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Centrales eléctricas móviles

Propósito y dispositivo de los generadores síncronos.

Un generador síncrono consta de dos partes principales: un estator fijo (armadura) con un devanado colocado en él y un rotor móvil (giratorio) (inductor) con un devanado de excitación. El propósito del devanado de excitación es crear un campo magnético primario en el generador para la inducción en el devanado del estator. fuerza electromotriz(ed e) ... Si el rotor de un generador síncrono se pone en rotación a una cierta velocidad V y se excita desde una fuente de corriente continua, entonces el flujo de excitación cruzará los conductores del devanado del estator y las variables e serán inducidas en las fases del devanado. ds Cuando se conecta una carga a este devanado, aparecerá un campo magnético giratorio. Este campo del estator del generador girará en la dirección de rotación del campo del rotor y a la misma velocidad que el campo del rotor, lo que dará como resultado un campo magnético giratorio total.

Velocidad rotacional campo magnético generador síncrono depende del número de pares de polos. A una frecuencia dada, cuanto mayor sea el número de pares de polos, menor será la velocidad de rotación del campo magnético, es decir la velocidad de rotación del campo magnético es inversamente proporcional al número de pares de polos. Así, por ejemplo, a una frecuencia dada f = 50 Hz, la velocidad de rotación del campo magnético es de 3000 rpm para el número de pares de polos p = 1, 1500 rpm para p = 2V, 1000 rpm para p = 3, etc. .

El estator del generador (Fig. 1, a) consiste en un núcleo hecho de hojas delgadas acero eléctrico. Para limitar las corrientes de Foucault, las láminas de acero se aíslan con una película de barniz de 0,08-0,1 mm de espesor y se prensan firmemente en un paquete, llamado paquete de acero activo. Los recortes con figuras están estampados en cada lámina de acero, por lo que se forman ranuras en el paquete ensamblado a partir de dichas láminas, en las que encaja el devanado. Las ranuras para aumentar la rigidez eléctrica del devanado y protegerlo de daños mecánicos están aisladas con láminas de cartón eléctrico con tela barnizada o micanita. El paquete de acero activo se fija en el marco de acero o hierro fundido del generador.

Arroz. 1. El dispositivo y el circuito de excitación de un generador síncrono: a - estator, b - rotor de polo saliente (sin bobinado de polo), c - rotor de polo no saliente; 1 - estator (inducido), 2 - rotor (inductor), 3 - anillos de contacto, 4 - polos, bobina de inductor de 5 polos, 6 - excitador, 7 - regulador de derivación, 8 - escobillas

El rotor de un generador síncrono puede ser estructuralmente un polo saliente y no saliente.

El rotor de polo saliente (Fig. 1, b) tiene polos sobresalientes o, como se suele decir, pronunciados. Dichos rotores se utilizan en generadores de baja velocidad con una velocidad de rotación de no más de 1000 rpm. Los núcleos de los polos de estos rotores generalmente se reclutan a partir de láminas de acero eléctrico de 1-2 mm de espesor, que se sujetan firmemente en un paquete con tirantes. En el eje del rotor, los polos se fijan con pernos o con la ayuda de un vástago en T del polo, que se fija en ranuras especiales fresadas en el cuerpo de acero del rotor.

El devanado de excitación está aislado alambre de cobre sección correspondiente. En los rotores de generadores síncronos destinados a funcionar en instalaciones eléctricas en las que se utilizan motores diésel como motores primarios, se proporciona el denominado devanado calmante. El devanado calmante o, como también se le llama, el devanado amortiguador se utiliza para calmar las oscilaciones libres que se producen durante los cambios repentinos en el modo de funcionamiento de los generadores síncronos (corte de carga repentino, caída de tensión, cambio en la corriente de excitación, etc.), especialmente en casos donde varios generadores operan en paralelo en una red común.

Un polo implícito es un rotor que tiene la forma de un cilindro sin polos sobresalientes. Dichos rotores suelen estar fabricados con dos o cuatro polos.

Los rotores de polos salientes para máquinas de alta velocidad no se utilizan debido a la complejidad de fabricar polos de sujeción que pueden soportar grandes fuerzas centrífugas.

El rotor de polos implícitos (Fig. 1, c) consiste en un eje y una pieza de acero forjado con ranuras fresadas, en las que se coloca el devanado de excitación. De lo contrario, el rotor de polos implícitos está hecho estructuralmente de la misma manera que el de polos salientes.

El diseño de los conductores del devanado del rotor se selecciona según el tipo de rotor: para los devanados de los rotores de polos salientes, se utilizan los rectangulares o redondos. cables aislados, así como tiras de cobre desnudo, dobladas de canto y aisladas con tiras de micanita; Los devanados de los rotores de polos no salientes están hechos de bobinas aisladas de cobre plano laminado duro colocadas en ranuras aisladas de los rotores.

Los extremos del devanado del rotor (inductor) se sacan y se conectan a anillos deslizantes en el eje del rotor. Se suministra una corriente continua al inductor desde alguna fuente externa. Los rectificadores de semiconductores se utilizan como fuente de corriente de excitación para generadores síncronos con una potencia de hasta 20 kW, y para generadores más potentes, las máquinas especiales de CC (excitadores) generalmente se colocan en un eje común con el rotor del generador o se conectan mecánicamente al generador. por medio de semiacoplamientos. El excitador es un generador de corriente continua, cuya potencia, por regla general, es del 1 al 3% de la potencia nominal del generador alimentado por él. La tensión nominal de los excitadores es pequeña y para generadores síncronos de media potencia no supera los 150 V. CORRIENTE CONTINUA para la excitación de generadores síncronos se puede obtener utilizando rectificadores de mercurio, semiconductores o mecánicos. Para excitar generadores síncronos con una potencia de hasta 20 kW, los rectificadores de selenio o germanio se utilizan con mayor frecuencia.

La corriente de excitación pasa de la fuente al inductor por el siguiente camino: una fuente de corriente continua - escobillas fijas en anillos colectores, anillos colectores del rotor - devanados de los polos del inductor. Este camino se muestra esquemáticamente en la Fig. 1, un. Un generador síncrono tiene la propiedad de reversibilidad, es decir también puede funcionar como motor eléctrico si su devanado estatórico está conectado a una red trifásica corriente alterna.

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9.1. El dispositivo y el principio de funcionamiento de un generador síncrono.

Los sincrónicos se llaman coches eléctricos, cuya velocidad de rotación está relacionada por una relación constante con la frecuencia de la red de corriente alterna en la que está conectada esta máquina . Las máquinas síncronas sirven como generadores de corriente alterna en centrales eléctricas, y motores síncronos se utilizan en los casos en que se necesita un motor que funcione a una velocidad constante. Las máquinas síncronas son reversibles, es decir, pueden funcionar tanto como generadores como motores. Una máquina síncrona cambia de un modo generador a un modo motor, dependiendo de si sobre ella actúa una fuerza mecánica giratoria o de frenado. En el primer caso, recibe potencia mecánica en el eje y la entrega a la red. energía eléctrica, y en el segundo caso, recibe energía eléctrica de la red, y cede energía mecánica al eje.

Una máquina síncrona tiene dos partes principales: un rotor y un estator, y el estator no difiere del estator de una máquina asíncrona. El rotor de una máquina síncrona es un sistema de electroimanes giratorios alimentados por corriente continua suministrada al rotor a través de anillos deslizantes y escobillas desde una fuente externa. En los devanados del estator, bajo la acción de un campo magnético giratorio, se induce un EMF, que se alimenta al circuito externo del generador. El flujo magnético principal de un generador síncrono, creado por un rotor giratorio, es excitado por una fuente externa: un excitador, que suele ser un generador de CC de baja potencia, que se instala en un eje común con un generador síncrono. La corriente directa del excitador se alimenta al rotor a través de escobillas y anillos deslizantes montados en el eje del rotor. El número de pares de polos del rotor está determinado por la velocidad de su rotación. En una máquina síncrona multipolar, el rotor tiene p

pares de polos, y las corrientes en el devanado del estator también forman p pares de polos de un campo magnético giratorio (como en una máquina asíncrona). El rotor debe girar con la frecuencia de giro del campo, por lo tanto, su velocidad es igual a:

n=60f/p (9.1)

A f = 50 Hz y p = 1 n = 3000 rpm.

Los turbogeneradores modernos giran con esta frecuencia y consisten en una turbina de vapor y un generador síncrono de alta potencia con un rotor que tiene un par de polos.

En los hidrogeneradores, el motor primario es una turbina hidráulica, cuya velocidad es de 50 a 750 revoluciones por minuto. En este caso, se utilizan generadores síncronos con rotor de polos salientes que tiene de 4 a 60 pares de polos.

La velocidad de rotación de los generadores diesel conectados al motor primario - diesel, está en el rango de 500 a 1500 rpm.

En los generadores síncronos de baja potencia se suele utilizar la autoexcitación: el devanado de excitación es alimentado por la corriente rectificada del mismo generador (Fig. 9.2).

El circuito de excitación está formado por transformadores de corriente CT incluidos en el circuito de carga del generador, un rectificador de semiconductores ensamblado según el esquema de puente trifásico, y el devanado de excitación OB con un reóstato de ajuste R.

La autoexcitación del generador ocurre de la siguiente manera. En el momento de arrancar el generador, debido a la inducción residual en el sistema magnético, aparecen EMF débiles y corrientes en devanado de trabajo generador. Esto conduce a la aparición de CEM en devanados secundarios Transformadores CT y una pequeña corriente en el circuito de excitación, lo que mejora la inducción del campo magnético de la máquina. generador de fem aumenta hasta que el sistema magnético de la máquina está completamente excitado.

El valor medio de la FEM inducida en cada fase del devanado del estator:

Еср = c∙n∙Φ (9.2)

n es la velocidad del rotor;

Φ es el flujo magnético máximo excitado en la máquina síncrona;

c es un coeficiente constante teniendo en cuenta caracteristicas de diseño esta maquina.

Voltaje terminal del generador:

tu = mi - yo z, donde

I - corriente en el devanado del estator (corriente de carga);

Z es la impedancia del devanado (una fase).

Para ajustar con precisión la amplitud de la EMF, la magnitud del flujo magnético se regula cambiando la corriente en el devanado de excitación. La sinusoidalidad de la FEM se obtiene dando cierta forma a las piezas polares del rotor en las máquinas de polos salientes. En las máquinas de polos implícitos, la distribución deseada de la inducción magnética se logra mediante la colocación especial de los devanados de excitación en la superficie del rotor.

1. Estator. El estator de un generador síncrono, como otras máquinas de CA, consta de un núcleo hecho de láminas de acero eléctrico, en cuyas ranuras se coloca un devanado de corriente alterna, y un marco: una carcasa de hierro fundido o soldada de lámina de acero.

El devanado del estator se coloca en las ranuras estampadas en la superficie interna del núcleo. El aislamiento del bobinado se realiza con especial cuidado, ya que la máquina normalmente tiene que trabajar con altos voltajes. La micanita y la cinta de micanita se utilizan como aislamiento.

En la Fig. 240 dada la apariencia del estator de un generador síncrono.

2. Rotor. Los rotores de las máquinas síncronas se dividen en dos tipos por diseño:

A) explícitamente polo (es decir, con polos pronunciados) y

B) implícitamente polar (es decir, con polos implícitamente expresados).

En la Fig. 241 muestra diagramas del dispositivo de generadores síncronos con rotores de polos salientes y no salientes.

Uno u otro diseño del rotor está dictado por consideraciones de resistencia mecánica. En los generadores modernos que giran desde motores de alta velocidad (turbina de vapor), la velocidad circunferencial del rotor puede alcanzar 100-160 m/s (en algunos casos 170 m/s). Por lo tanto, los generadores de alta velocidad tienen un rotor de polo no saliente. La velocidad de rotación de los generadores de alta velocidad es de 3000 rpm y 1500 rpm.

El rotor del polo saliente es una forja de acero.

Los polos están unidos al borde del rotor, en el que se colocan las bobinas de excitación, conectadas en serie entre sí. Los extremos del devanado de excitación están conectados a dos

anillos montados en el eje del rotor. Los cepillos se superponen a los anillos, a los que se une la fuente. Voltaje constante. En la Fig. 242 muestra la apariencia de un rotor de polo saliente. Por lo general, un generador de corriente continua, ubicado en el mismo eje que el rotor y llamado excitador, proporciona una corriente continua para excitar el rotor. La potencia del excitador es 0,25-1% de la potencia nominal del generador síncrono. Tensión nominal de los excitadores 60-350 V.

En la Fig. 243 muestra el circuito de excitación de una máquina síncrona.

También hay disponibles generadores síncronos autoexcitados. Se obtiene una corriente continua para excitar el rotor utilizando rectificadores de selenio conectados al devanado del estator del generador. En un primer momento, el débil campo de magnetismo residual del rotor giratorio induce una variable e insignificante en el devanado del estator. ds Rectificadores de selenio conectados a voltaje de corriente alterna, dan una corriente continua, que fortalece el campo del rotor y aumenta el voltaje del generador.

El rotor de polos no salientes está hecho de acero forjado completo, sometido a un complejo procesamiento térmico y mecánico. Como ejemplo, demos los datos del rotor de un turbogenerador fabricado por la planta Elektrosila con una capacidad de 100 mil kW a n = 3000 rpm. Diámetro del rotor D = 0,99 m, longitud l = 6,35 m Velocidad circunferencial del rotor 155 m/seg. La forja del rotor mecanizado pesa 46,5 toneladas.

En la dirección axial a lo largo de la circunferencia del rotor, se fresan ranuras donde se coloca el devanado de excitación. El devanado en las ranuras se fija con cuñas de metal (acero o bronce). Las partes frontales del devanado se fijan con anillos de protección de metal.

En la Fig. 244 muestra una vista general del rotor de polos implícitos de un turbogenerador en forma terminada.

Al diseñar máquinas eléctricas y transformadores gran atención los diseñadores prestan atención a la ventilación de las máquinas. Para generadores síncronos, se utiliza refrigeración por aire e hidrógeno.

El enfriamiento por aire se realiza mediante ventiladores montados en un eje a ambos lados del rotor (para generadores con una capacidad de 1,5 a 50 mil kW) o ubicados debajo de la máquina en un orificio de cimentación (para generadores con una capacidad de 100 mil kW) .

Las masas de aire frío que entran para la ventilación pasan a través de filtros para evitar la contaminación de la máquina con polvo.Con un sistema de ventilación cerrado, la máquina se enfría con el mismo volumen de aire. El aire, después de haber pasado a través de la máquina, se calienta y entra en los refrigeradores de aire, luego se vuelve a introducir en la máquina, etc. El sistema de conductos de ventilación dispuestos en partes separadas de la máquina también sirve para fines de refrigeración. La mayoría manera efectiva La máquina de refrigeración es refrigeración por hidrógeno. El hidrógeno, que tiene una conductividad térmica 7,4 veces mayor que el aire, es mejor para eliminar el calor de las partes calientes de la máquina. Las pérdidas por fricción enfriadas por aire son aproximadamente 50°/o de

suma de todas las pérdidas en el coche. El hidrógeno tiene una gravedad específica 14,5 veces menor que el aire. Por lo tanto, la fricción contra el hidrógeno disminuye bruscamente. El hidrógeno también contribuye a la conservación de los revestimientos aislantes y de barniz de la máquina. Apariencia El generador síncrono de polos salientes con excitador se muestra en la Fig. 245, y un generador síncrono de polo no saliente con una potencia de 50 mil kW, en la Fig. 246.

Los hidrogeneradores son accionados por turbinas hidráulicas. Estas turbinas suelen tener un eje vertical con un bajo número de revoluciones. El generador síncrono de baja velocidad tiene un gran número de polos y, como resultado, grandes dimensiones.

Entonces, por ejemplo, un hidrogenerador del tipo con una capacidad de 50 mil kW, fabricado por la planta Elektrosila que lleva el nombre. S. M. Kirov, tiene un peso total de 1142 g, un diámetro de estator de 14 m, una altura total de 8,9 m, el número de polos es de 96.

En la Fig. 247 muestra un diagrama de un generador síncrono con un excitador que suministra energía y cargas de iluminación. En la Fig. 248 dan diagrama de circuito conexiones del generador síncrono con la carga.

Los devanados del estator de los generadores síncronos se fabrican de la misma manera que los devanados del estator de los motores de inducción.

Los seis extremos de los devanados trifásicos del generador generalmente se muestran en su escudo. Al conectar los tres extremos de los devanados a un punto cero común y llevar los tres comienzos de los devanados a una red externa, obtenemos una conexión en estrella de los devanados (Fig. 249, a). Conectando el final del primer devanado con el inicio del segundo, el final del segundo con el inicio del tercero, el final del tercero con el inicio del primer devanado y realizando tres derivaciones desde los puntos de conexión a la red externa , obtenemos la conexión de los devanados en un triángulo (Fig. 249, b).

Si en lo anterior máquinas asíncronas el rotor tenia Velocidad rotacional, diferente de la frecuencia de rotación del campo magnético del estator, entonces en sincronía estas frecuencias son iguales entre sí.
Las máquinas síncronas pueden funcionar como generadores y motores.
Dependiendo del tipo de accionamiento, los generadores síncronos también han recibido sus nombres.
Turbogenerador, por ejemplo, es un generador impulsado por una turbina de vapor, un hidrogenerador hace girar una rueda hidráulica y un generador diesel está conectado mecánicamente a un motor de combustión interna.
Los motores síncronos se utilizan ampliamente para accionar potentes compresores, bombas y ventiladores.
Los micromotores síncronos se utilizan para impulsar los mecanismos de unidad de cinta de los dispositivos de grabación, grabadoras de cinta, etc.

6.1. DISEÑO Y PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN GENERADOR SÍNCRONO

El estator de una máquina síncrona no difiere en diseño del estator de un motor de inducción. Los devanados trifásicos, bifásicos o monofásicos se colocan en las ranuras del estator.
Una diferencia notable es el rotor, que es fundamentalmente un imán permanente o un electroimán.
Esto impone requisitos especiales sobre la forma geométrica del rotor. Cualquier imán tiene polos, cuyo número puede ser dos o más.
En la fig. 6.1.1 muestra dos diseños de generadores, con un rotor de baja y alta velocidad.

Los de alta velocidad son, por regla general, turbogeneradores. El número de pares de polos magnéticos que tienen es igual a uno. Para que dicho generador produzca una corriente eléctrica de frecuencia estándar f = 50 Hz, debe girarse con una frecuencia

En las centrales hidroeléctricas, la rotación del rotor depende del movimiento del flujo de agua. Pero incluso con una rotación lenta, dicho generador debería producir electricidad frecuencia estándar f = 50 Hz.
Por tanto, para cada central hidroeléctrica se diseña su propio generador, para un determinado número de polos magnéticos en el rotor.
Como ejemplo, demos los parámetros de un generador síncrono que opera en la central hidroeléctrica de Dnieper.
El flujo de agua hace girar el rotor del generador con una frecuencia de n = 33,3 rpm. Dada la frecuencia f = 50 Hz, determinamos el número de pares de polos en el rotor:

El principio de funcionamiento de un generador síncrono se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética. Un rotor con polos magnéticos crea un campo magnético giratorio que, al atravesar el devanado del estator, induce una FEM en él. Cuando se conecta a un generador de carga, el generador proporcionará alimentación de CA.

6.2. FEM DE GENERADOR SÍNCRONO

Como se muestra arriba, la magnitud de la FEM inducida en el devanado del estator está cuantitativamente relacionada con el número de vueltas del devanado y la tasa de cambio del flujo magnético:

Volviendo a los valores efectivos, la expresión EMF se puede escribir como:

donde n es la velocidad del rotor del generador,
Ф - flujo magnético,
c es un factor constante.
Cuando se conecta la carga, el voltaje en los terminales del generador cambia en diversos grados. Por lo tanto, aumentar la carga activa no tiene un efecto notable en el voltaje. Al mismo tiempo, inductivo carga capacitiva afectar el voltaje de salida del generador. En el primer caso, un aumento de carga desmagnetiza el generador y reduce el voltaje, en el segundo caso, se polariza y sube el voltaje. Este fenómeno se llama reacción de anclaje.
Para garantizar la estabilidad de la tensión de salida del generador, es necesario regular el flujo magnético. Cuando se debilita, el automóvil debe magnetizar, con un aumento - desimantar. Esto se hace regulando la corriente suministrada al devanado de excitación del rotor del generador.

6.3. MOTOR SINCRÓNICO

6.3.1. PRINCIPIO DE DISEÑO Y FUNCIONAMIENTO

El diseño de un motor síncrono es el mismo que el de un generador síncrono.
Cuando se aplica corriente a devanado trifásico estator, en él surge un campo magnético giratorio. Su frecuencia de rotación está determinada por la fórmula:

donde f es la frecuencia de la corriente de red,
p es el número de pares de polos en el estator.
El rotor, que a menudo es un electroimán, seguirá estrictamente el campo magnético giratorio, es decir, su velocidad de rotación n 2 \u003d n 1.
Considere el principio de funcionamiento de un motor síncrono en el siguiente modelo condicional (Fig. 6.3.1.). Deje que el campo magnético del estator se modele mediante un sistema de polos magnéticos giratorios N - S.

El rotor del motor es también un sistema de electroimanes S - N, que están "conectados" a los polos del estator. Si no hay carga en el motor, los ejes de los polos del estator coincidirán con los ejes de los polos del rotor ( = 0).
Si se conecta una carga mecánica al rotor, los ejes de los polos del estator y del rotor pueden divergir en un cierto ángulo.
Sin embargo, el "acoplamiento magnético" del rotor con el estator continuará y la velocidad del rotor será igual a la frecuencia síncrona del estator (n 2 = n 1). En valores altos, el rotor puede salirse del "embrague" y el motor se detendrá.
La principal ventaja de un motor síncrono sobre uno asíncrono es la provisión de una velocidad de rotor síncrona con fluctuaciones de carga significativas.

6.3.2. SISTEMA DE ARRANQUE DE MOTOR SÍNCRONO

Como hemos mostrado anteriormente, la rotación síncrona del rotor es proporcionada por el "acoplamiento magnético" de los polos del rotor con el campo magnético giratorio del estator.
En el primer momento de arrancar el motor, el campo magnético giratorio del estator se produce casi instantáneamente. El rotor, que tiene una masa de inercia significativa, no puede entrar inmediatamente en rotación síncrona. Debe ser "overclockeado" a velocidad subsíncrona por algún dispositivo adicional.
Durante mucho tiempo, el papel de un motor de aceleración lo desempeñó un motor asíncrono ordinario, conectado mecánicamente a un motor síncrono.
El rotor de un motor síncrono se conduce a una velocidad subsíncrona. Además, el propio motor entra en sincronismo.
Por lo general, el poder motor de arranque es 5-15% de la potencia de un motor síncrono. Esto permite que el motor síncrono arranque solo en ralentí o con una pequeña carga en el eje.
El uso de un motor de arranque con potencia suficiente para arrancar un motor síncrono bajo carga hace que dicha instalación sea engorrosa y costosa.
Recientemente, los llamados sistema de arranque asíncrono motores síncronos. Para este propósito, las varillas se martillan en las piezas polares, asemejándose a un devanado cortocircuitado de un motor de inducción (Fig. 6.3.2.1).

Durante el período inicial de arranque, el motor síncrono funciona como motor asíncrono y, posteriormente, como motor síncrono. Por razones de seguridad, el devanado de excitación se cortocircuita en el período inicial del arranque y en el final se conecta a una fuente de corriente continua.

6.4. MOTOR SÍNCRONO JET

En la práctica de laboratorio, en la vida cotidiana y en los mecanismos de baja potencia, los llamados motores síncronos de reluctancia.
Se diferencian de las máquinas clásicas convencionales solo en el diseño del rotor. El rotor aquí no es un imán o un electroimán, aunque en forma se asemeja a un sistema de polos.
El principio de funcionamiento de un motor síncrono de reluctancia es diferente al discutido anteriormente. Aquí, el funcionamiento del motor se basa en la orientación libre del rotor de tal manera que proporcione al flujo magnético del estator la mejor conductividad magnética (Fig. 6.4.1).

De hecho, si en algún momento el flujo magnético máximo está en la fase A - X, entonces el rotor tomará una posición a lo largo del flujo FA. Después de 1/3 del período, el flujo máximo estará en la fase B - U. Luego, el rotor girará a lo largo del flujo PV. Después de otro 1/3 del período, el rotor se orientará a lo largo del flujo. FS. Entonces, de manera continua y sincrónica, el rotor girará con el campo magnético giratorio del estator.
En la práctica escolar, a veces, en ausencia de motores síncronos especiales, existe la necesidad de una transmisión síncrona.
Este problema se puede solucionar con lo habitual. Motor de inducción, si le damos al rotor la siguiente forma geométrica (Fig. 6.4.2).

6.5. MOTOR PASO A PASO

Este tipo de motor es una máquina de corriente continua, aunque su principio de funcionamiento es similar al de un motor síncrono de reluctancia.
Como puede verse en la fig. 6.5.1, el estator del motor tiene seis pares de polos que sobresalen.

Cada dos bobinas ubicadas en polos opuestos del estator forman un devanado de control que está conectado a la red de CC. El rotor es bipolar.
Si conecta las bobinas de los polos 1 - 1 "a la fuente de CC, entonces el rotor se ubicará a lo largo de estos polos. Si usa las bobinas de los polos 2 - 2" y desactiva las bobinas de los polos 1 - 1 ", el el rotor girará y tomará una posición a lo largo de los polos 2 - 2". La misma rotación del rotor ocurrirá si las bobinas de los polos 3 - 3 están conectadas a la red. Entonces, en pasos, el rotor "seguirá" su devanado de control.
La ventaja de los motores paso a paso es que no tienen absolutamente ningún "autopropulsado". Giran y se fijan estrictamente en incrementos proporcionales al número de polos en el estator. Esta cualidad lo hace indispensable en mecanismos de alta precisión (para accionar relojes, mecanismos de suministro de combustible nuclear en reactores, en máquinas CNC, etc.).
Los motores paso a paso se controlan mediante varios dispositivos electrónicos (gatillos Schmidt, etc.).

6.6. MOTOR DE CA RECOGIDO

Los motores asíncronos y síncronos sin escobillas, con muchas cualidades positivas, tienen importantes inconvenientes. No permiten un control de rotación suficientemente suave y económico.
Esta brecha se llena parcialmente con motores colectores de CA.
Los motores colectores son monofásicos y trifásicos.
El rotor de un motor colector monofásico tiene la forma de un cilindro con devanados de fase, el estator es de polo saliente.
Dado que el devanado de los polos del estator, conectados a la red de CA, crea un campo magnético pulsante, todos los elementos del circuito magnético de la máquina se reclutan a partir de láminas separadas de acero eléctrico.
El par en un motor colector monofásico es creado por la interacción de las corrientes en el devanado del rotor con el flujo magnético de los polos. En la fig. 6.6.1 - muestra el diagrama de conexión del motor del colector a la red.

Los motores colectores pueden funcionar tanto desde la red de CA como desde la red de CC. Esta circunstancia sirvió para darles el nombre de motores de colección universales. Los motores colectores se utilizan ampliamente para accionar máquinas de coser, aspiradoras, etc.

Se denominan máquinas eléctricas síncronas, cuya velocidad de rotación está relacionada por una relación constante con la frecuencia de la red de corriente alterna en la que se incluye esta máquina. . Las máquinas síncronas sirven como generadores de corriente alterna en las centrales eléctricas y los motores síncronos se utilizan en los casos en que se necesita un motor que funcione a una velocidad constante. Las máquinas síncronas son reversibles, es decir, pueden funcionar tanto como generadores como motores. Una máquina síncrona cambia de un modo generador a un modo motor, dependiendo de si sobre ella actúa una fuerza mecánica giratoria o de frenado. En el primer caso recibe energía mecánica en el eje y cede energía eléctrica a la red, y en el segundo caso recibe energía eléctrica de la red y cede energía mecánica al eje.

Una máquina síncrona tiene dos partes principales: un rotor y un estator, y el estator no difiere del estator de una máquina asíncrona. El rotor de una máquina síncrona es un sistema de electroimanes giratorios alimentados por corriente continua suministrada al rotor a través de anillos deslizantes y escobillas desde una fuente externa. En los devanados del estator, bajo la acción de un campo magnético giratorio, se induce un EMF, que se alimenta al circuito externo del generador. El flujo magnético principal de un generador síncrono, creado por un rotor giratorio, es excitado por una fuente externa: un excitador, que suele ser un generador de CC de baja potencia, que se instala en un eje común con un generador síncrono. La corriente directa del excitador se alimenta al rotor a través de escobillas y anillos deslizantes montados en el eje del rotor. El número de pares de polos del rotor está determinado por la velocidad de su rotación. En una máquina síncrona multipolar, el rotor tiene p pares de polos y las corrientes en el devanado del estator también forman p pares de polos de un campo magnético giratorio (como en una máquina asíncrona). El rotor debe girar con la frecuencia de giro del campo, por lo tanto, su velocidad es igual a:

n=60f/p (9.1)

A f = 50 Hz y p = 1 n = 3000 rpm.

Los turbogeneradores modernos giran con esta frecuencia y consisten en una turbina de vapor y un generador síncrono de alta potencia con un rotor que tiene un par de polos.

En los hidrogeneradores, el motor primario es una turbina hidráulica, cuya velocidad es de 50 a 750 revoluciones por minuto. En este caso, se utilizan generadores síncronos con rotor de polos salientes que tiene de 4 a 60 pares de polos.

La velocidad de rotación de los generadores diesel conectados al motor primario - diesel, está en el rango de 500 a 1500 rpm.

En los generadores síncronos de baja potencia se suele utilizar la autoexcitación: el devanado de excitación es alimentado por la corriente rectificada del mismo generador (Fig. 9.2).

El circuito de excitación está formado por transformadores de corriente CT incluidos en el circuito de carga del generador, un rectificador de semiconductores ensamblado según el esquema de puente trifásico, y el devanado de excitación OB con un reóstato de ajuste R.

La autoexcitación del generador ocurre de la siguiente manera. En el momento de arrancar el generador, debido a la inducción residual en el sistema magnético, aparecen EMF y corrientes débiles en el devanado de trabajo del generador. Esto conduce a la aparición de EMF en los devanados secundarios de los transformadores CT y una pequeña corriente en el circuito de excitación, lo que mejora la inducción del campo magnético de la máquina. La fem del generador aumenta hasta que el sistema magnético de la máquina está completamente excitado.

El valor medio de la FEM inducida en cada fase del devanado del estator:

Еср = c∙n∙Φ (9.2)

n es la velocidad del rotor;

Φ es el flujo magnético máximo excitado en la máquina síncrona;

c es un coeficiente constante que tiene en cuenta las características de diseño de esta máquina.

Voltaje terminal del generador:

tu = mi - yo z, donde

I - corriente en el devanado del estator (corriente de carga);

Z es la impedancia del devanado (una fase).

Para ajustar con precisión la amplitud de la EMF, la magnitud del flujo magnético se regula cambiando la corriente en el devanado de excitación. La sinusoidalidad de la FEM se obtiene dando cierta forma a las piezas polares del rotor en las máquinas de polos salientes. En las máquinas de polos implícitos, la distribución deseada de la inducción magnética se logra mediante la colocación especial de los devanados de excitación en la superficie del rotor.