якорь орамасына қосылған реостатты қорытылған электр энергияны сөндiру арқылы тежелу; 3) электрмагниттiк тежелу керi қосу арқылы тежелу.

Барлық көрсетiлген ережелерде электрмагнит моменті М тежелу болады, яғни айналма жиiлiк n-ге керi бағытталған.

 

1.7.8.1 Рекупетаттивтiк тежелу

Параллель қортылған қозғатқыш рекуперативтiк тежелу ережеге ауыстыру үшiн оның айналма жиiлiгiн бос жұрiс ережедегi  n0=U/CeФ-тен асыруы керек. Бұл жағдайда керi–ЭҚК желiстiң кернеуiнен үлкен болып қалады да, якорь орамасындағы ток бағытын өзгертедi, яғни қозғалтқыш генератор ережесiне ауысады. Бұл ереже машина тежелу моментiн құрады, ал қортылған электр энергиясы желiске қайтарылады.

Подпись: nO2Подпись: nO1Подпись: nҚозғалтқыш ережедегi механикалық мiнездемелердiң терiс моменттердiң саласындағы созуы болады. (1.7.13б-сурет). Егер де сыртқы моменттiң әсерiмен якордің жылдамдығы n>n0 –дан асып кетсе, онда машина қозғалтқыш ережеден генератор ережеге өтеді. Егер де бос жүрiс кездегi  n0  жылдамдықты магниттiк ағынды үлкейту немесе қозғалтқыштың кернеуiн азайту арқылы төмендетсе, сонда машина генератор ережеге ықтиярсыз ауысады. Бұл жағдайда айналма жиiлiк n мiнездеме I-де қозғалтқыш ережеге сәйкес (А  нүкте) ал мiнездеме 2-де рекуперативтiк тежелуге сәйкес (Б  нүкте).

Тiзбектi қоздырылатын қозғалтқыш рекуперативтiк тежелу ережеге өте алмайды.

 

1.7.8.2 Динамикалық тежелу

Параллель қоздырылатын қозғалтқыштың динамикалық тежелу кезінде якордiң орамасы желістен ажыратылады да реостат R қос. арқылы бекiтiледi.

Машина генератор ережеде жұмыс iстеудi де тежелу моменттi құрады. Бұл жағдайда айналып тұрған машинаның бөлшектерiнiң механикалық энергиясы электр энергиясына қорытылады да, ол энергия реостат және якордiң тiзбегiндегi кедергiлердi жылжытуға жұмсалады.  Тежелу кезіндегі якорь тоғы

Ia=Ea/( åRa+RҚOC )    айналма жиiлiк  n – ге тiк пропорционал жылдамдық мiнездемелер  Ia=¦(n) координаттардың басынан өтетiн түзулер (1.7.14б–сурет).


 

Мінездемелердің еңкеюі бұрышы (тангенс) якорь тізбегінің кедергісіне тең.

tg=Ea/I0=SRa+RҚОС .                                          (1.3.24)

Магниттік ағын тұрақты кезде тежелу ережедегі механикалық мінездемелер абсцисс білігінднгі басқа масштабта жылдамдық мінездемелердің түріндей

( M=CмФIa=kIa ).

Тізбекті қоздырылатын қозғалтқыштың динамикалық тежелу ережеде жұмыс істеп алады, бірақ бұл ережеге ауысқан кезде қоздыру ораманы қосу керек (13.15). Бұның қажеттігі: қозғалтқыш ережеден тежелу ережеге ауысқанда қоздыру орамадағы токтың бағыты өзгермеуі керек, себебі машинада магнитсіздендіру жағдайды туады.       

 

1.7.8.3 Электромагниттік тежелу

 

Бұл ережеде, айналу бағытын өзгертпей моментті тежелу қылады. Бұл үшін қоздыру орамадағы немесе якорь тізбегіндегі токтардың бағытың өзгерту керек (1.7.15а-сурет )

Бұл ережедегі токты шектеу үшін якорь тізбегіндегі қосымша кедергі RҚОС кіргізіледі. Якорь тізбегіндегі ток тең , яғни тежелу моментін реттеу үшін RҚОС кедергіні немесе ЭҚК Еа –ны өзгерту арқылы жүзеге асырады.  Энергетика мағынасы жағынан электрмагниттік тежелу ең пайдасыз себебі бұл тежелу ережеде электр және механикалық энергия жұмсалады. Бірақ та бұл әдісті қолданған кезде айналма жиілік төмендеу болғанда да тежелу момент жеткілікті болады. Егер де айналма жиілік n=0, болса момент нөлге тең емес, себебі бұл жағдай Ia=U/(SRa+RҚОС).

 

1.7.9 Тұрақты токтың машиналарының шығындары және

пайдалы әрекет коэффициенті

 

Магниттiк шығындар

 Бұл шығындар гистерезистiң және құйынды токтардың шығындарының қосындысына  (PM=PГҚ.Т) тең.

Якорь орамасындағы магнит шығындар

PM=PMZ+Pма=p1.0/50(ƒ/50)β[BZ2GZ+ Ba2Ga],

мұнда РMZ – якордiң тiс қабатындағы магниттiк шығын; Pма- якордің арқасындағы магниттiк шығын; p1.0/50 – салыстырмалы магниттiк шығын, Вт/кг; BZ-якорь тiстерiндегi магниттiк индукциясы, Тл; Ва-якордің арқасындағы магниттiк индукциясы, Тл; GZ және Ga- тiс қабатының және якорь арқасының салмағы, кг.

 

Электр шығындар

Қоздыру тiзбектегi шығындар қоздыру орамадағы және реттеу реостаттағы шығындардң қосындысына тең   PЭҚ=UҚIҚ.

Якорь тiзбегiндегi шығындар Рэа=Ia2 .

Щеткалардың контактарындағы электр шығындары

РЭЩ =UЩ Ia.

мұнда UЩ.- щеткаларды кернеу құлауы.

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

Механикалық шығындар

Механикалық шығындар щеткалардың коллекторге қажалғандағы РҚ, подшипниктерде қажалғандағы РП  және вентиляцияға жұмсалатын РВ шығындардың қосындысына тең

РМЕХҚПВ..

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

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

Тұрақты токтың машинасының кiре берiсiндегi қуаты (Вт)

а) генератордың (механикалық қуаты)

P1Г  =M1ω +0.105M1n;

б) қозғалтқыштың (электр қуаты)

P =UI.

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

а) генератордың (электр қуаты)

                                              P =UI;

б) қозғалтқыштың (механикалық қуаты)

P  =0.105M2 ;

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

             п - айналма жиiлiк, ай/мин.

Пайдалы әрекет коэффициентi

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

жоғарыда көрсетiлген шығындардың қосындысы

∑Р=РMМЕХЭ.ҚЭАЭ.Щ.ҚОС..

Машинаның ПӘК-тi мына формулалар арқылы табылады:

а)генератордың                                ηГ=P2/P1= =1-;

б) қозғалтқыштың                                                                              ηҚ=P2/P1==1-.

Әдетте, қуаттары 100кВт-қа дейiн машиналардың ПӘК-тi 0,75-0,9-ға ал қуаттары 100кВт-тан жоғары машиналардың ПӘК-тi 0,9-0,97-ге тең. ПӘК-тердiң көрсетiлген мәндерi номинал жүктемеге сәйкес.

Жүктеме өзгерген кезде ПӘК-те өзгередi. Бұл  η=ƒ(I) тәуелдiлiк графиктен көрсетiледi (1.7.16). Бос жүрiс кезiндегi η=0, себебi Р2=0. Жүктеме өскен кезде ПӘК алдымен өседi де номинал жүктеме кезiнде максимал болады. Жүктеме одан жоғары өскенде ПӘК азая бастайды, себебi токтың квадратына пропорционал электр шығындар пайдалы қуаттың өсiмiнен асып кетедi.

 

2 Трансформаторлар

 

Электромагниттік 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 энөргиясын 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, Екібастүз-Орал беріліс жолдары салынуға байланысты электрлік жасау өнеркәсібі бір фазалы (қуаты 660 МВА, кернеуі 1150 кВ) трансформаторларды шығара бастады.

Қалалардағы және 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;

б) 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;

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

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

Бұл оқулықта 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.

 

2.1 Трансформатор жұмысының физикалық негіздері

 

2.1.1 Электр қозғаушы күштерінің теңдеулері

 

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

Трансформаторлардың орамаларында негізгі магниттік ағын Ф мынадай ЭҚК-терді тудырады:

;          .                   (2.1.1)

 

 

Магниттiк ағын уақыт бойынша синусоидалық функциясымен өзгереді деп алайық, яғни  Ф= Фm Sinwt.

Магниттік ағынның мәнін (2.І) тендеуге қойып, оны дифференциялаудан кейін алатынымыз

 

 

e1= -wW1ФmCoswt=-wW1ФmSin(wt-p/2);

e2= -wW2ФmCoswt= -wW2 ФmSin(wt-p/2).                        (2.1.2)

 

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

ЭҚК-тің максимал (амплитудалық) мәндері 

Е1m=wW1Фm  және   Е2m=wW2Фm.

E1m мен E2m-ді   -ге бөліп бұрыштың жиіліктің мәнін w=2pf  (2.1.2) тендеулеріне қойып табатынымыз

Е1=4,44fW1Фm     және   Е2=4,44fW2Фm.

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

.                                                      (2.2.2)

 I1 және I2 токтары негізгі магниттік ағынмен қоса сейілу ағындар ФС1 мен ФС2-нi тудырады.

Сейiлу ағындары энергия берiлiсiне қатыспайды, бiрақ та әрбiр орамада өзара индукцияның  ЭҚК-терiн  E1C=4,44fW1ФМ мен EC2=4,44fW2ФМ - нi құрады.

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

EC1=I1X1 және  EC2=I2X2,                                       (2.2.4)

Мұндағы X1 мен X2трансформаторлардың орамаларының сейiлу ағындарының индуктивтiк  кедергiлерi.

ЭҚК-тiң векторлары EC1 мен EC2 сәйкес токтардан және ағындардан 900 қалып отырғандықтан

 ĖC1=-jX1 İ1  және ĖC2 =-jX2  İ2.                                                     (2.1.6)

Сонымен, трансформатордың әрбiр орамасында негiзгi ЭҚК-пен 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 ЭҚКсiнiң теңдеуiнiң түрi мынандай болады:

=-Ė1- ĖC1+R1 İ1=- Ė1+jX1 İ1+R1 İ1=- Ė1+Z1 İ1.                       (2.1.6)

Екiншi реттiк орамадағы  ток i2 ЭҚК e2-ciнiң 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-сiнiң  комплекстiк теңдеуi мынандай болады:

Ė2=  - ĖC2+ R2İ2   немесе = Ė2+ ĖC2-R2İ2= Ė2-jX2İ2 - R2İ2 = Ė2 -Z2İ2.

 

2.1.2 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

                                                   (2.1.8)

мұндағы      - магниттiк өткiзгiштiң магниттiк кедергісi.

Трансформатордың екiншi реттiк тiзбегiне жүктеменi (Zж) тiркеген кезде (2.1.2б-сурет) онда ток I2 пайда болады. Соған орай бiрiншi реттiк орамадағы токтың мәнi I1 ге дейiн өседi.

 


 


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

                                    (2.1.8)

Екiншi жақтан, трансформатордың магниттiк ағыны Фm –дi былай анықтауға болады                                              

немесе U1@E1  екендiгiн ескерсек

                                        (2.1.10)

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

Бұл тұжырым (2.1.8) және (2.1.9) өрнектерін бір-бірімен теңестіруге мүмкіншілік береді

немесе

                                   (2.1.11)

 

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

,   яғни    ,                             (2.1.І2)

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

(2.1.І2) - ден шығатыны:

                                                (2.1.13)

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 Іор құраушысымен бірге активтiк құраушысы Іоа-  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.   Трансфрматордың 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:

                                          (2.1.І4)

Екінші реттік ораманың келтірілген кернеуі осыған ұқсас табылады

U2/=KU2.                                                       (2.1.15)

Екінші реттік ораманың активтік кедергісіндегі шығындардың теңдігінен  келтірілген активтік кедергіні табамыз

 Екіншілiк ораманың келтірілген реактивтік кедергісі ұқсас табылады

X2/=K2 X2.                                                   (2.1.17)

Екіншілiк ораманың келтірілген толық кедергісі

Z2/=K2 Z2.                                                     (2.1.18)

       
    Подпись: (2.1.19)
 

Келтірілген трансформатордың ЭҚК-терінің және токтарының теңдеулері

2.1.3 Трансформатордың орынбасу схемасы және векторлық диаграммасы

 

Бірінші және екінші реттік тізбектері арасындағы магниттік байланыс электрлік байланыспен ауыстырылған келтірілген трансформатордың орынбасу схемасын электромагниттік процесстерді 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 (2.2.2б- сурет).

Подпись:

 

 
 

Бұл схема келтірілген трансформатордың ЭҚК-терінің токтарының теңдеулеріне (2.1.І9) сәйкес құрылады және мына үш тармақтың жиынтығы болып табылады: кедергісі  Z1 = R1+jX1,  тоғы  İ1 - бірінші реттiк тармак, кедергiсi Z0=R0+jX0, тоғы  İ0 - магниттеушi тармақ, кедергiсi Z2/ = R2/ +X2/, тоғы  İ2/-екiншi реттiк тармақ.

Орынбасу схемадағы кедергi Zж –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 (2.2.3-сурет) орынбасу схемасына және (2.1.19) теңдеулерге сүйенiп тұрғызылады; ол арқылы токтардың, ЭҚК-тердiң және кернеулердiң ара қатысын көрнекі көруге болады.

 

2.1.4 Орынбасу схемасының параметрлерiн анықтау

 

Орынбасу схемасының параметрлерi бос жүрiс және қысқа тұйықтау тәжiрибелерiнен табылады.

 

2.1.4.1 Бос жүрiс тәжiрибе

Екiншi реттiк орама ажыратылып тұрған кездегi (Zж=¥, І2=0) трансфрматордың 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 (РҚГ) және бiрiншi реттiк орамдағы 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.

 

 

 

 

 

 

2.1.4.2 Қысқа тұйықтау тәжiрибесi

 

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

 
 

Бұл жағдайда ЭҚК-тiң және токтардың теңдеулерi мына түрде жазылады

Қысқа тұйықталған трансформатордың орамасында номинал ток тудыратын кернеуді қысқа тұйықтау кернеуi (UҚ) деп аталады. Мұны, әдетте номинал кернеу U -нің проценті түрінде көрсетеді uҚ

                                    (2.1.22)

Магниттік өткізгіштегі магниттік ағын бірінші реттік кернеу U1-ге пропорционал, ал қысқа тұйықтау тәртібiнің кернеуі  uҚ  U  кернеуінiң 10%-інен 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 схемасында магниттеушi тармақ болмайды (2.1.8 сурет).

 
 

Қысқа тұйықтау тәртібінің ЭҚК-терiнiң және теңдеулерін (2.1.2І) пайдаланып қысқа тұйықтау тәртібіне сәйкес келетін векторлық диаграмманы саламыз (2.1.9-сурет).

 
 

ОАВ
үшбұрышы қысқа тұйықтау үшбұрышы деп аталады.

 


 
 

Қысқа тұйықтау тәжірибесі арқылы келесі шамаларды анықтауға болады:

а) қысқа тұйықтаудың шығындарын  - РҚ;

б) қуат коэффициентін   

в) орынбасу схемасының параметрлерін 

 

 

Приборлардың көрсетiмдерi бойынша қысқа тұйықтаудың сипаттамалары тұрғызылады. Бұл сипаттамалар токтың (IҚ), қуаттың (РҚ) және қуат коэффициентiнiң (cosjҚ) қысқа тұйықтау кернеуіне (UҚ) тәуелдiлiгiн көрсетедi.

 

 

 

 

2.2.4 Екіншіреттік кернеудiң өзгеруi және сыртқы сипаттамалары

 

Магниттеушi тармақты елемей бiрiншi реттiк кернеудi анықтаған кездегi қателiк 0,1% -тен аспайды.

Егер де UҚа, UҚр және UҚ  белгiлi болса, онда кернеудiң толық түсуi оның активтiк пен реактивтiк құраушылары былайша анықталады:

мұндағы  - жүктеу коэффициентi.

Трансформатор кернеуiнiң жүктемеге тәуелдi өзгеруi дегенiмiз бос жүрiс кезiндегi екіншіреттік кернеудiң (U20) мәнiмен жүктелген кездегi кернеудiң (U2) мәнiнiң алгебралық айырмасының U20  кернеуге қатынасы

 
 

          Бос жүрiс кезiнде жүктеме тоғы нөлге тең болғандықтан

                                                                                  (2.1.23)

Бұрыш Dj=j1- j2 аз болғандықтан (2.1.12б сурет) вектор -дiң модулi ретiнде оның - векторының бағытына проекциясын, яғни ОА кесiндiсiн, алуға болады. Онда                                   ;

DU =ВА=ВС+СА=IҚ RҚ Cosj2 +IҚ XҚ Sinj2.

Сонымен, кернеудiң жүктемеге қатысты өзгеруi (%)

    (2.1.24)

Трансформатор кернеуiнiң өзгеруi жүктеме тоғы I1-ге пропорционал да, жүктеменiң сипатына (бұрыш j2) тәуелдi

DU =b (UҚаCosj2+ UҚрSinj2).

Оны тұрғызу үшiн мына формуланы пайдаланамыз

               (2.1.25)

 

 

  Подпись: U2/0=U1


Орта және үлкен қуатты трансформаторларда қысқа тұйықтау кернеуiнiң реактивтiк құраушысы активтiк құраушысынан әлдеқайда үлкен болады да, сол себептен реактивтiк жүктеме активтiк жүктемеге қарағанда U2/ кернеуiнiң өзгеруiн көбірек туғызады.

Жүктеу коэффициентi b тұрақты болған кезде кернеудiң сәйкес өзгеруi DU  бұрыш j2 –нiң мәнiне тәуелдi. Активтi-реактивтiк жүктеме кезiнде DU өседi де, j2=jҚ  болған кезде максимал мәнiне жетедi; активтi-сыйымдылықтың жүктеме кезiнде  DU терiс мәндi болып кетедi (2.1.14 сурет).

 

2.1.6 Трансформатор пайдалы әрекет коэффициентi

 

2.1.6.1 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 Р1ге қатынасы

 
 

                         (2.1.26)

мұндағы DР- трансформатордың қосынды шығындары.

Біріншіреттік орамадан екіншіреттік орамаға энергияны берген кезде біріншіреттік және екіншіреттік орамаларда активтік кедергілерінде DРЭЛ1 және DРЭЛ2 шығындары пайда болады; сонымен қатар магнитөткізгіштің болатында магниттік шығындар DРМ пайда болады (гистерезис пен құйынды токтардан).

Р2=Р1 -DРЭЛ1 - DРЭЛ2 -DРМ   болғандықтан

                               (2.1.27)

РЭМ=Р1-DРЭЛ1-DРМ -электромагниттік қуат. Оның мөлшері трансформатордың салмағы мен көлемін анықтайды.

 

2.1.6.2 Қуат шығындарын анықтау

 

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

DРМ=Р0                                                                                           (2.1.28)

Қосынды электрлік шығындар

DРЭЛ=DРЭЛ1+DРЭЛ2=I12R1+ (I2/)2R2/= (I2/)2 (R1+ R2/)/= (I2/)2 RҚ                (2.1.29)

 

немесе                        DРЭЛ=b2 I2/ RҚ =b2 DРЭЛ НОМ. DРЭЛ=b2 I2/ RҚ=b2DРЭЛ              (2.2.20)

 

(I/)2RҚ=I2RҚ шамасын жеткілікті дәрежеде дәлдікпен трансформатордың қысқа тұйықтау тәжірибесі кезінде тұтынатын қуат РҚ-ға теңістеруге болады, яғни

DРЭЛ=b2РҚ.                                                    (2.1.21)

Толық шығындар

åDР=Р0+ b2РҚ.                                               (2.2.22)

åDР-ның мәнін (2.27) теңдеуіне қойып, Р2 =U2 I2 Cosj2=b SНОМ Cosj2  екенін еске алып, табатымыз

                                  (2.1.23)

 

 

2.1.6.3 ПӘК-тің жүктемеге тәуелділігі

 

Бұл тәуелділік (2.33) теңдеу бойынша салынады.

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

          Қазіргі уақытта қуаты жоғары трансформатордың ПӘК-тері ПӘК-тері 0,98-0,99-ға дейін жетеді.

 
 

bОПТ табу үшін (2.2.23) теңдеуден туындыны алып, оны нөлге теңдеу керек. Бұл жағдайда b2ОПТРҚ=Р0
болады, яғни ПӘК электрлік шығындары магниттік шығындарға тең болатын жүктеме кезінде мәніне жетеді:

                                             (2.1.24)

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 (2-16б сурет), өйткені трансформатордың берілген қуаты тұрақты болған кезде токтар I1 мен I2 өседі.

 

2.2 Үш фазалы токты түрлендіру

 

Үш фазалы токты түрлендіру үш бір фазалы немесе бір үш фазалы үш өзекті трансформаторлар арқылы жүзеге асады.

2.2.1 Үш фазалы топтама

 
 

 

Үш бір фазалы трансформаторды үш фазалы желіге қосу 2.2.1а суретте көрсетілген.

2.2.2 Үш фазалы үш өзекті трансформаторлар

Үш фазалы трансформаторларды үш өзекті (1,2,3), үш мойынтырық (4,5,6) үш бір фазалы трансформатор түрінде көрсетейік (2.2.2а сурет). Мойынтырықтарды мойынтырыққа, біріктіруге болады. Бұл мойынтырық арқылы қосынды ағын    ағады. Егер де біріншіреттік орамдарға үш фазалы симметриялы кернеу жүйесі берілсе, онда кез келген уақытта ФҚОС=0. Сол себептен, мойынтырықты алып тастап, үш өзекті трансформатор жасауға болады (3.2б,в сурет). Соның нәтижесінде үш өзекті, әр бір өзекте бірінші және екіншіреттік орамалары бар, үш фазалы трансформаторды құрамыз (З.2г - сурет).

 

 2.2.3 Орамаларды қосу схемалары

 

Үш фазалы трансформатордың бірінші және екіншіреттік орамалары  “жұлдызша”, “нолдік нүктесі шығарылған жұлдызша” және “үшбұрыштап” қосу схемалары бойынша жалғанады. “Жұлдызша” қосу схемасын Y әріпімен, “үшбұрыштап” қосу схемасын 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.

 

 

 

 

 

 

2.2.1 - кесте

Орамалардың қосу схемалары

ЭҚК векторларының диаграммалары

Шартты түрде белгіленуі

ЖК

ТК

ЖК

ТК

 

 

 

 

 

 

 

 

Y/YH-0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y/D-11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

YH/D-11

 

 

 

 

 

 

D/YH-11

 

 

2.2.4 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=F­Ө+FЖ+Fd=2HӨLӨ+2HЖLЖ+2Hdd                                    (2.2.1)

Өзектегі HӨ және жармадағы HЖ магниттік кернеуліктер магнит индукция В арқылы анықталады.

Маркасы 3413 электротехникалық болаттың H=f(В) тәуелділігі 3.2 кестеде көрсетілген.

 

2.2.2 –кесте

 

Атауы

Шамалардың мәндері

В,Т

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

Н,А/см

0,13

0,18

0,3

0,54

1,24

1,8

2,55

3,8

5,2

7,2

12,0

 

 
 

Берілген магниттік ағынға сәйкес келетін МҚК–және 2.2.2 кестені пайдаланып HӨ, HЖ  және Hd= В/m0 мәндері арқылы анықтаймыз. Содан кейін табылған F- тың мәндері арқылы магниттік сипаттама Ф=f(F) тұрғызылады (2.2.3в сурет). Бұл қисық синусоидалы болмайды, өйткені Ф пен Im арасындағы тәуелдік түзу сызықты емес.

Магниттеуші токтың әрекет етуші мәні

                                           (2.2.2)

Практикада бірінші және үшінші, бесінші гармоникаларды есепке алмайды. Жалпы алғанда үш фазалы трансформатордың фазаларындағы топтары синусоидалы емес болып келеді. Бос жүріс кезіндегі трансформатор үшін:

Барлық фазалардағы токтардың үшінші гармоникаларының фазалары уақыт бойынша бірімен бірі сәйкес келеді, яғни олар нөлдік реттілік жүйесін құрады.

Үшінші гармоникалық әрекет етуі орамалардың жалғану тәсіліне және трансформаторлардың түріне, яғни топ-толық немесе үш өзектілігіне тәуелді болады.

Әр түрі жағдайда бос жүріс тәртібін қарап шығайық.

2.2.5 Орамалары U/D және  D/U схемалары бойынша қосылған үш фазалы трансформаторлар

 

Кернеулері синусоидалы болғандықтан магниттік ағындар да синусоидалы, ал токтардың ішінде жоғары гармоникалар бар.

Фазалардың негізгі (бірінші) гармоникалары бір-бірімен 1200-қа ығысқан болса, үшінші гармоникалары 1200´3=3600 немесе нөлге ығысқан, бесінші гармоникалары 1200´5=6000 немесе 2400, жетінші гармоникалары 1200´7=8400 немесе 1200, тоғызыншы гармоникалары 1200´9=3´3600 немесе нөлге ығысқан.

Сонымен, үшке еселі гармоникалар (3,9,15,…) фазалары бойынша бірімен бірі дәл келеді. Сол себептен желілік токтарда (олар фазалық токтардың айырмасына тең) үш өселі гармоникалар жоқ болады. Олар тұйықталған үшбұрыштың ішінде айналып жүреді және тең әрі фазалары бірдей болғандықтан ондағы қорытқы токты түзеді. Магниттік ағын синусоидалығын бұзбайды, сол себептен екінші реттік ормадағы ЭҚК –те синусоидалы болады.

Егер желіге трансформаторды 2.2.5 - суреттегі схема бойынша тіркесек, онда фазалық токтарда үшке еселі гармоникалар болмайды, өйткені олар ағатын нөлді өткізгіш жоқ.

Үшке еселі гармоникалар жоқ кезде im тоғы да синусоидаға жақын болады, себебі 5,7,… гармоникалардың шамалары кішкентай болып келеді. Сол себептен магниттік ағын қисығында негізгі гармоника Ф1Y-мен бірге үшінші гармоника Ф3Y-да бар (2.2.6 сурет).

Барлық фазалардағы үшінші гармоникалардың фазалары бірдей болғандықтан үшбұрыштап қосылған екінші реттік орамада шамалары бірдей және фазалары бойынша сәйкес келетін ЭҚК Е3D –ны индукциялайды.

 
 

Үшбұрыштап жалғанған тізбекте бұл ЭҚК-тер қосыла отырып токты түзеді. Бұл токпен құрылған ағын ағынды дерлік теңгереді. Сол себептен  фазалардың нәтижелі ағындары синусоидалы болады.

Қорытынды: егер трансформатордың бір орамасы үшбұрыштап қосылса, онда фазалардың магниттік ағындары, ЭҚК-тері және кернеулері синусоидалы болады, ал бұл бір орамасы үшбұрыштап қосылған трансформатордың артықшылығы.

 

2.2.6 Орамалары U/U схемасы 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% -іне тең болса, онда Е3 ЭҚК-тің мәні Е1-дің 30% -іне 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 (3.7 сурет) 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 (3.7 сурет). Бұл жағдай трансформатордың металл құрылымдық бөліктерінде (бакта, бекітуші болаттарда т.б.) құйынды токтарды туғызады.

Қорытынды: жалғану схемасы 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 схемасы бойынша қосылған болып жасалмайды.

 

2.2.7 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 (2.2.8 -сурет).

Желілік ЭҚК-терінің арасындағы бұрыштары бірдей болған трансформаторлар бір жалғану тобына жатады. Олар өзінің номерімен белгіленеді. Егер де ЖК ЭҚК-тің векторына сағаттың минуттік тілін сәйкестендіріп ол векторды 12(0) цифрымен беттестірсек, онда циферблатта ТК ЭҚК-тің векторына сәйкестірілген сағаттың тілі трансформатордың жалғану тобының номерін көрсетеді. Мысалы, 2.2.8 -суретте 11 топты көруге болады.

Жалғану тобы орамалардың жалғану схемасына, олардың оралу бағыттарына және қысқыштарының тақ болуына тәуелді болады. U/U жалғану схемасы кезінде жалғану топтары жұп номерлі, ал U/D немесе D/U жалғану схемалары кезінде жалғану топтары тақ номерлі болады.

Жалғану тобының нөмерін белгілеу үшін бірінші және екінші реттік кернеулердің векторлық диаграммаларын салу керек. Мысалы ретінде, 12 және 11 топтарды анықтауды қарап шығайық.

 
 

U/U
-12

ĖАВ мен Ėав векторлары арасындағы бұрыш 00 -қа тең, яғни 12 топ.

 
 

U/U
-11

 ĖАВ мен Ėав векторлары арасындағы бұрыш 3300 -қа тең, яғни 330:30=11 топ.

Қысқыштардың таңбалануын өзгертіп басқа жалғану топтарын жасауға болады. Барлық жалғану саны 12, бірақ ТМД-да 12 мен 11 жалғану топтары қолданылады.

 

2.3 Трансформаторлардың параллельді жұмысы

 

2.3.1 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 істеуші 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 екіншіреттік номинал кернеулері тең болуы (U1a=U1b; U2a=U1b), яғни трансформация коффициенттер тең болуы (Кa=Кb);

в) қысқа тұйықталу кернеулер тең болуы (UҚa=UҚb).

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 қоссак, онда бұл орамаларда ешқандай ток пайда болмайды. Бұл шарттар орындалған жағдайда бос жүріс кезінің өзінде де теңгерме тоғы IТ пайда болады. Бұл ток екінші реттік орамалардан құрылған тұйықталған контурмен ағады (2.3.1-сурет). 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 схемасын қарауға болады.

 

2.3.1.1 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 (2.3.2-сурет). Екінші реттік орамалардың тұйықталған контурында бұл ЭҚК-тердің айырымы әрекет етеді.

Подпись: DЕ=2Е2Sin150=0,518E2

 

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 ZҚa =ZҚb=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.

 

2.3.1.2 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= Ė2a- Ė2b әрекет етеді, сондықтан теңгерме ток пайда болады.

Екінші реттік орамаларда бұл ток орамалардағы әрекет етуші ЭҚК-тердің бағыттарына байланысты әртүрлі жаққа бағытталған. Бірінші трансформатор IТa теңгерме тоғын, ал екінші трансформатор IТb теңгерме тоғын тұтынады. Трансформаторлардың орамаларындағы теңгерме токтар туғызатын кернеу

құлауы орамалардың екінші реттік кернеулерін теңестіреді. Жүктемені қосқан кезде трансформаторларда IЖa және IЖb  жүктеме токтар пайда болады. Олар теңгерме токтармен қосылып I2a  және I2b қосынды токтардың, яғни трансформаторлардың жүктемелерінің теңсіздігін туғызады (2.3.3б-сурет).

 
 

Мысалы, екі трансформатордың қуаттары бірдей  ZҚa=ZҚb=0,05, ал трансформация коэффициенттері 1%
-ке өзгеше болса, онда

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

 

2.3.1.2 Қысқа тұйықталу кернеулерінің тең болу шарты

 

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

Ықшамдалған схемадан (2.3.4-сурет) шығатын теңдеу:

IaZa=IbZb==InZn                     (2.3.1)                          

Токтардың фаза бойынша ығысуы аз болғандықтан комплекстерден модулдерге көшіп жазамыз:

Ia: Ib=1/ZҚa:1/ZҚb,             (2.3.2)                                            

яғни транформаторлар арасындағы токтар қысқа тұйықталу кедергілеріне кері пропорционал бөленеді.

(2.3.2) теңдеуді мына түрге келтіруге болады

                               (2.3.3)

(2.3.3) теңдеудің сол жағын UНОМ көбейтсек, ал оң жағын U2НОМ/100-ге көбейтсек, сонда

     

Бұдан алатынымыз                     

                                          (2.3.4)

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

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

 

Қорытынды

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

 

2.4 Трансформаторлардың кернеулерін реттеу

Реттеу принциптері  Трансформаторларды эксплуатациялау барысында олардың екінші реттік кернеулерін өте жай реттеу қажет болады. Бұл кезде екі жағдайды арттырады:а) бірінші реттік кернеу шамалы өзгерген жағдайда (10-15% U1НОМ-дан) екінші реттік кернеуді өзгертпеу;б) бірінші реттік кернеу тұрақты болған жағдайда екінші реттік кернеуді кең көлемде реттеу.Бұған бірінші немесе екінші реттік орамалардың орам сандарын өзгерту арқылы қол жеткізуге болады. Ол үшін трансформаторлардың орамаларында әртүрлі орам санды тарамдар жасалынады.Орамдардың тарамдарын бірінші және екінші реттік желіден ажыратқан кезде ауыстырып қосуға болады (қоздырусыз жағдайында ауыстырып қосу), мұнда трансформатордың кернеуін орамдар санын өзгерту арқылы реттеу сатылап жүргізіледі немесе жүктеме бар кезде (жүктелген кездегі) реттеу. Кернеулерін жатық реттеуге болатын (магниттік ағынды өзгерту арқылы) трансформаторлар да бар.
 
 

 

2.4.1 Трансформаторлардың орама тарамдарын қоздырусыз

жағдайда ауыстырып қосу

 Бұл кезде кернеуді UНОМ   -ға қарағанда ±5%-ке реттейді, әдетте реттеу сатылары 2,5%-ке тең болады, яғни трансформатордың 5 реттеу сатысы бар.Майлы трансформаторда ауыстырып қосу трансформатордың ішінде орналасқан түйіспелерді қосқышты ауыстыру арқылы орындалады.Түйіспелі қосқыштың құрамына орамдардың тарамдарымен қосылған қозғалмайтын түйіспелер (X,Y) және фазалардың өзара жалғану схемасын қамтамасыз ететін жылжымалы түйіспелер (А,В,С) кіреді.Бұл реттеу әдісін қолданған кезде:а) бір тарамнан екінші тарамға ауысу кезінде токтың үзілмеуін қамтамасыз ету;б) екі тарам бір уақытта қосылған кезде олардың арасындағы орамның бөлімінде қысқа тұйықталу тоғын шектеу қажет.Ол үшін ток шектеуші реакторы бар ауыстырып қосу құрылғысын қолданады. Құрылғының ішінде реактор L, токты үзетін екі ажыратқыш Q1 мен Q2, және ток жоқ кездегі ауыстырып қосуды жүзеге асыратын екі ауыстырып қосқыш SА1 мен SА2 бар. Кернеудің реттелуін1.2.4.3 -суреттен түсінуге болады. 

2.4.2 Кернеуі жатық реттелетін трансформаторлар

 Трансформатордан шығатын кернеуді жатық реттеуді магниттік өткізгішті тұрақты токпен магниттеу арқылы жүзеге асыруға болады. Мұндай трансфоматорлар шунттары реттеулі магниттелетін трансфоматорлар деп атайды. Бұл трансформатордың магниттік жүйесі екі негізгі оқтамадан (2,5) және екі магниттік шунттардан (3,4) құрылған. Негізгі оқтамаларда бірінші және екінші реттік орамалар орналасқан, ал магнит шунттарда екі орамадан құрылған магниттеуші орама орналасқан. Сейілу ағындары Фs1 мен Фs2 негізінде магниттік шунттар арқылы тұйықталады да, олар фаза бойынша бір-бірінен 1800-қа ығысқан. Магниттеуші ораманың орамалары тізбектеле қосылған, сондықтан олар түзетін ағындар қосылады, ал Фs1 мен Фs2 сейілу ағындар осы орамаларда өздерін теңестіретін ЭҚК-терді индукциялайды. Тұрақты ток IМН жоқ кезде Фs1 мен Фs2  ағындарының мәні максимал, ал негізгі ағын Ф минимал мәніне тең болады. Бұл кезде екінші реттік кернеу U2-де минимал мәніне тең. Ток IМН өте бастаған кезде шунттар қанығады, ал бұл Фs1 мен Фs2-ні азайтады, соның нәтіжесінде Ф және U2 өседі. Магниттеуші ток IМН-ды реттеу арқылы екінші реттік кернеуді жатық өзгертуге болады.  

2.5 Үш фазалы трансформаторлардың симметриясыз жүктелуі

 Практикада симметриясыз жүктеме, яғни әртүрлі фазаларының токтары тең болмау жағдайлары кездесіп тұрады. Трансформаторлардың симметриясыз жүктелуін желіде бір фазалы қабылдағыштар (электр пештері, балқытып пісіру трансформаторлары, жарықтандыру құрылғылары т.б.) болған кезде бақылауға болады. Токтардың симметриясының шекті жағдайы симметриясыз (бір және екі фазалы) қысқа тұйықтаулар болып табылады. 

2.5.1 Симметриясыз жүктелуді талдаудың жалпы әдістері

 

 
 

Бір талдау симметриялық құраушылар әдісіне негізделген. Симметриялық құраушылар әдісі бойынша үш фазалы симметриясыз токтардың жүйесін симметриялы тура, кері және нөлдік реттік құраушыларға жіктеуге болады (2.5.1-сурет).

 
 

Ia1, Ib1 және Ic1 векторлары тура реттілік векторларының жүйесін құрады (2.5.1а-сурет), яғни оларды берілген векторлар жүйесі Ia, Ib және Ic сияқты фазалардың алмасуы бар.

Кері реттік векторлар жүйесінде Ia2, Ib2 және Ic2 фазалардың алмасуы кері болады. Нөлдік реттік векторлар жүйесіне тән қатынас  İa0= İb0 = İc0.

Тиісті түрлендірулерді орындағаннан кейін табатынымыз:

 

 İа1=( İа+ а İв2 İс)/3;           İв1=а2 İа1;    İс1=а İа1.             (2.5.2)

 İа2=( İа+ а2 İв+а İс)/3;           İв2=а İа2;     İс2=а2 İа2.              (2.5.2)

        İа0=İв0=İс0=авс)/3.                                                              (2.5.4)

Мұндағы

           а=еj120°;   а2=еj240°; 1+а+а2=0.

 

2.5.2 Орамалары Y/YН схемасы бойынша жалғанған трансформатордағы бір фазалы қысқа тұйықталу

 

Екінші реттік орама бірінші реттік орамаға келтірілген деп есептейміз. Екінші реттік токтардың жүйесін симметриялық құраушыларға жіктейміз:

 İа1,  İв1,  İс1;     İа2= İв2= İс2;     İа0=  İв0= İс0.

Мәні бойынша әрбір жүйеліктің тоғы  İа1=İа2=İа0=İа/3=İҚ1/3-ке тең, себебі  İв=İс=0, ал  İа=Uа/ZҚ1.                                                        

Екінші реттік орамадағы тура, кері реттілік токтар сияқты токтар жүйелері  бірінші реттік орамада да бар, бірақ нөлдік реттілік токтардың жүйелері жоқ. Сонымен, Y/YН схемасы бойынша қосылған трансформатордың бір фазалы қысқа тұйықталған үш жұмыс тәртібінің қосындысы деп есептеуге болады, атап айтсақ: тура және кері токтар жүйелерінің симметриялы екі үш фазалы қысқа тұйықталу мен екінші реттік орамадағы бір фазалы токтың жұмыс  тәртібі.

Тура және кері токтардың жүйелері үш фазалы жүйелерді құрады, ал олардың бірінші және екінші реттік МҚК-тері бірін бірі теңгереді. Екі үш фазалы жүйенің орынбасу схемасы бірдей, ал кедергілері қысқа тұйықталу кедергісіне  ZҚ=Z1+Z/2  тең болады (2.5.4-сурет).
Нөлдік реттілік токтарының жиілігі тура және кері реттілік токтардың жиілігіндей болады және барлық үш орамада фазалары бойынша дәл келеді; демек олар екінші реттік орамада бір бағытта ағады. Бұған сәйкес фазалардың екіншілік орамалары схема a ® x ® b ® y ® c ® z тізбектей қосылып U0рет-ке тең бір фазалы ток көзінен тізбекте I0рет=I=I0b=I0c=1/3IҚ-ге ток ағады, сонымен бірге I0рет= U0рет/Z0рет.Орамалардан өткен ток I0 үш рет біріне бірі тең және фаза бойынша тура келетін МҚК-терді (F0рет=I0ретW2) тудырады. Осыған орай Ф0рет магниттік ағын ағады. МҚК-тердің әрекеті трансформатордың магниттік жүйесіне толық тәуелді. Үш оқтамалы трансформаторларда F0рет барлық оқтамаларда бір жаққа бағытталғандықтан әрбір жұп оқтамалардың контурында бағытталады да олар құрған бір фазалы ағын Ф0рет трансформаторларда жармадан жармаға май, ауа және бактың қабырғалары арқылы тұйықталады (2.5.6а-сурет). Бұл тізбектің магниттік кедергісі үлкен болғандықтан Ф0рет аз болады. Керісінше – топтың трансформаторда Ф0рет оқтамалы арқылы тұйықталады, яғни негізгі ағынның жолымен жүреді(2.5.6б-сурет). Бұл тізбектің магниттік кедергісі аз болғандықтан Ф0рет негізгі ағын ФА-мен шамалас болады.Ағын Ф0рет ЭҚК Е0рет  индукциялайды. Шарт бойынша трансформатор шексіз қуатты желістен қоректенеді, ал сол себептен А,В және С нүктелердің потенциалдары тұрақты, трансформаторлардың жұмыс ережесіне тәуелсіз. ЭҚК бейтарап нүктені ығыстырады (0 нүктеден 0/ нүктеге).Сонымен,  Ė0рет қысқа тұйықталған фаза А-ның кернеуін азайтады, ал қалған екі фазаның кернеулерін арттырады.
 
  Подпись: Бактың қабыоғасы


 Фаза А қысқа тұйықталғандықтан, бұл фазадағы  ЭҚК-тер бір-бірін теңестіреді, яғни      А+  Ė0рет- j İА1XҚ- j İА2XҚ =0.В және С фазалары ЭҚК-терінің теңдеулері: В= Ė0рет- j İА1XҚ- j İА2XҚ = .С= Ė0рет- j İА1XҚ- j İА2XҚ = .      Егер де орамалардың активтік кедергілерін есептесек, онда А фазасы үшін А=  Ė0рет- j İА1ZҚ- j İА2ZҚ2 =0;Ė0рет=-  İ0рет Z0рет =-1/3 İҚ1Z0рет,;ал                                   İА1= İА2 =1/3 İҚ1.Сондықтан            А-1/3 İҚ1Z0рет-1/3 İҚ1ZҚ1- j İА2ZҚ2 =0.Соңғы теңдеуден бір фазалы қысқа тұйықталу кезіндегі ток:

2.5.3 Орамалары Y/Y схемасы бойынша жалғанған трансформатордағы екі фазалы қысқа тұйықталу

 

b мен с фазасы қысқа тұйықталған, ал а фазасы ажыратылған болсын делік. Бұл жағдайда  İa=0,  İb=- İc. Нөл нүктесі сыртқа шығарылмағандықтан ток жүйесі тек тура және кері жүйеліліктерге, ал нөл жүйелігі  İ0рет  =0, яғни   İаbc=0.

Бұған сәйкес Ф0рет=0, Е0рет=0, сондықтан бейтарап (нөл) нүктесі трансформатор жүктелген кезде өзінің орнынан ығыспайды.
 
 

Бірінші реттік орамада екінші реттік орамадағыдай сол екі токтың жүйелері бар, сондықтан келтірілген трансформаторда  İА=0 және  İВ= - İС..           Қысқа тұйықталу кедергісінің активті RҚ құрастырушысың (XҚ-ға қарағанда өте аз болғандықтан) есепке алмаймыз. Онда  İВ тоғы ŪВС кернеуіне қарағанда 900-қа ығысады.Симметриясыз токтар жүйесін ( İв= - İс) тура  İА1,  İВ1,  İС1 және  İА2,  İВ2,  İС2 симметриялы токтар жүйелеріне жіктейміз.Аралық түрлендірулерді келтірмей-ақ, соңғы нәтижені жазайық:  Әрбір ток сәйкес токтан 900-қа қалатын ЭҚК-ті құрады.Контур  b -c –z- b қысқа тұйықталғанда бірінші реттік орамалардың В мен С фазаларында      – j İВ1XҚ- j İВ2XҚ –j İС1XҚ- j İС2XҚ = 0.Бұл теңдікке  İВ1,  İВ2,  İС1 және  İС2 токтардың мәндерін қойғаннан кейін табатынымыз:                    

2.5.4 Орамалар Y/YН схемасы бойынша жалғанған

трансформатордың симметриясыз жүктелуі

 

Егер де трансформатор Y/YН схемасы бойынша жалғанған болса, онда кейбір тұтынушылар, мысалы, электр қозғалтқыштары, желілік кернеуде, ал тұрмыстық тұтыныштар (электр шамдар, телевизорлар, кір жуу машиналар т.б.)- бір фазалы кернеуде жұмыс істейді. Егер жүктеме біркелкі емес болса, онда токтардың симметриясыз жүйесі бұрынғыдай үш жүйелікке жіктеледі. Егер екінші реттік ораманың әрбір фазасында нөлдік реттілік тоғы I0рет онда бейтарап өткізгіште 3I0рет ток ағады.

 
 

Ток I0рет= 1/3IНОМ болсын деп есептейік. Жүктеме таза активті. Бейтараптаманың ығысуы мына қатынаспен анықталады:Егер Z0рет= 10ZҚ деп алсақ, ондаЕкінші реттік ораманың нақтылы тоғынан бейтарап тоғы 25%-ке артық болуына рұқсат етілмейді. 

2.5.5 Нөлдік реттілік кедергіні анықтау

 Үш оқтамалы трансформатордың Z0рет кедергісін табу үшін бір орамасын тізбектеп қосып, ал екінші орамасын ажыратып қою керек (2.5.10-сурет).Кернеу U00, қуат Р00 және ток I00-дарды өлшеп алғаннан кейін, табамыз:Тәжірибе арқылы белгілі: кедергінің индуктивтік құраушысы X0PET активтік құраушысынан R0PET әлде қайда үлкен, сол себептен Z0PET@  X0PET;
 
 

 

2.6 Трансформатордағы өтпелі процестер

 Трансформатордың жұмыс тәртібі өзгерген кезде қалыптасқан күйінен екінші қалыптасқан күйіне ауысуы болады.           Трансформатордың жобалау кезінде оның ауқымы, жұмыс істейтін жағдайлары және қорғанын талаптары өтпелі процестерді ескермей дұрыс алына алмайды. Трансформаторды желіге қосқан кездегі және екінші реттік ораманың қысқыштарындағы қысқа тұйықталу кезіндегі өтпелі процестерді қарайық. 

2.6.1 Трансформаторды желіге қосу

Біріншілік ораманы t=0  уақыт сәтінде U1=U1mCos(wt+y) фазалық кернеуге қосайық.Трансформатор тізбегіндегі құбылыстар сызықсыз дифференциалды теңдеумен суреттеледі:                                              (2.6.1)мұндағы      i0 - өтпелі бос жүріс тоғы;Ф0=f(i0)-i0 тоғына сызықсыз тәуелділікте болатын өзара индукцияның магниттік ағыны.           i0  тоғын Ф0 магниттік ағыны арқылы сызықтық тәуелділік ретінде жуықтап өрнектеуге болады, яғни   - деп көрсету арқылы. Бұл  жағдайда (2.6.1) теңдеуді былай суреттеуге болады    (2.6.2)Тұрақты коэффициенттері бар сызықтың дифференциалды теңдеудің шешімін екі құраушының қосынды ретінде көрсетуге боладыФ=Феm,                                                      (2.6.3) -еркін құраушысы, біртекті теңдеудің жалпы шешімімұндағы a0=-R0/L0- сипаттамалық теңдеудің түбірі.Магниттік ағынның ықтиярсыз (еркінсіз) құраушысыФыmSin(wt+y),мұндағы Фm=U1m/wW1.Тұрақты С бастапқы шарттар арқылы анықталады. Егер де ФҚАЛ=0 болса, онда t=0 кезде магниттік өткізгіштегі ағын нөлге тең, яғни с +ФmSin(wt+y)=0, бұдан с =-ФmSin(wt+y), ал                       (2.6.4)Трансформатордың желіге қосылуының ең қолайсыз сәті y=-p/2 болған кезде, яғни U1=0 сәтіне сәйкес келеді.Бұл жағдайда ағынның еркін құраушысының бастапқы мәні ықтиярсыз ағынның Фm амплитудасына тең. Жарты периодтан кейін магниттік өткізгіштегі магниттік ағын максималды Фmax=2 Фm мәніне жетеді (2.6.2-сурет). Бос жүріс IOH номинал токқа қарағанда аз болса да, трансформатордың желіге қосылу тоғының максимал мәні iomax номинал жүктеме тоғының амплитудасынан үлкен болады, яғни   
 
 

2.6.2 Екінші реттік ораманың қысқыштарындағы қысқа тұйықталу 
 
 
 

Өтпелі процесті қысқа тұйықталған трансформатордың орынбасу схемасы бойынша зерттеуге болады.Бұл схемадағы өтпелі процестер тұрақты коэффициенттi сызықтық дифференциалды теңдеумен өрнектеледі                                                   (2.6.5)Бұл теңдеудің шешімі   i1= i1e+ i1ы.Еркін құраушысы   мұндағы aҚ=RҚ/LҚ.Ықтиярсыз құраушысы  i1ы=iҚ mCos(wt+y-jҚ).Токтың амплитудасымен фазасыТұрақты С бастапқы шарттар арқылы анықталады.бұдан   ал өтпелі ток                      (2.6.6)Процесс басталып  t=1/aҚ  уақыт өткеннен кейін еркін құраушы е есе азаяды, ал t=3/aҚ уақыттан өткеннен кейін ол е3=20 есе азаяды да, процесті өшті деп санауға болады.Өшу уақыттың тұрақтысы t =1/aҚ=0,01-0,02 с.Қысқа тұйықталу кезінде бұл процесс Y=jҚ немесе Y=jҚ+p сәтінде басталса, онда ең қолайсыз жағдай туады. Бұл жағдайда еркін құраушының бастапқы мәні ықтиярсыз құраушысының амплитудасына тең болады, яғни орамадағы токтар максимал мәніне процесс басталғаннан кейін жарты период өткенде жетеді   Бұл токтың номинал ережедегі токқа қатынасы Күштік трансформаторларда қысқа тұйықталу кезінде токтың мәні ке жетеді.Орамаларда қарама-қарсы ағатын токтардың өзара әрекеттесуінен туатын электрмагниттік күштер ораманың орамдарын қысады, ал сыртқы ораманың орамдарын кереді. Қысқа тұйықталу кезінде электрмагниттік күштер (токтардың квадратына пропорционал болады) 225-625 есе өседі де, орамаларды механикалық бүлінуге алып келуі мүмкін. Қысқа тұйықталу токтарының жылулық әсері де өте қауіпті, өйткені электрлік шығындар (оларда токтардың квадратына пропорционал болады) көп есе өседі де, орамалардың температурасын күрт өзгертеді.Орамалардағы токтың тығыздығы J күрт өсіп 20-40 А/мм2 –қа жетеді. Қысқа тұйықталу алдында орамалардың шекті ұзақ мерзімді рұқсат етілетін температурасы 2500-қа жететін уақыт tҚ-аны табуға болады.Бұл уақыт мына формула бойынша табылады     Әдетте релелік қорғаныс трансформаторды желіден бұл уақыттан ерте ажырататын болғандықтан трансформатордың орамаларының  температурасы шекті мәніне жетіп үлгермейді.

  

Әдебиеттер тізімі

 

1.     Копылов И.П. Электрические машины.-М.: Высшая школа, Логос, 2000.- 607 с.

2.     Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хворостов В.С. Электрические машины. Ч.1,2. – М. : Высшая школа, 1987.

3.     Кацман М.М. Электрические машины.-М.: Высшая школа, 2002.-464 с.

4.     Вольдек А.И. Электрические машины. - Л. : Энергия, 1978.-  832 с.

5.     Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. Ч.I.- Л.:Энергия, 1972.-  544 с.

6.     Петров Г.Н. Электрические машины. Ч.I. - М.:Госэнергоатомиздат, 1974.-240 с.

7.     Кацман М.М. Руководство к лабораторным работам по электрическим машинам. – М. : Высшая школа, 1983. – 215 с.

8.     Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. - М. : Энергия, 1980.-  986 с.

9.     Важнов А.И. Электрические машины. - Л. : Энергия, 1969.-  840 с. 

 

Мазмұны

 

Кiрiспе       3

1 Тұрақты токтың электр машиналары       3

1.1 Тұрақты токтың электр машиналарының құрылысы және жұмыс істеу принциптері       4

1.2 Тұрақты токтың машиналарының якор орамалары       6

1.3 Тұрақты токтың машинасының электр қозғаушы күші және электр магнит моменті     9

1.4 Тұрақты токтың машинасының магниттік өрісі      11

1.5 Тұрақты токтың машиналарындағы коммутация  15

1.6 Тұрақты токтың генераторлары... 23

1.7 Тұрақты токтың қозғалтқыштары         30

2 Трансформаторлар 45

2.1 Трансформатор жұмысының физикалық негіздері.46

2.4 Трансформаторлардың кернеулерін реттеу     69

2.5 Үш фазалы трансформаторлардың симметриясыз жүктелуі.. 72

2.6 Трансформатордағы өтпелі процестер. 78

Әдебиеттер тізімі         82