Otázka: Synchronní stroje
Předmět: Technologie a strojírenství
Přidal(a): Oldřich Střítecký
Synchronní stroje
Výhodou synchronních strojů je, že kmitočet jejich svorkového napětí je přímo úměrný otáčkám. Synchronní stroje nemají skluz a jejich rotor se otáčí současně s točivým magnetickým polem statoru synchronními otáčkami, proto se tyto stroje nazývají synchronními.Alternátory i synchronní motory jsou zpravidla trojfázové. Stator synchronního stroje je stejný jako stator asynchronního motoru. Rotor je vytvořen jako otáčející se dvoupólový elektromagnet. Elektrická energie se u alternátorů odvádí ze statoru a u motorů se do statoru přivádí. Velké alternátory vyrábí střídavý proud se sdruženým napětím až 25000 V a velké synchronní motory se staví na napětí až 6000 V.
Rozdělení synchronních stojů:
Podle účelu se dělí synchronní stroje na:
- Alternátory – tj. synchronní generátory, které se používají v energetice k výrobě střídavého el. Proudu.
- Turboalternátory – jsou poháněny parní, nebo plynovou turbínou
- Hydroalternátory – jsou poháněny vodní turbínou
- Synchronní motory – jsou stroje na přeměnu elektrické energie na mechnickou energii při stálých synchronních otáčkách.
- Synchronní kompenzátory – pracují jako nezatížené motory a podle nastaveného buzení dodávají do sítě pouze jalový výkon. Používají se k řízení napětí a účiníku v elektrizační soustavě.
- Jednokotvové měniče – používají se k přímé přeměně střídavého proudu za stejnosměrný proud, nebo naopak.
- Zubové generátory – slouží k výrobě středofrekvenčního proudu (od 2 kHz do 10 kHz). Zejména pro potřeby metalurgie.
Podle uspořádání rotoru jsou synchronní stroje:
- S vyniklými póly – které mají rotor složený z kola, na němž je upevněn určitý počet pólů s vlastními budícími cívkami.
- S hladkým rotorem, který tvoří pevný válec, na povrchu podélně drážkovaný. V hlubokých drážkách rotoru je umístěno soustředné budící vinutí napájené stejnosměrným proudem.
Alternátory s vyniklými póly
- největší skupinu synchronních strojů s vyniklými póly tvoří alternátory.Podle uložení hřídele jsou hydroalternátory s vodorovnou hřídelí, která je poháněna peltonovou turbínou, nebo francoisovou, kaplanovou turbínou se svislou hřídelí se závěsným, nebo podpěrným uložením. Vodní turbína má výkon 32,3 MW a připojený hydroalternátor (zdánlivý výkon 45 MVA).
Turboalternátory s hladkým rotorem
- většina elektrické energie se vyrábí v turboalternátorech spojených přímo s parními, nebo plynovými turbínami, které pracují nejhospodárněji při otáčkách 3000/min. Z tohoto důvodu nelze použít alternátory s vyniklými póly, neboť by vzhledem ke značnému namáhání rotoru odstředivými silami mohlo dojít k jejímu poškození. Turboalternátory s hladkým rotorem mají rotorové budící vinutí uložené v hlubokých drážkách masivních vykovaných ocelových válců, které jsou buď z jednoho kusu, nebo sešroubované z několika dílů.
Synchronní motory
- konstrukce synchronních motorů je v podstatě stejná, jako u synchronních alternátorů. Do 1500 ot./min. se motory staví s vyniklými póly. Na 1500 a 3000 ot./min. se konstruují jako turbomotory, tedy podobně jako turboalternátory. Synchronní motor má stálé otáčky, sám se ale nerozběhne. Pro vznik magnetického pole je zapotřebí budič. Nezatěžuje el. síť jalovým proudem, ale naopak v přebuzeném stavu jej může dodávat. Má větší provozní účinnost, než asynchronní motor stejného výkonu a není tak citlivý na kolísání napětí v síti. Větší účinnost představuje značné úspory elektrického proudu. Nevýhodou těchto motorů je nutnost použití složitého spouštěcího zařízení a malý záběrový moment. Otáčky lze řídit pouze změnou kmitočtu.Protože při spouštění v síti vznikne proudový náraz, snažíme se jej zmírnit spouštěcími tlumivkami (reaktory) zapojenými do uzlu statorového vinutí. Po rozběhu se tlumivky zkratují.Motory do výkonu 1200 kW se obvykle připojují k síti přímo. Použití synchronního motoru je výhodnější u pohonů, které nevyžadují velký záběrový moment. Jsou zatěžovány rovnoměrně bez nárazu a nevyžadují časté nastavování a spouštění. Zvláště výhodné jsou provozy, které nevyžadují řízení otáček a reverzaci pohonu. Synchronní motory se přednostně používají pro pohony velkých motorgenerátorů, kulových mlýnů, v elektrárnách a cementárnách, vodních čerpadel, ventilátorů, dmychadel pro vysoké pece, atd.
Synchronní kompenzátor
- je synchronní motor , který běží na prázdno. Používáme ho k řízení napětí a ke kompenzaci (k zlepšení účiníku sítě). Přebuzený synchronní kompenzátor má vlastnosti kondenzátoru, jeho proud předbíhá napětí a má tedy schopnost dodávat do sítě jalový výkon. Ze sítě odebírá pouze výkon na krytí ztrát. Synchronní kompenzátory se vyrábějí na velké výkony, jako rychloběžné stroje. Jejich plášť je těsně uzavřen, chladí se vzduchem, nebo vodíkem.
Alternátor
- Generátoru na střídavý proud říkáme alternátor. Je to elektrický synchronní točivý stroj, který pomocí točivého magnetického pole přeměňuje mechanickou energii na elektrickou energii. Alternátor se skládá ze statoru, rotoru a budiče(dynama).
Využití: Vhodný pro pohony s velkými výkony, kde se nepožaduje změna smyslu otáčení ani řízení otáček. Ventilátory, kompresory atd..
Výhody: mají dobrý účiník (cos =1 – odebírají ze sítě pouze činný proud) a velkou účinnost (0,95 až 0,58)
Nevýhody: k nabuzení musí mít motor zdroj ss proudu. Mají malý záběrný moment proto se spouštějí nezatížené nebo odlehčené.
