동기 기계의 목적과 배치

동기식 기계 -고정자 권선의 일정한 전류 주파수에서 회 전자의 속도가 일정하게 유지되고 기계 샤프트의 부하 크기에 의존하지 않는 교류 기계.

동기 기계 그들은 주로 원동기의 기계적 에너지를 전기 에너지, 즉 교류 전기 에너지의 발전기로 변환하는 데 사용됩니다. 그러나 동기 기계는 모터, 무효 전력 보상기 및 기타 장치 모드에서도 사용됩니다.

산업 설비에서는 3상 동기 기계가 가장 널리 사용됩니다. 단상 동기 모터는 압축기의 전기 드라이브, 강력한 팬, 다양한 자동 장치의 저전력 모터 등에 사용됩니다.

동기 기계 장치

3상 동기식 기계는 고정식 고정자와 내부에서 회전하는 암묵적 또는 볼록한 극 회전자로 구성되며, 그 사이에는 기계의 공칭 전력에 의해 결정되는 반경 방향 크기와 속도에 따라 달라지는 공극이 있습니다. 수십 밀리미터의 분수.

이러한 기계의 고정자는 실제로 유도 기계의 고정자와 디자인이 다르지 않으며 3 상 권선이 있으며 위상의 시작은 C1, C2, C3으로 지정되고 끝은 C4, C5, C6은 고정자 권선의 위상을 델타 또는 별과 연결할 수 있도록 유사한 지정을 가진 단자로 가져옵니다.

3상 동기 발전기의 고정자 권선의 위상은 3상 4선식 네트워크가 서로 √3배 다른 라인 및 위상 전압을 가질 수 있기 때문에 주로 스타에 연결됩니다(그림 1 ).

쌀. 1. 위상이 스타 연결될 때 3상 동기 발전기의 고정자 권선 단자에 3상 4상 네트워크를 연결하는 방식.

동기 기계의 회전자는 3상 고정자 권선과 같은 극수를 가진 권선을 가진 직류 전자기 시스템입니다. 자력선은 에어 갭과 고정자의 공급선을 통해 회전자의 각 북극과 남극 사이에서 닫힙니다(그림 2, a, b).

회 전자 권선 또는 계자 권선은 정류기 또는 소형 DC 발전기 (동기 기계의 정격 출력의 0.5 ~ 10 % 출력을 가진 여자 기)에 의해 공급됩니다. 익사이터는 동기식 기계와 동일한 샤프트에 위치하거나 샤프트에서 유연한 변속기로 구동되거나 별도의 모터로 구동될 수 있습니다.

동기식 기계의 암시적 폴 로터는 축 방향으로 표면을 가로질러 밀링된 홈이 있는 탄소강 또는 합금강으로 만들어진 솔리드 또는 복합 실린더입니다. 이 슬롯에는 절연 구리 또는 알루미늄 와이어로 만든 코일이 있습니다.이 권선의 I1의 시작과 I2의 끝은 기계 샤프트에 있는 절연체 슬리브에 장착되고 로터와 함께 회전하는 두 개의 슬립 링에 연결됩니다.

고정 브러시는 일정한 전기 에너지원에 연결하기 위해 와이어가 I1 및 I2로 표시된 클램프로 연결되는 링에 대해 눌러집니다. 슬롯이 없는 대형 로터 실린더 톱니는 로터 폴을 형성합니다.

암시 적 극 회전자는 일반적으로 극성이 2 개 또는 4 개로 바뀌며 고속 동기 기계, 특히 터빈 발전기에 사용됩니다. 분당 3000 또는 1500 회전 속도로 설계된 증기 터빈에 직접 연결된 3 상 동기 발전기 AC 주파수 50Hz...

쌀. 2. 회 전자가있는 3 상 동기 기계 장치 : a - 숨겨진 극, b - 두드러진 극, 1 - 프레임, 2 - 고정자 자기 회로, 3 - 고정자 와이어, 4 - 에어 갭, 5 - 회 전자 극, 6 — 극 팁, 7 — 회전자에 직선, 8 — 여자 코일 권선, 9 — 단락, 10 — 슬립 링, 11 — 브러시, 12 — 샤프트.

극이 4개 이상인 동기식 기계의 개방 극 회전자는 철판으로 된 단단한 요크 또는 일직선으로 된 요크를 가지고 있으며, 그 요크에는 유사한 구조의 강철 기둥이 부착되어 있고 직사각형 단면을 가지며 스파이크로 끝납니다(그림 2, b). ). 서로 연결된 코일은 극에 위치하여 여자 코일을 형성합니다.

이러한 로터는 1500, 1000, 750 및 50Hz의 교류 주파수에서 더 낮은 rpm.

많은 동기 기계는 여기 권선 외에도 회전자에 단락된 구리 또는 황동 감쇠 권선을 가지고 있으며, 이는 비평활 극 회전자에서 유도 기계의 회전자에 있는 유사한 권선과 거의 다르지 않습니다. 돌극 로터 그것은 불완전한 단락 코일의 형태로 수행되며 막대는 홈에만 내장되고 극간 공간에는 없습니다. 이 권선은 동기 기계의 비정지 모드에서 회전자 진동의 감쇠에 기여하고 동기 모터의 비동기 시작도 제공합니다.

최대 5kW 정격의 동기식 기계는 때때로 고정자 계자 권선 및 3상 회전자 권선을 사용하여 역설계로 생산됩니다.

삼상동기발전기의 효율

발전기 모드에서 3상 동기식 기계의 작동에는 에너지 손실이 수반되지만 그 특성상 비동기식 기계의 손실과 유사합니다. 이와 관련하여 3상 동기 발전기의 효율은 대칭 부하 조건에서 다음 공식에 의해 결정되는 효율 계수(효율)의 값으로 특징지어집니다.

η = (√3UIcosφ) / (√3UIcosφ + ΔP),

여기서 U와 I - 작동, 네트워크 전압 및 전류, cosφ - 수신기의 역률, ΔP - 동기 기계의 주어진 부하에 해당하는 총 손실.

동기 발전기의 효율(효율) 값은 부하의 크기와 수신기의 역률에 따라 달라집니다(그림 3).

쌀. 3. 수신기의 부하 및 역률에 대한 3상 동기 발전기의 효율 의존성 그래프.

효율의 최대 값은 공칭 부하에 가깝고 중간 전력 기계의 경우 0.88-0.92이고 고전력 발전기의 경우 0.96-0.99 값에 도달합니다. 대형 동기식 기계의 고효율에도 불구하고 많은 양의 열 발생으로 인해 권선을 수소, 증류수 또는 변압기 오일로 냉각해야 더 나은 방열에 기여하고 더 작고 컴팩트하게 만들 수 있습니다. 효율적인 삼상 동기 기계.