N

1m

Xd I kN   I N cos  N I N cos  N

IkN je ustálený proud nakrátko, odpovídající budicímu proudu IfN pM 

I fN I fkN cos  N

 ik

I fN I f 0 N cos  N

Přetižitelnost je větší při větším zkratovém poměru ik a při menším cosφN

1 ik   větší vzduchová mezera Xd

≈ větší budicí proud ≈ větší rozměry

Výkonová (momentová) přetižitelnost Závěry: Zkratový poměr je menší při větším elektrickém a magnetickém využití stroje. Stabilita se zajišťuje rychloregulátory napětí. Jmenovitý účiník závisí na dimenzování budicího vinutí. Synchronní alternátory mívají cosφN = 0,8 velké 0,85 nebo i 0,9.

Moment synchronního stroje s vyniklými póly

Samostatně pracující alternátor Charakteristika naprázdno I = 0, n = konst.

U0

If

Samostatně pracující alternátor Vnější charakteristiky If = konst., cos φ = konst. n = konst.

Fázování synchronního alternátoru na síť -

stejný sled fází alternátoru a sítě stejná frekvence stejné napětí stejná fáze napětí v okamžiku zapnutí U0

p.n1 f  60 If

Rozměry turboalternátorů Výkon (MW) 500 800 1200

Ložisková rozteč Průměr rotoru (mm) (mm) 10300 1125 11780 1200 13000 1250

Budicí soustavy synchronních strojů Buzení z rotačního měniče

1 – synchronní stroj 2 – dynamo 3 – pomocný budič

Budicí soustavy synchronních strojů Buzení ze střídavého budiče 4 – soustava pro řízení budicího proudu

Budicí soustavy synchronních strojů Buzení nesenými ventily (bezkartáčová budicí soustava)

Budicí soustavy synchronních strojů Buzení ze soustavy s rotačním transformátorem 4 – střídavý regulátor napětí

Budicí soustavy synchronních strojů Buzení ze statického usměrňovače

Budicí soustavy synchronních strojů Buzení permanentními magnety

Malé synchronní stroje Reluktanční motor (bez budicího vinutí)

Drápkový generátor Permanentní magnet

J

S

Pólové nástavce

Bezkartáčový stejnosměrný motor používané názvy: EC motor, BLDC motor - vlastnosti motoru jsou podobné stejnosměrnému motoru - konstrukce je podobná synchronnímu motoru (3-fázové statorové vinutí, rotující magnety) - napájení 3 fází podle polohy rotoru

Použity materiály firmy UZIMEX, dodávající motory firmy MAXON.

Součásti pohonu s EC motorem mechanická část napájecí zdroj

zátěž

elektrická část

komutace a řízení

enkodér z Hallových sond elektronická část

povely

Průběh komutace

1

2

3

15°

6

5

4

Průběh komutace

15°

Pomaluběžný s vnějším rotorem -

40 pólů na rotoru

-

36 pólů na statoru

- 300 W - 36 V

- 230 min-1

Rychloběžný s planetovou převodovkou dopomala

Rotor uvnitř

má 4 póly

Třecí planetová převodovka

Planetová převodovka s ozubením

PN=450 W

Synchronní stroje. Φ f. n 1. I f. tlumicí (rozběhové) vinutí

Recommend Documents