同期機の目的と配置

同期機 - 固定子巻線の電流の一定周波数における回転子の速度が一定に保たれ、機械のシャフトにかかる負荷の大きさに依存しない交流機械。

同期機 これらは主に原動機の機械エネルギーを電気エネルギーに変換するために、つまり交流電気エネルギーの発電機として使用されます。ただし、同期機はモーター、無効電力補償装置、その他の装置のモードでも使用されます。

産業用設備では、三相同期機が最も広く使用されています。単相同期モーターは、コンプレッサーの電気駆動、強力なファン、さまざまな自動装置の低電力モーターなどに使用されます。

同期機装置

三相同期機は、固定ステータと、その内部で回転する暗黙的または凸極ロータで構成されます。それらの間にはエアギャップがあり、その半径方向のサイズは、機械の公称出力、速度によって決まり、次のように変化します。数分の１から数十ミリまで。

このような機械の固定子は、実際には誘導機の固定子と設計が異なりません。三相巻線があり、その相の始まりはC1、C2、C3で示され、終わりはC4、C5、 C6 と同様の指定を持つ端子に接続され、固定子巻線の相をデルタまたはスターに接続できます。

三相同期発電機の固定子巻線の各相は主にスター型に接続されます。これにより、三相 4 線式ネットワークでは、線間電圧と相電圧が互いに √3 倍異なることが可能になります (図 1)。 ）。

米。 1. 相がスター結線されている場合に、三相同期発電機の固定子巻線の端子に三相 4 相ネットワークを接続するためのスキーム。

同期機の回転子は、三相固定子巻線と同じ極数の巻線を備えた直流電磁システムです。磁力線は、空隙とステーターの供給ラインを介して、ローターのそれぞれの N 極と S 極の間で閉じられます (図 2、a、b)。

回転子巻線または界磁巻線は、整流器または小型 DC 発電機 (出力が同期機の定格出力の 0.5 ～ 10% である励磁器) によって給電されます。エキサイターは、同期機と同じシャフト上に配置することも、フレキシブル トランスミッションによってそのシャフトから駆動することも、別個のモーターによって駆動することもできます。

同期機の暗黙的なポール ローターは、表面全体に軸方向にフライス加工された溝を備えた炭素鋼または合金鋼で作られた固体または複合シリンダーです。これらのスロットには、絶縁された銅線またはアルミニウム線で作られたコイルが含まれています。この巻線の I1 の始点と I2 の終点は、機械のシャフト上に配置され、ローターとともに回転する絶縁体スリーブに取り付けられた 2 つのスリップ リングに接続されています。

固定ブラシはリングに押し付けられ、そこからワイヤが I1 および I2 とマークされたクランプに導かれ、一定の電気エネルギー源に接続されます。大きな、スロットのないローター シリンダーの歯がローター極を形成します。

インプリシット ポール ローターは通常、極性が交互に切り替わる 2 つまたは 4 つの極を持ち、高速同期機、特にタービン発電機、つまり毎分 3000 回転または 1500 回転の速度で設計された蒸気タービンに直接接続された三相同期発電機で使用されます。交流周波数50Hz...

米。 2. 回転子を備えた三相同期機の装置: a — 隠れた極、b — 顕著な極、1 — フレーム、2 — 固定子磁気回路、3 — 固定子ワイヤー、4 — エアギャップ、5 — 回転子極、 6 — 磁極先端、7 — ローター上の直線、8 — 励起コイルの巻線、9 — 短絡、10 — スリップ リング、11 — ブラシ、12 — シャフト。

4 極以上の同期機の開極ロータには、鋼板の中実または裏地付きヨークがあり、その上に、スパイクで終わる長方形の断面を持つ同様の構造の鋼製支柱が取り付けられています (図 2、b)。 ）。互いに接続されたコイルは極に配置され、励磁コイルを形成します。

このようなロータは、低速同期機で使用されます。低速同期機には、水力発電機とディーゼル発電機があり、それぞれ水力タービンまたは内燃機関に直接接続された三相同期発電機であり、回転速度 1500、1000、750、および交流周波数 50 Hz では回転数が低くなります。

多くの同期機の回転子には、励磁巻線に加えて、短絡された銅または黄銅の減衰巻線が付いています。これは、非平滑極回転子では、誘導機の回転子にある同様の巻線とほとんど変わりません。突極ロータ 不完全な短絡コイルの形で実行され、そのバーは溝にのみ埋め込まれ、極間空間には存在しません。この巻線は、同期機の非定常モードでのローター振動の減衰に貢献し、同期モーターの非同期始動も実現します。

最大定格 5 kW の同期機は、固定子界磁巻線と三相回転子巻線を備えた逆設計で製造されることがあります。

三相同期発電機の効率

発電機モードでの三相同期機の動作にはエネルギー損失が伴いますが、本質的には非同期機での損失と同様です。これに関して、三相同期発電機の効率は効率係数（効率）の値によって特徴付けられ、対称負荷条件下では次の式で決定されます。

η = (√3UIcosφ) / (√3UIcosφ + ΔP)、

ここで、U と I - 動作、ネットワークの電圧と電流、cosφ - 受信機の力率、ΔP - 同期機の所定の負荷に対応する合計損失。

同期発電機の効率（効率）の値は、負荷の大きさと受信機の力率に依存します（図3）。

米。 3. 三相同期発電機の効率の負荷および受信機の力率への依存性を示すグラフ。

効率の最大値は公称値に近い負荷に対応し、中出力の機械では 0.88 ～ 0.92、高出力の発電機では 0.96 ～ 0.99 の値に達します。大型同期機は高効率であるにもかかわらず、発熱量が大きいため、巻線を水素、蒸留水、変圧器油などで冷却する必要があり、放熱効果が高く、小型化も可能です。効率的な三相同期機。