Synchronn strojeToiv stroje meznch vkon, pedevm jako genertory ( Temeln : 1000 MW)Z hlediska funkce je dlme :Alterntory - synchronn genertory - pemna mechanick energie na elektrickou. Synchronn motory - pemna elektrick energie na mechanickou.Synchronn kompenztory - slou ke kompenzaci inku v elektrickch stch.Obvykle se v nzvoslov rozliuj dvouplov stroje s hladkm rotorem - turbo a vceplov stroje s rotorem s vyniklmi ply hydro.

Turboalterntory hydroalterntory, mn asto turbomotor ap.

Princip innostiGenertor :

Ve statoru, na nm je umstno vinut, se ot zdroj mag.pole (perm.magnet, cvka buzen ss proudem).

Pole indukuje ve vinut statoru napt, jeho frekvence odpovd otkm rotoru.

Motor :

3f vinut statoru je pipojeno na symetrickou s a vytvo toiv pole.

Rotor - perm.magnet nebo cvka buzen ss proudem - se ot synchronn se statorovm polem.

Konstrukce synchronnch strojMagnetick obvod je sloen z dynamovch plech v jeho drkch je uloeno, nejastji, tfzov vinut.Stator

Konstrukce synchronnch strojRotorMagnetick obvod je tvoen soustavou pl bu buzench stejnosmrnm proudem a nebo u malch stroj jsou pouity permanentn magnety.Rotor me bt vyhotoven jako:hladk rotorrotor s vyniklmi ply

Chod naprzdnoGenertor : nen odebrn dn vkon, proud dodvan do st je roven nuleMotor : na hdeli nen zt (ze st je odebrn vkon na kryt ztrt)Charakteristika je zpotku linern a pak se zakivuje vlivem sycen. st mag.obvodu je magnetovna stejnosmrn, na charakteristice se tedy projev hystereze (li se vzestupn a sestupn vtev) a remanence (i pi Ib = 0 se remanentn indukc indukuje do statoru mal remanetn napt).

Fzorov diagram : Uib pedbh svj tok b o 90o

Reakce kotvyKotva : st stroje, do kter je indukovno napt, u synchronnch stroj statorReakc kotvy rozumme vliv statorovho pole na celkov pole stroje.Zatme-li stroj, protkajc proud statoru vytvo toiv pole pole reakce kotvy aVsledn pole stroje je dno fzorovm soutem pole rotoru b a pole reakce kotvy a.Skuten indukovan napt stroje odpovd vslednmu toku .Reakce stroje vznamn ovlivuje stav stroje pi rzn zti.

Reakce kotvyInduktivn zt G Vppad induktivn zte reakce kotvy odbuzuje stroj. Napt s proudem linern kles.

Reakce kotvyKapacitn zt G Vppad kapacitn zte reakce kotvy pibuzuje stroj. Napt s proudem roste !

Reakce kotvyist inn zt GReakce kotvy zde ovlivuje celkov pole pn. Celkov tok se mrn sniuje.

Nhradn schma strojeSynchronn stroj se chov tak, jakoby byl zdroj snaptm Uib, kter lze ovlivnit jen naptm a otkami, pipojen kvnjmu obvodu pes reaktanci reakci kotvy, rozptylovou reaktanci a inn odpor statorovho vinut.Velikosti jednotlivch prvk obvykle vyjadujeme vprocentech jmenovit impedance stroje, kter je dna pomrem jmenovitch fzovch hodnot napt a proudu. Orientan velikosti prvk :

Nhradn schma strojePi kreslen fzorovho diagramu pedpokldme znalost velikosti fzor svorkovho napt a proudu a jejich fzovho posunu .Zde se jedn o genertor, kter napj zt induktivnho charakteru. hel se nazv ztn hel. Jeho vznam bude vysvtlen pozdji.

Zjednoduen schmainn odpor stroje je z hlediska napovch pomr zanedbateln a lze jej vnhr.schmatu vynechat. Reaktance stroje lze slouit do jedin synchronn reaktance Xd.

Stavy strojePklady monch stav strojeG do RLPebuzen MG do RCPodbuzen M

Samostatn pracujc genertorUvaujeme osamocen synchronn genertor, kter m na svorkch promnnou zt skonstantnm inkem.Budic proud se nemn, napt Uib je konstantn, nemn se otky a tm ani frekvence.V ppad ist induknosti reakce kotvy odbuzuje stroj, svorkov napt linern kles se zatenm.V ppad ist kapacity reakce kotvy stroj pibuzuje, svorkov napt linern roste se zatenm.V ostatnch ppadech lze prbh charakteristik odhadnout z fzorovch diagram (pro cos = 1 se jedn v osch U I o elipsu).

Chod nakrtkoStav nakrtko je stav genertoru pi zkratovanch vstupnch svorkch, sledujeme stav stroje pi pomalch zmnch (zmny probhaj ve znan delch asech ne jsou asov konstanty pechodovch dj)Pro analzu stavu nakrtko je teba pout nhr.schma soddlenmi reaktancemi Xad a X.Reakce kotvy ve stavu nakrtko znan odbuzuje stroj, vsledn tok stroje je velmi mal, indukovan napt je dno pouze rozptylovm tokem. Charakteristika nakrtko Ik=f(Ib) je linern, stroj se nedostane do oblasti sycen.

ZkratZkratem rozumme nhl galvanick spojen vstupnch svorek. Ve stroji dojde kpechodnm jevm, po odeznn tchto jev pejde stroj do stavu nakrtko. Proud je omezen pouze reaktancemi stroje, vliv odporu je bezvznamn. Fzov posun indukovanho napt a proudu je (tm) 90o.Pi zkratu se znan zv proud kotvy a tm i reakn tok. Zmna naindukuje do budicho vinut napt, kter vyvol prchod proudu, kter se sna dle Lencova zkona psobit proti tto zmn. Vsledkem je vytlaen toku do vzduchovch cest a znan snen synchronn reaktance na hodnotu pechodn reaktance . Kpodobnmu jevu pak dojde i voblasti tlumie. Synchronn reaktance se tak dle zmen na hodnotu rzov reaktance .

Tlumi je konstrukn kotva nakrtko umstn vplovch nstavcch a slou ktlumen kvn stroje (bude popsno vdalm textu).

ZkratMagnetick tok se postupn vrac do magnetickho obvodu, reaktance stroje stoup a proud se postupn exponenciln sniuje, a se ustl na hodnot proudu nakrtko. Zkratov proud lze rozloit na 4 sloky : Rzov sloka periodick sloka, kter zvis na pechodnch jevech voblasti tlumie, zanik exponenciln skrtkou asovou konstantou dov setiny vteiny. Pechodn sloka - periodick sloka, kter zvis na pechodnch jevech voblasti budicho vinut, zanik exponenciln s asovou konstantou dov desetiny vteiny. Ustlen sloka periodick sloka skonstantn amplitudou, tento proud protk vinutm po odeznn promnnch sloek (proud nakrtko). Stejnosmrn sloka vvin zvis na okamiku zkratu, upravuje celkov prbh proudu tak, aby vychzel zhodnoty proudu vokamiku zkratu. Souvis senergi mag.pole vmag.obvodu vokamiku zkratu. Zanik exponenciln sasovou konstantou dov setiny vteiny.

Zkrat

Fzovn na tvrdou sFzovn je pipojen synchronnho stroje na tvrdou s bez proudovho rzu.Absolutn tvrdou st rozumme trojfzov systmskonstantnm naptm s konstantn frekvencPodmnky :1. Stejn sled fz (systmy maj stejn smysl oten)2. Stejn frekvence (oba systmy se to stejn rychle)3. Stejn napt(U synchronnho stroje lze mnit budicm proudem)4. Stejn fzov posun (ob napt jsou ve fzi)

Fzovn

Synchronn stroj na tvrd stiPo idelnm pifzovn stroje na s neprotk mezi st a strojem dn vyrovnvac proud.U = Uib , I =0Snen IbStroj zane odebrat ze st induktivn jalov proud, kterm se dobud.Proud roste linern s IbZven IbStroj zane odebrat ze st kapacitn jalov proud, kterm se odbud.Proud opt roste linern s Ib

V - kivkyJestlie zvme moment na hdeli, zaneme stroji dodvat mechanick vkon, proud statoru zane vykazovat i innou sloku.Pi zmn Ib se opt bude mnit jalov sloka proudu statoru (kivky P1, P2)Vlev sti grafu jsou kivky omezeny stabilitou stroje na sti.Spojenm bod se stejnm inkem zskme tzv. regulan charakteristiky.Spojnice dol kivek spojuje msta scos=1 a je dlic kivkou pro podbuzen a pebuzen stroj. Kivky pro P=0 vpebuzenm stavu jsou charakteristikami kompenztoru.

Moment synchronnho strojeSynchronn stroj nemn otky se zatenm, v tomto smyslu m absolutn tvrdou charakteristiku.V dalm rozboru ns bude zajmat zvislost momentu na tzv. ztnm hlu

Ztn helje hel mezi tokem b a vslednm tokem stroje.Tedy : ztn hel je hel, o kter rotor u genertoru pedbh vsledn tok, resp. o kter se u motoru zpouje za vslednm tokem.Ztn hel zvis na velikosti momentu na hdeli a tedy i na pedvanm vkonu. Mechanick pedstava : rotor thne na pruin silovch vazeb stator (genertor)

Zvislost M = f()seku ab lze vyjdit 2 zpsoby :

Uib . sin = Xd . cos Po dosazen a pravch lze zskat jednoduch tvarM = Mmax . sin kde Maximln moment je ovlivovn buzenm a reaktanc ve jmenovateli vrazu.

Zvislost M = f()Vztah je opt nutn chpat vsouvislosti smomentem stroje na hdeli.Stroj se ustl na ztnm hlu 1, pi kterm plat rovnovha moment. Budeme-li zvyovat moment turbny, bude se ztn hel zvyovat. Pi M = Mmax doshne zt.hel hodnotu = 90oDal zven momentu zpsob vpadek ze synchronismu.Jedn o tkou poruchu a je nutn stroj ihned odstavit. Maximln hel, se kterm je stroj schopn stabiln pracovat, je 90o. Tento hel nazvme mez statick stability.

Dynamick stabilita, kvnNhl zmna momentu M1 M2, stroj zmn hel 1 na 2.Stroj se ustl na novm ztnm hlu a po urit dob, po odeznn elektromechanickch pechodnch djRotor se zane urychlovat.V okamiku zmny (1) plat M2 > MgenPi 2 sice plat rovnvha moment, ale rotor m pebytek kinetick energie a zrychlovn pokrauje. Pi > 2 plat M2 < Mgen a rozdl moment rotor zpomaluje.Stroj pekvne o hel a zane se zpomalovat, teoreticky a na hel 1. Velikost pekvnut je dna rovnost rafovanch ploek v grafu.

KvnPi zmn pomr v sti (zmna momentu, zmna pomr v sti zmna X v ppad vtho celku) dojde k zakvn stroje kolem nov ustlen hodnoty ztnho hlu. Kvn je spojeno s kolsnm proudu, proud me dosahovat tm zkratovch hodnot !Utlumen kvn lze urychlit instalac tlumie na rotoru stroje. Tlumi je kotva nakrtko styemi umstnmi vplovch nstavcch.Pedchoz principy lze uplatnit i na vt celky (elektrrna svce genertory, zemn celek), kter lze nahradit jednm ekvivalentnm strojem svslednou impedanc danou vemi prvky soustavy. Ke zmn podmnek pak me dojt zmnou konfigurace st, nap. vypnutm linky. Vpadkem takovho celku ze synchronizmu me pak dojt i k rozpadu soustavy.