WikiSysop: bny

2022-04-14T08:29:00Z

bny

←Starija inačica		Inačica od 08:29, 14. travnja 2022.
Redak 1:		Redak 1:
	~~<!--'''Sinkroni stroj'''-->~~[[datoteka:Synchronmot.jpg\|mini\|desno\|250px\|Mali sinkroni motor s [[reduktor]]om iz [[mikrovalna pećnica\|mikrovalne pećnice]].]]		[[datoteka:Synchronmot.jpg\|mini\|desno\|250px\|Mali sinkroni motor s [[reduktor]]om iz [[mikrovalna pećnica\|mikrovalne pećnice]].]]

	[[datoteka:Hammond self starting synchronous motor.jpg \|mini\|desno\|250px\|Sinkroni motor koji se koristi za [[orgulje]].]]		[[datoteka:Hammond self starting synchronous motor.jpg \|mini\|desno\|250px\|Sinkroni motor koji se koristi za [[orgulje]].]]

WikiSysop: Bot: Automatski unos stranica

2021-09-20T03:13:18Z

Bot: Automatski unos stranica

Nova stranica

[[datoteka:Synchronmot.jpg|mini|desno|250px|Mali sinkroni motor s [[reduktor]]om iz [[mikrovalna pećnica|mikrovalne pećnice]].]]

[[datoteka:Hammond self starting synchronous motor.jpg |mini|desno|250px|Sinkroni motor koji se koristi za [[orgulje]].]]

[[datoteka:3phase-rmf-noadd-60f-airopt.gif|mini|desno|250px|[[Okretno magnetsko polje]].]]

[[datoteka:Alternator 1.svg|mini|desno|250px|Prikaz rada jednog [[alternator]]a ili električnog generatora izmjenične struje.]]

[[datoteka:Drehstrom-Synchron-Generator.jpg|mini|desno|250px|Izmjenični sinkroni [[električni generator]] s četiri para [[pol]]ova na rotoru.]]

[[datoteka:Turbogenerator01.jpg|mini|desno|250px|[[Turbogenerator]] tvrtke [[Siemens AG|Siemens]].]]

[[datoteka:Gorskii 04414u.jpg|mini|desno|250px|[[Hidrogenerator]]i s početka 20. stoljeća, u dvorani [[hidroelektrane]], izrađeni u [[Budimpešta|Budimpešti]], također se vide uzbudnici na desnom kraju [[vratilo|osovine]].]]

'''Sinkroni stroj''' je [[električni stroj]] čiji se [[rotor (elektrotehnika)|rotor]] vrti brzinom jednakom brzini [[okretno magnetsko polje|okretnog magnetskog polja]] koje ga pokreće. Za razliku od [[Indukcijski motor|asinkronog stroja]], kod sinkronog ne postoji klizanje, to jest ono je jednako nuli.

Sinkroni stroj može raditi u [[elektromotor|motorskom]] i [[električni generator|generatorskom]] režimu rada. U generatorskom režimu [[osovina|osovinu]] stroja okreće vanjski izvor [[mehanički rad|mehaničkog rada]], primjerice [[parna turbina]], a na [[stator]]u se [[elektromagnetska indukcija|inducira]] izmjenični [[električni napon]], čime se mehanička [[energija]] pretvara u [[električna energija|električnu]]. U motorskom režimu je stator stroja priključen na [[višefazni sustav|višefaznu]] mrežu, a [[izmjenična električna struja]] stvara [[okretno magnetsko polje]] u jezgri [[elektromotor]]a, zbog kojeg se rotor počinje okretati, pretvarajući električnu energiju u mehaničku.

== Dijelovi ==
Sinkroni stroj sastoji se od sljedećih dijelova:
* [[Stator]] je vanjski, nepomični dio [[stroj]]a, na kojeg je namotan armaturni namot. Faze armaturnog namota su prostorno razmaknute za [[kut]] određen brojem faza mreže; u slučaju [[trofazna struja|trofazne mreže]], to je 120[[stupanj (kut)|°]]. U motorskom radu kroz armaturni namot teče struja koja stvara okretno magnetsko polje.
* [[Rotor (elektrotehnika)|Rotor]] je dio motora koji se okreće. Na njega je namotan uzbudni namot, kojim teče [[istosmjerna struja|istosmjerna]], uzbudna struja, koja stvara magnetsko polje zbog kojeg u motorskom radu rotor slijedi okretno magnetsko polje sa statora. Umjesto [[Električna zavojnica|uzbudnog namota]] se ponekad koriste stalni (permanentni) [[magnet]]i, ili se rotor konstruira tako da zbog svog oblika pod utjecajem okretnog magnetskog polja proizvodi takozvani reluktantni moment.
* Uzbudna struja na rotor dolazi preko [[Komutator (elektromotor)|kliznih prstenova]].

== Način rada ==
Način rada sinkronog stroja je relativno jednostavan.

U motorskom načinu rada, armaturnim namotom na statoru teče višefazna [[izmjenična struja]], najčešće [[Trofazna struja|trofazna]]. Prolaskom kroz namote na statoru, izmjenična struja stvara [[okretno magnetsko polje]] unutar njega. Na rotoru uzbudni namot ili permanentni magneti stvaraju statičko [[magnetsko polje]], koje se zbog prisutnosti okretnog polja počinje vrtjeti za njim, i pritom za sobom vuče rotor. U normalnom pogonu, dok se rotor vrti za okretnim magnetskim poljem jednakom brzinom, motor je u [[sinkronizacija|sinkronizmu]]. Brzina vrtnje ([[broj okretaja]]) ''n'' ovisi o [[frekvencija|frekvenciji]] [[električne mreže]] na koju je [[elektromotor]] priključen ''f'', te o broju [[magnetski pol|magnetskih polova]] motora ''p'':

:<math> n ={60 \cdot {f}\over{p}}</math>

pri čemu je: ''n'' - [[kutna brzina|brzina vrtnje]] ([[broj okretaja|u okretajima u minuti]]), ''f'' - [[frekvencija]] [[električne mreže]], a ''p'' - broj pari [[magnetski pol|magnetskih polova]] motora (2 [[pol]]a = 1 par polova). Kako je broj ''p'' [[prirodan broj]], brzine vrtnje sinkronog stroja pri određenoj frekvenciji poprimaju fiksne vrijednosti u ovisnosti o broju polova motora. Tako se dvopolni sinkroni stroj priključen na mrežu od 50 [[Hz]] vrti brzinom od 3 000 okretaja u minuti, četveropolni 1 500 okr/min i tako dalje. Nije neuobičajeno da sinkroni stroj ima i 30, pa i više polova, zbog čega se sporo vrti. Takvi strojevi najčešće nalaze primjenu u [[hidroelektrana]]ma.

U [[generator]]skom načinu rada se događa obrnut proces. Rotor je spojen na zajedničku osovinu s izvorom mehaničkog rada, primjerice [[turbina|turbinom]] ili [[motor s unutarnjim izgaranjem|motorom s unutarnjim izgaranjem]]. Kako se on vrti, s njim se vrti i njegovo magnetsko polje, kojeg stvara uzbudni namot. Gledano sa [[stator]]a, to polje je okretno. Zbog toga se na statoru inducira napon koji slijedi polje rotora, a posljedično i struja. Frekvencija struje je određena brzinom vrtnje rotora, odnosno izvora mehaničkog rada, te brojem polova sinkronog stroja.

=== Sinkroni motor ===
'''Sinkroni motor''' je [[motor]] pogoǌen izmjeničnom strujom, za koji je karakteristično da se rotor vrti jednakom [[kutna brzina|kutnom brzinom]] kao i statorsko okretno [[magnetsko polje]], odnosno te dvije brzine su u [[sinkronizacija|sinkronizmu]]. Međutim glavni [[magnetski tok]] koji se zatvara kroz jezgru je vremenski stalan stoga se na sekundaru neće inducirati napon dok god je relativni položaj rotora u odnosu na (okretno) magnetsko poǉe stalan.

Generator izmjenične struje može također poslužiti i kao motor, samo namotaj statora treba priključiti na izvor izmjenične struje, a namotaj rotora na izvor istosmjerne struje. Kako magneti na rotoru imaju stalne polove, dok se polovi statora mijenjaju kao i [[izmjenična struja]], to se rotor mora okretati istom kutnom brzinom kolika je i [[frekvencija]] izmjenične struje. Zbog toga se on zove sinkroni motor. Ako se na primjer južni pol rotora između suprotnih polova statora, rotor će se nastojati okrenuti prema sjevernom polu statora. Tu bi on stao kad se u istom trenutku ne bi promijenio smjer struje u statoru, te od sjevernog pola statora nastao južni pol. Zato se sinkroni motor ne može sam pokrenuti, jer kako se smjer struje u statoru brzo mijenja, tako se mijenja i smjer zakretnog momenta kojim magnetsko polje statora djeluje na rotor. Kod pokretanja mora biti odmah postignut [[sinkronizacija]] (istovremenost) između brzine rotora i frekvencije izmjenične struje da se motor može okretati. Zato se pokretanje vrši rukom kod malih motora ili pomoćnim motorom kod većih strojeva. Ako bi zbog opterećenja takav motor zaostao u brzini, izgubio bi sinkronizam i stao. Stoga se takvi motori ne mogu upotrijebiti tamo gdje se opterećenja mijenjaju.

=== Generator izmjenične struje ===
Kod generatora izmjenične struje se zbog vrtnje električnog vodiča (okvira) u magnetskom polju inducira u njemu izmjenična struja koja se preko dva klizna koluta, po kojima klize [[četkica|četkice]], odvodi do [[trošilo|trošila]]. Da bi se povećao inducirani električni napon, uzima se mjesto jednog okvira [[Električna zavojnica|namotaj]] s mnogo namota, koji su namotani na [[željezo|željezni]] bubanj, izrađen od međusobno izoliranih [[Lim (kovina)|limova]]. Isto se tako mjesto jednog para [[pol]]ova može uzeti više pari polova. Prema tome, takav se generator sastoji od statora, na kojem se s unutarnje strane nalaze [[magnetski pol]]ovi koji služe za stvaranje potrebnog magnetskog polja, te rotora (bubnja), na kojem je namotan potreban broj namotaja u kojima se inducira električni napon. Na osovini rotora nalaze se dva klizna koluta koja se zajedno zovu [[Komutator (elektromotor)|kolektor]], po kojima klize četkice za odvod električne struje.

Za proizvodnju struje je potpuno svejedno da li se namoti električnih vodiča okreću, a magnetski polovi miruju, ili se polovi okreću, a namoti miruju. Mnogo je jednostavnija konstrukcija da se polovi, koji se tada nalaze na rotoru, okreću, a da namotaji, u kojim se inducira izmjenična struja, miruje i nalazi se na statoru. U tom slučaju lakše se odvodi električna struja sa stezaljki koje miruju, a uz to je i bolja [[Električni izolator|električna izolacija]] namotaja. Iz tog razloga se generatori izmjenične struje grade uvijek s rotirajućim polovima i namotajem koji miruje, a preko četkica i kliznih koluta dovodi se istosmjerna struja rotoru za stvaranje magnetskog polja.

==== Višefazni generator ====
Potpuno novu konstrukciju električnih generatora izmjenične struje stvorio je [[Nikola Tesla]] 1885. kad je otkrio višefazne struje, odnosno [[Višefazni sustav|višefazne sustave]]. Ti višefazni sustavi mogu biti dvofazni, trofazni, četverofazni i tako dalje, ali se praktički gotovo isključivo upotrebljava [[Trofazna struja|trofazni sustav]]. Naime, električni generator može biti tako građen da proizvodi u isti mah više izmjeničnih struja. U tom slučaju njegov stator ima više potpuno odijeljenih namotaja koji se sastoje od skupine u seriju vezanih namota. Jedna takva skupina zove se fazni namotaj ili [[faza]].

Do sada opisani generator izmjenične struje ima samo jedan namotaj s jednim početkom i jednim svršetkom, pa se zato zove '''jednofazni generator'''. Dvofazni generator ima dva posebna namotaja, međusobno pomaknuta za jednu polovinu polnog razmaka. Kod vrtnje polova takvog generatora u svakom se od tih namotaja inducira izmjenična struja, pa nastaju dvije odijeljene izmjenične struje koje su za 90° ili 1/4 perioda pomaknute jedna prema drugoj. Takva se struja zove dvofazna struja. Namotaj dvofaznog generatora ima dva početka i dva završetka, a prema tome četiri stezaljke, koje su označene sa U - X (prva faza) i V - Y (druga faza).

Kod [[Trofazni generator|trofaznog generatora]] statorski namotaj ima tri potpuno neovisna namotaja ili tri faze koje su tako postavljene da međusobno čine kut od 120°. Svaki namotaj ima svoj [[strujni krug]] u kojem se nalaze trošila. Kad se rotor vrti, inducirat će se u svakom namotaju izmjenični napon, te će kroz trošila teći izmjenična struja. No te inducirane izmjenične struje neće biti istovremene, to jest one neće u isto vrijeme postići svoju maksimalnu, minimalnu ni nultu vrijednost. Između njih će postojati fazna razlika od 120°, to jest 1/3 [[period]]a. Namotaj trofaznog generatora ima tri početka i tri završetka, a prema tome šest stezaljki, koje su označene sa U - X (prva faza), V - Y (druga faza) i W - Z (treća faza). Osim faznih vodiča R, S, T u trofaznom sustavu postoji i [[nulovanje|nul vodič]] u kojem uopće ne teče struja. U svakom je trenutku zbroj struja u faznim vodičima jednak nuli, ali to vrijedi samo onda ako je opterećenje simetrično, to jest kada je ono jednako u sve tri faze. Dakle, kod simetričnog opterećenja nul vodič uopće nije potreban jer kroz njega struja ne teče. Prema tome, za prijenos trofazne struje ne treba šest nego samo tri električna voda kod jednolikog opterećenja svih faza, odnosno četiri voda ako faze nisu jednako opterećene.

Kod trofaznog generatora moramo razlikovati fazni i linijski električni napon. Fazni napon ''U<sub>f</sub>'' je napon između faznog vodiča i nul vodiča. Linijski napon ''U'' je napon između pojedinih faznih vodiča. Linijski napon nije jednak dvostrukom faznom naponu jer trenutni naponi u namotajima pojedinih faza nisu jednaki, pa se linijski napon izračunava iz izraza:

:<math> U = \sqrt{3} \cdot U_f = 1,73 \cdot U_f </math>

Kad se kod trofaznog sistema govori o naponu, uvijek se pri tom misli na linijski napon. Ako se kod generatora u svakoj fazi inducira [[elektromotorna sila]] od 220 V, onda je fazni napon 220 V, a linijski napon 380 V. Električna trošila mogu se priključiti na fazni ili linijski napon. Manja trošila, na primjer [[žarulja|žarulje]], priključuju se obično na fazni napon. U tom slučaju treba nul vodič. Na linijski napon priključuju se [[elektromotor]]i i toplinski aparati.

Teslin pronalazak višefaznih struja bio je jedan od najvažnijih izuma u [[elektrotehnika|elektrotehnici]]. Već nam je naime poznato da izmjeničnu struju velike jakosti, a niskog napona, možemo pomoću transformatora pretvoriti u struju male jakosti, a visokog napona. Takva se struja šalje na velike udaljenosti bez mnogo gubitaka. Međutim, kad je Tesla došao u Ameriku, gradili su se samo generatori istosmjerne struje, niskog napona, koja se nije mogla transformirati, a prema tome ni voditi na velike daljine. Osim toga je napon istosmjerne struje kod vođenja do potrošača pao zbog električnog otpora dovodnih električnih vodova. Zato je trebalo graditi mnogo električnih centrala i to za svako mjesto, a za velik grad i nekoliko njih. Takav prijenos električne energije bio je vrlo neekonomičan. Problem je riješen izmjeničnim strujama, a Tesla ga je potpuno riješio svojim sustavom višefaznih struja i izumom trofaznog generatora. Sve današnje velike električne centrale rade s Teslinim trofaznim strujama, a na toj osnovi sagrađena je i prva velika [[hidroelektrana]] na slapovima Niagare. <ref> Velimir Kruz: "Tehnička fizika za tehničke škole", "Školska knjiga" Zagreb, 1969.</ref>

== Primjena ==
Kako sinkroni stroj razvija [[okretni moment]] samo pri jednoj frekvenciji, primjenu nalazi tamo gdje je potrebna stalna brzina vrtnje. Veliki sinkroni generatori se u pravilu koriste u [[elektrana]]ma (termo, hidro i nuklearnim) kako bi održali stalnu frekvenciju mreže. Također se koriste kao kompenzacijski motori u industrijskim postrojenjima, kako bi se izbjeglo plaćanje jalove energije. Sinkroni motori manjih snaga se koriste tamo gdje je potrebna preciznost, primjerice kod uređaja za pozicioniranje i aktuatora, te ponekad u [[sat]]ovima.

=== Generatori ===
Sinkrone strojeve koji se koriste u elektranama za proizvodnju električne energije zovemo (sinkronim) generatorima. Dijele se u dvije kategorije: [[turbogenerator]]e i [[hidrogenerator]]e. Turbogeneratori najčešće imaju dva ili četiri pola, što znači da se vrte s 3 000 ili 1 500 [[Broj okretaja|okretaja u minuti]]. Kao [[pogon]]ski stroj koriste [[parna turbina|parnu turbinu]], pa se stoga nalaze u [[termoelektrana|termo]] i [[nuklearna elektrana|nuklearnim elektranama]]. Hidrogeneratori imaju znatno više polova, a brzine vrtnje im mogu biti i manje od 70 okretaja u minuti, pa su stoga pogodniji za upotrebu u [[hidroelektrana]]ma.

Zbog velike razlike u nazivnoj brzini, turbo i hidrogeneratori su vrlo različiti i izgledom. [[Promjer]] rotora turbogeneratora je ograničen [[čvrstoća|mehaničkom čvrstoćom]] svojih [[Metalna konstrukcija|konstrukcijskih dijelova]], i ne može biti mnogo veći od jednog [[metar|metra]]. Hidrogeneratori zbog sporije brzine imaju mnogo veći promjer, i do dvadesetak metara, ali i kod njih je upravo [[obodna brzina]] vrtnje ograničavajući čimbenik. Često se hidrogeneratori izvode s okomitom [[osovina|osovinom]], gdje je [[turbina]] ispod generatora, a turbogeneratori su u pravilu pored parne turbine, na vodoravnoj osovini.

Najveći turbogeneratori trenutno u upotrebi koriste se u [[Nuklearna elektrana|nuklearnim elektranama]], i dosežu 1 700 MVA ([[vat]]a) [[Električna snaga|nazivne snage]]. Hidrogeneratori se grade za snage do 700 MVA.

== Izvori ==
{{izvori}}

[[Kategorija:Elektroenergetika]]
[[Kategorija:Strojevi]]

[[sh:Sinkroni stroj]]

Sinkroni stroj - Povijest promjena

WikiSysop: bny

WikiSysop: Bot: Automatski unos stranica