Коммерциялық емес акционерлік қоғам 

АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА  ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС ИНСТИТУТЫ

 Өнеркәсіп қондырғыларының электржетегі және  автоматтандырылуы кафедрасы

 

Электр машинасы 

050718 – Электрэнергетика мамандығының барлық оқу түрлерінің

студенттеріне  арналған дәрістер жинағы

 

 

Алматы 2008 

ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР: Қ.Қ. Жумагулов., Р.М. Шидерова., К.О. Гали.  Электр машинасы. 050718 – Электр энергетика мамандығының барлық оқу түрлерінің студенттеріне арналған дәрістер жинағы – Алматы: АЭжБИ, 2008.- 93 б.

          Дәрістер жинағында электр машиналарының даму тарихы, электр машиналардың құрылысы және жұмысы, энергетикалық диаграммасы, механикалық сипаттамасы, векторлық диаграммасы қаралған.

 

Алматы 2008

 

Мазмұны 

1 Дәріс №1. Кіріспе. Электр машиналарының даму тарихы……………...4

2 Дәріс №2. Трансформаторлардың құрылысы және бос жүріс режимі....5

3 Дәріс №3. Трансформатордың орынбасу сұлбасы және векторлық  диаграммасы………..9

 4 Дәріс №4. Энергетикалық диаграмма және орамаларды қосу сұлбалары...............14

5 Дәріс №5. Трансформаторлардың параллельді жұмысы.......................20

         6 Дәріс №6.  Айнымалы токтың электр машиналарының теориялық    жалпы мәселелері………..…24

7 Дәріс № 7. Асинхронды қозғалтқыштың  құрылысы және жұмысы....27

8 Дәріс №8. Асинхронды қозғалтқыштың айналдырушы моменттері  және  қуаттары……..……..34

         9 Дәріс №9. Асинхронды қозғалтқышты орнынан қозғау........................40

10 Дәріс №10. Үшфазалы асинхронды қозғалтқыштың айналу

жиілігінің өзгертуін реттеу..........................................................................43

11 Дәріс №11. Синхронды машиналар.......................................................47

12 Дәріс №12. Синхронды қозғалтқыш және синхронды компенсатор..53

13 Дәріс №13.  Тұрақты ток электр машиналарының құрылысы............60

14 Дәріс №14. Тұрақты ток машинасының құрылысы, якорь реакциясы......................................................................................................67

15 Дәріс №15. Тәуелсіз қоздырылатын генератор………………….…...71

 16 Дәріс №16. Тұрақты ток қозғалтқыштары. Жүргізу әдістері,  қозғалтқыштың сипаттамалары.......78

17 Дәріс №17. Қозғалтқышты орнынан қозғау……………………….….83

         Әдебиеттер тізімі...........................................................................................91

 

         1 Дәріс №1. Кіріспе. Электр машиналарының даму тарихы

Дәрістің мазмұны:

- пәннің жалпы сұрақтары;

- электр машиналарының даму тарихы.

         Дәрістің мақсаты:

         Студенттерді электр машиналарының даму тарихымен таныстыру.

Электр магниттік индукция құбылысы арқылы бір кернеудегі айнымалы токты сол жиіліктегі айнымалы токтың екінші кернеуіне өзгертуге арналған бір немесе одан да көп индуктивтік байланысқан орамалары бар статикалық электрмагниттік құрылғыны трансформатор деп атайды.

Трансформаторларды келесі мақсаттарға кең қолданады:

а) электр энергиясын тұтынушыларға жеткізіп беруге және оны олардың арасында таратып беру үшін.

Әдетте электрстанциясындағы генератор кернеуі 6¸24 кВ-қа тең айнымалы ток электр энергиясын өндіреді.

Алыс арақашықтыққа энергияны жеткізу жоғары кернеу кезінде тиімді болады, өйткені бұл кезде энергияны беру жолдарында электр шығыны азаяды. Мысалы, қуаты 10 МВт-қа тең электр энергиясын 100 шақырым қашықтыққа беру үшін кернеудің шамасы 500 кВ-қа тең болуы керек. Сол себептен электр станцияларында кернеудің шамасын жоғарылататын трансформаторлар қойылады. Қазіргі уақытта жоғары вольтты электрлік беріліс жолдарында кернеуі 330, 500 және 750 кВ, қуаты 1200-1600 МВА-ге тең трансформаторлар қолданады. Айнымалы токтың жоғары вольтты Екібастұз-Орталық, Екібастұз-Орал беріліс жолдары салынуға байланысты электрлік жасау өнеркәсібі бір фазалы (қуаты 660 МВА, кернеуі 1150 кВ) трансформаторларды шығара бастады.

Қалаларда, ауылды жерлерде, кәсіпорындарда және олардың ішінде электрэнергиясының кернеулері 110, 35, 10 және 6 кВ ауа және кабель жолдары арқылы таратылады.

Айнымалы ток электр тұтынушыларының көпшілігі 220, 380 және 600 вольт кернеуімен істейтіндіктен электр энергиясын пайдалану пунктерінде төмендеткіш трансформаторлар орнатылады. Сонымен, электр энергиясын электрстанцияларынан тұтынушыларға берілу кезінде трансформаторлар арқылы кернеу бірнеше рет (3-5 рет) түрлендіріледі:

а) әртүрлі технологиялық мақсаттар үшін: электр дәнекерлеуге (балқытып бірiктіруге), электр-жылулық пештерді электр қуатымен қамтамасыз ету, т.с.с. Бұл трансформаторлардың қуаты  бірнеше мың киловольт-амперге, ал кернеулері 10 кВ-ке жетеді;

б) радио және телевизия аппаратурасының әртүрлі  тізбектерін электр қуатымен қамтамасыз ету үшін;

в) жоғары кернеулi және күшті токты тізбектерге өлшеуіш аспаптарды қосу үшін. Бұл трансформаторлар (өлшеуіш трансформаторлар) өлшеу шегін ұлғайтады және электрлік қауіпсіздікті қамтамасыз етеді.

Бұл дәрістер жинағында күштік трансформаторлардың теориясы қаралады, ал трансформаторлардың басқа түрлері жалпы теория тұрғысынан қысқаша сипатталады.

Өнеркәсіп күштiк трансформаторларды 8 топқа бөліп шығарады. Мысалы, қуаты 100 кВА-ға дейінгі трансформаторлар I топқа жатады, І60-тан 630 кВА-ға дейінгілері 2 топқа жатады және т.с.с.

2 Дәріс №2. Трансформаторлардың құрылысы және бос жүріс режимі

         Дәрістің мазмұны:

         - трансформаторлар туралы жалпы мәліметтер;

         - трансформаторлардың міндеті;

         - трансформаторлардың құрылысы;

         - бос жүріс режимі.

         Дәрістің мақсаты:

Студенттерді трансформаторлардың құрылысымен, бос жүріс режимімен таныстыру.

2.1 Трансформатор жұмысының физикалық негіздері

Трансформатордың жұмысы бірінші және екінші реттік орамалардың электр қозғалтқыш күштері (ЭҚК) мен магниттік қозғаушы күштерінің (МҚК) теңдеулеріне негізделеді.

Трансформаторлардың орамаларында негізгі магниттік ағын Ф мынадай ЭҚК-терді тудырады

                                  .                                          (2.1)

 

 

 

 

 

 

 

Магниттiк ағын уақыт бойынша синусоидалық функциясымен өзгереді деп алайық, яғни  Ф= Ф_m Sinwt. Магниттік ағынның мәнін (2.І) тендеуге қойып, оны дифференциялаудан кейін алатынымыз

e₁= -wW₁Ф_mCoswt=-wW₁Ф_mSin(wt-p/2),

e₂= -wW₂Ф_mCoswt= -wW₂ Ф_mSin(wt-p/2).                       (2.2)

 

(2.2) формулаларынан шығатыны - ол магниттік ағынның ЭҚК-тен 90° бұрышқа озып тұрғаны.

ЭҚК-нің максимал (амплитудалық) мәндері 

                        Е_1m=wW₁Ф_m           және              Е_2m=wW₂Ф_m.                  (2.3)  

E_1m мен E_2m-ді   -ге бөліп бұрыштың жиіліктің мәнін w=2pf  тендеулеріне қойып табатынымыз

Е₁=4,44fW₁Ф_m       және   Е₂=4,44fW₂Ф_m.

Жоғары кернеулі ораманың ЭҚК-нің төменгі кернеулі ораманың ЭҚК-не қатынасы т р а н с ф о р м а ц и я  к о э ф ф и ц и е н т i деп аталады

.                                                      (2.4)

 I₁ және I₂ токтары негізгі магниттік ағынмен қоса сейілу ағындар Ф_С1 мен Ф_С2-нi тудырады.

Сейiлу ағындары энергия берiлiсiне қатыспайды, бiрақ та әрбiр орамада өзара индукцияның  ЭҚК-терiн  E_1C=4,44fW₁Ф_М мен E_C2=4,44fW₂Ф_М – нi құрады.

Сейiлу ағындары негiзгi  ауа арқылы таралып тұйықталатындықтан, олар орамалардағы сәйкес токтарға пропорционал болады

E_C1=I₁X₁ және  E_C2=I₂X₂,                                       (2.5)

Мұндағы X₁ мен X₂ –трансформаторлардың орамаларының сейiлу ағындарының индуктивтiк  кедергiлерi.

ЭҚК-iң векторлары E_C1 мен E_C2 сәйкес токтардан және ағындардан 90⁰ қалып отырғандықтан

 Ė_C1=-jX₁ İ₁  және Ė_C2 =-jX₂  İ₂.                                                     (2.6)

Сонымен, трансформатордың әрбiр орамасында негiзгi ЭҚК-мен бiрге сейiлу ЭҚК-I индукцияланады.

Бiрiншi реттiк орамадағы ЭҚК E₁ бiрiншi  реттiк кернеуi U₁-ге қарсы бағытталған, яғни онымен қарсы фазада болады. Трансформатордың бiрiншi реттiк орамасының ЭҚК –нiң теңдеуiнiң түрi мынандай болады

=-Ė₁- Ė_C1+R₁ İ₁=- Ė₁+jX₁ İ₁+R₁ İ₁=- Ė₁+Z₁ İ₁.                       (2.7)

Екiншi реттiк орамадағы  ток i₂ ЭҚК e₂-нiң шамасына  тәуелдi. Бұл ЭҚК e₂ екiншi реттiк  ораманың қысқыштарындағы  кернеудi тудыруға және сейiлу ЭҚК-сi мен активтiк кедергi R₂-де кернеу түсуiн  теңгеруге жұмсалады.

Трансформатордың екiншi реттiк  орамасының ЭҚК-нiң  комплекстiк теңдеуi мынандай болады

Ė₂=  - Ė_C2+ R₂İ₂   немесе = Ė₂+ Ė_C2-R₂İ₂= Ė₂-jX₂İ₂ – R₂İ₂ = Ė₂ –Z₂İ_2.

 

2.2 Магниттiк қозғалтқыш күштердiң теңдеулерi

Бос жүрiс ережеде екiншi реттiк ораманың тiзбегi ажыратылған күйiнде болғандықтан, ток i₂=0.

Магниттiк өткiзгiштегi негiзгi ағынды бос жүрiс магниттiк қозғалтқыш күшi (МҚК) I₀₁ тудырады. Оның максимал мәнi мынаған тең

                                                   (2.8)

мұндағы      - магниттiк өткiзгiштiң магниттiк кедергісi.

Трансформатордың екiншi реттiк тiзбегiне жүктеменi (Z_ж) тiркеген кезде (2.2 б-сурет) онда ток I₂ пайда болады. Соған орай бiрiншi реттiк орамадағы токтың мәнi I₁ – ге дейiн өседi.

 

Ендiгi жағдайда магниттiк ағын Ф_m екi МҚК-тер I₁w₁ мен I₂w₂-нiң әрекеттесуi туады, яғни

                                  (2.9)

Екiншi жақтан, трансформатордың магниттiк ағыны Ф_m –дi былай анықтауға болады                                                                (2.10)

немесе U₁@E₁  екендiгiн ескерсек

                                        (2.11)

(2.11) тендеуден негізгі магниттік ағын жүктемеге тәуелді еместігі көрініп тұр, өйткені жиілік кернеу жүктеме өзгерген кезде тұрақты болып қалады.

Бұл тұжырым (2.9) және (2.10) өрнектерін бір-бірімен теңестіруге мүмкіншілік береді

немесе

                                   (2.12)

 

(2.12) өрнегi магниттiк   қозғаушы күштердiң теңдеуі деп аталады. Бұл теңдіктің екі жағын бірінші реттік ораманың орам санын W₁-ге бөліп табатынымыз

,   яғни    ,                             (2.І3)

мұндағы    - бірінші реттік ораманың орам санына келтірілген екiнші реттік ток.

(2.І3) – ден шығатыны

                                              (2.14)

Бұл өрнек трансформатор токтарының теңдеуі деп аталады.

Магниттік өткізгіштің   болаты   қайталана магниттелуі кезінде   онда гистерезис құбылысы және құйындық токтар әсерінен электр энергиясының магниттік шығындары пайда болады. Шығындардың қуатын бос жүріс тоғының құраушысы анықтайды. Сол себептен, бос жүріс тоғының негізгі магниттік ағынды құратын реактивтiк І_ор құраушысымен бірге активтiк құраушысы І_оа-  да бар.

Трансформатордың трансформациялау коэффициенті үлкен болған кезде бірінші реттік орамның параметрлері екінші реттік орамның параметрлерінен біршама өзгеше болады.

Бұл жағдай трансформаторлардың жұмыстық тәртіптерін есептеуде және векторлық диаграммаларын салуда қиындықтар тудырады. Бұл қиындықтарды трансформатордың параметрлерін бір орам санына келтіру (көбінесе бірінші реттік ораманың орам саны W₁-ге ) арқылы шешуге болады.

Сонымен, трансформациялау коэффициенті K=W₁/W₂-ге тең транcформатордың орнына орам саны W₁=W₂^/ -ге тең балама трансформатор пайда болады. Мұндай трансформатор келтiрiлген деп аталады.   Трансформатордың параметрлері келтірілген кезде, оның энергетикалық көрсеткіштері: қуаттары, қуат шығындары, параметрлері және арасындағы фазалық ығысулар өзгермеуі, яғни нақты трансформатордағыдай  болуы керек.

Нақты трансформатормен келтірілген трансформатордың электрмагниттік қуаттардың теңдігінен  (Е₂ І₂ = Е₂^/ І₂^/ )    табылады. Бұған келтірілген екінші реттік токтың мәнін  қойғаннан кейiн табатынымыз

                                          (2.І5)

Екінші реттік ораманың келтірілген кернеуі осыған ұқсас табылады

U₂^/=KU₂.                                                       (2.16)

Екінші реттік ораманың активтік кедергісіндегі шығындардың теңдігінен  келтірілген активтік кедергіні табамыз

 Екіншілiк ораманың келтірілген реактивтік кедергісі ұқсас табылады

X₂^/=K² X₂.                                                   (2.17)

Екіншілiк ораманың келтірілген толық кедергісі

Z₂^/=K² Z₂.                                                     (2.18)

 

3 Дәріс №3. Трансформатордың орынбасу сұлбасы және векторлық          диаграммасы

Дәрістің мақсаты:

-         трансформатордың орынбасу сұлбасы;

-         трансформатордың векторлық диаграммасы;

- қысқа тұйықталу тәжiрибесi.

Дәрістің мазмұны:

Студенттерді трансформаторлардың векторлық диаграммаларын тұрғызу жолымен таныстыру.

 

Келтірілген трансформатордың ЭҚК-терінің және токтарының теңдеулері

 

Бірінші және екінші реттік тізбектер арасындағы магниттік байланыс электрлік байланыспен ауыстырылған, келтірілген трансформатордың орынбасу сұлбасын электр магниттік процестерді зерттеуге және қуат шығындарын анықтауға жеңілдік беретін әдіс деп тануға болады.

Келтірілген трансформатордың трансформациялау коэффициентi К=1-ге, яғни Е₂= Е₂^/ -ке тең болғандықтан, А және а, X және x нүктелерінің потенциалдары бірдей болады, сол себептен бұл нүктелерді электрлік біріктiру арқылы орынбасу схемасын аламыз (3.1- сурет).

Бұл сұлба келтірілген трансформатордың ЭҚК-тері токтарының теңдеулеріне (2.І8) сәйкес құрылады және мына үш тармақтың жиынтығы болып табылады: кедергісі  Z₁ = R₁+jX₁,  тоғы  İ₁ – бірінші реттiк тармак, кедергiсi Z₀=R₀+jX_0, тоғы  İ₀ – магниттеушi тармақ, кедергiсi Z₂^/ = R₂^/ +X₂^/_, тоғы  İ₂^/-екiншi реттiк тармақ.

Орынбасу сұлбасындағы кедергi Z_ж –тiң шамасын өзгерту арқылы трансформатордың бүкiл жұмыс тәртiптерiн қарастыруға болады.

Z₁, Z₂^/ және Z₀ параметрлерi тұрақты болады; оларды бос жүрiс және қысқа тұйықтау тәжiрибелерi арқылы табуға болады.

Векторлық диаграмма (3.2-сурет) орынбасу сұлбасына және теңдеулерге сүйенiп тұрғызылады, ол арқылы токтардың, ЭҚК-тердiң және кернеулердiң ара қатысын көрнекі көруге болады

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.1 Орынбасу сұлбасының параметрлерiн анықтау

Орынбасу сұлбасының параметрлерi бос жүрiс және қысқа тұйықталу тәжiрибелерiнен табылады.

3.1.1 Бос жүрiс тәжiрибесі

Екiншi реттiк орама ажыратылып тұрған кездегi (Z_ж=¥, І₂=0) трансформатордың жұмыс тәртiбi бос жүрiс деп аталады. Бұл жағдайда ЭҚК-тiң және токтардың тендеулерi мына түрде жазылады.

Бос жүрiс тәртібiнде трансформатордың тұтынатын қуаты Р₀ магниттiк өткiзгiштегi магниттiк шығындарға (Р_Қ+Р_Г) және бiрiншi реттiк орамадағы электрлiк шығындарға (І₀²R₁ ) жұмсалады.

Бос жүрiс тәжiрибесiнен келесi шамаларды анықтауға болады

а) трансформациялау коэффициентiн

б) бос жүрiс шығындарын- Р₀;

с) магниттеушi тармақтың параметрлерiн

д) қуат коэффициентiн

Өлшеуiш приборлардың көрсетiмдерi бойынша бос жүрiстiң сипаттамалары тұрғызылады. Бұл сипаттамалар токтың (І₀),  қуаттың (Р₀) және қуат коэффициентiн (cos j₀) бiрiншi реттiк кернеуге (U₀) тәуелдiлiгiн көрсетедi.

 

 

 

 

 

 

 

 

 3.1.2 Қысқа тұйықталу тәжiрибесi

Екiншi реттік орама тұйықталған кездегi трансформатордың жұмыс тәртiбi қысқа тұйықталу деп аталады.

Бұл жағдайда ЭҚК-iң және токтардың теңдеулерi мына түрде жазылады

Қысқа тұйықталған трансформатордың орамасында номинал ток тудыратын кернеуді қысқа тұйықталу кернеуi (U_Қ) деп аталады. Мұны, әдетте номинал кернеу U_1Н –нің пайызы түрінде көрсетеді u_Қ

                                    (3.4)

Магниттік өткізгіштегі магниттік ағын бірінші реттік кернеу U₁-ге пропорционал, ал қысқа тұйықталу тәртібiнің кернеуі  u_Қ  U_1Н  кернеуінiң 10% - ынан аспайтындығынан магниттік ағын да аз, осыған сәйкес оны тудыратын токтың да шамасы аз болады, сондықтан бұл токты елемеуге болады. Сол себептен қысқа тұйықталу тәртібіндегі трансформатордың салыстырма сұлбасында магниттеушi тармақ болмайды (2.8 Сурет).

Қысқа тұйықталу тәртібінің ЭҚК-терiнiң және теңдеулерін (3.4) пайдаланып қысқа тұйықталу тәртібіне сәйкес келетін векторлық диаграмманы саламыз (3.7-сурет).

ОАВ үшбұрышы қысқа тұйықталу үшбұрышы деп аталады.

Қысқа тұйықталу тәжірибесі арқылы келесі шамаларды анықтауға болады:

а) қысқа тұйықтаудың шығындарын  - Р_Қ;

б) қуат коэффициентін   

в) орынбасу сұлбасының параметрлерін 

 

Приборлардың көрсетiмдерi бойынша қысқа тұйықталудың сипаттамалары тұрғызылады. Бұл сипаттамалар токтың (I_Қ), қуаттың (Р_Қ) және қуат коэффициентiнiң (cosj_Қ) қысқа тұйықталу кернеуіне (U_Қ) тәуелдiлiгiн көрсетедi.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Дәріс №4. Энергетикалық диаграмма және орамаларды қосу сұлбалары Дәрістің мазмұны:

-         қуат шығындарын анықтау;

-         ПӘК-тің жүктемеге тәуелділігі;

-         орамаларды қосу сұлбалары;

         Дәрістің мақсаты:

Студенттерді энергетикалық диаграмма және орамаларды қосу       сұлбаларымен таныстыру.

4.1 Энергетикалық диаграмма

Трансформатор жүктемемен жұмыс iстеген кезiнде оның қуат (энергия) шығындары пайда болады. Трансформатор пайдалы әрекет коэффициентi (ПӘК) дегеніміз жүктемеге берілген қуат Р₂ бірінші  реттік тізбекке келіп түскен қуат Р₁–ге қатынасы

                         (4.1)

мұндағы DР- трансформатордың қосынды шығындары.

Бірінші реттік орамадан екінші реттік орамаға энергияны берген кезде бірінші реттік және екінші реттік орамалардың активтік кедергілерінде DР_ЭЛ1 және DР_ЭЛ2 шығындары пайда болады; сонымен қатар магнитөткізгіштің болатында магниттік шығындар DР_М пайда болады (гистерезис пен құйынды токтардан).

Р₂=Р₁ -DР_ЭЛ1 - DР_ЭЛ2 -DР_М   болғандықтан

                               (4.2)

Р_ЭМ=Р₁-DР_ЭЛ1-DР_М – электр магниттік қуат. Оның мөлшері трансформатордың салмағы мен көлемін анықтайды.

 

4.1.2 Қуат шығындарын анықтау

Қуат шығындарын бос жүріс және қысқа тұйықталу тәжірибелері арқылы табады. Ток азғантай болғандықтан, магниттік шығындары трансформатордың бос жүріс тәжірибесінде тұтынатын қуатқа тең деп алуға болады, яғни

DР_М=Р₀                                                                                           (4.3)

Қосынды электрлік шығындар

DР_ЭЛ=DР_ЭЛ1+DР_ЭЛ2=I₁²R₁+ (I₂^/)²R₂^/= (I₂^/)² (R₁+ R₂^/)^/= (I₂^/)² R_Қ                (4.4)

 

немесе                   DР_ЭЛ=b² I₂^/ R_Қ =b² DР_{ЭЛ НОМ.} DР_ЭЛ=b² I₂^/ R_Қ=b²DР_ЭЛ                   (4.5)

 

(I_2Н^/)²R_Қ=I_1Н²R_Қ шамасын жеткілікті дәрежеде дәлдікпен трансформатордың қысқа тұйықталу тәжірибесі кезінде тұтынатын қуат Р_Қ-ға теңістеруге болады, яғни

DР_ЭЛ=b²Р_Қ.                                                    (4.6)

Толық шығындар

åDР=Р₀+ b²Р_Қ.                                               (4.7)

åDР-ның мәнін (4.1) теңдеуіне қойып, Р₂ =U₂ I₂ Cosj₂=b S_НОМ Cosj₂  екенін еске алып, табатымыз

                                  (4.8)

4.1.3 ПӘК-тің жүктемеге тәуелділігі

Бұл тәуелділік (4.8) теңдеу бойынша салынады.

Жүктеме өскен сайын ПӘК-те өседі, өйткені энергетикалық баланстағы тұрақты магниттік шығындардың салыстырма мөлшері азаяды; b=b_ОПТ кезінде ПӘК максимумға жетеді да, содан кейін кеми бастайды (орамалардағы электрлік шығындар токтың квадратына немесе b²-қа пропорционал байланысты).

         Қазіргі уақытта қуаты жоғары трансформатордың ПӘК-тері 0,98-0,99-ға дейін жетеді.
b_ОПТ табу үшін (4.8) теңдеуден туындыны алып, оны нөлге теңдеу керек. Бұл жағдайда b²_ОПТР_Қ=Р₀ болады, яғни ПӘК электрлік шығындары магниттік шығындарға тең болатын жүктеме кезінде мәніне жетеді

                                             (4.9)

 

Трансформатор ПӘК –інің максимумы біршама нашар білінеді, яғни ол жоғары мәнін едәуір аралықта сақтайды (0,4<b>1,5). Қуат коэффициенті Cosj₂ төмендеген кезде ПӘК-те азаяды (4.1б сурет), өйткені трансформатордың берілген қуаты тұрақты болған кезде токтар I₁ мен I₂ өседі.

 

 

4.1.4 Орамаларды қосу сұлбалары

Үш фазалы трансформатордың бірінші және екінші реттік орамалары  “жұлдызша”, “нөлдік нүктесі шығарылған жұлдызша” және “үшбұрыштап” қосу сұлбалары бойынша жалғанады. “Жұлдызша” қосу сұлбасын Y әрпімен, “үшбұрыштап” қосу сұлбасын D-мен белгілейді. Егер де нөлдік нүктесі шығарылған болса, онда –Y₀ болады. Жоғары кернеулі ораманың бас және аяқ ұштары A, B, C, X, Y, Z әріптерімен белгіленеді, ал төменгі кернеулі ораманың ұштары сәйкес a, b, c, x, y, z әріптерімен белгіленеді.

 

4.1  К е с т е

Орамалардың қосу сұлбалары		ЭҚК векторларының диаграммалары		Шартты түрде белгіленуі
ЖК	ТК	ЖК	ТК
				Y/YH-0
				Y/D-11
				YH/D-11
				D/YH-11

 

4.1.5 Бос жүріс тәртібінің ерекшеліктері

Трансформатордың магниттік сипаттамасы дегеніміз магниттік ағынның МҚК–ке тәуелдігі. Оны графикалық түрде салуға болады.

Бір фазалы трансформатордың магниттік тізбегінде бекіген контуры үшін МҚК-тер теңдеуін жазуға болады

F=F_­Ө+F_Ж+F_d=2H_ӨL_Ө+2H_ЖL_Ж+2H_dd                                    (4.10)

Өзектегі H_Ө және жармадағы H_Ж магниттік кернеуліктер магнит индукция В арқылы анықталады.

4.1.6 Орамалары U/U сұлбасы бойынша қосылған үш

фазалы трансформаторлар

U/U қосылуының негізгі ерекшелігі: магниттік өткізгіштің барлық анықтамаларында магниттік ағынның фазалары бірдей үшінші гармоникаларының (Ф₃) болуы.

Осының салдарынан фазалық ЭҚК-тер синусоидасыз болады, олардың құрамында үшінші гармоникалар Е₃ бар. Бұл гармоникалардың шамасы біршама болуы мүмкін. Мысалы, Ф₃-тің мәні Ф₁-дің 10% -ына тең болса, онда Е₃ ЭҚК-тің мәні Е₁-дің 30% -ына жетеді, өйткені Ф₃-дің өзгеру жиілігі Ф₁-дің жиілігінен үш есе артық болады.

Бірак та, желілік ЭҚК-тер және кернеулер синусоидалы болып келеді, өйткені фазалар аралық ЭҚК-тердің айырымында үшінші гармоника Е₃ болмайды. Үш оқтамалы трансформатордағы ағынның үшінші гармоникалары Ф₃  тұйықталған магнит өткізгіш бойымен жүре алмайды, себебі олар әрбір уақыт кезінде барлық оқтамаларда бірдей бағытталған. Сол себептен Ф₃-ағындар бір жармадан екінші жармаға трансформатордың майы немесе ауа арқылы және де бактың қабырғасы арқылы тұйықталады (4.3-сурет). Бұл жағдай трансформатордың металл құрылымдық бөліктерінде (бакта, бекітуші болаттарда т.б.) құйынды токтарды туғызады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қорытынды: жалғану сұлбасы U/U үш фазалы трансформаторларда зиянды құбылыстар пайда болады, фазалық кернеулердің қисықтары бұрмаланады (жоғары гармоникалар туады) және құйынды токтардан қосымша шығын пайда болады.

Көрсетілген себептерге байланысты жоғары вольтті қуаты үлкен трансформаторлар орамалары U/U сұлбасы бойынша қосылған болып жасалмайды.

4.1.7 Трансформатордың жалғану топтары

Трансформатор электр жүйелерінде эксплуатацияда болған кезде жоғары және төменгі кернеу орамаларының ЭҚК-тердің фаза бойынша ығысу бұрыштарын білу қажет. Мысалы, трансформаторларды параллель жұмысқа қосқан кезде бұл жағдайды білу өте қажет.

Үш фазалы трансформатордың  ЖК  және ТК орамаларының желілік ЭҚК-терінің ығысу бұрыштары 30⁰ еселі болып келеді. Осы себептен, бұл бұрышты градус немесе радиан арқылы емес, сағат циферблатының бөліктері арқылы көрсету ыңғайлы (4.4 –сурет). Желілік ЭҚК-терінің арасындағы бұрыштары бірдей болған трансформаторлар бір жалғану тобына жатады. Олар өзінің нөмерімен белгіленеді. Егер де ЖК ЭҚК-тің векторына сағаттың минуттық тілін сәйкестендіріп ол векторды 12(0) цифрымен беттестірсек, онда циферблатта ТК ЭҚК-тің векторына сәйкестірілген сағаттың тілі трансформатордың жалғану тобының нөмерін көрсетеді. Жалғану тобы орамалардың жалғану сұлбасына, олардың оралу бағыттарына және қысқыштарының тақ болуына тәуелді болады.

Жалғану тобының нөмерін белгілеу үшін бірінші және екінші реттік кернеулердің векторлық диаграммаларын салу керек. Мысалы ретінде 12  топты анықтауды қарап шығайық. Ė_АВ мен Ė_ав векторлары арасындағы бұрыш 0⁰ –қа тең, яғни 12 топ.

4.5 Сурет -Трансформаторлардың орамаларының   жалғану және векторлық

диаграммасы

5 Дәріс №5. Трансформаторлардың параллельді жұмысы

         Дәрістің мазмұны:

         - трансформаторлардың параллель жұмыс істеу шарттары;

         - орамалардың жалғану топтары бірдей болу жағдайы;

         - трансформация коэффициенттерінің теңдік жағдайы.

         Дәрістің мақсаты:

Студенттерді трансформаторлардың параллель жұмыс істеу шарттарымен таныстыру.

5.1 Трансформаторлардың параллель жұмыс істеу шарттары

Трансформаторлық қосалқы станцияларда екі немесе одан да көп параллель жұмыс істейтін трансформаторлар орнатылады. Трансформаторлардың  параллель жұмыс істейтін қажеттілігі мына себептерге байланысты:

а) апат болып қалғанда немесе трансформаторды жөндеуге шығарған кезде тұтынушыларды энергиямен қамтамасыз ету қорын жасау қажет;

б) қосалқы станциялардың жүктемесі азайған кезеңдерде оларда болатын шығындарды азайту мақсатында параллель жұмыс істеп тұрған трансформаторлардың бір бөлігін ажыратып қою қажеттігі.

Трансформаторлардың параллель жұмыс істеуіші ең жақсы жағдайда өту үшін қосалқы подстанцияның жалпы жүктемесі параллель жұмыс істеп тұрған трансформаторлар арасында олардың номинал қуаттарына пропорционал бөлінуі керек. Бұл үшін параллель жұмыс істеп тұрған трансформаторларда мына шарттар орындалуы керек:

а) орамалардың жалғану топтары бірдей болуы;

б) бірінші және екінші реттік номинал кернеулері тең болуы (U_1a=U_1b; U_2a=U_1b), яғни трансформация коффициенттер тең болуы (К_a=К_b);

в) қысқа тұйықталу кернеулер тең болуы (U_Қa=U_Қb).

Бірінші, екінші шарт орындалған жағдайда бос жүріс ережесінде параллель жұмыс істеп тұрған трансформаторлардың фазаларының екінші реттік кернеулерінің шамалары да, фазалары да тең болады. Сол себептен екінші реттік орамаларда жүктеме жоқ кезде трансформаторларды ортақ шиналарға қоссақ, онда бұл орамаларда ешқандай ток пайда болмайды. Бұл шарттар орындалған жағдайда бос жүріс кезінің өзінде де теңгерме тоғы I_Т пайда болады. Бұл ток екінші реттік орамалардан құрылған тұйықталған контурмен ағады. Теңестіру токтары апатқа әкеліп соқтырмаған жағдайдың өзінде трансформатор жүктелген кезде жүктеме тоғымен қосылып трансформаторды әрқалай жүктейді де, ондағы шығындарды өсіріп, қызуын арттырады.

Үшінші шарт орындалған жағдайда трансформаторлардың жүктемелері біркелкі бөлінеді.

Жоғарыда көрсетілген шарттардың трансформаторлардың параллель жұмысына қандай әсер ететіндігін анықтайық. Мұнда трансформатордың магниттеуші тоғын есепке алмасақ, онда трансформатордың ықшамдалған алмастыру сұлбасын қарауға болады.

 

5.2 Орамалардың жалғану топтары бірдей болу жағдайы

Бірінші және екінші реттік номинал кернеулері бірдей орамаларының жалғану топтары D/U-11 және U/U-12 трансформаторлар параллель жұмысқа қосылып тұр деп ұйғарайық. Сәйкес фазаларының ЭҚК-терінің шамалары бірдей болады, бірақ фаза бойынша олар 30⁰-қа ығысқан (2.21-сурет). Екінші реттік орамалардың тұйықталған контурында бұл ЭҚК-тердің айырымы әрекет етеді.

 

Теңгерме тоғы трасформаторлардың бірінші және екінші реттік орамалармен ағады, ал олардың мәндері DЕ мен және осы орамалардың кедергілерімен, яғни трансформаторлардың қысқа тұйықталу кедергілерімен анықталады.

Сондықтан

 

 

 

Мысалы, егер де екі трансформатордың қуаттары бірдей, ал Z_Қa =Z_Қb=0,05 болса, онда теңгерме токтың салыстырмалы мәні

яғни бұл ток номинал токтан 5,18 есе көп, ал бұл қысқа тұйықталу тоғымен шамалас.

Қорытынды

Орамаларының жалғану топтары әрқалай болған трансформаторды параллель жұмысқа қосуға еш уақытта болмайды.

 

5.3 Трансформация коэффициенттерінің теңдік жағдайы

         Екі параллель істеуші трансформаторлардың екінші реттік кернеулері бірдей болмасын делік, мысалы екінші реттік орамалардың тұйықталған контурында бұл ЭҚК-тердің айырымы D Ė= Ė_2a- Ė_2b әрекет етеді, сондықтан теңгерме ток пайда болады.

Екінші реттік орамаларда бұл ток орамалардағы әрекет етуші ЭҚК-тердің бағыттарына байланысты әртүрлі жаққа бағытталған. Бірінші трансформатор I_Тa теңгерме тоғын, ал екінші трансформатор I_Тb теңгерме тоғын тұтынады. Трансформаторлардың орамаларындағы теңгерме токтар туғызатын кернеудің құлауы орамалардың екінші реттік кернеулерін теңестіреді. Жүктемені қосқан кезде трансформаторларда I_Жa және I_Жb  жүктеме токтар пайда болады. Олар теңгерме токтармен қосылып I_2a  және I_2b қосынды токтардың, яғни трансформаторлардың жүктемелерінің теңсіздігін туғызады (5.3 сурет).

Мысалы, екі трансформатордың қуаттары бірдей  Z_Қa=Z_Қb=0,05, ал трансформация коэффициенттері 1% -ға өзгеше болса, онда

 

 

 

 

немесе 10%-тең, яғни теңгерме токтың шамасы едәуір болады.

5.4 Қысқа тұйықталу кернеулерінің тең болу шарты

Бұл шарт трансформаторлар арасында олардың номинал қуаттарына пропорционал жүктеменің бөлінуі үшін  қажет.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ықшамдалған сұлбадан (5.4-сурет) шығатын теңдеу

 

                                I_aZ_a=I_bZ_b=…=I_nZ_n                                                                                      (5.1)

Токтардың фаза бойынша ығысуы аз болғандықтан, комплекстерден модулдерге көшіріп жазамыз

                              I_a: I_b=1/Z_Қa:1/Z_Қb,                                                           (5.2)                                            

яғни транформаторлар арасындағы токтар қысқа тұйықталу кедергілеріне кері пропорционал бөлінеді.

(5.2) теңдеуді мына түрге келтіруге болады

                               (5.3)

(5.3) теңдеудің сол жағын U_НОМ көбейтсек, ал оң жағын U²_НОМ/100-ге көбейтсек, сонда

     

Бұдан алатынымыз                     

                                          (5.4)

яғни параллель жұмыс істеп тұрған трансформаторлардың жүктелу қуаттары олардың қысқа тұйықталу кернеулеріне кері пропорционалды болады.

Егер де параллель жұмыс кезінде кернеулері тең болмаса, онда U_Қ-сы аз трансформатор, яғни Z_Қ аз трансформатор артық жүктеледі.

 

Қорытынды

Параллель қосылған трансформатордың арасында жүктеме оның қуатына қарай пропорционал бөлінуі үшін олардың қысқа тұйықталу кернеулері тең болу керек.

 

         6 Дәріс №6.  Айнымалы токтың электр машиналарының   теориялық жалпы мәселелері

         Дәрістің мазмұны:

-         айнымалы токтың электр машиналарының негізгі түрлері;

-         синхрондық генератордың құрылысы және жұмыс істеу принципі;

    - асинхронды машинаның құрылысы және қозғалысқа

келу принципі.

         Дәрістің мақсаты:

         Студенттерд айнымалы токтың электр машиналарының теориялық      жалпы мәселелерімен таныстыру.

6.1  Айнымалы токтың электр машиналарының негізгі түрлері

Айнымалы токтың электр машиналарының қозғалысқа келуі айналмалы магнит өрісінің принципіне негізделген. Сол себептен олардың теориясы барлығына ортақ. Іс жүзінде үшфазалы электр машиналары басымды қолданады.

Үшфазалы электр машиналары негізгі екі түрге бөлінеді: синхронды және асинхронды. Синхронды электр машинаның айналатын бөлшегі (роторы) айналмалы магнит өрісінің бағытымен және сол өрістің жылдамдығына тең жылдамдықпен айналады

,                                                 (6.1)

мұнда n₂ – ротордың жылдамдығы (ай/мин);

f₁- ток жиілігі (50 Гц);

p – ротордың жұп полюстер саны.

 

Синхронды машиналарда басқа электр машиналары сияқты қайтымды.

Сол себептен ол генератор ретінде де, қозғалтқыш ретінде де жұмыс істей алады.

Синхронды генератор электростанцияларда орнатылатын айнымалы ток генераторының негізгі түрі болып табылады.

Синхронды қозғалтқыштың басқа электр қозғалтқыштарға қарағанда біршама артықшылықтары бар. Олардың негізгілері – айналу жиілігінің тұрақтылығымен қуат  коэффициентін реттеу мүмкіншілігі. Сол себептен оларды үлкен қуатты электр жетектерде кең қолданады. Кіші қуатты синхронды қозғалтқыштар автоматтық жүйелерде қолданылады.

Асинхронды қозғалтқыштың айналу жылдамдығы тек токтың жиілігінен ғана емес, оған қосымша біліктегі жүктемеге де байланысты болады.

Негізінде асинхрондық машиналарды қозғалтқыш ретінде ғана қолданады. Басқа электр қозғалтқыштарына қарағанда оның құрылысының қарапайымдылығы мен істеу сенімділігінің жоғарылығы асинхрондық қозғалтқыштардың өнеркәсіпте, ауыл шаруашылығында, т.б. кең қолданылуына әкеліп отыр.

Үшфазалы электр машиналарының теориялық жалпы мәселелерін бірге қарағанда орынды. Алдымен электр машиналарының негізгі түрлерін, қозғалысқа келу принциптерін және олардың құрылыстарын қарап шығайық.

 

6.2 Синхрондық генератордың құрылысы және жұмыс істеу принципі

Құрылысы жағынан синхронды машиналардың негізгі екі түрі бар – айқындалған полюсті және айқындалмаған полюсті.

      Тұрақты токпен қоздырылатын полюстер электр машинасының айналмалы бөлігінде (роторда) орналасады, ал айнымалы ток орамасы машинаның қозғалмайтын бөлігінде (статорда) жатады.

Электр желісінің белгілі жиілігі (f=50 Гц) синхрондық машинаның айналу жылдамдығын жұп полюстер саны берілген кезде анықтайды. Егер де үлкен қуатты машинаның жұп полюстер саны р=I және р=2 болса, онда айналу жылдамдығы n=3000 ай/мин және n=1500 ай/мин болады, яғни мұндай үлкен қуатты электр машиналардың айналу жылдамдығы да өте үлкен болады. Сондықтан ротордың механикалық беріктігін қамтамасыз ету үшін және қоздыру орамасын мықтап бекіту үшін оны ротордың үстіңгі бетіне біркелкі етіп бөліп тарату қажет болады, сол себептен ротордың орамасы айқындалмаған полюсте жасалады.         Синхрондық генераторларды айналдыру үшін бу және гидравликалық турбиналармен жалғастырады. Біріншісі – турбогенератор, ал екіншісі- гидрогенератор деп аталады.

Бу турбинасы шапшаң жүретін машиналарға жатады, сол себептен турбогенератор айқындалмаған полюсті етіп жасалады. Гидравлика турбина баяу жүретін машиналарға жатады, сол себептен генератор айқындалған полюсті етіп жасалады.

Шектік қуатты өсіру электромагниттік көрсеткіштерді көбейтумен және салқындату дәрежесін күшейтумен тікелей байланысты.

Қазіргі уақытта біздің елімізде зерттеліп пайдалануға криогеилік генератор берілді. Олардың орамалары сұйық гелимен салқындатылады. Сол себептен орамалар асқан өткізгіш болып табылады. Келешекте осыған байланысты генератордың шекті қуатты оның аумағын өсірмей-ақ 10 миллион кВт-қа жеткізуге болады (токтың шамасын өсіру арқылы).

Синхронды генератордың жұмыс істеу принципі электромагниттік индукцияның құбылысына негізделген. Генератор механикалық энергияны электр энергиясына түрлендіреді. Қоздыру орамасының тоғын тудыратын магниттеуші күш тұрақты магнит өрісін қоздырады. Бұл өріс ротормен бірге айналады да, статордың орамасын кесіп өтіп, онда үшфазалы электр қозғаушы күшті (ЭҚК-ті) индукциялайды. Статордың орамасын жүктемегі тіркеген кезде ЭҚК-тің әсерімен статор орамаларында және жүктемеден тұратын тізбекте ток жүре бастайды.

 

6.3 Асинхронды машинаның құрылысы және қозғалысқа

келу принципі

Асинхронды машина негізгі екі бөліктен: қозғалмайтын бөлік-статордан және айналмалы бөлік-ротордан құрылады. Статор мен ротордың арасында ауа саңылау (0,2-3мм) бар. Ауа саңылауының шамасын үлкейткен кезде қуат коэффициенті (cos f) және қозғалтқыштың айналдыру моменті азаяды.

Статордың денесі сақина тәріздес жұқа электротехникалық болат табақтарынан жиналады. Статордың ішкі орамасын жатқызу үшін арнаулы ойықтар штампталады.

Статор орамасымен бірге машинаның қозғалмайтын табанына бекітіледі. Ротордың денесі де электротехникалық болат табақтардан жиналады да, машинаның білігіне бекітіледі.

Ротордың құрылысына қарай асинхрондық қозғалтқыш қысқа тұйық талған роторлы және фазалық роторлы болып екі түрге бөлінеді.

Статордың орамасына үшфазалы айнымалы токты жіберген кезде айналмалы магнит өрісі пайда болады, бұл өріс ротор мен статордың арасындағы ауа саңылауында тиісті жиілікпен айналады да, ротор орамасының өткізгіштерін кесіп өтеді. Орамада ЭҚК пайда болады. Егер де ротордың орамасы қысқа тұйықталған болса, онда ток жүре бастайды.

Ораманың өткізгіштеріндегі ток пен статордың айналмалы магнит өрісінің арасындағы өзара әрекеттесудің арқасында механикалық күш пайда болады, оның бағыты “сол қол” ережесі бойынша анықталады. Егер механикалық күшті Ѓ ротордың білігімен өткізгіштің осьтік сызықтары ара- қашықтығына (R) көбейтсек, айналдырушы моментті табамыз

 

М=FR.

 

Ротордағы өткізгіштердің саны көп болады да, сол себептен қосында айналдырушы момент айналдырушы моменттердің қосындысына тең. Айналдырушы моменттің әсерімен қозғалтқыштың роторы айналмалы магнит өрісінің айналу жағына айналады.

 

6.4 Айнымалы токтың электр машиналарының орамаларындағы

электр қозғаушы күш

6.4.1 Магнит өрісінің негізгі гармоникасы тудыратын электр

қозғаушы күш

Орамадағы индукцияланған ЭҚК синусоидалық болу керек, яғни қосымша жылыту және кедергі моментті құратын жоғарғы гармоникалар болмау керек. ЭҚК айналмалы магнит өрісімен бағытталғандықтан, ауа саңылау бойындағы магнит индукция да синусоида заңымен тарау керек.

Ол үшін түрлі құрылымдық әдістер қолданады. Мысалы, айқындалған синхронды генератордың полюстік найза ұшының радиусын ауа саңылауының радиусынан кіші етеді, яғни найза ұшының шетіндегі саңылауды (d_m) ортадағы саңылаудан (d) көбірек етеді.

Айқындалмаған полюсті генераторда магнит индукцияны синусоида заңымен өзгерту үшін ротордың ойығы жоқ айналығы мен ойығы бар айналығының қатынасын 2/3 етеді.

Бірақ та осы әдеттерді қолданған кезде де магнит индукциясы  синусойдаға тек жақындайды, сол себептен статордың орамаларындағы ЭҚК-тің бірінші гармоникасымен бірге жоғарғы гармоникалар да бар.

Статордың орамаларындағы ЭҚК-тің қисықтығы абцисс білікке симметрлік болғандықтан, жұп гармоникалар жоқ болады.

Статордың орамаларындағы айналмалы магнит өрістің негізгі кеңістік гармоникасымен индукцияланған ЭҚК-ті белгілейік.

 

А) өткізгіштің электр қозғаушы күші

 

v=2τf жылдамдықпен айналып тұрған синусоидалық магнит өрісі орамының әрбір өткізгішінде  

 е=Е_М¤ТSinwt                                           (6.2)

(ЭҚК -  индукциялайды)                 

 Оның амплитудасы     

Е_М¤Т =В_dl_dU;

ал әрекетті мағынасы   

E_¤Т=,                                    (6.3)

мұндағы B_d =B_m1           -ауа саңылауындағы өрістің негізгі гармоника                                    индукциясының амплитудасы;

              l_d - машинаның есептік активтік ұзындығы;

              τ  - полюстік бөлігі.

 

 

 

7 Дәріс № 7. Асинхронды қозғалтқыштың  құрылысы және жұмысы

         Дәрістің мазмұны:

         - асинхронды қозғалтқыштың құрылысы және жұмыс істеуі;

         - асинхронды қозғалтқыштың айналдырушы моменті;

         - асинхронды қозғалтқыштың энергетикалық диаграммасы;

         - асинхронды қозғалтқыштың механикалық сипаттамасы.

        

Дәрістің мақсаты:

Студенттерді  асинхронды қозғалтқышта айналушы магнит өрісінің пайда болу          нарқымен;

- асинхронды қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамаларымен;

- асинхронды қозғалтқыштың механикалық сипаттамаларымен      таныстыру..

7.1 Роторы қозғалыссыз кездегі үшфазалы асинхронды қозалтқыш

Асинхронды қозғалтқыштың ротор тізбегі ажыратылған және қозғалыссыз кезінде, ал статор кернеу және жиілігі электр желісіне қосылған болсын делік.

Статорға жататын барлық шамалар бірінші реттік деп аталады да, оларды “1” деген индекспен белгілейді, ал роторға жататын шамаларды екінші реттік деп атайды да, оларды “2” деген индекспен белгілейді.

U₁ кернеуі әсерімен статордың орамасында бос жүріс тоғы I₀ ағады. Осы ток құратын магниттеуші күш (МК) магнит өрісін тудырады, оның бір бөлігі Ф_m машинаның екі бөлігінің де орамаларымен, ал бір бөлігі Ф_m тек статор орамасымен ілініскен. Бірінші магнит ағыны негізгі, ал екіншісі сейілу магнит ағыны болып табылады.

         

          Егер де р-асинхронды қозғалтқыштың полюстерінің жұп саны болса, онда МК  F₁-дің айналу жиілігі n₁-ге тең

 .                                          (7.1)

Негізгі ағын статор мен ротордың орамаларында Е₁ және Е₂ ЭҚК-терін тудырады         

;

,                     (7.2)

мұндағы W₁, W₂-статор мен ротор орамаларының орам сандары;

                К_ОР1, К_ОР2-орамалардың орамалық коэффициенттері.

 

Қатынас                             (7.3)

 

асинхронды қозғалтқыштың ЭҚК-терінің трансформация коэффициенті деп аталады. Оны тәжірибе жүзінде бос жүріс кезіндегі статор мен ротор орамаларының ЭҚК-терінің қатынасы ретінде анықтайды.

Сейілу магнит ағыны Ф_S1 әрбір статордың фазасында Ė_S1=-jX₁İ₀ сейілу ЭҚК-терін индукциялайды. Сонымен бірге статор орамасының әрбір фазасында активтік кедергісі R₁ бар. Бұл кедергіде R₁İ₀ кернеу түсуі болады.

Демек, статордың бір фазасы үшін ЭҚК-тердің тепе-тендік тендеуі мынадай болады

 

 .            (7.4)

 

Асинхронды қозғалтқыштың осы тендікке сәйкес келетін орынбасу сұлбасы мен векторлық диаграммасы 7.2-суретте бейнеленген.

I_О тоғы реактивтіек I_ОР және активтік I_ОА құрама бөліктерден тұрады. Реактивтік ток магнит өрісін қоздыруға, ал активтік ток статор мен ротордың өзекшелерінің болаттарындағы шығындарды өтеуге жұмсалады.

 

 

Орынбасу сұлбасына кіру үшін, яғни статор мен ротордың орамалары арасындағы электрлік байланысқа көшу үшін ротордың орамасын статордың орамасына келтіреді. Ол үшін шын мәнісіндегі ротор орамасы статор сияқты болады.

Осы кезде машинадағы энергетикалық қатынасты сақтау үшін екінші реттік ораманың параметрлері қайта есептелуі қажет.

Келтірген екінші реттік орама ЭҚК-і тең  

                            (7.5)

Ротордың тізбегі ажыратылған кезде асинхронды қозғалтқыштың статорлық орамасында m₁I²_oaR₁ статор мен ротордың өзекшелерінде p_C1 және p_C2 қуат шығындары болады. Осы қуат шығындарын өтеуге қозғалтқыш электр желісінен Р  қуат тұтынады

.

 

7.1. 2 Асинхронды қозғалтқыштың қысқа тұйықталуы  

    Асинхронды қозғалтқыштың қысқа тұйықталу ережесі тежелген ротор кезінде болады. Статор мен ротордың орамаларының қысқа тұйықталу кезіндегі токтары номинал мәндерінен асып кетпеу үшін қозғалтқышқа берілетін кернеуді мәніне дейін төмендету керек. U_Қ номинал кернеудің U_1НОМ 15-20%-не тең болады.

İ₁ және İ₂ токтары қозғалыссыз статор мен роторға қарағанда бір бағытта бірдей жылдамдықпен  айналып тұратын F₁ жєне F₂ МК-терін тудырады, яғни олар бір-біріне қарағанда қозғалыссыз болады да n₁ жылдамдықпен айналатын F_Қ МК-ін құрады. Бұл МК статор мен ротор орамаларымен ілініскен негізгі айналдырушы ағынды Ф_Қ тудырады. МК-і F₁ ток статор орамасымен ілініскен бірінші реттік сейілу ағынын Ф_S1, ал F'₂ МК-тері бір-біріне қарсы әрекеттеседі. Сол себептен İ₁ жєне İ'₂ токтардан тұратын F₁ және F'₂ МК-тердің шамалары біршама үлкен болса да, қорытынды МК F аз болады, сондықтан магнит ағыны Ф_Қ –да аз, демек бұл кезде магнит тізбегі қанықпаған болады.

Бірінші реттік токты İ₁ екі токтың қосындысы деп көрсетуге болады, оның біріншісі (İ₁) МК-ін F_Қ тудырады, ал екіншісі (-İ'₂) екінші реттік токтың İ'₂

МК-ін F'₂  жоятын МК-ті  -F'₂ тудырады. Сонымен алатынымыз

 

İ₁=İ_Ќ+( İ ^/₂)  немесе İ₁+İ ^/₂ =İ_Ќ.                                     (7.6)

Оған сәйкес

.                                 (7.7)

Статор мен ротордың МК-терінің теңгерілуі жағдайынан шығатыны

,

мұндағы m₁, m₂-статор мен ротордың фазалар саны.

Токтардың трансформациясы коэффициенті мынаған тең болады

                                   (7.8)

Демек, ротордың келтірілген тоғы

.                                         (7.9)

ЭҚК-тер мен токтардың трансформация коэффициенттерін пайдалана отырып, ротордың келтірілген активтік және индуктивтік кедергілерін  анықтаймыз.

Активтік кедергіні келтірген кезде ротор орамасындағы қуат шығыны өзгермей қалуы қажет, яғни         

Бұдан алатынымыз

,       (7.10)

 

мұнда  – кедергіні келтіру коэффициенті.

Индуктивтік сейілу кедергісін келтіру үшін ЭҚК E₂  мен ток I₂ арасындағы бұрыш Ψ₂  өзгермей қалуы көзделеді.

Демек, ,    бұдан       .                            (7.11)                                                                

Бірінші реттік және екінші реттік ЭҚК-тердің қысқа тұйықталу кезіндегі теңдеу

,                                            (7.12)

мұндағы Z₁=R₁+jX₁ және Z₂=R₂^'+jX₂^' – статор мен ротор     орамаларының

    комплекстік кедергілері.

 

Ė'_2Қ=Ė'_1Қ және İ'₂≈-İ₁ теңдіктерді еске ала отырып, (7.12) теңдеулерді тоққа қарағанда бірге шешіп алатынымыз

.                                             (7.13)

 

Осыған сәйкес АК-тың қысқа тұйықталу кезіндегі орынбасу сұлбасын аламыз 7.5-сурет.

 

Қысқа тұйықталу сұлбасының параметрлері

;  .                       (7.14)

 

 

7.2 Ротор айналып тұрған кездегі үшфазалы асинхронды қозғалтқыш

 

7.2.1 Сырғанау, ЭҚК-тің жиілігі және ротор ораманың кедергілері

Асинхронды қозғалтқыштың жұмыс істеу принципінен ротордың айналу жиілігі n₂ статор өрісінің айналу жиілігінен n₁ кем екендігін көреміз. Егер n₂=n₁  болса, онда орамасының орамдары статордың айналып тұрған магнит өрісінен қиылып өтпеген болар еді, демек ротордың орамасында ЭҚК индукцияланбас еді. Сол себептен ротордың орамасында I₂ тоғы да болмайды,  айналдырушы момент те болмайды.

Ротордың статор айналушы магнит өрісінен артта қалу дәрежесі сырғанау S арқылы сипатталады. Сырғанау S шамасы n₁ мен n₂ айырымының статор өріс жиілігіне қарағанда сылыстырмалы мәнімен анықталады

                                      (7.15)

бұдан                                 

Ротордың орамасында индукцияланған E ЭҚК-інің жиілігі мынадай

,                            (7.16)

яғни желістің жиілігі f₁ ЭҚК-і тайғанауға тура пропорционал өзгереді (тайғанау жиілігі деп аталады).

Жалпы (7.2) формула бойынша ротордың ЭҚК-і үшін алатынымыз

 

        (7.17)

 

мұндағы Е_2Қ –Қозғалмай тұрған ротордың ЭҚК- і.

Егер де ротордың орамасы статордың орамасына келтірілген болса, онда

                                                                            (7.18)

Сонымен негізгі магнит ағыны Ф_m берілген кезде айналып тұрған ротор орамасында индукцияланған ЭҚК қозғалмай тұрған ротордың ЭҚК-і Е_2Қ-мен сырғанау S көбейтіндісіне тең. Қозғалмай тұрған ротордың индуктивтілік сейілу кедергісі

X_2Қ=2πf₁L₂ ,

 мұндағы L₂-сейілу ағынымен анықталатын индуктивтік.

 Сейілу магнит ағыны негізінде ауамен өтетін болғандықтан, L₂-де тұрақты болады.

Демек, айналып тұрған ротордың индуктивтілік кедергісі

 

                    X₂=2πf₂L₂=2πf₁S L₂= X_2Қ S                                 (7.19)

 

тең болады немесе ротордың орамасы статордың орамасына келтірілген болса, онда

X^/₂=X^/_2Қ S.                                                                                  (7.20)

Яғни айналып тұған ротор орамасының индуктивті кедергісі қозғалмай тұрған ротордың индуктивті кедергісі X_2Қ мен тайғанау S көбейтіндісіне тең. Тоқтық ротор орамасының өткізгіштері бетіне ығысу құбылысын және ораманың активтік кедергісінің температураға байланысты өзгеруін есепке алмасақ, активтік R₂ кедергіні де тұрақты деп санауға болады. 

 

7.2.2 Ротордың электр қозғаушы күші мен тоғының теңдеулері

Ротордың тізбегі тұйықталған болса, онда I₂ тоғы ағады да, ол Ф_S2 сейілу магнит ағынын тудырады. Сонымен бірге, өз жолында кедергісін кездестіреді. Ротордың орамасында негізгі магнит ағыны тудыратын Е ЭҚК-і және сейілу магнит ағыны тудыратын. ЭҚК-і пайда болады. Кирхгофтың екінші заңы бойынша

Ė₂+Ė_S2=R₂İ₂

немесе

,            (7.21)

мұндағы Z₂=R₂+jX₂ –ротордың толық кедергісі.

Демек,        

 және                   (7.22)

Егер ротордың орамасы статордың орамасына келтірілген болса, онда

 және  .                 (7.23)

Ротордың орамасымен аққан I₂ тоғы ротор жиілігіне f₂ сәйкес келетін, роторға қарағанда n жылдамдықпен айналатын F₂ магниттеуші күшін тудырады. Ротордын өзі n₂ жылдамдықпен айналады. Сондықтан, ротордың F₂ МК-і статорға қарағанда n+n₂ жылдамдықпен айналады.

.

Сол себептен, , яғни ротордың F₂ МК-і кеңістікте әрқашанда (жұмыстың режиміне байланыссыз) статордың F₁ МК-і бағытымен және сол сияқты жылдамдықпен айналады.

 

 

 

8 Дәріс №8. Асинхронды қозғалтқыштың айналдырушы моменттері және қуаттары

         Дәрістің мазмұны:

- асинхронды қозғалтқыштың айналдырушы моменттер және қуаттары

            - асинхронды қозғалтқыштың энергетикалық диаграммасы

         Дәрістің мақсаты:

         Студенттерді  асинхронды қозғалтқышты желіге қосу әдістерімен;

         - асинхронды қозғалтқышты желіге қосу сұлбаларымен таныстыру.

8.1 Асинхрондық қозғалтқыштың электр желісін тұтынатын

активтік қуаты

Асинхрондық қозғалтқыштың электр желісін тұтынатын активтік қуаты мынаған тең

 

.           (8.1)

 

Векторлық диаграммадан  алатынымыз

 

;  .

 

Статорға берілетін активтік қуаттың түпкілікті өрнегі

 

,    (8.2)

 

мұндағы       р_Э1-статор орамасындағы электр шығындары;

                      р_М1-статор өзекшесіндегі магнитті шығындар;

 р_ЭМ-айналушы магнит өрісі арқылы ротор тізбегіне берілетін электрмагниттік қуат.

 

Қозғалтқыштың тұтынатын реактивтік қуаты үшін алатынымыз

 

                     (8.3)

 

Жоғарыда көрсетілген өрнектің аналитикалық түрленуінен кейін табамыз

 

.                   (8.4)

 

Яғни қозғалтқыштың электр желісінен реактивтік қуаты статор магнит өрісін тудыруға, статордың және ротордың өзекшелерін магниттеуге, сонымен бірге роторға оның орамасының магниттік сейілу өрісін тудыруға қажетті реактивтік қуатты беруге жұмсалады.

Энергияның асинхронды қозғалтқыштағы түрленуін және оның ішіндегі шығындарды энергетикалық диаграмма суреттейді.

                   

 

Р_Э2 – статор  орамасындағы электр шығындары;

                      р_МЕХ – ротордағы  механикалық шығындар;

                      р_ЌОС – басқа  қосымша шығындар.

 

Айналмалы магнит өрісінің электрмагниттік қуаты

 

 Р_ЭМ=Р₁-(Р_Э1+Р_М1) .                                  (8.5)

 

Статордан ротордың білігіне берілетін қуат

      

Р^/₂= Р_ЭМ –Р_Э2 .                                           (8.6)

 

Ротордың білігіндегі пайдалы механикалық қуат

 

Р₂= Р^/₂ –Р_МЕХ –Р_ЌОС .                                 (8.7)

 

Статор өрісінің бұрыштық жылдамдығын W арқылы, ал ротордікін W₂ арқылы белгілесек, онда

р_Э2=WМ;  Р^/₂=W₂М.                                      (8.8)

 

Демек, Р_ЭМ=Р_ЭМ-Р'₂=(Ω₁-Ω₂)М   бірақ та тайғанама S=(n₁-n₂)/n₁=(Ω₁-Ω₂)Ω₁ болғандықтан

р_Э2=W₁SМ=Р_ЭМ S.                                         (8.9)

 

Сонымен, ротор тізбегінің орамаларындағы шығындар айналмалы магнит өрісінің қуатын тайғанамаға көбейткенге тең.

Толық айналдырушы момент

                                    (8.10)

 

8.2 Асинхронды қозғалтқыштың айналдырушы моменті

 

Асинхронды қозғалтқыштың айналдырушы моменті (8.8)-теңдеуден

 

 табылады                      (8.11)

           Орынбасу жалғамадан (2.2.4-сурет) алатынымыз

Сондықтан               

 

(8.11)-теңдеуге I'₂² мәнін қойсақ, айналдырушы моменттің жалпы өрнегін табамыз

                  (8.12)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мұндағы Х₁+Х_2'=Х_Қ –қысқа тұйықталу индуктивтік кедергісі.

Момент М кернеудің квадратына U₁² пропорционал екендігі (8.12) теңдеуінен көрініп тұр, яғни кернеу төмендегенде асинхронды қозғалтқыштың жүктемелік қабілеті төмендейді.

Электр желісінің кернеуін тұрақты деп есептесек, онда момент тайғанамаға тәуелді болады, яғни М=f(S).

Қозғалтқыштың параметрлері R₁, X₁, X₂' және R₂' белгілі болған жағдайда сырғанау мәнін S=1 ден S=0 дейін өзгерте отырып, қозғалтқыштың механикалық сипаттамасын M=f(S) тұрғызуға болады. 

Қозғалтқышты жүргізген кезде S=1 болады да, жүргізіп жіберу моменті М_Ж пайда болады (а нүктесі), ары қарай болған кезде (в нүктесі) момент максимал мәніне жетеді. Қозғалтқыштың айналдырушы моменті арасындағы тепе-теңдік болғанда ротор тұрақты айналмалы жиілікпен жұмыс істейді (С нүктесі).

8.3 Асинхронды қозғалтқыштың жүргізіп жіберу, максимал және номиналды моменттері

8.3.1 Жүргізіп жіберу моменті М_Ж

 

М_Ж асинхронды қозғалтқыштың ең бір пайдаланушылық сипаттамасы болып табылады. Жүргізіп жіберуші моменттің мәні (7.39) теңдеуінен сырғанама S=1 болған кезде табылады,

             (8.13) 

 

теңдеуден болған жүргізіп жіберуші момент үшін көретініміз:

а) жиілік f₁ тұрақты кезде жүргізіп жіберуші момент статор кернеуінің квадратына тура пропорционал болады;

б) ротордың активтік кедергісі индуктивтік сейілу кедергісіне тең болғанда ең үлкен мәніне жетеді

.

Жүргізіп жіберуші момент, әдетте К_n=М_Ж‡Р/М_Н  қатынасымен өрнектеледі. Бұл қатынасты жүргізіп жіберуші моменттің еселігі деп атайды.

 

8.3.2. Максимал немесе аударылғыш моменті М_МАКС

Максимал немесе аударылғыш моменттің М_МАКС dM/dS туындысын алып, оны нөлге теңеп табамыз.

Табылған R₁²+Х_Қ²=R₂^'2/S_m² теңдеуден максимал моментке сәйкес келетін S_m тайғанаманы анықтаймыз. Оның мәнін

   -теңдеуге қойып, максимал моменттің өрнегін аламыз

.                       (8.14)

       

 (8.14)-теңдеуден максимал момент үшін шығатыны:

а) жиілік f₁ мен қозғалтқыштың көрсеткіштері берілген жағдайда максимал момент статор кернеуінің квадратына тура пропорционал;

б) ротор тізбегінің активтік кедергісіне тәуелді болмайды;

в) ротор тізбегінің активтік кедергісі неғұрлым үлкен болса, соғұрлым үлкен тайғамада максимал момент пайда болады.

Сонымен, ротор тізбегінің активтік кедергісін өсірген кезде максимал момент шамасын өзгертпей, сырғанаманың үлкен мәнді аймағына қарай жылжиды (8.3-сурет).

8.3-суретте моменттің төрт қисығы ротор тізбегіндегі қосымша активтік кедергілердің R_ЌОС. әртүрлі төрт мәнінен сәйкес келеді, I-қисық R_ЌОС=0 болған кезде алынады (табиғи сипаттама). R_ЌОС шамасын тандап алу үшін электр жетектің талаптарына сәйкес қажетті жүргізіп жіберуші моменттің шамасымен анықталады. Жүргізіп жіберуші моменттің шекті шамасы максимал моментке тең. Бұл кезде S_m=R₂+R_ЌОС/Х_Қ=1, осыдан М_Ж=М_МАКС. Жағдайы үшін R_ЌОС=X_Қ-R₂ –ны анықтауға болады. Ротор тізбегіне реостатты қосқанда, жүргізіп жіберуші токтың да шамасы азайтылады.

Айналдырушы моменттің мәні максимал моментке жеткен кезде қозғалтқыштың орнықты жұмыс істейтін ережесі шегіне жетеді. Сол себептен, қозғалтқыш орнықты жұмыс істеуі үшін айналдырушы момент максимал моменттен аз болуы керек. Басқа сөзбен айтқанда, қозғалтқыш асқын жүктеме қабілетке ие моментке қатынасымен анықталады.

Асқын жүктеме коэффициенті

.                          (8.15)

 

 

8.3.3 Асинхрондық қозғалтқыштың нақтылы (номинал) моменті

Асинхрондық қозғалтқыштың нақтылы (номинал) моменті нақтылы (номинал) тайғанама кезінде және біліктегі жүктеме нақтылы (номинал) мәніне тең болғанда пайда болады.

Нақтылы (номинал) момент мына формуламен табылады

 

,                                                (8.16)

 

мұндағы Р_Н-қозғалтқыштың нақтылы (номинал) қуаты, Вт;

                n_2Н –ротордың нақтылы (номинал) айналу жиілігі.

8.4 Асинхронды қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамалары

Асинхронды қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамалары деп айналу жиілігінің n₂, тудырылатын айналдырушы моменттің М, қуат коэффициентінің Cosf₁ және пайдалы әрекет коэффициентінің η қозғалтқыштық білігіндегі пайдалы активтік қуатқа Р₂ тәуелдігін айтады.

А) Ротордың айналу жиілігі

Бұрын тапқан ротордың айналу жиілігі n₂=n₁(1-S).

Екінші жағынан S=P_Э1/Р_ЭМ, яғни тайғанама сан бойынша ротор орамасындағы қуат шығынының қозғалтқыш тудыратын электромагниттік қуатқа қатынасына тең.

Бос жүріс ережеде ротор орамасындағы қуат шығыны р_Э2 электромагниттік қуат Р_ЭМ-мен салыстырғанда өте аз болады, сол себептен S=0 ал n₂≈n₁. Жүктеме өскен сайын қатынасы да өседі, бірақ пайдалы әрекет коэффициентінің мәнін жоғары ұстау үшін ол қатынас нақтылы (номинал) жүктеме кезінде 2-3 % -дан аспайды.

 

 

 

 

n₂=f(P₂) тәуелділігі абсцисса осіне шамалы көлбеу орналасқан қисық түрінде болады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         9 Дәріс №9. Асинхронды қозғалқышты орнынан қозғау

Дәрістің мазмұны:

-         қысқа тұйықталған асинхронды қозғалтқышты жіберу;

- ротордың тізбегіне қосымша активтік кедергіні қосу арқылы фазалы     асинхронды қозғалтқышты жіберу.

         Дәрістің мақсаты:

Студенттерді қысқа тұйықталған асинхронды қозғалтқышты жіберу мен   асинхронды қозғалтқышты  электр желісіне тікелей қосумен таныстыру.

Асинхронды қозғалтқыш орнынан қозғалу үшін оның пайдалы болған жүргізіп жіберу моменті біліктегі тартпа механизмдердің (станок, насос, т.б.) қарсылас моменттерінен көп болу керек.

Екінші жағынан, жіберу токтың мәні белгілі мөлшерден аспау керек, өйткені электр желісінің кернеуі төмендеп кетеді де, бұл жағдай басқа электр тұтынушылардың жұмысына зиян келтіреді.

Қысқа тұйықталу роторлы асинхронды қозғалтқыштың жіберу тоғының мәнін азайту үшін статор кернеуін азайтуымыз керек. Бірақ, бұл жағдайда, жүргізіп жіберу момент кернеудің квадратына сәйкес азайып кетеді.

Жіберудің ауыр жағдайларда қалыптағы қысқа тұйықталуы асинхронды қозғалтқыштың жеткілікті жүргізіп жіберу моменті номинал кернеу болып тұрғанда да жетіспейді. Бұл жағдайда не фазалы асинхронды қозғалтқыш, не арнаулы белгіленген – екі торлы және терең ойықты қозғалтқыштар қолданады.

 

9.1 Ротордың тізбегіне қосымша активтік кедергіні қосу арқылы фазалы асинхронды қозғалтқышты жіберу

Қозғалтқыш орнынан қозғалғанда жіберу ток номиналды токтан 6-7 есе үлкен болады. Бұл жағдайда, кернеудің төмендеуімен бірге қозғалтқыштың өзінде едәуір динамикалық күш пайда болады. Жіберу кездегі токтың ырғуын төмендету үшін ротордың тізбегіне реостатты (активтік кедергі) қосады. Реостат қосылғанда ротордың кедергісі R₂+R_P тең болады.

                                                 (9.1)

Жүргізу момент ең үлкен M_eq мен ең аз М_аз мағынада өзгереді. Бұл моменттер шеңбер диаграммада токтар мен тайғанауларды белгілейді. Жіберу сатылардың саны m –ге тең. Бірінші сатыда сырғанау S=1 –ге тең, ал момент M_eq  болу үшін мына жағдай орындалу керек

.                                          (9.2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.1– суретте m=4 кездегі үлгі-өнеге келтірілген. Суретте механикалық сипаттамалардың тұқымдастары көрсетілген. Қисық І –ге сәйкес жіберу момент M_ey-басталады да, екпін басталғаннан кейін азаяды. M_ea–ға момент жеткенде жіберу реостаттық бір сатысы жұмыстан шығады. Ақырында, жаратылыс (R_P=0) сипаттамаға шаққанда қысқа тұйықталу қозғалтқыш сияқты болады. Сатыдан сатыға көшкенде момент M_ea номинал момент М_НОМ (механизмнің қарсылас моментіне тең) көп болу керек, ал жіберу ток ұйғарған мағынадан аспау керек.

 

9.2 Қысқа тұйықталған асинхронды қозғалтқышты жіберу

  9.2.1 Электр желісіне тікелей қосу

Электр желісіне тікелей қосу ең жеңіл және ең арзан (жіберу аппаратураның жоқтығынан) қысқа тұйықталу асинхронды қозғалтқыштың жіберу әдісі. Қазіргі уақытта осы жіберу әдісі  кең қолданылады. Бірақ та, бұл жағдайда тоқтың ырғуы үлкен болады да  (6-7 І_НОМ ), электр желісінің жұмысына кедергі жасайды (кернеуін төмедетеді).

 

9.2.2    Кернеудің төмендеуі кезінде жіберу

Жіберу кезде статордың тізбегіндегі кернеуін төмендетудің бірнеше түрі бар.

А) статордың орамасын “жұлдыз” қосу сұлбадан “үшбұрыш” қосу сұлбаға аудару арқылы қозғалтқышты жіберу.

Жіберген кезде аударғыш 2 ”U”  қалпында тұрады да, статордың орамасы “жұлдыз” сұлба бойынша қосылады. Бұл жағдайда статордың фазалы кернеуі 3-ке темендейді. Сонымен қатар, линейлі ток фазалы токқа тең, ал “үшбұрыш” сұлба бойынша қосылғанда линейлі ток 3-ке фазалы токтан үлкен. Сондықтан жіберу ток электр желісіне тік қосқанға қарағанда 3 есе азаяды. Ротордың айналу жиілігі номиналға жақындағанда аударғышты “D” қалпына аударады.

Көрсетілген әдістің кемшілігі: фазалы кернеуді 3-ке төмендеу жіберу моментті ()²=3-ке төмендетеді, себебі ол кернеудің квадратына пропорционалды.

Б) реактор (индуктивтік кедергі) арқылы қозғалтқышты жіберу

Электр желісі және статордың арасына қосылған реактор сейілу индуктивтік  кедергісі арқылы жіберу токты азайтады. Формула  көрсетіп тұр: жіберу момент тоқтың квадратына пропорционалды, яғни жіберген кезде төмендейді.

Қосудың тәртібі: аударғыш 2 ажырап тұрған кезде аударғыш 1-ді бекітеміз. Электр желістен статордың орамасыны ток реактор  Р  арқылы өтеді. Статорға жететін кернеу.

Ротор айналғаннан кейін ток азаяды. Енді аударғыш А2 бекітсек статор желістің толық кернеуіне қосылады.

Көрсетілген әдістің кемшілігі: қозғалқыштың жіберу моменті (U_C/U_Ж)² есе азаяды.

 

,

 

 мұндағы I ^/_ЖІБ –реактор арқылы жібергенде статордың жіберу тоғы;

 

К_Р=0,6-0,65.

мұндағы jX_P – реактордың индуктивтік кедергісі.

 

 

 

10 Дәріс №10. Үшфазалы асинхронды қозғалтқыштың айналу

жиілігінің өзгертуін реттеу

Дәрістің мазмұны:

 - айналу жиілігінің өзгертуін реттеу тәсілдері;

- статор магнит өрісінің жиілігін өзгерту арқылы ротордың

  айналу жиілігін реттеу;

     - сырғанаудың қуатын қолданбай ротордың айналу жиілігін реттеу.

 Дәрістің мақсаты:

Студенттерді үшфазалы асинхронды қозғалтқыштың айналу жиілігінің өзгертуін реттеу жұмысымен таныстыру.

10.1 Айналу жиілігінің өзгертуін реттеу тәсілдері

Бір қатар өнеркәсіп салалары қозғалтқыштың реттеу сипаттамалары және жылдамдықтан өзгерту диапазоны жағынан өте жоғары талап қояды.

Қозғалтқыштардың реттеу сипаттамаларын ұлғайтуға едәуір жұмыстар істеліп жатыр. Жартылай өткізгіштер саласындағы жеткізгіштерге сүйеніп, соларды қолданып, жоғары экономикалық жылдамдықты реттеушілер, жартылай өткізгіштерден құрылған ток және кернеу коммутаторлар жасалып жатыр. Бұл жағдайлар бірқатар сапаларда тұрақты ток қозғалтқыштарды айнымалы ток қозғалтқыштарға алмастыруға жағдай туғызды.

Ротордың айналу жиілігінің формуласынан   

реттеудің үш жолы көрініп тұр:

а) электр желісінің жиілігін f₁-ді өзгерту;

б) магнит полюстардың жұп сандарын р өзгерту;

в) тайғанау S-ті өзгерту.

Жиілік f₁-ді өзгерту үшін жиілік өзгерткіш арқылы желістің тұрақты жиілік статор кернеуінің ауыспалы жиілігіне алмастыру.

Полюстардың жұп сандарын өзгерту үшін статорда әртүрлі полюс саны бар орамаларды орналастырады немесе бір полюсті  аударғыш ораманы (оның бөлек мүшелері әртүрлі полюстер санға қосылуы мүмкін) қолданады.

Тайғанауды өзгерту екі түрге бөлінеді:

а) бірінші әдістер кезінде тайғанау қуат P_S=SР_ЭМ ротордың тізбегінде жылу ретінде бөлініп шығады (желістің кернеуінің мәнін өзгерту; ротордың тізбегіне қосымша активтік кедергіні қосу);

б) екінші әдістер кезінде тайғанау қуаттың негізгі бөлімшесі пайдалы қолданады (ротордың тізбегіне қосымша тайғанау ЭҚК–ті Е  электр және электрмеханикалық каскадтар арқылы кіргізу).

 

10.2 Статор магнит өрісінің жиілігін өзгерту арқылы ротордың

  айналу жиілігін реттеу

10.2.1 Электр желісінің жиілігін өзгерту арқылы айналу

жиілігін реттеу

Желістің жиілігін  f₁ өзгерту үшін қозғалтқышты тәуелсіздік жиілік өзгерткіш арқылы қамтамасыз ету керек. Мұнда өзгерткіш ретінде қазіргі уақытта жартылай өткізгішті жиілік өзгерткіш қолданады.

Негізгі мынадай реттеу жағдайлар бар:

а) тұрақты момент кезінде, яғни M = Const кезде;

б) біліктегі тұрақты қуат кезінде, яғни P = Const кезде.

 

Механикалық сипаттамалардың қаталдығы жоғары болу үшін және жеткілікті жүктеу қасиетті сақтау үшін токтың жиілігі f₁-мен бірге статор кернеуін U_С да сәйкес өзгертіп тұру керек, яғни магнит өрісі тұрақты болу керек (Ф= U_С/К f₁= Const).

Жиілік және моменттің тәуелдігіне қарай кернеудің өзгерту заңы мынадай болады

  ,                                                          (10.1)

мұнда жиілік сәйкес кернеу және момент.

Егер де қозғалтқыштың білігіндегі момент тұрақты болса, онда

                                                     (10.2)

яғни қозғалтқыштың кернеуі жиілікке пропорционалды өзгеру керек.

Қозғалтқыштың білігіндегі қуат тұрақты болғанда момент жиілікке қайта пропорционалды, яғни M^//M=f₁/f₁^/. Бұдан шығатын кернеу өзгерту заң

.                                                 (10.3)

Жиілік өзгерту арқылы реттеу қозғалтқыштардың тобын реттеу кезде қолданады (мысалы, тоқыма тармақта). Бұл реттеу түрі жылдамдықты кең диапазонда (10:120:1)  ырғақты өзгертуге мүмкіншілік береді.

10.2.2 Статор орамасының полюстер санын өзгерту арқылы ротордың айналу жиілігін реттеу

Мұндай әдіс көп жылдамдықты деп аталатын арнайы асинхронды қозғалтқыштарға қолданады. Көп жылдамдықты қозғалтқыштар жылдамдықты баспалдақты (сатылы) өзгерткен кезде қолданады (металл өңдеу станоктар, лебедкалар, т.б.)

Полюсті – аударғыш ораманың жалғауы полюстердің санын 2:1 қатынасқа өзгерткенде өте жеңіл болады (10.1-сурет).

 

Екі секция бір ізбен қосылғанда магнит өрісі төрт полюсті құрады (10.1 а – сурет); екі секцияны параллельді қоссақ, онда магнит өрісі екі полюсті құрайды (10.1 б-сурет).

Егер де статорда осындай екі ораманы орналастырсақ, онда төрт жылдамдықты қозғалтқыш болады. Мұндай қозғалтқыштар басқа сондай қуаты бар жалпы өнеркәсіп қозғалтқыштарға қарағанда көлемі және бағасы асырыңқы болса да кең қолданылады.

10.3 Сырғанаудың қуатын қолданбай, ротордың айналу жиілігін реттеу

 Қысқа тұйықталған қозғалтқыштың статор кернеуін өзгерту арқылы, ал фазалы қозғалтқыштың ротор тізбегіндегі активтік кедергіні өзгерту арқылы ротордың жылдамдығын реттеуге болады.

10.3.1.Статор кернеуін өзгерту арқылы ротордың айналу жиілігін реттеу
.

 

Асинхронды қозғалтқыштың айналдыру моменті кернеудің квадратына пропорционал болғандықтан, кернеу өзгерген кезде механикалық сипаттама да өзгереді, ал ол тайғанауды өзгертеді.

Тұрақты жүктеу момент кезінде, яғни M=Const, сырғанау кернеудің квадратына қайта пропорционал S≡1/U₁²; кернеулерге U_1НОМ; 0,85U_1НОМ; 0,7U_1НОМ –дарға сырғанаулар S₁, S₂, S₃ сәйкес (10.2.б-сурет).

Бұл әдістің кемшіліктері: жылдамдық өзгеруінің енсіз диапазоны; ротордың тізбегінде қуат шығындарының өсуі. Сол себептен бұл әдіс негізінде аз қуатты қозғалтқыштарға қолданады.

10.3.2 Ротордың тізбегіндегі активтік кедергіні өзгерту арқылы

 ротордың айналу жиілігін реттеу

Жалғаудың түрі жіберу кездегі жалғаудың түрінен айнымайды, бірақ бұл жағдайда реостат тек жіберу ережеде ғана емес, барлық реттеу процесі кезінде жұмысқа қосылып тұрады.

Ротор тізбегіндегі реостат тайғанауды үлкейтеді. Егер де реостат жоқта тайғанау –қа тең болса, реостат барда тайғанау  –қа тең болады.

Осылай (синхронды жылдамдықтан төмен қарай) ротор жылдамдықтың сатылы өзгеруі реттеледі.

Реостаттағы қуат шығыны  қозғалтқыштың пайдалы қуат коэффициентін төмендетеді. Тайғанаудың бір процентке төмендеуі ЭҚК –ті де бір процентке төмендетеді. Осыдан ротор тізбегіндегі активтік кедергіні өзгерту арқылы жылдамдықты реттеу әдісінің экономикалық емес екендігі көрініп тұр.

Қазіргі уақытта жартылай өткізгіш техниканың дамуына қарай реостаттың орнына токтың тиристор реттеушілері кең қолданатын болды. Бұл жағдайда жылдамдықты ырғақты өзгертуге болады.

11 Дәріс№11. Синхронды машиналар

Дәрістің мазмұны:

- синхронды машиналардың түрлері және олардың құрылысы;

- синхронды машиналардың магнит өрістері және параметрлері;

 - бойлық және көлденең статор реакциялары;

Дәрістің мақсаты:

Студенттерді синхронды машиналардың түрлері және олардың құрылысы;

- бойлық және көлденең статор реакцияларымен таныстыру.

11.1 Синхронды машиналардың магнит өрістері және параметрлері

 11.1.1 Қоздыру орамның магнит өрісі және параметрлері

Синхронды машинаның статор орамасында қоздыру ораманың магнит ағыны ЭҚК Е-ні индукциялайды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Статордың бетіндегі қоздыру өрістің индукциясының таратылғанын 11.1б-суретте 1 көрсетеді. Қисық В_d негізгі (қисық 2) және жоғары гармоникаларға (қисық3) бөлекшенеді де, олар статор орамасында негізгі және жоғары ЭҚК-тердің гармоникаларын индукциялайды.

Бірінші бөлімде айтылған әрекеттерді қолдану арқылы жоғары гармоникалар басылады. Сол себептен тек негізгі гармоника есепке алынады, оған сәйкес ротор мен статордың арасындағы өзара индукция ағыны ретінде қоздыру өрістің негізгі гармоникасы есептеледі.

Өріс қисығының форма коэффициенті

                                                .                                                    (11.1)

Бір полюске қоздыру ораманың магниттеуші күші

                                                                                                (11.2)

мұнда W_Қ – қоздыру ораманың орамдылар саны;

 I_Қ – қоздыру ток.

 

Бойлық және көлденең статор реакциялары

Статор орамасы арқылы ток аққан кезде (жүктеу пайдалы болғанда) магнит өрісі құрылады. Бұл магнит өрісі статордың реакция өрісі деп аталады. Статор реакциясы синхронды машиналардың сипаттамаларына және жүріс-тұрысына үлкен әсер етеді.

Айқындалған полюсті синхронды машинаның роторы симметриясыз болғандықтан, статор реакциясын бойлық және көлденең біліктегі әрекеттерге бөліп қарау керек. Бұндай әдіс екі реакция әдісі деп аталады.

Синхронды машинаның шығындары және пайдалы әрекет коэффициенті (ПӘК)

Синхронды машинадағы энергия өзгерістері энергия шығындарымен байланысты. Шығындардың барлық түрлері тұрақты және айнымалы шығындарға бөлінеді.

Тұрақты шығындар магнит шығындар мен механикалық шығындар қосындысына тең, ал айнымалы шығындар орамадағы электр шығындармен қоздыруға кететін шығындар қосындысына тең.

Статор өзекшесіндегі магнит шығындары, Вт:

                                   (11.3)

Ток жиілігі 50Гц болғанда статор өзекшесінің арқасындағы және тістеріндегі магнит шығындары, Вт:

; ,     (11.4)

мұндағы р_1/50, р_20/50 – статор өзекшесінің арқасындағы және тістеріндегі шығындары, Вт/кг;

В_а1, В_Я1 – статор өзекшесінің арқасындағы және тістеріндегі индукциялары, Т;

G_а1, G_Я1 – статор өзекшесінің арқасындағы және тістеріндегі салмақтары, кг.

Айналмалы тіректегі қажалуға және машинаның желдетуге кететін шығындардың қосындысы механикалық шығындағыға тең

,                             (11.5)

мұндағы  - ротордың бетіндегі айналма жылдамдық, м/с;

l₁- өзекшенің ұзындығы.

Статор ормасындағы электр шығындар, Вт:

.                                          (11.6)

Қоздыруға кететін шығындар, Вт

,                              (11.7)

мұндағы η_Қ =0,8–0,85 қоздырушының ПӘК-і.

Синхронды машинадағы қосымша шығындар пульсация шығындар мен жүктеу шығындардан қосылады. Әдеттегі, қосымша шығындар қуаттың 0,5%-ына тең деп алынады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Синхронды машинадағы шығындар қосындасы, кВт

 

.

Синхронды генератордың пайдалы әрекет коэффициенті

                                   .                                                      (11.8)

Синхронды козғалтқыштың  пайдалы әрекет коэффициенті

.                                           (11.9)

Синхронды машинаның ПӘК- і қалай жүктеуде I₁, солай жүктеудің мінезінен () ден тәуелді. Синхронды машинаның ПӘК-інің жүктеуден және қуат коэффициенттен тәуелділігі 11.2-суретте келтірілген.

 

11.2 Синхронды генераторлардың параллельді жұмыс істеуі

11.2.1 Генераторларды параллельді жұмысқа қосу

Электрстанцияларда желіге бірнеше генераторды параллельді қосады. Бұл тұтынушылардың энергожабдықтауының сенімділігін көтереді және электржабдықтың сенімді күтуін ұйымдастыруға көмектеседі.

Электр станциялар өздерінің кезегінде параллельді жұмыс істеу үшін қуатты энергожүйелерге біріктіріледі. Желінің қуаты генератордың қуатына қарағанда әлдеқайда көп.

Осы себептен желінің кернеуі U_Ж және f_Ж  тұрақты генератордың тіреуінен тәуелсіз болады.

Генераторды параллельді жұмысқа қосқан кезде статор тоғының сырғуын кеміту жағдайын қамтамасыз ету керек, әйтпесе релейлі қорғаныс істеп қалады немесе генератор мен турбина сынып қалуы мүмкін.

Егер де желінің және генератордың кернеулерінің жылдамдық мағыналары тең болса, онда генераторды желіге қосқан кезде статор тоғы нөлге тең болады

 

                               (11.10)

 

Теңдік (11.10) орындалу үшін келесі жағдайлар орындалу керек:

а) желіге қосқан кезде генератордың кернеуі сол желінің кернеуіне тең болу керек (U_Г=U_Ж);

б) генератордың жиілігі желінің жиілігіне тең болу керек (f_Г=  f_Ж);

в) генератордың фазаларының тізбектілігі желінің фазаларының тізбектілігіндей болу керек.

Генераторды желіге қосқандағы істі тындыру жиынтықты синхронизация деп атайды. Синхронизация кезінде алдымен ротордың номиналды айналу жиілігін орнатады, яғни f_Г= f_Ж тендікті орындайды: одан кейін қоздыру тоқты өзгертіп, U_Г=U_Ж теңдікті орындайды. Синхронизацияны арнаулы өлшеу аспаптар - лампалық және тілдік синхроноскоптар арқылы өткізеді. Лампалы синхроноскоптар қуаты аз генераторлардың синхронизациясына қолданады. «Өшіру» сұлба бойынша лампаларды қосқанда (11.3-сурет) синхронизация моменті барлық лампалар өшкен  кезге сәйкес болады. Жиілік -пен өзгеріп тұрған кернеу ΔU=U_Г-U_Ж  әрбір лампаға әрекет етеді.

Кернеу ΔU нөлге жақындағанда, яғни лампалар өше бастағанда генераторды желіге қосады.

Үлкен қуатты генераторлардың синхронизациясын тілдік синхроноскоп арқылы өткізеді. Бұл синхроноскоптар айналма магнит өрісінің негізімен істейді.

Жиіліктер f_Г=f_Ж болған кезде өлшеу аспаптың тілі нөлді көрсетеді, ал сол кезде генераторды желіге қосу керек.

Қазіргі уақытта электрстанцияларда ең көп тараған синхронизация әдісі– «өрескел» синхронизация.

Алдымен (ротордың қоздыру орамасында тұрақты ток жоқ кезінде), қозғалтқыш арқылы роторды синхронды жылдамдыққа жақындатады да, статорды желіске қосады. Қосқаннан кейін ротордың қоздыру орамасына тұрақты токты жібереді. Осы ток арқылы пайда болған қоздыру ағыны статор тогымен өзара әсер арқылы роторды синхронизмге тартады. Генераторды

 

 

 

желіске қосқан кезде ЭКК нөлге тең болғандықтан (генератор қоздырылмаған), желістің кернеу әрекеті арқылы статор орамасында токтың ырғуы байқалады да, ротордың білігінде механикалық тырысу пайда болады. Токтың ырғуы 3,5 I_НОМ аспауы керек, бұл жағдай жаттығуда үнемі орындалады. «Өрескел» синхронизация әдісінің артықшылығы - аз уақыт алуы.

 

Моменттің негізгі бөлімшесі кернеу U₁-ден ғана емес, ЭКҚ Е-ден да тәуелді болады, яғни ротордың магнит өрісінен және бұрыш Ө -дан (11.5 – сурет, қисық I).

Егер де статор қоздырылмаған болса (Ф=0), онда моменттің негізгі бөлімшесі М_НЕГ=0.

Моменттің реактивтик бөлімшесі магнит өрісінен тәуелсіз, яғни қоздыру ток жоқта да пайда болады; ол -ге пропорционалды. Бұл бөлімше пайда болу керек () және статордың орамына желі кернеу берілуі керек.

Синхронды машинаның тиеуі өскен сайын бұрыш Ө-да өседі, яғни электрмагнитті момент өзгереді. Р_ЭМ және М_ЭМ бұрыш Ө-дан тәуелділігі синхронды машинадан бұрыштық мінездемелері деп аталады.

Нәтижелі момент М_НАТ=М_НЕГ+М_РЕАК негізгі моменттің М_НЕГ және реактивтік моменттің М_РЕАК ординаттарының мағыналарының қосындысына тең болады. Электромагнитті моменттің максимал мағынасы М_МАКС бұрыш Ө=Ө_КР  кезінде болады.

Айқындалмаған полюсті машиналарда М_реак=0, сондықтан бұрыштық мінездемесі синусоида болады, ал Ө _КР=90 эл.град.

Синхронды машинаның статикалық тұрақтылығын және жүк тиелетін қабілетін бағалауға бұрыштық мінездеменің үлкен мәні бар.

Статикалық тұрақтылық – сыртқы айналдыру және тормозды моменттер өзгерген кезде синхронды машина өзінің жиілік айналуын сақтау деп білеміз.

Статикалық тұрақтылық тек М<М_МАКС сәйкес Ө бұрыштар кезінде қамсыздандырылады.

θ

Бастапқы қозғалтқыш синхронды генератордың роторына сыртқы моментті (М_СЫР) табыс етеді. Бұл жағдайда полюстардың білігі қосымды магнит ағысының білігіне қарай бұрыш Ө-ға ығымдайды да, электромагнитті моментті құрады. Бұл момент сыртқы моментке тең болады. Егер де сыртқы момент өссе, онда ротор тездетіледі де, бұрыш  Ө жаңа мағынасы (Ө + Ө )- ға дейін үлкейеді. Бұрыш Ө - ның үлкейгені моментті М+ΔМ мағынасына дейін үлкейтеді; сол себептен моменттердің теңістілігі қалпына келеді.

Бірақ егер де генератордың жұмысы бұрыш Ө >π/ 2 кезінде болса, онда бұрыш Ө -нің үлкеюі моменттің мағынасын М-ΔМ-ге дейін төмендетеді. Моменттердің теңістілігі бұзылады да, ротор ары қарай жылдамдатылады, бұрыш Ө тағы да үлкейеді. Сонымен қатар, артық моменттің күші мен ротордың айналу жиілігі үлкейе береді де, генератор синхронизмнен шығып кетеді. Бұл жағдай авариялық ережеге жатады, себебі статордың тоғы айқын өсіп кетеді және электр жүйенің жұмысына зиян келтіріледі.

Жоғарыда айтылғанға қарай қорытынды шығады: синхронды машина орнықты жұмыс істейді, егерде dM/d>0 болған кезде; неғұрлым бұрыш Ө аз болса, соғұрлым машинаның орнықты қоры көп.

 

 

 

 

 

12 Дәріс №12. Синхронды қозғалтқыш және синхронды      компенсатор

 Дәрістің мазмұны:

-         синхронды қозғалтқыштың жұмыс істеу принципі;

   - синхронды қозғалтқыштың U- сияқты және жұмыс

 мінездемелері;

Дәрістің мақсаты:

Студенттерді синхронды қозғалтқышты орнынан жіберу,

 - синхронды қозғалтқыштың жұмыс істеу принципімен таныстыру.

12.1 Синхронды қозғалтқыштың жұмыс істеу принципі

 

 

 

Синхронды машина желістен электрэнергияны алып, оны механикалық энергиясына ауыстырса, онда бұл машина қозғалтқыш ережеде жұмыс істейді.

Егер де синхронды машинаның білігіне тормозды моментті қоса тіркесек, яғни ротордың айналуына қарсы тиеу моментті, онда ЭҚК-тің Ė векторы, бос жүріс ережеге қарағанда  бұрышқа қалу жағына ығысады. Статордың тізбегінде нәтижелі ЭҚК  пайдалы болады, ол статордың орамасында ЭҚК DĖ –ден фаза бойынша 90° қалатын ток İ₁ құрады. Ток İ₁ ротормен синхронды айналатын магнит өрісті тудырады. Оның білігі d^/-d^/ ротор полюстарының d-d бойлық білігіне қарай θ бұрышқа ығысады. Сол кездегі магнит әрекеттестік күштердің тангенциалды құрамасы  (12.1-сурет) роторды айналдыратын электрмагнит моментті (М_ЭМ) құрады. Бұл момент статордың айналмалы магнит өрісімен бір жаққа бағыттылған және ол роторды синхронды айналу жиілігі -мен айналдырады. Электрмагнит момент бос жүріс моменттен (М_С) асып, пайдалы моментті (М_П) құрады. Осы пайдалы моменттің әрекетімен өндіріс механизмдер жұмысқа қосылады.

 

М_ЭМ=         М_О+М        _П.                                            (12.1)

 

Синхронды қозғалтқыштың бұрыштық мінездемелерінің генератордың бұрышты мінездемелерінен  айырмашылығы - бұл мінездемелер координат біліктегі үшінші квадратында жатады және бұрыш θ мен момент М теріс мағыналы болады.

Максималды моменттің номиналды моментке қатынасы синхронды қозғалтқыштың аса жүктеме қабілеттілігін белгілейді.

                                                     .                                                   (12.2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Әдетте аса тиеу қабілеттік  болғандықтан, қозғалтқыштың номиналдық тиеу кезінде синхронды қозғалтқыштың роторы тек синхронды жиілікпен n₂=60f₁/p айнала алады. Егер де ротордың айналуы n₂<n₁ болса, онда уақыттың бір мезгілінде ротордың магнит полюстары статордың айнымалы магнит өрісінің бір атты полюстардың қарсысына орналасады да, олар бір-бірін итеретін болады. Сонда ротор айнымалы электрмагнит моменттің тұрақты әрекеті жоғалғандықтан, тоқтап қалады.

 

12.2 Синхронды қозғалтқыштың U- сияқты және жұмыс  мінездемелері

Желінің кернеуі U_Ж өзгермей тұрғанда, синхронды қозғалтқыштың нәтижелі магнит өрісі тұрақты болады. Сол себептен қоздыру МК F_Қ өзгерген кезде статордың МК F_а –ның өзгерісі тек олардың қосымша әрекеттері нәтижелі магнит өрісті өзгертпейтін болу керек. Бұл ток I дің мағынасы мен фазасы өзгеруі арқылы өтеді , яғни статор тоғының реактивтік I_d құрамының өзгеруі арқылы. Қоздыру ток I_Қ үлкейген кезде ротордың МК F_Қ үлкейеді ,ал статордың МК F_а азаяды.

Сол себептен статордың толық тоғы  İ₁=İ_а+İ_d  азаяды, ал қуат коэффициенті  үлкейеді. Қоздыру ток кейбір мағынасында статор тоғының индуктивтік құрамын нөлге дейін төмендетеді. Статор тоғы таза активтік болып қалады, ал =1-ге болады.

Қоздыру ток I_ҚНОМ-дан асқаннан кейін ток I₁ үлкейе бастайды, бірақ та енді токтың сыйымдылық  құрамы өседі.

Синхронды қозғалтқыштық статор тоғының қоздыру токтан тәуелділігі U- сияқты мінездемелерден келтірілген.

Синхронды қозғалтқыш реактивтік генераторы болады: желіге қарай индуктивтік – қоздыру жетпегенде және желіге қарай сыйымдылықты – қоздыру асқан кезде. Синхронды қозғалтқыштың осы қасиеті өте бағалы, сол себептен бұл қасиет электржабдықтардың қуат коэффициенттерін үлкейтуге қолданады.

Синхронды қозғалтқыштың жұмыс мінездемелері дегеніміз айналу жиіліктің n₂ , тұтыну қуаттың Р₁, пайдалы моменттің М₂, қуат коэффициенттің  және статор тоғының I₁ пайдалы қуат Р₂ ден тәуелділіктері.

Ротордың айналу жиілігі n₂ тұрақты болғандықтан,  мінездеме n₂=f(P₂)- абсцисс білігіне параллельді түзу сызық. Ротордың білігіндегі пайдалы момент M₂=f(P₂/n₂) болғандықтан мінездеме М₂=f(P₂) координат басынан шыққан түзу сызық. Желіден алынатын қуат Р₁=Р₂+Р, ал біліктегі тиеу өскенде қуат шығындар да Р өседі. Сол себептен мінездеме P₁=f(P₂) жоғары жаққа кішкене қисаяды. Мінездеме бос жүріс ережедегі қозғалтқыштың қоздыру мінезіне тәуелді болады. Егер де  тең болса, онда тиеу өскенде  азаяды. Статор тоғы , ал қозғалтқыштың білігіндегі жүктеме өскенде,  азайғандықтан тез өседі. Синхронды қозғалтқыштың асыра жүктеме қабілеттігі тең , ал θ_НОМ=20°÷30°  болғандықтан К_П=2-3.

 

12.3 Синхронды қозғалтқышты орнынан жіберу

Ротордың едәуір инерциясы болғандықтан (ротордың салмағы 400 кг дейін жетеді), статордың айналма өрісі оны бірден еліктіріп әкете алмайды, сол себептен қозғалтқышты желіге қосу арқылы орнынан жіберу мүмкін емес. Статор өрісінің айналу жиілігі лезде орнайды, сол себептен статор мен ротор арасында тұрақты магнит байланыс пайда болмайды. Синхронды қозғалтқышты орнынан жіберу үшін арнаулы әдістер қолданады. Олардың маңызы: алдымен роторды синхронды айналу жиілігіне жақындатады. Бұл жағдайда статор мен ротордың арасында тұрақты магнит байланыс пайда болады.

Қазіргі уақытта синхронды қозғалтқышты орнынан жіберудің негізгі әдісі – асинхронды жіберу. Бұл әдісті тек ротор полюстарының ұштықтарында жіберу орама (клетка) болғанда ғана пайдалануға болады (12.5). Алдымен қоздырылмаған қозғалтқышты желіске қосады. Үшфазалы статор орамасын желіге қосқанда, айналмалы магнит өрісі пайда болады. Бұл өріс ток I₂ -ні тудыратын ЭҚК –ті индукциялайды. Ал ток I₂ статордың өрісі мен әрекеттестік арқылы механикалық күш F_ЭМ тудырады. Осы күштің әрекетімен ротор айнала бастайды. Ротордың жылдамдығы синхронды жылдамдыққа жақындағанда () қоздыру ораманы тұрақты ток желісіне қосады. Пайдалы болған синхронды момент роторды синхронизмге тартып кіргізеді. Неғұрлым қозғалтқыштық білігіндегі тиеу аз болса, соғұрлым оны синхронизмге кіргізу жеңіл.

 

 

                                                                                                                                          

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                

 

 

 

 

 

Қозғалтқыштың әлде де синхронизмге кіретін жағдайы бар кездегі тиеулік моменті қозғалтқыштың синхронизмге кіру моменті М_К деп аталады.

Статордың магнит өрісі қозғалтқышты орнынан жіберу кезде қоздыру ораманы синхронды жылдамдықпен кесіп өтеді де, сол орамада үлкен ЭҚК-ті индукциялайды. Сол себептен қоздыру ораманы асинхронды жіберу процесі кезінде ажыраған бойында қалдыруға болмайды. Қоздыру ораманың орамдылар саны көп болғандықтан, ЭҚК-тің мөлшері изоляцияға және атқарып жүрген персоналға да қауіп болады. Мұндай жағдайды келтірмеу үшін жіберу кезде қоздыру ораманы өзінің кедергісінің шамасынан 10 есе көп активтік кедергі R-ге бекітеді. Жіберу кезде қоздыру ораманы қысқаша бекіту қажетсіз, себебі бұл жағдайда ротордың орамасы статордың айналмалы өрісімен әрекеттесіп, қосымша момент М құрады. Синхронды айналу жиілігінің жартысынан асқаннан кейін бұл момент тормозды болады да, жіберу механикалық мінездемеде «опырық» құрады. Бұл жағдай синхронды қозғалтқыштың жіберу қасиеттерін едәуір жамандатады.

Синхронды қозғалтқышты асинхронды жіберу кезінде үлкен жіберу ток пайда болады. Сол себептен синхронды қозғалтқышты тікелей желіске қосу арқылы жіберу тек желістің қуаты жеткілікті кезде ғана қолданады. Бұл жағдайда 6-7 есе жіберу, токтың ырғуы кернеудің байқарлық құлағанына әсер етпейді. Егер де желінің қуаты жеткіліксіз болса, онда қозғалтқыштың жіберуі кернеудің төмендеу мөлшері кезінде қолданады (автотрансформатор немесе реактор арқылы). Автотрансформаторды немесе реакторды бұл жағдайда желі мен қозғалтқыштың арасына қосады.

 

12.4 Синхронды компенсатор

Синхронды компенсатор (СК) дегеніміз реактивтік қуатты шығаратын бос жүріс ережеде істеп тұрған синхронды қозғалтқыш. Синхронды компенсаторды электр жүйеге оның қуат коэффициентін көтеру үшін қосады. Кейбір тұтынушылардың жұмысына қажетті реактивтік қуатты бұл жағдайда электрстанцияларда тұрған синхронды генератор емес, тұтынушының қасында тұратын синхронды компенсатор істеп шығарады.

Едәуір реактивтік қуатты тұтынушылардың ішінде бірінші кезекте асинхронды қозғалтқыштарды есептеуіміз керек.

 

12.7-суретте синхронды генератор (СГ), жоғарылайтын (Тр-рI) және төмендететін (Тр-р II) трансформаторлардың жоғары вольтті тізбектен (ЖВТ), тұтынушы (Z_m ) және синхронды компенсатордан (СК) құрылған электр жүйе көрсетілген. СК тұтынушы Z_m –ге (мысалы асинхронды қозғалтқыштарға) қажетті реактивтік қуатты (Q_CK) өндіріп шығарады. Осының арқасында СГ мен ЖВТ-тің реактивтік қуаты минималды (Q_min) болады. Бұл бүкіл электр жүйенің технико-экономикалық көрсеткіштерді жоғары көтеруіне себеп болады.

Электр жүйедегі СК қосылғандағы құбылыстарды түсіндіру үшін 12.8-суретке қарайық. Тұтынушы Z_m –ды кернеуі U_Ж желіге қосқанда желіде кернеу -тен фаза бойынша бұрыш -ге ығысқан ток  пайда болады.

Тұтынушы Z_m –ны СК-мен параллельді қосқанда және асыра қоздыру ережені туғызғанда желіде кернеу -тен фаза бойынша 90° озу жағына ығысқан ток I_СК  пайда болады. Желідегі нәтижелі ток İ_С=İ_m+İ_CК. Осы токтың фазалы бұрышы (φ_С) СК қосылмай тұрғандағы токтың фазалы бұрышынан (φ_С) әлдеқайда аз. Сонымен қатар, ток I_С-тің мағынасы I_m денеге қарағанда азаяды. Оны мынадан көруге болады: СК қосылмай тұрғанда, желідегі активтік қуатын

 

,

СК қосылғаннан кейінгі желінің активтік қуатына теңестіруге болады.

.

;  болғандықтан I_C<I_Ж.

Осы әрекет арқылы синхронды генератордың және жоғары вольтті тізбектің тиеуі төмендейді де, қуатты жоғалту азаяды.

Сондай-ақ, өте ұзын электр линиялар арқылы электр қуатын бергенде, желістің кернеуін тұрақтандыру үшін СК қолданады. Индуктивтік тиеу үлкен болған кезде линияның аяғындағы кернеу линияның басындағы кернеуге қарағанда төмен болады; тиеу аз болғанда, анағұрлым линияның басындағы кернеуінен асып кетуі мүмкін. Егер де линияның аяғында тиеу көп кезінде асқан қоздыру ережеде, ал тиеу аз кезінде жетпес қоздыру ережеде істейтін СК қосылса, онда линияның аяғында өзгермей тұрақты болып тұратын кернеуді сүйемелдеуге болады.

Синхронды компенсатордың қуаты 10 мыңнан 16 мың кВА-ге дейін, ал кернеуі -6-дан 16 кВ-ке дейін болады, ал полюстерінің саны 2р=6 немесе 2р=8 болады, яғни оның ротордың айналмалы жиілігі 1000 немесе 750 ай/мин тең.

Синхронды компенсатордың білігі сыртқа шықпағандықтан, оның герметизациясы жеңіл болады да, сол себептен водородтық салқындату қолданады.

Компенсатордың негізгі параметрлі: статор орамасындағы және қоздыру орамадағы токтар. Сол себептен СК-ның негізгі мінездемелері – U – сияқты мінездемелер, негізінде синхронды қозғалтқыштың мінездемелері сиякты.

Синхронды компенсатор активтік тиеуді алып жүрмегендіктен, ол бұрыш Ө =0° кезде жұмыс істейді де, оның салыстырмалы синхронизация моменті өнімі максималды болады, яғни оның тұрақтылық қоры көп болады.

 

 

13 Дәріс №13.  Тұрақты ток электр машиналарының құрылысы

         Дәрістің мазмұны:

-         тұрақты ток электр машиналарының құрылысы және жұмыс істеу принциптері;

-         тұрақты ток машинасының жұмыс істеу принципі;

    - тұрақты ток машинасының магниттік өрісі.

Дәрістің мақсаты:

Студенттерді тұрақты ток электр машиналарының құрылысымен және негізгі құрылысты элементтерімен таныстыру.

Тұрақты ток машиналары электр қозғалтқыш және электр генератор ретінде қолданылады. Тұрақты ток машинасы деп механикалық түзеткіші (коллекторы) бар машинаны айтады. Коллектор тұрақты токты ауыспалы токқа алмастырады, себебі якордің (ротордың) тізбегінде тек ауыспалы ток аққан кезде энергияның үздіксіз электромеханикалық өзгерісі өтіп тұрады.

Тұрақты ток қозғалтқыштары жақсы реттеледі және олар артық салмаққа қабілетті болады. Сол себептен оларды әртүрлі механизмдердің жетегінде: металлургияда (прокат стандары, транспортёрлар), транспортта (электровоздар, трамвайдар, троллейбустар т.б.), жүк көтеру және жер қазу құрылыстарында (крандар, эскаваторлар), теңіз және дария кемелерінде, металлбаптау, қағаз, тоқыма өнеркәсіптерінде қолданады. Қуаттар кіші қозғалтқыштар автоматиканың көп жүйелерінде қолданады.

Тұрақты ток генераторлары бұрын тұрақты ток қозғалтқыштарды, аккумуляторларды және электролиз ванналарды электр энергиясымен қамтамасыз ететін автомобильдегі, самолеттегі, вагондардағы әртүрлі тұтынушыларды электржабдықтау үшін қолданатын.

Машинаның мықтылығын кемітетін щеткалы-коллекторлы аппараттың тұрақты ток машиналарының ішіне кіру олардың кемшілігіне жатады. Осы себептерден қазіргі уақытта стационар қондырғыларда тұрақты ток генераторлары жартылай өткізгіш түзеткіштермен ығыстырылып шығарылып жатыр, ал транспортта    жартылай өткізгіш түзеткіштермен бірге істейтін синхронды генераторлар қолдана бастады.

 

13.1 Тұрақты ток электр машиналарының құрылысы және жұмыс істеу принциптері

13.1.1 Тұрақты ток электр машиналарының құрылысы

Тұрақты ток машинасының қозғалмайтын білігі статор (индуктор), ал айналатын бөлігі якорь (ротор) деп аталады. Статор станина 1, негізгі 2 және қосымша 3 полюстерден құрылады. Статина айналым тіректердің қалқандары мен магнит өткізгіштің бір бөлігі болды, себебі ол арқылы магнит ағыны тұйықталады. Статина механикалық мықтылығы жеткілікті және магниттік өтімділігі үлкен материалдан (болаттан) жасалады. Станинаның төменгі жағында фундаментке бекітетін табандары бар, ал айналасында негізгі және қосымша полюстерді бекітуге арналған тесіктер бар.

Негізгі полюстер машинаның негізгі қоздыру магниттік өрісті құруға арналған. Негізгі полюс оқтама 4 және қоздыру орамалар 7,8-ден құрылады. Оқтамалар қалыңдығы 1-2 мм жапырақты конструкциялық болаттан жасалынады. Полюстерді станинаға болттар арқылы бекітеді. Полюс орамалары изоляцияланған қабыққа оралған мыс өткізгіштерден орындалады.

Қосымша полюстер 3 қуаттары 1 кВт-тан артық машиналарда ұшқындауды азайту үшін қолданады. Қосымша полюстер оқтамалар және орамаларда құрылады. Орамалары якордың орамасымен тізбекті қосылғандықтан, оның өткізгіштерінің көлденең қимасы машинаның толық жұмыс тоғына есептеледі. Қосымша полюстер негізгі полюстердің арасына орналасады да, станинаға болттар арқылы бекітіледі.

Якорь білік 10, магнит өткізгіш II, орама 12 және коллектор 6-дан құрылады. Якордың оқтамасы қалыңдығы 0,5мм штампталған жұқа табақты электротехникалық болат пластиналардан жиналады. Пластиналардың екі жағын изоляциялық лакпен жабады, кептіреді, пакеттерге жинайды да, якордың білігіне қондырады. Оқтаманың бетінде якорь орамасы жататын бойлық ойықтар бар. Машинаның салқындатуын жақсарту үшін оқтамада аксиалды және радиалды желдетуші арналар жасалады.

Якордың орамасын дөңгелек немесе тура бұрышты көлденең қимасы бар мыс өткізгіштен жасайды. Якордың ойықтарын ораманың өткізгіштерімен толтырғаннан кейін текстолит немесе гетинакс сыналарымен жабылады. Якордың орамасының маңдайшаларын орама ұстағышқа бандаж арқылы тіркейді. Коллектор миканит сыналарымен бөлінген мыс пластиналардан құрылады. Коллектор пластиналар жинағы болат  корпустан екі миканитті манжетамен изоляцияланады.

Тұрақты токтың машиналарында көрсетілген бөлшектерден басқа щеткалы құрылғы, алдыңғы (коллектор жағынан) және артқы қалқандар бар. Ораманың сыртқы шыққан өткізгіштерінің ұшықтары клеммалық қапқа шығарылады. Желдеткіш машинаның желдеткішіне қажетті ауа машинаға коллектор жағынан кіреді, жылынған бөлшектерден (коллектор, орамалар және оқтамалардан) өтеді де, қарсы жақтағы шарбақ арқылы шығып кетеді.

13.2 Тұрақты ток машинасының жұмыс істеу принципі

Машинаның негізгі полюстерінде қоздыру орама 2 бар. Бұл орама мен тұрақты ток I_Қ өтіп Ф_Қ қоздыру ағынды тудырады. Коллектор 4 үстіңгі қабатымен щеткалар А мен В-ға қосылып тұр, олар коллектормен тайғанақты контакттарды және якорm орамасын сыртқы тізбекпен қосуды іске асырады. Егер де жетекті қозғалтқыш арқылы сағат тілі жүрісіне кері якорды айналдырсақ, онда орамасында магниттік ағын Ф_Қ лезді мәні  е=Вlv ЭҚК-ті индукциялайды.

          Генератор жұмыс істеп тұрғанда якорь айналып кеңістекте әртүрлі жағдайда болады, сол себептен якордың орамасында ауыспалы ЭҚК қоздырылады. Егер де машинада коллектор болмаса, онда сыртқы тізбекте (жүктеме R-де) ток ауыспалы болатын еді, ал коллектор және щеткалар арқылы якордың орамасындағы ток сыртқы тізбекте толықсыған (пульстелген) токқа, яғни бағыты өзгермейтін токқа айналады. Мысалы 13.2-суретте ток сыртқы тізбекте А щеткадан В щеткаға бағытталған. Егер де  ораманы 180⁰- қа бұрсақ, онда орамдағы токтың бағыты кері қайтады, бірақ щеткалардың қарама-қарсылықтары,  сонымен бірге сыртқы тізбектегі токтың бағыты өзгермейді. Бұның себебі, орамадағы ток бағыты өзгерген кезде щетка астындағы коллекторлық пластинаның жағдайы өзгереді. Сол себептен, А щетканың астында солтүстік магниттік полюстің астындағы өткізгішпен қосылған пластина, ал В щетканың астында оңтүстік магниттік полюстің астындағы өткізгішпен қосылған пластина әрқашан табылады.

Сонымен, щеткалардың қарама-қарсылығын якорь орамасының орам санын көбейту арқылы азайтуға болады. Мысалы, 16 орам бар кезде токтың тамыр соғуы байқалмайды да, сыртқы тізбектегі токтың бағыты мен мәні тұрақты деп есептеуге болады. Тұрақты токтың машинасы қозғалтқыш ережесінде жұмыс істеуге оның якорь тізбегін щетка арқылы тұрақты ток желіге қосу керек. Якорь орамасындағы ток қоздыру магниттік өрісімен өзара әрекет арқасында электромагниттік күш F_ЭМ пайда болады да, ол сағат тілінің жүрісіне қарсы айналдыратын электрмагниттік момент М_ЭМ–ді құрайды (13.3-сурет). Якорь 180⁰-қа бұрылғаннан кейін электромагниттік күштер өздерінің бағыттарын өзгертпейді, себебі ораманың әрбір өткізгіші бір магниттік полюстің зонасынан екінші магниттік зонасына өткен кезде бұл өткізгіштердегі токтардың бағыты ауысады. Сонымен, тұрақты ток қозғалтқыштарында коллектор және щеткаларға жүктелген міндет – якорь орамасындағы өткізгіштердің токтарының бағытын өзгерту.

 

13.3 Тұрақты ток машинасының электр қозғаушы күші және электр магнит моменті

13.3.1 Электр қозғаушы күші

 Тұрақты токтың машиналарында әдетте полюс астындағы ауа саңылауында магниттік индукция АВСД трапециялық қисық түрде тарайды. Егер де АВСД көлемді тең шамалы турабұрыш АЕҒД-мен алмастырсақ, онда полюс астындағы индукцияның орта мәнісі В_ф-ға тең. Бұл жағдайда электр магниттік индукция заңы бойынша бір өткізгіште индукцияланатын ЭҚК-тің орта мәні тең

е_ОР=В_ОР l_а v,                                                  (13.1)

мұнда l_а- якордың жалпы ұзындығы, м;

          v – якордың айналма жылдамдығы, м/с.

Егер де ораманы құрайтын өткізгіштердің саны N-ға тең, ал параллель тарамдар саны 2а болса, онда әрбір тарамда N/2а бір - бірімен тізбектелiп қосылған өткізгіштер болады.

Бір параллель тарамның, яғни электр машинаның ЭҚК –і тең

Е_а= е_ОР(N/2а)a_i= В_ОР l_а v(N/2а)a_I,        (13.2)

      мұнда a_i=в/t-полюстің асыру коэффициенті.

Егер де D_a-якордың диаметрі, ал  n-машинаның айналу жиілігі (ай/мин) болса, онда

v= D_a n/60=2р n t/60=(2р n /60)t.

Енді Е_а=(2р n /60)t В_ОР l_а (N/2а)a_I болады.

Пайдалы ағын Ф=В_ОРt l_аa_i болғандықтан, ақырғы түрде:

                    (13.3)

мұнда С_е=2р n /60t- тан осы машинаның тұрақты шамасы.

 

 

13.3.2  Электр магниттік момент

Якорь орамасынан ток аққан кезде әрбір өткізгішке электрмагниттік күш әрекет етеді

F_ЭМ =В_d l_di_a.                                               (13.4)

Ауа саңылауында электрмагниттік күш бір уақытта ойықтарда N өткізгіштерге әрекет етеді. Сондықтан, тұрақты токтың машинасының электрмагниттік моменті

М=F_ЭМN(D_a/2)= В_ОР l_а (I_a/2a)(N/2а)a_i.

Пайдалы ағынның мәнін қойғаннан кейін және D_a =2рt/p-ге екенін еске алсақ, онда ақырғы түрде

,                                        (13.5)

мұнда С_М – моменттің тұрақты шамасы.

Машина қозғалтқыш ережеде жұмыс істеген кезде электрмагниттік момент айналғыш, ал генератор ережеде тежеуiш (жетек қозғалтқыш айналдыру моментіне кері).

Егер де  (13.4)-ге пайдалы ағынның мәнін (13.5)-га қойсақ, онда моменттің тағы бір түрін табамыз

,                                        (13.6)

мұнда P_М=E_aI_a- тұрақты токты машинаның электрмагниттік қуаты.

13.4 Тұрақты ток машинасының магниттік өрісі

13.4.1 Бос жүріс ережеде тұрақты ток машинасының магниттік тізбегі

 

Тұрақты ток машинасының магниттік жүйесі станинадан, полюсті ұштықтары бар негізгі полюстерден, ауа саңылаулардан және якорь оқтамасынан құрылады.

Төртполюсті машинаның магниттік өрісінің тарауы 13.5-суретте көрсетiлген. Машина бос жүріс ережеде істеп тұр, яғни МҚК ток қоздыру орамамен құрылады,  ал якорь орамасында ток жоқ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Негізгі полюстердің ағындары екі бөліктен тұрады: үлкендеу бөлік негізгі магниттік ағын Ф, ал кішілік бөліктен сейілу коэффициент s арқылы есептеледі.

Бос жүріс ережеде жұп полюстерге қоздыру ораманың магниттік кернеулерінің қосындысымен белгіленеді

F_ҚО=2F_d+2F_Z+2F_П+2F_Я+2F_СТ,                                      (13.7)

мұнда F_d, F_Z, F_П, F_Я және F_СТ- ауа саңылаудың, якорь тіс қабатының, негізгі полюстің, якорь арқасының және станинаның магниттік кернеулері.

Магниттік тізбектің тармақтары бір - бірінен мөлшермен және қандай материалдан жасалғанымен айырылады. Осы себептен магниттік әртүрлі тармақтарының есептеу жолы және формулалары бірдей емес.

Алдымен, машинаның Е_а ЭҚК-і берілген кезде оған сәйкес керекті негізгі магниттік ағын табылады

Ф=60aE_a /pNn.                                        (13.8)

Магниттік тізбектің әр тармағының магниттік индукциясы былай табылады

  В_Х=Ф_Х /S_X,                                           (13.9)

 

мұнда В_Х- магниттік тізбектің осы тармақтағы магниттік индукциясы, Т;

            S_X – осы тармақтың көлденең қимасы, м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содан кейін магниттеуші немесе кестелер арқылы тармақтардың магниттік өрістерінің кернеуліктері табылады да, теңдеу (13.7) арқылы магниттік кернеулері анықталады. Ең соңғы қоздыру ораманың ЭҚК-і белгіленеді. Магниттік кернеулердің мәндері әртүрлі тармақтар үшін бірдей емес, себебі осы тармақтардың магниттік кедергілеріне тәуелді.

 

 

 

14 Дәріс №14. Тұрақты ток машинасының құрылысы, якорь реакциясы

Дәрістің мазмұны:

-         якорь реакциясының зиянды әсерін жою;

-         тұрақты ток генераторлары;

Дәрістің мақсаты:

Студенттерді тұрақты ток машинасының құрылысы және  якорь реакциясымен таныстыру.

Машина жүктелген кезде оның якорь орамасымен ток ағады да, соның себебінен якордың МҚК-і пайда болады. Машинаның негізгі магниттік өрісіне якордың МҚК-інің әсері якорь реакциясы деп аталады. Егер машинаның магниттік тізбегі қаныққан болса, онда қоздыру ораманың F_Қ МҚК-і және якорь ораманың F_aq МҚК-і ауа саңылауынан магниттік ағындарды өткізуге жұмсалады. Онда көрсетілген МҚК-тердің орнына оларға сәйкес қоздыру ағынды және якорь реакциясының ағынын қарауға болады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Бұл жағдайда физикалық нейтраль 0^/-0^/ (якордың индукциясы нөлге тең нүктелерді қосатын сызық) геометриялық нейтраль 0-0-ге қарағанда кейбір бұрыш b-ға бұрылады. Генераторда физикалық нейтраль якорь айналу жағына бұрылады, ал қозғалтқышта айналу жағына кері бұрылады. Қоздыру орама шоғырланған болғандықтан, оның құрған F_Қ =f(Х) МҚК-тің турабұрышты трапеция болады. Мұнда F_Қ  бір ауа саңылауына келетін МҚК, ал индукция В_Қ =f(Х) қисығының түрі қисық сызықты трапеция (14.1- сурет).

F_aqх =f(Х) және онымен құрылатын В_aqх=f(Х) индукцияның қисықтарын салу үшін орамасын шоғырланған деп есептейміз. Онда толық ток заңы бойынша якорь МҚК-інің (негізгі полюстің білігінен Х арашылықта контурды бойлай айналып өткендегі) әрекеті тең

2F_aqх =2ХА,                                                      (14.1)

ал бір ауа саңылауына келетін МҚК

F_aqх =±ХА,                                                        (14.2)

мұнда А=Ni_a/pD_a- якордың сызықты жүктеулігі (якордың шеңберінің 1 см-не келетін ампер саны).

Осы себептен якордың МҚК-нің сызығы F_aq өзгереді: негізгі полюстің ортасында ол нөлге тең, ал щеткалар тұрған жерде оның мәні максимал (14.3- сурет). Егер де магниттік жүйе қаныққан болса, онда ауа саңылауындағы магнит индукциясы тең

В_aqх = m₀F_aqх/d_Х= m₀(Х/d_Х)А.                                     (14.3)

Полюстің астында онда ауа саңылауы d_Х тұрақты болғандықтан, В_aq сызықты өзгереді, ал полюстің арасында ауа саңылауы d_Х  кенет өзгереді,  сол себептен индукция В_aq кенет азаяды, яғни индукция тарау қисығының [В_aqх=f(Х)] түрі ер тоқымды болып қалады (14.1-сурет), нәтижелі индукцияның В_НӘТ=f(Х) тарау қисығының тарауын қисықтар В_Қ=f(Х) және ординаторлық алгебралық қосу арқылы табамыз. Бұл қисықтық (14.1-сурет) индукцияның В мәнісі негізгі полюстердің шеттерінің астына келеді.

 

Қорытынды

Якорь реакциясы тұрақты ток машиналардың жұмысына жағымсыз әсер етеді:

а) физикалық нейтраль геометриялық нейтральға қарағанда бұрыш b-ға ығысады;

б) ауа саңылаудағы нәтижелі индукциялық тарау қисығы бұрмалып кетеді және негізгі полюстің бір шетіндегі индукциясы өседі де, секцияда кернеуді үлкейтеді.

Егер де магниттік жүйе қанықпаған болса, онда ауа саңылауындағы нәтижелі индукциялық қисығы якорь реакциясының әсерімен бұрмаланады. Сондықтан, жүктемелі кезіндегі нәтижелі ағын Ф_НӘТ бос жүріс кезіндегі ағын Ф_Б.Ж.-ке тең.

                                                                                                                                                                

Ал магниттік тізбек қаныққан кезде якорь реакциясы нәтижелі ағынды азайтады. F_aq МҚК –тің ағын Ф_НӘТ-ге әсерін анықтау үшін ауа саңылауындағы нәтижелі В_НӘТ индукциясының нәтижелі F_НӘТ кернеуліктен тәуелділігін қарайық (14.2-сурет).

Қоздыру F_Қ МҚК ауа саңылауындағы және бір тіс қабатындағы магниттік кедергінің қарсылығын жеңуге жұмсалады. Полюстің арасында жатқан нүктелерде МҚК В_Қ=В_ОРТ  индукцияны құрады, себебі бұл нүктелерде F_aqх=0. Егер де солтүстік полюстің оң шетіне жақындасақ, онда В_НӘТ индукция В_ӨҢХ индукцияға өседі, себебі мұнда МҚК (F_Қ+ F_aqх) әрекет етеді: полюстің сол шетіне  жақындағанда бұл нүктелерде В_НӘТ индукция В_СОЛХ  индукцияға дейін төмендейді, себебі мұнда МҚК (F_Қ – F_aqх) әрекет етеді. Бірақ та тәуелдік В_НӘТ=f(Х) сызықсыз болғандықтан, оң жағындағы индукцияның өсімі сол жағындағы индукцияның азаюынан аз болады да, осы себептен машинаның нәтижелі ағыны азаяды. Магниттік ағынның азайғаны машинаның жүктелуі кезіндегі бос жүріс кезіндегіге қарағанда ЭҚК-ті азайтады. Бұл жағдай машинаның қасиеттерін төмендетеді: генератордың ЭҚК-тін және қозғалтқыштың айналдыру моментін азайтады.

 

14.1 Якорь реакциясының зиянды әсерін жою

 Компенсациялық орама

 Якорь реакциясының әсерін ең эффектілі басу – компенсациялық ораманы қолдану. Бұл ораманы полюстің ұштықтардың ойықтарына жатқызады да, якорь орамасымен тізбектеп қосады. Компенсациялық ораманың МҚК-і F_Қ якорь орамасының МҚК-і F_а-ға қарсы бағытталған болу керек.  Компенсациялық орама якорь орамасымен тізбекті қосылғаны машинаның жүктемесіне тәуелсіздік туғызады, яғни якорь орамасының МҚК-ін автоматты компенсациялайды. Компенсациялық орамалар жүктемелері кенет шайқалатын орташа және үлкен қуатты (150-500кВт) машиналарда қолданады, мысалы прокат стандардың қозғалтқыштарында. Мұның себебі компенсациялық орама машинаның құрылысын қиындатады және бағасын өсіреді.

Компенсациялық орамалары жоқ кіші қуатты машиналарда якорь реакциясының зиянды әсерін әлсірету үшін негізгі полюстердің астындағы ауа саңылауын да үлкейтеді. Бірақ та есте сақтау керек – ауа саңылауды үлкейткен кезде негізгі полюстердің МҚК-терін үлкейту керек, яғни полюс ораманың орам сандарын көбейту керек. Бұл жағдай машинаның габариттерін үлкейтеді.

14.2 Тұрақты ток генераторлары

14.2.1 Негізгі түсініктер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тұрақты ток генераторларының жұмыс істеу процесінде якордың орамасында ЭҚК Е_а индукцияланады. Генераторға тиеу жүктелген кезде якор тізбегінде ток пайда болады, ал генератордың қысқыштарында якор тізбегінің ЭҚК-тер теңдеуімен белгіленетін кернеу

U=E_a-I_a åR_a,                          (14.4)

мұнда åR_a= R_a +R_Қ +R_d +R_Щ – якорь тізбегінің барлық бөлімшелерінің  кедергілер жинағы.

Генераторлардың білігінде М₁ айналу моментті құратын жетекші қозғалтқышпен айналуға келтіріледі. Егер де генератор бос жүріс ережеде жұмыс істесе, онда якорды айналдыру үшін шамалы бос жүріс момент М_О керек (қажалу және онда якордың құйын токтардан тұратын тежеуiш моменттерді теңестіруге). Жүктелген генератордың якорь орамасында ток I_a қоздыру магниттік өрісімен әрекеттік арқасында электрмагниттік момент М-ды құрады. Айналу жиілігі тұрақты кезде (n=const) жетекші қозғалтқыштың моменті қарсылас моменттердің жинағымен теңеседі, яғни

М₁=М_О+М                                                            (14.5)

Теңдеу (14.5) – генератордың моменттер теңдеуі. Теңдеудiң (14.5) екі жағын якордың w бұрышты жылдамдығын көбейтсек, қуат тендеуін табамыз

Р₁=Р_О+Р_ЭМ.

Әдеттегідей генераторлар тұрақты айналу жиілікпен жұмыс істегендіктен, оның мінездемелері n=const жағдайда қаралады.

Генератордың келесі негізгі мінездемелері бар:

а) бос жүріс мінездеме – бос жүріс ережедегі генератордың шыға берісіндегі кернеу U₀-дың қоздыру ток I_Қ-дан тәуелділігі: шыға берісіндегі кернеу

U₀=f(I_Қ); I_a =0 және n=const кезінде;

б) жүктемелі мінездеме – жүктеме ережедегі генератордың шыға берісіндегі кернеу U-дың қоздыру ток I_Қ-дан тәуелділігі: шыға берісіндегі кернеу

U=f(I_Қ); I_a >0  және   n=const кезіне де;

с) сыртқы мінездеме – генератордың шыға берісіндегі кернеу U-дың  жүктеме ток I_a –дан тәуелділігі

U=f(I_a); I_Қ =const және n=const кезіне де;

д) реттеуіш мінездеме – генератордың шыға берісіндегі кернеу U тұрақты кезіндегі  қоздыру ток I_Қ  -ның жүктеме ток I_a –дан тәуелділігі

I_Қ =f(I_a); U =const және n=const кезіне де.

Тұрақты токтың генераторларының қасиеттері негізінде қоздыру ораманың қоректену әдістерімен себептеледі. Осыған байланысты генераторлардың келесі түрлерін ажыратады:

а) тәуелсіз қоздырылатын – қоздыру орама тысқары тұрақты токтың көзінен қоректенеді;

б) параллелді қоздырылатын – қоздыру орама якорь орамасына және жүктемеге параллельді қосылған;

с) аралас қоздырылатын екі қоздыру орамасы бар: біреу жүктемеге параллелді, екіншісі - якорь орамасымен тізбекті қосылған.

 

 

15 Дәріс №15. Тәуелсіз қоздырылатын генератор

Дәрістің мазмұны:

-         генератордың бос жүріс мінездемесі;

- генератордың жүктемелі мінездемесі;

- генератордың сыртқы мінездемесі;

         - параллель қоздырылатын генератор.

         Дәрістің мақсаты:

Студенттерді генератордың жүктемелі мінездемесі және  генератордың сыртқы мінездемесімен таныстыру.

 

         Қоздыру ток I_Қ тек қоздыру ораманың тізбегіндегі R_Р.Р реттеуші реостаттың қалпымен белгіленеді

мұнда U_Қ- қоректену көздің кернеуі;

  R_Қ- қоздыру ораманың кедергісі;

   R_Р.Р –реттеуші реостаттың кедергісі.

Әдетте қоздыру ток үлкен емес (якордың номинал тоғының 1-3%-не тең).

Қоздыру ток үлкен емес орама аккумулятордан, түзеткіштен немесе қоздырушы деп алатын тұрақты токтың генераторымен қоректенеді.

 

15.1 Генератордың бос жүріс мінездемесі

 

Генератордың бос жүріс ережесінде (жүктеме тізбегі ажыратылып тұрғанда) якорь қысқыштарында U₀ кернеуі Е=С_еnФ  ЭҚК-ке тең. Якордың айналу жиілігі тұрақты болғандықтан, кернеу тек Ф магниттік ағынына тәуелді, яғни бұл ағынды туғызатын қоздыру ток I_Қ-ға тәуелді. Сол себептен U=f(I_Қ) мінездеме Ф=f(I_Қ) магниттік мінездеме сияқты.

Бос жүріс мінездемені эксперименттік түсіруге болады (15.1-сурет). Бұл үшін алдымен қоздыру ток арқылы U₀ кернеудің мөлшерін 1,2 U_НОМ-ға тең етіп орнатады, содан кейін қоздыру токты нөлге дейін төмендетеді де, қайтадан бұрынғы мөлшеріне жеткізеді. Мінездемелер бір нүктеден шығатын ұлғаймалы қисық сызық 1-болып шығады. Сызықтар арасындағы айырмашылық гистерезис құбылысы болғандықтан пайда болады. Ток  I_Қ =0 болған кезде U_НОМ-дың 2-4% тең қалдық магнетизм индукциялайтын Е_ҚАЛ  ЭҚК якорь орамасында қалады.

Бос жүріс мінездеме машинаның қасиеттері туралы жорамалдауға жағдай туғызады.

15.1.1 Генератордың жүктемелі мінездемесі

Жүктеме ток якордың тізбегінде кернеу құлауын және якорь реакциясының әсерін туғызады, сол себептен жүктемелі мінездеме 1 бос жүріс мінездеме 2-ден төмен жатады (15.2-сурет). Осы факторлардың әсерлігін реактивтік үшбұрыш АВС көрнекі көрсетеді. Генератор бос жүріс ережеде жұмыс істегенде I_Қ номинал болған кезінде шыға берістегі кернеу U₀ масштабта кесінді DE-ге тең. Жүктеме қосылғанда (қоздыру ток тұрақты кезде) генератор кернеуінің мөлшері U –ға дейін төмендетеді, яғни кесінді АЕ-ге тең болады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сонымен DА кесінді I_ҚНОМ кезіндегі генератордың шыға берісіндегі якор тізбегіндегі жүктеме токтың және якорь реакциясының әсерi туғызған кернеу құлауын ∆U=U₀-U_н анықтайды. Якорь тізбегінің кедергісінің  өлшеп және I_a åR_a кернеу құлауын есептеп E_a = U +I_a åR_a ЭҚК-ті белгілеуге болады (ВЕ<DE) себебі, якорь реакциясының магнитсіздендіру әсері. Абсцисс білігінде С нүктеден перпендикуляр түсірсек, жүктелген генератордың ЭҚК-іне сәйкес кесіндіні табамыз (бос жүріс ережеде бұл ЭҚК-ті құру үшін I_Қ2 <I_ҚНОМ тең қоздыру ток керек). Сондықтан  қоздыру токтардың айырмасы (I_ҚНОМ – I_Қ2) якорь реакциясының магнитсіздендіру әсерін компенсациялайтын қоздыру токты көрсетеді.

Реактивтік үшбұрыш I_Қ2 қоздыру токтың мәніне салынған. Үшбұрыштың А^/В^/ жағы өзгермей қалады (А^/В^/=АВ). Бұның себебі – жүктеме ток өзгермегендіктен қалады, ал В^/С^/ жағы азайып қалады.

15.1.2 Генератордың сыртқы мінездемесі

Генератордың сыртқы мінездемесін түсіру оның айналуын номинал жылдамдыққа жеткізеді, содан кейін номинал кернеу кезінде номинал токпен жүктейді. Жүктеуді бос жүріске дейін төмендетеді.

Қоздыру тізбектің кедергісін және айналу жиілікті тәжірибе кезінде тұрақты ұстайды. Генератордың сыртқы мінездемесі 4-суретте келтірілген. Жүктеме тоғы үлкейген сайын генератордың шыға берісіндегі кернеуі төмендейді: бұл якор реакциясының магнитсіздендіру әрекеті және якорь тізбегіндегі кернеу құлауы. Сыртқы мінездеменің абсцисс білігіне еңісі (сыртқы мінездеменің қаталдығы) генератордың жүктемесін алып тастағандығы номинал кернеу өзгеруімен бағаланады: тәуелсіз қоздырылған генератордың DU_НОМ =5-10%.

 

15.1.3 Генератордың реттеу мінездемесі

Реттеу мінездеме генератордың жүктемесі өзгергенде оның шыға берісіндегі кернеу тұрақты (номиналға тең) болу үшін қоздыру токты қалай өзгертіп тұруды көрсетеді. Генератор жүктеусіз істеп тұрған кезде оның қоздыру орамасында, шыға берісінде номинал кернеу тудыратын І_Қ.НОМ. токты орнатады. Содан кейін, генератордың жүктеуі үлкейгенге қарай, номинал кернеу өзгермес үшін қоздыру токты үлкейтеді. Осылай мінездеменің ұлғаймалы қисық сызық I табылады. Генератордың жүктемесін бірте-бірте бос жүріске төмендетіп, мінездеменің төмен түсетін қисық сызығы 2 табылады. Қисық 1 және қисық 2-лердің арасында жатқан қисық 3-генератордың практикалық реттеу мінездемесі.

Тәуелсіз қоздырылған генератордың негізгі кемшілігі - тәуелсізді тұрақты токтың қоректендіру көздің қажеттігі. Ал кернеуді кең көлемді реттеу мүмкіншілігі және сыртқы мінездеменің біршама қаттылығы - оның артықшылықтары.

 

15.2 Параллель қоздырылатын генератор

Параллель қоздырылатын генератордың қоздыру орамасы реттеу реостат арқылы жүктемеге және якорге параллель қосылады. Демек, машинада өзін-өзі еліктіру принципі қолданады, яғни қоздыру орама тікелей генератордан қоректенеді. Генератордың өзін-өзі еліктіруі белгілі жағдай орындалғанда ғана болуы мүмкін.

Бос жүріс ережеде «қоздыру орама-якорь» контурға мынадай теңдеу жазуға болады

E=і_ҚSR_Қ+L_Қ di_Қ/dt,                                          (15.1)

мұнда е мен і_Қ – якорь орамасының ЭҚК-тің және қоздыру токтың лезді

мәндері;

SR_Қ=R_Қ+R_P.P – қоздыру тізбектің жиынтық кедергісі;

L_Қ  - қоздыру орама мен якордың жиынтық индуктивтігі.

Генератордан е=¦(і_Қ) вольт-амперлік мінездемесі (түзу сызық 2) 15.6 б-суретте көрсетілген. Түзу сызық 2 абсцисс білігіне g бұрышпен еңкейген және координат басынан өтеді; сондықтан tg=SR_Қ болып шығады.

Теңдеу 15.1-ден табамыз

dі_Қ/dt=(E-i_ҚSR_Қ)/L_Қ.

Демек, егер де (e-i_ҚSR_Қ) болымды болса, онда

di_Қ/dt >0,                                                  ( 15.2)

ал қоздыру ток і_Қ үлкейеді. Қоздыру тізбектегі бір қалыпқа түсу ережесі di_Қ/dt =0 кезінде, яғни бос жүріс ереженің мінездемесі I түзу сызық 2-мен нүктесінде қиылысқанда басталады.

Теңсіздік   (15.1)-дан генератордың өзін-өзі еліктіру үшін белгілі жағдай орындалғанда ғана болатыны шығып тұр:

а) егер де басқа кезінде якордың орамасында басты ЭҚК Е_ҚАЛ индукцияланса, тек сол жағдайда генераторда өзін-өзі еліктіру процесі басталады. Бұл ЭҚК қалдық магнетизмнің ағынымен құралады. Әдетте бұл ағын машинаның магниттік жүйесіндегі гистерезис болғандықтан, бар болады. Егер де қалдық ағын жоқ болса, онда оны сыртқы көздің тоғын қоздыру орамадан жіберу арқылы құрады;

 б) қоздыру орамадан ток і_Қ өткен кезде оның МҚК-і Ғ_Қ қалдық магнетизмнің МКҚ-імен жаққа бағытталған болуы керек. Бұл жағдайда, е-і_ҚSR_Қ айырымның әрекетімен, ток і_Қ, қоздыру магнитті ағын Ф_Қ және ЭҚК өседі.

Егер де көрсетілген МҚК-тер қарама-қарсы болса, онда қоздыру магниттік ағын қалдық магнетизм ағынға қарсы бағытталады да, ал машина магнитсіздендіріледі және өзін-өзі еліктіру процесі сол себептен бастала алмайды;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в) жоғарыда көрсетілгендей, түзу сызық I_ҚSR_Қ=¦(I_Қ) абсцисс білігіне еңкею бұрышы қоздыру ораманың кедергісіне пропорционал. Қоздыру тізбектің кедергісі өскен кезде бұрыш -да өседі, бұл бұрыштың өлшемі қоздыру ораманың кедергісінің ауыспалы мәнісі сындық кедергі R_Қ.С мәніне тең болғанда түзу сызық ОВ бос жүріс мінездеменің түзу сызықты бөлігімен дәл түседi (сызық ОВ). Бұл  жағдайда e=i_ҚR_Қ –ға, ал өзiн-өзi елiктiру процесс болуға сол себептен мүмкiншiлiгі жоқ. Сондықтан генератор өзiн-өзi елiктiру үшiн қоздыру тiзбектiң кедергiсiнiң мәнi R _Қ.С-тен аз болуы керек.        

Генератордың сыртқы мiнездемесi, яғни U=f(I_ж) тәуелдiлiгi (n=Const; R_Ң =Const кезiнде) 15.7-суретте келтiрiлген (қисық 1). Ол тәуелсiз қоздырылатын генератордың сыртқы мiнездемесiнен төмен жатады (қисық 2).  Мұны былай түсiндiруге болады: жүктеу өткен кездегi кернеу құлауы және якорь реакциясының магнитсiздендiру әрекетi (үшiншi жағдай бар кернеу U-дан қоздыру ток I_Қ-дың тәуелдiлiгi (I_Қ=U/R_Н). Жоғарғы көрсетiлген екi жағдайдан кернеу U-дың азайғаны қоздыру ток I_Қ-ны да азайтады. Жүктеменiң кедергiсi R_Ж бiрте-бiрте азайғанда жүктеме ток I_ақ мәнiне дейiн өседi, ал содан кейiн жүктеме кедергісi азайғанда азая бастайды. Қысқа тұйықталу кезiнде I_Қ-I_АҚ. Сонымен, параллель қоздырылатын генераторға қысқа тұйықталу ережесі қатерлi емес. Бiрақ та, егер қысқа тұйықталу тұтқиылды болса, онда генератордың  магниттiк тiзбегi магнитсiздендiруге үлгермейдi де, ток өте үлкен (8-10) i_НОМ-ға дейiн өсуi мүмкiн (қисық 3). Осы себептен генератордың бiлiгiнде үлкен тежеушi момент пайда болады, ал коллекторлық бетiндегi қатты ұшқын шашырау айналма отқа айналып кетуi мүмкiн. Сол себептен генераторды шамадан артық жүктеу және релей қорғаныш арқылы қорғау керек.

 

15.3 Аралас қоздырылатын генератор

Аралас қоздырылатын генератордың параллель және тiзбектi қоздыру орамалары бар (1.6.8 сурет). Қоздыру ағынды негiзiнде параллель орама  тудырады. Тiзбектi орама параллель орамаға сәйкес қосылады (олардың ЭҚҚ-терi қосылу үшiн); бұл жағдай генератордың сыртқы мiнездемесiн қаттылау қылады.

Егер де тек қоздыру ток I_Қ ететін параллель қоздыру ораманы қоссақ, онда жүктеме ток I_Ж үлкейген сайын кернеу U азаяды ( қисық 1). Егер де тек тiзбектi қоздыру ораманы қоссақ (ол арқылы қоздыру ток I_Қ2 =I_Ж  өтедi ), онда ток I_Ж өскенде кернеу U-да өседі (қисық 2). Тiзбектi ораманың орам сандарын өзгерту арқылы жүктеме тоғы нөлден номиналға дейiн үлкейтсек, онда кернеу U кернеу U₀-ден асып кетедi (қисық 4). Егер де тiзбектi ораманы оның МҚҚ-i параллель ораманың МҚҚ-iне керi бағытталған етiп қоссақ, онда генератордың сыртқы мiнездемесi құламалы өзгередi (қисық 5). Мысалы, мұндай мiнездемелер эскаваторларда қолданады, себебi олардың қысқа тұйықтау токтарын шектеу керек.

Қоздыру орамалары сәйкес қосылған аралас қоздыралатын генераторлар желiсте жүктеме тоғы қатты өзгерiп тұрған кездерде кернеудi тұрақты түрде ұстап тұру үшiн қолданады.

 

 

16  Дәріс №16. Тұрақты ток қозғалтқыштары. Жүргізу әдістері, қозғалтқыштың сипаттамалары

Дәрістің мазмұны:

         - тұрақты қозғалтқыштар туралы жалпы мәліметтер;

         - жүргізу әдістері;

         - қозғалтқыштардың сипаттамалары.

         Дәрістің мақсаты:

         Студенттерді тұрақты ток қозғалтқыштарының түрлерімен;

-         тұрақты ток қозғалтқыштарының сипаттамаларымен таныстыру.

        

16.1 Қозғалтқыш ережедегi электр машинасының негiзгi теңдеулерi

Тұрақты ток қозғалтқыштарының жақсы реттеу қасиеттерi бар және олардың айналу жиiлiктерiн реттеуi, ауыспалы ток қозғалтқыштары электр жетектердiң күрделi жүйелерiнде кең қолданады.

Егер де тұрақты ток машинасын тұрақты токтың көзiне қоссақ, якорь орамаларында ток пайда болады. Якорь тоғымен қоздыру магниттiк өрiстiң өзара әрекеттестігі якорде М электромагниттiк моменттi туғызады, бiрақ бұл момент генератордағыдай тежеуiштi емес, айналдыру моменті болады.

Электромагниттiк моменттiң әсерiмен якорь айнала бастайды, яғни машина желiден электр энергияны тұтынып, оны механикалық энергияға өзгертедi де, қозғалтқыш ережеде жұмыс iстей бастайды. Қозғалтқыш якорь айналған  кезде магниттiк өрiсiнiң күш сызықтарын кеседi де, якорь орамасында ЭҚҚ  Е_А –ны индукциялайды. Бұл ЭҚҚ-тiң бағыты «оң қол» ереже арқылы табылады, яғни I_а тоғына керi бағытталады, сол  себептен оны қарсы ЭҚҚ деп атайды.

Тұрақты айналу жиiлiкпен iстеп тұрған қозғалтқышта

                  U=E_a+I_aSR_a                             (16.1)

                            

формуладан көрiнiп тұр: қозғалтқышқа қосылған кернеу якорь орамасының ЭҚҚ-iмен және якорь тiзбегiндегi кернеу құлаумен теңестiредi.

(16.1.)-ден якор тоғы тең

                                     I_а=U-E_а/SR_а                                                       (16.2)

Теңдеу (16.1) –дiң екi жағын якорь тоғына көбейтсек, онда якорь тiзбегiнiң қуат теңдеуiн табамыз

                                     UI_а=E_аI_а+I_а²SR_а                                                 (16.3)

мұнда  UI_а- қозғалтқыштың желiден алатын қуаты:

             E_аI_а=Мw=Р_Э- қозғалтқыштың желiден алатын қуаты:

             I_а²S R_а –якорь тiзбегiндегi электр шығынының қуаты.

(16.3)-тiң түрлендiруiн былай жазуға болады

 

UI_а=  Мw + I_а²SR_а .                                                     (16.4)

 

Бұл теңдеудің талдауы көрсетіп тұр: егер де қозғалтқыштың білігіндегі жүктемені үлкейтсек, яғни электрмагниттік моментті үлкейтсек онда желістен алынатын UI_а қуатқа үлкейтеді. Желістің кернеуі тұрақты болғандықтан, жүктеменің үлкеюі якорь орамасындағы I_а токтың үлкеюімен қабаттасады.

 Тұрақты токты машинаны қозғалтқыш ережеде жұмыс iстеген кезде оның ЭҚҚ-i және айналдыру моментi М генераторға жататын формулаларымен анықталады

Ea=C_eФn;      M=C_МФI_a,                                         (16.5)

 

Бiрақ та моменттiң бағыты керi болады.

(16.1) және (16.5)-тен айналу жиiлiгi белгiленедi

n=E_a/C_eФ=(U-I_aR_a)/C_еФ.

 

Тұрақты токтың қозғалтқыштарының қасиеттері негізінде қоздыру орамаларының қоректендіру әдістерімен белгіленеді. Сол себептен қозғалтқыштар параллель, тізбекті және аралас қоздырылатын түрлерге бөлінеді.

 

16.2 Параллель қоздырылатын қозғалтқыштар

Қоздыру ораманың тізбегіне R_Р, ал якорь тізбегіне R_Ж реостаттар қосылған. Қоздыру орама тікелей желімен қоректенеді, сол себептен оның тоғы I_Қ якорь тоғына I_а-дан тәуелсіз болады

 

 I_Қ=U/(R_Қ+R_Р).

Егер де қоздыру ораманың кедергісі өзгермесе, онда қоздыру ток I_Қ тұрақты болады. Якорь реакциясының магнитсіздендіру әрекетін есепке алмасақ, онда қозғалтқыштың Ф магниттік ағыны жүктемеден тәуелсіз деуге болады. Бұл жағдайда қозғалтқыштың моменттік мінездемесі M=f(I_a) түзу сызықты  координат басынан өтеді (16.2 б сурет)

M=C_М Ф I_а=К₁ I_а,

мұнда С_МФ= К₁=Const.

Козғалтқыштың жылдамдық мінездемесі де n=f(I_а) түзу сызықты:

мұнда  n₀=U/C_eФ – бос жүріс кезіндегі айналма жиілік;

Dn=I_aR_a /C_eФ -жүктеме токтың өсуіне байланысты айналма жиіліктің азаюы.

 

 

16.3 Тiзбектi қоздырылатын қозғалтқыштар

Тiзбектi қоздырылатын қозғалтқыштың қоздыру ток I_Қ якорь тоғы Iа-ға тең. Сол себептен магниттiк ағын Ф якорь тоғына тәуелдi, яғни Ф=К_фI_a. Моменттiк мiнездеменiң түрi-гипербола (1.7.3 сурет)

 

n=(U-I_аSR_a)/C_eФ=U/C_eK_ФI_а-SR_A/C_eK_Ф=К₃U/I_a-K₄ ,

 

мұнда 1/С_еК_Ф=К₃=Const; SR_a/C_eK_Ф=К₄=Const.

 

16.4 Аралас қоздырылатын қозғалтқыштар

Бұл қозғалтқыштың айналма жиiлiгi тең

,

мұнда Ф₁ және Ф₂ параллель және тiзбектi орамалар туғызатын магниттiк ағындар.

«Плюс» таңба қоздыру орамалардың ұйғару қосылғандарына сәйкес (орамалардың МҚҚ-терi). Бұл жағдайда жүктеме өскенде ортақ магниттiк ағын өседi, ал соған қарай қозғалтқыштың айналма жиiлiгi азаяды. Қоздыру орамалар «керi» қосылса, ортақ магниттiк ағын азаяды да, айналма жиiлiк өседi.

Қоздыру орамалардың МҚҚ-терiн өзгерту арқылы (олардың тiзбектерiнде реостаттардың кедергiлерiн өзгерту арқылы) қажеттi мiнездеменi құруға болады.

16.5 Қозғалтқыштардың механикалық және жұмысшы  мiнездемелерi

          Момент айналма жиiлiктiң арасындағы байланысты көрсететiн механикалық мiнездемелер M=f(n)-қозғалтқыштардың негiзгi мiнездемелерi.

Параллель қоздырылатын қозғалтқыштың моментi М=К₁I_а , сол себептен жылдамдық мiнездеменi механикалық мiнездемеге өзгертуге болады

n=(U-I_aR_a)/C_eФ=(U-MR_a/К₁)/C_eФ=n₀-MR_a/К₁C_eФ,

 

яғни механикалық мiнездеме жылдамдық мiнездемеден абсцисс бiлiктегi масштабты өзгерту арқылы табылады (16.5-сурет).

 

N=.

 

16.5-суреттегi көрсетiлген механикалық мiнездемелердi салыстырғанда көрiнiп тұр. Параллель қоздырылатын қозғалтқыштың бiлiгiндегi момент М1-пен М2-ге дейiн өзгергенде қозғалтқыштың жылдамдығы шамалы ғана өзгередi (n₁-ден n₂-ге дейiн). Мұндай мiнездеменi қатаң деп атайды. Якорь тiзбегiндегi реостаттың кедергiсiн өзгерту арқылы қозғалтқыштың бiрнеше механикалық мiнездемелерiн табуға болады.

 

 

                                                                               

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Параллель қоздырылатын қозғалтқыштың қоздыру орамасының тiзбегiне қорғағыш қойылмайды, себебi бұл тiзбек ажыратылып кеткенде, яғни қоздыру ток жоқ болып кеткенде, қозғалтқыштың айналма жиiлiгi кенет өсiп кетедi, ал бұл жағдай якордың тоғын үлкейтiп, коллектордың шеңберлiк отын тудырады.

Тiзбектi қозғалтқышты жүктемесiз орнынан жiберуге болмайды, өйткенi бұл жағдайда айналма жиiлiк кенет өсiп кетедi.

Қозғалтқыштардың жұмыс мiнездемелерi дегенiмiз U=Const және I_Қ=Const кезiндегi қозғалтқыштың бiлiгiндегi Р₂ қуаттан тұтыну қуат Р₁ ток I_а айналма жиiлiк п, момент М және ПӘК тәуелдiлiктерi (13.6-сурет) Мiнездемелер     n=ƒ(P₂)   және   M=ƒ(P₂) түзу сызықты болады, ал     P₁=ƒ(P₂),       I_a=ƒ(P₂) және  =ƒ(P₂) барлық электр  машиналарға жататын сәйкес мiнездемелер.

 

 

 

 

 

17 Дәріс №17. Қозғалтқышты орнынан қозғау

         Дәрістің мазмұны:

-         жiберу әдiстерi;тура жіберу, якорь тiзбегiне реостат қосу арқылы жiберу;

-         қозғалтқыштың айналма жиілігін реттеу;

-         тұрақты токтың машиналарының шығындары және

пайдалы әсер коэффициенті.

         Дәрістің мақсаты:

Студенттерді  тұрақты токтың қозғалтқыштарын орнынан жiберудiң үш әдiсiмен таныстыру.

 

Қозғалтқышты орнынан қозғағанда:

а) қозғалтқышты жiберу моментi жеткiлiктi болу керек;

б) жiберу ток шектi болу керек.

Жiберу әдiстерi

Тұрақты токтың қозғалтқыштарын орнынан жiберудiң үш әдiсi бар:

а) тура жiберу: бұл жағдайда якорь орамасы тiкелей желiге қосылады;

б) реостат арқылы жiберу: бұл жағдайда жiберу токты кемiту үшiн якорь тiзбегiне реостатты қосады;

в) кернеудi ырғақты өзгерту арқылы қоректендiру.

 

17.1 Тура жіберу

Якорь тоғы I_a айналма жиілігіне тәуелді

I_a=_.

Сол себеппен қозғалтқышты орнынан тура жiберген кезде (п=0) керi ЭҚК Е_а нөлге тең, ал якорь тiзбегiнiң кедергiсiнен жiберу ток өте үлкен болады.

    I_аж=U/∑R_a.

Бұл жағдай айналдыру моменттi үлкейтедi де, машинаның бiлiгiне сыну қаупін туғызады. Сондықтан тура жiберу әдiсi тек аз қуатты (бiрнеше жүз ватт) қозғалтқыштарға қолданады. Тура жiберген кезде жiберу токтың мәнi I_аж=(4-6)I_НОМ-ға жетедi.

 

Якорь тiзбегiне реостат қосу арқылы жiберу

 

Бұл әдiс қозғалтқышты орнынан жiберу кезінде кең қолданады. Жiберу басты кезiнде n=0, ал ток  I_аж=U/(R_а+R_ҚОС). Жiберу реостаттың максимал кедергiсiнiң мәнiн жiберу ток  I_аж=(1,4-2,0)I_НОМ-дан  аспайтын қылып таңдайды. Қозғалтқышты орнынан жiберген кезде рычаг бiрiншi аралық контакт I-де тұрады да, якорь тiзбегi R_Ж.Р=R₁+R₂+R₃+R₄ кедергi арқылы желiге қосылады. Қоздыру орамада  рычаг және шипа Ш арқылы желiге жалғасады.

Якорь тiзбегiнде ток пайда болғанда жiберу момент мәнi максимал М_Ж.МАКС  болады да, оның әсерiмен якорь айнала бастайды. Жiберу басты период кезiнде жiберу кедергi максимал мәнiне сәйкес 5 реостаттан мiнездеме бойынша өтедi. (17.2 а-сурет) 

Қоздыру ораманың тізбегіндегі реостат R_P –дін кедергісі бұл кезде нөлге тең, ал бұл жағдай ток І_Қ –ны және магниттік ағын Ф-ты максимал қылады. Жылдамдық өскен сайын қозғалтқыштың моменті төмендейді: мұның себебі айналма жиілік өскенде кері ЭКҚ ( Е_а=С_еФh ) үлкейеді, ал бұл жағдай якорь тоғын азайтады (I_a=). Момент М_Ж минимумға жеткенде жіберу реостаттың бірінші сатысы (R₁) тізбектен шығарылады да, момент қайтады М_Ж максимумға жетеді. Қозғалтқыш 4 реостаттық мінездеме бойынша жұмыс істейді. Осылай жіберу реостаттың кедергісін жай төмендету арқылы 3 және 2 реостаттың, мінездемелердің үзінділері арқылы қозғалтқыштың орынды мінездемесі І-ге дейін екпінделеді. Реостаттың жеке сатылары тізбектен шығарылған кезде якорь тоғы І_а макс.мәніне жетеді (17.2-сурет). Якорь тоғының өзгеруіне сәйкес электромагниттік момент М-де өзгеріп тұрады. 17.2 б-суретте штрихталған сала динамикалық  М_ДИН =М-М_Ж  моменттің мәніне сәйкес тұрақты айналма жиілікке дейін екпіндейді.

 

17.1.2 Қоректендіру кернеуді азайту арқылы жіберу

Үлкен қуатты қозғалтқышты реостат арқылы орнынан жіберу мақсатсыз, себебі электр шығындар үлкейеді. Сол себептен үлкен қуатты қозғалтқыштарды кернеуді азайту арқылы орнына жібереді, яғни жіберу токты азайту арқылы. Бұл үшін кернеуі реттелетін бөлек тұрақты токтың көзі қажетті (генератор әлде басқарылмалы түзеткіш). Мұндай көз қозғалтқыштың айналу жиілігін реттеу кезінде де қолданады.

17.2 Қозғалтқыштың айналма жиілігін реттеу

Айналма жиілікті реттеу әдістері

Тұрақты токтың қозғалтқышының айналма жиілігі тең

n=

айналма жиілікті үш әдіспен реттеуге болады:

а) қоректендіру кернеу U-ды өзгерту арқылы;

б) якорь тізбегіне қосымша реостат R_ҚОС енгізу арқылы;

в) магниттік ағын Ф-ты өзгерту арқылы.

17.2.1. Қоректендіру кернеуді өзгерту

Қоректендіру кернеу U₁-ден U₂-ге дейін өзгергенде айналма жиіліктер мына формулалар арқылы белгіленеді

 

Параллель қоздырылатын қозғалтқыштың бос жүрiс кезiндегi айналма жиiлiктерi кернеулердiң өзгеруiне пропорционал, яғни  n₀₂/n₀₁=U₁/U₂, ал

 

 

жүктеменiң әсерiмен айналма жиiлiктердiң азаюлары ( M_H=Const ) тұрақты, яғни n₁=n₂=Const. Сол себептен қолғалтқыштың жылдамдық мiнездемелерi 1,2,3 параллель сызықтардың тұқымдастығы болып көрiнедi  (17.3 a-сурет).

Якорь тiзбегiне қосымша реостатты енгiзу

Якорь тiзбегiне реостатты енгiзген кезде, жүктеме өскенде айналма жиiлiк төмендейдi      

Паралелль қоздырылатын қозғалтқыштың жылдамдық және механикалық мiнездемелерi 1.7.10 суретте көрсетiлген: I-орынды ( R_ҚОС =0 ); 2-реостатты (R_ҚOC>0 ). Бос жүрiс кезiнде екi мiнездемелердiң айналма жиiлiктерi тең болады (n=n₀), ал жүктелген кезде әртүрлi болады (n_OPn_PEOC).

 Якорь токтары тең кезде

n_OP/n_PEOC.=/()

Неғұрлым қосымша кедергi үлкейген сайын, жүктеме өскен сайын соғұрлым айналма жиiлiк құламалы болады. Бұл реттеу әдiстiң негiзгi кемшiлiгi - реостаттағыш электр шығындарының өсуi (әсiресе айналма жиiлiк төмен болғанда).

17.2.3 Магниттiк ағынды өзгерту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Магниттiк ағынды өзгерту үшiн қозғалтқыштың тоғын реттеу керек. Әртүрлi Ф1 және Ф2 магниттiк ағындар кезiнде айналма жиiлiктер мына формулалармен белгiленедi

          Параллель қоздырылатын қозғалтқышта, бос жүрiс кездегi айналма жиiлiкте және айналма жиiлiктердiң магниттiк өрiстердiң мәндерiне керi пропорционал

n₀₂/n₀₁=n₁/n₂=Ф₁/Ф₂.

Сонымен қозғалтқыштың 1 және 2 жылдамдық мiнездемелерi әртүрлi Ф1 және Ф2 магниттiк ағындар кезiнде бiр- бiрiне параллель емес ( 17.5 a-сурет). Бұл мiнездемелер айналма жиiлiгі нөлге тең болғанда А нүктеден қиылысады, себебi бұл жағдайда якор тоғы I_аҚ  магниттiк ағыннан тәуелдi емес.

I_аҚ=U/åR_a,

мұнда  n=0 кезiнде I_аҚ токты қысқа тұйықталу тоғы деп атайды.

 

Әртүрлi магниттiк ағындарға сәйкес қысқа тұйықталу кезіндегi моменттерiн салыстыра табамыз

М_Қ1/М_Қ2=CмI_aҚФ₁/СмI_aҚФ₂=Ф₁/Ф₂.

Сонымен магниттiк ағын азайғанда бос жүрiс кезіндегi айналма жиiлiгi өседi, ал қысқа тұйықталу кездегi момент азаяды. Сондықтан, әртүрлi магниттiк ағындарға салынған механикалық мiнездемелер моментiнің мәнi М_кр-ге тең кезде қилысады (17.5 б-сурет).

 

17.3 Тұрақты токтың машиналарының шығындары және пайдалы әсер  коэффициенті

Магниттiк шығындар

Бұл шығындар гистерезистiң және құйынды токтардың шығындарының қосындысына  (P_M=P_Г+Р_Қ.Т) тең.

Якорь орамасындағы магнит шығындар

P_M=P_MZ+P_ма=p_1.0/50(ƒ/50)^β[B_Z²G_Z+ B_a²G_a],

мұнда Р_MZ – якордың тiс қабатындағы магниттiк шығын; P_ма- якордың арқасындағы магниттiк шығын; p_1.0/50 – салыстырмалы магниттiк шығын, Вт/кг; B_Z-якорь тiстерiндегi магниттiк индукциясы, Тл; В_а-якордың арқасындағы магниттiк индукциясы, Тл; G_Z және G_a- тiс қабатының және якорь арқасының салмағы, кг.

 

Электр шығындар

Қоздыру тiзбектегi шығындар қоздыру орамадағы және реттеу реостаттағы шығындардың қосындысына тең   P_ЭҚ=U_ҚI_Қ.

Якорь тiзбегiндегi шығындар Р_эа=I_a² .

Щеткалардың контактарындағы электр шығындары

Р_ЭЩ =U_Щ I_a.

мұнда U_Щ.- щеткаларды кернеу құлауы.

Электр шығындар машинаның жүктемесiне тәуелдi, сол себептен бұл шығындарды ауыспалы деп атайды.

Механикалық шығындар

Механикалық шығындар щеткалардың коллекторге қажалғандағы Р_Қ, айналмалы тіректерде қажалғандағы Р_П  және желдетуге жұмсалатын Р_В шығындардың қосындысына тең

 

Р_МЕХ =Р_Қ +Р_П +Р_В..

Бұл шығындар неше түрлi факторларға тәуелдi, сол себептен олар эмпириялық формулалар немесе тәжiрибе жолымен табылған графиктер арқылы табылады.

Механикалық шығындарды (п=const кезiнде) тұрақты деп есептеуге болады. Тұрақты токтың машинасының қосымша шығындары бар. Бұл шығындарды табу қиындау болғандықтан, ГОСТ бойынша оларды машинаның номинал қуатының 1%-ына тең деп аламыз.

Тұрақты токтың машинасының кiре берiсiндегi қуаты (Вт)

а) генератордың (механикалық қуаты)

P_1Г  =M₁ω +0.105M₁n;

б) қозғалтқыштың (электр қуаты)

P_1Қ =UI.

Тұрақты токтың машинасының шыға берiсiндегi (пайдалы қуаты (Вт))

а) генератордың (электр қуаты)

P_2Қ =UI;

б) қозғалтқыштың (механикалық қуаты)

P_2Қ  =0.105M₂ ;

 

мұнда М₁ және  М₂-машинаның бiлiгiндегi моменттер (Н.м);

             п – айналма жиiлiк, ай/мин.

 

Пайдалы әрекет коффиценті

Электр машинаның пайдалы әрекет коэффициентi пайдалы қуат Р₂-нiң тұтынатын қуат Р₁-ге қатынасына тең, яғни      η=P₂/P₁;

жоғарыда көрсетiлген шығындардың қосындысы

 

∑Р=Р_M+Р_МЕХ +Р_Э.Қ+Р_ЭА+Р_Э.Щ. +Р_ҚОС..

   

Әдебиеттер тізімі 

1.Копылов И.П. Электрические машины.- М.: Высшая школа, Логос, 2000.

2. Проектирование электрических машин. /Под общей редакцией И.П. Копылова.- М.: Энергия, 2002.

3. Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины.- М., 1987.

4. Вольдек А.И. «Электрические машины»: Учебник для студентов выс. техн. учебн. заведений. Изд. 2-е.- М.: «Энергия», 1974.