Synchronní stroje I. Konstrukce a princip

Základní informace Rozvoj synchronních strojů byl dán zavedením střídavé soustavy. V počátku se používaly zejména synchronní generátory – alternátory, které slouží pro výrobu trojfázového střídavého proudu. Jejich hlavní výhodou je skutečnost, že energii odebíráme ze statoru – pevné části stroje. Výhodou synchronních motorů jsou konstantní otáčky při různém zatížení. I přes tuto výhodu se synchronní motory ale používaly zřídka, problémy byly s rozběhem a složitější konstrukcí (v porovnání s asynchronním motorem). S rozvojem výkonové elektroniky a zlepšováním vlastností trvalých magnetů se používání synchronních strojů v současné době výrazně zvyšuje.

Rozdělení synchronních strojů Podle směru toku energie: * synchronní motory - klasické motory - krokové motory - reluktanční motory * synchronní generátory (alternátory) * synchronní kompenzátory Podle konstrukce: * s hladkým rotorem * s vyniklými póly * s permanentním magnetem (náhrada budícího vinutí)

Charakteristické vlastnosti a použití * konstantní (synchronní) otáčky při změně zátěže * možnost regulovat účiník (jalovou energii do/ze sítě) * vysoká účinnost Použití: * generátory - turbogenerátory - hydrogenerátory * motory - motory velkých výkonů s plynulou regulací otáček - nízkootáčkové motory velkých výkonů - motory s trvalými magnety pro trakční pohony - motory pro průmyslovou automatizaci - …

Konstrukce synchronního stroje Stator (u synchronních strojů kotva) je stejný jako a indukčního stroje – trojfázové vinutí je uloženo v drážkách magnetického obvodu. ocelová stahovací konstrukce lamelový magnetický obvod tyčové trojfázové vinutí

Na rotoru je umístěno budící stejnosměrné vinutí, které je napájeno přes kroužky z vnějšího stejnosměrného budiče (řízený usměrňovač nebo dynamo) nebo je vytvořena střídavé magnetická vazba mezi statorem a rotorem. Součástí rotoru pak musí být usměrňovač (nesené ventily). Podle rychlosti otáčení může být hladký rotor (rychloběžné stroje) nebo rotor s vyniklými póly (pomaloběžné stroje). Stejnosměrné budící vinutí může být nahrazeno trvalými magnety.

Alternátor - princip činnosti Alternátor má stejný princip jako dynamo, pouze si stator a rotor vyměnily pozice. 1. Vinutím rotoru prochází stejnosměrný budící proud, v okolí rotoru vzniká stejnosměrné magnetické pole. 2. Rotor se otáčí synchronní rychlostí a tím je vytvořeno točivé magnetické pole. 3. Točivé magnetické pole protíná vinutí statoru, ve vinutí se indukuje napětí 4. Po zatížení alternátoru začne vinutím procházet proud.

Alternátor - princip činnosti Vznik trojfázového indukovaného napětí ve vinutí statoru.

Alternátor - princip činnosti Frekvence výstupního napětí: Podle typu poháněcí turbíny rozlišujeme alternátory: 1. rychloběžné (turboalternátory) * pohon – parní nebo plynová turbína, ns = 3000 1/min p = 1 Rotor má malý průměr, jeho délka může být několik metrů (poměr l/d  6) 2. pomaloběžné (hydroalternátory) * pohon – vodní turbína turbína, ns  500 1/min p  6 Rotor má velký průměr, jeho průměr může být několik metrů (poměr l/d  0,2)

Alternátor - princip činnosti Velikost indukovaného napětí: Ui = 4,44 * N *  * f * kv Turboalternátor: Simulace 1

chladič vývody vinutí statoru plášť ucpávka stator rotor ventilátor chlazení ložisko

Materiály Kocman Synchronní stroje Kocman Elektrické stroje a přístroje I Mravec Elektrické stroje a přístroje I Měřička Elektrické stroje Materiály ČEZ