Дәрістің тақырыбы: Синхронды машиналар. Құрылысы және жұмыс жасау принципі. Синхронды генераторлардың негізгі сипаттамалары. Синхронды тахогенераторлар

.

14.1 Синхронды машиналар. Құрылысы және жұмыс жасау принципі

Роторының айналу жылдамдығы статордың магнит өрісінің айналу жылдамдығына тең болатын айнымалы ток машинасы, яғни , р-полюстер жұбының саны f₁=50 Гц (ротор мен статордың полюстер жұбының саны өзара тең).

Синхронды машиналарда екі бөліктен статордан және ротордан құралады. Синхронды машинаның статорының құрылысы асинхронды машиналардікінен айырмашылығы жоқ, (корпус – тұрақ, өзекше – сердечник және үшфазалы орамдардан құралады) бірақ, машинаның габариттік өлшемдері мен арналуына байланысты әртүрлі болуы мүмкін. Мысалы, көпполюсті қуатты машиналардың статорының өзекшесінің сыртқы диаметрі 900 мм үлкен болса, статор өзекшесінің пластиналарын жеке сегменттерден жасайды, жеке сегменттер құрастырған кезде цилиндр тәрізді форма құрайды.

Синхронды машиналар роторының құрылысына байланысты екіге: айқын полюсті – (явнополюсный) және айқын емес полюсті (неявнополюсный) болып бөлінеді (14.1- сурет).

а –айқын емес полюсті; б –айқын полюсті.

14.1 – Сурет – Синхронды машиналардың құрылысы

Айқын полюсті синхронды машиналар – баяу қозғалатын болса, айқын емес полюсті синхронды машиналар жылдам қозғалатын болып табылады.

Синхронды машиналар кезкелген электрлік машиналары секілді –қайтымды, яғни генератор ретінде де қозғалтқыш ретінде де жұмыс жасайды. Сонымен қатар синхронды машиналардың ерекшелігі олардың қоректенетін ток көзіне реакивті қуатты генерациялайтын режимде яғни компенсатор ретіндеде жұмыс жасай алуы.

Синхронды машиналардың ең көп қолданылатын саласы олардың генератор ретінде қолданылуы (жербетіндегі электр-энергиясы синхронды машиналар көмегімен өндіріледі.) Синхронды генератор бірінші реті энергия көзіне байланысты, яғни механикалық энергияны қандай жолмен алуына байланысты үшке бөлінеді. Турбо генератор – бу турбинасы ( 1500 – 30000 об/мин.) гидравликалық турбина – гидрогенератор (50 – 600 об/мин.) Дизель –генератор – дизель, іштен жану қозғалтқыш (600-1500 об/мин.) Турбо және дизель генераторлардың білігі көбінесе – горизонталь орналастырылатын болып келуі генераторлық режимде жұмыс жасау принципі келесідей болады, яғни ротор өзекшесінде орналасқан қоздырғыш орамдарға қоздыру тоғын беріп, роторды қозғалысқа келтіретін болсақ, ротор орамдары магнит ағымын туғызады, осы магнит ағымы статор орамдарына ( ) жиілігі ЭҚК енгізеді.

14.2 Синхронды машиналардағы якорь реакциясы

Синхронды генератордың жұмыс процессі барысында онда екі МҚК, яғни қоздырғыш және статордың магнит қозғағыш күші әрекет етеді.

Бұл кезде статор МҚК қоздырғыш МҚК әсер етіп, оны күшейтеді немесе оның формасын өзгертіп, әлсіретеді. Статордың МҚК (якорь) қоздырғыш орамдардың МҚК әсері якорь реакциясы деп аталады.

Якорь реакциясы синхронды машинаның жұмыс жасау қасиеттеріне әсер етеді, яғни машинаның магнит өрісінің өзгерісі статор орамдарына енгізілетін ЭҚК және басқада шамалардың өзгеруіне әкеліп соғады. Якорь реакциясының синхронды машинаның жұмысына әсер етуі жүктеменің түрі мен шамасына байланысты.

Синхронды генератор аралас жүктемеге (активті-сыйымдылықты немесе активті-индуктивтілікті) жұмыс жасайды, бірақ якорь реакциясының әсерін білу үшін генератордың шеткі жағдайларда жұмыс жасауын қарастырамыз, олар: активті, сыйымдылықты және индуктивтілікті жүктемелерге жұмыс жасау кездері болып табылады. Ол үшін МҚК векторлық диаграммасын қарастырған дұрыс. Бұл кезде ескеретін жағдай статор орамдарына қоздырғыш магнит ағыны енгізілетін ЭҚК осы магнит ағынынан 90⁰-қа фаза бойынша қалып жүреді, ал статор орамдарындағы ток векторы , векторына қарағанда жүктеме түріне байланысты кезкелген φ-бұрышпен ығысып орналасуы мүмкін.

Жүктеме индуктивті (φ=90⁰), таза индуктивті жүктеме кезінде генератордың статорлық тоғы , ЭҚК 90⁰-қа қалып қояды, сондықтан ол максималь шамаға ЭҚК-нің максималь мәніне сәйкес келетін орнынан 90⁰-қа алға жылжыған кезде ие болады. Бұл кезде статордың МҚК қоздырғыш орамдардың МҚК қарама-қарсы ротор полюстерінің осі бойынша әрекет етеді. Статордың МҚК мұндай әсері машинаның өрісін әлсіретеді, яғни якорь реакциясы индуктивті жүктеме кезінде бойлық-магнитсіздендіргіш әсерде болады, бірақ магнит өрісінің формасы бұзылмайды (ерекшелігі осы)

Жүктеме сыйымдылықты φ=-90⁰ тоғы ЭҚК-ін 90⁰-қа озып жүретін болғандықтан ол өзінің максималь мәніне ЭҚК қарағанда ертерек жетеді. Бұл кезде статордың да, ротордың да магнит қозғаған күштері ротор полюстерінің осі бойымен бір бағытта әсер етеді, демек қоздырғыш магнит өрісінің күшейетінін көруге болады. Сонымен сыйымдылықты жүктеме кезінде якорь реакциясы бойлық-магниттендіру әсерінде болады, магнит өрісінің формасы өзгермейді.

Жүктеме индуктивті немесе сыйымдылықты болғандағы синхронды машинаның векторлық диаграммалары сәйкесінше 14.2, а және б - –суреттерде көрсетілген.

14.2 –Сурет - Жүктеме индуктивті, сыйымдылықты болғандағы синхронды машинаның векторлық диаграммалары

Жалпы алғанда аралас жүктеме кезінде статор тогы негізгі ЭҚК қарағанда 90⁰ - -90⁰ аралығында орналасатын кез-келген ψ – бұрышқа фазалық ығысып жүреді. Жүктеме активті-индуктивті болғандағы якорь реакциясының МҚК негізгі полюстердің МҚК әсерін 14.5- сурет арқылы талдауға болады.

14.3 – Сурет - Жүктеме активті-индуктивті болғандағы синхронды машинаның векторлық диаграммасы