Shema

Na zgornji sliki vidi osnovno shemo rotorja sinhronskega stroja s izrazenimi poli. S oranzno so obarvana navitja, s zeleno pa potek magnetnega polja. Na sredinin rotorja vidi napajalno navitje, ki je povezano s ostalim preko krtack.

Obstajajo rotrji s neizrazenimi poli, ter rotorji s trajnimi magneti.

Hitrost vrtenja

Tipicna lastnost sinhronskih strojev je, da se vrtijo v sinhronizmu s vrtilnim magnetnim poljem.

V zgornji enacbi je $n$ hitrost vrtenja v $\frac{vrt}{min}$, $f$ je frekvenca omrezja in $p$ je stevilo polovih parov v rotorju.

Statorsko navitje

Imamo razlicne opcije kako lahko navije tauljave v statorju. V statorju je lahko ogromno tuljav, vendar se jih vedno da modelirati samo s 3-mi, ko imamo trifazni izhod.

Ce hocemo omrezno frekvenco $50Hz$, in imamo turbino, ki se vrti s 600 vrtnjaji na minuto, potem potrebujemo $p=60\frac{f}{n}=60\frac{50}{600}=5$. Torej potrebujemo 5 polovih parov. Nizja kot je hitrost vrtenja turbine/osi, vec polovih parov potrebuje da dosezemo omrezno frekvenco.

Vezavi zvezda

Sinhroniziranje

Generatorsko obratovanje

Na spodnjem grafu je vidna karakteristika sinhronskega stroja, ki se vrti s konstantno hitrojstijo. $I_r$ je magnetilni tok, ta tece po tuljavah na rotorju, na $y$ osi imamo na inducirano napetost. Ker se stroj vrti s konstantno hitrostjo, je induciranan napetost odvisna samo od toka.

!magic formula

$U_{sN}$ je nazivna napetost. Do nazivne napetosti lahko pridemo na dva razlicna nacina s tokom rotorja $I_r$. Najprej je lahko tok tak, da dobimo napetost $U_N$ s pommocjo k.z.r., s drugim nacinom lahko dobimo $U_N$ s k.p.t.. Pogosto se uporablje k.z.r. ker je linearna premica.

Spodnja slika prikazuje razlicne velicina v odvisnosti od casa. Vidimo da je flux $\varphi$ vzporeden s tokom $I_r$, kar pomeni da stav fazi. Inducirana napetost pa zaostaja za ${90}^{\circ }$, saj je v izracunu za napetost prisoten odvod, ki spremeni $\sin$ v $\cos$.

Nadomestno vezje

Zgornja enacba predstavlja napetostne razmere v sinhronem stroju. Uporabimo jo za izpeljavo nadomestne sheme.

• $E_f$ je fiktivna inducirana napetost, ta je prisotna le v prostem teku. Je simbolicni vir napetosti, ki je posledica indukcije.
• $U$ je napetost omrezja, ta je togo in se ne spreminja,
• $X_s$ je sinhronska relaktanca, ko jo pomnozimo s tokom $I$ dobimo padec napetosti na notranji polni upornosti,
• $X_a$ je relaktanca, ki predstavlja vpliv reaklcije indukta na statorski strani,
• $X_{\sigma }$ relaktanca zaradi rasutja magnetnega polja.

Na nadomestnem vezju nimamo predstavljenih ohmskih izgub, saj so te zanemarljivo majhne v primerjavi s reaktance navitja.

Prosti tek

V prostem teku ni noeben obremenitnve $Z_b=0$. Posledicno je tok $I=0$. Ker ni toka, tudi ni padca napetosti na reluktancah in velja $E_f=U$.

Preuzbujanje

Ce imamo stroj, ki je povezan na omrezno napetost, in obratuje brez obremenitve, ter mu nato povisamo vzbujani tok se bo posledicno zvisala $E_f$, vendar $U$ bo ostal enak, saj je ta dolocen s strani omrezja. Ker je sedaj razlika med $E_f-U=\mathrm{\Delta }U$ se pojavi padec napetosti. Ker se ta padec napetosti pozna na tuljavi $X_s$, bo stekel tok. Ta tok bo zaostajal za ${90}^{\circ }$ od napetosti in ${180}^{\circ }$ za vzbujalnim tokom $I_v$. $I=\frac{\mathrm{\Delta }U}{X_s}$

V tem primeru omrezje vidi stroj kot kondenzator.

Poduzbujanje

Zmanjsamo vzbujanlni tok $I_v$, posledicno se zmanja $E_f$ ter se ustvari padec napetosti $\mathrm{\Delta }U$. Ker je sedaj $E_f<U$, tece tok v drugo smer kot v primeru ko je stroj preuzbujan. To pomeni, da ima tok negativni predznak, in je tudi vbrnjen v drugo smer na kazalcnem diagramu.

Posledicno ga omrezje vidi kot dusilko. Temu drugace recemo "kompenzator jalove energije".

Shift transformers

Kazalcni diagram obremenitve

• $E_0$ je namisljena napetost, ki v resnici ne obstaja, je pa nam v pomoc, da si lazje razlozimo delovnaje stroja in njegove izgube,
• $I_1$ je vzbujalni tok,
• $I_{10}$ je vzbujanli tok, od katerega je odstet namisljeni tok, ki "nastane" zaradi reakcije indukta in izgub v navitju.
• $I_{1a}$ je rezultat padca toka $I_1$ za $I_2^{\prime }$, zaradi reakcije indukta,
• $E_a$ je navidezni induktivni padec zaradi bremenskega toka $I_2$. Za $X_a$ ponazorimo delovanje reakcije indukta.
• $I_{2\sigma }^{\prime }$ je za koliko se zmanjsa vzbujalni tok, zaradi izgub v navitjih.
• $I_2$ je tok na sekundarni strani, ki ga doloca breme,
• $I_2^{\prime }$ je tok zaradi reakcije indukta,
• $\delta$ je kolesni kot
• ${\phi }_2$ je fazni kot med $U_2$ in $I_2$, ki je odvisen od karakteristike bremena. $\cos ({\phi }_2)$.
• $U_2$ je izhodna napetost generatorja.
• $E_2$ je inducirana napetost na statorju. Od nje odstejemo izgube navitji in dobimo izhodno napetost.
• $X_a$ je reaktanca zaradi reakcije indukta,
• $X_{\sigma 2}$ je reaktanca stresanega magnetnega polja. $\omega L_{{\sigma }_2}$.
• $R_2$ je upornost statorskega navitja.
• $\gamma$

Kolesni kot

Obremenitev

Delovana obremenitev

Reakcija indukta