|
A '''szinkron gépszinkrongép''' a forgó [[Villamos gép|villamos gépek]] egyik alaptípusa. Forgórészét egyenárammal táplált tekercseléssel, vagy állandómágnesekkel gerjesztik, állórészén többfázisú váltakozó áramú tekercselés található. A szinkron gépekszinkrongépek motoros üzemben a felvett villamos energiát mechanikai energiává alakítják, generátoros üzemben pedig a felvett mechanikai energiát alakítják villamos energiává. Fő alkalmazási területük villamos energia termelése erőművi generátorként, de egyre gyakrabban találkozhatunk szinkron motorokkalszinkronmotorokkal szervo- és járműhajtásokban is.
== Szinkron gépekSzinkrongépek csoportosítása ==
=== Elsődleges üzemállapot szerint ===
Elsődleges üzemállapot szerint beszélhetünk '''szinkron generátorrólszinkrongenerátorról''' és '''szinkron motorrólszinkronmotorról''', attól függően, hogy a szinkron gépszinkrongép elsődlegesen generátoros vagy motoros üzemállapotban működik.
Generátoros üzemállapotban a villamos forgógépek a mechanikai [[Energia|energiát]] villamos energiává alakítják. A szinkron [[Generátor|generátor]] a mechanikai energiát a [[Tengely (gépelem)|tengelyén]] veszi fel, a hozzá csatlakozó [[Turbina|turbinától]]. A villamos energiát a generátor kapcsain keresztül a hálózatba adja le.
Az [[Erőmű|erőművek]] túlnyomó többségében a villamos energia előállítására szinkron generátorokatszinkrongenerátorokat alkalmaznak.
Motoros üzemállapotban az energiaáramlás iránya fordított. A szinkron [[Motor|motor]] a hálózatból felvett villamos energiát alakítja mechanikai energiává és a tengelyén adja le a hozzá csatlakozó hajtott gépnek.
Szinkron motorokatSzinkronmotorokat elsősorban szervohajtásokban és villamos járművekben alkalmaznak. A szinkron motorokszinkronmotorok is működhetnek generátoros üzemmódban, [[Energia-visszatáplálás|villamos fékezéskor]].
=== A forgórész gerjesztésének módja szerint ===
Szinkron gépekSzinkrongépek forgórészének [[Mágneses mező|mágneses mezőjét]] [[Elektromágnes_(fizika)|elektromágnesekkel]] vagy [[Mágnes|állandómágnesekkel]] hozhatjuk létre. Előbbi esetben '''egyenárammal gerjesztett''', utóbbi esetben '''állandómágneses''' (permanens mágnesű) szinkron géprőlszinkrongépről beszélünk.
Egyenárammal gerjesztett szinkron gépekszinkrongépek forgórészén tekercsek találhatók, amelyekben egyenáram folyik. A gerjesztőáramot a gép forgórészébe csúszógyűrűs-kefés szerkezettel vezetik. A kefék kopó alkatrészek, emiatt ez a kialakítás rövidebb időközönkénti karbantartást igényel. Gyakori megoldás, hogy a gerjesztőáramot a szinkron géppelszinkrongéppel tengelykapcsolatban lévő egyenáramú gerjesztőgép szolgáltatja. A szinkron generátorokatszinkrongenerátorokat jellemzően egyenárammal gerjesztik.
Az állandómágneses gépek forgórészébe a leggyakrabban AlNiCo, illetve NdFeB mágneseket építenek be. A permanens mágnesű gerjesztésnél nem kell a forgórészbe áramot vezetni, nincs szükség gerjesztőgépre sem, azonban a forgórész gerjesztése nem változtatható, nem szabályozható. Állandómágneses szinkron generátorokatszinkrongenerátorokat jellemzően olyan helyeken alkalmaznak, ahol nehézen megoldható a karbantartás (például víz alatti búvárgenerátorok), vagy kicsi a rendelkezésre álló hely (például szélgenerátorok). A szinkron szervomotorokszinkronszervomotorok és járműmotorok többsége viszont állandómágnessel gerjesztett.
=== A mágneses mező alakja szerint ===
A mágneses mező – pontosabban a mágneses indukció kerület menti eloszlásfüggvényének – alakja szerint a szinkron gépszinkrongép lehet '''szinuszmezős''' és '''négyszögmezős'''.
Szinuszmezős gépek indukció-eloszlása a [[Szögfüggvények|szinuszfüggvény]] szerint változik, a pozitív félperiódus egy északi, a negatív félperiódus egy déli mágneses pólusnak felel meg. A szinuszos indukció-eloszlás következtében a gép állórész tekercseiben indukált [[Elektromos feszültség|feszültség]] időfüggvénye szintén szinuszos lesz. Ennek értelmében szinuszmezős szinkron generátorralszinkrongenerátorral szinuszfüggvény szerint váltakozó feszültséget lehet előállítani, ezért az erőművi generátorok mindegyike szinuszmezős szinkron gépszinkrongép. Szinuszmezős szinkron motortszinkronmotort a lüktetésmentes [[Forgatónyomaték|nyomaték]] érdekében szinuszfüggvény szerint váltakozó áramokkal kell táplálni.
Négyszögmezős gépek indukció-eloszlása a négyszögfüggvény szerint változik, pozitív félperiódusa a szinuszmezős gépekhez hasonlóan egy északi, negatív félperiódusa egy déli mágneses pólust jelöl. Az indukció-eloszlás és az indukált feszültség időfüggvénye közötti összefüggés ebben az esetben is fennáll, amiből következik, hogy villamos energia termelés céljából nem építenek négyszögmezős szinkron gépeketszinkrongépeket.
A négyszögmezős szinkron gépeketszinkrongépeket elsősorban motorként alkalmazzák. A lüktetésmentes nyomaték kialakulásának feltétele itt is az illesztett táplálás, azaz a motort négyszögfüggvény szerint váltakozó árammal kell táplálni. A négyszögmezős szinkron motorokszinkronmotorok vezérlése sokkal egyszerűbb, mint a szinuszmezős szinkron motorokészinkronmotoroké, ezért sokkal több alkalmazásban (szervomotorok, villamos járművek hajtásai) találkozhatunk velük. A négyszögmezős, állandómágneses szinkron motorokatszinkronmotorokat nevezik [[Kefe nélküli egyenáramú motor|kefe nélküli egyenáramú]] (BLDC) motornak és elektronikus kommutációjú egyenáramú (ECDC) motornak is. A '''BLDC''' és '''ECDC''' motorok működésüket és általában felépítésüket tekintve négyszögmezős szinkron motorokszinkronmotorok, a hozzájuk tartozó vezérlő elektronikával kiegészülve - „felhasználói” szempontból – tekinthetők egyenáramú motornak.
== Működési elv ==
Villamos forgógépek '''működésének alapfeltétele''', hogy az állórész mező és a forgórész együtt (azonos fordulatszámmal) forogjon. Szinkron gépekSzinkrongépek esetében az állórész többfázisú, szimmetrikus, kiegyenlített táplálásával forgó állórész mező jön létre, aminek fordulatszámát (a nyugvó állórészhez viszonyítva) szinkron fordulatszámnakszinkronfordulatszámnak nevezzük. A gép forgórészét egyenárammal táplálva a forgórészhez viszonyítva nyugvó forgórész mező alakul ki, aminek a fordulatszáma a nyugvó állórészhez viszonyítva megegyezik a szinkron gépszinkrongép forgórészének fordulatszámával. Az állórész mező és a forgórész mező együttforgása csak akkor teljesíthető, ha a gép forgórésze a szinkron fordulatszámmalszinkronfordulatszámmal forog. Ebből következik a szinkron gépekszinkrongépek egyik legalapvetőbb tulajdonsága: A szinkron gépszinkrongép csak egy fordulatszámon, a szinkron fordulatszámonszinkronfordulatszámon tud üzemelni.
A '''szinkron fordulatszámszinkronfordulatszám''' a tápláló hálózat [[Frekvencia|frekvenciájától]] (''f'') és a gép póluspár-számától (''p'') függ:
:<math>n=\frac{60f}{p}</math> [1/perc]
[[Fájl:Gibarti Ganz turbina.jpg|bélyegkép|jobbra|A Gibárti vízerőmű 40 pólusú, 150 min<sup>-1</sup> fordulatszámú szinkron generátoraszinkrongenerátora (Fotó: Vimola Ágnes)]]
Erőművi '''szinkron generátorokszinkrongenerátorok''' frekvenciáját a villamos energia hálózat frekvenciája határozza meg. Értéke [[Magyarország|Magyarországon]] és [[Európa]] nagy részén 50 Hz. Bizonyos országokban (például [[Ausztria]], [[Németország]]) a villamos vontatás frekvenciája eltér az ipari frekvencia nagyságától, ezért a vasútvonalak energia ellátását egyfázisú, csökkentett frekvenciájú (16 2/3 Hz) szinkron generátorokkalszinkrongenerátorokkal biztosítják.
[[Atomerőmű|Atomerőművekben]] és [[hőerőmű|hőerőművekben]] általában [[gőzturbina|gőzturbinával]] hajtott kétpólusú szinkron generátorokszinkrongenerátorok (turbógenerátorok) üzemelnek, 3000/perces szinkron fordulatonszinkronfordulaton. A [[vízturbina|vízturbinák]] jellemzően kisebb fordulatszámmal forognak, mint a gőzturbinák, ezért a [[vízerőmű|vízerőművekben]] működő szinkron generátorokszinkrongenerátorok pólusszáma nagyobb.
== Források ==
| 