Električne mašine

1. Sinhrone mašine
ELEKTRI
ELEKTRIČ
ČNE MA
NE MAŠ
ŠINE
INE

2. Uvod
Sinhrone mašine predstavljaju mašine naizmenične struje.
Koriste se uglavnom kao generatori električne energije
naizmenične struje, te stoga predstavljaju jedan od glavnih
delova elektroenergetskog sistema.
Sinhrone mašine imaju široku primenu i kao električni motori
velikih snaga (preko 100 kW).
U praksi široku primenu imaju i sinhroni motori uprošćene
konstrukcije.

3. Konstrukcija sinhronih mašina
Stator sinhrone mašine je cilindričan i po građi je identičan
statoru asinhrone mašine:
Magnetno kolo statora je sačinjeno od tankih i međusobno izolovanih
feromagnetnih limova, koji su po unutrašnjoj strani ožlebljeni.
U žlebovima statora je smešten namotaj statora. Namotaj je najčešće
trofazni.

4. Konstrukcija sinhronih mašina
Izgled statora sinhrone mašine

5. Konstrukcija sinhronih mašina
Kod sinhronih mašina se primenjuju dve konstrukcije rotora:
Rotor sa isturenim polovima,
Cilindrični rotor.
Kod rotora sa isturenim polovima oko jezgra svakog pola
postavljeni su pobudni navoji učvršćeni pomoću polnih
nastavaka. Jezgro je od punog materijala.
Kroz rotorski namotaj protiče jednosmerna struja. Njegovo
napajanje se ostvaruje pomoću dva klizna koluta na vratilu i
četkica pričvršćenih na statoru pomoću držača.

6. Konstrukcija sinhronih mašina
Poprečni presek sinhrone mašine sa isturenim polovima
Rotor
Statorski
namotaj
Pobudni
namotaj
Stator

7. Konstrukcija sinhronih mašina
Izgled rotora sa isturenim polovima

8. Konstrukcija sinhronih mašina
Cilindrični rotor je od ožlebljenog gvožđa, obično masivnog.
Namotaj rotora je postavljen u žlebovima rotora.
Ova konstrukcija se skoro isključivo primenjuje kod dvopolnih ili
četvoropolnih mašina.

9. Konstrukcija sinhronih mašina
Stator
Rotor
Pobudni
namotaj
Statorski
namotaj
Poprečni presek mašine sa cilindričnim rotorom

10. Konstrukcija sinhronih mašina
Izgled cilindričnog rotora

11. Princip rada sinhrone mašine
Kako se sinhrona mašina uglavnom koristi kao generator
električne energije, to će princip rada biti objašnjen na
primeru sinhronog generatora.
Kroz provodnike rotora (pobudnog namotaja) protiče jednosmerna
struja, usled koje nastaje stalno magnetno polje.
Obrtanjem rotora mehaničkim putem stvara se obrtno magnetno polje,
koje preseca provodnike statora i u njima indukuje EMS.

12. Princip rada sinhrone mašine
Princip rada sinhrone mašine

13. Princip rada sinhrone mašine
Kod trofaznog namotaja statora, indukovane EMS svake faze
su jednake po vrednosti, a vremenski su pomerene za jednu
trećinu periode ili, ako su predstavljene vektorima, pomereni
su za ugao 2π/3.
Ako rotor ima jedan par polova, onda će se, pri jednom
obrtaju, imati jedna potpuna promena EMS, odnosno za p pari
polova biće p promena EMS.

14. Princip rada sinhrone mašine
Ako se stator optereti nekim trofaznim simetričnim
opterećenjem, onda će se kroz namotaje statora uspostaviti
struje efektivnih vrednosti I1, I2 i I3 koje su međusobom
vremenski pomerene za jednu trećinu periode (fazni pomeraj
od 2π/3).
Ove vremenski pomerene trofazne struje formiraju Teslino
obrtno polje, koje se obrće brzinom n=60fs/p.

15. Princip rada sinhrone mašine
Brzina obrtanja rotora je jednaka brzini obrtnog (Teslinog)
elektromagnetnog polja, pa otuda i potiče naziv sinhrone
mašine.
n je brzina obrtanja rotora,
fs je frekvencija statorskih struja,
p je broja pari polova.
]
o/min
[
60
p
f
n s
⋅
=

16. Princip rada sinhrone mašine
Pobudni namotaj sinhrone mašine se napaja iz posebnog
izvora jednosmerne struje.
p 1 2 3 4 5 6
n [o/min] 3000 1500 1000 750 600 500
Brzina obrtanja sinhrone mašina za fs=50 Hz

17. Radni režimi sinhrone mašine
Sinhrona mašina može da radi kao sinhroni generator ili kao
sinhroni motor.
Sinhrona mašina može i da proizvodi i da troši reaktivnu
energiju, za razliku od asinhrone mašine koja u svim svojim
radnim režimima uvek troši reaktivnu energiju.

18. Radni režimi sinhrone mašine
Sinhroni generator snage 15 MVA

19. Sinhroni motori
Sinhroni motori mogu biti sa stalnim (permanentnim) magnetima
ili sa pobodnim namotajem.
Sinhroni motori sa stalnim magnetima se koriste na mestima
gde je neophodno njihovo precizno i kvalitetno upravljanje, i
uglavnom se prave za male snage. Kod ovog tipa sinhrone
mašine na rotoru su stalni magneti, što znači da je pobuda ovih
mašina konstantna.
Izuzetno su važni za primenu u robotici, alatnim mašinama i
servopogonima.

20. Sinhroni motori
Sinhroni motori malih snaga

21. Sinhroni motori
Sinhroni motori sa pobudnim namotajem na rotoru se
primenjuju umesto uobičajenih asinhronih motora za velike
snage (preko 100 kW).

22. Alternator
Koriste se kao generator napona u vozilima sa SUS motorima.
Stator alternatora je sa trofaznim namotajem, a na rotoru ima
kandžaste polove“. Pobuda se napaja jednosmernim
naponom.
Generisani napon je trofazni naizmenični, ali se potom vrši
pretvaranje naizmeničnog napona u jednosmerni pomoću
ispravljača. Dobijeni jednosmerni napon se koristi za punjenje
akumulatora.

23. Alternator
Talasni oblik izlaznog napona alternatora

24. Alternator
Kućište
Ležaj
Statorski
namotaj
Rotor
Klizni koluti
Regulator
napona
Ispravljač
Kućište
Konstrukcija alternatora i položaj alternatora u automobilu

25. Alternator
“Dinamo” je u stvari pogrešan naziv, ispravno bi bilo
alternator, jer je dinamo generator jednosmernog napona