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Scopo e dispositivo dei generatori sincroni

Un generatore sincrono è costituito da due parti principali: uno statore fisso (armatura) con un avvolgimento posizionato al suo interno e un rotore mobile (rotante) (induttore) con un avvolgimento di eccitazione. Lo scopo dell'avvolgimento di eccitazione è quello di creare un campo magnetico primario nel generatore per l'induzione nell'avvolgimento dello statore forza elettromotiva(e.d. e) ... Se il rotore di un generatore sincrono viene portato in rotazione ad una certa velocità V ed eccitato da una sorgente di corrente continua, allora il flusso di eccitazione attraverserà i conduttori dell'avvolgimento dello statore e le variabili e saranno indotte in le fasi dell'avvolgimento. ds Quando un carico è collegato a questo avvolgimento, al suo interno apparirà un campo magnetico rotante. Questo campo dello statore del generatore ruoterà nella direzione di rotazione del campo del rotore e alla stessa velocità del campo del rotore, risultando in un campo magnetico rotante totale.

Velocità di rotazione campo magnetico generatore sincrono dipende dal numero di coppie di poli. Ad una data frequenza, maggiore è il numero di coppie di poli, minore è la velocità di rotazione del campo magnetico, ad es. la velocità di rotazione del campo magnetico è inversamente proporzionale al numero di coppie di poli. Quindi, ad esempio, ad una data frequenza f = 50 Hz, la velocità di rotazione del campo magnetico è 3000 rpm per il numero di coppie di poli p = 1, 1500 rpm per p = 2V 1000 rpm per p = 3, ecc. .

Lo statore del generatore (Fig. 1, a) è costituito da un nucleo di fogli sottili acciaio elettrico. Per limitare le correnti parassite, le lamiere di acciaio sono isolate con una pellicola di vernice spessa 0,08-0,1 mm e pressate saldamente in un pacchetto, chiamato pacchetto di acciaio attivo. Ritagli figurati sono stampati su ogni foglio di acciaio, grazie ai quali si formano scanalature nel pacchetto assemblato da tali fogli, in cui si inserisce l'avvolgimento. Le scanalature per aumentare la rigidità elettrica dell'avvolgimento e proteggerlo da danneggiamenti meccanici sono isolate con fogli di cartone elettrico con tela verniciata o micanite. Il pacchetto acciaio attivo è fissato nel telaio in ghisa o acciaio del generatore.

Riso. 1. Il dispositivo e il circuito di eccitazione di un generatore sincrono: a - statore, b - rotore a polo saliente (senza avvolgimento polare), c - rotore a polo non saliente; 1 - statore (armatura), 2 - rotore (induttore), 3 - anelli di contatto, bobina induttore a 4 poli, 5 poli, 6 - eccitatore, 7 - regolatore shunt, 8 - spazzole

Il rotore di un generatore sincrono può essere strutturalmente reso polo saliente e non saliente.

Il rotore a polo saliente (Fig. 1, b) ha poli sporgenti o, come si suol dire, pronunciati. Tali rotori sono utilizzati in generatori a bassa velocità con una velocità di rotazione non superiore a 1000 giri / min. I nuclei dei poli di questi rotori sono solitamente reclutati da lamiere di acciaio elettrico di 1-2 mm di spessore, che sono saldamente fissate in un pacco con tiranti. Sull'albero del rotore, i pali sono fissati con bulloni o con l'ausilio di un codolo a T del palo, che viene fissato in apposite scanalature fresate nel corpo in acciaio del rotore.

L'avvolgimento di eccitazione è avvolto filo di rame sezione corrispondente. Nei rotori dei generatori sincroni destinati al funzionamento in impianti elettrici in cui i motori diesel sono utilizzati come motori primari, è previsto un cosiddetto avvolgimento di calma. L'avvolgimento lenitivo o, come viene anche chiamato, l'avvolgimento della serranda viene utilizzato per calmare le oscillazioni libere che si verificano durante i cambiamenti improvvisi del modo di funzionamento dei generatori sincroni (improvvisa eliminazione del carico, caduta di tensione, variazione della corrente di eccitazione, ecc.), soprattutto in casi in cui più generatori operano in parallelo su una rete comune.

Un polo implicito è un rotore che ha la forma di un cilindro senza poli sporgenti. Tali rotori sono solitamente realizzati con due o quattro poli.

I rotori a poli salienti per macchine ad alta velocità non vengono utilizzati a causa della complessità della produzione di pali di fissaggio in grado di resistere a grandi forze centrifughe.

Il rotore a polo implicito (Fig. 1, c) è costituito da un albero e un pezzo forgiato in acciaio con scanalature fresate, in cui è posato l'avvolgimento di eccitazione. Diversamente, il rotore a polo implicito è strutturalmente realizzato allo stesso modo di quello a polo saliente.

Il design dei conduttori dell'avvolgimento del rotore viene selezionato in base al tipo di rotore: per gli avvolgimenti dei rotori a poli salienti vengono utilizzati quelli rettangolari o rotondi. fili isolati, oltre a nastri di rame nudo, piegati sul bordo e isolati con nastri di micanite; Gli avvolgimenti dei rotori a poli non salienti sono costituiti da bobine isolate di rame piatto laminato poste in scanalature isolate dei rotori.

Le estremità dell'avvolgimento del rotore (induttore) vengono estratte e collegate agli anelli collettori sull'albero del rotore. Una corrente continua viene fornita all'induttore da una fonte esterna. I raddrizzatori a semiconduttore vengono utilizzati come fonte di corrente di eccitazione per generatori sincroni con una potenza fino a 20 kW e per generatori più potenti, macchine speciali in corrente continua (eccitatori) sono solitamente posizionate su un albero comune con il rotore del generatore o collegate meccanicamente al generatore per mezzo di semigiunti. L'eccitatore è un generatore di corrente continua, la cui potenza, di regola, è dell'1-3% della potenza nominale del generatore da esso alimentato. La tensione nominale degli eccitatori è piccola e per i generatori sincroni di media potenza non supera i 150 V. DC per l'eccitazione di generatori sincroni possono essere ottenuti utilizzando raddrizzatori a mercurio, semiconduttori o meccanici. Per eccitare i generatori sincroni con una potenza fino a 20 kW, vengono spesso utilizzati raddrizzatori al selenio o al germanio.

La corrente di eccitazione passa dalla sorgente all'induttore lungo il seguente percorso: una sorgente di corrente continua - spazzole fisse su collettori rotanti, collettori rotanti del rotore - avvolgimenti dei poli dell'induttore. Questo percorso è schematicamente mostrato in Fig. 1, a. Un generatore sincrono ha la proprietà della reversibilità, cioè può funzionare anche come motore elettrico se il suo avvolgimento statorico è collegato a una rete trifase corrente alternata.

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9.1. Il dispositivo e il principio di funzionamento di un generatore sincrono

Si chiamano sincroni auto elettrica, la cui velocità di rotazione è collegata da un rapporto costante con la frequenza della rete in corrente alternata in cui è collegata questa macchina . Le macchine sincrone fungono da generatori di corrente alternata nelle centrali elettriche e motori sincroni sono utilizzati nei casi in cui è necessario un motore funzionante a velocità costante. Le macchine sincrone sono reversibili, cioè possono funzionare sia come generatori che come motori. Una macchina sincrona passa da una modalità generatore a una modalità motore, a seconda che su di essa agisca una forza meccanica rotante o frenante. Nel primo caso riceve potenza meccanica sull'albero e la cede alla rete energia elettrica, e nel secondo caso, riceve energia elettrica dalla rete e fornisce energia meccanica al pozzo.

Una macchina sincrona ha due parti principali: un rotore e uno statore e lo statore non differisce dallo statore di una macchina asincrona. Il rotore di una macchina sincrona è un sistema di elettromagneti rotanti che sono alimentati da corrente continua fornita al rotore tramite collettori rotanti e spazzole da una fonte esterna. Negli avvolgimenti dello statore, sotto l'azione di un campo magnetico rotante, viene indotto un EMF, che viene alimentato al circuito esterno del generatore. Il flusso magnetico principale di un generatore sincrono, creato da un rotore rotante, è eccitato da una fonte esterna: un eccitatore, che di solito è un generatore CC a bassa potenza, installato su un albero comune con un generatore sincrono. La corrente continua dall'eccitatore viene alimentata al rotore attraverso spazzole e collettori rotanti montati sull'albero del rotore. Il numero di coppie di poli del rotore è determinato dalla velocità della sua rotazione. In una macchina sincrona multipolare il rotore ha p

coppie di poli e le correnti nell'avvolgimento dello statore formano anche p coppie di poli di un campo magnetico rotante (come in una macchina asincrona). Il rotore deve ruotare con la frequenza di rotazione del campo, quindi la sua velocità è pari a:

n=60f/p (9.1)

A f = 50 Hz e p = 1 n = 3000 giri/min.

Con questa frequenza ruotano i moderni turbogeneratori, costituiti da una turbina a vapore e un generatore sincrono ad alta potenza con un rotore che ha una coppia di poli.

Negli idrogeneratori, il motore principale è una turbina idraulica, la cui velocità è compresa tra 50 e 750 giri al minuto. In questo caso si utilizzano generatori sincroni con rotore a poli salienti da 4 a 60 paia di poli.

La velocità di rotazione dei generatori diesel collegati al motore primario - diesel, è compresa tra 500 e 1500 giri / min.

Nei generatori sincroni di bassa potenza viene solitamente utilizzata l'autoeccitazione: l'avvolgimento di eccitazione è alimentato dalla corrente raddrizzata del generatore stesso (Fig. 9.2).

Il circuito di eccitazione è formato da trasformatori di corrente CT inclusi nel circuito di carico del generatore, un raddrizzatore a semiconduttore assemblato secondo lo schema del ponte trifase e l'avvolgimento di eccitazione OB con un reostato di regolazione R.

L'autoeccitazione del generatore avviene come segue. Al momento dell'avvio del generatore, a causa dell'induzione residua nel sistema magnetico, compaiono EMF e correnti deboli avvolgimento funzionante Generatore. Questo porta alla comparsa di EMF in avvolgimenti secondari Trasformatori CT e una piccola corrente nel circuito di eccitazione, che migliora l'induzione del campo magnetico della macchina. generatore fem aumenta fino a quando il sistema magnetico della macchina non è completamente eccitato.

Il valore medio dell'EMF indotto in ciascuna fase dell'avvolgimento dello statore:

Еср = c∙n∙Φ (9.2)

n è la velocità del rotore;

Φ è il massimo flusso magnetico eccitato nella macchina sincrona;

c è un coefficiente costante che tiene conto caratteristiche del progetto questa macchina.

Tensione terminale generatore:

u = e - io z, dove

I - corrente nell'avvolgimento dello statore (corrente di carico);

Z è l'impedenza dell'avvolgimento (una fase).

Per mettere a punto l'ampiezza dell'EMF, l'ampiezza del flusso magnetico viene regolata modificando la corrente nell'avvolgimento di eccitazione. La sinusoidalità dell'EMF è fornita dando una certa forma alle espansioni polari del rotore nelle macchine a poli salienti. Nelle macchine a poli impliciti, la distribuzione desiderata dell'induzione magnetica si ottiene mediante il posizionamento speciale degli avvolgimenti di eccitazione sulla superficie del rotore.

1. Statore. Lo statore di un generatore sincrono, come altre macchine a corrente alternata, è costituito da un'anima in fogli di acciaio elettrico, nelle cui scanalature è posato un avvolgimento a corrente alternata, e un telaio: un involucro in ghisa o saldato in lamiera d'acciaio.

L'avvolgimento dello statore è posizionato nelle scanalature stampate sulla superficie interna del nucleo. L'isolamento dell'avvolgimento viene eseguito con particolare cura, poiché la macchina normalmente deve lavorare alte tensioni. Micanite e nastro di micanite sono usati come isolanti.

Nella FIG. 240 data l'aspetto dello statore di un generatore sincrono.

2. Rotore. I rotori delle macchine sincrone sono divisi in due tipi in base alla progettazione:

A) esplicitamente pole (cioè con poli pronunciati) e

B) implicitamente polare (cioè con poli implicitamente espressi).

Nella FIG. 241 mostra gli schemi del dispositivo dei generatori sincroni con rotori a poli salienti e non salienti.

L'uno o l'altro design del rotore è dettato da considerazioni di resistenza meccanica. Nei moderni generatori che ruotano da motori ad alta velocità (turbina a vapore), la velocità circonferenziale del rotore può raggiungere 100-160 m/s (in alcuni casi 170 m/s). Pertanto, i generatori ad alta velocità hanno un rotore polare non saliente. La velocità di rotazione dei generatori ad alta velocità è di 3000 giri/min e 1500 giri/min.

Il rotore a polo saliente è un acciaio forgiato.

I poli sono attaccati al bordo del rotore, su cui sono poste le bobine di eccitazione, collegate in serie tra loro. Le estremità dell'avvolgimento di eccitazione sono collegate a due

anelli montati sull'albero del rotore. Le spazzole sono sovrapposte agli anelli, a cui è attaccata la sorgente. tensione costante. Nella FIG. 242 mostra l'aspetto di un rotore a polo saliente. Di solito, un generatore di corrente continua, seduto sullo stesso albero con il rotore e chiamato eccitatore, fornisce una corrente continua per eccitare il rotore. La potenza dell'eccitatore è 0,25-1% della potenza nominale del generatore sincrono. Tensione nominale degli eccitatori 60-350 V.

Nella FIG. 243 mostra il circuito di eccitazione di una macchina sincrona.

Sono disponibili anche generatori sincroni autoeccitati. Una corrente continua per eccitare il rotore si ottiene utilizzando raddrizzatori al selenio collegati all'avvolgimento dello statore del generatore. Al primo momento, il debole campo di magnetismo residuo del rotore rotante induce una variabile insignificante e nell'avvolgimento dello statore. ds Raddrizzatori al selenio collegati a Tensione AC, fornire una corrente continua, che rafforza il campo del rotore e la tensione del generatore aumenta.

Il rotore a polo non saliente è ricavato da un intero acciaio forgiato, sottoposto a complesse lavorazioni termiche e meccaniche. A titolo di esempio riportiamo i dati del rotore di un turbogeneratore prodotto dall'impianto di Elektrosila con una potenza di 100 mila kW a n = 3000 giri/min. Diametro rotore D = 0,99 m, lunghezza l=6,35 m Velocità circonferenziale del rotore 155 m/sec. La forgiatura a rotore lavorata pesa 46,5 tonnellate.

Nella direzione assiale lungo la circonferenza del rotore, vengono fresate le scanalature, dove è posizionato l'avvolgimento di eccitazione. L'avvolgimento nelle scanalature è fissato con cunei in metallo (acciaio o bronzo). Le parti frontali dell'avvolgimento sono fissate con anelli di protezione metallica.

Nella FIG. 244 mostra una vista generale del rotore implicitamente polare di un turbogeneratore in forma finita.

Durante la progettazione di macchine elettriche e trasformatori grande attenzione i progettisti prestano attenzione alla ventilazione delle macchine. Per i generatori sincroni viene utilizzato il raffreddamento ad aria e idrogeno.

Il raffreddamento ad aria viene effettuato utilizzando ventilatori montati su un albero su entrambi i lati del rotore (per generatori con una capacità da 1,5 a 50 mila kW) o posizionati sotto la macchina in un foro di fondazione (per generatori con una capacità di 100 mila kW) .

Le masse di aria fredda in ingresso per la ventilazione passano attraverso filtri per evitare la contaminazione della macchina con la polvere.Con un sistema di ventilazione chiuso, la macchina viene raffreddata dallo stesso volume d'aria. L'aria, dopo essere passata attraverso la macchina, viene riscaldata ed entra nei refrigeratori d'aria, quindi viene nuovamente immessa nella macchina, ecc. Il sistema di condotti di ventilazione disposti in parti separate della macchina serve anche per il raffreddamento. Più modo effettivo la macchina di raffreddamento è il raffreddamento a idrogeno. L'idrogeno, che ha una conduttività termica 7,4 volte maggiore dell'aria, è più efficace nel rimuovere il calore dalle parti calde della macchina. Le perdite per attrito raffreddate ad aria sono di circa il 50°/o

somma di tutte le perdite dell'auto. L'idrogeno ha un peso specifico 14,5 volte inferiore a quello dell'aria. Pertanto, l'attrito contro l'idrogeno diminuisce drasticamente. L'idrogeno contribuisce anche alla conservazione dell'isolamento e dei rivestimenti di vernice della macchina. Aspetto esteriore generatore sincrono a polo saliente con eccitatore è mostrato in Fig. 245, e un generatore sincrono a polo non saliente della potenza di 50mila kW - in Fig. 246.

Gli idrogeneratori sono azionati da turbine idrauliche. Queste turbine il più delle volte hanno un albero verticale con un basso numero di giri. Il generatore sincrono a bassa velocità ha un gran numero di poli e, di conseguenza, grandi dimensioni.

Quindi, ad esempio, un idrogenatore del tipo con una capacità di 50 mila kW, prodotto dall'omonima centrale di Elektrosila. S. M. Kirov, ha un peso totale di 1142 g, un diametro dello statore di 14 m, un'altezza totale di 8,9 m, il numero di poli è 96.

Nella FIG. 247 mostra uno schema di un generatore sincrono con un eccitatore che alimenta i carichi di potenza e di illuminazione. Nella FIG. 248 dan schema elettrico collegamenti del generatore sincrono con il carico.

Gli avvolgimenti dello statore dei generatori sincroni sono realizzati allo stesso modo degli avvolgimenti dello statore dei motori a induzione.

Tutte e sei le estremità degli avvolgimenti trifase del generatore sono solitamente visualizzate sul suo scudo. Collegando le tre estremità degli avvolgimenti ad un punto zero comune e portando i tre inizi degli avvolgimenti in una rete esterna, otteniamo una connessione a stella degli avvolgimenti (Fig. 249, a). Collegando la fine del primo avvolgimento con l'inizio del secondo, la fine del secondo con l'inizio del terzo, la fine del terzo con l'inizio del primo avvolgimento ed effettuando tre prese dai punti di connessione alla rete esterna , otteniamo la connessione degli avvolgimenti in un triangolo (Fig. 249, b).

Se sopra macchine asincrone il rotore aveva velocità di rotazione, diversa dalla frequenza di rotazione del campo magnetico dello statore, quindi in sincronia queste frequenze sono uguali tra loro.
Le macchine sincrone possono funzionare sia come generatori che come motori.
A seconda del tipo di azionamento, anche i generatori sincroni hanno ricevuto i loro nomi.
Turbogeneratore, ad esempio, è un generatore azionato da una turbina a vapore, un idrogeneratore fa girare una ruota idraulica e un generatore diesel è collegato meccanicamente a un motore a combustione interna.
I motori sincroni sono ampiamente utilizzati per azionare potenti compressori, pompe, ventilatori.
I micromotori sincroni vengono utilizzati per azionare i meccanismi di trasmissione del nastro di dispositivi di registrazione, registratori, ecc.

6.1. PROGETTAZIONE E PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DI UN GENERATORE SINCRONO

Lo statore di una macchina sincrona non differisce nel design dallo statore di un motore a induzione. Gli avvolgimenti trifase, bifase o monofase sono posizionati negli slot dello statore.
Una notevole differenza è il rotore, che è fondamentalmente un magnete permanente o un elettromagnete.
Ciò impone requisiti speciali sulla forma geometrica del rotore. Qualsiasi magnete ha poli, il cui numero può essere due o più.
Sulla fig. 6.1.1 mostra due modelli di generatori, con un rotore a bassa velocità e ad alta velocità.

Ad alta velocità sono, di regola, turbogeneratori. Il numero di coppie di poli magnetici che hanno è uguale a uno. Affinché un tale generatore produca una corrente elettrica di frequenza standard f = 50 Hz, deve essere ruotato con una frequenza

Nelle centrali idroelettriche, la rotazione del rotore dipende dal movimento del flusso d'acqua. Ma anche con una rotazione lenta, un tale generatore dovrebbe produrre elettricità frequenza standard f = 50 Hz.
Pertanto, per ogni centrale idroelettrica, viene progettato un proprio generatore, per un certo numero di poli magnetici sul rotore.
Ad esempio, diamo i parametri di un generatore sincrono funzionante presso la centrale idroelettrica di Dnepr.
Il flusso d'acqua fa ruotare il rotore del generatore con una frequenza di n = 33,3 giri/min. Data la frequenza f = 50 Hz, determiniamo il numero di coppie di poli sul rotore:

Il principio di funzionamento di un generatore sincrono si basa sul fenomeno dell'induzione elettromagnetica. Un rotore con poli magnetici crea un campo magnetico rotante che, attraversando l'avvolgimento dello statore, induce al suo interno un EMF. Quando è collegato a un generatore di carico, il generatore fornirà alimentazione CA.

6.2. EMF DEL GENERATORE SINCRONO

Come mostrato sopra, l'entità dell'EMF indotta nell'avvolgimento dello statore è quantitativamente correlata al numero di spire dell'avvolgimento e alla velocità di variazione del flusso magnetico:

Passando ai valori effettivi, l'espressione EMF può essere scritta come:

dove n è la velocità del rotore del generatore,
Ф - flusso magnetico,
c è un fattore costante.
Quando il carico è collegato, la tensione ai terminali del generatore cambia in vari gradi. Pertanto, l'aumento del carico attivo non ha un effetto evidente sulla tensione. Allo stesso tempo, induttivo carico capacitivo influenzare la tensione di uscita del generatore. Nel primo caso, un aumento del carico smagnetizza il generatore e riduce la tensione, nel secondo caso viene polarizzato e la tensione aumenta. Questo fenomeno è chiamato reazione di ancoraggio.
Per garantire la stabilità della tensione di uscita del generatore, è necessario regolare il flusso magnetico. Quando è indebolito, l'auto deve magnetizzare, con un aumento - smagnetizzare. Ciò avviene regolando la corrente fornita all'avvolgimento di eccitazione del rotore del generatore.

6.3. MOTORE SINCRONO

6.3.1. PROGETTAZIONE E PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO

Il design di un motore sincrono è lo stesso di quello di un generatore sincrono.
Quando viene applicata la corrente avvolgimento trifase statore, in esso si genera un campo magnetico rotante. La sua frequenza di rotazione è determinata dalla formula:

dove f è la frequenza della corrente di rete,
p è il numero di coppie di poli sullo statore.
Il rotore, che spesso è un elettromagnete, seguirà rigorosamente il campo magnetico rotante, ad es. la sua velocità di rotazione n 2 \u003d n 1.
Considera il principio di funzionamento di un motore sincrono sul seguente modello condizionale (Fig. 6.3.1.). Si modelli il campo magnetico dello statore mediante un sistema di poli magnetici rotanti N - S.

Il rotore del motore è anche un sistema di elettromagneti S - N, che sono "collegati" ai poli dello statore. Se non c'è carico sul motore, gli assi dei poli dello statore coincideranno con gli assi dei poli del rotore ( = 0).
Se un carico meccanico è collegato al rotore, gli assi dello statore e dei poli del rotore possono divergere di un certo angolo.
Tuttavia, l '"accoppiamento magnetico" del rotore con lo statore continuerà e la velocità del rotore sarà uguale alla frequenza sincrona dello statore (n 2 = n 1). A valori elevati, il rotore potrebbe uscire dalla "frizione" e il motore si fermerà.
Il principale vantaggio di un motore sincrono rispetto a uno asincrono è la fornitura di una velocità del rotore sincrono con fluttuazioni di carico significative.

6.3.2. SISTEMA DI AVVIAMENTO SINCRONO DEL MOTORE

Come abbiamo mostrato sopra, la rotazione sincrona del rotore è data dall'"accoppiamento magnetico" dei poli del rotore con il campo magnetico rotante dello statore.
Al primo momento di avviamento del motore, il campo magnetico rotante dello statore si verifica quasi istantaneamente. Il rotore, avendo una massa inerziale significativa, non può entrare immediatamente in rotazione sincrona. Deve essere "overcloccato" alla velocità subsincrona da qualche dispositivo aggiuntivo.
Per molto tempo il ruolo di un motore accelerato è stato svolto da un normale motore asincrono, collegato meccanicamente a un motore sincrono.
Il rotore di un motore sincrono è azionato a velocità subsincrona. Inoltre, il motore stesso viene trascinato nel sincronismo.
Di solito il potere motore di avviamentoè il 5-15% della potenza di un motore sincrono. Ciò consente di avviare il motore sincrono solo al minimo o con un piccolo carico sull'albero.
L'uso di un motorino di avviamento con potenza sufficiente per avviare un motore sincrono sotto carico rende tale installazione ingombrante e costosa.
Recentemente, il cosiddetto sistema di avviamento asincrono motori sincroni. A tale scopo, le aste vengono martellate nelle espansioni polari, simile a un avvolgimento in cortocircuito di un motore a induzione (Fig. 6.3.2.1).

Durante il periodo di avviamento iniziale, il motore sincrono funziona come motore asincrono e successivamente come motore sincrono. Per motivi di sicurezza, l'avvolgimento di eccitazione è cortocircuitato nel periodo iniziale dell'avviamento e in quello finale è collegato a una sorgente di corrente continua.

6.4. MOTORE JET SINCRONO

Nella pratica di laboratorio, nella vita di tutti i giorni e nei meccanismi a bassa potenza, i cosiddetti motori sincroni a riluttanza.
Differiscono dalle macchine classiche convenzionali solo nel design del rotore. Il rotore qui non è un magnete o un elettromagnete, sebbene nella forma assomigli a un sistema di poli.
Il principio di funzionamento di un motore sincrono a riluttanza è diverso da quello discusso sopra. Qui, il funzionamento del motore si basa sul libero orientamento del rotore in modo tale da fornire al flusso magnetico dello statore la migliore conducibilità magnetica (Fig. 6.4.1).

Infatti, se ad un certo punto il flusso magnetico massimo è nella fase A - X, il rotore prenderà una posizione lungo il flusso FA. Dopo 1/3 del periodo, la portata massima sarà nella fase B - U. Quindi il rotore ruoterà lungo la portata FV. Dopo un altro 1/3 del periodo, il rotore sarà orientato lungo il flusso. FS. Quindi in modo continuo e sincrono il rotore ruoterà con il campo magnetico rotante dello statore.
Nella pratica scolastica, a volte, in assenza di motori sincroni speciali, è necessaria la trasmissione sincrona.
Questo problema può essere risolto con il solito motore a induzione, se diamo al rotore la seguente forma geometrica (Fig. 6.4.2).

6.5. PASSO MOTORE

Questo tipo di motore è una macchina a corrente continua, sebbene il suo principio di funzionamento sia simile a quello di un motore sincrono a riluttanza.
Come si può vedere dalla figura. 6.5.1, lo statore del motore ha sei coppie di poli sporgenti.

Ciascuna delle due bobine poste sui poli opposti dello statore formano un avvolgimento di controllo collegato alla rete CC. Il rotore è bipolare.
Se si collegano le bobine dei poli 1 - 1 "alla sorgente CC, il rotore sarà posizionato lungo questi poli. Se si utilizzano le bobine dei poli 2 - 2" e si diseccitano le bobine dei poli 1 - 1 ", il il rotore girerà e prenderà posizione lungo i poli 2 - 2". La stessa rotazione del rotore si verificherà se le bobine dei poli 3 - 3 sono collegate alla rete.Quindi, a passi, il rotore "seguirà" il suo avvolgimento di controllo.
Il vantaggio dei motori passo-passo è che non hanno assolutamente alcun "semovente". Girano e sono rigorosamente fissati in incrementi proporzionali al numero di poli sullo statore. Questa qualità lo rende indispensabile in meccanismi di alta precisione (per la guida di orologi, meccanismi per l'alimentazione di combustibile nucleare nei reattori, nelle macchine a controllo numerico, ecc.).
I motori passo-passo sono controllati tramite vari dispositivi elettronici (trigger Schmidt, ecc.).

6.6. MOTORE AC RACCOLTO

I motori brushless asincroni e sincroni, con molte qualità positive, presentano notevoli inconvenienti. Non consentono un controllo della rotazione sufficientemente fluido ed economico.
Questa lacuna è parzialmente colmata dai motori del collettore CA.
I motori del collettore sono monofase e trifase.
Il rotore di un motore collettore monofase è realizzato a forma di cilindro con avvolgimenti di fase, lo statore è a polo saliente.
Poiché l'avvolgimento dei poli dello statore, collegato alla rete CA, crea un campo magnetico pulsante, tutti gli elementi del circuito magnetico della macchina vengono reclutati da fogli separati di acciaio elettrico.
La coppia in un motore collettore monofase è creata dall'interazione delle correnti nell'avvolgimento del rotore con il flusso magnetico dei poli. Sulla fig. 6.6.1 - mostra lo schema di collegamento del motore del collettore alla rete.

I motori del collettore possono essere azionati sia dalla rete AC che dalla rete DC. Questa circostanza servì a dar loro il nome di motori da collezione universali. I motori dei collettori sono ampiamente utilizzati per azionare macchine da cucire, aspirapolvere, ecc.

Le macchine sincrone sono chiamate macchine elettriche, la cui velocità di rotazione è collegata da un rapporto costante con la frequenza della rete a corrente alternata in cui è inclusa questa macchina. . Le macchine sincrone fungono da generatori di corrente alternata nelle centrali elettriche e i motori sincroni vengono utilizzati nei casi in cui è necessario un motore funzionante a velocità costante. Le macchine sincrone sono reversibili, cioè possono funzionare sia come generatori che come motori. Una macchina sincrona passa da una modalità generatore a una modalità motore, a seconda che su di essa agisca una forza meccanica rotante o frenante. Nel primo caso riceve energia meccanica sul pozzo e fornisce energia elettrica alla rete, nel secondo caso riceve energia elettrica dalla rete e fornisce energia meccanica al pozzo.

Una macchina sincrona ha due parti principali: un rotore e uno statore e lo statore non differisce dallo statore di una macchina asincrona. Il rotore di una macchina sincrona è un sistema di elettromagneti rotanti che sono alimentati da corrente continua fornita al rotore tramite collettori rotanti e spazzole da una fonte esterna. Negli avvolgimenti dello statore, sotto l'azione di un campo magnetico rotante, viene indotto un EMF, che viene alimentato al circuito esterno del generatore. Il flusso magnetico principale di un generatore sincrono, creato da un rotore rotante, è eccitato da una fonte esterna: un eccitatore, che di solito è un generatore CC a bassa potenza, installato su un albero comune con un generatore sincrono. La corrente continua dall'eccitatore viene alimentata al rotore attraverso spazzole e collettori rotanti montati sull'albero del rotore. Il numero di coppie di poli del rotore è determinato dalla velocità della sua rotazione. In una macchina sincrona multipolare, il rotore ha p coppie di poli e le correnti nell'avvolgimento dello statore formano anche p coppie di poli di un campo magnetico rotante (come in una macchina asincrona). Il rotore deve ruotare con la frequenza di rotazione del campo, quindi la sua velocità è pari a:

n=60f/p (9.1)

A f = 50 Hz e p = 1 n = 3000 giri/min.

Con questa frequenza ruotano i moderni turbogeneratori, costituiti da una turbina a vapore e un generatore sincrono ad alta potenza con un rotore che ha una coppia di poli.

Negli idrogeneratori, il motore principale è una turbina idraulica, la cui velocità è compresa tra 50 e 750 giri al minuto. In questo caso si utilizzano generatori sincroni con rotore a poli salienti da 4 a 60 paia di poli.

La velocità di rotazione dei generatori diesel collegati al motore primario - diesel, è compresa tra 500 e 1500 giri / min.

Nei generatori sincroni di bassa potenza viene solitamente utilizzata l'autoeccitazione: l'avvolgimento di eccitazione è alimentato dalla corrente raddrizzata del generatore stesso (Fig. 9.2).

Il circuito di eccitazione è formato da trasformatori di corrente CT inclusi nel circuito di carico del generatore, un raddrizzatore a semiconduttore assemblato secondo lo schema del ponte trifase e l'avvolgimento di eccitazione OB con un reostato di regolazione R.

L'autoeccitazione del generatore avviene come segue. Al momento dell'avvio del generatore, a causa dell'induzione residua nel sistema magnetico, nell'avvolgimento di lavoro del generatore compaiono deboli campi elettromagnetici e correnti. Ciò porta alla comparsa di EMF negli avvolgimenti secondari dei trasformatori CT e una piccola corrente nel circuito di eccitazione, che migliora l'induzione del campo magnetico della macchina. La fem del generatore aumenta fino a quando il sistema magnetico della macchina non è completamente eccitato.

Il valore medio dell'EMF indotto in ciascuna fase dell'avvolgimento dello statore:

Еср = c∙n∙Φ (9.2)

n è la velocità del rotore;

Φ è il massimo flusso magnetico eccitato nella macchina sincrona;

c è un coefficiente costante che tiene conto delle caratteristiche progettuali di questa macchina.

Tensione terminale generatore:

u = e - io z, dove

I - corrente nell'avvolgimento dello statore (corrente di carico);

Z è l'impedenza dell'avvolgimento (una fase).

Per mettere a punto l'ampiezza dell'EMF, l'ampiezza del flusso magnetico viene regolata modificando la corrente nell'avvolgimento di eccitazione. La sinusoidalità dell'EMF è fornita dando una certa forma alle espansioni polari del rotore nelle macchine a poli salienti. Nelle macchine a poli impliciti, la distribuzione desiderata dell'induzione magnetica si ottiene mediante il posizionamento speciale degli avvolgimenti di eccitazione sulla superficie del rotore.