Princip činnosti a konstrukce
Obsah

Princip činnosti a konstrukce

Dle základního rozdělení elektrických strojů patří synchronní stroje mezi točivé střídavé.

U synchronních strojů se rotor otáčí stejnými otáčkami jako magnetické pole statoru, čímž se odlišuje od strojů asynchronních. Hovoříme o tzv. synchronních otáčkách.

Rozdělení

Synchronní stroje mohou pracovat jako:

  • alternátory (synchronní generátory)

    • turboalternátory

    • hydroalternátory

  • synchronní motory

  • synchronní kompenzátory

  • synchronní konvertory

Speciálním provedením synchronního motoru je potom krokový motor.

Princip činnosti

Generátor

Generátory obecně slouží k přeměně mechanické energie na elektrickou. Otáčí-li tedy např. turbína nabuzeným rotorem, indukuje se v jednotlivých cívkách statoru střídavé napětí. Tyto cívky jsou vůči sobě natočeny o 120°, a tedy i okamžité hodnoty indukovaného napětí jsou časově posunuté právě o tento úhel.

Po připojení trojfázové zátěže ke svorkám vinutí statoru, začne vinutím procházet elektrický proud. Tento proud způsobí vznik točivého magnetického pole, které má stejnou rychlost otáčení jako rotor a jeho magnetické pole.

Skluz, tedy rozdíl otáček statoru a rotoru, je v tomto případě na rozdíl od asynchronních strojů nulový.

Pro synchronní otáčky platí vztah

kde f je frekvence napětí [Hz] a p počet pólových dvojic [ - ].

Obr. 1: Princip činosti alternátoru [2]

Motor

Konstrukčně se podobá synchronnímu alternátoru. Ke statoru je přivedeno třífázové střídavé napětí. Statorovými cívkami protéká elektrický proud, který vytvoří točivé magnetické pole. Rotor, který vytváří magnetický tok, je do tohoto točivého pole vtažen a otáčí se se stejnými (synchronními) otáčkami.

Konstrukce

Hlavní části synchronních strojů se neliší od ostatních točivých strojů. Tvoří je tedy stator a rotor.

Podobně jako je konstruován stator u asynchronních strojů, je tomu i u synchronních. V drážkách statoru je nejčastěji uloženo třífázové vinutí.

Rotorové vinutí je buzeno stejnosměrným proudem, který je na cívky rotoru přiváděn přes sběrací kroužky a kartáče. U malých strojů může být vinutí nahrazeno permanentními magnety.

obrazek

Obr. 2: Konstrukce synchronních strojů [3]

Podle provedení rotoru rozlišujeme:

  • stroje s vyniklými póly (hydrostroje)

  • stroje s hladkým rotorem (turbostroje)

Obr. 3: Provedení synchronních strojů [4]

Rotor s vyniklými póly má po obvodu póly s cívkami napájenými stejnosměrným proudem. Tento proud je odebírán z tzv. budiče, jímž nejčastěji bývá dynamo s paralelním buzením.

V případě hladkého rotoru se jedná o hladký válec s podélnými drážkami, ve kterých je uloženo budící vinutí. Obvykle mívá jednu nebo dvě pólové dvojice.

Zdroje

[1] ČEZ. Elektrické stroje [online]. [cit. 2015-1-21]. Dostupný na www: http://www.cez.cz/edee/content/file/static/encyklopedie/vykladovy-slovnik-energetiky/hesla/hydroalter.html.

Obrázky

[2] DAWE CZ. Princip činosti alternátoru [online]. [cit. 2014-8-11]. Dostupný na www: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/83/Princip_Synchronn%C3%ADho_gener%C3%A1toru.JPG.

[3] Autor neznámý. Konstrukce synchronních strojů [online]. [cit. 2014-8-18]. Dostupný na www: http://www.cez.cz/edee/content/file/static/encyklopedie/encyklopedie-energetiky/05/stroje_2.html.

[4] KOCMAN, Stanislav a Václav VRÁNA. Provedení synchronních strojů [online]. [cit. 2014-8-11]. Dostupný na www: http://fei1.vsb.cz/kat420/vyuka/hgf/elektrotechnika/sylab_synchronni_stroje_bc.pdf.

[5] ČEZ. Stator turboalternátoru při montáži [online]. [cit. 2015-1-21]. Dostupný na www: http://www.cez.cz/edee/content/file/static/encyklopedie/vykladovy-slovnik-energetiky/hesla/hydroalter.html.

Otestuj se

Kdy hovoříme o synchronních otáčkách motoru?

Na čem závisí velikost synchronních otáček?

Doplňující učivo

Turboalternátor

"Turboalternátor pracuje v tepelné elektrárně nebo jaderné elektrárně a pohání ho parní nebo plynové turbíny. Je to alternátor - elektrický stroj, který mění energii mechanickou v energii elektrickou při využití točivého magnetického pole. Alternátor je zdrojem střídavého elektrického proudu a napětí, které má vyrábět s frekvencí 50 Hz. Mají vodorovný hřídel a jsou to rychloběžné stroje s otáčkami 3000 ot./min." [1]

Obr. 4: Stator turboalternátoru při montáži [5]

Hydroalternátor

"Hydroalternátory se využívají ve vodních elektrárnách ve spojení s vodními turbínami (Kaplanovými nebo Francisovými). Jejich otáčky se pohybují od stovek do tisíců otáček za minutu. Výkon hydroalternátoru záleží na množství vody a výšce vodního spádu. Většinou bývají postaveny se svislými hřídeli a představují jedny z největších elektrických strojů (stavební výška s příslušenstvím až 30 m, průměr až 10 m). U hydroalternátorů se většinou používá rotor s vyniklými póly a velké stroje mívají na rotoru tlumič, který při nárazových zatíženích zamezuje tzv. kývání rotoru." [1]