20. Синхронды генераторлар

Синхронды қозғалтқыштар көбінесе айқынполюсті болып жасалады. Синхронды қозғалтқыштардың негізі қасеті, яғни асырақоздырғанда оның қуаттық коэффициенттің жоғары мәнімен жұмыс жасай алатын қасиетін ескеріп, оларды және мәндерімен номинал режимде жұмыс жасай алатындай етіп жасайды. Статорының құрылысы синхронды генератор статорынан еш айрмашылығы жоқ. Іске қосу процессін жеңілдету үшін статор мен ротор арасындағы бос ауа кеңістікті аз етіп жасайды. Полюс ұштарына арнайы орамдар іск қосу орамдарын орналастырады, ал қоздырғышты көбінесе білікке орнатады, ал қуаты үлкен қозғалтқыштарда жеке қарастырады. Синхронды қозғалтқыштар басқарылмайтын жетектерде, яғни әрқашан біркелкі жылдамдықпен қозғалатын механизмдердің жетегі ретінде қолданылады. Қозғалтқыш ретінде жұмыс жасау принципі келесі ретпен жүреді. Статордың үшфазалы орамдарына айнымалы ток берілген кезде статор қуысында айналмалы магнит ағыны пайда болады. Оның жылдамдығы , егер роторды жылдамдықпен қозғалысқа келтіріліп, қоздырғыш орамға қоздыру тоғын беретін болсақ, ротор орамдары магнит ағынын туғызады. Бұл магнит ағыны статордың магнит ағынымен бірдей қозғалатын болғандықтан екі магнит ағыны қосылып толық магнит ағынын құрайды. Толық магнит ағыны роторды синхронды жылдамдықпен қозғалысқа келтіреді.

21. Роторы қысқа тұйықталған асинхронды қозғалтқыштарды іске қосу

Ротор қозғалыссыз кезде асинхронды қозғалтқышты трансформатор деп қарастыруға болады. Егер фазалы роторлы асинхронды қозғалтқыштың ротор орамдарын ажыратсақ қозғ,алтқыш бос жүріс режимінде деп есептеледі, қозғалтқыштағы бұл кездегі физикалық процесстер трансформатордың бос жүріс режиміндегі прпоцесстерден еш айырмашылығы болмайды.

Кирхгофтың екінші заңына сәйкес қозғалыссыз ротор кезіндегі асинхронды қозғалтқыштың статорының теңдеуі мына түрде болады:

6.2 – Сурет- Ротор тізбегінің кедергісі әртүрлі болғанда тәуелділігі мұндағы .

Асинхронды қозғалтқыштың бос жүріс режимі трансформатордағыдан айырмашылығы, оның магниттендіру тогы I₀ трансформатордың тогынан үлкен, және статор мен ротор арасындағы бос ауа қуысының болуына байланысты қозғалтқыштың номиналь тогының 20-50% құрайды, r₁ және х_s1 кедергілері де трансформатордыкінен үлкен. Сондықтан тек жуықтап қана:

(6.3)

деп есептеуге болады. Статор мен ротор орамдарында пайда болатын ЭҚК:

(6.4)

(6.5)

(6.6)

қатынасы асинхронды қозғалтқыштың ЭҚК трасформациялану коэффициенті деп аталады. К_е коэффициентін эксперимент жолымен, яғни бірінші ретті кернеудің фазалық мәнімен екінші ретті орамдары ажыратылған күйдегі екінші ретті кернеудің фазалық мәндерінің қатынасы арқылы анықталады ( и ):

или

мұндағы - ротор ормадарына енгізілген ЭҚК келтірілген мәні.

n = 0, болғандықтан қозғалтқышқа берілген қуат , келесі шығындарды жабуға кетеді: а) статор мысындағы ; б) статор болатындағы ( );в) ротор болатындағы ( ).

Сәйкесінше:

Қысқаша тұйықталған режим кезінде қозғалтқыштың орамдары өз-өздеріне тұйықталған және ротор қозғалыссыз күйде болады. Бұл кездегі қозғалтқыштағы физикалық процесстер трансформатордағы процесстерден еш айырмашылығы жоқ, қозғалтқышқа төмендетілген кернеу беріледі , яғни қысқа тұйықталудың тогының қалыптасқан мәні . Келтірілген ротор орамдар дегеніміз, фазалар және фазалардағы тармақтар саны олардың орналасуы да статор орамдарындай болатын орам. Қысқа тұйықталу режимі кезінде қозғалтқыштың магнит ағыны өте аз, сондықтан I₀ тогы мен F₀ МҚК ескермеуге болады , ендеше статор мен ротор МҚК тепе-теңдігінен:

,

өрнегін алуға бролады, мұндағы m₁ және m₂ – статор мен ротор орамдарының фаза саны. Асинхронды қозғалтқыштың токты трансформациялау коэффициенті:

(6.7)

, мұндағы - ротордың келтірілген тогы.

Келтірілген кедергілерді және анықтау үшін, ротор орамдарындағы шығын мен Е₂ ЭҚК мен I₂ тогы арасындағы фазалық ығысу өзгеріссіз болады деп есептейміз, ендеше:

,

бұл теңдіктен

,

мұндағы - асинхронды қозғалтқыштың трансформациялау коэффициенті.

Ротор орамдарындағы ток пен ЭҚК арасындағы бұрышты ψ₂ деп белгілеп келесі шамаларды анықтаймыз:

Трансформатордағы секілді:

и

мұндағы r_k және x_sk - қозғалтқыштың қысқа тұйықталу кезіндегі активті және индуктивті кедергілері.

Қысқа тұйықталу қуаты статор мен ротор орамдарындағы шығындарға жұмсалады, яғни:

.Роторы қозғалыстағы асинхронды қозғалтқыш

Жүктемесіз қозғалу кезінде қозғалтқыш болмашы ғаны статикалық момент бос жүріс М₀ моментін ғана жеңеді, сондықтан ротордың n айналу жиілігі статор өрісінің айналу жиілігіне n₁ өте жақын болады. Қозғалыссыз және жүктемесіз қозғалмалы қозғалтқыштағы физикалық процестерді қарастырамыз, екі жағдайда да қозғалтқышқа жиілігі f ток көзінен U₁ кернеуі беріледі. Статорда тепе-теңдік заңдылығынан ЭҚК E₁ мен негізгі магнит ағыны Ф_m тек кернеуге ғана тәуелді және ротордың күйіне тәуелсіз, яғни f мен U₁ мәндері үшін деп есептеуге болады. Ф_m магнит ағыны бос жүріс тогының магниттендіргіш құрашысы арқылы пайда болады, сәйкесінше , бос жүріс тогының активті құраушысы да өзгеріссіз, себебі ротордың қозғалыссыз күйінде бос жүріс шығыны және шығындарынан құралады.

магниттену өте аз жиілікпен жүреді, сондықтан , бірақ бұл кезде және Р_Д шығындары пайда болады, олардың шамасы n = 0 кездегі шығындарына шамамен тең. Сонымен f мен U₁ мәндері үшін қозғалыссыз ротор мен қозғалмалы бос жүріс режимі кезіндегі асинхронды қозғалтқыштағы процесстер бір – біріне ұқсас деп қабылдауға болады. Роторда. Статор өрісі мент ротор бір бағытта және n₁ > n. Жиілікпен айналады. Егер ротор қозғалыссыз деп есептесек, статор өрісі қозғалыссыз роторға қарағанда айналу жиілігімен қозғалады., болғандықтан ротор орамдарындағы ЭҚК пен ток жиілігін (сырғанау жиілігі) мына формуламен анықтауға болады:

(6.8)

Асинхронды машина қозғалтқыш режимінде жұмыс жасаған кезде f₂ жиілігі f₂ = f ден f₂ = 0 дейінгі аралықта өзгереді, әншейінде s = 3 ÷ 6 %., сәйкесінше сырғанау жиілігі де аз шама, егер f = 50 Гц; s = 4%, болса, f₂ = 50 · 0,04 = 2 Гц.

Ротордағы жиіліктің өзгеріуі кезінде оған тәуелді барлық шамаларда өзгереді, айналмалы ротордың орамындағы ЭҚК :

(6.9)

Индуктивті кедергі:

(6.10)

мұндағы L₂ – ротор орамының индуктивтілігі.

Қозғалтқыштың активті кедергісін жиілікеке тәуелсіз деп есептеуге болады, яғни . Айналмалы ротордағы ток ротор орамдарынан өте отырып роторға қарағанда мына жиілікпен айналатын магнит ағынын туғызады :

(6.11)

Ал ротор n жиілікпен айналуда, ендеше ротор өрісі статорға қарағанда n₂ және n айналу жиіліктерінің қосындысына тең жиілікпен айналады. Егер ескерсек, теңдеуін аламыз, яғни ротор өрісі кеңістікте статор өрісінің бағытымен бағыттас және онымен бірдей жиілікпен айналады. болғанда n₂ оң таңбалы,яғни ротормен бір бағытта айналады, егер n > n₁ болса, n₂ теріс таңбалы, яғни роторға қарама*қарсы бағытта айналады. Бос жүріс кезінде қозатқышқа берілген қуат мына шығындарды жабуға жұмсалады:

және өрнектері тек бос жүріс емес сонымен қатар жүктеме режимі үшінде дұрыс болып табылады, ендеше қандайда бір сырғанаумен жүктеме режимінде жұмыс жасап тұрған асинхронды қозғалтқышты қозғалыссыз күйдегі эквивалентті режимге ауыстыруға болады.

Ротордағы ток:

Кирхгофтың екінші заңы негізінде статор мен ротор фазасы үшін кенеу теңдеулері былай жазылады:

(6.12)

Келтірілген ротор үшін:

(6.13)

(6.13) теңдеуін (6.9) және (6.10) өрнектерін ескере отырып қайта жазсақ:

(6.14)

(6.14) теңдеуінің барлық мүшелерін s сырғанадың мәніне бөлсек:

(6.15)

Қозғалмалы және қозғалыссыз ротор кезінде негізгі магнит ағыны статор мен ротор орамдарының МҚК әсеріне пайда болатындықтан, асинхронды қозғалтқыштың МҚК теңдігі мына түрде болады:

(6.16)

(6.16) теңдеуін шамаға бөліп, жүктемелік режимдегі трасформатордың ток теңдеулеріне ұқсас теңдеу аламыз:

(6.17)

(6.12), (6.15), (6.17) теңдеулері трансформатордың теңдеулеріне ұқсас. Сәйкесінше роторы қозғалмалы асинхронды қозғалтқыш үшін де трансформатордікі секілді Т-тәрізді ауыстыру схемасы (6.3-сурет) мен векторлық диаграммасын (6.4-сурет) салуға болады.

6.3 сурет. Асинхронды қозғалтқыштың ауыстыру схемасы

Ротор орамдарының кедергісін оның айналмалы қозғалыста екендігін ескеріп, мына түрде жазуға болады:

Ендеше ротор орамдарындағы қуат шығынына сәйкес келсе, механикалық энергияға түрленетін электрлік қуатқа сәйкес келеді.

Т- тәрізді ауыстыру схеманы есептеулерді жеңілдету үшін Г- тәріздіге ауыстырған тиімді. Т-тәріздіден Г-тәріздіге ауысу үшін ортақ кедергі, яғни схеманың кез-келген тармағындағы ток басқа тармақтағы кернеу мен осы кедергі арқылы байланыста болады деген тұжырымды қолданамыз.

Т-тәрізді схемада тогын статор кернеуі мен тармақтар арасындағы өзара кедергі арқылы анықтауға болады:

и

мұндағы ; Z_m – магниттендіру тізбегінің толық кедергісі;

Көбінесе v бұрышын ескермеуге болады, ендеше есептеулер үшін с коэффициентінің абсолют мәнәін қолданамыз. Олай болса, өзара кедергі , ток

10.3-суреттегі ауыстыру схемасына сәйкес тогын анықтаймыз:

Бұл теңдеуден

6.4-сурет. Келтірілген асинхронды қозғалтқыштың векторлық диаграммасы

6.5-сурет. Асинхронды қозғалтқыштың магниттендіру контуры шығыңқы ауыстыру схемасы (Г-тәрізді ауыстыру схемасы)

Қозғалтқыш тұтынатын ток:

немесе

ендеше

(6.18)

мұндағы - бос жүріс тогы s = 0.

Іс жүзінде асинхронды машиналар үшін с = 1,03 ÷ 1,08, бірақ есептеулер кезінде с = 1 деп есептеуге болады. Асинхронды қозғалтқыштың (6.18) теңдеуіне сәйкес келетін Г-тәрізді ауыстыру схемасы 10.4-суретте көрсетілген, бұл схема бойынша қозғалтқыштың барлық параметрлері жүктемеге тәуелсіз, яғни тұрақты болып есептеледі, жүктемеге байланысты өзгеретін жалғыз параметр ол s сырғанау болып табылады.