Budowa maszyny synchronicznej.Obwód magnet.stojana tworzą pakiety blach o grubości=0,5mm osadzone w korpusie,wykonanym jako konstrukcja spawana lub odlew.W celu zwiększenia pow.chłodzącej i skierowania czynnika chłodzącego(powietrza,wodoru)do wnętrza rdzenia,obwód magn.większych maszyn składa się z pakietów o gr.5cm,przedzielonych kanałami wentylacyjnymi.W żłobkach stojana umieszczone jest uzw.twornika.Stojan maszyny synchr. nie różni w istocie od stojana maszyny asynchr.Wirnik wykonuje się w dwojaki sposób(cylindryczne i z biegunami jawnymi).Wykonywane są jako jednoliteodkuwki stalowe,rys.)Aby zapewnic możliwie najkorzystniejsze warunki oraz uzyskać rozkład indukcji w szczelinie jak najbardziej zbliżony do sinusoidalnego,uzw.wzbudzenia wirnika cylindrycznego umieszcza się w żłobkach,zajmujących 2/3obwodu wirnika. W ten sposób powstają zęby szerokie na obwodzie wirnika.Uzwojenie wzbudzenia zabezpiecza się przed wypadnięciem ze żłobków stalowymi klinami.Kliny mogą spełniać rolę prętów klatki tłumiącej.
Bieg jałowy prądnicy synchronicznej.W uzwojeniu twornika nie płynie prąd.Prąd płynie w uzwojeniu wzbudzenia zasilanego z wzbudnicy.Pole magn.wytworzone jest wyłącznie przez prąd wzbudzenia.Linie pola przechodzą z wirnika poprzez szczelinę do stojana i sprzęga się z uzw. stojana-strumień głównyΦ.Sprzęgają się one zarówno z uzw. wirnika jak i stojana.Strumień stojana i strumień wirnika są strumieniami o tej samej liczbie par biegunów.Tworzą one strumień wypadkowy wirujący z prędkością synchroniczną.rys5)Bieg jałowy prądnicy synch.Napięcie indukowane w uzwojeniach prądnicy synch.wyraża się taką samą zależnością jak w asynch.Ui=4,44NfΦku Uzwojenia prądnic synch.wykonywane są najczęściej jako dwuwarstwowe skrócone cięciwowe o skrócie równym-0,8 rys6)Napięcie na zaciskach prądnicy biegnącej jałowo jest równe napięciu indukowanemu w uzw. twornika.Wartość jego zależy od wartości prądu wzbudzenia.Zależność tą przy n=const nazywamy char-tyką biegu jałowego prądnicy.Ponieważ indukowane napięcie jest proporcjonalne do wartości strumienia głównego,więc char-ka biegu jałowego ma taki sam przebieg jak ch-ka magnesowania maszyny
.
Char-ki obciążenia:Jest to zależność nap. Na zaciskach prądnicy w funkcji prądu wzbudzenia najczęściej przy I=I N=const, u=const, cosϕ=const.rys7)Wzrostowi prądu obciążenia o char-rze indukcyjnym odpowiada znmiejszenie się napięcia na zaciskach prądnicy podczas,gdy wzrostowi prądu obciążenia o ch-rze pojemn.odpowiada w zakresie od biegu jałowego do obciążenia znamionowego na ogół wzrost tego napięcia.Wynika to z magnesującego działania przepływu twornika przy obciążeniach o ch-rze pojemn. Oraz rozmagnesowującego działania przepływu twornika przy obciążeniach o ch-rze ind.
Krzywe V:Podają one zależność prądu twornika od prądu wzbudzenia I=f(If) przy stałym napięciu U,stałej częst. F i stałej mocy czynnej P.rys.8)Maszyna synch.przewzbudzona niezaleznie od tego czy pracuje jako silnik czy prądnica zawsze wydaje moc bierną indukcyjną do sieci.Maszyna synch. Niewzbudzona niezaleznie od tego czy pracuje jako silnik czy prądnica zawsze pobiera moc bierną indukcyjną z sieci(tylko część mocy resztę sama sobie wytwarza).Linia łącząca minima krzywych V przechodząca przez punkty C1,3,C2,C4 dzieli cały obszar pracy na dwie części: praca przy obciążeniu o ch-rze indukc.odpowiada obszarowi na prawo przy pracy prądnicowej i na lewo przy pracy silnikowej,natomiast praca przy obciązeniu o ch-rze pojemn. Odpowiada obszarowi na prawo przy pracy silnikowej i lewo przy pracy prądnicowej.
Synchronizacja: Brak udaru prądu przy przyłączaniu prądnicy do sieci będzie możliwy przy spełnieniu następujących warunków:1.Równość wartości skutecznych napięć generatora i sieci,2.Równość częst. napięć generatora i sieci,3.Brak przesunięcia fazowego pomiędzy odpowiednimi napięciami gen.i sieci,4.Zgodność kolejności faz napięcia sieci i gen.; Najważniejszym warunkiem z podanych jest zgodność kolejności faz gen. i sieci.Spełnienie tego warunku doprowadziłoby do zwarcia awaryjnego.Niespełnienie pozostałych warunków wywołałoby krótkotrwały przepływ prądów wyrównawczych,które praktycznie zanikają przy biegu synch. Maszyny,rys.9)Sposoby synch.,1) na ciemno: Jeżeli żarówki zapalają się i gasną równocześnie to świadczy to o zgodności faz.Wyłącznik zamykamy wtedy,gdy woltomierz wskaże 0.Gdy kolejność faz będzie różna wówczas żarówki będo kolejno zapalały się i gasły (światło wirujące).W tym przypadku należy zamienić duże dowolne fazy.Od strony generatora bądź sieci.
Synchronizacja na światło wirujące:,rys.10)W przypadku zgodnej kolejności faz żarówki będą zapalały się i gasły kolejno tworząc układ wirujący.Prędkość wirowania światła będzie zalezała od różnicy częst. napięć gen. i sieci.Dla częst. wyższej od sieciowej światła wirują w jedną stronę natomiast dla częst. niższej od sieciowej światła będą wirowały w stronę przeciwną.Jeżeli kolejność faz jest różna to żarówki zapalają się i gasną równocześnie.W praktyce używa się tzw. synchroskopów-silników zasilanych dwustronnie,których częst. wirowania związana jest z różnicą częst. sieci i gen. Samosynchronizacja-polega na przyłączeniu do sieci prądnicy niewzbudzonej i doprowadzenie do prędkości bliskiej synchronicznej.Im mniejszy jest poślizg w chwili przyłącznia maszyny do sieci tym mniejszy udar prądu.Po przyłączeniu prądnica zasila się prądem obwodu wzbudzenia i maszyna wpada w synchr. Rozruch silnika synchronicznego:,rys.11)W przypadku silnika wzbudzonego dla n=0 moment wypadkowy będzie =0.,1)Rozruch za pomocą obcej maszyny.W przypadku takiego rozruchu konieczna jest maszyna dodatkowa najczęściej silnik ind. Wirnik silnika synchr. doprowadzony jest do prędkości podsynchronicznej poczym następuje załączenie się.Stosunkowo rzadko stosowany.,2)Rozruch częstotliwościowy: W układach tradycyjnych rozruch ten można było poprowadzić zasilając silnik ze źródła o regulowanej częst. jakim była prądnica synch. Maszyna synch. Połączona na stałe z przemiennikiem f nosi nazwę maszyny przekształtnikowej.,3)Rozruch asynch. Ten sposób rozruchu jest możliwy do przeprowadzenia w silnikach wyposażonych w klatkę rozruchową,bądź tez jeżeli maszyna posiada lite nabiegunniki.Pręty klatki rozruchowej umieszczone są w nabiegunnikach a ich końce zwarte sa przez pierścienie tworząc uzw. klatkowe.Po osiągnięciu prędkości synch.zasila się obwod wzbudzenia i silnik wpada w synchronizm.Jeżeli silnik pracuje już z prędkością synch. W klatce rozruchowej nieruchomej w stosunku do pola wirującego nie indukuje się już żadne napięcia.Zasada działania maszyny synchronicznej. Uzwojenie wzbudzenia zasilana jest prądem stałym .Napięcia indukowane w uzwojeniach 3-fazowych mają częstotliwość f=pn ;p-liczba par biegunów.Generatory-szybkobieżne p=1 lub p=2,wolnobieżne p>2;Jako silnik-zasilane uzwojenie 3-fazowym prądem to otrzymamy pole wirujące.Pole stojana łapie pole wirnika i wirują z prędk. Synchroniczną.rys3.)W miarę zwiększenia obciążenia wzrasta kąt mocy.Gdy kąt przekracza Π/2 -wypadanie z synchronizmu,rys4)
Kompensator synchroniczny:rys.12)Icz - składowa czynna wynikająca ze strat w przebiegu jałowym, Ibier -składowa bierna odpowiedzialna za wytworzenie mocy biernej.; Kompensator synchroniczny- maszyna synch. Biegnąca jałowo pracująca przy przedwzbudzeniem.Budowane sa jako maszyny wydatnobiegunowe gdyz w maszynach tych prąd wzbudzeniowy noze zmieniac się w szerokich granicach i mimo tego maszyna nie wypadnie z synchronizmu wskutek istnienia momentu reluktancyjnego.Kompensatory te wyposarza się w automatyczne regulatory wzbudzenia uzależnione od napięcia sieci.Zadania kompensatorów:1)Regulacja rozpływu mocy w sieci,2)zmniejszenie wahań napięcia w sieci,3)Zwiększenie mozliwości wykorzystania generatorów sieci i transformatorów przez zmniejszenie ich obciązenia mocą bierną,rys.13)
Moment elektromagnetyczny maszyny cylindrycznej:Do rozważań posłużymy się schematem zastępczym i odpowiadającemu mu wykresowi fazowemu, rys15) W przypadku pracy prądnicowej napiecie indukowane wyprzedza napiecie sieci.W przypadku pracy silnikowej napiecie indukowane jest opóźnione w stosunku do napiecia sieci. Moc pobierana z sieci:PIN=mUphIphcosϕ; m-liczba faz; XdIcosϕ=Uisinϑ; ϑ -kąt mocy; Icosϕ= Moment elektromagnetyczny: __________________ Przy pominieciu strat moc wydawana będzie równa mocy pobieranej. __________
Moment elektromagnetyczny maszyny o biegunach wyd. Dla maszyny z biegunami wydatnymi moment elektromagnetyczny wyrazi się zależnością:Te=m/2πUs [ (UpnUi/Xd )sinϑ+U2pn/2(1/Xq-1/Xd)sin2ϑ; Te=Tc+Tr; W przypadku maszyny synchronicznej z biegunami wydatnymi moment elektromagnetyczny Te ma duze składowe:Tc-moment synch. jak w maszynie cylindryzcnej, Tr-moment reaktancyjny związany z niesymetią magnetyczną wirnika,zależy od kwadratu napiecia zasilania i od różnicy przewodności magnetycznych osi poprzcznej i podłużnej,udział tego momentu w typowych maszynach wynosi 15-25%, rys16) W przypadku kiedy nie jest zasilane uzwojenie wzbudzenia maszyna jest w stanie wydać pewien moment na wale (praca silnikowa) bądź wydać pewną moc do sieci.Maszyny o biegunach wydatnych lepiej się utrzymują w synchronizacji niż maszyny cylindryczne.
Ch-ki zewnętrzne i regulacyjne prądnicy:Zewnętrzne:Jest to zależność U na zasilaniu prądnicy w funkcji prądu twornika dla n=const. (f=const.),cosϕ=const.,rys17) U0(Ifn) -jest to wartość napiecia przybiegu jałowym prądnicy otrzymane przy zasilaniu uzwojenia wzbudzenia prądem Ifn, takim ze dla duzego obciążenia przy prądzie IN wystąpi na zaciskach prądnicy napięcie Un.;Char-ki regulacyjne: Jest to zależnosc prądu wzbudzenia maszyny w funkcji prądu twornika przy U=Un=const.,n=const.,f=const,cosϕ=const. Rys17) If0- wartosc prądu wzbudzenia przy,którym napiecie na zaciskach prądnicy jest równe napieciu znamionowemu. Dla obciazenia znamionowego i dla znamionowego współczynnika mocy prąd wzbudzenia dla utrzymania napiecia znamionowego na zaciskach może być nawet 2-krotnie wiekszy niż przy biegu jałowym.
Regulacja mocy czynnej i biernej w prądnicy: Regulacja mocy biernej:Moc bierną regulujemy poprzez zmiane prądu wzbudzenia,1) Maszyna przewzbudzona-wydaje moc bierną indukcyjną do sieci(zachowuje się jak kondensator).Przewzbudna maszyna jest kompensatorem synch-nym,2)Maszyna niedowzbudna-pobiera moc bierną indukcyjna z sieci.Jest to przypadek niekorzystny.Generator synch. pracujący w układzie elektromagnetycznym oprócz mocy czynnej wytwarza pewną ilość mocy biernej indukcyjnej.; Regulacja mocy czynnej:Moc czynna generatora regulujemy poprzez zwiekszenie momentu napędowego na wale generatora.Następuje wtedy przesuniecie wirnika do pola stojana,tj.napiecia indukowanego w stosunku do napiecia sieci o odpowiedni kąt pracy,rys18) linie przerywane-dodajemy gazu If=const.;P=3UphIphcosϕ; P'=3Uph'I'phcosϕ; Wzrost kąta mocy spowoduje wzrost prądu prądnicy i wzrost jego składowej czynnej.Moc czynna wydawana do sieci ulega zwiekszeniu.