Szinkrongépek Generátorok, motorok

A szinkrongép elvi ábrája A szinkron gép forgórészének tekercselésében (indukciós géptől eltérően), egy külső u.n. gerjesztő-feszültség által létrehozott egyenáram folyik. A szinkron gép esetén a forgórész együtt forog az állórész mágneses mezejével, (tehát az s szlip zérus).

Szinkron és aszinkron gép közti különbség Váltakozó árammal működő villamos forgógép, amelynek forgó mágneses tere mind az állórész, mind a forgórész tekercselésével kapcsolódik, és a tekercsek között a teljesítmény átadása kizárólag elektromágneses indukció útján történik. Az üresjárás kivételével a forgórész fordulatszáma mindig különbözik az állórész-tekercselés által létrehozott forgó mágneses tér fordulatszámától. A különbséget a szlip jellemzi. Szinkron gép: Az állórész felépítése megegyezik az aszinkron motorok állórészének felépítésével, azaz itt is ω szinkron szögsebességű körforgó, vagy elliptikusan forgó mezőt hozunk létre, amellyel a forgórész „együtt jár”. Az egyetlen forgórész tekercset egyenárammal tápláljuk. (Kis gépeknél lehet állandó mágneses.) A forgórész mező így a forgórészhez képest áll, nyugalomban van (állandó mező), ahhoz rögzített, "hozzá van ragasztva":

Mi a szinkrongép? A szinkrongépek – generátorok és motorok – olyan villamos forgógépek, amelynek az álló- és forgórészében létrejött mágneses terek azonos fordulatszámmal együtt mozognak, szinkronban vannak.

Működési elv 1. A generátorok működési elve a mozgási indukció felismerésén alapszik. Ha egy vezetőkerettel kapcsolódó mágneses erővonalak száma megváltozik, a vezetőkeretben feszültség indukálódik. A fluxus változást mozgási indukciónál a mágneses tér és a vezetőkeret viszonylagos elmozdulása okozza.

Működési elv 2. A szinkron generátoroknál a vezetőkeret az álló részen van, a forgórész által létrehozott mágneses teret forgatjuk. A forgó mágneses tér az álló vezető keretben az energiaszállítási szempontból kedvező váltakozó feszültségű villamos energiát állítja elő. Ha feltételezzük, hogy a mágneses tér eloszlása a kerület mentén szinuszos, akkor a tekercsben indukált feszültség változása is szinuszos alakú lesz.

Az indukált feszültség Az állórészen elhelyezett tekercselésben a forgórész által létesített teret forgatva, szinuszos lefolyású feszültséget kívánunk létrehozni, melynek maximális értéke: Umax=v*N*Fmax Ui=Umax /√2 = 4.44*f*N*Fmax

Működési elv 3. A villamos energia visszaalakítása mozgási energiává legkedvezőbben 3 fázisú árammal lehetséges, ezért a szállítási szempontból is kedvező 3 fázisú váltakozó áramú rendszerek terjedtek el. A szimmetrikus 3 fázist három szimmetrikusan elhelyezett tekercsrenszerrel hozzuk létre a szinkron generátorokban. (U, V, W)

Működési elv 4. A térben eltolt tekercsekkel a forgó mágneses tér időben eltolódva kapcsolódik. fu=Fmax*sin(v*t), fu=Fmax*sin(v*t-120o), fu=Fmax*sin(v*t+120o)

Működési elv 5. A kerület mentén azonban nem csak egy északi-déli pólust hozhatunk létre, hanem többet is. Így a két pólusú (egy póluspár) szimmetrikus 120o - 120o-ához képest a négy pólusú kialakításnál a tekercsek helyzete 60o- 60o-ra változik.

Működési elv 6. Ha egy körülfordulás alatt p póluspárú mező kapcsolódik a vezetőkkel akkor abban f=p*n frekvenciájú feszültség fog indukálódni. f – frekvencia [Hz] p – póluspárok száma n – fordulatszám [1/s]

Kialakítás 1. A gyakorlatban azonban a háromfázisú tekercselést nem 6 (vagy ennek p szerese) horonyban, hanem a hely jobb kihasználása érdekében a kerület mentén elosztva, több horonyban helyezzük el. Az egy fázishoz és egy pólushoz tartozó hornyok számát q-val jelöljük: q= Z/m*2p Z – az összes horonyszám m – a fázisok száma 2p – a pólusok száma

A szinkrongenerátorok szerkezete 1. Állórész – ház: Kis és közepes teljesítményű gépek esetén öntöttvas, nagyobb gépeknél hegesztett acélszerkezet - vasmag: Cső alakú, egymástól elszigetelt ún. dinamólemezből készül. A vasmag belső palástja mentén egyenletes osztással hornyolt. - tekercselés: Szigetelt rézvezetőből készül

A szinkrongenerátorok szerkezete 2. Forgórész (Egyenárammal gerjesztett elektromágnes) - Hengeres forgórész: Vasmagja henger alakú. Közepes teljesítményig lemezelt, nagy teljesítményű gépeknél tömör acél. A hengerpalást egy részén kialakított hornyokban helyezkedik el a gerjeszőtekercselés, mely szigetelt rézből készül.

A szinkrongenerátorok szerkezete 3. A gerjesztőtekercs két vége a tengelyre szerelt ún. csúszógyűrűkhöz csatlakozik. A csúszóérintkezők egymástól illetve a tengelytől egyaránt elszigetelt bronzból készült, mozgó érintkezők. A csúszógyűrűkhöz a gerjesztő feszültséget szénkeféken keresztül vezetik be.

A szinkrongenerátorok szerkezete 4. Kiálló pólusú forgórész: A tengelyen elhelyezett acélkoszorúra szerelik fel a pólusokat, amelyek törzsén helyezkednek el a gerjesztőtekercsek.

A terhelési szög 1. A terhelőáram mágneses terének visszahúzó, fékező hatása jelentkezik a forgórész tengelyén. Ha továbbra is azonos fordulatszámmal kívánjuk forgatni a póluskereket (állandó frekvencia miatt szükséges), nagyobb nyomatékot kell kifejteni a tengelyre. P=M*v

A terhelési szög 2. az armatúraáram mágnese terének fékező hatása mérhető alakban jelentkezik a gép belsejében. Ha a forgórész által létrehozott mágneses teret képzeletben szétválasztjuk az armatúra mágneses terétől, akkor a két teret két mágnesként ábrázolhatjuk.

A terhelési szög 3. Üresjárási állapotban a két mágneses tér igen kis szögeltéréssel együtt forog Terhelésnél a terhelés mértékétől nő a fékező hatás, nő a két mágneses tér képzeletbeli középvonala közti különbség, a d terhelési szög. Stabilitási határnak nevezzük azt az állapotot amikor maximális a nyomaték, itt d =90o A stabilitási határt átlépve a mágneseket együttforgató erő csökken!