Synchrónny stroj

Synchrónny stroj je druh točivého elektrického stroja, pri ktorom sa magnetické polia vinutí statora aj rotora otáčajú rovnakou uhlovou rýchlosťou, t. j. synchrónne.

Pohybová schéma synchrónneho motora

Konštrukcia

Stator je zložený z dynamových plechov, ktoré sú od seba vzájomne elektricky izolované (minimalizovanie nežiaducich strát vírivými prúdmi) a na vnútornom obvode sú drážkované. V drážkach statora je rovnomerne rozmiestnené trojfázové statorové vinutie, zväčša pripojené na trojfázovú verejnú elektrizačnú sieť. Rotor je vyrobený ako výkovok z masívnej ocele, tiež je drážkovaný ale len z 2/3 svojho obvodu, pričom drážky tvoria dve protiľahlé oblasti. V nich je vložené jednosmerné rotorové vinutie, ktoré je pripojené na dva krúžky umiestnené na hriadeli a cez zberné ústrojenstvo (kefy) napájané jednosmerným prúdom z autonómneho zdroja.

Princíp činnosti

Motorická prevádzka

V motorickej prevádzke statorové vinutie pretekané trojfázovým prúdom vytvorí vo vŕtaní stroja otáčavé magnetické pole, ktoré rotuje synchrónnou frekvenciou, teda frekvenciou napájacej siete. Rotorové vinutie (nazývané aj budiace vinutie) vytvára magnetický dvojpól, ktorého polarita je stála. Rotor sa nachádza vo vŕtaní stroja, teda pole statora interaguje s poľom rotora, čoho výsledkom je otáčanie rotora synchrónnymi otáčkami. Pri zaťažení sa otáčky rotora nezmenia, iba vznikne odchýlka rotorového poľa voči statorovému (rotor zaostáva za statorom), vyjadrená pomocou záťažného uhla. Zvyšovaním budiaceho prúdu v budiacom vinutí sa zvyšuje výkon synchrónneho motora (zvýšením mechanického krútiaceho momentu na hriadeli stroja) a znižuje sa magnetizačný výkon (nazývaný tiež jalový výkon) odoberaný zo siete, potrebný na vytvorenie a udržanie magnetického poľa statora. V tzv. prebudenej prevádzke stroj neodoberá zo siete magnetizačný výkon, ale ho do nej generuje.

Generátorická prevádzka

V generátorickej prevádzke je rotor, pretekaný budiacim prúdom, mechanicky otáčaný pohonným zariadením (napr. turbínou). Statorové vinutie je pripojené na trojfázovú sieť. Pri zaťažení generátora sa otáčky rotora nezmenia, iba statorové pole zaostáva za rotorovým o záťažný uhol. Teda generátor produkuje činný elektrický výkon, ktorý sa mení dodávkou alebo odberom mechanického výkonu pretláčaného cez hriadeľ, pritom magnetizačný (jalový) výkon pre statorové pole môže byť zo siete odoberaný alebo do siete generovaný v závislosti od budenia stroja.

Osobitosti vyhotovenia

Vyrábajú sa dvoj-, štvor- a viacpólové stroje, prevažne s veľkým počtom drážok statora. Vinutie statora býva jednovrstvové alebo dvojvrstvové, ktoré môže mať navyše skrátený krok vinutia. Rotor rýchlobežných strojov (dvoj- a štvorpólové) je valcového tvaru s budiacim vinutím v drážkach, nazýva sa hladký rotor. Vzduchová medzera medzi rotorom a statorom je konštantná. Rotor pomalobežných strojov (viacpólové) má na valcovom základe po obvode rovnomerne rozmiestnené pólové nadstavce, ktoré nesú budiace vinutie. Takýto rotor sa nazýva rotor s vyjadrenými pólmi. Vzduchová medzera medzi rotorom a statorom nie je na všetkých miestach rovnaká, čo spôsobuje značne odlišné charakteristiky stroja oproti stroju s hladkým rotorom.

Regulácia

Jediný regulačný parameter je veľkosť budiaceho prúdu. Ním ovplyvňujeme výkon stroja, generovanie magnetizačného výkonu a ak synchrónny stroj pracuje ako generátor do autonómnej siete, tak sa navyše menia otáčky stroja a napätie na svorkách statorového vinutia.

Použitie

Synchrónne stroje sa využívajú ako generátory trojfázového napätia a prúdu vo všetkých turbínových elektrárňach s výnimkou elektrických generátorov s veľmi malým výkonom a veterných elektrární. Vodné elektrárne využívajú pomalobežné stroje s rotorom s vyjadrenými pólmi (nazývané aj hydroalternátory), ostatné elektrárne používajú rýchlobežné stroje s hladkým rotorom (turboalternátory).