Синхронды машиналардың құрылысы

I. Кіріспе

II. Негізгі бөлім
Синхронды машиналардың құрылысы
Синхронды генератордың сипаттамалары
Генератордың параллель жұмысы
Синхронды электр қозғалтқыш

III. Қорытынды

IV. Пайдаланылған әдебиеттер

Синхронды машиналар өзара қайтымды электр машиналары болып табылады. Олар құрылыстық өзгеріске түспей-ақ механикалық энергияны электр энергиясына айналдыратын генератордың немесе электр энергиясын механикалық энергияға айналдыратын қозғалтқыштардың орнына да қолданылады.
Синхронды машиналар электр энергиясының генераторы ретінде де, қозғалтқыштар ретінде де қолданылады. Дегенмен, ол ЭҚК үшфазалы жүйесінің электр механикалық көзі ретінде кеңірек тараған. Дүние жүзінде электр энергиясын өндіруді айнымалы токтың синхронды машинасы — үшфазалы 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 гидростанцияларда (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 (cosφ) және пайдалы эсер коэффициенті (ПӘК) сондай-ақ, олардың тұтыну кезіндегі (желідегі) кернеудің төмендеуіне аса сезімтал еместігінен, асинхронды қозғалтқыштармен бәсекелесе алады. Синхронды қозғалтқыштардың айналдыру моменттері бірінші дәрежелі кернеуге, ал АҚ – екінші дәрежелі кернеуге пропорционал, ал технологиялық жұмыс тәртібінің сапасына әсер етеді.

1. Қалықов Б.Р., Исаханов М.Ж., Өмірзақов Ш. – «Электр машиналары және электр жетегі», Алматы «Сөздік-Словарь»,–2005–272 бет.
2. Ғаламтор желісі: www.infourok.ru cайты

Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 16 бет
Таңдаулыға:

Жоспар
Кіріспе

Негізгі бөлім
Синхронды машиналардың құрылысы
Синхронды генератордың сипаттамалары
Генератордың параллель жұмысы
Синхронды электр қозғалтқыш

Қорытынды

Пайдаланылған әдебиеттер
Кіріспе
Синхронды машиналар өзара қайтымды электр машиналары болып табылады. Олар құрылыстық өзгеріске түспей-ақ механикалық энергияны электр энергиясына айналдыратын генератордың немесе электр энергиясын механикалық энергияға айналдыратын қозғалтқыштардың орнына да қолданылады.
Синхронды машиналар электр энергиясының генераторы ретінде де, қозғалтқыштар ретінде де қолданылады. Дегенмен, ол ЭҚК үшфазалы жүйесінің электр механикалық көзі ретінде кеңірек тараған. Дүние жүзінде электр энергиясын өндіруді айнымалы токтың синхронды машинасы -- үшфазалы 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 гидростанцияларда (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 (cosφ) және пайдалы эсер коэффициенті (ПӘК) сондай-ақ, олардың тұтыну кезіндегі (желідегі) кернеудің төмендеуіне аса сезімтал еместігінен, асинхронды қозғалтқыштармен бәсекелесе алады. Синхронды қозғалтқыштардың айналдыру моменттері бірінші дәрежелі кернеуге, ал АҚ - екінші дәрежелі кернеуге пропорционал, ал технологиялық жұмыс тәртібінің сапасына әсер етеді.

Синхронды машиналардың құрылысы. Синхронды генератор мен синхронды қозғалтқыштар құрылысы жағынан бірдей болғандықтан, олардың құрылыстарын бірге қарастыруға болады. Синхронды машина (генератор мен қозғалтқыш) үшфазалы орамалы статордан және тұрақты қоздырғыш орамасы бар ротордан тұрады.
Синхронды машинаның статоры. Синхронды машинаның статоры конструкциялық құрылымы жағынан үшфазалы асинхронды қозғалтқыштарының статорымен бірдей.
Синхронды машина статорының орамасы. Синхронды машинаның статорының орамасы үшфазалы ЭҚК жүйесін индукциялауға (үшфазалы синхронды генератор) немесе тұрақты айнымалы магнит өрісін туғызуға арналған (үшфазалы синхронды қозғалтқыш). Ол үшфазалы асинхронды қозғалтқыш статорының орамасымен бірдей, дегенмен синхронды генераторлардың роторы орамасы тек "жұлдызша" сұлбасымен жалғасады. Синхронды генератордың орамасы "үшбұрыш" сұлбасымен қосылуы іс жүзінде қолданылмайды. Себебі, статор орамасын "үшбұрыштап" қосқанда онда сызықтық кернеу болады, ал "жұлдызшалап" қосқанда фазалық
кернеуде болады, ол сызықты кернеуден 3 есе 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 симметриясыздығынан өз-өзіне тұйықталған орамада, генератордың бос жүріс жұмысы кезінің өзінде шамасы 3 есе гармоникалық құраушы пайда болып, теңестіруші ток өтетін болады, ол қосымша шығынға соқтырып генератордың қуаты төмендейді. Статор орамасын "жұлдызша" сұлбасы бойынша жалғағанда фазалардың орамалары ажыратулы болғандықтан, жүктемесіз жұмыс кезінде теңестіргіш ток болмайды. Синхронды генератордың үшфазалы орамасын "жұлдызша" сұлбасымен жалғағанда, одан бір мезгілде, шамасы жағынан екі түрлі кернеу алуға болады: сызықтық және фазалық Синхронды генератордың үшфазалы орамасын "үшбүрыш" 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 (1-сурет).
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 f = 50 Гц, ЭҚК-тен электр энергиясын алудың технологиялық процесіне негізделеді. Қазіргі кездегі диаметрі үлкен қуатты гидротрубиналардың дөңгелектерінің айналу жылдамдығы 100 аймин-тан артпайды. Статор орамасында индукцияланатын ЭҚК-тің 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 айқын полюстері роторының жұп полюстері саны pn = 60 ∙ 50 = 300 болатындай болуы тиіс. Егер, гидротурбинаның айналу жылдамдығын 100 аймин-ке деп алсақ, синхронды генератордың айқын полюсті ротордың жұп полюстері саны p = 3000100=30, ал полюстер саны 2p = 60-қа тең болуы тиіс.

1-сурет. Айқын полюсті синхронды машинаның роторы:
a - полюс; b - ұоздырғыш орама

Айқындалмаған полюсті ротор. Айқындалмаған полюсті ротор (3.2-сурет) өте жоғары сапалы. Оның бетінің 23 бөлігіне бойлық ойықтар фрезделіп тілінеді, олар бар-жоғы екі полюс түзіледі. Оны бу трубиналарымен айналатын турбогенераторларға орнатады, олар 3000 айнмин жылдамдықпен жұмыс жасайды. Стандартты өнеркәсіптік жиілік 50 Гц алу үшін, ротордың бір жұп полюсі болуы тиіс: Р=60fn=60 ∙ 503000=1,0, демек екі полюс (2р=2). Егер турбогенераторға екі полюсі бар айқын полюсті ротор орнатса, онда, сәл симметриясыздық кезінде, ол технологиялық жағынан болмай қоймайды, осындай жылдамдықта, роторда қауіпті шамада діріл пайда болуы мүмкін. Сондықтан қазіргі кездегі турбогенераторлардың роторлары айқындалмаған полюсті, болаттан тұтас соғылған 200 мс жететін үлкен айнымалы сызықтық жылдамдыққа төтеп бере алатын механикалық бекемдікті қамтамасыз ете алатындай етіп жасалады.

2-сурет. Айқындалмаған полюсті синхронды машинаның роторы:
а - полюс; b - қоздырғыш орама.

Синхронды машинаның қоздыру орамасы. Синхронды машинаның қоздыру орамасы тұрақты токтың магнит өрісін тудыруға арналған. Айқын полюсті ротордың қыздыру орамасы, цилиндр, шарғы түрінде жасалып, полюстер өзектеріне орналасады. Шарғы арнайы түрдегі полюстік ұштықтармен бекітіледі.
Айқындалмаған полюсті роторларда қоздыру орамасы, ротор бетінің 23 фрезделіп жасалған бойлық ойықтарында жанасу шеңбері бар асинхронды қозғалткыш роторы орамасы сияқты орналасады. Айқындалмаған полюсті ротордың қоздыру орамасының орамдары, ойықтарда мықты металл сыналарымен бекітіледі. Қоздыру орамасының алдыңғы бөлігі ротордың қазіргі қуатты турбогенераторларда, секундына 200м және одан жоғары жылдамдықпен айналуы кезінде олардың жарылып кетпеуі үшін, аса бекем болатын сымдардан даярланған шеңбер белбеулермен бекітіледі.
Синхронды генератордың сипаттамалары.
Синхронды генератордың жұмысы функционалды тәуелдік бойынша бағаланады да, оның сипаттамасы деп аталады. Олардың негізгілері:
бос жүріс сипаттамасы;
қысқа түйықталу сипаттамасы;
реттеу сипаттамасы;
сыртқы сипаттамасы;
жүктемелік сипаттамасы.
Синхронды генераторлар тұрақты айналу жылдамдығымен жұмыс жасайды, ол айнымалы ЭҚК-тің жиілігін тұрақты ұстап тұру қажеттілігінен туындайды, демек барлық сипаттамалар ротордың айналу жылдамдығы тқрақты n=const) кезінде қарастыры- лады.
Бос жүріс сипаттамасы - бүл жүктеусіз жүмыс кезінде статор орамасында индукцияланатын Е10-нің айналу жылдамдығы тұрақты, қалыпты кездегі қоздыру орамасының тогына Ів тәуелділігі, демек; n = nн = const (3.8-сурет) кезінде Е10=f(І2).
Бос жүріс сипаттамасы ЭҚК пен қоздыру тогы арасындағы сызықты емес тәуелділік болып табыла- ды. Мұның сызықсыздығы машинаның магнит өткізгіштеріндегі болат бөліктерінің қанығу құбылысына байланысты. Магниттегіш токтың шамасы, белгілі мөлшерге жеткенде, магнит ағынының өсуі баяулайды, ал содан кейін, іс жүзінде, мүлде тоқталады. Қоздыру орамасындағы токтан ЭҚК-тің өсу сипатының тәуелділігі, болаттағы магниттену қисығына ұқсас: В=f(Н). Болаттың қанығуына қарай магниттендірудің өсуі баяулайды да, одан соң тоқталады. Қоздыру орамасындағы токтың одан кейін өсуі, магнит ағынының айтарлықтай өсуіне әкелмейді. Іс жүзінде, статор орамасында қоздыру тогы болмағанның өзінде болат полюстеріндегі қалдық магнетизмнің магнит ағынынан шамалы ЭҚК индукцияланады.

3-сурет. Синхронды генератрдың жүктемесіз жұмысының тәжірибе жасау жолымен алынған сипаттамасы.

Бұл болатты жасанды магниттендіргенде, болаттың магнитизмді жарым-жартылап сақтап қалу қабілетіне байланысты. Турбогенератор статоры орамасының қысқыштарындағы кернеу (0,4-15) кВ, әдетте, гидрогенератордағыдан жоғары (0,4 -- 10) кВ.
Бос жүріс сипаттамасын есептеу тәжірибе жолдарымен немесе магниттену қисықтарын пайдаланып алуға болады. Әр бөлімнің материалдары үшін берілген мөлшердегі магнит ағынын туғызуға қажетті, магниттегіш күш есептеледі. Магниттегіш күш полиэстер орамасындағы қоздыру тогына Ів, ал ЭҚК Е10 өз кезегінде қоздыру тогына Ів пропорционал болғандықтан Е10=f(Ів) қисығы масштабына сәйкес Ф=f(Н) магнит сипаттамасы болып табылады.
Бос жүріс сипаттамасын, тәжірибе мәліметтері бойынша тұрғызуға болады. Есептеумен немесе тәжірибе жолымен алынған жүктеусіз жұмыс сипаттамасы, синхронды машинаның алмастырма эквивалентті электр сұлбасының өлшемдерін анықтау кезінде пайдаланылады. Инженерлік тәжірибеде бос жүріс сипаттамасын анықтау үшін, өлшемдері тәжірибе мәліметтерімен жақсы үйлесетін синхронды генератор дың "қалыпты" сипаттамасы деп аталатын, салыстырмалы бірлікті пайдаланады (3.4-сурет).

4-сурет. Синхронды генератордың жүктемесіз жұмысының қорытынды (қалыпты) сипаттамасы.

Қысқа тұйықталудың сипаттамасы - бұл статор орамасының олардың қысқыштары тұйықталған кездегі, тогының, қоздыру тогына U1=0 және n = const, болғанда оның тәуелділігі: I = f(Ів). Синхронды генераторды қысқа тұйықталу тәртібінде жұмысқа қосуға пайдалану тәжірибесінде болмайды. Генератордың орамасы қысқа тұйықталу тогының қызуынан бүлінбеуі үшін, ол лезде ажыратылуы тиіс.
Сондықтан қысқа тұйықталу сипаттамасын статор орамасындағы токты ең аз деңгейіне Itn=Itн келтіре отырып, оның қалыпты тогының пайыздық үлесі ғана болып табылатын, қоздыру тогы кезінде алынады. Статор орамасы мен қоздыру орамасы тізбегіне жалғанған амперметр көрсетуі есебінен тез орындау керек, себебі, статор орамасы әсеріне ондағы ток қалыпты токтың мәнінен жоғары болғанда, артық қызбауы керек. Әдетте, қысқа тұйықталу тәжірибесі кезінде, машинаның магнит жүйесі аса қанықпайды, сондықтан статор орамасы тогының белгіленген аралықтағы өзгеруі, түзу сызық болады. Оның мәні өте жоғары болғанда ғана, қысқа тұйықталу сипаттамасының мәні абцисса осіне (Iв) қарай қисаяды, ол генератордың магнитөткізгіштерінің қанығуының артуынан болады.

5-сурет. Синхронды генератордың қысқа тұйықталу сипаттамасы

Синхронды генератор статорының индуктивтік шашырандылық кедергісін және қоздыру тогының түрлі мәндер кезінде, қысқа тұйықталу тогының қалыпты токқа қатынасын анықтау кездерінде, қысқа тұйықталу сипаттамасы, бос жүріс сипаттамасымен бірге пайдаланылады. Бұл қатынас қысқа тұйықталу тогының коэффициенті болады. Қысқа тұйықталу қатынасы немесе қысқаша ҚТҚ деп аталады. Қысқа тұйықталу сипаттамасын тәжірибелік жолмен алғанда, генератордың магнит жүйесіндегі магнетизм қалдығы магнитсіздендірілуі тиіс немесе ол қалған кезде алынған сипаттама, өзіне-өзі параллель күйі координат басына ығыстырылуы тиіс. 5-суреттегі қысқа тұйықталу сипаттамасын бос жүріс сипаттамасын және синхронды машинаның эквивалентті орнын басу сұлбасының өлшемдерін қолданып, есептеу жолымен де тұрғызуға болады.

6-сурет. Жүктеме электр кедергісінің әрқилы өзгеру сипаты кезіндегі синхронды генератордың реттеуіш сипаттамасы.

Реттеу сипаттамасы - бұл генератордың жүктеме тогы өзгеріп қуаттылық коэффициенті өзгеріссіз қалғанда, оның қысқыштарындағы кернеу тұрақтылығын қамтамасыз ететін қоздыру тогы деңгейінің тәуелділігі, демек U1 = const, n = const және cosφ = const ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.