3 Дәрістін қысқаша курсы
Үшфазалы асинхронды генератормен, механикалық энергиясына айналдырудың электрофизикалық процесстері
жүктеу/скачать 6,02 Mb.
|
Агро УМКД
- Бұл бет үшін навигация:
- Синхронды генератордың бос жүріс жұмысы.
- Синхронды генератордың жүктемеленгендегі жұмысы.
- Синхронды машинаның электрлік тепе – теңдігінің теңдеулері.
- Айқын емес полюсті синхронды машиналардың генератор электрлік тепе – теңдік теңдеуі.
- Айқынполюсті синхронды машинаның (генератор) электрлік тепе – теңдігінің теңдеуі.
| Үшфазалы асинхронды генератормен, механикалық энергиясына айналдырудың электрофизикалық процесстері. Үшфазалы синхронды генератормен механикалық энергияны электр энергиясына айналдырудың электрофизикалық процестері, генератордың жүктемемен немесе бос жүріс кезіндегі тәртіппен істелгендіктен нақты ерекшеліктері бар. Сондықтан олар жеке қаралады.
Синхронды генератордың бос жүріс жұмысы. Синхронды генератордың роторы сырттай механикалық энергия көздерінен айналады (бу – гидротурбина немесе іштен жанатын қозғалтқыш). Ротордың магнит полюстері туғызған магнит өрісі (немесе қоздыру орамасы, осы тұрақты ЭҚК көзіне қосқанда) ротормен бірге айналып, статор орамаларына еніп, косинусойда заңы бойынша өзгертуді: (Ô=ÔmCosωt) және оның әр орамасында синусойда тәрізді айнымалы åâ индукциялайды, ол электромагниттік индукция заңына сәйкес келеді: åâ=dô/dt=-d(ÔmCosωt)/dt=ωÔmSinωt мұндағы ωÔm=Åì(â) статор орамында индукцияланған ЭҚК – інің тербелмелі шарықтау (амплитуда) мәні. Синхронды генератор статоры орамасының орамасында индукцияланған ЭҚК – інің әсеретуші мәні Å=Åm/ 2 тең екенін ескере отырып, мына теңдеумен өрнектеледі: Синхронды генератор статорының бір шарғысы үшін фазалық ораманың орам саны wê онда индукцияланатын ЭҚК мәндерінің қосындысы былай анықталады: ( 3.3-сурет. Синхронды мәшиненің статор орамасының р=1 және q=3 кезіндегі сызба көрінісі. Іс жүзінде статор фазасының орамалары бірнеше шарғыдан тұрады, олардың жақтары статордың ішкі беттерінде өздерінің аумағындағы ойықтарда, бірқалыпты таралып орналасады (3.3-сурет). Онда индукцияланатын ЭҚКтер фаза бойынша, бір – біріне қарағанда, а, бұрышына ығысады да, мынаған теңеледі: мұндағы tñ – ойықтық бөліну (көрші ойықтар арасының қашықтығы) (3.3-сурет); α – ойықтық ЭҚК – тің векторлық диаграммасындағы көрші шарғылар жақтарындағы ЭҚК – тің векторлар арасындағы, электрлік градуспен алынған ығысу бұрышы (3.4а-сурет); р – синхронды генератордың роторының жұп полюстер саны; Znñ – синхронды генератор статорының ойықтар саны; – синхронды генератор статорының полюстік бөлінуі: мұндағы Dñ – статордың ішкі диамметрі. Мұндай ораманың фазалық ЭҚК шамасы ойықтық ЭҚК – і векторлық диаграммасындағы векторлар жиынтығы ретінде анықталады, ол 3.4а – суретте көрсетілген. Ойықтың ЭҚК жұлдызшасы және синхронды генератордың статор орамдарының фазалық ЭҚК – нің жинақталған мәндерінің векторлық диаграммасы орамалардың орналасуына және қарама – қарсы бағытта индукцияланған аттас шарғы жақындағы ЭҚК-не байланысты 3.3 – суретке сәйкес тұрғызылған, 3.4в – суретте келтірілген векторлық диаграммадан көрінгеніндей ойықтық ЭҚК – тің геометриялық қосындысымен анықталған фазалық ораманың ЭҚК-і; ойықтық ЭҚКтің арифметикалық қосындысымен анықталған сондай ЭҚК – тен, демек шарғының (3.3) бір орамдағы ЭҚК – тің олардағы орамаға көбейтіндісінен (3.4) аз болады. 3.4-сурет. 3.3-суретте көрсетілген орамасы бар синхронды генератордың фазалық ЭҚК туғызуының векторлық диаграммасы. Фазалық ЭҚК шамасының азаюы (3.4) теңдеуіне ораманың таралу коэффициентін Кр енгізу арқылы ескеріледі (2.3.3 тармақшасы). Әдетте статор орамалары толық емес қысқартылған ó< қадаммен орындалады, ол да шарғыда индукцияланған ЭҚК-тің азаюына әкеледі (3.5б, в – сурет), ол (3.4) теңдеуіне қысқар коэффициентін Кк енгізумен ескеріледі (2.3.3). Онда ісжүзінде синхронды генератор статорының орамасында индукцияланып бірінен кейін бірі орналасып жалғанған орамдардан w тұратын ЭҚК – тің әсер етуші мәні, былай анықталады: мұндағы Ê0=ÊðÊó индукцияланған ЭҚК – тің шамасын азайтқанмен, оның синусойдалық болу шарттарын қамтамасыз ететін орамалық коэффициент (2.3.2). Орамалық коэффициент сан жағынан синхронды генератор статоры орамасында индукцияланатын ЭҚКтің геометриялық қосындысының (3.5г-сурет), оның арифметикалық қосындысының (3.5в) шамасының қатынасына тең. 3.5-сурет. Синхронды генератор статоры орамасының орамында индукцияланған ЭҚК-і (а) толық (b, c) және қысқарған (b, d) қадамда. Егер айналым n тұрақтылығы есебінен өзінің тұрақтылығын сақтайтын ЭҚК – нің жиілігінің теңдеудегі орнына f=pn/60 мәнін қойса, онда, статор орамасында индукцияланатын ЭҚК Е тек асинхронды генератор роторындағы магнит ағынының шамасына ғана тәуелді болады: Å=ÊÔ
мұндағы
Ê=4,44ðnKw/60 (3.8) бен (3.9) – өрнектерден көрінгендей, индукцияланған ЭҚК ротордың магниттік полюстері тұрғызған ораманың орамдарының санына w1 магнит ағынының мөлшеріне Ф және оның өзгеру жылдамдығына, демек синхронды қозғалтқыш роторының айналу жылдамдығына тәуелді. Статор орамасы орамының саны ротор айналымы жылдамдығының конструкциялық элементі индукцияланған ЭҚК жиілігінің мемлекеттік стандарттық мәндерін демеуші шартты ретінде, айнымайтын параметр саналады. Демек, индукцияланған ЭҚК тек қана ротор полюстеріндегі туындаған қоздыру орамасы бойымен өтетіні магнит ағынына тәуелді (3.8). Синхронды генератордың жүктемеленгендегі жұмысы. Синхронды үшфазалы генератордың қосқыштарын жүктемемен жалғастырғанда, жоғарыда атап өтілгендей, оның статоры орамасынан тоқ өтеді және айналмалы магнит ағыны пайда болады. Сонымен, жүктемесіз жұмыс жасаған кездегі машинаға полюстерді қоздыру орамасында пайда болған бір ғана магнит өрісі әсер ететін болса, жүктелген кезде, полюстердің айнымалы магнит өрісіне статор орамасының айнымалы магнит өрісі қосылады. Машинаның қорытынды магнит өрісі осы екі магнит өрісінің өзара бірлесе әрекеттесуінен пайда болады. Ротор полюстерінің магнит өрісі тұрақты тоқтан, ал статор орамасының магнит өрісі айнымалы тоқтан туындауына қарамастан, ол екеуі бір жылдамдықпен және бір бағытта айналатын тұрақты магнит өрісі сияқты өзара бірлесе әрекеттесетін болады. Шын мәнінде, полюстер магнит өрісі пайда болуы табиғатынан тұрақты бола тұра, ротордың айналу жылдамдығымен айналып, статор орамасында жиілігі f=pn/60 айнымалы үшфазалы ЭҚК-ті индукциялайды, ол қосылған жүктеме бар кезінде, шамасы тұрақты және орама бойымен nc=pn/60 жылдамдықпен айналатын магнит өрісін тудыратын, үшфазалы айнымалы тоқты шақырады: f=pn/60 nc=pn/60 салыстыра отырып, nð=nñ деп аламыз былайша айтқанда, статор орамасымен полюстердің қоздырғыш орамасының магнит ағындары бірдей. Сонымен, екі магнит ағыны да бірдей жылдамдықпен айналып синхронды генератордың жұмыс тәртібіне қарамастан, бір – біріне қарағанда қозғалыссыз қалады. Бір магнит өткізгіште екі магнит өрісінің болуы, олардың «якорь реакциясы» деп аталатын, бірлесіп қимылдауына және синхронды машинаның бірегей қорытындылаушы магнит өрісінің пайда болуына сөзсіз әкеледі. Синхронды машина үшін «якорь реакциясы» деу тұрақты тоқ машиналарына ғана келеді оны дұрысында «статор реакциясы» деп атауы оң болар еді, шындығында, статор орамасының магнит ағыны статор полюстері орамасының магнит өрісімен «реакцияға» түседі. Якорь сөзі теңіз терминдерінен ауысқан және магнит полюстерінің түрі теңіз якорын еске түсіретін роторды солай атаған. Сондықтан синхронды машинаның статорын якорь деп атау заңсыз. Жалпы жағдайда, машинаның қорытындылаушы магнит өрісі Ф ротор полюстері Фр мен статор орамасы Фс магнит өрістерінің векторлық жиынтығымен анықталады: Ô=Ôð+Ôñ Бұл өзара әрекеттесуі физикалық жағынан өте күрделі процесс. Ол ротордың магнит полюстерінің синхронды машиналардың статоры орамасының біліктеріне қарай орналасуы мен олар арқылы өтетін, уақыт жағынан алғанда, онда индукцияланған ЭҚК пен таза активті жүктеме кезінде үйлесетін, индуктивті жүктеме кезінде одан қалып қоятын немесе сиымдылық жүктеме кезінде озатын тоқтардың сипаттамасына тәуелді. Статор орамасына индуктивті жүктеме түскенде статор магнит ағынының «реакциясы» магнитсіздендіруші, сиымдылық тоғында – магниттеуші, ал активті – полюстың бір жағынан магниттеуші және екінші жағынан, сол полюсті, магнитсіздендіргіші болады. Активті индуктивті жүктеме болған кезде, синхронды генератор статоры орамасының магнит ағыны Фс уақыт жағынан ротор полюстерінің магнит өрістерінен Ө бұрышына, сондай – ақ статор орамасының қысқыштарындағы кернеуде индукцияланған ЭҚК Е қарағанда, қалып қоятын болады. Уақыттың жылжуына машинаның қорытындылаушы магнит өрісі білігі мен ротор полюстері арасындағы кеңістікте жылжу бұрышы сәйкес келеді. Еркін жүктемелеу жағдайында статор орамасындағы тоқ І кернеудің U уақыт жағынан φ бұрышына және ротор полюстерінің магнит өрісі индукциялаған ЭҚК Е1-ден ψ бұрышына жылжыған болса, статордың магнит ұрышына жылжыған болса, статордың магнит өрісінен екі құраушыға жіктеуге болады: ротор магнит полюсінің бойлық білігі бойымен; ротор магнит полюсінің көлденең білігі бойымен. Мұнда магнит полюстері бойымен кететін білікті бойлық деп, ал оған перпендикуляр өсті – көлденең деп атау қабылданған. Соларға тура келетін магнит ағындарының тоқтар мен ЭҚК – тердің құраушыларына сәйкес индекс алады:d – бойлық және q – көлденең. Сонымен ротор полюстерінің магнит ағындарына Фр қарағанда уақыт жағынан жылжыған статор орамасының магнит ағынын Фс бойлық Ôcd және көлденең Ôñq құраушыларданм тұратын, өзара бірімен бірі байланысқан деп қарап, өрнегін былай жазуға болады: мұндағы
ψ бұрышы ЭҚК пен статор орамасы тоғы векторлары арасындағы жылжу бұрышы болып табылады. Бойлық біліктегі магнит ағыны Ôcd магнитсіздендіргіш (активті – индуктивті жүктемеде) немесе магниттендіргіш (активті – сыйымдылық жүктемеде) магнит өрісін ротор айналымы бағытына, ал көлденең білік бойындағы магнит ағыны Ôñq кері бағытқа қарай жылжытады. Синхронды машинаның магнит ағындарын бойлық және көлденең құраушыларға жіктеуді 1895 жылы француз электртехнигі А.Блондель алғаш ұсынған, ол екі «реакция» әдістемесі деп аталады. Айқынполюсті синхронда машиналардың жұмыс тәртіптеріне талдау жасағанда, кеңінен қолданылады. Айқын полюсті машиналардың жұмысын зерттеу француздың басқа бір электр – технигі А.Потье 1900 жылы ұсынған әдістемелікке негізделеді. Синхронды машинаның электрлік тепе – теңдігінің теңдеулері. Жалпы синхронды машиналардың және жекелеп алғанда, генераторлардың жұмысын зерттеу, асинхронды машиналардың жұмыс тәртібіне талдау жасауға қарағанда, айтарлықтай қиыншылықтармен байланысты. Бұл электромагниттік процесстердің күрделілігіне байланысты. Ол әртүрлі екі магнит ағындарының ротор магнит полюстерінің, айнымалы магнит өрісінің әсер етуінен пайда болған, статордың үшфазалық орамасының синусоидты тоқтарының өзара бірлесе әрекеттесуіне байланысты. Айқын көрінетін полюстері бар роторлардың құрылысы ауа саңылауларының айқын көрінетін бір тегіс еместігіне, ол синхронды машинаның магнит өткізгіштерінің магнит кедергілерінің бірдей болмауына соқтырады. Құрылысы мұндай ротордың өзара индукциялануы процесс барысында оның айналуына байланысты, белгілі периодтылықпен, шамасы жағынан, өзгеріп отырады. Дегенмен, инженерлік тәжрибеде ротор полюстерінің қоздыру орамалары арқылы тұрақты тоқ өткенде болатын процесстерді ойша дерексіздендіруге толығымен болады, ол үшін «статор реакциясы» өрісімен шашырау өрісі бір – бірінен және ротор полюстерінің магнит өрісінен, тәуелсіз өмір сүреді деп есептеу керек. Сонда, статор орамасының өрісінің толық ағын тізбегін алып, синхронды индуктивті кедергі деп аталатын, бір ғана индуктивті кедергіні қарастыруға болады. Синхронды машиналарда өтетін электрофизикалық процесстер, оның роторының конструкциялық орындалуына сәйкес айтарлықтай тәуелді болады. Айқын полюсті роторлы синхронды машинаның жұмыс процессі, ауа саңылауындағы түрі ЭҚК – пен статор орамасы тоғының арасындағы бұрыштың ψ өзгеруімен бірге өзгеріп тұратын, индукция қисығының айқын көрінетін синусойдалық сыздығына байланысты бірқатар ерекшеліктермен сипатталады. Сондықтан, айқын полюсті және айқындалмаған полюсті роторлы синхронды машиналардың жұмыс тәртібін зерттеуді бөліп қарау, әдістемелік көзқарас тұрғысынан, орынды. Айқын емес полюсті синхронды машиналардың генератор электрлік тепе – теңдік теңдеуі. Цилиндр пішінді ротордың арасындағы айқындалмаған полюсті синхронды машиналардың ауа саңылаулары мен ондағы магнит ағындарын бойлық және көлденең құраушылары деп білудің қажеті жоқ. Ендеше статор орамасының синхронды индуктивті кедергісін, индуктивті екі кедергінің қосындысы деп қарауға болады: Õñ=Õîñ+Õ1 мұндағы ХС – статор орамысының синхронды индуктивті кедергісі; ХОС – статор орамасының негізгі магнит ағынан Фс пайда болған индуктивті кедергісі; Х1 — статор орамасының шашыранды магнит ағынынан Ф18 пайда болған шашыранды индуктивті кедергі. Демек, егер ротор полюстерінің магнит ағындары Фр статор орамасында ЭҚК Е-ні индукциялайтын болса, онда, статор орамасының негізгі магнит ағыны Фс шашыранды ағынмен бірге Ф18, синхронды машинаның синхронды индуктивті кедергісінің шамасын қамтамасыз етеді. Кейбір шектеулерді ескере отырып, айқындалмаған полюсті синхронды машина статоры орамасының электрлік тепе – теңдік теңдеуін, былай жазуға болады: мұндағы U синхронды генератордың қысқыштарындағы кернеу; Е10 синхронды генератордың жүктемесіз жұмысының ЭҚК; І0 синхронды генератор статоры орамасының тоғы; r- статор орамасының активті кедергісі; x-(3.12). Айқынполюсті синхронды машинаның (генератор) электрлік тепе – теңдігінің теңдеуі. Айқынполюсті роторлы синхронды машинаның жұмыс процессі, жоғарыда айтылғандай, ауа саңылауында айқын көрінетін индукцияның таралуы, түрі ЭҚК пен статор орамасы тоғының арасындағы бұрыштың өзгеруімен бірге құбылып отыратын біркелкіеместігімен сипатталады. А.Блондельдің қос «реакция» теориясын пайдалана отырып статор орамасының негізгі магнит ағынын Фс ротор полюстері білігімен сәйкес келетін магнит ағынын бойлық Ôñd және оның перпендикуляр келетін көлденең Ôcq тармақтарға ажыратпай, айқынполюсті синхронды машина статоры орамасының электрлік тепе – теңдік теңдеуін былай жазуға болады: бұл теңдеудегі бойлық білікпен өсетін синхронды индуктивті кедергі: көлденең білікпен өтетін синхронды индуктивті кедергі: -статор тоғының бойлықы білігі өтетін құраушысы: Статор тоғының көлденең білігімен өсетін құраушысы: õd — статор реакциясының бойлық ағыны негіздеген индуктивті кедергі; õq — «статор реакциясы» ендік ағыны негіздеген индуктивті кедергі; õ1— статор орамасының индуктивті шашыраңқылық кедергісі; Ψ=φ+θ Ý²Ê Å10 мен синхронды генератор тоғының І1 векторлары арасындағы ығысу бұрышы; Θ — синхронды машинаның ЭҚК Е10 мен кернеуівекторлары арасындағы ығысу бұрышына, тең, ішкі бұрышы. жүктеу/скачать 6,02 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|