8. Синхронды генератордың электромагниттік қуаты
Синхронды қозғалтқыштың электромагнитті қуаты мен айналдыру моменті
Егер
статор орамдарының активті кедергісін
ескермесек қозғалтқыш тұтынатын қуат
шамамен электромагнитті
қуатқа
тең:
.
(10.2)
Векторлық
диаграммадан (14.4- сурет)
үшін:
;
(10.3)
(10.3) теңдікті (10.2) өрнекке қойып, аламыз:
мұндағы
- негізгі және қосымша электромагнитті
қуаттар.
9. Үлкен қуатты тораппен синхронды генератордың жұмыс істеуі
10. Синхронды генератордың құрылымы және жұмыс принципі
Синхронды машиналарда ротордың айналу жылдамдығы статордың айналмалы магнит өрісінің айналу жылдамдығына тең. Осы себептен мұндай машиналар синхронды деп аталады. Синхронды машиналар үш әлпіде жұмыс істей алады: генератор, қозғалтқыш және синхронды теңгергіш ретінде. Сондықтан да синхронды машиналар генератор, қозғалтқыш және синхронды теңгергіш түрінде шығарылып, қолданады. Электр энергиясы негізінен синхронды генераторлармен алынады. Олар жылу, гидравликалық, атом, дизелъді (іштен жану), жел энергетикалық т.б. электр станцияларында қолданылады. Жылу және атом электр станцияларында бастапқы қозғалтқыш бу турбинасы болса, гидравликалық электр станцияларында су турбинасы, дизель электр станцияларында іштен жану қозғалтқыштары, ал жел электр станцияларында желқалақтар болып табылады. Генераторларда бастапқы қозғалтқыштардың энергиясының электр энергиясына түрленетіндігінен, олардың қуаты бастапқы қозғалтқыштың қуатына тікелей байланысты. Осы себепті және қолданылатын материалдардың беріктігіне байланысты генераторлардың қуаты жылу және атом станцияларында 1200 МВт және одан да көп, гидравликалық станцияларда 800 МВт-қа дейін, дизельді электр станцияларында мыңдаған киловаттқа дейін, ал жел электр станцияларында 250кВт-қа дейін барады. Аса қуатты турбогенераторлар мен гидрогенераторлардың пайдалы әрекет коэффициенті өте жоғары-98...99%-ке дейін, ал қуат коэффициенті 0,8...0,9 шамасында болады. Турбогенераторлардың айналу жиілігі 3000 айн/мин-ке дейін, ал гидрогенераторлар негізінен жәй жүрісті болады-айналу жиілігі 150 айн/мин-ке дейін. Бір энергетикалық жүйе әдетте бірнеше электр станцияларын біріктіреді. Мұнда ондаған тіпті жүздеген генераторлар бір желіге жалғанатындықтан олардың кернеулері мен жиіліктерінің бірдей және өзгермей қалуы бұлжытпай орындайтын шарт болып есептеледі. Өйткені егер генераторлардың кернеулері мен жиіліктері бірдей болмаса, онда генераторлардың өздерінің араларында энергияның ағыны пайда болады да энергияның шығыны көбейеді, ал кейбір генераторлар энергия көзі немесе энергия қабылдағыш ретінде жұмыс істеуі мүмкін. Сондықтан генераторлардың кернеулері мен жиіліктері, активті және реактивті қуаттары бір ортадан-диспетчерлік ортадан бақыланып және реттеліп отырылады. Синхронды қозғалтқыштардың айналу жиілігі тұрақты болатындықтан олар жиіліктің өзгерісіне қатты талап қойылатын жерлерде қолданылады. Мысалы, сығымдау тұрықтарында, кеніштерде, өндірістік тоңазытқыштарда т.б. өте қуатты машиналарда олардың жетегі ретінде пайдаланылады. Синхронды қозғалтқыштардың қуаты ондаған мегаваттқа дейін де, ал кернеулері 10 кВ-қа дейін. Қуаты бірнеше ғана ватт, ал кернеулері бірнеше вольт синхронды қозғалтқыштар электрлік сағаттарда, өзі жазатын аспаптарда, кинотехникада, автоматты басқару жүйелерінде қолданылады. Синхронды машиналарға тән бір ерекшелік – қоздыру тоғын өзгерту арқылы олардың желіге беретін реактивті қуатын реттеуге болатындығы. Бұл жағдай синхронды қозғалтқыштарды асинхронды қозғалтқыштардың жұмысы үшін керекті реактивті қуаттың көзі ретінде пайдалануға болатындығын көрсетеді. Осы мақсатта қолданылатын синхронды қозғалтқыштарды синхронды теңгергіштер (компенсаторлар) деп атайды. 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 (9.1- сурет).
9.1-сурет. Синхронды машиналардың құрылысы
а –айқын емес полюсті; б –айқын полюсті.
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.