الغرض من الآلات المتزامنة وترتيبها

آلة متزامنة - آلة تيار متناوبة تظل فيها سرعة الدوار عند تردد ثابت للتيار في لفات الجزء الثابت ثابتة ولا تعتمد على حجم الحمل على عمود الآلة.

الآلات المتزامنة تستخدم بشكل أساسي لتحويل الطاقة الميكانيكية للمحركات الرئيسية إلى طاقة كهربائية ، أي كمولدات للطاقة الكهربائية الحالية المتناوبة. ومع ذلك ، يتم استخدام الآلات المتزامنة أيضًا في أوضاع المحركات ومعوضات الطاقة التفاعلية والأجهزة الأخرى.

في المنشآت الصناعية ، يتم استخدام الآلات المتزامنة ثلاثية الطور على نطاق واسع. تُستخدم المحركات المتزامنة أحادية الطور في المحركات الكهربائية للضواغط ، والمراوح القوية ، والمحركات منخفضة الطاقة في مختلف الأجهزة الأوتوماتيكية ، إلخ.

جهاز آلة متزامن

تتكون الآلة المتزامنة ثلاثية الطور من ثابت ثابت ودوار قطب ضمني أو محدب يدور بداخلها ، بينهما فجوة هوائية ، يتم تحديد حجمها الشعاعي بواسطة القوة الاسمية للآلة ، وتختلف سرعتها عن كسور إلى عدة عشرات من المليمترات.

لا يختلف الجزء الثابت لمثل هذه الآلة عمليًا في التصميم عن الجزء الثابت لآلة الحث ، فهو يحتوي على لف من ثلاث مراحل ، بداية مراحلها C1 ، C2 ، C3 والنهايات - C4 ، C5 ، يتم إحضار C6 إلى أطراف ذات تسميات مماثلة ، مما يسمح لك بتوصيل مراحل لف الجزء الثابت بدلتا أو نجمة.

ترتبط مراحل لف الجزء الثابت لمولد متزامن ثلاثي الأطوار بشكل أساسي بنجمة ، لأن هذا يسمح لشبكة ثلاثية الأطوار بأربعة أسلاك أن يكون لها جهد خطي ومراحل تختلف عن بعضها البعض بمقدار 3 مرات (الشكل 1). ).

أرز. 1. مخطط لتوصيل شبكة ثلاثية الطور من أربع مراحل بأطراف لف الجزء الثابت لمولد متزامن ثلاثي الأطوار عندما تكون المراحل متصلة بنجمة.

الجزء المتحرك لآلة متزامنة هو نظام كهرومغناطيسي تيار مباشر مع ملف له نفس عدد الأقطاب مثل لف الجزء الثابت ثلاثي الطور. يتم إغلاق خطوط القوة المغناطيسية بين القطبين الشمالي والجنوبي للعضو الدوار من خلال فجوة الهواء وخط إمداد الجزء الثابت (الشكل 2 ، أ ، ب).

يتم تغذية الملف الدوار أو الملف الميداني بواسطة مقوم أو مولد تيار مستمر صغير - محفز يكون ناتجه 0.5 إلى 10٪ من الناتج المقدر لآلة متزامنة. يمكن وضع المحفز على نفس العمود باستخدام آلة متزامنة ، أو مدفوعًا من عمودها بواسطة ناقل حركة مرن ، أو مدفوعًا بمحرك منفصل.

الجزء المتحرك للقطب الضمني لآلة متزامنة هو أسطوانة صلبة أو مركبة مصنوعة من الكربون أو سبائك الصلب مع أخاديد مطحونة عبر سطحها في اتجاه محوري. تحتوي هذه الفتحات على ملف مصنوع من أسلاك نحاسية أو ألمنيوم معزولة.ترتبط بداية I1 ونهاية I2 من هذا الملف بحلقتين انزلاقيتين مثبتتين على غلاف عازل موجود على عمود الماكينة ويدوران مع الدوار.

يتم ضغط الفرشاة الثابتة على الحلقات ، والتي يتم من خلالها توصيل الأسلاك إلى المشابك المميزة I1 و I2 للاتصال بمصدر للطاقة الكهربائية الثابتة. تشكل أسنان الأسطوانة الدوارة الكبيرة غير المشقوقة أقطاب العضو الدوار.

عادةً ما يحتوي الجزء المتحرك للقطب الضمني على قطبين أو أربعة أقطاب متناوبة ، ويتم استخدامه في الآلات المتزامنة عالية السرعة ، ولا سيما في مولدات التوربينات - مولدات متزامنة ثلاثية الطور متصلة مباشرة بالتوربينات البخارية المصممة بسرعة 3000 أو 1500 دورة في الدقيقة عند تردد التيار المتردد 50 هرتز ...

أرز. 2. جهاز آلة متزامنة ثلاثية الأطوار مع دوار: أ - قطب مخفي ، ب - قطب بارز ، 1 - إطار ، 2 - دائرة مغناطيسية للجزء الثابت ، 3 - أسلاك ثابتة ، 4 - فجوة هوائية ، 5 - قطب دوار ، 6 - طرف القطب ، 7 - مستقيم على الدوار ، 8 - لف ملف الإثارة ، 9 - ماس كهربائى ، 10 - حلقات الانزلاق ، 11 - فرش ، 12 - عمود.

يحتوي الجزء المتحرك ذو القطب المفتوح لآلة متزامنة مع أربعة أعمدة أو أكثر على نير صلب أو مبطّن من صفائح فولاذية ، والتي يتم ربطها بأعمدة فولاذية من نفس البناء ، مع مقطع عرضي مستطيل ، ينتهي بمسامير (الشكل 2 ، ب ). توجد الملفات المتصلة ببعضها البعض في القطبين ، وتشكل ملفًا مثيرًا.

يتم استخدام هذا الدوار في الآلات المتزامنة منخفضة السرعة ، والتي يمكن أن تكون مولدات مائية ومولدات ديزل - على التوالي ، مولدات متزامنة ثلاثية الطور متصلة مباشرة بالتوربينات الهيدروليكية أو محركات الاحتراق الداخلي ، المصممة لسرعات دورانية تبلغ 1500 و 1000 و 750 و عدد دورات أقل في الدقيقة بتردد تيار متردد 50 هرتز.

تحتوي العديد من الآلات المتزامنة على الدوار ، بالإضافة إلى ملف الإثارة ، لفائف نحاسية قصيرة الدائرة أو التخميد النحاسي ، والتي تختلف قليلاً في الدوار غير الأملس عن الملف المماثل الموجود على الدوار لآلة الحث ، وفي وهو عبارة عن دوار ذو قطب بارز يتم إجراؤه على شكل ملف غير مكتمل ذي دائرة قصيرة ، حيث يتم تضمين قضبانه فقط في الأخاديد وتغيب في الفضاء الداخلي. يساهم هذا اللف في تثبيط اهتزازات الدوار في الأوضاع غير الثابتة لآلة متزامنة ، كما يوفر أيضًا بدء تشغيل غير متزامن للمحركات المتزامنة.

يتم أحيانًا إنتاج الآلات المتزامنة التي يصل تصنيفها إلى 5 كيلو واط في تصميم عكسي مع لف مجال الجزء الثابت ولف الدوار ثلاثي الأطوار.

كفاءة المولد المتزامن ثلاثي الطور

إن تشغيل الآلات المتزامنة ثلاثية الطور في وضع المولد مصحوبًا بخسائر في الطاقة ، والتي تشبه في طبيعتها الخسائر في الآلات غير المتزامنة. في هذا الصدد ، تتميز كفاءة المولد المتزامن ثلاثي الطور بقيمة معامل الكفاءة (الكفاءة) ، والتي يتم تحديدها في ظل ظروف الحمل المتناظرة بواسطة الصيغة:

η = (√3UIcosφ) / (√3UIcosφ + P) ،

حيث U و I - التشغيل ، جهد الشبكة والتيار ، cosφ - عامل القدرة للمستقبلات ، P - إجمالي الخسائر المقابلة للحمل المحدد للآلة المتزامنة.

تعتمد قيمة كفاءة (كفاءة) المولدات المتزامنة على حجم الحمولة وعامل القدرة للمستقبلات (الشكل 3).

أرز. 3. رسوم بيانية لاعتماد كفاءة المولد المتزامن ثلاثي الأطوار على الحمل وعامل القدرة للمستقبلات.

تتوافق القيمة القصوى للكفاءة مع حمولة قريبة من القيمة الاسمية وهي 0.88-0.92 للآلات ذات القدرة المتوسطة ، وبالنسبة للمولدات عالية الطاقة تصل قيمتها إلى 0.96-0.99. على الرغم من الكفاءة العالية للآلات المتزامنة الكبيرة ، نظرًا للكمية الكبيرة من الحرارة المتولدة ، من الضروري تبريد اللفات بالهيدروجين أو الماء المقطر أو زيت المحولات ، مما يساهم في تبديد الحرارة بشكل أفضل ، كما يسمح لك بإنشاء أكثر إحكاما و آلات متزامنة فعالة ثلاثية الطور.