Синхронды машинаның статоры

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 8 бет
Таңдаулыға:

Кіріспе

Синхронды машиналарда ротордың айналу жылдамдығы статордың айналмалы магнит өрісінің айналу жылдамдығына тең. Осы себептен мұндай машиналар синхронды деп аталған.
Синхронды машиналар ЭҚК үш фазалы жұмыс істей алады: генератор, қозғалтқыш және синхронды қарымталауыш ретінде. Сондыктан да синхронды машиналар генератор, козғалтқыш және синхронды карымталауыш түрінде шығарылып, қолданылады.
Электр энергиясы негізінен синхронды генераторлармен алынады. Олар жылу, гидравликалық, атом, дизельді (іштен жану), жел энергетикалык, т. б. электр стансаларын да қолданылады. Жылу және атом электр стансаларында бірінші козғалтқыш бу турбинасы болса, гидравликалык электр стансаларында су турбинасы, дизель электр стансаларында іштен жану қозғалтқыштары, ал жел электр стансаларында желқалақтар болып табылады. Генераторларда бастапқы қозғалтқыштардың энергиясы электр энергиясына түрленетіндігінен, олардың қуаты бірінші қозғалтқыштың қуатына тікелей байланысты. Осы себепті және қолданылатын материалдардың беріктігіне байланысты генераторлардың қуаты жылу және атом стансаларында 1200 МВт және одан да коп, гидравликалык стансаларда 800 МВтқа дейін, дизель электр стансаларында мыңдаган киловатқа дейін, ал жел электр стансаларында 250 кВтқа дейін барады. Аса куатты турбогенераторлар мен гидрогенераторлардың пайдалы әсер коэффициент-өте жоғары 98, 99%ға дейін, ал куат коэффициент- 0, 80, 9 шамасында болады. Турбогенераторлардың айналу жиілігі 3000 айналым/минутына дейін, ал гидрогенераторлар негізінен жәй жүрісті болады айналу жиілігі 150 айналым/минутына.
Бір энергетикалық жүйе, әдетте, бірнеше электр стансаларын біріктіреді. Мұнда ондаған, тіпті, жүздеген генератор бір желіге жалғанатындықтан, олардың кернеулері мен жииіктерінің 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 шығынын көбейеді, ал кейбір генераторлар энергия көзі емес энергия қабылдағыш ретінде жұмыс істеуі мүмкін. Сондықтан генераторлардың кернеуі мен жиіліктері, активті және реактивті қуаттары бір ортадан диспечерлік ортадан бақыланып және реттеліп отырылады.

Синхронды машинасы қолдану аймағы

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, турбогенераторлар (механикалық энергия көзі бу трибунасы), гидрогенераторлар (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 (р) және пайдалы әсер коэффиценті (ПӘК) сондай-ақ олардың тұтыну кезіндегі (желідегі) кернеудің төмендеуіне аса сезімтал еместігімен асинхронды қозғалтқыштармен бәсекелесе алады.

Синхронды машинаның статоры

Синхронды машинаның статоры конструкциялық құрылымы жағынан үшфазалы асинхронды 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 асинхронды қозғалтқыш статорының орамасымен бірдей ( дегенмен, синхронды генераторлардың раторы орамасы тек «жұлдызша» сұлбасымен жалғасады. Синхронды генератордың орамасы «үшбұрыш» сүлбасмен қосылуы ісжүзінде қолданылмайды. 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 ЭҚКке 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 машинаның 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.

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.

Машиналардың құрылысы.

Синхронды машиналар қозғалмайтын немесе айналмалы якорьда орындалады. Статордағы электр энергиясын бұруға ыңғайлы болу үшін үлкен қуатты машина қозғалмайтын якорьда орындалады (1 а суретті қара) . Қоздыру қуатын жалпы қуатпен салыстырғанда үлкен болмағандықтан, (0, 3 - 2%) якорьдан алып тастаймыз, екі сақинаның көмегімен қоздыру орамасына тұрақты токты жеткізуде аса көп қиыншылықтар тумайды. Аса үлкен емес қуаттағы синхронды машиналар қозғалмайтын және айналмалы якорьда орындалады. Айналмалы якорь мен қозғалмайтын индуктордағы синхронды машинаны (1 б суретті қара) айналмалы деп атайды.

Машинаның қозғалмайтын якорында ротордың екі түрлі конструкциясы қолданылады: анық полюсті (полюстері анық көрсетілген) (2 а суретті қара) және анық емес полюсті (полюстері анық көрсетілмеген) (2 б суретті қара) . Анық полюсті ротор әдетте төрт немесе оданда көп полюстер саны бар машиналарда қолданылады. Мұндай жағдайда қоздыру орамасы цилиндрлік катушканың тікбұрышты қимасы түрінде болады, яғни полюстердің жүрекшелерінде орналастырылады және полюстердің ұштарына бекітіледі. Ротор, полюстердің жүрекшелері және полюстердің ұштары болат табақшалардан жасалынады.

1-якорь; 2- якорь орамасы; 3- индуктордың полюсі; 4- қоздыру орамасы; 5- сақиналар мен щеткалар.

1 сурет - Синхронды машинаның қозғалмайтын (а) және айналмалы якорьдағы (б) конструкциясы

Үлкен қуатты екіполюсті және төртполюсті машиналар, 1500 айн/мин және 3000 айн/мин ротордың айналу жылдамдығында жұмыс істеуі, ережеге сәйкес анық полюсті емес ротордан дайындалады. Оларды анық полюсті роторда қолдану мүмкін емес, себебі қоздыру орамасында және полюстердің механикалық беріктілігін бекіту шартына байланысты. Машинадағы мұндай қоздыру орамасы ротор жүрекшелерінің фазаларында орналасады, олар шыңдалған болат темірмен толтырылған және магниттелмеген металдармен берік оралған.

1- ротор жүрекшесі; 2- қоздыру орамасы.

1 сурет - Синхронды анық полюсті (а) және анық полюсті емес (б) машина роторы

Шамамен 1/3 ротордың полюсті бөліктерінде фазалары болмайды; ол бөліктерді «үлкен тістер деп атайды», қоздыру ағыны олардан кіреді және шығады. Жоғарғы меншікті кедергісі бар материалдан жасалған (латунь және т. б. ) анық полюсті роторы бар синхронды қозғалтқыштың полюстерінің ұштарына бекітіліп орналастырады. Бұл тор іске қосу орамасында қызмет атқарады. Соңғы кездерде, синхронды машиналар іске қосу орамасынсыз жиі орындалады, бірақ массивті полюспен. Осы полюстерді іске қосу кезінде құйынды токтар пайда болады, айналу магнит өрісімен әсерлеседі және іске қосу моментін тудырады.

Синхронды генератордың әсер ету принципі электрмагниттік индукция заңына негізделген. Егер ротордың қоздыру орамасына тұрақты ток беретін болсақ және роторды айналдырсақ, онда статор орамасында электр қозғаушы күші өтеді, әсер етуші шама мынаған тең

Е=4, 44 kfWФ, (1)

мұндағы k - орам коэффициенті;

f- алынған токтың жиілігі;

W- генератор орамасына тізбектей жалғанған фазалар орамаларының саны;

Ф- полюстердегі негізгі магнит ағыны.

3 сурет - Синхронды машинаның қарапайым моделі

Үшфазалы кернеуді алуда үш орама орналастырылады, қоршаған ортада бір-бірінен 120 ⁰ ығыстырылған. Бұл орамалар бір-бірімен жұлдызша немесе үшбұрышша байланысқан. Роторды айналдырған кезде орамадан электр қозғаушы күші өтеді 120 ⁰ ығыстырылған. Егер генераторға сырттан жүктеме қоссақ якорь орамасынан ағатын айнымалы ток айналмалы магнит өрісін тудырады, ротордың айналу жиілігіне тең айналу жиілігі, яғни айналу магнит өрісінің жиілігі мен полюстері бір-біріне тең. Мұндай жағдайда олар синхронды айналады және осындай генераторлар синхронды деген атқа ие болды. Генератордың электр қозғаушы күшінің жиілігі f=np/60 тең , мұндағы п - ротордың айналу жиілігі мин ^-1 , р - полюстер саны. Синхронды генераторлар, тұрақты ток генераторлары сияқты, кері әсер ету қасиетіне ие болады, сондықтан конструкциясын өзгертпестен қозғалтқыш ретінде де пайдалануға болады. Роторды механикалық қозғалтқышпен айналып жатыр деп қарастырамыз және міндетті түрде синхронды кері әсер ету сандарын іске асырады (3 суретті қара) . Егер осы кезде құралған жарық көзінен статорға үшфазалы ток қоссақ, алдыңғы қозғалтқышты генератордан ажыратсақ, онда ротор айналу санының белгісіз түрінде айналуын жалғастырады (3 суретті қара) . Мұның болу себебі, статорға үшфазалы токты қосу кезінде айналмалы магнит өрісі пайда болады, бұл ротор полюстерімен әсерлеседі (аттас полюстер тебіледі, әраттас полюстер тартылады) сол себепті оның айналуын белгісіз ұстап тұрады. Өрістердің айналу бағытын әрқашан ротор түріндегідей алуға болады. Өрістің кері айналуында n жиіліктің тогына тәуелді, сонымен қоса полюстер санына да байланысты. Бұл кері айналымдар қозғалтқыш роторында синхронды деп аталады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.