Sinkroni stroj
Sinkroni stroj je električni stroj čiji se rotor vrti brzinom jednakom brzini okretnog magnetskog polja koje ga pokreće. Za razliku od asinkronog stroja, kod sinkronog ne postoji klizanje, tj. ono je jednako nuli.
Sinkroni stroj može raditi u motorskom i generatorskom režimu rada. U generatorskom režimu osovinu stroja okreće vanjski izvor mehaničkog rada, primjerice turbina, a na statoru se inducira izmjenični napon, čime se mehanička energija pretvara u električnu. U motorskom režimu je stator stroja priključen na višefaznu mrežu, a izmjenična električna struja stvara okretno magnetsko polje u jezgri motora, zbog kojeg se rotor počinje okretati, pretvarajući električnu energiju u mehaničku.
Sinkroni stroj sastoji se od sljedećih dijelova:
- Stator je vanjski, nepomični dio stroja, na kojeg je namotan armaturni namot. Faze armaturnog namota su prostorno razmaknute za kut određen brojem faza mreže; u slučaju trofazne mreže, to je 120°. U motorskom radu kroz armaturni namot teče struja koja stvara okretno magnetsko polje.
- Rotor je dio motora koji se okreće. Na njega je namotan uzbudni namot, kojim teče istosmjerna, uzbudna struja, koja stvara magnetsko polje zbog kojeg u motorskom radu rotor slijedi okretno magnetsko polje sa statora. Umjesto uzbudnog namota se ponekad koriste permanentni magneti.
- Uzbudna struja na rotor dolazi preko kliznih prstenova.
Princip rada sinkronog stroja je relativno jednostavan.
U motorskom načinu rada, armaturnim namotom na statoru teče višefazna izmjenična struja, najčešće 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 vrtiti za njim, i pritom za sobom vuče rotor. U normalnom pogonu, dok se rotor vrti za okretnim magnetskim poljem jednakom brzinom, motor je u sinkronizmu. Brzina vrtnje ovisi o frekvenciji mreže na koju je motor priključen, te o broju polova motora:
- ,
pri čemu je n brzina vrtnje (u okretajima u minuti), f frekvencija mreže, a p broj pari polova motora (2 pola = 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 3000 okretaja u minuti, četveropolni 1500 okr/min, itd. Nije neuobičajeno da sinkroni stroj ima i 30, pa i više polova, zbog čega se sporo vrti. Takvi strojevi najčešće nalaze primjenu u hidroelektranama.
U generatorskom načinu rada se događa obrnut proces. Rotor je spojen na zajedničku osovinu s izvorom mehaničkog rada, primjerice turbinom ili motorom s unutarnjim izgaranjem. Kako se on vrti, s njim se vrti i njegovo magnetsko polje, kojeg generira uzbudni namot. Gledano sa statora, 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 brojme polova sinkronog stroja.
Kako sinkroni stroj razvija moment samo pri jednoj frekvenciji, primjenu nalazi tamo gdje je potrebna stalna brzina vrtnje. Veliki sinkroni generatori se u pravilu koriste u elektranama (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 satovima.
