KURZUS: Elektrotechnika

MODUL: Szinkron gépek

41. lecke: Szinkron gépek

|  | Tanulási célok
| A lecke áttanulmányozása után Ön képes lesz:
| Saját szavaival elmagyarázni a szinkron gépek szerkezetét és működését. Felrajzolni a villamos helyettesítő kapcsolást és ez alapján értelmezni a különböző üzemállapotokra vonatkozó vektorábrákat.
| Tevékenységek
| Olvassa el figyelmesen a szinkron gépek szerkezetével és működésével foglalkozó részt! Tanulmányozza alaposan a villamos helyettesítő kapcsolást és a különböző üzemállapotokra vonatkozó vektorábrákat!
| Tananyag
| A szinkron gép legfontosabb jellemzője, hogy csak egy kitüntetett fordulatszámon, az ún. szinkron fordulaton képes tartósan üzemelni. A gép fordulatszáma és frekvenciája között ugyanis merev kapcsolat van az alábbiak szerint:
| f = p n,
| ahol p a gép póluspárjainak a száma. Működhet generátorként és motorként is, ahogy a legtöbb villamos forgógép. Túlnyomórészt azonban generátorként használják, a háromfázisú villamos energiatermelés legfontosabb gépe az erőművekben.
| Szerkezeti felépítését tekintve két fő egységből áll: az állórészből (armatúrából) és a forgórészből. Legfontosabb jellemzői:
| 3 fázisú tekercselés az állórészen (aramatúra) lemezelt állórész (az örvényáram csökkentése miatt), tömör, vastestű forgórész (hengeres vagy kiálló pólusú) egyfázisú tekercseléssel, a tekercsvégek csúszógyűrűkhöz csatlakoznak, ahova szénkeféken keresztül vezetjük a gerjesztőáramot (egyenáram) motor: állórész: a rákapcsolt 3 fázisú feszültség hozza létre a forgó mágneses teret, amelynek fordulatszámát a frekvencia és a pólusok száma határozza meg (nincs indítónyomatéka) forgórész: egyenáramú gerjesztés (abszolút fordulattartó) generátor: forgórész: egyenáramú gerjesztés forgórészt állandó fordulatszámmal forgatják (gőz-, víz-, gázturbina, diesel motor) állórész: indukált feszültség.
| Áramköri modell
| Az ábrában használt jelölések: Ui: indukált feszültség Ua: armatúra feszültség Up: pólusfeszültség Uk: kapocsfeszültség Ia: armatúra áram X: szinkron reaktancia
| A szinkrongép nyomatéka:
| M= 3 ω 0 ⋅ U k ⋅ U p X d ⋅sin⁡δ
| M: nyomaték (kapocsfeszültségtől függ) δ: terhelési szög (Up és Uk közötti szög)
| Hengeres forgórészű gép nyomatéka a terhelési szög függvényében:
| Mind a szinkronmotor, mind a szinkrongenerátor lehet ún. alul- vagy felülgerjesztett állapotban annak megfelelően, hogy az armatúra áramvektora milyen fázishelyzetű a kapocsfeszültséghez képest. Másképpen fogalmazva ez azt jelenti, hogy a gép fojtótekercsként vagy kondenzátorként viselkedik-e, azaz induktív meddőteljesítményt felvesz a hálózatból vagy lead a hálózatba (előbbi esetben alul-, utóbbiban túlgerjesztett esetről beszélünk).
| Generátor
| Az előbbiek szerint a generátoros üzemmódra vonatkozó vektorábrák az alábbiakban láthatók: Megjegyzés: a pozitív teljesítmény fogyasztót, a negatív pedig termelőt jelent.
| alulgerjesztett szinkron generátor
| túlgerjesztett szinkron generátor:
| Motor
| A motoros üzemállapotra érvényes vektorábrák
| alulgerjesztett szinkron motor:
| túlgerjesztett szinkron motor:
| Indítás (motorként)
| A szinkronmotornak nincs indító nyomatéka. A forgórészen elhelyezett néhány rövidrezárt menet segítségével az aszinkron motornál megismert elv alapján kezd el forogni a forgórész, majd a szinkron fordulatszám közelében hirtelen "beugrik" a szinkron fordulatszámra és ettől kezdve csak ezen a fordulatszámon képes tartósan üzemelni. Ez utóbbi tulajdonsága miatt nevezik abszolút fordulattartó gépnek.

|  | Önellenőrző feladatok
| Töltse ki az alábbi feladatlapot!
| 1. Adja meg, hogy melyik válasz a helyes!
| A szinkron motor teljesítménytartó, mert a gép fordulatszáma és frekvenciája között merev a kapcsolat.
| A szinkron motor abszolút fordulattartó, mert a gép fordulatszáma és frekvenciája között merev a kapcsolat.
| A szinkron motor nyomatéktartó, mert a gép fordulatszáma és frekvenciája között merev a kapcsolat.
| 2. Adja meg, hogy melyik válasz a helyes!
| A szinkron gép lemezelt állórészű és tömör forgórészű.
| A szinkron gép lemezelt forgórészű és tömör állórészű.
| 3. Adja meg, hogy melyik válasz a helyes!
| A forgó mágneses tér fordulatszámát a feszültség nagysága és a pólusok száma határozza meg.
| A forgó mágneses tér fordulatszámát a frekvencia és a pólusok száma határozza meg.
| A forgó mágneses tér fordulatszámát a feszültség nagysága és a frekvencia határozza meg.
| 4. Adja meg, hogy melyik válasz a helytelen!
| A szinkron gép forgórésze egyenáramú gerjesztésű.
| A szinkron gép forgórésze váltakozó áramú gerjesztésű.
| 5. Adja meg, hogy melyik válasz a helytelen!
| A szinkron generátor állórészében háromfázisú feszültség indukálódik.
| A szinkron generátor forgórészében háromfázisú feszültség indukálódik.
| 6. Adja meg, hogy melyik válasz a helyes!
| A túlgerjesztett szinkron motor hatásos és induktív meddő teljesítményt ad a hálózatba.
| Az alulgerjesztett szinkron generátor hatásos és induktív meddő teljesítményt ad a hálózatba.
| A túlgerjesztett szinkron generátor hatásos és induktív meddő teljesítményt ad a hálózatba.
| Az alulgerjesztett szinkron motor hatásos teljesítményt vesz fel a hálózatból és induktív meddő teljesítményt ad a hálózatba.
| 7. Adja meg, hogy melyik válasz a helytelen!
| Az alulgerjesztett szinkron motor hatásos és induktív meddő teljesítményt vesz fel a hálózatból.
| Az alulgerjesztett szinkron motor hatásos teljesítményt vesz fel a hálózatból és induktív meddő teljesítményt ad a hálózatba.
| A túlgerjesztett szinkron generátor hatásos és induktív meddő teljesítményt ad a hálózatba.
| 8. Adja meg, hogy melyik válasz a helytelen!
| A szinkron motornak nincs indító nyomatéka.
| A szinkron motornak nagy az indító nyomatéka.