Mục đích và cách bố trí máy đồng bộ

Máy đồng bộ - một máy điện xoay chiều trong đó tốc độ của rôto ở tần số không đổi của dòng điện trong cuộn dây stato không đổi và không phụ thuộc vào độ lớn của tải trọng trên trục của máy.

Máy đồng bộ Chúng chủ yếu được sử dụng để chuyển đổi năng lượng cơ học của động cơ chính thành năng lượng điện, nghĩa là máy phát điện xoay chiều. Tuy nhiên, máy điện đồng bộ cũng được sử dụng trong các chế độ của động cơ, máy bù công suất phản kháng và các thiết bị khác.

Trong lắp đặt công nghiệp, máy đồng bộ ba pha được sử dụng rộng rãi nhất. Động cơ đồng bộ một pha được sử dụng trong truyền động điện của máy nén, quạt mạnh, động cơ công suất thấp trong các thiết bị tự động khác nhau, v.v.

Thiết bị máy đồng bộ

Máy đồng bộ ba pha bao gồm một stato đứng yên và một rôto cực lồi hoặc cực lồi quay bên trong nó, giữa chúng có một khe hở không khí, kích thước xuyên tâm của nó được xác định bởi công suất danh nghĩa của máy, tốc độ của nó và thay đổi từ phân số đến vài chục milimét.

Stato của máy như vậy thực tế không khác biệt về thiết kế so với stato của máy cảm ứng, nó có cuộn dây ba pha, phần đầu của các pha được ký hiệu là C1, C2, C3 và các phần cuối - C4, C5, C6 và được đưa đến các thiết bị đầu cuối có chỉ định tương tự, cho phép bạn kết nối các pha của cuộn dây stato với một đồng bằng hoặc sao.

Các pha của cuộn dây stato của máy phát đồng bộ ba pha chủ yếu được kết nối theo hình sao, vì điều này cho phép mạng ba pha bốn dây có điện áp pha và pha khác nhau √3 lần (Hình 1). ).

Cơm. 1. Sơ đồ nối mạng ba pha bốn pha với các đầu dây quấn stato của máy phát điện đồng bộ ba pha khi các pha được nối sao.

Rôto của máy điện đồng bộ là một hệ thống điện từ một chiều có cuộn dây có cùng số cực như cuộn dây stato ba pha. Các đường sức từ được đóng giữa các cực bắc và nam tương ứng của rôto thông qua khe hở không khí và đường cung cấp của stato (Hình 2, a, b).

Cuộn dây rôto hoặc cuộn dây trường được cung cấp bởi bộ chỉnh lưu hoặc máy phát điện một chiều nhỏ—máy kích thích có công suất bằng 0,5 đến 10% công suất định mức của máy điện đồng bộ. Máy kích thích có thể được đặt trên cùng một trục với máy điện đồng bộ, được truyền động từ trục của nó bằng hộp số linh hoạt hoặc được truyền động bằng một động cơ riêng.

Rôto cực ngầm của máy điện đồng bộ là một hình trụ rắn hoặc composite làm bằng thép cacbon hoặc thép hợp kim với các rãnh được phay trên bề mặt của nó theo hướng dọc trục. Các khe này chứa một cuộn dây làm bằng dây đồng hoặc nhôm cách điện.Đầu I1 và đầu I2 của cuộn dây này được nối với hai vòng trượt gắn trên ống lót cách điện nằm trên trục máy và quay cùng với rôto.

Các bàn chải cố định được ép vào các vòng, từ đó các dây được dẫn đến các kẹp được đánh dấu I1 và I2 để kết nối với nguồn năng lượng điện không đổi. Các răng xi lanh lớn, không có rãnh của rôto tạo thành các cực của rôto.

Một rôto cực ngầm thường có hai hoặc bốn cực xen kẽ, nó được sử dụng trong các máy đồng bộ tốc độ cao, đặc biệt là trong các máy phát điện tuabin - máy phát điện đồng bộ ba pha được kết nối trực tiếp với tuabin hơi được thiết kế cho tốc độ 3000 hoặc 1500 vòng quay mỗi phút tại Tần số xoay chiều 50 Hz...

Cơm. 2. Thiết bị của máy điện đồng bộ ba pha có rôto: a — cực ẩn, b — cực nổi, 1 — khung, 2 — mạch từ stato, 3 — dây stato, 4 — khe hở không khí, 5 — cực rôto, 6 — đầu cực, 7 — thẳng rôto, 8 — cuộn dây kích thích, 9 — đoản mạch, 10 — vòng trượt, 11 — chổi than, 12 — trục.

Rôto cực hở của máy điện đồng bộ có bốn cực trở lên có một ách bằng các tấm thép chắc chắn hoặc có lót, trên đó được gắn các trụ thép có kết cấu tương tự, có mặt cắt ngang hình chữ nhật, kết thúc bằng các gai (Hình 2, b ). Các cuộn dây nối với nhau nằm ở các cực tạo thành cuộn dây kích thích.

Rôto như vậy được sử dụng trong các máy đồng bộ tốc độ thấp, có thể là máy phát thủy điện và máy phát điện diesel - tương ứng là máy phát đồng bộ ba pha được kết nối trực tiếp với tuabin thủy lực hoặc động cơ đốt trong, được thiết kế cho tốc độ quay 1500, 1000, 750 và vòng/phút thấp hơn ở tần số dòng điện xoay chiều 50 Hz.

Nhiều máy điện đồng bộ có trên rôto, ngoài cuộn dây kích thích, một cuộn dây giảm chấn bằng đồng hoặc đồng thau ngắn mạch, cuộn dây này ở rôto không cực trơn khác một chút so với cuộn dây tương tự trên rôto của máy điện cảm ứng, và ở một rôto cực nổi, nó được thực hiện dưới dạng một cuộn dây ngắn mạch không hoàn chỉnh, các thanh của chúng chỉ được nhúng trong các rãnh và không có trong không gian giữa các cực. Cuộn dây này góp phần làm giảm dao động của rôto ở chế độ không cố định của máy đồng bộ, đồng thời cung cấp khả năng khởi động không đồng bộ của động cơ đồng bộ.

Các máy đồng bộ có công suất định mức lên đến 5 kW đôi khi được sản xuất theo thiết kế ngược lại với cuộn dây trường stato và cuộn dây rôto ba pha.

Hiệu suất của máy phát điện đồng bộ ba pha

Hoạt động của máy đồng bộ ba pha ở chế độ máy phát đi kèm với tổn thất năng lượng, nhưng về bản chất, tương tự như tổn thất trong máy không đồng bộ. Về vấn đề này, hiệu suất của máy phát đồng bộ ba pha được đặc trưng bởi giá trị của hệ số hiệu suất (hiệu suất), trong điều kiện tải đối xứng được xác định theo công thức:

η = (√3UIcosφ) / (√3UIcosφ + ΔP),

trong đó U và I — vận hành, điện áp và dòng điện mạng, cosφ — hệ số công suất của máy thu, ΔP — tổng tổn thất tương ứng với tải đã cho của máy đồng bộ.

Giá trị của hiệu suất (hiệu quả) của máy phát điện đồng bộ phụ thuộc vào kích thước của tải và hệ số công suất của máy thu (Hình 3).

Cơm. 3. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất máy phát điện đồng bộ ba pha vào tải và hệ số công suất của máy thu.

Giá trị hiệu suất tối đa tương ứng với tải gần với giá trị danh định và là 0,88-0,92 đối với máy công suất trung bình và đối với máy phát công suất lớn, nó đạt giá trị 0,96-0,99. Mặc dù các máy đồng bộ lớn có hiệu suất cao, nhưng do lượng nhiệt sinh ra lớn nên cần phải làm mát các cuộn dây bằng hydro, nước cất hoặc dầu máy biến áp, điều này góp phần tản nhiệt tốt hơn, đồng thời cho phép bạn tạo ra các máy nhỏ gọn hơn và máy đồng bộ ba pha hiệu quả.