Σύγχρονες μηχανές — κινητήρες, γεννήτριες και αντισταθμιστές

Οι σύγχρονες μηχανές είναι ηλεκτρικές μηχανές εναλλασσόμενου ρεύματος στις οποίες ο ρότορας και το μαγνητικό πεδίο των ρευμάτων του στάτη περιστρέφονται συγχρόνως.
Οι τριφασικές σύγχρονες γεννήτριες είναι οι πιο ισχυρές ηλεκτρικές μηχανές. Η μοναδιαία ισχύς των σύγχρονων γεννητριών στους υδροηλεκτρικούς σταθμούς είναι 640 MW και στους θερμοηλεκτρικούς σταθμούς — 8 — 1200 MW. Σε ένα σύγχρονο μηχάνημα, μία από τις περιελίξεις συνδέεται σε ένα δίκτυο AC και η άλλη διεγείρεται από DC. Η περιέλιξη εναλλασσόμενου ρεύματος ονομάζεται περιέλιξη οπλισμού.
Η περιέλιξη του οπλισμού μετατρέπει όλη την ηλεκτρομαγνητική ισχύ της σύγχρονης μηχανής σε ηλεκτρική ισχύ και αντίστροφα. Επομένως, συνήθως τοποθετείται σε στάτορα, ο οποίος ονομάζεται οπλισμός. Το πηνίο διέγερσης καταναλώνει 0,3 - 2% της μετατρεπόμενης ισχύος, επομένως συνήθως βρίσκεται σε έναν περιστρεφόμενο ρότορα, ο οποίος ονομάζεται επαγωγέας και η χαμηλή ισχύς διέγερσης παρέχεται από δακτυλίους ολίσθησης ή συσκευές διέγερσης χωρίς επαφή.

Το μαγνητικό πεδίο του οπλισμού περιστρέφεται με σύγχρονη ταχύτητα n1 = 60f1 / p, rpm, όπου p = 1,2,3 … 64, κ.λπ. είναι ο αριθμός των ζευγών πόλων.
Με συχνότητα βιομηχανικού δικτύου f1 = 50 Hz, αριθμός σύγχρονων ταχυτήτων σε διαφορετικό αριθμό πόλων: 3000, 1500, 1000, κ.λπ.). Δεδομένου ότι το μαγνητικό πεδίο του επαγωγέα είναι ακίνητο σε σχέση με τον ρότορα, για τη συνεχή αλληλεπίδραση των πεδίων του επαγωγέα και του οπλισμού, ο ρότορας πρέπει να περιστρέφεται με την ίδια σύγχρονη ταχύτητα.

Κατασκευή σύγχρονων μηχανών
Ο στάτορας μιας σύγχρονης μηχανής με τριφασική περιέλιξη δεν διαφέρει στην κατασκευή ασύγχρονος στάτορας μηχανής, και ο ρότορας με ένα συναρπαστικό πηνίο είναι δύο τύπων — προεξέχων και άρρητος πόλος. Σε υψηλές ταχύτητες και μικρό αριθμό πόλων, χρησιμοποιούνται δρομείς άρρητου πόλου επειδή έχουν πιο ανθεκτική δομή και σε χαμηλές ταχύτητες και μεγάλο αριθμό πόλων χρησιμοποιούνται ρότορες με προεξέχοντα πόλο αρθρωτής κατασκευής. Η αντοχή τέτοιων ρότορων είναι μικρότερη, αλλά είναι πιο εύκολο να κατασκευαστούν και να επισκευαστούν. Φαινόμενος ρότορας πόλων:

Χρησιμοποιούνται σε σύγχρονες μηχανές με μεγάλο αριθμό πόλων και αντίστοιχα χαμηλό n. Υδροηλεκτρικοί σταθμοί (υδρογεννήτριες). συχνότητα n από 60 έως αρκετές εκατοντάδες στροφές ανά λεπτό. Οι πιο ισχυροί υδρογεννήτριες έχουν διάμετρο ρότορα 12 m με μήκος 2,5 m, p — 42 και n = 143 rpm.
Έμμεσος ρότορας:

Περιέλιξη — διάμετρος d = 1,2 — 1,3 m στα κανάλια του ρότορα, το ενεργό μήκος του ρότορα δεν υπερβαίνει τα 6,5 m TPP, NPP (γεννήτριες στροβίλων). S = 500.000 kVA σε ένα μηχάνημα n = 3000 ή 1500 rpm (1 ή 2 ζεύγη πόλων).
Εκτός από το πηνίο πεδίου, ένα πηνίο απόσβεσης ή απόσβεσης βρίσκεται στον ρότορα, το οποίο χρησιμοποιείται για εκκίνηση σε σύγχρονους κινητήρες. Αυτό το πηνίο είναι κατασκευασμένο παρόμοιο με ένα πηνίο βραχυκυκλώματος κλωβού σκίουρου, μόνο πολύ μικρότερου τμήματος, καθώς ο κύριος όγκος του ρότορα καταλαμβάνεται από το πηνίο πεδίου.Στους ρότορες μη ομοιόμορφου πόλου, ο ρόλος της περιέλιξης του αποσβεστήρα παίζεται από τις επιφάνειες των συμπαγών δοντιών του ρότορα και τις αγώγιμες σφήνες στα κανάλια.
Συνεχές ρεύμα στην περιέλιξη διέγερσης μιας σύγχρονης μηχανής μπορεί να τροφοδοτηθεί από μια ειδική γεννήτρια DC που είναι εγκατεστημένη στον άξονα της μηχανής και ονομάζεται διεγέρτης ή από το δίκτυο μέσω ενός ανορθωτή ημιαγωγών.
Δείτε επίσης για αυτό το θέμα:
Σκοπός και διάταξη σύγχρονων μηχανών

Πώς λειτουργούν τα σύγχρονα turbo και οι υδρογεννήτριες

Μια σύγχρονη μηχανή μπορεί να λειτουργήσει ως γεννήτρια ή ως κινητήρας. Ένα σύγχρονο μηχάνημα μπορεί να λειτουργήσει ως κινητήρας εάν παρέχεται τριφασικό ρεύμα δικτύου στην περιέλιξη του στάτη. Σε αυτή την περίπτωση, ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης των μαγνητικών πεδίων του στάτορα και του δρομέα, το πεδίο του στάτορα μεταφέρει τον ρότορα μαζί του. Σε αυτή την περίπτωση, ο ρότορας περιστρέφεται προς την ίδια κατεύθυνση και με την ίδια ταχύτητα με το πεδίο του στάτορα.

Ο τρόπος λειτουργίας της γεννήτριας των σύγχρονων μηχανών είναι ο πιο συνηθισμένος και σχεδόν όλη η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται από σύγχρονες γεννήτριες.Σύγχρονοι κινητήρες χρησιμοποιούνται με ισχύ άνω των 600 kW και έως 1 kW ως μικροκινητήρες. Σύγχρονες γεννήτριες για τάσεις έως 1000 V χρησιμοποιούνται σε μονάδες για αυτόνομα συστήματα τροφοδοσίας.

Οι μονάδες με αυτές τις γεννήτριες μπορεί να είναι σταθερές και κινητές. Οι περισσότερες μονάδες χρησιμοποιούνται με κινητήρες ντίζελ, αλλά μπορούν να τροφοδοτούνται από αεριοστρόβιλους, ηλεκτρικούς κινητήρες και βενζινοκινητήρες.

Ένας σύγχρονος κινητήρας διαφέρει από μια σύγχρονη γεννήτρια μόνο από ένα πηνίο απόσβεσης εκκίνησης, το οποίο θα πρέπει να εξασφαλίζει καλές ιδιότητες εκκίνησης του κινητήρα.

Σχέδιο μιας εξαπολικής σύγχρονης γεννήτριας.Εμφανίζονται διατομές των περιελίξεων μιας φάσης (τρεις περιελίξεις συνδεδεμένες σε σειρά). Οι περιελίξεις των άλλων δύο φάσεων ταιριάζουν στις ελεύθερες υποδοχές που φαίνονται στο σχήμα. Οι φάσεις συνδέονται σε αστέρι ή δέλτα.

Λειτουργία γεννήτριας: ο κινητήρας (τουρμπίνα) περιστρέφει τον ρότορα, το πηνίο του οποίου τροφοδοτείται με σταθερή τάση; υπάρχει ένα ρεύμα που δημιουργεί ένα μόνιμο μαγνητικό πεδίο. Το μαγνητικό πεδίο περιστρέφεται με τον ρότορα, διασχίζει τις περιελίξεις του στάτορα και προκαλεί ένα EMF ίδιου μεγέθους και συχνότητας αλλά μετατοπισμένο κατά 1200 (συμμετρικό τριφασικό σύστημα).

Λειτουργία κινητήρα: η περιέλιξη του στάτορα συνδέεται σε ένα τριφασικό δίκτυο και η περιέλιξη του ρότορα σε μια πηγή συνεχούς ρεύματος. Ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης του περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου της μηχανής με το συνεχές ρεύμα του πηνίου διέγερσης, εμφανίζεται μια ροπή Mvr, η οποία οδηγεί τον ρότορα να περιστρέφεται με την ταχύτητα του μαγνητικού πεδίου.

Το μηχανικό χαρακτηριστικό ενός σύγχρονου κινητήρα — εξάρτηση n (M) — είναι ένα οριζόντιο τμήμα.

Educational Filmstrip - "Synchronous Motors" που παρήχθη από το Εργοστάσιο Εκπαιδευτικών Υλικών το 1966.
Μπορείτε να το παρακολουθήσετε εδώ: Filmstrip «Synchronous Motor»

Εφαρμογή σύγχρονων κινητήρων Η μαζική χρήση ασύγχρονων κινητήρων με σημαντική υποφόρτιση περιπλέκει τη λειτουργία συστημάτων και σταθμών ισχύος: ο συντελεστής ισχύος στο σύστημα μειώνεται, γεγονός που οδηγεί σε πρόσθετες απώλειες σε όλες τις συσκευές και γραμμές, καθώς και στην ανεπαρκή χρήση τους σε όρους ενεργού ισχύος. Ως εκ τούτου, η χρήση σύγχρονων κινητήρων κατέστη απαραίτητη, ειδικά για μηχανισμούς με ισχυρούς κινητήρες.

Οι σύγχρονοι κινητήρες έχουν ένα μεγάλο πλεονέκτημα σε σχέση με τους ασύγχρονους κινητήρες, το οποίο είναι ότι, χάρη στη διέγερση συνεχούς ρεύματος, μπορούν να λειτουργήσουν με cosphi = 1 και δεν καταναλώνουν άεργο ισχύ από το δίκτυο και κατά τη λειτουργία, όταν υπερδιεγερθούν, δίνουν ακόμη και άεργη ισχύ στο δίκτυο. Ως αποτέλεσμα, βελτιώνεται ο συντελεστής ισχύος του δικτύου και μειώνονται η πτώση τάσης και οι απώλειες σε αυτό, καθώς και ο συντελεστής ισχύος των γεννητριών που λειτουργούν σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής.

Η μέγιστη ροπή ενός σύγχρονου κινητήρα είναι ανάλογη του U και για έναν ασύγχρονο κινητήρα U2.

Επομένως, όταν πέφτει η τάση, ο σύγχρονος κινητήρας διατηρεί μεγαλύτερη χωρητικότητα φορτίου. Επιπλέον, η χρήση της δυνατότητας αύξησης του ρεύματος διέγερσης των σύγχρονων κινητήρων καθιστά δυνατή την αύξηση της αξιοπιστίας τους σε περίπτωση πτώσης τάσης έκτακτης ανάγκης στο δίκτυο και τη βελτίωση σε αυτές τις περιπτώσεις των συνθηκών λειτουργίας του συστήματος ισχύος στο σύνολό του. Λόγω του μεγαλύτερου μεγέθους του διακένου αέρα, οι πρόσθετες απώλειες στον χάλυβα και στον κλωβό του ρότορα των σύγχρονων κινητήρων είναι μικρότερες από αυτές των ασύγχρονων κινητήρων, επομένως η απόδοση των σύγχρονων κινητήρων είναι συνήθως υψηλότερη.

Από την άλλη πλευρά, η κατασκευή σύγχρονων κινητήρων είναι πιο περίπλοκη από τους επαγωγικούς κινητήρες με κλωβό σκίουρου και επιπλέον, οι σύγχρονοι κινητήρες πρέπει να διαθέτουν διεγέρτη ή άλλη συσκευή για την παροχή ενός πηνίου DC. Ως αποτέλεσμα, οι σύγχρονοι κινητήρες είναι στις περισσότερες περιπτώσεις πιο ακριβοί από τους ασύγχρονους κινητήρες σκίουρου.

Κατά τη λειτουργία των σύγχρονων κινητήρων, προέκυψαν σημαντικές δυσκολίες στην εκκίνηση τους.Αυτές οι δυσκολίες έχουν ήδη ξεπεραστεί.

Η εκκίνηση και ο έλεγχος της ταχύτητας των σύγχρονων κινητήρων είναι επίσης πιο δύσκολοι. Ωστόσο, το πλεονέκτημα των σύγχρονων κινητήρων είναι τόσο μεγάλο που σε υψηλές ισχύς συνιστάται η χρήση τους οπουδήποτε δεν απαιτούνται συχνές εκκινήσεις και στάσεις και έλεγχος ταχύτητας (γεννήτριες κινητήρα, ισχυρές αντλίες, ανεμιστήρες, συμπιεστές, μύλοι, θραυστήρες κ.λπ.). ).

Δείτε επίσης:

Τυπικά σχήματα εκκίνησης σύγχρονων κινητήρων

Ηλεκτρομηχανικές ιδιότητες σύγχρονων κινητήρων

Σύγχρονοι αντισταθμιστές

Οι σύγχρονοι αντισταθμιστές έχουν σχεδιαστεί για να αντισταθμίζουν τον συντελεστή ισχύος του δικτύου και να διατηρούν το κανονικό επίπεδο τάσης του δικτύου σε περιοχές όπου είναι συγκεντρωμένα τα φορτία των καταναλωτών. Ο υπερδιεγερμένος τρόπος λειτουργίας του σύγχρονου αντισταθμιστή είναι φυσιολογικός όταν παρέχει άεργο ισχύ στο δίκτυο.

Από αυτή την άποψη, οι αντισταθμιστές, καθώς και οι τράπεζες πυκνωτών που εξυπηρετούν τους ίδιους σκοπούς, που είναι εγκατεστημένοι σε υποσταθμούς καταναλωτών, ονομάζονται επίσης γεννήτριες αέργου ισχύος. Ωστόσο, σε περιόδους μειωμένου φορτίου χρήστη (για παράδειγμα, τη νύχτα), είναι συχνά απαραίτητο να χρησιμοποιούνται σύγχρονοι αντισταθμιστές και σε λειτουργία υποδιέγερσης, όταν καταναλώνουν επαγωγικό ρεύμα και άεργο ισχύ από το δίκτυο, καθώς σε αυτές τις περιπτώσεις η τάση του δικτύου τείνει να αυξηθεί και για να διατηρηθεί σε κανονικό επίπεδο, είναι απαραίτητο να φορτωθεί το δίκτυο με επαγωγικά ρεύματα, τα οποία προκαλούν πρόσθετες πτώσεις τάσης σε αυτό.

Για το σκοπό αυτό, κάθε σύγχρονος αντισταθμιστής είναι εξοπλισμένος με έναν αυτόματο ρυθμιστή διέγερσης ή τάσης, ο οποίος ρυθμίζει το μέγεθος του ρεύματος διέγερσης έτσι ώστε η τάση στους ακροδέκτες του αντισταθμιστή να παραμένει σταθερή.