Синхронды қозғалтқыштың электромагниттік моменті

Мазмұны

 

Кіріспе 3

1.Синхронды электр машиналардың  құрылымына сипаттама

1.1.Синхронды электр машиналарына  түсініктеме 6

1.2.Синхронды машинаның статорына  сипаттама 9

1.3.Синхронды генератордың бос жүріс жұмысына талдау 11

2.Синхронды  электр машинаның генераторлық  тәртіппен жұмыс жасауы. Жүйемен  бір мезгілде жұмыс істейтін  генераторлық тәртіп

2.1.Синхронды  генератордардын  параллельдік жұмысы 19

2.2.Синхронды электр машиналардың   двигателінің жұмыс жасау барысына  сипаттама                                                                                                                34

2.3.Синхронды қозғалтқыштарының  қызметі 50

3.Синхронды қозғалтқыштың  электромагниттік моменті

3.1 Синхронды қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамасы 57

3.2.Синхронды қозғалтқыштың энергетикалық  айналуы 61

Қорытынды 76

Қолданылған әдебиеттер тізімі 78

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе.

            Электр машиналары электротехникада  және электроэнергетикада қолданылатын  электр машиналар түрлерін конструкциясын  жалғау схемаларын және қолданыстағы  физика заңдарын қарастырады. Электр  машиналар түрлері: трансформаторлар, айнымалы тоқ машиналары, тұрақты  тоқ машиналары, синхронды машиналары, синхронды машиналары, қозғалтқыштар  мен генераторлар құрылысы мен  жұмысын қарастырады. Электр машиналар  пәні электроэнергетика саласында  мынандай орындарда кеңінен орын  алады. Өндірісте, транспортта, авияцияда, автоматты басқару және реттеу  саласында және құрылыста кеңінен  қолданылады. Механикалық энергияны  электр энергиясына және керісінше  электр энергиясын механикалық  энергияға түрлендіру үшін қолданылады. Механикалық энергия электр энергиясына  түрлендіргіш машинасын генератор  деп атайды. Электр энергиясын  механикалық энергияға түрлендіргіш  машина бұл қозғалтқыш (двигатель) деп аталады. Кез-келген электр  машинасына  әрі генератор, әрі  қозғалтқыш ретінде қолданылатын  болады. Оның екі жақты энергия  түрлендіргіш қасиеті машинаның  қайтымдылығы деп аталады. Сонымен  қатар бір текті токтың электрэнергиясын, екінші тоқтың энергиясына түрлендіру  үшін, электрмашиналары қолданады. Мұндай электр машина түрлендіргіш  деп аталады.

Синхронды двигательдер модельдері заманауи басқару әдістерін зерттеуде және оны құрастыруда статикалық және динамикалық сипаттамаларын талдау жасау үшін қолданылады.Ереже бойынша, АД зерттеу кезінде бірқатар жасанды қабылдаулар мен жорамалдар қолданылады. Басты қабылдау ретінде синхронды двигательді жалпылама электр машиналары түрінде елестетуге болады. Осыған сәйкес, ПУМ қасиеттерін қарастыру процессінде үш фазалы шамалардың минимумдарына  әкеледі. Мұндай шешімдердің негізділігі айқын бола бастайды, егер тұрақты токтың двигателін басқарудың жеңіл екендігін еске түсірер болсақ, атап айтқанда, оған жалпылама электрлік машиналары теориясын қолданудың ПУМ жүйесіне жақындай түседі.  АД моделі координаталардың үш фазалық-екі фазалы түрлендіруіне негізделген, яғни нани нақты двигательдің үш фазалы шамаларынан (q,d) өсі айнымалыларына көшуіне арналған. Осыған сәйкес үш фазалы шамаларға кері көшу де орындалуы тиіс. АД модельдерінің нақты электрлік машиналарға келтіріліп, жақындай түсуі әртүрлі дәлдіктермен орындалуы мүмкін, көптеген жағдайларда есептегіш машиналардың есептеу мүмкіндіктерімен және нақтылаудың мақсатқа лайықтылығымен анықталады.  Бұл кезде двигатель моделінің бөлшектері тәрізді электр желілерінің өзге элементтері де: автономды инвертор, механикалық бөліктері, датчиктер және моментті тіке басқару алгоритмдері бар меншікті басқару жүйелері  (ПУМ).

Жалпылама электрлік машиналар деген атақты алған универсал векторлық-матрицалық математикалық модельдерді құрастыру 20-сыншы ғасырдың аяғында басталды және ХХ –сыншы ғасырдың 40-жылдарының аяғында бітті. Бұл модель сызықтық алгебра аппаратының көмегімен идеал электр машиналарындағы электромагниттік процесстерді сипаттауға мүмкіндік береді.

Бұл модель белгілі бір дәлдік дәрежесімен кез-келген электрлік машинаны ауыстыра алады. Бұл тұжырым n-фазалық орамды статор мен m-фазалық   орамды роторлы электр машиналарының екі фазалы модельдерге келтіру мүмкіншілігінің болуына негізделген. Мысалы, статор орамын айнымалы синусоидалық токтың екі көзінен қоректендіргенде, фазалар бойынша  90°-қа ығысқан, жұмысшы кеңістікте дөңгелеп айналатын магнит өрісі пайда болады. Егер ротор орамдарының біреуін тұрақты ток көзіне қосатын болсақ, синхронды машиналар моделі пайда болады. Егер ротордың екі орамдарын да қысқаша тұйықтасақ, онда асинхронды қысқаша тұйықталған машинаның моделі пайда болады және ол кезде ротор орамдарында  жиіліктері f2 = fl-s (мұнда s - асинхронды двигателдің сырғанауы) ток соқтықтырылады. Егер жалпылама машиналардың қандай да бір орамына айнымалы кернеу беретін және роторды тежейтін болсақ (ω = 0),  онда трансформатор моделін алуға болады. Ақырында, егер статордың бір орамын тұрақты ток көзіне қоссақ, ал ротор орамдарын фазалық ығысуы  90°-қа және жиілігі ротордың айналу жиілігіне тең жиіліктегі айнымалы синусоидалық токтың екі көздеріне  жалғасақ, осылайша ротор өрісі оның  білігінің айналу бағытына қарама-қарсы бағытта айналатын болса, онда біз тұрақты ток машиналарының модельдерін аламыз. Ротор өрісінің бұл моделінде жиілігі басқарылатын айнымалы токтың қоректену көзі қалыптасады, және оның ролін нақты машинада тұрақты ток көзі мен коллектор ойнайды. Біздің жағдайда қысқаша тұйықталған роторы бар синхронды двигательдерді қарастыру қызығушылық тудырып отыр.

Дипломдық жұмыстың міндеті:Синхронды электр машинаның құрылысына,құрылымына сипаттама беру.Алдағы уақыттағы синхронды электр машинаның  даму болашағын талдау.

Дипломдық жұмыстың мақсаты:Синхронды электр машинасы жөнінді кең  көлемде мағлұмат беру.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Синхронды  электр машиналардың құрылымына  сипаттама

1.1.Синхронды  электр машиналарына түсініктеме

 

Синхронды машиналар электр энергиясының генераторы ретінде де, қозғалтқыштар ретінде де қолданылады. Дегенмен, ол ЭҚК үшфазалы жүйесінің электро механикалық көзі ретінде кеңірек тараған. Дүние жүзінде электр энергиясын өндіруді айнымалы тоқтың синхронды машинасы-үш фазалы синхронды генератор атқарады. Синхронды айналысқа түсетін алғашқы қозғалтқыштың түріне қарай, турбоге-нераторлар (механикалық энергия көзі бу трибунасы), гидрогене-раторлар (механикалық энергия көзі гидравликалық турбиналар) және дизельгенераторлар (механикалық энергия көзі-іштен жанатын қозғалтқыш-дизель). Жылу электр станцияларында (ЖЭС) және атом электр станцияларында (АЭС) турбогенераторлар, ал гидросанцияларда (ГЭС)~гидрогенераторлар орнатылады. Дизель генераторлар негізінде жұмысында электр энергиясы апатты жағдайда да болмай қалуы тиіс нысандарда қосалқы энергия көзі (банктер, әскери нысандар және т.б.) ретінде қолданылады. Аз және орташа ауқымды электр энергияларын тұтынатын жерлерде, оларды пайдалану, асинхронды қозғалтқыштарды пайдалануға қарағанда экономикалық жағынан тиімділігіне қарамастан, синхронды машиналар қозғалтқыш ретінде сиректеу қолданылады. Сондықтан қозғалтқыштар, арнайы жасалатындарынан басқа, қуаттылығы 100 кВт және одан жоғары етіп конструкцияланады. Қуаттылығы жоғары синхронды қозғалтқыштар (СҚ) қуат коэффициенті (Созср) және пайдалы әсер коэффиценті (ПӘК) сондай-ақ олардың тұтыну кезіндегі (желідегі) кернеудің төмендеуіне аса сезімтал еместігінен асинхронды қозғалтқыштармен бәсекелесе алады. Синхронды қозғалтқыштардың айналдыру моменттері бірінші дәрежелі кернеуге (М 3II), ал АҚ-екінші дәрежелі кернеуге пропорцианал (МЕІЯ) ал технологиялық жұмыс тәртібінің сапасына әсер етеді.Синхронды машиналардың құрылысы.

Синхронды генератор мен синхронды қозғалтқыштар құрылысы жағынан бірдей болғандықтан, олардың құрылыстарын бірге қарастырамыз, Синхронды машина (генератор мен қозғалтқыш) үшфазалы орамалы статордан және тұрақты қоздырғыш орамасы бар ротордан тұрады.

Жалпылама электрлік машиналарды қарастырғанда төменде келтірілген белгілі бір жайттар орындалады:

-   Электрлік кеңістіктік бұрышы ротордың механикалық бұрылу бұрышының полюстік жұбы санына көбейтіндісі ретінде анықталады;

-   Әрбір полюске статор мен ротордағы екі фазалық зоналар сәйкес келеді, ол кезде ток тығыздығының синусоидтық таралуы орындалады;

-   Статор мен ротордың фазалық зоналары кеңістікте 90 электрлікградусқажылжытылған;

-   Статордың магниттік өрісі периодты түрде қайталанып отыратын бірқалыпсыз болады, ротордың магнит өрісі бірқалыпты таралады;

-   Саңылаулардағы орамдардың орналасуы ескерілмейді, яғни магнит өрісінің таралу бейнесіне саңылаулардың әсері болмайды;

-   Ауа кеңістігі бірқалыпты деп қабылданады, анықполюстік машиналарды зерттеген жағдайларда гармониялық құраушылардың енгізілуімен бірқалыпсыздықты есептеу мүмкіндігі туындайды;

-   Кеңістікте статордың түйіспелі фазалық зоналары қозғалмайды, ротордың түйіспелі фазалық зоналары роторға қатысты қозғалыссыз;

-   Статордың фазалық зоналары ұқсас, осындай тұжырым ротордың фазалық зоналары үшін де орындалады;

-   Магниттелу қисығының түзу сызықты еместігі еленбейді;

-   Электростатикалық өріс машинасының ішіндегі сыйымдылық ескерілмейді [1-66б].

Келтірілген тұжырымдар жалпылама электрлік машиналардағы есептеулерды әжептеуір жеңілдетеді, сонымен қатар  дәлдігін төмендетеді.

Машиналардың модельдеріндегі негізгі бір кемшілік ретінде құрыштың магниттелу қисығының түзу сызықтығын есептеуге болады. Ереже бойынша, нақты машиналарда жұмыстық нүкте магниттелу сипаттамаларының түзу сызықты емес бөліктерінің басында және әсіресе динамикалық режимдердегі жұмыс процессінде таңдалынып алынады, ол шашыраудың меншікті және өзара индуктивтілігінің өзгерісіне әкелетін терең қанығу жағына қарай ығысуы мүмкін.  Бұл уақытта динамикасы басқаша сипатқа ие болады, басты жағдайда ауысу процессінің уақытының өзгерісі азаяды, сондықтан индуктивтіліктің сәйкес функцияларын енгізу арқылы магниттелу қисығының қисықтығын есептеу мақсатқа лайық көрсетіледі.

Актив кедергінің өзгерісін ескермеу өте үлкен қателікке ұшыратады. Қысқаша тұйықталған роторы бар синхронды двигательдерге қолданылатын ораманың актив кедергісінің айнымалы шамасы олардың температурасының өзгерісімен және токты ығыстыру тиімділігімен түсіндірілуі мүмкін, және де электромагниттік ауысу процесстерінің ағу уақытын бірінші фактормен ескермеуге болады.  Электрлік машиналардың саңылауларында токты ығыстыру құбылысы пайда болғанда шашыраудың да индуктивтік кедергісі өзгеретіндігін атап кету керек [2-124б].

 Қарастырылып  отырған құбылыстың салдары ретінде  бастысы двигательдің іске қосу  уақыты азаяды.

Нақты электрлік машиналардағы процесстерге ауа кеңістігіндегі магнит өрісінің жоғарғы гармоникасының болуы үлкен әсерін тигізеді. Бұл синусоидтық өрісті конструктивтік ерекшеліктері сияқты сыртқы әсерлердің әсерінен бұрмалауы мүмкін. Конструктивтік ерекшеліктерге МДС-магниттік қозғалтқыш күштердің формаларының тік бұрышты формаға жақындататын немесе саңылаулардың магнит өрісінің таралуларына әсерлерін тигізетін орамдарды рационалды емес орналастыруды жатқызуға болады. Одан басқа, жоғары гармониялар болаттың магниттелу қисығының түзу сызықты еместігінен пайда болуы мүмкін. Синусоидық емес өрісті жасайтын сыртқы әсерлер болып табылатындар: синусоидтық емес қоректену кернеуі, механикалық моменттің екпінді өзгерісі, уақытысы тұрақты үлкен күшке жылулық соққысы аздап әсер етеді. Жалпылама машиналарда нақты өмір сүретін құйынды токтар ескерілмейді. Олар әсіресе ротордағы токтың жиілігінің жоғарғы мәндерінде әсерлерін тигізеді.

Сонда да, жалпылама электрлік машиналардың қолданылуы АД жоғарғы динамикалық басқару жүйелерін зерттеу кезінде өзін жақсы жағынан көрсете білді, яғни машиналардың электромагниттік моментінің қалыптасу процесстерінің физикалық болмысын елестетуге мүмкіншілік туғызды

 

1.2.Синхронды машинаның статорына сипаттама

 

       Синхронды машинаның статоры конструкциялық құрылымы жағынан үшфазалы синхронды козғалтқыштарының статоры мен бірдей. Синхронды машинаның статорының орамасы үшфазалы ЭҚК жүйееін индукциялауға (үшфазалы синхронды генератор) немесе тұрақты айнымалы магнит өрісін туғызуға арналған (үшфазалы синхронды қозғалтқыш).

Ол үшфазалы синхронды қозғалтқыш статорының орамасымен бірдей ( дегенмен, синхронды генераторлардың раторы орамасы тек «жұлдызша» сұлбасымен жалғасады. Синхронды генератордың орамасы «үшбұрыш» сүлбасмен қосылуы ісжүзінде қолданылмайды. [3-547б].

Себебі, статор орамасын «үшбұрыштап» қосқанда онда сызықтық кернеу болады, ал «жұлдызшалап» қосқанда фазалық кернеуде болады, ол сызықты кернеуден  аз. Демек, орамаға оқшаулатқышы жұқа өткізгішті қолдануға болады. Ол қуаттылығы бірдей машиналардың тұрқына әсер етеді. Одан басқа, егер синхронды генератордың статоры орамасын «үшбұрыш» сұлбасы бойынша жалғаса, мұндай жағдайда статор орамасында ЭҚК-ке индукцияланатын магнит ағынының сәл ғана симметрясыздығынан өз-өзіне түйықталған орамада, генератордың бос жүріс жүмысы кезінің өзінде шамасы 3 есе гармоникалық құраушы пайда болып, теңестіруші тоқ өтетін болады ол қосымша шығынға соқтырып генератордың қуаты төмендейді.

 Статор  орамасын «жұлдызша» сүлбасы  бойынша жалғағанда фазалардың  орамалары ажыратұлы болғаңдықтан, жүктемесіз жұмыс кезінде теңестіргіш  тоқ болмайды.

Синхронды генератордың үшфазалы орамасын «жұлдызша» сұлбасмен жалғағанда, одан бірмезгілде, шамасы жағынан екі түрлі кернеу алуға болады: сызықтық жэне фазалық.Синхронды генератордың үшфазалы орамасын «үшбұрыш « сұлбасы бойынша жалғағанда, синхронды генератор бір шамадағы кернеулі электр энергиясының көзі болады: сызықтық кернеу фазалық кернеуге тең болады.

Синхронды машиманың роторы.Статорды машинаның роторы құрылысы бойынша екі нұсқада орындалады: айқын полюсті және айқындалмаған полюсті.

Айқын полюсті машинада ротор полюстері айқын көрінетін, болат цилиндр Ротордың мұндай конструкциясы оны полюсінің саны көп етіп конструкциялауға мүмкіндік береді, олардың саны бірнеше ондыққа жетуі ықтимал. Айқын полюсті ротор гидрогенераторларға орнатылады. Гидрогенераторлар роторының полюс сандары, стандартты жиіліктегі ЭҚКтен электр энергиясын алудыңтехнологиялық процессіне негізделеді. Қазіргі кездегі диаметірі үлкен қуаты гидро-трубиналардың дөңгелектерінің айналу жылдамдығы 100 ай/минтан артпайды.

Статор орамасында индукцияланагын ЭҚКтің жиілігі, ротор айналымының жылдамдығына және полюсті жұбының санына байланысты. Бұл байланыс (тәуелділік) мына теңдеумен көрсетіледі:

Гидротрубина дөңгелегінің айналу жылдамдығы төмен кезде және ЭҚК өнеркәсіптік жиілікте өндірілгенде синхронды генератордың айқынполюстері роторының жұп полюстері саны рп= 60150=300 болатындай болуы тиіс. Егер, гидротурбинаның айналу жылдамдығын 100 ай/мин-ке деп алсақ, синхронды генератордың айқын полюсті ротордың жұп полюстері саны р=3000/100=30, ал полюстер саны  тең болуы тиіс.

Синхронды машинаның қоздыру орамасы тұрақты тоқтың магнит өрісін тудыруға арналған. Айқын полюсті ротордың қыздыру орамасы, цилиндр, шарғы түрінде жасалып полюстер өзектеріне орналасады. Шарғы арнайы түрдегі полюстік үштықтармен бекітіледі. [4-324б].

Айқындалмаған полюсті роторларда қоздыру орамасы, ротор бетінің 2/3 фрезделіп жасалған бойлық ойықтарықтар да жанасу шеңбері бар асинхронды қозғалтқыш раторы орамасы сияқты орналасады. Айқындалмаған полюсты ротордың қоздыру орамасының орамдары, ойықтарда мықты металл сыналарымен бекітілді.

Қоздыру орамасының алдыңғы бөлігі ротордың қазіргі қуатты турбогенера-торларда, секундына 200м және одан жоғары жылдамдықпен айна-луы кезінде олардың жарылып кетпеуі үшін, аса бекем болатын сымдардан даярланған шеңбер белбеулермен бекітеледі.