الآلات المتزامنة - المحركات والمولدات والمعوضات

الآلات المتزامنة هي آلات كهربائية ذات تيار متناوب يدور فيها الدوار والمجال المغناطيسي لتيارات الجزء الثابت بشكل متزامن.
تعد المولدات المتزامنة ثلاثية الطور من أقوى الآلات الكهربائية. تبلغ طاقة وحدة المولدات المتزامنة في محطات الطاقة الكهرومائية 640 ميغاواط ، وفي محطات الطاقة الحرارية - 8 - 1200 ميغاواط. في آلة متزامنة ، يتم توصيل أحد اللفات بشبكة التيار المتردد والآخر متحمس بواسطة التيار المستمر. يسمى لف التيار المتردد ملف المحرك.
يحول ملف المحرك كل الطاقة الكهرومغناطيسية للآلة المتزامنة إلى طاقة كهربائية والعكس صحيح. لذلك ، عادة ما يتم وضعها على الجزء الثابت ، والذي يسمى المحرك. يستهلك ملف الإثارة 0.3 - 2٪ من الطاقة المحولة ، لذلك يقع عادةً على دوار دوار ، يسمى محثًا ، ويتم توفير طاقة الإثارة المنخفضة عن طريق حلقات الانزلاق أو أجهزة الإثارة غير المتصلة.

يدور المجال المغناطيسي للحافظة بسرعة متزامنة n1 = 60f1 / p ، rpm ، حيث p = 1،2،3… 64 ، إلخ. هو عدد أزواج القطب.
مع تردد الشبكة الصناعية f1 = 50 هرتز ، عدد من السرعات المتزامنة بعدد مختلف من الأقطاب: 3000 ، 1500 ، 1000 ، إلخ.). نظرًا لأن المجال المغناطيسي للمحث ثابت بالنسبة إلى الدوار ، من أجل التفاعل المستمر بين مجالات المحث والمُحَثِّ ، يجب أن يدور الجزء المتحرك بنفس السرعة المتزامنة.

بناء آلات متزامنة
لا يختلف الجزء الثابت لآلة متزامنة مع لف ثلاثي الطور في البناء آلة غير متزامن الجزء الثابت، والدوار ذو الملف المثير من نوعين - القطب البارز والقطب الضمني. في السرعات العالية وعدد قليل من الأعمدة ، يتم استخدام دوارات قطبية ضمنية لأنها تتمتع بهيكل أكثر متانة ، وبسرعة منخفضة وعدد كبير من الأعمدة ، يتم استخدام دوارات ذات قطب بارز لبناء معياري. قوة هذه الدوارات أقل ، لكنها أسهل في التصنيع والإصلاح. دوار القطب الظاهر:

يتم استخدامها في آلات متزامنة مع عدد كبير من الأعمدة و n منخفضة المقابلة. محطات الطاقة الكهرومائية (الهيدروجين). التردد n من 60 إلى عدة مئات من الثورات في الدقيقة. أقوى مولدات الهيدروجين لها قطر دوار يبلغ 12 مترًا وبطول 2.5 متر ، و p - 42 و n = 143 دورة في الدقيقة.
الدوار غير المباشر:

اللف - القطر d = 1.2 - 1.3 م في القنوات الدوارة ، الطول النشط للدوار لا يزيد عن 6.5 م TPP ، NPP (مولدات التوربينات). S = 500000 كيلو فولت أمبير في جهاز واحد n = 3000 أو 1500 دورة في الدقيقة (1 أو 2 أزواج قطب).
بالإضافة إلى الملف الميداني ، يوجد المثبط أو ملف التخميد على الدوار ، والذي يستخدم لبدء تشغيل المحركات المتزامنة. يتكون هذا الملف على غرار ملف دائرة القصر في قفص السنجاب ، فقط من قسم أصغر بكثير ، حيث يتم أخذ الحجم الرئيسي للدوار بواسطة ملف المجال.في الدوارات غير المنتظمة ذات الأقطاب ، يتم لعب دور الملف المخمد بواسطة أسطح الأسنان الصلبة للدوار والأوتاد الموصلة في القنوات.
يمكن توفير التيار المباشر في ملف الإثارة لآلة متزامنة من مولد تيار مستمر خاص مثبت على عمود الآلة ويسمى المحفز ، أو من التيار الكهربائي من خلال مقوم أشباه الموصلات.
راجع أيضًا حول هذا الموضوع:
الغرض من الآلات المتزامنة وترتيبها

كيف تعمل المحركات التوربينية والهيدروجينية المتزامنة

يمكن للآلة المتزامنة أن تعمل كمولد أو محرك. يمكن للآلة المتزامنة أن تعمل كمحرك إذا تم توفير التيار الكهربائي ثلاثي الطور لملف الجزء الثابت. في هذه الحالة ، نتيجة لتفاعل الحقول المغناطيسية للجزء الثابت والدوار ، يحمل الحقل الثابت الجزء المتحرك معه. في هذه الحالة ، يدور الجزء المتحرك في نفس الاتجاه وبنفس سرعة حقل الجزء الثابت.

يعد وضع المولد الخاص بتشغيل الآلات المتزامنة هو الأكثر شيوعًا ، ويتم توليد جميع الطاقة الكهربائية تقريبًا بواسطة المولدات المتزامنة.تستخدم المحركات المتزامنة بقدرة تزيد عن 600 كيلو وات وحتى 1 كيلو وات كمحركات دقيقة. تُستخدم المولدات المتزامنة للجهود التي تصل إلى 1000 فولت في وحدات لأنظمة الإمداد بالطاقة المستقلة.

يمكن أن تكون الوحدات التي تحتوي على هذه المولدات ثابتة ومتحركة. تُستخدم معظم الوحدات مع محركات الديزل ، ولكن يمكن تشغيلها بواسطة التوربينات الغازية والمحركات الكهربائية ومحركات البنزين.

يختلف المحرك المتزامن عن المولد المتزامن فقط بواسطة ملف التخميد الأولي ، والذي يجب أن يضمن خصائص بدء جيدة للمحرك.

مخطط مولد متزامن سداسي الأقطاب.يتم عرض المقاطع العرضية لملفات مرحلة واحدة (ثلاث لفات متصلة بالسلسلة). تتلاءم ملفات المرحلتين الأخريين مع الفتحات الحرة الموضحة في الشكل. المراحل متصلة بالنجمة أو دلتا.

وضع المولد: يقوم المحرك (التوربين) بتدوير الدوار ، الذي يتم تزويد الملف منه بجهد ثابت؟ هناك تيار يخلق مجالًا مغناطيسيًا دائمًا. يدور المجال المغناطيسي مع الدوار ، ويعبر لفات الجزء الثابت ويحث على EMF بنفس الحجم والتردد ولكن يتم إزاحته بمقدار 1200 (نظام ثلاثي الطور متماثل).

وضع المحرك: يتم توصيل لف الجزء الثابت بشبكة ثلاثية الطور ، ويتم توصيل الجزء المتحرك بمصدر تيار مباشر. نتيجة لتفاعل المجال المغناطيسي الدوار للآلة مع التيار المباشر لملف الإثارة ، يحدث عزم دوران Mvr ، مما يدفع الدوار إلى الدوران بسرعة المجال المغناطيسي.

الخاصية الميكانيكية للمحرك المتزامن - الاعتماد n (M) - عبارة عن قسم أفقي.

شريط أفلام تعليمي - "محركات متزامنة" أنتجها مصنع المواد التعليمية عام 1966.
يمكنك مشاهدته هنا: شريط سينمائي «محرك متزامن»

تطبيق المحركات المتزامنة الاستخدام الشامل للمحركات غير المتزامنة ذات الحمولة الناقصة الكبيرة يعقد تشغيل أنظمة ومحطات الطاقة: يتناقص عامل القدرة في النظام ، مما يؤدي إلى خسائر إضافية في جميع الأجهزة والخطوط ، فضلاً عن عدم كفاية استخدامها في شروط القوة النشطة. لذلك ، أصبح استخدام المحركات المتزامنة ضروريًا ، خاصة بالنسبة للآليات ذات المحركات القوية.

تتمتع المحركات المتزامنة بميزة كبيرة على المحركات غير المتزامنة ، وهي أنه بفضل إثارة التيار المستمر ، يمكن أن تعمل مع cosphi = 1 ولا تستهلك طاقة تفاعلية من الشبكة ، وأثناء التشغيل ، عند الإفراط في الإثارة ، فإنها تعطي طاقة تفاعلية إلى شبكة. نتيجة لذلك ، تم تحسين معامل القدرة للشبكة وتقليل انخفاض الجهد والفاقد فيه ، وكذلك عامل الطاقة للمولدات العاملة في محطات الطاقة.

يتناسب الحد الأقصى لعزم الدوران للمحرك المتزامن مع U ، وللمحرك غير المتزامن U2.

لذلك ، عندما ينخفض ​​الجهد ، يحتفظ المحرك المتزامن بسعة تحميل أعلى. بالإضافة إلى ذلك ، فإن استخدام إمكانية زيادة تيار الإثارة للمحركات المتزامنة يجعل من الممكن زيادة موثوقيتها في حالة انخفاض الجهد الطارئ في الشبكة وتحسين ظروف تشغيل نظام الطاقة ككل في هذه الحالات. نظرًا للحجم الأكبر للفجوة الهوائية ، تكون الخسائر الإضافية في الفولاذ وفي القفص الدوار للمحركات المتزامنة أصغر من تلك الموجودة في المحركات غير المتزامنة ، وبالتالي تكون كفاءة المحركات المتزامنة أعلى عادةً.

من ناحية أخرى ، فإن بناء المحركات المتزامنة أكثر تعقيدًا من المحركات الحثية ذات القفص السنجابي ، وبالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تحتوي المحركات المتزامنة على مثير أو جهاز آخر لتزويد ملف التيار المستمر. نتيجة لذلك ، تكون المحركات المتزامنة في معظم الحالات أكثر تكلفة من محركات قفص السنجاب غير المتزامن.

أثناء تشغيل المحركات المتزامنة ، نشأت صعوبات كبيرة في بدء تشغيلها.وقد تم بالفعل التغلب على هذه الصعوبات.

يعد البدء والتحكم في السرعة للمحركات المتزامنة أكثر صعوبة أيضًا. ومع ذلك ، فإن ميزة المحركات المتزامنة كبيرة جدًا بحيث يُنصح باستخدامها عند استخدام الطاقة العالية في أي مكان لا يلزم فيه بدء التشغيل والتوقف المتكرر والتحكم في السرعة (مولدات المحركات ، والمضخات القوية ، والمراوح ، والضواغط ، والمطاحن ، والكسارات ، وما إلى ذلك). ).

أنظر أيضا:

مخططات نموذجية لبدء المحركات المتزامنة

الخصائص الكهروميكانيكية للمحركات المتزامنة

المعوضات المتزامنة

تم تصميم المعوضات المتزامنة لتعويض عامل الطاقة للشبكة والحفاظ على مستوى الجهد الطبيعي للشبكة في المناطق التي تتركز فيها أحمال المستهلك. يعد وضع التشغيل المفرط في المعوض المتزامن أمرًا طبيعيًا عندما يزود الشبكة بالطاقة التفاعلية.

في هذا الصدد ، تسمى المعوضات ، وكذلك البنوك المكثفة التي تخدم نفس الأغراض ، والمثبتة في المحطات الفرعية للمستهلكين ، أيضًا بمولدات الطاقة التفاعلية. ومع ذلك ، في فترات انخفاض أحمال المستخدم (على سبيل المثال ، في الليل) ، غالبًا ما يكون من الضروري استخدام المعوضات المتزامنة وفي وضع الاستثارة ، عندما يستهلكون التيار الاستقرائي والطاقة التفاعلية من الشبكة ، لأنه في هذه الحالات ، يميل جهد الشبكة إلى زيادتها ، وللحفاظ عليها عند المستوى الطبيعي ، من الضروري تحميل الشبكة بتيارات استقرائية ، مما يتسبب في حدوث انخفاض إضافي في الجهد.

لهذا الغرض ، تم تجهيز كل معوض متزامن بإثارة أوتوماتيكية أو منظم جهد ، والذي ينظم حجم تيار الإثارة بحيث يظل الجهد عند أطراف المعوض ثابتًا.