סינכרון מחשב סינכרוני AC

מכונות סינכרוניות מסתמכות על אותו מושג שדה מגנטי מסתובב שהוצג עבור מכונות אינדוקציה AC. זרמים תלת פאזיים, הזורמים בסטטור של המכונה, מייצרים שדה מגנטי מסתובב בסדר גודל קבוע בתדר הרצוי. ההבדל בין המכונות הסינכרוניות והאסינכרוניות הוא שלאחרון יש פיתולים קצרים או "כלוב סנאי" בצד הרוטור, בעוד שלמכונות סינכרוניות יש שדה מגנטי קבוע בצד הרוטור. שדה מגנטי זה מסופק על ידי מיתר או מגנטים קבועים. מכונות סינכרוניות מגנט קבועות הופכות שכיחות יותר בשל היעילות הגבוהה והגודל הקומפקטי שלהן, אך הן בדרך כלל משתמשות בחומרי אדמה נדירים, שאינם רצויים מנקודת מבט של זמינות חומרית אסטרטגית. המונח סינכרוני משמש מכיוון שהשדה המגנטי של הרוטור, שאינו תלוי בסטטור, ננעל לשדה המגנטי המסתובב וגורם לרוטור להסתובב באותה מהירות (או מהירות סינכרונית) כמו השדה המגנטי המסתובב של הסטטור.

Exciters מספקים את שדה DC עבור הגנרטור וניתן לצחצח או לצחצח אותו ללא מברשות. ההתקנה המשמשת בהדגמה זו היא מרגש מוברש, שבו DC מוחל על הרוטור מתפתל (שדה) של המכונה הסינכרונית באמצעות מברשות פנימיות וטבעות להחליק. עירור מגנט קבוע אפשרי גם הוא אך מעבר להיקף הניסוי הזה.

על מנת לחבר את הגנרטור במפעל אחד לרשת החשמל, שלושה גורמים במתחי היציאה של הגנרטור חייבים להתאים לאלה של הרשת: סדר גודל, תדירות ורצף פאזה. בעוד מסנכרנים אוטומטיים משמשים בדרך כלל בתחנות כוח גדולות, שיטה פשוטה משמשת בסרטון וידאו זה לסינכרון ידני. שיטה זו היא "שיטת שלוש המנורות". השיטה מספקת את הבדיקה החזותית של שלושת השלבים בצד הגנרטור ואת צד הרשת של אותו סדר גודל, תדירות ורצף פאזה כאשר כל המנורות נכבה עקב המתחים התואמים, שכמותם הדיפרנציאלית, הנראית על ידי המנורות, היא אפס.

לאחר הסנכרון, וברגע שהגנרטור קשור לרשת, בקרת המהירות אינה נדרשת עוד להדגמה זו, שכן הרשת פועלת כמו "אפיק אינסופי" שבו לדינמיקת הגנרטור יש השפעה מינימלית על הרשת. לכן, התדירות והמתח של הגנרטור לקרוא בדיוק כמו אלה בצד הרשת. אבל עדיין יש השפעה כלשהי של מוביל הממשלה: אם מוביל ראש מנסה להאיץ את הגנרטור, מהירות הגנרטור לא משתנה, אלא, הגנרטור מייצר יותר כוח ברשת. לדוגמה, אם הגנרטור נחשב אידיאלי, הגדלת המהירות מגדילה ביעילות את כוח מכני הקלט, אבל מאז המהירות קבועה, מומנט הקלט גדל, ולכן, כוח החשמל פלט של הגנרטור גדל. עם זאת, אם מוביל הממשלה מנסה להאט את הגנרטור, המומנט פוחת, בשלב מסוים, הופך את השלט, גורם לגנרטור להפחית את כוח הפלט שלו עד זרימת הכוח הפוכה, והוא פועל כמו מנוע.

המהירות הרצויה של prime-mover מוגדרת על 1,800 סל"ד מאז המכונה הסינכרונית יש ארבעה קטבים (P) ופועל בתדר f= 60 הרץ, ולכן מהירות סינכרונית היא 120f/P= 1,800 סל"ד.

בעת סינכרון המכונה הסינכרונית (גנרטור) לרשת, ראש-מוביל של המכונה מספק סיבוב, אך יש לספק שדה מגנטי על הרוטור של המכונה. זה מושג באמצעות ספק הכוח DC, אשר מספק את סליל הרוטור ובונה את השדה המגנטי רוטור. מתח AC מושרה בצד הסטטור על ידי השדה המגנטי DC המסתובב על הרוטור, ואת הכוח של השדה המגנטי רוטור מוגדר על ידי ספק הכוח DC. על מנת להגדיל בהדרגה את מתח היציאה AC בצד הסטטור, ספק הכוח DC מוגבר לאט.

ברגע מתח AC הרצוי מושגת, מחזור המנורות. באמצעות שלב "a" כדוגמה, ההנחה היא כי מתח בצד הרשת הוא 170cos(120πt) V אשר יש מתח RMS של 120 V = 170/sqrt(2) ותדר של 60 הרץ (2π * 60 rad/s). ברגע שהשלב "a" של המכונה מגיע ל- 170cos(120πt), המתח על פני מסופי המנורה הופך לאפס והמנורה נכבה. עם זאת, קשה מאוד לקבל את שני המתחים באותו שלב, ואת המתח של המכונה הוא ככל הנראה 170cos(120πt + φ) V שבו φ הוא הבדל פאזה אפס. על ידי התאמת עוצמת המתח, באמצעות שדה הרוטור DC, והתדירות, באמצעות מהירות ה- prime-mover, המתחים בכל אחד משלבי המכונה ומתחים הרשת המתאימים שלהם צריכים להתאים עקב הפרעות מתח ותדירות קלות.

אם רצף הפאזה של a-b-C מהרשת נפגש עם רצף אחר a-c-b מהמכונה, המנורות מחזור כמו המתחים על פני המנורות אף פעם לא מסתכם לאפס על כל שלושת השלבים בו זמנית.

המכונה פועלת כגנרטור כאשר קריאות החשמל מראות זרימת חשמל לרשת לעומת לתוך המכונה. ניתן לציין זאת על מדי הכוח.

גנרטורים סינכרוניים הם עמוד השדרה של ייצור החשמל בתחנות כוח ברחבי העולם. סנכרון גנרטור לרשת הפך לנוהג מקובל והוא בדרך כלל אוטומטי על-ידי התאמת רצפי הפאזה, סדרי המתח והתדרים של הגנרטור לרשת. בקרת מתח באמצעות השדה המגנטי רוטור מושגת באמצעות "exciters", בעוד בקרת תדירות מושגת באמצעות בקרת מהירות של טורבינה או prime-mover, מתן סיבוב באמצעות קיטור, רוח, מים, או נוזלים אחרים. בקרות תדירות מושגות בדרך כלל באמצעות "מושלים".