But et disposition des machines synchrones

Machine synchrone - une machine à courant alternatif dans laquelle la vitesse du rotor à une fréquence constante de courant dans les enroulements du stator reste constante et ne dépend pas de l'amplitude de la charge sur l'arbre de la machine.

Machines synchrones Ils sont principalement utilisés pour convertir l'énergie mécanique des moteurs principaux en énergie électrique, c'est-à-dire en tant que générateurs d'énergie électrique à courant alternatif. Cependant, les machines synchrones sont également utilisées dans les modes de moteurs, de compensateurs de puissance réactive et d'autres dispositifs.

Dans les installations industrielles, les machines synchrones triphasées sont les plus utilisées. Les moteurs synchrones monophasés sont utilisés dans les entraînements électriques des compresseurs, des ventilateurs puissants, des moteurs de faible puissance dans divers dispositifs automatiques, etc.

Dispositif machine synchrone

Une machine synchrone triphasée est constituée d'un stator fixe et d'un rotor à pôle implicite ou convexe tournant à l'intérieur de celui-ci, entre eux se trouve un entrefer dont la taille radiale est déterminée par la puissance nominale de la machine, sa vitesse et varie de fractions à plusieurs dizaines de millimètres.

Le stator d'une telle machine ne diffère pratiquement pas par sa conception du stator d'une machine à induction, il a un enroulement triphasé, dont le début des phases est désigné C1, C2, C3 et les extrémités - C4, C5, C6 et sont amenés à des bornes avec des désignations similaires, ce qui vous permet de connecter les phases de l'enroulement du stator avec un triangle ou une étoile.

Les phases de l'enroulement du stator d'un générateur synchrone triphasé sont principalement connectées en étoile, car cela permet à un réseau triphasé à quatre fils d'avoir des tensions de ligne et de phase qui diffèrent les unes des autres de √3 fois (Fig. 1 ).

Riz. 1. Schéma de connexion d'un réseau triphasé quadriphasé aux bornes de l'enroulement du stator d'un générateur synchrone triphasé lorsque les phases sont connectées en étoile.

Le rotor d'une machine synchrone est un système électromagnétique à courant continu avec un enroulement ayant le même nombre de pôles qu'un enroulement de stator triphasé. Les lignes de force magnétiques sont fermées entre les pôles nord et sud respectifs du rotor à travers l'entrefer et la ligne d'alimentation du stator (Fig. 2, a, b).

L'enroulement du rotor ou enroulement de champ est alimenté par un redresseur ou un petit générateur de courant continu - un excitateur dont la sortie est de 0,5 à 10% de la sortie nominale d'une machine synchrone. L'excitatrice peut être située sur le même arbre qu'une machine synchrone, entraînée depuis son arbre par une transmission flexible, ou entraînée par un moteur séparé.

Le rotor polaire implicite d'une machine synchrone est un cylindre solide ou composite en acier au carbone ou allié avec des rainures fraisées sur sa surface dans une direction axiale. Ces fentes contiennent une bobine en fil de cuivre ou d'aluminium isolé.Le début de I1 et la fin de I2 de cet enroulement sont reliés à deux bagues collectrices montées sur un manchon isolant situé sur l'arbre machine et tournant avec le rotor.

Les balais fixes sont pressés contre les anneaux, à partir desquels les fils sont amenés aux pinces repérées I1 et I2 pour le raccordement à une source d'énergie électrique constante. Les grandes dents cylindriques du rotor non fendues forment les pôles du rotor.

Un rotor à pôles implicites a généralement deux ou quatre pôles de polarité alternée, il est utilisé dans les machines synchrones à grande vitesse, en particulier dans les turbogénérateurs - générateurs synchrones triphasés directement connectés à des turbines à vapeur conçues pour une vitesse de 3000 ou 1500 tours par minute à Fréquence CA 50 Hz...

Riz. 2. Le dispositif d'une machine synchrone triphasée avec un rotor: a - pôle caché, b - pôle proéminent, 1 - cadre, 2 - circuit magnétique du stator, 3 - fils du stator, 4 - entrefer, 5 - pôle du rotor, 6 - pointe polaire, 7 - droite sur le rotor, 8 - enroulement de la bobine d'excitation, 9 - court-circuit, 10 - bagues collectrices, 11 - balais, 12 - arbre.

Le rotor à pôles ouverts d'une machine synchrone à quatre pôles ou plus a une culasse pleine ou doublée de tôles d'acier, sur laquelle sont fixés des poteaux en acier de construction similaire, avec une section rectangulaire, se terminant par des pointes (Fig. 2, b ). Les bobines connectées les unes aux autres sont situées dans les pôles, formant une bobine excitatrice.

Un tel rotor est utilisé dans les machines synchrones à basse vitesse, qui peuvent être des hydrogénérateurs et des générateurs diesel - respectivement, des générateurs synchrones triphasés directement connectés à des turbines hydrauliques ou des moteurs à combustion interne, conçus pour des vitesses de rotation de 1500, 1000, 750 et régime inférieur à une fréquence de courant alternatif de 50 Hz.

De nombreuses machines synchrones ont sur le rotor, en plus de l'enroulement d'excitation, un enroulement d'amortissement en cuivre ou en laiton court-circuité, qui, dans un rotor à pôles non lisses, diffère peu d'un enroulement similaire sur le rotor d'une machine à induction, et dans un rotor à pôles saillants il est réalisé sous la forme d'une bobine incomplète en court-circuit, dont les barres ne sont encastrées que dans les rainures et sont absentes dans l'espace interpolaire. Cet enroulement contribue à l'amortissement des oscillations du rotor dans les modes non stationnaires d'une machine synchrone, et assure également le démarrage asynchrone des moteurs synchrones.

Les machines synchrones d'une puissance allant jusqu'à 5 kW sont parfois produites en conception inversée avec enroulement de champ statorique et enroulement rotorique triphasé.

Rendement d'un alternateur synchrone triphasé

Le fonctionnement des machines synchrones triphasées en mode générateur s'accompagne de pertes d'énergie qui, mais par leur nature, sont similaires aux pertes des machines asynchrones. À cet égard, le rendement d'un générateur synchrone triphasé est caractérisé par la valeur du coefficient de rendement (rendement), qui, dans des conditions de charge symétriques, est déterminé par la formule :

η = (√3UIcosφ) / (√3UIcosφ + ΔP),

où U et I — fonctionnement, tension et courant du réseau, cosφ — facteur de puissance des récepteurs, ΔP — pertes totales correspondant à la charge donnée de la machine synchrone.

La valeur du rendement (rendement) des générateurs synchrones dépend de la taille de la charge et du facteur de puissance des récepteurs (Fig. 3).

Riz. 3. Graphiques de la dépendance du rendement d'un générateur synchrone triphasé à la charge et au facteur de puissance des récepteurs.

La valeur maximale d'efficacité correspond à une charge proche de la charge nominale et est de 0,88-0,92 pour les machines de moyenne puissance, et pour les générateurs de grande puissance, elle atteint une valeur de 0,96-0,99. Malgré le rendement élevé des grandes machines synchrones, en raison de la grande quantité de chaleur générée, il est nécessaire de refroidir les enroulements avec de l'hydrogène, de l'eau distillée ou de l'huile de transformateur, ce qui contribue à une meilleure dissipation de la chaleur et vous permet également de créer plus compact et machines synchrones triphasées performantes.