Maszyny synchroniczne

1

• Maszyna synchroniczna, to maszyna prądu

przemiennego, której wirnik w stanie
ustalonym obraca się z taką samą
prędkością z jaką wiruje pole magnetyczne

• 

n=60f/p

2

Szkic maszyny

3

Tryby pracy maszyny

synchronicznej

• 

Może pracować jako silnik lub jako prądnica

– Prądnice synchroniczne pracują jako generatory

trójfazowego prądu przemiennego o częstotliwości 50
Hz w elektrowniach i agregatach prądotwórczych

• W tradycyjnych napędach silniki synchroniczne

zasilane bezpośrednio z sieci stosowane są do
napędu maszyn wymagających stałej prędkości
obrotowej

• Nieobciążone silniki z przewzbudzonym

obwodem wzbudzenia pracują jako źródła mocy
biernej - kompensatory

4

Budowa

• Obwód magnetyczny stojana jest

pakietowany z blach 0,35 – 0,5 mm

• Wirnik nie jest przemagnesowywany, więc

wykonuje się go z materiału litego

• Szczelina powietrzna jest znacznie większa

niż w maszynie indukcyjnej 4-50 mm.

Pozwala to uzyskać znacznie większe

przeciążalności

5

Magneśnice

6

Budowa



Ze względu na budowę magneśnicy, wyróżnia się konstrukcje

z biegunami wydatnymi i utajonymi

1.

Magneśnice z biegunami wydatnymi (jawnymi) mają

dużą liczbę par biegunów. Dzięki temu uzyskać można

niskie prędkości obrotowe.

2.

Największe maszyny synchroniczne z biegunami

wydatnymi to hydrogeneratory. Ich prędkości obrotowe
to 60 – 600 obr/min

3.

Średnice w tych maszynach mają nawet kilkanaście

metrów, natomiast długość pakietu wynosi do 2 m

4.

W elektrowniach wiatrowych bez przekładni, generatory

synchroniczne mają bardzo dużą liczbę par biegunów .

Dla mocy powyżej 1 MW liczba ta przekracza 100

7

Budowa – rysunek z biegunami

wydatnymi

8

Budowa

1.

Maszyny z biegunami utajonymi pracują z dużymi

prędkościami obrotowymi. Napędzane są one np. turbinami
parowymi.

2.

Wszystkie turbogeneratory mają wał w pozycji poziomej

3.

Wirniki (magneśnice), łącznie z wałem, wykonane są z

odkówki z wysokowytrzymałej stali magnetycznej

4.

Uzwojenia umieszczone są w żłobkach, które klinuje się aby

uniknąć wypadnięcia uzwojeń. Kliny zwarte na końcach

przez pierścienie zwierające tworzą klatkę rozruchową

5.

Końcówki uzwojenia wzbudzenia podłączone są do

pierścieni

6.

Ze względu na duże prędkości obrotowe, średnice

ograniczone są do max. 1,3m, gdy długość wału silnika

może dochodzić do kilkunastu metrów (13m dla 2 GW)

9

Budowa – rysunek z biegunami

utajonymi

10

Rozkład indukcji magnetycznej

w szczelinie powietrznej

11

Bieg jałowy

• Stan, w którym uzwojenie stojana (twornika) jest

rozwarte, a uzwojenie wirnika zasilane jest

prądem I

f

,

przy n=const

I

f0N

- znamionowy prąd

wzbudzenia przy biegu

jałowym

I

fN

= (2 – 2,5)I

f0N

12

Schemat zastępczy

• Jeżeli uzwojenie twornika zostanie

obciążone impedancją Z, spowoduje to
przepływ prądu obciążenia I. Prąd ten
powoduje spadek napięcia na reaktancji
uzwojenia twornika.

13

Stan zwarcia symetrycznego

ustalonego

• W stanie zwarcia, zaciski uzwojenia

twornika są zwarte wspólną szyną, a
uzwojenie wzbudzenia jest zasilane

14

Charakterystyki zewnętrzne

• Określa zmiany napięcia twornika w funkcji

prądu twornika

15

Charakterystyki zewnętrzne

• 1 – obciążenie

indukcyjne

• 2 – obciążenie

rezystancyjne

• 3 – obciążenie

pojemno

ściowe

16

Charakterystyki regulacyjne

I

f

=f(I)

• Wyznacza się je w celu zbadania

możliwości stabilizacji napięcia

• Warunki:

– U=const
– cos

f

=const

– n=const

1 – obciążenie indukcyjne
2 – obciążenie rezystancyjne
3 – obciążenie pojemnościowe

17

Krzywe Mordey’a (krzyweV)

I=f(I

f

)

• Pozwalają określić

wpływ stanu
namagnesowania

maszyny na prąd
twornika przy

stałej mocy

obciążenia

• Warunki:

– U=const
– f=const
– P=const

18

Warunki synchronizacji z siecią

sztywną



1. Równość wartości skutecznych napięć

prądnicy i sieci

2. Jednakowe następstwo faz (zgodne

kierunki wirowania napięć prądnicy i sieci)

3. Równość częstotliwości prądnicy i sieci

4. W przybliżeniu zerowe różnice chwilowych

wartości napięć łączonych ze sobą faz

19

Synchronizacja

20

Niejednakowe następstwo faz

21

Różne częstotliwości –stan0

Stan 0

22

Różne częstotliwości

Stan 1

23

Różne wartości skuteczne

24

Samosynchronizacja

Przyłączenie do sieci maszyny niewzbudzonej

(uzwojenie wzbudzenia zwarte przez
rezystor) i doprowadzenie jej do prędkości
bliskiej synchronicznej. Po stwierdzeniu
poprawnej kolejności faz następuje
zasilenie obwodu wzbudzenia

25