Tujuan dan susunan mesin sinkron

Mesin sinkron - mesin arus bolak-balik di mana kecepatan rotor pada frekuensi arus konstan dalam belitan stator tetap konstan dan tidak bergantung pada besarnya beban pada poros mesin.

Mesin sinkron Mereka terutama digunakan untuk mengubah energi mekanik penggerak utama menjadi energi listrik, yaitu sebagai generator energi listrik arus bolak-balik. Namun, mesin sinkron juga digunakan dalam mode motor, kompensator daya reaktif, dan perangkat lainnya.

Dalam instalasi industri, mesin sinkron tiga fase paling banyak digunakan. Motor sinkron fase tunggal digunakan dalam penggerak listrik kompresor, kipas yang kuat, motor berdaya rendah di berbagai perangkat otomatis, dll.

Perangkat mesin sinkron

Mesin sinkron tiga fase terdiri dari stator stasioner dan rotor kutub implisit atau cembung yang berputar di dalamnya, di antaranya terdapat celah udara, ukuran radialnya ditentukan oleh daya nominal mesin, kecepatannya dan bervariasi dari pecahan sampai beberapa puluh milimeter.

Stator dari mesin semacam itu secara praktis tidak berbeda dalam desain dari stator dari mesin induksi, ia memiliki belitan tiga fase, fase awal yang ditunjuk C1, C2, C3 dan ujungnya - C4, C5, C6 dan dibawa ke terminal dengan sebutan serupa, yang memungkinkan Anda menghubungkan fase belitan stator dengan delta atau bintang.

Fase belitan stator dari generator sinkron tiga fase terutama terhubung dalam bintang, karena ini memungkinkan jaringan tiga fase empat kawat memiliki tegangan saluran dan fase yang berbeda satu sama lain sebesar √3 kali (Gbr. 1 ).

Beras. 1. Skema untuk menghubungkan jaringan tiga fase empat fase ke terminal belitan stator dari generator sinkron tiga fase ketika fase dihubungkan dengan bintang.

Rotor mesin sinkron adalah sistem elektromagnetik arus searah dengan belitan yang memiliki jumlah kutub yang sama dengan belitan stator tiga fase. Garis gaya magnet ditutup antara masing-masing kutub utara dan selatan rotor melalui celah udara dan garis suplai stator (Gbr. 2, a, b).

Belitan rotor atau belitan medan diumpankan oleh penyearah atau generator DC kecil—penggerak yang keluarannya 0,5 hingga 10% dari keluaran pengenal mesin sinkron. Exciter dapat ditempatkan pada poros yang sama dengan mesin sinkron, digerakkan dari porosnya dengan transmisi fleksibel, atau digerakkan oleh motor terpisah.

Rotor tiang implisit dari mesin sinkron adalah silinder padat atau komposit yang terbuat dari karbon atau baja paduan dengan alur yang digiling di permukaannya dalam arah aksial. Slot ini berisi kumparan yang terbuat dari kawat tembaga atau aluminium berinsulasi.Awal I1 dan akhir I2 dari belitan ini dihubungkan ke dua cincin selip yang dipasang pada selongsong isolator yang terletak di poros mesin dan berputar dengan rotor.

Sikat tetap ditekan ke cincin, dari mana kabel dibawa ke klem bertanda I1 dan I2 untuk koneksi ke sumber energi listrik konstan. Gigi silinder rotor yang besar dan tidak berlubang membentuk kutub rotor.

Rotor kutub implisit biasanya memiliki dua atau empat kutub polaritas bolak-balik, digunakan pada mesin sinkron kecepatan tinggi, khususnya pada generator turbin - generator sinkron tiga fase yang terhubung langsung ke turbin uap yang dirancang untuk kecepatan 3000 atau 1500 putaran per menit pada Frekuensi AC 50 Hz...

Beras. 2. Perangkat mesin sinkron tiga fase dengan rotor: a — kutub tersembunyi, b — kutub menonjol, 1 — rangka, 2 — sirkuit magnet stator, 3 — kabel stator, 4 — celah udara, 5 — kutub rotor, 6 — ujung kutub, 7 — lurus pada rotor, 8 — lilitan koil eksitasi, 9 — hubung singkat, 10 — cincin selip, 11 — sikat, 12 — poros.

Rotor kutub terbuka dari mesin sinkron dengan empat kutub atau lebih memiliki kuk lembaran baja padat atau berlapis, di mana tiang baja dengan konstruksi serupa dipasang, dengan penampang persegi panjang, diakhiri dengan paku (Gbr. 2, b ). Kumparan yang terhubung satu sama lain terletak di kutub, membentuk kumparan yang menarik.

Rotor seperti itu digunakan dalam mesin sinkron kecepatan rendah, yang dapat berupa generator hidro dan generator diesel - masing-masing, generator sinkron tiga fase yang terhubung langsung ke turbin hidrolik atau mesin pembakaran internal, dirancang untuk kecepatan rotasi 1500, 1000, 750 dan rpm lebih rendah pada frekuensi arus bolak-balik 50 Hz.

Banyak mesin sinkron pada rotor, selain belitan eksitasi, belitan redaman tembaga atau kuningan hubung singkat, yang pada rotor kutub tidak halus sedikit berbeda dari belitan serupa pada rotor mesin induksi, dan dalam rotor kutub yang menonjol itu dilakukan dalam bentuk kumparan hubung singkat yang tidak lengkap, batang-batangnya tertanam hanya di alur dan tidak ada di ruang interpole. Belitan ini berkontribusi pada redaman osilasi rotor dalam mode non-stasioner dari mesin sinkron, dan juga menyediakan start asinkron dari motor sinkron.

Mesin sinkron dengan daya hingga 5 kW kadang-kadang diproduksi dalam desain terbalik dengan belitan medan stator dan belitan rotor tiga fase.

Efisiensi generator sinkron tiga fasa

Pengoperasian mesin sinkron tiga fase dalam mode generator disertai dengan kehilangan energi, yang, tetapi pada dasarnya, mirip dengan kehilangan pada mesin asinkron. Dalam hal ini, efisiensi generator sinkron tiga fasa dicirikan oleh nilai koefisien efisiensi (efisiensi), yang dalam kondisi beban simetris ditentukan dengan rumus:

η = (√3UIcosφ) / (√3UIcosφ + ΔP),

di mana U dan I — operasi, tegangan dan arus jaringan, cosφ — faktor daya penerima, ΔP — kerugian total yang sesuai dengan beban yang diberikan dari mesin sinkron.

Nilai efisiensi (efisiensi) generator sinkron bergantung pada besarnya beban dan faktor daya penerima (Gbr. 3).

Beras. 3. Grafik ketergantungan efisiensi generator sinkron tiga fasa pada beban dan faktor daya penerima.

Nilai efisiensi maksimum sesuai dengan beban yang mendekati nominal dan 0,88-0,92 untuk mesin berdaya sedang, dan untuk generator berdaya tinggi mencapai nilai 0,96-0,99. Meskipun efisiensi tinggi dari mesin sinkron besar, karena sejumlah besar panas yang dihasilkan, belitan perlu didinginkan dengan hidrogen, air suling atau minyak transformator, yang berkontribusi pada pembuangan panas yang lebih baik, dan juga memungkinkan Anda untuk membuat lebih kompak dan mesin sinkron tiga fase yang efisien.