Synchronní stroje. Φ f. n 1. I f. tlumicí (rozběhové) vinutí

Transkript

1 Synchronní stroje

2 Synchronní stroje n 1 Φ f n 1 Φ f I f I f I f tlumicí (rozběhové) vinutí Stator: jako u asynchronního stroje ( 3 fáz vinutí, vytvářející kruhové pole ) n 1 = 60.f 1 / p Rotor: I f ss. + kroužky kruhové pole Φ f ~ I f Provedení rotoru: a) vyniklé póly b) hladký rotor (turbo)

3 Detaily rotoru turbostroje Schematický příčný řez rotorem Bandáž rotorového vinutí (obruč)

4 ČKD kw, 10 kv, 2p= až 3900 min -1

5 Rotor turbomotoru

6 Rotor stroje s vyniklými póly Rozběhová klec (tlumicí vinutí)

7 ČKD kw, 6 kv, 2p=4 synchronní motor

8 ČKD kw, 6 kv, 2p=4

9 ČKD kva, 11 kv, 2p=8 synchronní generátor

10 ČKD 2500 kw 10 kv, 2p=40 synchr.

11 Rotor pomaluběžného stroje Magnetové kolo Náboj Hřídel

12 Magnetický tok ve stroji s vyniklými póly

13 Toky a reaktance Výsledné pole je buzeno magnetomotorickým napětím vyvolaným proudem trojfázového vinutí a stejnosměrným budicím proudem v rotoru. Výsledný fiktivní magnetizační proud: Ve statoru: Uˆ Uˆif Iˆ - napětí napájecí sítě Iˆ - napětí indukované budicím proudem I f U ˆ ˆ vytvoří proud Î, protékající odporem U if a podélnou synchronní reaktancí X d. X d X ad Iˆ f X 1 Φ ad hlavní tok, (zabírá s vodiči rotoru) Φ 1σ rozptylový tok X ad - podélná reaktance reakce kotvy Obdobně lze odvodit příčnou synchronní reaktanci X q.

14 Předpoklady: Synchronní alternátor s hladkým rotorem a) Vzduchová mezera je konstantní po celém obvodu konst. R m konst. b) Magnetomotorická napětí statoru i rotoru jsou prostorově rozložena podle sinusovky F m F c) Úhlová rychlost otáčení rotoru je d) Permeabilita max sin p 2 f konst. µ = konst. Φ ~ F m

15 Napěťové rovnice Uˆ RIˆ U R I f f f jx Iˆ ˆ U i Platí-li U i =4,44 f 1 Φ µ N 1 k v1 ~ Φ µ ~ F µ Platí také Fˆ ˆ Uˆ i Fˆ f Fˆ ˆ Uˆ a ˆ f a f Uˆ a

16 Pro hladký rotor: X d = X q = X s = X ad + X 1σ Napěťová rovnice má tvar nebo Uˆ Uˆ RIˆ RIˆ jx jx Iˆ ˆ d U if Iˆ jx ad Iˆ Uˆ if

17 Fázorový diagram turboalternátoru

18 n Asynchronní rozběh synchronního motoru n n 1 A A n' < n 1 Synchronizace: S rotoru se přitáhne k J statoru Trvalá vazba mezi Φ f a Φ a : n = n 1 = konst = f (f ) M

19 n Asynchronní rozběh synchronního motoru n' n'' n 1 A A' A'' n'' < < n 1 Synchronizace nenastane M

20 Zatěžování synchronního motoru Nárůst zatěžovacího momentu M p S n 1 Φ a J n S Φ f J n = n 1

21 Zatěžování synchronního motoru Nárůst zatěžovacího momentu M p S n 1 Φ a J δ n = n 1 Rotorové pole se za statorovým opožďuje o zátěžný úhel δ.

22 Zatěžování synchronního motoru Nárůst zatěžovacího momentu M p S n 1 Φ a J n = n 1

23 J S Zatěžování synchronního motoru Nárůst zatěžovacího momentu M p S n 1 Φ a n Φ f J n = n 1

24 Zatěžování synchronního generátoru - alternátoru Nárůst poháněcího momentu M p S n 1 Φ a J n S Φ f J n = n 1

25 Zatěžování synchronního generátoru - alternátoru Nárůst poháněcího momentu M p S n 1 Φ a J n = n 1

26 Zatěžování synchronního generátoru - alternátoru Nárůst poháněcího momentu M p S n 1 Φ a J n = n 1

27 Zatěžování synchronního generátoru - alternátoru Nárůst poháněcího momentu M p S n 1 Φ a J S Φf n J n = n 1

28 Zjednodušené náhradní schéma turbostroje ~ U if X d I U X d - synchronní reaktance (respektuje existenci rozptylového toku a toku vyvolaného proudem I ) R 1 = 0 - zanedbatelný oproti X d Uˆ Uˆ if jx d Iˆ

29 Zatěžování do tvrdé sítě při konstantním výkonu X d I jx d I w ~ U if U jx d.i q U I w φ I U if Důležité: I w = I cosφ ~ M X d I w = U if sinδ δ p I I q p U

30 Zatěžování do tvrdé sítě při konstantním výkonu X d I jx d I w ~ U if U U U if I=I w δ

31 Zatěžování do tvrdé sítě při konstantním výkonu X d I jx d I w jx d.i q ~ U if U U U if φ I I w δ I q Výhody synchronního motoru: n = n 1 = konst. změna cos φ

32 Fázorový diagram přebuzeného turbostroje X d I motor ~ U if U generátor φ jx d.i q jx d.i w U U if jx d.i q U if jx d I w U I I w δ δ I q I q I I w

33 Regulace činného a jalového výkonu

34 Zatěžování do tvrdé sítě při konstantním výkonu Všechny proudy jsou přepočítány na stator

35 Zatěžování do tvrdé sítě při konstantním výkonu V křivky synchronního stroje

36 Zatěžování do tvrdé sítě při konstantním buzení I μ je magnetizační proud ve statoru pro vybuzení jmenovitého napětí při chodu naprázdno. Při tvrdé síti je konstantní.

37 Moment turbostroje P m = m U I cosφ = M ω 1m X d I w = U if sinδ M m UU X 1m d if sin n 1 (δ =90 ) δ

38 Zatěžování do tvrdé sítě při konstantním buzení Statická stabilita a přetižitelnost Stabilní chod dp 0 d Synchronizačního činitel: dp m d 1 U U 1 X Určuje schopnost stroje udržet se v synchronizmu. Max. je při δ = 0. d if cos

39 Zatěžování do tvrdé sítě při konstantním buzení Statická stabilita a přetižitelnost Stabilní chod dp 0 d Synchronizační činitel: dp m d 1 U U Synchronizační výkon: 1 X d if cos dp d Udává míru statické stability alternátoru v daném pracovním bodě při zátěžném úhlu δ - zda je stroj schopen se při změně výkonu ustálit v novém bodě výkonové charakteristiky beze změny buzení.

40 Zatěžování do tvrdé sítě při konstantním buzení Statická stabilita a přetižitelnost Stabilní chod dp 0 d Synchronizační činitel: dp m d 1 U U Synchronizační výkon: 1 X d if cos dp d Výkonová přetižitelnost: p M P P max Motor p M 1,5 Alternátor p M 1,25 N M M max N

41 Výkonová (momentová) přetižitelnost p p M M P P N M M max max Motor p M 1,5 Alternátor p M 1,25 N muu 1m d d 1m if X muin cos N I N U if X cos N I N IkN cos N I kn p M je ustálený proud nakrátko, odpovídající budicímu proudu I fn I fkn I I fn i cos fn k cos N I f 0N N Přetižitelnost je větší při větším zkratovém poměru i k a při menším cosφ N 1 ik větší vzduchová mezera větší budicí proud větší rozměry X d

42 Výkonová (momentová) přetižitelnost Závěry: Zkratový poměr je menší při větším elektrickém a magnetickém využití stroje. Stabilita se zajišťuje rychloregulátory napětí. Jmenovitý účiník závisí na dimenzování budicího vinutí. Synchronní alternátory mívají cosφ N = 0,8 velké 0,85 nebo i 0,9.

43 Moment synchronního stroje s vyniklými póly

44 Samostatně pracující alternátor Charakteristika naprázdno U 0 I = 0, n = konst. I f

45 Samostatně pracující alternátor Vnější charakteristiky I f = konst., cos φ = konst. n = konst.

46 Fázování synchronního alternátoru na síť - stejný sled fází alternátoru a sítě - stejná frekvence - stejné napětí - stejná fáze napětí v okamžiku zapnutí U 0 f p. n 1 60 I f

47 Rozměry turboalternátorů Výkon Ložisková rozteč Průměr rotoru (MW) (mm) (mm)

48 Budicí soustavy synchronních strojů Buzení z rotačního měniče 1 synchronní stroj 2 dynamo 3 pomocný budič

49 Budicí soustavy synchronních strojů Buzení ze střídavého budiče 4 soustava pro řízení budicího proudu

50 Budicí soustavy synchronních strojů Buzení nesenými ventily (bezkartáčová budicí soustava)

51 Budicí soustavy synchronních strojů Buzení ze soustavy s rotačním transformátorem 4 střídavý regulátor napětí

52 Budicí soustavy synchronních strojů Buzení ze statického usměrňovače

53 Budicí soustavy synchronních strojů Buzení permanentními magnety

54 Malé synchronní stroje Reluktanční motor (bez budicího vinutí) Drápkový generátor Permanentní magnet J S Pólové nástavce

55 Bezkartáčový stejnosměrný motor používané názvy: EC motor, BLDC motor - vlastnosti motoru jsou podobné stejnosměrnému motoru - konstrukce je podobná synchronnímu motoru (3-fázové statorové vinutí, rotující magnety) - napájení 3 fází podle polohy rotoru Použity materiály firmy UZIMEX, dodávající motory firmy MAXON.

56 Součásti pohonu s EC motorem napájecí zdroj mechanická část zátěž elektrická část komutace a řízení enkodér z Hallových sond povely elektronická část

57 Průběh komutace

58 Průběh komutace 15

59

60

61

62

63 Pomaluběžný s vnějším rotorem - 40 pólů na rotoru - 36 pólů na statoru W - 36 V min -1

64 Rychloběžný s planetovou převodovkou dopomala Rotor uvnitř má 4 póly

65 Třecí planetová převodovka

66 Planetová převodovka s ozubením P N =450 W