4. Maszyny synchroniczne

Maszyną synchroniczną nazywa się maszynę prądu przemiennego, której wirnik w stanie

ustalonym obraca sie z taką samą prędkością, z jaką wiruje pole magnetyczne.

Maszynami synchronicznymi są np. generatory, czyli jednostki dużej mocy, wytwarzające energię

elektryczną dla potrzeb systemu elektroenergetycznego, a także silniki synchroniczne małej mocy,
coraz częściej stosowane ze względu na korzystne właściwości ruchowe.

Maszyny synchroniczne mogą pracować jako:

-

prądnice,

- silniki,

- kompensatory synchroniczne.

4.1 Prędkość obrotowa silnika synchronicznego:

Między prędkością obrotową maszyny synchronicznej n

s

(obr/min), liczbą par biegunów

magnetycznych p i częstotliwością f (w Hz) występuje stała zależność:

Prędkość maszyny synchronicznej jest stała i niezależna od obciążenia oraz napięcia

zasilającego. Zmianę kierunku wirowania silnika uzyskuje się przez zamianę połączenie dwóch
przewodów po stronie zasilania. Jeżeli wzbudnicą jest maszyna prądu stałego samowzbudna,
osadzona na wale silnika lub z nim sprzęgnięta, to przy zmianie kierunku wirowania należy także
odpowiednio zmienić połączenia wzbudnicy.

4.2 Moc silnika na wale

Oddawana moc elektryczna jest równa mocy mechanicznej pobieranej na wale. Moc silnika na

wale E

max

wyznacza sie z mocy pozornej S,

współczynnika mocy cosφ, przy którym silnik pracuje,

oraz sprawności η - ze wzoru:

Pr

ąd pobierany przez silnik synchroniczny zależy od obciążenia na wale i od wzbudzenia silnika.

4.3 Elektromagnetyczny moment obrotowy

Wartość maksymalna momentu elektromagnetycznego wytwarzanego przez silnik jest zależnością

liniową napięcia oraz prądu wzbudzenia. Zależność ta oraz możliwość wpływania na wartość
momentu maksymalnego jest zaletą maszyny synchronicznej

Charakterystyka elektromagnetycznego momentu obrotowego w warunkach pracy ustalonej (przy
stałym napięciu twornika (U = const) i stałym prądzie wzbudzenia (I

f

= const), zależy od rodzaju

maszyny i nazywa się charakterystyką kątową M = f

ϑ). Moment obrotowy wymagany do napędzania

maszyny wynosi:

gdzie:

E

f

-

siła elektromotoryczna w uzwojeniach fazowych

U -

napięcie fazowe sieci,

X

d

-

reaktancja synchroniczna podłużna

ϑ

-

kąt obciążenia,

m - liczba faz,

n

N

-

znamionowa prędkość obrotowa.

4.4 Oznaczenie typu siln

ików synchronicznych; składa się z części literowej i liczbowej, których

znaczenie jest następujące:

- pozycja 1.; G - maszyna synchroniczna;

- pozycja 2.: A - budowa otwarta (IP00); C - budowa okapturzona (IP23); - Y - budowa o

przewietrzaniu

przelotowy

m obcym w obiegu otwartym lub własnym w obiegu zamkniętym z chłodnicami wodnymi

(IP44);

- pozycja 3.d, e -

oznacza serię;

- pozycja 4.; 10...20 -

wielkość mechaniczna;

- pozycja 5.; - 4 - 32 -

liczba biegunów;

- pozycja 6. p,r,s,t -

długość rdzenia stojana przy napięciu 6 kV,

s,b,c -

przy napięciu 380 - 500 V.

4.5 Rozruch silników synchronicznych

Rozruch silnika synchronicznego przeprowadza się:

a)

umożliwiając rozruch asynchroniczny

przy b

ezpośrednim włączeniu do sieci zasilającej. Silniki

synchroniczne, dla których przewiduje sie ten typ rozruchu, wyposażone są w uzwojenie

rozruchowe klatkowe, umieszczone w nabiegunnikach. Rozruch odbywa się tak, jak w silniku

indukcyjnym. Pr

zy poślizgu równym lub mniejszym od 5% włącza się układ wzbudzenia, co

powoduje wprowadzenie wirnika w bieg synchroniczny,

b)

stosując dodatkową maszynę napędową.

W tym przypadku silnik synchroniczny załącza się do

sieci tak jak prądnicę,

c)

wykorz

ystując moment synchroniczny (tzw. rozruch częstotliwościowy).

Ten sposób rozruchu

polega na zasilaniu uzwojenia twornika silnika synchronicznego z oddzielnej prądnicy

synchronicznej lub z przetwornika częstotliwości.

Podstawową wadą rozruchu silników synchronicznych jest potrzeba stosowania dodatkowych

urządzeń i aparatury.

Ad.a) Bezpośrednie włączenie silnika do sieci może być stosowane wówczas, gdy sieć ma

dostateczną moc zasilania, by nie wywołać szkodliwych spadków napięć.

W c

elu ograniczenia prądu rozruchowego pobieranego z sieci włącza się silnik przy obniżonym

napięciu, stosując dławik, transformator rozruchowy lub autotransformator z rozwieranym punktem

gwiazdowym (rozruch dwustopniowy).

4.6 Kompensatory synchroniczne

Są to generatory mocy biernej. Pracują one jak silniki synchroniczne nieobciążone momentem na

wale, pobierając z sieci nieznaczną moc czynną na pokrycie strat w maszynie oraz właściwą dla jego
pracy moc bierną pojemnościową. Oddaje jednocześnie do sieci moc bierną indukcyjną, poprawiając
bilans mocy biernej w sieci. Poprawie ulega także współczynnik mocy w sieci.

Wzbudzenie kompensatorów jest uzależnione od stanu obciążenia linii. Kompensatory są

przystosowane do rozruchu asynchronicznego, a bardzo d

uże jednostki w tym celu są wyposażone w

silniki rozruchowe. Kompensatory stosuje się także do poprawienia współczynnika mocy zakładu
przemysłowego.

Kompensatory synchroniczne są stosowane w liniach elektroenergetycznych wysokiego napięcia

do regula

cji napięcia przez zmianę rozpływu prądów biernych. Obecnie są zastępowane przez baterie

kondensatorów, których poszczególne sekcje są uruchamiane automatycznie.