Synchronní stroje

oustava těchto elektráren společně
s transformačními stanicemi, spotřebiči a rozvodnými vedeními. V rozvodné síti je udržován
stálý kmitočet a napětí s tolerancemi danými příslušnými normami. Vzhledem k těmto
požadavkům a s ohledem na hladké připojení alternátoru bez proudových a mechanických
nárazů v okamžiku jeho připojení k síti, lze alternátor připojit k síti po splnění následujících
podmínek paralelního chodu:

- stejný sled fází alternátoru a sítě - kontrola 3 fázovým asynchronním motorkem
- stejné efektivní hodnoty napětí alternátoru a sítě - kontrola voltmetry
- stejný kmitočet alternátoru a sítě - kontrola kmitoměry
- v okamžiku připojení k síti stejné okamžité hodnoty napětí - kontrola fázovacími
žárovkami

Nesplnění některé z těchto podmínek vede k velkým proudovým a mechanickým rázům,
které by mohly zničit alternátor.

Alternátor pracující do společné rozvodné sítě se chová jinak než alternátor pracující
samostatně. Jestliže předpokládáme, že alternátor pracuje paralelně s tzv. tvrdou sítí
( pro kterou platí U
1
= konst., f
1
= konst. ) a při konstantním výkonu poháněcí turbíny, pak
změnou budícího proudu se nemůže měnit napětí na svorkách alternátoru. Změnou buzení
alternátoru se mění proud statoru ( jeho jalová složka ) a účiník alternátoru.
Při zvýšení výkonu poháněcí turbíny nedojde ke zvýšení otáček alternátoru, ale ke zvýšení
zátěžného úhlu β a tím ke zvýšení činného výkonu dodávaného alternátorem do napájecí sítě.


5. Synchronní motory

Synchronní motor se svou konstrukcí podobá synchronnímu alternátoru. Na rozdíl od něj
se v něm elektrická energie spotřebovává, tj. dodávaná el.energie se mění na mechanickou
odebíranou z hřídele motoru. Stator synchronního motoru je připojen ke trojfázové střídavé
síti a rotor je napájen stejnosměrným proudem přes kroužky na hřídeli motoru z budiče nebo
polovodičového usměrňovače.
Nabuzený synchronní motor se po přímém připojení na střídavou síť sám neroztočí.
Trojfázový střídavý proud statoru vytvoří točivé magnetické pole, které se otáčí rychlostí
danou frekvencí napájecí sítě a počtem pólů motoru. Rotorem, který stojí, prochází
stejnosměrný proud a tedy budí stacionární magnetické pole. Vzájemným působením těchto
dvou polí dochází k silovému působení pole statoru na pole rotoru. Orientace této síly se však
mění s rychlostí otáčení točivého pole statoru. To znamená, že rotor synchronního motoru je
vystaven střídavému působení tažné síly v opačných směrech. Rotor se tedy vzhledem ke své
hmotě nemůže sám rozběhnout. Roztočí-li se však rotor na synchronní rychlost nebo alespoň
na rychlost blízkou synchronní a připojí se následně k síti, bude se motor otáčet synchronní
rychlostí i po odpojení rozběhového zařízení.

Způsoby spouštění synchronního motoru:

a) asynchronní rozběh : kromě budícího vinutí je na rotoru umístěno ještě tlumící
(rozběhové) klecové vinutí. Motor se tedy rozbíhá jako asynchronní motor nakrátko, po dobu
rozběhu je budící vinutí spojeno přes ochranný rezistor nakrátko, který zabrání vzniku přepětí
na budícím vinutí při rozběhu. Jakmile motor dosáhne otáčky blízké synchronním, nabudí se a
motor se vtáhne do synchronismu.
b) rozběh pomocným motorem : pro rozběh se použije buď budič, který je umístěn na
hřídeli motoru, nebo rozběhový asynchronní motor, který se používá pro rozběhy strojů
vysokých výkonů. Tento typ rozběhu se téměř nevyužívá.

Ve srovnání s asynchronním motorem má synchronní motor následující výhody a nevýhody
:

1) výhody
- konstantní otáčky v celém rozsahu zatížení
- vyšší účiník cosϕ. Účiník synchronního stroje lze měnit jeho buzením.
- vyšší účinnost
- možnost výroby jalové energie tím, že synchronní motor poběží přebuzený
- moment závisí lineárně na napětí sítě, tj. při poklesu napětí sítě je menší pokles
momentu synchronního motoru než asynchronního.

2) nevýhody
- složitější spouštění
- samostatný zdroj budícího proudu
- vyšší cena ve srovnání se srovnatelnými asynchronními motory

Řízení otáček synchronního motoru

Otáčky lze řídit změnou kmitočtu s využitím výkonových polovodičových měničů. Pro
regulované pohony se synchronními motory se používají nepřímé měniče kmitočtu
( např. ventilový pohon ve kterém je použit nepřímý proudový měnič kmitočtu )
popř.cyklokonvertory. Řízení otáček změnou počtu pólů se využívá velmi málo.

Speciální synchronní motory

Krokové motory

Rotor těchto motorů může zaujímat určitý počet definovaných poloh. Stator motoru je
nejčastěji čtyřfázový, osmipólový, rotor má zuby bez vinutí a nebo jsou na rotoru permanentní
magnety ( tzv. motor s aktivním rotorem ).
Přivedeme-li proudový impuls do statorového vinutí první fáze, zaujme rotor takovou
polohu, která odpovídá maximální magnetické vodivosti pro statorový magnetický tok, tzn.,
že zub rotoru prostorově nejbližší ose vinutí první fáze statoru se natočí tak, aby osa tohoto
zubu byla v ose vinutí dané fáze. Po přivedení proudového impulsu do vinutí druhé fáze ( a
jeho následném odpojení od první fáze ) se rotor otočí o určitý úhel, daný počtem zubů rotoru
a počtem fází statoru, tak, aby opět zaujal polohu splňující podmínku maximální magnetické
vodivosti pro magnetický tok statoru. Při daném sledu spínání fází statoru se motor otáčí
trvale v jednom směru. Změnou sledu spínání fází se mění i směr otáčení motoru.

Reluktanční ( reakční ) motory

Využívají pro svou činnost tzv.reluktanční moment.Roztočený synchronní motor
s vyniklými póly se udrží v chodu i bez buzení působením reluktančního momentu. (viz.
Doc.Ing. Jan Smejkal : Elektrotechnika, str. 95.). Vzniká tím, že točivé pole statoru má snahu
vtahovat vyniklé póly rotoru do své osy tak, aby indukční čáry magnetického pole procházely
cestou nejmenšího odporu tj. osou vyniklých pólů.

Použití synchronních motorů

Využívají se především v aplikacích, kde se nevyžaduje časté spouštění a reverzace otáček.
Používají se hlavně pro pohony velkých výkonů ( rotační a pístové kompresory, ventilátory,
čerpadla, cementárenské pece apod.).
Speciální synchronní motory pak pro pohony v oblasti automatizační techniky, pohonů
posuvů obráběcích strojů, robotiky, apod. Používají se do výkonů přibližně 10 kW.