ПРАКТИКАЛЫҚ ЖҰМЫС №1

Тақырып «Синхронды генераторлар»

Синхронды машинаның өзіне тән белгісі –ротордың айналу жиілігі п₁ мен статор орамасындағы айнымалы тоқтың жиілігі f₁ арасындағы қатты байланыс болып табылады:

Яғни, синхронды машинаның статоры мен роторында айналатын магнит өрістер бірдей жиілікпен синхронды айналады.

Синхронды машиналар құрылысы бойынша айқындалған полюсті және айқындалмаған полюсті болып екіге бөлінеді. Айқындалған полюсті синхронды машинаның роторында полюстер айқын көрсетіледі және тұрақты тоқтан қоректенетін қоздыру орамасының орамдары орналасады. Мұндай машинаның өзіне тән белгісі –бойлық өспен (полюстердің өсі) өтетін және көлденең өспен (полюс аралық кеңістіктен өтетін ось) өтетін магниттік кедергілер әртүрлі болады және dd бойлық өспен өтетін статор ағынының магнит кедергісі qq көлденең өспен өтетін статор ағынының магнит кедергісінен едәуір аз.

Айқындалмаған синхронды машинада бойлық және көлденең өстермен өтетін магнит кедергілері бірдей болады, өйткені ауалық саңылау статордың периметрі бойынша бірдей.

Машина жұмыс жасаған кезде статор орамасында ЭҚК индукцияланады және максималды мәні магнит қозғағыш күшті (МҚК) тудыратын тоқтар өтеті.

Бұл МҚК айналмалы магнит өрісін тудырады, ал машинаның ауалық саңылауында δ таралу графигі ротордың құрылысына байланысты әр полюстік бөліктің τ шегінде магнитті индукция пайда болады (сурет 1.1).

Сурет 1.1. Айқындалмаған (а) және айқындалған (б) синхронды машинаның көлденең өспен өтетін магнит индукциясының таралу графиктері:

1 –МҚК графигі; 2 –магнит индукциясының графигі

Айқындалған полюсті синхронды машиналар үшін кернеу теңдеуі:

мұнда -синхронды машинаның негізгі магнит ағынына Ф₀ пропорционал негізгі ЭҚК; -синхронды машинаның бойлық ось якорь реакциясының МҚК-не пропорционал бойлық ось якорь реакциясының ЭҚК-і; - синхронды машинаның көлденең ось якорь реакциясының МҚК-не пропорционал көлденең ось якорь реакциясының ЭҚК-і; -шашыранды магнит ағынына Ф_σ негізделген шашыранды ЭҚК, бұл ЭҚК-тің шамасы статор орамасының шашыраңды индуктивті кедергісіне х₁ пропорционал:

-статордың фазалық орамасында активті кернеудің түсуі. Әдетте бұл шаманың мәні аз болуына байланысты ескерілмейді.

Айқындалмаған синхронды машина үшін кернеудің теңдеуі:

мұнда

-айқындалмаған синхронды машина якорь реакциясының ЭҚК-і.

Қарастырылған кернеудің теңдеуі кернеудің векторлық диаграммасына сәйкес келеді. Бұл диаграммаларды машинаның негізгі ЭҚК Е₀ мәнін немесе статор орамасының кернеу U₁ мәнін анықтау үшін тұрғызады. Кернеудің бұл теңдеуі және оларға сәйкес векторлық диаграммалар индуктивті кедергі шамасының азаюына әсер ететін синхронды машинаның магнит өткізгішіндегі магниттік қанығуды ескермейді. Бұл қанығуды есептеу күрделі, сондықтан синхронды машинаның кернеуі мен ЭҚК есептеу кезінде, синхронды машина жүктелген кезде якорь реакциясының әсерінен болатын магнитті жүйенің қанығу күйін ескеретін ЭҚК-тің тәжірибелік диаграммасын пайдаланады. ЭҚК-ң тәжірибелік диаграммасын тұрғызған кезде якорь реакциясының магниттеуші күшін бойлық және көлденең құраушыларға ажыратпайды, сондықтан бұл диаграмма айқындалған және айқындалмаған машиналарды есептеген кезде қолданылуы мүмкін.

Торапқа параллель қосылған синхронды генераторларға немесе синхронды қозғалтқыштарға қатысты есептерді шығарған кезде, электрмагнитті моменттің М жүктеме бұрышына θ тәуелділігін көрсететін синхронды машинаның бұрыштық сипаттамаларын қолданады. Айқындалған полюсті синхронды машиналарда екі момент әсер етеді: негізгі М_осн және реактивті М_р, ал айқындалмаған полюсті машиналарда –тек негізгі момент:

;

.

Жүктеме бұрышы θ_ном номиналды моментке М_ном сәйкес келеді. Синхронды машинаның максималды моменті желімен параллель жұмыс істейтін синхронды генераторлар мен синхронды қозғалтқыштар үшін маңызды мәні бар синхронды машинаның жүктемелік қабілетін анықтайды. Айқындалмаған синхронды машиналарда максималды момент θ=90^o жүктеме бұрышына cәйкес келсе, айқындалған полюсті машиналарда θ_кр>90^o және көбіне машинаның негізгі және реактивті электрмагнитті моменттеріне байланысты 60-80^o құрайды.

Айқындалған полюсті синхронды машиналардың асқын жүктемелік қабілетін анықтайтын шектік жүктеме бұрышын есептеу үшін:

мұнда

Синхронды машиналардың параметрлерін есептеген кезде, тұрақты жүктеме Р₂ кезіндегі статор тоғының I₁ қоздыру орамасындағы тоққа I_в тәуелділігін көрсететін U-тәрізді сипаттама қолданылады. Бұл ретте статор тізбегіндегі тоқтың өзгерісі , оның реактивті құраушысы есебінен болады. Сондықтан қоздыру тоғының I_в шамасын реттеу, тек статор тоғының емес, сонымен қатар қуат коэффициентін cosφ де қатар өзгертумен жүргізіледі. Статор тоғының активті құраушысы бұл кезде өзгеріссіз болады. Асқын қоздыру режимін тудырып, кернеуге қатысты желі тоғының фаза бойынша озуын тудырады. Ол желідегі қуаттар коэффициентін арттырады.

Синхронды машинадағы энергетикалық сипаттамалар оның жұмыс режиміне тәуелді. Егер машина генератор режимінде жұмыс істесе, онда генераторға жеткізілген механикалық қуат жетекті қозғалтқыштың айналу моментімен М₁ және айналу жиілігімен п₁ анықталады:

Осы қуаттың бір бөлігі механикалық Р_мех, магниттік Р_м және қосымша Р_д шығындарға кетеді. Егер генератордың қозуы жетекті қозғалтқыш айналдыратын қоздырғыштан жүргізілсе, онда аталған шығындарға қоздырудан келетін шығын да қосылады:

мұнда және -қоздыру тізбегіндегі кернеу мен тоқ; -қоздырғыштың ПӘК.

Аталған шығындарды алғаннан кейінгі қалдық қуат, генератордың статорына электрмагнитті жолмен берілетін генератордың электрмагнитті қуаты Р_эм болып табылады. Генератордың шығысындағы пайдалы қуат Р₂ электрмагнитті қуаттан статор орамасындағы электрлік шығынның шамасына аз:

Синхронды генератордың қосынды қуаты:

Генератордың пайдалы қуаты:

мұнда -генератордың шығысындағы толық қуат, ВА; -генератордың жүктеме тізбегіндегі қуаттар коэффициенті.

Егер синхронды машина қозғалтқыш режимінде жұмыс істесе, онда шығындар бұрығысынша қалады, бірақ қозғалтқыштың кірісіндегі электрлік қуат:

ал қозғалтқыштың шығысындағы қуат механикалық қуат болып табылады:

Синхронды машинаның пайдалы әсер коэффициенті: