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 sinδ

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.