Synchronní stroj

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
(přesměrováno z Synchronní motor)
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání
Synchronní alternátor jaderné elektrárny Balakovo s odkrytým krytem
Rotor synchronního alternátoru Hooverovy přehrady
Stator alternátoru vodní elektrárrny v Mareges

Synchronní stroj je točivý elektrický stroj, pracující obvykle na třífázový střídavý proud. Je charakterizován tím, že jeho rotor se otáčí přesně synchronně s točivým polem statoru.

Rychlost otáčení[editovat | editovat zdroj]

Jelikož se rotor synchronního stroje otáčí stejnou rychlostí, jako je rychlost točivého magnetického pole, lze otáčky vypočítat podle vztahu:

kde:

  • n jsou otáčky stroje v min-1
  • f je frekvence napájecí sítě v Hz
  • p je počet pólových dvojic stroje

Z výše uvedeného vztahu plyne, že pokud je stroj používán jako motor, je ke změně rychlosti otáčení třeba použít frekvenční měnič. To je rozdíl oproti stejnosměrnému motoru, kde řízení rychlosti je proveditelné pomocí změny napájecího napětí. Na rozdíl od asynchronního motoru je skluz nulový, a proto se ve vztahu nevyskytuje.

Alternátory[editovat | editovat zdroj]

Nejčastěji se používá jako alternátor, který může dosahovat výkonu až přes 1000 MW. Největší výhodou alternátoru je vysoká účinnost (96 až 99 %), malý moment setrvačnosti rotoru a malé provozní náklady, nevýhodou jsou vyšší pořizovací náklady. Velká většina současných elektráren, tepelných, vodních i větrných, používá právě synchronní alternátory.

Motory[editovat | editovat zdroj]

Synchronní stroje se mohou využívat také jako motory nebo jako synchronní kompenzátory. Na zvýšené zatížení nereagují snížením otáček, nýbrž jen fázovým zpožděním za točivým polem statoru. Používají se zejména pro pohon průmyslových zařízení nebo vozidel velkých výkonů. Tyto motory mají konstantní otáčky, malé rotorové ztráty a mohou do sítě dodávat jalový výkon. Nevýhodou synchronních motorů je, že se obtížněji řídí jejich otáčky a že se při připojení napětí samy nespustí.

Spouštění synchronního motoru musí zajistit zvláštní zařízení, což může být:

  • pomocný rozběhový motor
  • rozběhové klecové vinutí (asynchronní rozběh)
  • frekvenční měnič, který frekvenci napájecího proudu postupně zvyšuje až po jmenovité otáčky motoru.

Vývoj výkonových měničů frekvence na polovodičovém základě umožňuje řešit jak rozběh, tak také řízení otáček, čímž se oblast využití synchronních strojů výrazně rozšířila, například pro pohon kolejových vozidel atd.

Moment a výkon synchronního stroje[editovat | editovat zdroj]

Moment třífázového synchronního stroje s hladkým rotorem lze vypočítat podle vztahu:

kde:

  • M je moment synchronního stroje
  • ωs je synchronní mechanická úhlová rychlost rotoru
  • U je napětí na svorkách stroje
  • E je vnitřní indukované napětí dané budicím proudem
  • Xd je synchronní reaktance statoru
  • sin δ je zátěžný úhel, tj. úhel mezi fázory napětí U a E, neboli úhel mezi pólem rotoru a magnetickým polem ve vzduchové mezeře

Se zvětšujícím se momentem se zvětšuje zátěžný úhel. Maximální hodnota zátěžného úhlu δ je u stroje s hladkým rotorem 90° (sin δ = 1), při dalším zvětšení zátěžného úhlu stroj vypadne ze synchronního chodu (rotor se již neotáčí synchronně s točivým polem statoru). Jestliže tato situace nastane, je třeba stroj neprodleně odpojit od sítě.

Pomocí vztahu pro moment lze snadno určit výkon stroje.

Jmenovité napětí je vyšší u strojů s vyšším výkonem. U alternátorů se používá napětí 6,3 kV u strojů výkonem přibližně do 50 MW, zatímco u nejvýkonnějších alternátorů (1000 MW) jsou stroje typicky navržené na napětí 24 kV.

Konstrukce[editovat | editovat zdroj]

Stroje s hladkým rotorem (turbostroje)[editovat | editovat zdroj]

Tato konstrukce stroje se vyznačuje malým průměrem rotoru a velkou délkou. Většina turboalternátorů se vyrábí jako dvoupólové, méně časté jsou čtyřpólové a výjimečně šestipólové. Jsou poháněné většinou parní turbínou a dosahují vysokých otáček (3000 otáček za minutu).

Stroje s vyniklými poly (hydrostroje)[editovat | editovat zdroj]

Hydrostroje mají velký průměr rotoru a malou délku. Pracují na menších otáčkách (10 až 500 otáček za minutu) a často jsou poháněné vodní turbínou. Tyto stroje mají rotor s vyniklými póly. Jednotlivé póly mají na jádře budicí vinutí a v pólovém nástavci mají tzv. tlumicí vinutí, které vylepšuje stabilitu stroje, nebo se používá k asynchronnímu rozběhu.

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]