Sinhrone mašine

ELEKTRIELEKTRIČČNE MANE MAŠŠINEINE

Uvod

� Sinhrone mašine predstavljaju mašine naizmenične struje.

� Koriste se uglavnom kao generatori električne energije naizmenične struje, te stoga predstavljaju jedan od glavnih delova elektroenergetskog sistema.

� Sinhrone mašine imaju široku primenu i kao električni motori velikih snaga (preko 100 kW).

� U praksi široku primenu imaju i sinhroni motori uprošćene konstrukcije.

Konstrukcija sinhronih mašina

� Stator sinhrone mašine je cilindričan i po građi je identičan statoru asinhrone mašine:� Magnetno kolo statora je sačinjeno od tankih i međusobno izolovanih

feromagnetnih limova, koji su po unutrašnjoj strani ožlebljeni.

� U žlebovima statora je smešten namotaj statora. Namotaj je najčešće trofazni.

Konstrukcija sinhronih mašina

Izgled statora sinhrone mašine

Konstrukcija sinhronih mašina� Kod sinhronih mašina se primenjuju dve konstrukcije rotora:

� Rotor sa isturenim polovima,

� Cilindrični rotor.

� Kod rotora sa isturenim polovima oko jezgra svakog pola postavljeni su pobudni navoji učvršćeni pomoću polnih nastavaka. Jezgro je od punog materijala.

� Kroz rotorski namotaj protiče jednosmerna struja. Njegovo napajanje se ostvaruje pomoću dva klizna koluta na vratilu i četkica pričvršćenih na statoru pomoću držača.

Konstrukcija sinhronih mašina

Poprečni presek sinhrone mašine sa isturenim polovima

Rotor

Statorski namotaj

Pobudni namotaj

Stator

Konstrukcija sinhronih mašina

Izgled rotora sa isturenim polovima

Konstrukcija sinhronih mašina

� Cilindrični rotor je od ožlebljenog gvožđa, obično masivnog.

� Namotaj rotora je postavljen u žlebovima rotora.

� Ova konstrukcija se skoro isključivo primenjuje kod dvopolnih ili četvoropolnih mašina.

Konstrukcija sinhronih mašina

Stator

RotorPobudni namotaj

Statorski namotaj

Poprečni presek mašine sa cilindričnim rotorom

Konstrukcija sinhronih mašina

Izgled cilindričnog rotora

Princip rada sinhrone mašine

� Kako se sinhrona mašina uglavnom koristi kao generator električne energije, to će princip rada biti objašnjen na primeru sinhronog generatora.� Kroz provodnike rotora (pobudnog namotaja) protiče jednosmerna

struja, usled koje nastaje stalno magnetno polje.

� Obrtanjem rotora mehaničkim putem stvara se obrtno magnetno polje, koje preseca provodnike statora i u njima indukuje EMS.

Princip rada sinhrone mašine

Princip rada sinhrone mašine

Princip rada sinhrone mašine

� Kod trofaznog namotaja statora, indukovane EMS svake faze su jednake po vrednosti, a vremenski su pomerene za jednu trećinu periode ili, ako su predstavljene vektorima, pomereni su za ugao 2π/3.

� Ako rotor ima jedan par polova, onda će se, pri jednom obrtaju, imati jedna potpuna promena EMS, odnosno za p pari polova biće p promena EMS.

Princip rada sinhrone mašine

� Ako se stator optereti nekim trofaznim simetričnim opterećenjem, onda će se kroz namotaje statora uspostaviti struje efektivnih vrednosti I1, I2 i I3 koje su međusobomvremenski pomerene za jednu trećinu periode (fazni pomeraj od 2π/3).

� Ove vremenski pomerene trofazne struje formiraju Teslino obrtno polje, koje se obrće brzinom n=60fs/p.

Princip rada sinhrone mašine

� Brzina obrtanja rotora je jednaka brzini obrtnog (Teslinog) elektromagnetnog polja, pa otuda i potiče naziv sinhrone mašine.

� n je brzina obrtanja rotora,

� fs je frekvencija statorskih struja,

� p je broja pari polova.

]o/min[60

p

fn s⋅=

Princip rada sinhrone mašine

� Pobudni namotaj sinhrone mašine se napaja iz posebnog izvora jednosmerne struje.

p 1 2 3 4 5 6

n [o/min] 3000 1500 1000 750 600 500

Brzina obrtanja sinhrone mašina za fs=50 Hz

Radni režimi sinhrone mašine

� Sinhrona mašina može da radi kao sinhroni generator ili kao sinhroni motor.

� Sinhrona mašina može i da proizvodi i da troši reaktivnu energiju, za razliku od asinhrone mašine koja u svim svojim radnim režimima uvek troši reaktivnu energiju.

Radni režimi sinhrone mašine

Sinhroni generator snage 15 MVA

Sinhroni motori

� Sinhroni motori mogu biti sa stalnim (permanentnim) magnetima ili sa pobodnim namotajem.

� Sinhroni motori sa stalnim magnetima se koriste na mestima gde je neophodno njihovo precizno i kvalitetno upravljanje, i uglavnom se prave za male snage. Kod ovog tipa sinhrone mašine na rotoru su stalni magneti, što znači da je pobuda ovih mašina konstantna.

� Izuzetno su važni za primenu u robotici, alatnim mašinama i servopogonima.

Sinhroni motori

Sinhroni motori malih snaga

Sinhroni motori

� Sinhroni motori sa pobudnim namotajem na rotoru se primenjuju umesto uobičajenih asinhronih motora za velike

snage (preko 100 kW).

Alternator

� Koriste se kao generator napona u vozilima sa SUS motorima.

� Stator alternatora je sa trofaznim namotajem, a na rotoru ima "kandžaste polove“. Pobuda se napaja jednosmernim naponom.

� Generisani napon je trofazni naizmenični, ali se potom vrši pretvaranje naizmeničnog napona u jednosmerni pomoću ispravljača. Dobijeni jednosmerni napon se koristi za punjenje akumulatora.

Alternator

Talasni oblik izlaznog napona alternatora

Alternator

Kućište

Ležaj

Statorski namotaj

Rotor

Klizni koluti

Regulator napona

Ispravlja č

Kućište

Konstrukcija alternatora i položaj alternatora u automobilu

Alternator

“Dinamo” je u stvari pogrešan naziv, ispravno bi bilo alternator, jer je dinamo generator jednosmernog napona