Mesin sinkron — motor, generator, dan kompensator

Mesin sinkron adalah mesin listrik arus bolak-balik di mana rotor dan medan magnet arus stator berputar secara serempak.
Generator sinkron tiga fase adalah mesin listrik paling kuat. Daya unit generator sinkron di pembangkit listrik tenaga air adalah 640 MW, dan di pembangkit listrik tenaga panas — 8 — 1200 MW. Pada mesin sinkron, salah satu belitan dihubungkan ke listrik AC dan yang lainnya dieksitasi oleh DC. Belitan arus bolak-balik disebut belitan jangkar.
Belitan angker mengubah semua daya elektromagnetik dari mesin sinkron menjadi daya listrik dan sebaliknya. Oleh karena itu, biasanya ditempatkan pada stator yang disebut armature. Koil eksitasi mengkonsumsi 0,3 - 2% dari daya yang dikonversi, oleh karena itu biasanya terletak pada rotor yang berputar, yang disebut induktor, dan daya eksitasi rendah disuplai oleh cincin selip atau perangkat eksitasi non-kontak.

Medan magnet jangkar berputar pada kecepatan sinkron n1 = 60f1 / p, rpm, di mana p = 1,2,3 … 64, dll. adalah jumlah pasangan tiang.
Dengan frekuensi jaringan industri f1 = 50 Hz, sejumlah kecepatan sinkron pada jumlah kutub yang berbeda: 3000, 1500, 1000, dll.). Karena medan magnet induktor relatif stasioner terhadap rotor, untuk interaksi kontinu antara bidang induktor dan angker, rotor harus berputar pada kecepatan sinkron yang sama.

Konstruksi mesin sinkron
Stator mesin sinkron dengan belitan tiga fase tidak berbeda dalam konstruksi stator mesin asinkron, dan rotor dengan kumparan eksitasi terdiri dari dua jenis—kutub menonjol dan kutub implisit. Pada kecepatan tinggi dan sejumlah kecil kutub, rotor kutub implisit digunakan karena mereka memiliki struktur yang lebih tahan lama, dan pada kecepatan rendah dan sejumlah besar kutub, rotor kutub menonjol dari konstruksi modular digunakan. Kekuatan rotor semacam itu lebih kecil, tetapi lebih mudah dibuat dan diperbaiki. Rotor Kutub Jelas:

Mereka digunakan dalam mesin sinkron dengan sejumlah besar kutub dan n yang rendah. Pembangkit listrik tenaga air (hidrogenerator). frekuensi n dari 60 hingga beberapa ratus putaran per menit. Hidrogenerator paling kuat memiliki diameter rotor 12 m dengan panjang 2,5 m, p — 42 dan n = 143 rpm.
Rotor tidak langsung:

Belitan — diameter d = 1,2 — 1,3 m di saluran rotor, panjang aktif rotor tidak lebih dari 6,5 m TPP, PLTN (generator turbin). S = 500.000 kVA dalam satu mesin n = 3000 atau 1500 rpm (1 atau 2 pasang tiang).
Selain kumparan medan, kumparan peredam atau redaman terletak di rotor, yang digunakan untuk start pada motor sinkron. Kumparan ini dibuat mirip dengan kumparan hubung singkat sangkar tupai, hanya bagian yang jauh lebih kecil, karena volume utama rotor diambil oleh kumparan medan.Pada rotor kutub yang tidak seragam, peran belitan peredam dimainkan oleh permukaan gigi padat rotor dan irisan konduktif di saluran.
Arus searah dalam belitan eksitasi mesin sinkron dapat disuplai dari generator DC khusus yang dipasang pada poros mesin dan disebut exciter, atau dari listrik melalui penyearah semikonduktor.
Lihat juga di topik ini:
Tujuan dan susunan mesin sinkron

Cara kerja sinkron turbo dan hidrogenerator

Mesin sinkron dapat bekerja sebagai generator atau motor. Mesin sinkron dapat beroperasi sebagai motor jika arus listrik tiga fasa dialirkan ke belitan stator. Dalam hal ini, sebagai akibat dari interaksi medan magnet stator dan rotor, medan stator membawa serta rotor. Dalam hal ini, rotor berputar ke arah yang sama dan dengan kecepatan yang sama dengan medan stator.

Modus operasi generator mesin sinkron adalah yang paling umum, dan hampir semua energi listrik dihasilkan oleh generator sinkron Motor sinkron digunakan dengan daya lebih dari 600 kW dan hingga 1 kW sebagai motor mikro. Generator sinkron untuk tegangan hingga 1000 V digunakan dalam unit untuk sistem catu daya otonom.

Unit dengan generator ini bisa diam dan bergerak. Sebagian besar unit digunakan dengan mesin diesel, tetapi dapat ditenagai oleh turbin gas, motor listrik, dan mesin bensin.

Motor sinkron berbeda dari generator sinkron hanya dengan koil redaman awal, yang harus memastikan sifat awal motor yang baik.

Skema generator sinkron enam kutub.Penampang belitan satu fasa (tiga belitan terhubung seri) diperlihatkan. Gulungan dari dua fase lainnya masuk ke dalam slot bebas yang ditunjukkan pada gambar. Fase terhubung dalam bintang atau delta.

Mode generator: motor (turbin) memutar rotor, yang koilnya disuplai dengan tegangan konstan? ada arus yang menciptakan medan magnet permanen. Medan magnet berputar dengan rotor, melintasi belitan stator dan menginduksi EMF dengan besaran dan frekuensi yang sama tetapi digeser sebesar 1200 (sistem tiga fase simetris).

Mode motor: belitan stator terhubung ke jaringan tiga fase, dan belitan rotor ke sumber arus searah. Sebagai hasil dari interaksi medan magnet putar mesin dengan arus searah koil eksitasi, terjadi torsi Mvr, yang menggerakkan rotor untuk berputar dengan kecepatan medan magnet.

Karakteristik mekanis motor sinkron — ketergantungan n (M) — adalah penampang horizontal.

Filmstrip Pendidikan - "Motor Sinkron" diproduksi oleh Pabrik Bahan Pendidikan pada tahun 1966.
Anda dapat menontonnya di sini: Filmstrip «Synchronous Motor»

Penerapan motor sinkron Penggunaan massal motor asinkron dengan underload yang signifikan mempersulit pengoperasian sistem dan stasiun tenaga: faktor daya dalam sistem berkurang, yang menyebabkan kerugian tambahan di semua perangkat dan jalur, serta penggunaannya yang tidak mencukupi di istilah daya aktif. Oleh karena itu, penggunaan motor sinkron menjadi perlu, terutama untuk mekanisme dengan penggerak bertenaga.

Motor sinkron memiliki keunggulan besar dibandingkan motor asinkron, yaitu berkat eksitasi DC, motor ini dapat bekerja dengan cosphi = 1 dan tidak mengkonsumsi daya reaktif dari jaringan, dan selama operasi, ketika terlalu bersemangat, bahkan memberikan daya reaktif ke jaringan. Akibatnya, faktor daya jaringan ditingkatkan dan penurunan tegangan serta rugi-rugi di dalamnya berkurang, serta faktor daya generator yang beroperasi di pembangkit listrik.

Torsi maksimum motor sinkron sebanding dengan U, dan untuk motor asinkron U2.

Oleh karena itu, ketika tegangan turun, motor sinkron mempertahankan kapasitas beban yang lebih tinggi. Selain itu, penggunaan kemungkinan untuk meningkatkan arus eksitasi motor sinkron memungkinkan untuk meningkatkan keandalannya jika terjadi penurunan tegangan darurat dalam jaringan dan untuk meningkatkan kondisi pengoperasian sistem tenaga secara keseluruhan. Karena ukuran celah udara yang lebih besar, kerugian tambahan pada baja dan sangkar rotor motor sinkron lebih kecil daripada motor asinkron, oleh karena itu efisiensi motor sinkron biasanya lebih tinggi.

Di sisi lain, konstruksi motor sinkron lebih rumit daripada motor induksi sangkar-tupai, dan sebagai tambahan, motor sinkron harus memiliki pembangkit atau perangkat lain untuk memasok kumparan DC. Akibatnya, motor sinkron dalam banyak kasus lebih mahal daripada motor sangkar-tupai asinkron.

Selama pengoperasian motor sinkron, banyak kesulitan muncul dalam memulainya.Kesulitan-kesulitan ini telah diatasi.

Start dan kontrol kecepatan motor sinkron juga lebih sulit. Namun, keuntungan dari motor sinkron sangat besar sehingga pada daya tinggi disarankan untuk menggunakannya di tempat yang sering dihidupkan dan dimatikan dan kontrol kecepatan tidak diperlukan (generator motor, pompa bertenaga, kipas, kompresor, penggiling, penghancur, dll.). ).

Lihat juga:

Skema tipikal untuk memulai motor sinkron

Sifat elektromekanis motor sinkron

Kompensator sinkron

Kompensator sinkron dirancang untuk mengkompensasi faktor daya jaringan dan mempertahankan level tegangan normal jaringan di area di mana beban konsumen terkonsentrasi. Mode operasi kompensator sinkron yang terlalu bersemangat adalah normal ketika memasok daya reaktif ke jaringan.

Dalam hal ini, kompensator, serta bank kapasitor yang melayani tujuan yang sama, dipasang di gardu konsumen, juga disebut generator daya reaktif. Namun, dalam periode pengurangan beban pengguna (misalnya, pada malam hari), seringkali perlu menggunakan kompensator sinkron dan dalam mode underexcitation, ketika mereka mengkonsumsi arus induktif dan daya reaktif dari jaringan, karena dalam kasus ini tegangan jaringan cenderung turun. meningkat, dan untuk mempertahankannya pada tingkat normal, perlu memuat jaringan dengan arus induktif, yang menyebabkan penurunan tegangan tambahan di dalamnya.

Untuk tujuan ini, setiap kompensator sinkron dilengkapi dengan pengatur tegangan atau eksitasi otomatis, yang mengatur besarnya arus eksitasi sehingga tegangan pada terminal kompensator tetap konstan.