Электрлік тоқ бойынша дәрістер жинағы
1 Дәріс №1. Кіріспе. Электр машиналарының даму тарихы ... ... ... ... ..4
2 Дәріс №2. Трансформаторлардың құрылысы және бос жүріс режимі ... 5
3 Дәріс №3. Трансформатордың орынбасу сұлбасы және векторлық диаграммасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 9
4 Дәріс №4. Энергетикалық диаграмма және орамаларды қосу сұлбалары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...14
5 Дәріс №5. Трансформаторлардың параллельді жұмысы ... ... ... ... ... ...20
6 Дәріс №6. Айнымалы токтың электр машиналарының теориялық жалпы мәселелері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 24
7 Дәріс № 7. Асинхронды қозғалтқыштың құрылысы және жұмысы ... 27
8 Дәріс №8. Асинхронды қозғалтқыштың айналдырушы моменттері және қуаттары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..34
9 Дәріс №9. Асинхронды қозғалтқышты орнынан қозғау ... ... ... ... ... ... 40
10 Дәріс №10. Үшфазалы асинхронды қозғалтқыштың айналу
жиілігінің өзгертуін реттеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..43
11 Дәріс №11. Синхронды машиналар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...47
12 Дәріс №12. Синхронды қозғалтқыш және синхронды компенсатор..53
13 Дәріс №13. Тұрақты ток электр машиналарының құрылысы ... ... ... 60
14 Дәріс №14. Тұрақты ток машинасының құрылысы, якорь реакциясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..67
15 Дәріс №15. Тәуелсіз қоздырылатын генератор ... ... ... ... ... ... ... 71
16 Дәріс №16. Тұрақты ток қозғалтқыштары. Жүргізу әдістері, қозғалтқыштың сипаттамалары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...78
17 Дәріс №17. Қозғалтқышты орнынан қозғау ... ... ... ... ... ... ... ... 83
Әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...91
2 Дәріс №2. Трансформаторлардың құрылысы және бос жүріс режимі ... 5
3 Дәріс №3. Трансформатордың орынбасу сұлбасы және векторлық диаграммасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 9
4 Дәріс №4. Энергетикалық диаграмма және орамаларды қосу сұлбалары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...14
5 Дәріс №5. Трансформаторлардың параллельді жұмысы ... ... ... ... ... ...20
6 Дәріс №6. Айнымалы токтың электр машиналарының теориялық жалпы мәселелері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 24
7 Дәріс № 7. Асинхронды қозғалтқыштың құрылысы және жұмысы ... 27
8 Дәріс №8. Асинхронды қозғалтқыштың айналдырушы моменттері және қуаттары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..34
9 Дәріс №9. Асинхронды қозғалтқышты орнынан қозғау ... ... ... ... ... ... 40
10 Дәріс №10. Үшфазалы асинхронды қозғалтқыштың айналу
жиілігінің өзгертуін реттеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..43
11 Дәріс №11. Синхронды машиналар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...47
12 Дәріс №12. Синхронды қозғалтқыш және синхронды компенсатор..53
13 Дәріс №13. Тұрақты ток электр машиналарының құрылысы ... ... ... 60
14 Дәріс №14. Тұрақты ток машинасының құрылысы, якорь реакциясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..67
15 Дәріс №15. Тәуелсіз қоздырылатын генератор ... ... ... ... ... ... ... 71
16 Дәріс №16. Тұрақты ток қозғалтқыштары. Жүргізу әдістері, қозғалтқыштың сипаттамалары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...78
17 Дәріс №17. Қозғалтқышты орнынан қозғау ... ... ... ... ... ... ... ... 83
Әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...91
Электр магниттік индукция құбылысы арқылы бір кернеудегі айнымалы токты сол жиіліктегі айнымалы токтың екінші кернеуіне өзгертуге арналған бір немесе одан да көп индуктивтік байланысқан орамалары бар статикалық электрмагниттік құрылғыны трансформатор деп атайды.
Трансформаторларды келесі мақсаттарға кең қолданады:
а) электр энергиясын тұтынушыларға жеткізіп беруге және оны олардың арасында таратып беру үшін.
Әдетте электрстанциясындағы генератор кернеуі 624 кВ-қа тең айнымалы ток электр энергиясын өндіреді.
Алыс арақашықтыққа энергияны жеткізу жоғары кернеу кезінде тиімді болады, өйткені бұл кезде энергияны беру жолдарында электр шығыны азаяды. Мысалы, қуаты 10 МВт-қа тең электр энергиясын 100 шақырым қашықтыққа беру үшін кернеудің шамасы 500 кВ-қа тең болуы керек. Сол себептен электр станцияларында кернеудің шамасын жоғарылататын трансформаторлар қойылады. Қазіргі уақытта жоғары вольтты электрлік беріліс жолдарында кернеуі 330, 500 және 750 кВ, қуаты 1200-1600 МВА-ге тең трансформаторлар қолданады. Айнымалы токтың жоғары вольтты Екібастұз-Орталық, Екібастұз-Орал беріліс жолдары салынуға байланысты электрлік жасау өнеркәсібі бір фазалы (қуаты 660 МВА, кернеуі 1150 кВ) трансформаторларды шығара бастады.
Қалаларда, ауылды жерлерде, кәсіпорындарда және олардың ішінде электрэнергиясының кернеулері 110, 35, 10 және 6 кВ ауа және кабель жолдары арқылы таратылады.
Айнымалы ток электр тұтынушыларының көпшілігі 220, 380 және 600 вольт кернеуімен істейтіндіктен электр энергиясын пайдалану пунктерінде төмендеткіш трансформаторлар орнатылады. Сонымен, электр энергиясын электрстанцияларынан тұтынушыларға берілу кезінде трансформаторлар арқылы кернеу бірнеше рет (3-5 рет) түрлендіріледі:
а) әртүрлі технологиялық мақсаттар үшін: электр дәнекерлеуге (балқытып бірiктіруге), электр-жылулық пештерді электр қуатымен қамтамасыз ету, т.с.с. Бұл трансформаторлардың қуаты бірнеше мың киловольт-амперге, ал кернеулері 10 кВ-ке жетеді;
б) радио және телевизия аппаратурасының әртүрлі тізбектерін электр қуатымен қамтамасыз ету үшін;
в) жоғары кернеулi және күшті токты тізбектерге өлшеуіш аспаптарды қосу үшін. Бұл трансформаторлар (өлшеуіш трансформаторлар) өлшеу шегін ұлғайтады және электрлік қауіпсіздікті қамтамасыз етеді.
Трансформаторларды келесі мақсаттарға кең қолданады:
а) электр энергиясын тұтынушыларға жеткізіп беруге және оны олардың арасында таратып беру үшін.
Әдетте электрстанциясындағы генератор кернеуі 624 кВ-қа тең айнымалы ток электр энергиясын өндіреді.
Алыс арақашықтыққа энергияны жеткізу жоғары кернеу кезінде тиімді болады, өйткені бұл кезде энергияны беру жолдарында электр шығыны азаяды. Мысалы, қуаты 10 МВт-қа тең электр энергиясын 100 шақырым қашықтыққа беру үшін кернеудің шамасы 500 кВ-қа тең болуы керек. Сол себептен электр станцияларында кернеудің шамасын жоғарылататын трансформаторлар қойылады. Қазіргі уақытта жоғары вольтты электрлік беріліс жолдарында кернеуі 330, 500 және 750 кВ, қуаты 1200-1600 МВА-ге тең трансформаторлар қолданады. Айнымалы токтың жоғары вольтты Екібастұз-Орталық, Екібастұз-Орал беріліс жолдары салынуға байланысты электрлік жасау өнеркәсібі бір фазалы (қуаты 660 МВА, кернеуі 1150 кВ) трансформаторларды шығара бастады.
Қалаларда, ауылды жерлерде, кәсіпорындарда және олардың ішінде электрэнергиясының кернеулері 110, 35, 10 және 6 кВ ауа және кабель жолдары арқылы таратылады.
Айнымалы ток электр тұтынушыларының көпшілігі 220, 380 және 600 вольт кернеуімен істейтіндіктен электр энергиясын пайдалану пунктерінде төмендеткіш трансформаторлар орнатылады. Сонымен, электр энергиясын электрстанцияларынан тұтынушыларға берілу кезінде трансформаторлар арқылы кернеу бірнеше рет (3-5 рет) түрлендіріледі:
а) әртүрлі технологиялық мақсаттар үшін: электр дәнекерлеуге (балқытып бірiктіруге), электр-жылулық пештерді электр қуатымен қамтамасыз ету, т.с.с. Бұл трансформаторлардың қуаты бірнеше мың киловольт-амперге, ал кернеулері 10 кВ-ке жетеді;
б) радио және телевизия аппаратурасының әртүрлі тізбектерін электр қуатымен қамтамасыз ету үшін;
в) жоғары кернеулi және күшті токты тізбектерге өлшеуіш аспаптарды қосу үшін. Бұл трансформаторлар (өлшеуіш трансформаторлар) өлшеу шегін ұлғайтады және электрлік қауіпсіздікті қамтамасыз етеді.
1.Копылов И.П. Электрические машины.- М.: Высшая школа, Логос, 2000.
2. Проектирование электрических машин. /Под общей редакцией И.П. Копылова.- М.: Энергия, 2002.
3. Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины.- М., 1987.
4. Вольдек А.И. «Электрические машины»: Учебник для студентов выс. техн. учебн. заведений. Изд. 2-е.- М.: «Энергия», 1974.
2. Проектирование электрических машин. /Под общей редакцией И.П. Копылова.- М.: Энергия, 2002.
3. Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины.- М., 1987.
4. Вольдек А.И. «Электрические машины»: Учебник для студентов выс. техн. учебн. заведений. Изд. 2-е.- М.: «Энергия», 1974.
Мазмұны
1 Дәріс №1. Кіріспе. Электр машиналарының даму тарихы ... ... ... ... ..4
2 Дәріс №2. Трансформаторлардың құрылысы және бос жүріс режимі ... 5
3 Дәріс №3. Трансформатордың орынбасу сұлбасы және векторлық
диаграммасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ..9
4 Дәріс №4. Энергетикалық диаграмма және орамаларды қосу
сұлбалары ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .14
5 Дәріс №5. Трансформаторлардың параллельді
жұмысы ... ... ... ... ... ...20
6 Дәріс №6. Айнымалы токтың электр машиналарының теориялық жалпы
мәселелері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 2 4
7 Дәріс № 7. Асинхронды қозғалтқыштың құрылысы және жұмысы ... 27
8 Дәріс №8. Асинхронды қозғалтқыштың айналдырушы моменттері және
қуаттары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . ... .34
9 Дәріс №9. Асинхронды қозғалтқышты орнынан
қозғау ... ... ... ... ... ... 40
10 Дәріс №10. Үшфазалы асинхронды қозғалтқыштың айналу
жиілігінің өзгертуін
реттеу ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... 43
11 Дәріс №11. Синхронды
машиналар ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .47
12 Дәріс №12. Синхронды қозғалтқыш және синхронды компенсатор..53
13 Дәріс №13. Тұрақты ток электр машиналарының құрылысы ... ... ... 60
14 Дәріс №14. Тұрақты ток машинасының құрылысы, якорь
реакциясы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 67
15 Дәріс №15. Тәуелсіз қоздырылатын генератор ... ... ... ... ... ... ... 71
16 Дәріс №16. Тұрақты ток қозғалтқыштары. Жүргізу әдістері,
қозғалтқыштың
сипаттамалары ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... 78
17 Дәріс №17. Қозғалтқышты орнынан қозғау ... ... ... ... ... ... ... ... 83
Әдебиеттер
тізімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... .91
1 Дәріс №1. Кіріспе. Электр машиналарының даму тарихы
Дәрістің мазмұны:
- пәннің жалпы сұрақтары;
- электр машиналарының даму тарихы.
Дәрістің мақсаты:
Студенттерді электр машиналарының даму тарихымен таныстыру.
Электр магниттік индукция құбылысы арқылы бір кернеудегі айнымалы
токты сол жиіліктегі айнымалы токтың екінші кернеуіне өзгертуге арналған
бір немесе одан да көп индуктивтік байланысқан орамалары бар статикалық
электрмагниттік құрылғыны трансформатор деп атайды.
Трансформаторларды келесі мақсаттарға кең қолданады:
а) электр энергиясын тұтынушыларға жеткізіп беруге және оны олардың
арасында таратып беру үшін.
Әдетте электрстанциясындағы генератор кернеуі 6(24 кВ-қа тең айнымалы
ток электр энергиясын өндіреді.
Алыс арақашықтыққа энергияны жеткізу жоғары кернеу кезінде тиімді
болады, өйткені бұл кезде энергияны беру жолдарында электр шығыны азаяды.
Мысалы, қуаты 10 МВт-қа тең электр энергиясын 100 шақырым қашықтыққа беру
үшін кернеудің шамасы 500 кВ-қа тең болуы керек. Сол себептен электр
станцияларында кернеудің шамасын жоғарылататын трансформаторлар қойылады.
Қазіргі уақытта жоғары вольтты электрлік беріліс жолдарында кернеуі 330,
500 және 750 кВ, қуаты 1200-1600 МВА-ге тең трансформаторлар қолданады.
Айнымалы токтың жоғары вольтты Екібастұз-Орталық, Екібастұз-Орал беріліс
жолдары салынуға байланысты электрлік жасау өнеркәсібі бір фазалы (қуаты
660 МВА, кернеуі 1150 кВ) трансформаторларды шығара бастады.
Қалаларда, ауылды жерлерде, кәсіпорындарда және олардың ішінде
электрэнергиясының кернеулері 110, 35, 10 және 6 кВ ауа және кабель жолдары
арқылы таратылады.
Айнымалы ток электр тұтынушыларының көпшілігі 220, 380 және 600 вольт
кернеуімен істейтіндіктен электр энергиясын пайдалану пунктерінде
төмендеткіш трансформаторлар орнатылады. Сонымен, электр энергиясын
электрстанцияларынан тұтынушыларға берілу кезінде трансформаторлар арқылы
кернеу бірнеше рет (3-5 рет) түрлендіріледі:
а) әртүрлі технологиялық мақсаттар үшін: электр дәнекерлеуге (балқытып
бірiктіруге), электр-жылулық пештерді электр қуатымен қамтамасыз ету,
т.с.с. Бұл трансформаторлардың қуаты бірнеше мың киловольт-амперге, ал
кернеулері 10 кВ-ке жетеді;
б) радио және телевизия аппаратурасының әртүрлі тізбектерін электр
қуатымен қамтамасыз ету үшін;
в) жоғары кернеулi және күшті токты тізбектерге өлшеуіш аспаптарды
қосу үшін. Бұл трансформаторлар (өлшеуіш трансформаторлар) өлшеу шегін
ұлғайтады және электрлік қауіпсіздікті қамтамасыз етеді.
Бұл дәрістер жинағында күштік трансформаторлардың теориясы қаралады,
ал трансформаторлардың басқа түрлері жалпы теория тұрғысынан қысқаша
сипатталады.
Өнеркәсіп күштiк трансформаторларды 8 топқа бөліп шығарады. Мысалы,
қуаты 100 кВА-ға дейінгі трансформаторлар I топқа жатады, І60-тан 630 кВА-
ға дейінгілері 2 топқа жатады және т.с.с.
2 Дәріс №2. Трансформаторлардың құрылысы және бос жүріс режимі
Дәрістің мазмұны:
- трансформаторлар туралы жалпы мәліметтер;
- трансформаторлардың міндеті;
- трансформаторлардың құрылысы;
- бос жүріс режимі.
Дәрістің мақсаты:
Студенттерді трансформаторлардың құрылысымен, бос жүріс режимімен
таныстыру.
2.1 Трансформатор жұмысының физикалық негіздері
Трансформатордың жұмысы бірінші және екінші реттік орамалардың электр
қозғалтқыш күштері (ЭҚК) мен магниттік қозғаушы күштерінің (МҚК)
теңдеулеріне негізделеді.
Трансформаторлардың орамаларында негізгі магниттік ағын Ф мынадай ЭҚК-
терді тудырады
.
(2.1)
Магниттiк ағын уақыт бойынша синусоидалық функциясымен өзгереді деп
алайық, яғни Ф= Фm Sin(t. Магниттік ағынның мәнін (2.І) тендеуге қойып,
оны дифференциялаудан кейін алатынымыз
e1= -(W1ФmCos(t=-(W1ФmSin((t-(2),
e2= -(W2ФmCos(t= -(W2 ФmSin((t-(2). (2.2)
(2.2) формулаларынан шығатыны - ол магниттік ағынның ЭҚК-тен 90°
бұрышқа озып тұрғаны.
ЭҚК-нің максимал (амплитудалық) мәндері
Е1m=(W1Фm және
Е2m=(W2Фm. (2.3)
E1m мен E2m-ді -ге бөліп бұрыштың жиіліктің мәнін (=2(f
тендеулеріне қойып табатынымыз
Е1=4,44fW1Фm және Е2=4,44fW2Фm.
Жоғары кернеулі ораманың ЭҚК-нің төменгі кернеулі ораманың ЭҚК-не
қатынасы т р а н с ф о р м а ц и я к о э ф ф и ц и е н т i деп аталады
. (2.4)
I1 және I2 токтары негізгі магниттік ағынмен қоса сейілу ағындар ФС1
мен ФС2-нi тудырады.
Сейiлу ағындары энергия берiлiсiне қатыспайды, бiрақ та әрбiр орамада
өзара индукцияның ЭҚК-терiн E1C=4,44fW1ФМ мен EC2=4,44fW2ФМ – нi құрады.
Сейiлу ағындары негiзгi ауа арқылы таралып тұйықталатындықтан, олар
орамалардағы сәйкес токтарға пропорционал болады
EC1=I1X1 және EC2=I2X2, (2.5)
Мұндағы X1 мен X2 –трансформаторлардың орамаларының сейiлу ағындарының
индуктивтiк кедергiлерi.
ЭҚК-iң векторлары EC1 мен EC2 сәйкес токтардан және ағындардан 900
қалып отырғандықтан
ĖC1=-jX1 İ1 және ĖC2 =-jX2 İ2.
(2.6)
Сонымен, трансформатордың әрбiр орамасында негiзгi ЭҚК-мен бiрге
сейiлу ЭҚК-I индукцияланады.
Бiрiншi реттiк орамадағы ЭҚК E1 бiрiншi реттiк кернеуi U1-ге қарсы
бағытталған, яғни онымен қарсы фазада болады. Трансформатордың бiрiншi
реттiк орамасының ЭҚК –нiң теңдеуiнiң түрi мынандай болады
=-Ė1- ĖC1+R1 İ1=- Ė1+jX1 İ1+R1 İ1=- Ė1+Z1 İ1.
(2.7)
Екiншi реттiк орамадағы ток i2 ЭҚК e2-нiң шамасына тәуелдi. Бұл ЭҚК
e2 екiншi реттiк ораманың қысқыштарындағы кернеудi тудыруға және сейiлу
ЭҚК-сi мен активтiк кедергi R2-де кернеу түсуiн теңгеруге жұмсалады.
Трансформатордың екiншi реттiк орамасының ЭҚК-нiң комплекстiк
теңдеуi мынандай болады
Ė2= - ĖC2+ R2İ2 немесе = Ė2+ ĖC2-R2İ2= Ė2-jX2İ2 – R2İ2 =
Ė2 –Z2İ2.
2.2 Магниттiк қозғалтқыш күштердiң теңдеулерi
Бос жүрiс ережеде екiншi реттiк ораманың тiзбегi ажыратылған күйiнде
болғандықтан, ток i2=0.
Магниттiк өткiзгiштегi негiзгi ағынды бос жүрiс магниттiк қозғалтқыш
күшi (МҚК) I01 тудырады. Оның максимал мәнi мынаған тең
(2.8)
мұндағы - магниттiк өткiзгiштiң магниттiк кедергісi.
Трансформатордың екiншi реттiк тiзбегiне жүктеменi (Zж) тiркеген
кезде (2.2 б-сурет) онда ток I2 пайда болады. Соған орай бiрiншi реттiк
орамадағы токтың мәнi I1 – ге дейiн өседi.
Ендiгi жағдайда магниттiк ағын Фm екi МҚК-тер I1w1 мен I2w2-нiң
әрекеттесуi туады, яғни
(2.9)
Екiншi жақтан, трансформатордың магниттiк ағыны Фm –дi былай анықтауға
болады
(2.10)
немесе U1(E1 екендiгiн ескерсек
(2.11)
(2.11) тендеуден негізгі магниттік ағын жүктемеге тәуелді еместігі
көрініп тұр, өйткені жиілік кернеу жүктеме өзгерген кезде тұрақты болып
қалады.
Бұл тұжырым (2.9) және (2.10) өрнектерін бір-бірімен теңестіруге
мүмкіншілік береді
немесе
(2.12)
(2.12) өрнегi магниттiк қозғаушы күштердiң теңдеуі деп аталады. Бұл
теңдіктің екі жағын бірінші реттік ораманың орам санын W1-ге бөліп
табатынымыз
, яғни , (2.І3)
мұндағы - бірінші реттік ораманың орам санына келтірілген
екiнші реттік ток.
(2.І3) – ден шығатыны
(2.14)
Бұл өрнек трансформатор токтарының теңдеуі деп аталады.
Магниттік өткізгіштің болаты қайталана магниттелуі кезінде онда
гистерезис құбылысы және құйындық токтар әсерінен электр энергиясының
магниттік шығындары пайда болады. Шығындардың қуатын бос жүріс тоғының
құраушысы анықтайды. Сол себептен, бос жүріс тоғының негізгі магниттік
ағынды құратын реактивтiк Іор құраушысымен бірге активтiк құраушысы Іоа-
да бар.
Трансформатордың трансформациялау коэффициенті үлкен болған кезде
бірінші реттік орамның параметрлері екінші реттік орамның параметрлерінен
біршама өзгеше болады.
Бұл жағдай трансформаторлардың жұмыстық тәртіптерін есептеуде және
векторлық диаграммаларын салуда қиындықтар тудырады. Бұл қиындықтарды
трансформатордың параметрлерін бір орам санына келтіру (көбінесе бірінші
реттік ораманың орам саны W1-ге ) арқылы шешуге болады.
Сонымен, трансформациялау коэффициенті K=W1W2-ге тең транcформатордың
орнына орам саны W1(W2 -ге тең балама трансформатор пайда болады. Мұндай
трансформатор келтiрiлген деп аталады. Трансформатордың параметрлері
келтірілген кезде, оның энергетикалық көрсеткіштері: қуаттары, қуат
шығындары, параметрлері және арасындағы фазалық ығысулар өзгермеуі, яғни
нақты трансформатордағыдай болуы керек.
Нақты трансформатормен келтірілген трансформатордың электрмагниттік
қуаттардың теңдігінен (Е2 І2 = Е2 І2 ) табылады. Бұған
келтірілген екінші реттік токтың мәнін қойғаннан кейiн табатынымыз
(2.І5)
Екінші реттік ораманың келтірілген кернеуі осыған ұқсас табылады
U2=KU2. (2.16)
Екінші реттік ораманың активтік кедергісіндегі шығындардың теңдігінен
келтірілген активтік кедергіні табамыз
Екіншілiк ораманың келтірілген реактивтік кедергісі ұқсас табылады
X2=K2 X2. (2.17)
Екіншілiк ораманың келтірілген толық кедергісі
Z2=K2 Z2. (2.18)
3 Дәріс №3. Трансформатордың орынбасу сұлбасы және векторлық
диаграммасы
Дәрістің мақсаты:
- трансформатордың орынбасу сұлбасы;
- трансформатордың векторлық диаграммасы;
- қысқа тұйықталу тәжiрибесi.
Дәрістің мазмұны:
Студенттерді трансформаторлардың векторлық диаграммаларын тұрғызу
жолымен таныстыру.
Келтірілген трансформатордың ЭҚК-терінің және токтарының теңдеулері
Бірінші және екінші реттік тізбектер арасындағы магниттік байланыс
электрлік байланыспен ауыстырылған, келтірілген трансформатордың орынбасу
сұлбасын электр магниттік процестерді зерттеуге және қуат шығындарын
анықтауға жеңілдік беретін әдіс деп тануға болады.
Келтірілген трансформатордың трансформациялау коэффициентi К=1-ге, яғни
Е2= Е2 -ке тең болғандықтан, А және а, X және x нүктелерінің потенциалдары
бірдей болады, сол себептен бұл нүктелерді электрлік біріктiру арқылы
орынбасу схемасын аламыз (3.1- сурет).
Бұл сұлба келтірілген трансформатордың ЭҚК-тері токтарының теңдеулеріне
(2.І8) сәйкес құрылады және мына үш тармақтың жиынтығы болып табылады:
кедергісі Z1 = R1+jX1, тоғы İ1 – бірінші реттiк тармак, кедергiсi
Z0=R0+jX0, тоғы İ0 – магниттеушi тармақ, кедергiсi Z2 = R2 +X2, тоғы
İ2-екiншi реттiк тармақ.
Орынбасу сұлбасындағы кедергi Zж –тiң шамасын өзгерту арқылы
трансформатордың бүкiл жұмыс тәртiптерiн қарастыруға болады.
Z1, Z2 және Z0 параметрлерi тұрақты болады; оларды бос жүрiс және
қысқа тұйықтау тәжiрибелерi арқылы табуға болады.
Векторлық диаграмма (3.2-сурет) орынбасу сұлбасына және теңдеулерге
сүйенiп тұрғызылады, ол арқылы токтардың, ЭҚК-тердiң және кернеулердiң ара
қатысын көрнекі көруге болады
3.1 Орынбасу сұлбасының параметрлерiн анықтау
Орынбасу сұлбасының параметрлерi бос жүрiс және қысқа тұйықталу
тәжiрибелерiнен табылады.
3.1.1 Бос жүрiс тәжiрибесі
Екiншi реттiк орама ажыратылып тұрған кездегi (Zж=(, І2=0)
трансформатордың жұмыс тәртiбi бос жүрiс деп аталады. Бұл жағдайда ЭҚК-тiң
және токтардың тендеулерi мына түрде жазылады.
Бос жүрiс тәртібiнде трансформатордың тұтынатын қуаты Р0 магниттiк
өткiзгiштегi магниттiк шығындарға (РҚ+РГ) және бiрiншi реттiк орамадағы
электрлiк шығындарға (І02R1 ) жұмсалады.
Бос жүрiс тәжiрибесiнен келесi шамаларды анықтауға болады
а) трансформациялау коэффициентiн
б) бос жүрiс шығындарын- Р0;
с) магниттеушi тармақтың параметрлерiн
д) қуат коэффициентiн
Өлшеуiш приборлардың көрсетiмдерi бойынша бос жүрiстiң
сипаттамалары тұрғызылады. Бұл сипаттамалар токтың (І0), қуаттың (Р0)
және қуат коэффициентiн (cos (0) бiрiншi реттiк кернеуге (U0)
тәуелдiлiгiн көрсетедi.
3.1.2 Қысқа тұйықталу тәжiрибесi
Екiншi реттік орама тұйықталған кездегi трансформатордың жұмыс тәртiбi
қысқа тұйықталу деп аталады.
Бұл жағдайда ЭҚК-iң және токтардың теңдеулерi мына түрде жазылады
Қысқа тұйықталған трансформатордың орамасында номинал ток тудыратын
кернеуді қысқа тұйықталу кернеуi (UҚ) деп аталады. Мұны, әдетте номинал
кернеу U1Н –нің пайызы түрінде көрсетеді uҚ
(3.4)
Магниттік өткізгіштегі магниттік ағын бірінші реттік кернеу U1-ге
пропорционал, ал қысқа тұйықталу тәртібiнің кернеуі uҚ U1Н кернеуінiң
10% - ынан аспайтындығынан магниттік ағын да аз, осыған сәйкес оны
тудыратын токтың да шамасы аз болады, сондықтан бұл токты елемеуге болады.
Сол себептен қысқа тұйықталу тәртібіндегі трансформатордың салыстырма
сұлбасында магниттеушi тармақ болмайды (2.8 Сурет).
Қысқа тұйықталу тәртібінің ЭҚК-терiнiң және теңдеулерін (3.4)
пайдаланып қысқа тұйықталу тәртібіне сәйкес келетін векторлық диаграмманы
саламыз (3.7-сурет).
ОАВ үшбұрышы қысқа тұйықталу үшбұрышы деп аталады.
Қысқа тұйықталу тәжірибесі арқылы келесі шамаларды анықтауға болады:
а) қысқа тұйықтаудың шығындарын - РҚ;
б) қуат коэффициентін
в) орынбасу сұлбасының параметрлерін
Приборлардың көрсетiмдерi бойынша қысқа тұйықталудың сипаттамалары
тұрғызылады. Бұл сипаттамалар токтың (IҚ), қуаттың (РҚ) және қуат
коэффициентiнiң (cos(Қ) қысқа тұйықталу кернеуіне (UҚ) тәуелдiлiгiн
көрсетедi.
4 Дәріс №4. Энергетикалық диаграмма және орамаларды қосу сұлбалары
Дәрістің мазмұны:
- қуат шығындарын анықтау;
- ПӘК-тің жүктемеге тәуелділігі;
- орамаларды қосу сұлбалары;
Дәрістің мақсаты:
Студенттерді энергетикалық диаграмма және орамаларды қосу
сұлбаларымен таныстыру.
4.1 Энергетикалық диаграмма
Трансформатор жүктемемен жұмыс iстеген кезiнде оның қуат (энергия)
шығындары пайда болады. Трансформатор пайдалы әрекет коэффициентi (ПӘК)
дегеніміз жүктемеге берілген қуат Р2 бірінші реттік тізбекке келіп түскен
қуат Р1–ге қатынасы
(4.1)
мұндағы (Р- трансформатордың қосынды шығындары.
Бірінші реттік орамадан екінші реттік орамаға энергияны берген кезде
бірінші реттік және екінші реттік орамалардың активтік кедергілерінде (РЭЛ1
және (РЭЛ2 шығындары пайда болады; сонымен қатар магнитөткізгіштің
болатында магниттік шығындар (РМ пайда болады (гистерезис пен құйынды
токтардан).
Р2(Р1 -(РЭЛ1 - (РЭЛ2 -(РМ болғандықтан
(4.2)
РЭМ(Р1-(РЭЛ1-(РМ – электр магниттік қуат. Оның мөлшері трансформатордың
салмағы мен көлемін анықтайды.
4.1.2 Қуат шығындарын анықтау
Қуат шығындарын бос жүріс және қысқа тұйықталу тәжірибелері арқылы
табады. Ток азғантай болғандықтан, магниттік шығындары трансформатордың бос
жүріс тәжірибесінде тұтынатын қуатқа тең деп алуға болады, яғни
(РМ(Р0
(4.3)
Қосынды электрлік шығындар
(РЭЛ((РЭЛ1+(РЭЛ2(I12R1+ (I2)2R2( (I2)2 (R1+ R2)( (I2)2 RҚ
(4.4)
немесе (РЭЛ((2 I2 RҚ ((2 (РЭЛ НОМ. (РЭЛ((2 I2 RҚ((2(РЭЛ
(4.5)
(I2Н)2RҚ(I1Н2RҚ шамасын жеткілікті дәрежеде дәлдікпен трансформатордың
қысқа тұйықталу тәжірибесі кезінде тұтынатын қуат РҚ-ға теңістеруге болады,
яғни
(РЭЛ((2РҚ. (4.6)
Толық шығындар
((Р(Р0+ (2РҚ. (4.7)
((Р-ның мәнін (4.1) теңдеуіне қойып, Р2 (U2 I2 Cos(2(( SНОМ Cos(2
екенін еске алып, табатымыз
(4.8)
4.1.3 ПӘК-тің жүктемеге тәуелділігі
Бұл тәуелділік (4.8) теңдеу бойынша салынады.
Жүктеме өскен сайын ПӘК-те өседі, өйткені энергетикалық баланстағы
тұрақты магниттік шығындардың салыстырма мөлшері азаяды; (((ОПТ кезінде ПӘК
максимумға жетеді да, содан кейін кеми бастайды (орамалардағы электрлік
шығындар токтың квадратына немесе (2-қа пропорционал байланысты).
Қазіргі уақытта қуаты жоғары трансформатордың ПӘК-тері 0,98-0,99-ға
дейін жетеді.(ОПТ табу үшін (4.8) теңдеуден туындыны алып, оны нөлге теңдеу
керек. Бұл жағдайда (2ОПТРҚ(Р0 болады, яғни ПӘК электрлік шығындары
магниттік шығындарға тең болатын жүктеме кезінде мәніне жетеді
(4.9)
Трансформатор ПӘК –інің максимумы біршама нашар білінеді, яғни ол
жоғары мәнін едәуір аралықта сақтайды (0,4(((1,5). Қуат коэффициенті Cos(2
төмендеген кезде ПӘК-те азаяды (4.1б сурет), өйткені трансформатордың
берілген қуаты тұрақты болған кезде токтар I1 мен I2 өседі.
4.1.4 Орамаларды қосу сұлбалары
Үш фазалы трансформатордың бірінші және екінші реттік орамалары
“жұлдызша”, “нөлдік нүктесі шығарылған жұлдызша” және “үшбұрыштап” қосу
сұлбалары бойынша жалғанады. “Жұлдызша” қосу сұлбасын Y әрпімен,
“үшбұрыштап” қосу сұлбасын (-мен белгілейді. Егер де нөлдік нүктесі
шығарылған болса, онда –Y0 болады. Жоғары кернеулі ораманың бас және аяқ
ұштары A, B, C, X, Y, Z әріптерімен белгіленеді, ал төменгі кернеулі
ораманың ұштары сәйкес a, b, c, x, y, z әріптерімен белгіленеді.
4.1 К е с т е
Орамалардың қосу сұлбалары ЭҚК векторларының диаграммаларыШартты түрде
белгіленуі
ЖК ТК ЖК ТК
YYH-0
Y(-11
YH(-11
(YH-11
4.1.5 Бос жүріс тәртібінің ерекшеліктері
Трансформатордың магниттік сипаттамасы дегеніміз магниттік ағынның
МҚК–ке тәуелдігі. Оны графикалық түрде салуға болады.
Бір фазалы трансформатордың магниттік тізбегінде бекіген контуры үшін
МҚК-тер теңдеуін жазуға болады
F(FӨ+FЖ+F((2HӨLӨ+2HЖLЖ+2H(( (4.10)
Өзектегі HӨ және жармадағы HЖ магниттік кернеуліктер магнит индукция В
арқылы анықталады.
4.1.6 Орамалары (( сұлбасы бойынша қосылған үш
фазалы трансформаторлар
(( қосылуының негізгі ерекшелігі: магниттік өткізгіштің барлық
анықтамаларында магниттік ағынның фазалары бірдей үшінші гармоникаларының
(Ф3) болуы.
Осының салдарынан фазалық ЭҚК-тер синусоидасыз болады, олардың
құрамында үшінші гармоникалар Е3 бар. Бұл гармоникалардың шамасы біршама
болуы мүмкін. Мысалы, Ф3-тің мәні Ф1-дің 10( -ына тең болса, онда Е3 ЭҚК-
тің мәні Е1-дің 30( -ына жетеді, өйткені Ф3-дің өзгеру жиілігі Ф1-дің
жиілігінен үш есе артық болады.
Бірак та, желілік ЭҚК-тер және кернеулер синусоидалы болып келеді,
өйткені фазалар аралық ЭҚК-тердің айырымында үшінші гармоника Е3 болмайды.
Үш оқтамалы трансформатордағы ағынның үшінші гармоникалары Ф3 тұйықталған
магнит өткізгіш бойымен жүре алмайды, себебі олар әрбір уақыт кезінде
барлық оқтамаларда бірдей бағытталған. Сол себептен Ф3-ағындар бір жармадан
екінші жармаға трансформатордың майы немесе ауа арқылы және де бактың
қабырғасы арқылы тұйықталады (4.3-сурет). Бұл жағдай трансформатордың
металл құрылымдық бөліктерінде (бакта, бекітуші болаттарда т.б.) құйынды
токтарды туғызады.
Қорытынды: жалғану сұлбасы (( үш фазалы трансформаторларда зиянды
құбылыстар пайда болады, фазалық кернеулердің қисықтары бұрмаланады (жоғары
гармоникалар туады) және құйынды токтардан қосымша шығын пайда болады.
Көрсетілген себептерге байланысты жоғары вольтті қуаты үлкен
трансформаторлар орамалары (( сұлбасы бойынша қосылған болып жасалмайды.
4.1.7 Трансформатордың жалғану топтары
Трансформатор электр жүйелерінде эксплуатацияда болған кезде жоғары
және төменгі кернеу орамаларының ЭҚК-тердің фаза бойынша ығысу бұрыштарын
білу қажет. Мысалы, трансформаторларды параллель жұмысқа қосқан кезде бұл
жағдайды білу өте қажет.
Үш фазалы трансформатордың ЖК және ТК орамаларының желілік ЭҚК-
терінің ығысу бұрыштары 300 еселі болып келеді. Осы себептен, бұл бұрышты
градус немесе радиан арқылы емес, сағат циферблатының бөліктері арқылы
көрсету ыңғайлы (4.4 –сурет). Желілік ЭҚК-терінің арасындағы бұрыштары
бірдей болған трансформаторлар бір жалғану тобына жатады. Олар өзінің
нөмерімен белгіленеді. Егер де ЖК ЭҚК-тің векторына сағаттың минуттық тілін
сәйкестендіріп ол векторды 12(0) цифрымен беттестірсек, онда циферблатта ТК
ЭҚК-тің векторына сәйкестірілген сағаттың тілі трансформатордың жалғану
тобының нөмерін көрсетеді. Жалғану тобы орамалардың жалғану сұлбасына,
олардың оралу бағыттарына және қысқыштарының тақ болуына тәуелді болады.
Жалғану тобының нөмерін белгілеу үшін бірінші және екінші реттік
кернеулердің векторлық диаграммаларын салу керек. Мысалы ретінде 12 топты
анықтауды қарап шығайық. ĖАВ мен Ėав векторлары арасындағы бұрыш 00 –қа
тең, яғни 12 топ.
4.5 Сурет -Трансформаторлардың орамаларының жалғану және векторлық
диаграммасы
5 Дәріс №5. Трансформаторлардың параллельді жұмысы
Дәрістің мазмұны:
- трансформаторлардың параллель жұмыс істеу шарттары;
- орамалардың жалғану топтары бірдей болу жағдайы;
- трансформация коэффициенттерінің теңдік жағдайы.
Дәрістің мақсаты:
Студенттерді трансформаторлардың параллель жұмыс істеу шарттарымен
таныстыру.
5.1 Трансформаторлардың параллель жұмыс істеу шарттары
Трансформаторлық қосалқы станцияларда екі немесе одан да көп параллель
жұмыс істейтін трансформаторлар орнатылады. Трансформаторлардың параллель
жұмыс істейтін қажеттілігі мына себептерге байланысты:
а) апат болып қалғанда немесе трансформаторды жөндеуге шығарған кезде
тұтынушыларды энергиямен қамтамасыз ету қорын жасау қажет;
б) қосалқы станциялардың жүктемесі азайған кезеңдерде оларда болатын
шығындарды азайту мақсатында параллель жұмыс істеп тұрған
трансформаторлардың бір бөлігін ажыратып қою қажеттігі.
Трансформаторлардың параллель жұмыс істеуіші ең жақсы жағдайда өту үшін
қосалқы подстанцияның жалпы жүктемесі параллель жұмыс істеп тұрған
трансформаторлар арасында олардың номинал қуаттарына пропорционал бөлінуі
керек. Бұл үшін параллель жұмыс істеп тұрған трансформаторларда мына
шарттар орындалуы керек:
а) орамалардың жалғану топтары бірдей болуы;
б) бірінші және екінші реттік номинал кернеулері тең болуы (U1((U1(;
U2((U1(), яғни трансформация коффициенттер тең болуы (К((К();
в) қысқа тұйықталу кернеулер тең болуы (UҚ((UҚ().
Бірінші, екінші шарт орындалған жағдайда бос жүріс ережесінде параллель
жұмыс істеп тұрған трансформаторлардың фазаларының екінші реттік
кернеулерінің шамалары да, фазалары да тең болады. Сол себептен екінші
реттік орамаларда жүктеме жоқ кезде трансформаторларды ортақ шиналарға
қоссақ, онда бұл орамаларда ешқандай ток пайда болмайды. Бұл шарттар
орындалған жағдайда бос жүріс кезінің өзінде де теңгерме тоғы IТ пайда
болады. Бұл ток екінші реттік орамалардан құрылған тұйықталған контурмен
ағады. Теңестіру токтары апатқа әкеліп соқтырмаған жағдайдың өзінде
трансформатор жүктелген кезде жүктеме тоғымен қосылып трансформаторды
әрқалай жүктейді де, ондағы шығындарды өсіріп, қызуын арттырады.
Үшінші шарт орындалған жағдайда трансформаторлардың жүктемелері
біркелкі бөлінеді.
Жоғарыда көрсетілген шарттардың трансформаторлардың параллель жұмысына
қандай әсер ететіндігін анықтайық. Мұнда трансформатордың магниттеуші тоғын
есепке алмасақ, онда трансформатордың ықшамдалған алмастыру сұлбасын
қарауға болады.
5.2 Орамалардың жалғану топтары бірдей болу жағдайы
Бірінші және екінші реттік номинал кернеулері бірдей орамаларының
жалғану топтары ((-11 және ((-12 трансформаторлар параллель жұмысқа
қосылып тұр деп ұйғарайық. Сәйкес фазаларының ЭҚК-терінің шамалары бірдей
болады, бірақ фаза бойынша олар 300-қа ығысқан (2.21-сурет). Екінші реттік
орамалардың тұйықталған контурында бұл ЭҚК-тердің айырымы әрекет етеді.
Теңгерме тоғы трасформаторлардың бірінші және екінші реттік
орамалармен ағады, ал олардың мәндері (Е мен және осы орамалардың
кедергілерімен, яғни трансформаторлардың қысқа тұйықталу
кедергілерімен анықталады.
Сондықтан
Мысалы, егер де екі трансформатордың қуаттары бірдей, ал ZҚ( (ZҚ((0,05
болса, онда теңгерме токтың салыстырмалы мәні
яғни бұл ток номинал токтан 5,18 есе көп, ал бұл қысқа тұйықталу тоғымен
шамалас.
Қорытынды
Орамаларының жалғану топтары әрқалай болған трансформаторды параллель
жұмысқа қосуға еш уақытта болмайды.
5.3 Трансформация коэффициенттерінің теңдік жағдайы
Екі параллель істеуші трансформаторлардың екінші реттік кернеулері
бірдей болмасын делік, мысалы екінші реттік орамалардың тұйықталған
контурында бұл ЭҚК-тердің айырымы ( Ė( Ė2(- Ė2( әрекет етеді, сондықтан
теңгерме ток пайда болады.
Екінші реттік орамаларда бұл ток орамалардағы әрекет етуші ЭҚК-тердің
бағыттарына байланысты әртүрлі жаққа бағытталған. Бірінші трансформатор IТ(
теңгерме тоғын, ал екінші трансформатор IТ( теңгерме тоғын тұтынады.
Трансформаторлардың орамаларындағы теңгерме токтар туғызатын кернеудің
құлауы орамалардың екінші реттік кернеулерін теңестіреді. Жүктемені қосқан
кезде трансформаторларда IЖ( және IЖ( жүктеме токтар пайда болады. Олар
теңгерме токтармен қосылып I2( және I2( қосынды токтардың, яғни
трансформаторлардың жүктемелерінің теңсіздігін туғызады (5.3 сурет).
Мысалы, екі трансформатордың қуаттары бірдей ZҚ((ZҚ((0,05, ал
трансформация коэффициенттері 1( -ға өзгеше болса, онда
немесе 10(-тең, яғни теңгерме токтың шамасы едәуір болады.
5.4 Қысқа тұйықталу кернеулерінің тең болу шарты
Бұл шарт трансформаторлар арасында олардың номинал қуаттарына
пропорционал жүктеменің бөлінуі үшін қажет.
Ықшамдалған сұлбадан (5.4-сурет) шығатын теңдеу
I(Z(=I(Z((...(InZn
(5.1)
Токтардың фаза бойынша ығысуы аз болғандықтан, комплекстерден
модулдерге көшіріп жазамыз
I(( I((1ZҚ((1ZҚ(,
(5.2)
яғни транформаторлар арасындағы токтар қысқа тұйықталу кедергілеріне кері
пропорционал бөлінеді.
(5.2) теңдеуді мына түрге келтіруге болады
(5.3)
(5.3) теңдеудің сол жағын UНОМ көбейтсек, ал оң жағын U2НОМ100-ге
көбейтсек, сонда
Бұдан алатынымыз
(5.4)
яғни параллель жұмыс істеп тұрған трансформаторлардың жүктелу қуаттары
олардың қысқа тұйықталу кернеулеріне кері пропорционалды болады.
Егер де параллель жұмыс кезінде кернеулері тең болмаса, онда UҚ-сы аз
трансформатор, яғни ZҚ аз трансформатор артық жүктеледі.
Қорытынды
Параллель қосылған трансформатордың арасында жүктеме оның қуатына қарай
пропорционал бөлінуі үшін олардың қысқа тұйықталу кернеулері тең болу
керек.
6 Дәріс №6. Айнымалы токтың электр машиналарының теориялық
жалпы мәселелері
Дәрістің мазмұны:
- айнымалы токтың электр машиналарының негізгі түрлері;
- синхрондық генератордың құрылысы және жұмыс істеу принципі;
- асинхронды машинаның құрылысы және қозғалысқа
келу принципі.
Дәрістің мақсаты:
Студенттерд айнымалы токтың электр машиналарының теориялық жалпы
мәселелерімен таныстыру.
6.1 Айнымалы токтың электр машиналарының негізгі түрлері
Айнымалы токтың электр машиналарының қозғалысқа келуі айналмалы магнит
өрісінің принципіне негізделген. Сол себептен олардың теориясы барлығына
ортақ. Іс жүзінде үшфазалы электр машиналары басымды қолданады.
Үшфазалы электр машиналары негізгі екі түрге бөлінеді: синхронды және
асинхронды. Синхронды электр машинаның айналатын бөлшегі (роторы) айналмалы
магнит өрісінің бағытымен және сол өрістің жылдамдығына тең жылдамдықпен
айналады
, (6.1)
мұнда n2 – ротордың жылдамдығы (аймин);
f1- ток жиілігі (50 Гц);
p – ротордың жұп полюстер саны.
Синхронды машиналарда басқа электр машиналары сияқты қайтымды.
Сол себептен ол генератор ретінде де, қозғалтқыш ретінде де жұмыс істей
алады.
Синхронды генератор электростанцияларда орнатылатын айнымалы ток
генераторының негізгі түрі болып табылады.
Синхронды қозғалтқыштың басқа электр қозғалтқыштарға қарағанда біршама
артықшылықтары бар. Олардың негізгілері – айналу жиілігінің тұрақтылығымен
қуат коэффициентін реттеу мүмкіншілігі. Сол себептен оларды үлкен қуатты
электр жетектерде кең қолданады. Кіші қуатты синхронды қозғалтқыштар
автоматтық жүйелерде қолданылады.
Асинхронды қозғалтқыштың айналу жылдамдығы тек токтың жиілігінен ғана
емес, оған қосымша біліктегі жүктемеге де байланысты болады.
Негізінде асинхрондық машиналарды қозғалтқыш ретінде ғана қолданады.
Басқа электр қозғалтқыштарына қарағанда оның құрылысының қарапайымдылығы
мен істеу сенімділігінің жоғарылығы асинхрондық қозғалтқыштардың
өнеркәсіпте, ауыл шаруашылығында, т.б. кең қолданылуына әкеліп отыр.
Үшфазалы электр машиналарының теориялық жалпы мәселелерін бірге
қарағанда орынды. Алдымен электр машиналарының негізгі түрлерін, қозғалысқа
келу принциптерін және олардың құрылыстарын қарап шығайық.
6.2 Синхрондық генератордың құрылысы және жұмыс істеу принципі
Құрылысы жағынан синхронды машиналардың негізгі екі түрі бар –
айқындалған полюсті және айқындалмаған полюсті.
Тұрақты токпен қоздырылатын полюстер электр машинасының айналмалы
бөлігінде (роторда) орналасады, ал айнымалы ток орамасы машинаның
қозғалмайтын бөлігінде (статорда) жатады.
Электр желісінің белгілі жиілігі (f=50 Гц) синхрондық машинаның айналу
жылдамдығын жұп полюстер саны берілген кезде анықтайды. Егер де үлкен
қуатты машинаның жұп полюстер саны р=I және р=2 болса, онда айналу
жылдамдығы n=3000 аймин және n=1500 аймин болады, яғни мұндай үлкен
қуатты электр машиналардың айналу жылдамдығы да өте үлкен болады. Сондықтан
ротордың механикалық беріктігін қамтамасыз ету үшін және қоздыру орамасын
мықтап бекіту үшін оны ротордың үстіңгі бетіне біркелкі етіп бөліп тарату
қажет болады, сол себептен ротордың орамасы айқындалмаған полюсте жасалады.
Синхрондық генераторларды айналдыру үшін бу және гидравликалық
турбиналармен жалғастырады. Біріншісі – турбогенератор, ал екіншісі-
гидрогенератор деп аталады.
Бу турбинасы шапшаң жүретін машиналарға жатады, сол себептен
турбогенератор айқындалмаған полюсті етіп жасалады. Гидравлика турбина баяу
жүретін машиналарға жатады, сол себептен генератор айқындалған полюсті етіп
жасалады.
Шектік қуатты өсіру электромагниттік көрсеткіштерді көбейтумен және
салқындату дәрежесін күшейтумен тікелей байланысты.
Қазіргі уақытта біздің елімізде зерттеліп пайдалануға криогеилік
генератор берілді. Олардың орамалары сұйық гелимен салқындатылады. Сол
себептен орамалар асқан өткізгіш болып табылады. Келешекте осыған
байланысты генератордың шекті қуатты оның аумағын өсірмей-ақ 10 миллион кВт-
қа жеткізуге болады (токтың шамасын өсіру арқылы).
Синхронды генератордың жұмыс істеу принципі электромагниттік
индукцияның құбылысына негізделген. Генератор механикалық энергияны электр
энергиясына түрлендіреді. Қоздыру орамасының тоғын тудыратын магниттеуші
күш тұрақты магнит өрісін қоздырады. Бұл өріс ротормен бірге айналады да,
статордың орамасын кесіп өтіп, онда үшфазалы электр қозғаушы күшті (ЭҚК-ті)
индукциялайды. Статордың орамасын жүктемегі тіркеген кезде ЭҚК-тің әсерімен
статор орамаларында және жүктемеден тұратын тізбекте ток жүре бастайды.
6.3 Асинхронды машинаның құрылысы және қозғалысқа
келу принципі
Асинхронды машина негізгі екі бөліктен: қозғалмайтын бөлік-статордан
және айналмалы бөлік-ротордан құрылады. Статор мен ротордың арасында ауа
саңылау (0,2-3мм) бар. Ауа саңылауының шамасын үлкейткен кезде қуат
коэффициенті (cos f) және қозғалтқыштың айналдыру моменті азаяды.
Статордың денесі сақина тәріздес жұқа электротехникалық болат
табақтарынан жиналады. Статордың ішкі орамасын жатқызу үшін арнаулы ойықтар
штампталады.
Статор орамасымен бірге машинаның қозғалмайтын табанына бекітіледі.
Ротордың денесі де электротехникалық болат табақтардан жиналады да,
машинаның білігіне бекітіледі.
Ротордың құрылысына қарай асинхрондық қозғалтқыш қысқа тұйық талған
роторлы және фазалық роторлы болып екі түрге бөлінеді.
Статордың орамасына үшфазалы айнымалы токты жіберген кезде айналмалы
магнит өрісі пайда болады, бұл өріс ротор мен статордың арасындағы ауа
саңылауында тиісті жиілікпен айналады да, ротор орамасының өткізгіштерін
кесіп өтеді. Орамада ЭҚК пайда болады. Егер де ротордың орамасы қысқа
тұйықталған болса, онда ток жүре бастайды.
Ораманың өткізгіштеріндегі ток пен статордың айналмалы магнит өрісінің
арасындағы өзара әрекеттесудің арқасында механикалық күш пайда болады, оның
бағыты “сол қол” ережесі бойынша анықталады. Егер механикалық күшті Ѓ
ротордың білігімен өткізгіштің осьтік сызықтары ара- қашықтығына (R)
көбейтсек, айналдырушы моментті табамыз
М=FR.
Ротордағы өткізгіштердің саны көп болады да, сол себептен қосында
айналдырушы момент айналдырушы моменттердің қосындысына тең. Айналдырушы
моменттің әсерімен қозғалтқыштың роторы айналмалы магнит өрісінің айналу
жағына айналады.
6.4 Айнымалы токтың электр машиналарының орамаларындағы
электр қозғаушы күш
6.4.1 Магнит өрісінің негізгі гармоникасы тудыратын электр
қозғаушы күш
Орамадағы индукцияланған ЭҚК синусоидалық болу керек, яғни қосымша
жылыту және кедергі моментті құратын жоғарғы гармоникалар болмау керек. ЭҚК
айналмалы магнит өрісімен бағытталғандықтан, ауа саңылау бойындағы магнит
индукция да синусоида заңымен тарау керек.
Ол үшін түрлі құрылымдық әдістер қолданады. Мысалы, айқындалған
синхронды генератордың полюстік найза ұшының радиусын ауа саңылауының
радиусынан кіші етеді, яғни найза ұшының шетіндегі саңылауды ((m) ортадағы
саңылаудан (() көбірек етеді.
Айқындалмаған полюсті генераторда магнит индукцияны синусоида заңымен
өзгерту үшін ротордың ойығы жоқ айналығы мен ойығы бар айналығының
қатынасын 23 етеді.
Бірақ та осы әдеттерді қолданған кезде де магнит индукциясы
синусойдаға тек жақындайды, сол себептен статордың орамаларындағы ЭҚК-тің
бірінші гармоникасымен бірге жоғарғы гармоникалар да бар.
Статордың орамаларындағы ЭҚК-тің қисықтығы абцисс білікке симметрлік
болғандықтан, жұп гармоникалар жоқ болады.
Статордың орамаларындағы айналмалы магнит өрістің негізгі кеңістік
гармоникасымен индукцияланған ЭҚК-ті белгілейік.
А) өткізгіштің электр қозғаушы күші
v=2τf жылдамдықпен айналып тұрған синусоидалық магнит өрісі орамының
әрбір өткізгішінде
е(ЕМ¤ТSin(t (6.2)
(ЭҚК - индукциялайды)
Оның амплитудасы
ЕМ¤Т (В(l(U;
ал әрекетті мағынасы
E¤Т=, (6.3)
мұндағы B( =Bm1 -ауа саңылауындағы өрістің негізгі гармоника
индукциясының амплитудасы;
l( - машинаның есептік активтік ұзындығы;
τ - полюстік бөлігі.
7 Дәріс № 7. Асинхронды қозғалтқыштың құрылысы және жұмысы
Дәрістің мазмұны:
- асинхронды қозғалтқыштың құрылысы және жұмыс істеуі;
- асинхронды қозғалтқыштың айналдырушы моменті;
- асинхронды қозғалтқыштың энергетикалық диаграммасы;
- асинхронды қозғалтқыштың механикалық сипаттамасы.
Дәрістің мақсаты:
Студенттерді асинхронды қозғалтқышта айналушы магнит өрісінің пайда
болу нарқымен;
- асинхронды қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамаларымен;
- асинхронды қозғалтқыштың механикалық сипаттамаларымен
таныстыру..
7.1 Роторы қозғалыссыз кездегі үшфазалы асинхронды қозалтқыш
Асинхронды қозғалтқыштың ротор тізбегі ажыратылған және қозғалыссыз
кезінде, ал статор кернеу және жиілігі электр желісіне қосылған болсын
делік.
Статорға жататын барлық шамалар бірінші реттік деп аталады да, оларды
“1” деген индекспен белгілейді, ал роторға жататын шамаларды екінші реттік
деп атайды да, оларды “2” деген индекспен белгілейді.
U1 кернеуі әсерімен статордың орамасында бос жүріс тоғы I0 ағады. Осы
ток құратын магниттеуші күш (МК) магнит өрісін тудырады, оның бір бөлігі Фm
машинаның екі бөлігінің де орамаларымен, ал бір бөлігі Фm тек статор
орамасымен ілініскен. Бірінші магнит ағыны негізгі, ал екіншісі сейілу
магнит ағыны болып табылады.
Егер де р-асинхронды қозғалтқыштың полюстерінің жұп саны болса,
онда МК F1-дің айналу жиілігі n1-ге тең
. (7.1)
Негізгі ағын статор мен ротордың орамаларында Е1 және Е2 ЭҚК-терін
тудырады
;
, (7.2)
мұндағы W1, W2-статор мен ротор орамаларының орам сандары;
КОР1, КОР2-орамалардың орамалық коэффициенттері.
Қатынас (7.3)
асинхронды қозғалтқыштың ЭҚК-терінің трансформация коэффициенті деп
аталады. Оны тәжірибе жүзінде бос жүріс кезіндегі статор мен ротор
орамаларының ЭҚК-терінің қатынасы ретінде анықтайды.
Сейілу магнит ағыны ФS1 әрбір статордың фазасында ĖS1=-jX1İ0 сейілу
ЭҚК-терін индукциялайды. Сонымен бірге статор орамасының әрбір фазасында
активтік кедергісі R1 бар. Бұл кедергіде R1İ0 кернеу түсуі болады.
Демек, статордың бір фазасы үшін ЭҚК-тердің тепе-тендік тендеуі
мынадай болады
. (7.4)
Асинхронды қозғалтқыштың осы тендікке сәйкес келетін орынбасу сұлбасы
мен векторлық диаграммасы 7.2-суретте бейнеленген.
IО тоғы реактивтіек IОР және активтік IОА құрама бөліктерден тұрады.
Реактивтік ток магнит өрісін қоздыруға, ал активтік ток статор мен ротордың
өзекшелерінің болаттарындағы шығындарды өтеуге жұмсалады.
Орынбасу сұлбасына кіру үшін, яғни статор мен ротордың орамалары
арасындағы электрлік байланысқа көшу үшін ротордың орамасын статордың
орамасына келтіреді. Ол үшін шын мәнісіндегі ротор орамасы статор сияқты
болады.
Осы кезде машинадағы энергетикалық қатынасты сақтау үшін екінші реттік
ораманың параметрлері қайта есептелуі қажет.
Келтірген екінші реттік орама ЭҚК-і тең
(7.5)
Ротордың тізбегі ажыратылған кезде асинхронды қозғалтқыштың статорлық
орамасында m1I2oaR1 статор мен ротордың өзекшелерінде pC1 және pC2 қуат
шығындары болады. Осы қуат шығындарын өтеуге қозғалтқыш электр желісінен Р
қуат тұтынады
.
7.1. 2 Асинхронды қозғалтқыштың қысқа тұйықталуы
Асинхронды қозғалтқыштың қысқа тұйықталу ережесі тежелген ротор
кезінде болады. Статор мен ротордың орамаларының қысқа тұйықталу кезіндегі
токтары номинал мәндерінен асып кетпеу үшін қозғалтқышқа берілетін кернеуді
мәніне дейін төмендету керек. UҚ номинал кернеудің U1НОМ 15-20%-не тең
болады.
İ1 және İ2 токтары қозғалыссыз статор мен роторға қарағанда бір бағытта
бірдей жылдамдықпен айналып тұратын F1 жєне F2 МК-терін тудырады,
яғни олар бір-біріне қарағанда қозғалыссыз болады да n1 жылдамдықпен
айналатын FҚ МК-ін құрады. Бұл МК статор мен ротор орамаларымен ілініскен
негізгі айналдырушы ағынды ФҚ тудырады. МК-і F1 ток статор орамасымен
ілініскен бірінші реттік сейілу ағынын ФS1, ал F'2 МК-тері бір-біріне қарсы
әрекеттеседі. Сол себептен İ1 жєне İ'2 токтардан тұратын F1 және F'2 МК-
тердің шамалары біршама үлкен болса да, қорытынды МК F аз болады, сондықтан
магнит ағыны ФҚ –да аз, демек бұл кезде магнит тізбегі қанықпаған болады.
Бірінші реттік токты İ1 екі токтың қосындысы деп көрсетуге болады,
оның біріншісі (İ1) МК-ін FҚ тудырады, ал екіншісі (-İ'2) екінші реттік
токтың İ'2
МК-ін F'2 жоятын МК-ті -F'2 тудырады. Сонымен алатынымыз
İ1=İЌ+( İ 2) немесе İ1+İ 2 =İЌ. (7.6)
Оған сәйкес
. (7.7)
Статор мен ротордың МК-терінің теңгерілуі жағдайынан шығатыны
,
мұндағы m1, m2-статор мен ротордың фазалар саны.
Токтардың трансформациясы коэффициенті мынаған тең болады
(7.8)
Демек, ротордың келтірілген тоғы
. (7.9)
ЭҚК-тер мен токтардың трансформация коэффициенттерін пайдалана отырып,
ротордың келтірілген активтік және индуктивтік кедергілерін анықтаймыз.
Активтік кедергіні келтірген кезде ротор орамасындағы қуат шығыны
өзгермей қалуы қажет, яғни
Бұдан алатынымыз
, (7.10)
мұнда – кедергіні келтіру коэффициенті.
Индуктивтік сейілу кедергісін келтіру үшін ЭҚК E2 мен ток I2
арасындағы бұрыш Ψ2 өзгермей қалуы көзделеді.
Демек, , бұдан . (7.11)
Бірінші реттік және екінші реттік ЭҚК-тердің қысқа тұйықталу кезіндегі
теңдеу
, (7.12)
мұндағы Z1=R1+jX1 және Z2=R2'+jX2' – статор мен ротор орамаларының
комплекстік кедергілері.
Ė'2Қ=Ė'1Қ және İ'2≈-İ1 теңдіктерді еске ала отырып, (7.12) теңдеулерді
тоққа қарағанда бірге шешіп алатынымыз
. (7.13)
Осыған сәйкес АК-тың қысқа тұйықталу кезіндегі орынбасу сұлбасын аламыз
7.5-сурет.
Қысқа тұйықталу сұлбасының параметрлері
; . (7.14)
7.2 Ротор айналып тұрған кездегі үшфазалы асинхронды қозғалтқыш
7.2.1 Сырғанау, ЭҚК-тің жиілігі және ротор ораманың кедергілері
Асинхронды қозғалтқыштың жұмыс істеу принципінен ротордың айналу
жиілігі n2 статор өрісінің айналу жиілігінен n1 кем екендігін көреміз. Егер
n2=n1 болса, онда орамасының орамдары статордың айналып тұрған магнит
өрісінен қиылып өтпеген болар еді, демек ротордың орамасында ЭҚК
индукцияланбас еді. Сол себептен ротордың орамасында I2 тоғы да болмайды,
айналдырушы момент те болмайды.
Ротордың статор айналушы магнит өрісінен артта қалу дәрежесі сырғанау
S арқылы сипатталады. Сырғанау S шамасы n1 мен n2 айырымының статор өріс
жиілігіне қарағанда сылыстырмалы мәнімен анықталады
(7.15)
бұдан
Ротордың орамасында индукцияланған E ЭҚК-інің жиілігі мынадай
, (7.16)
яғни желістің жиілігі f1 ЭҚК-і тайғанауға тура пропорционал өзгереді
(тайғанау жиілігі деп аталады).
Жалпы (7.2) формула бойынша ротордың ЭҚК-і үшін алатынымыз
(7.17)
мұндағы Е2Қ –Қозғалмай тұрған ротордың ЭҚК- і.
Егер де ротордың орамасы статордың орамасына келтірілген болса, онда
(7.18)
Сонымен негізгі магнит ағыны Фm берілген кезде айналып тұрған ротор
орамасында индукцияланған ЭҚК қозғалмай тұрған ротордың ЭҚК-і Е2Қ-мен
сырғанау S көбейтіндісіне тең. Қозғалмай тұрған ротордың индуктивтілік
сейілу кедергісі
X2Қ=2πf1L2 ,
мұндағы L2-сейілу ағынымен анықталатын индуктивтік.
Сейілу магнит ағыны негізінде ауамен өтетін болғандықтан, L2-де
тұрақты болады.
Демек, айналып тұрған ротордың индуктивтілік кедергісі
X2=2πf2L2=2πf1S L2= X2Қ S (7.19)
тең болады немесе ротордың орамасы статордың орамасына келтірілген болса,
онда
X2=X2Қ S. (7.20)
Яғни айналып тұған ротор орамасының индуктивті кедергісі қозғалмай
тұрған ротордың индуктивті кедергісі X2Қ мен тайғанау S көбейтіндісіне тең.
Тоқтық ротор орамасының өткізгіштері бетіне ығысу құбылысын және ораманың
активтік кедергісінің температураға байланысты өзгеруін есепке алмасақ,
активтік R2 кедергіні де тұрақты деп санауға болады.
7.2.2 Ротордың электр қозғаушы күші мен тоғының теңдеулері
Ротордың тізбегі тұйықталған болса, онда I2 тоғы ағады да, ол ФS2
сейілу магнит ағынын тудырады. Сонымен бірге, өз жолында кедергісін
кездестіреді. Ротордың орамасында негізгі магнит ағыны тудыратын Е ЭҚК-і
және сейілу магнит ағыны тудыратын. ЭҚК-і пайда болады. Кирхгофтың екінші
заңы бойынша
Ė2+ĖS2=R2İ2
немесе
, (7.21)
мұндағы Z2=R2+jX2 –ротордың толық кедергісі.
Демек,
және (7.22)
Егер ротордың орамасы статордың орамасына келтірілген болса, онда
және . (7.23)
Ротордың орамасымен аққан I2 тоғы ротор жиілігіне f2 сәйкес келетін,
роторға қарағанда n жылдамдықпен айналатын F2 магниттеуші күшін тудырады.
Ротордын өзі n2 жылдамдықпен айналады. Сондықтан, ротордың F2 МК-і статорға
қарағанда n+n2 жылдамдықпен айналады.
.
Сол себептен, , яғни ротордың F2 МК-і кеңістікте әрқашанда
(жұмыстың режиміне байланыссыз) статордың F1 МК-і бағытымен және сол сияқты
жылдамдықпен айналады.
8 Дәріс №8. Асинхронды қозғалтқыштың айналдырушы моменттері және
қуаттары
Дәрістің мазмұны:
- асинхронды қозғалтқыштың айналдырушы моменттер және қуаттары
- асинхронды қозғалтқыштың энергетикалық диаграммасы
Дәрістің мақсаты:
Студенттерді асинхронды қозғалтқышты желіге қосу әдістерімен;
- асинхронды қозғалтқышты желіге қосу сұлбаларымен таныстыру.
8.1 Асинхрондық қозғалтқыштың электр желісін тұтынатын
активтік қуаты
Асинхрондық қозғалтқыштың электр желісін тұтынатын активтік қуаты
мынаған тең
. (8.1)
Векторлық диаграммадан алатынымыз
; .
Статорға берілетін активтік қуаттың түпкілікті өрнегі
, (8.2)
мұндағы рЭ1-статор орамасындағы электр шығындары;
рМ1-статор өзекшесіндегі магнитті шығындар;
рЭМ-айналушы магнит өрісі арқылы ротор тізбегіне берілетін
электрмагниттік қуат.
Қозғалтқыштың тұтынатын реактивтік қуаты үшін алатынымыз
(8.3)
Жоғарыда көрсетілген өрнектің аналитикалық түрленуінен кейін табамыз
. (8.4)
Яғни қозғалтқыштың электр желісінен реактивтік қуаты статор магнит
өрісін тудыруға, статордың және ротордың өзекшелерін магниттеуге, сонымен
бірге роторға оның орамасының магниттік сейілу өрісін тудыруға қажетті
реактивтік қуатты беруге жұмсалады.
Энергияның асинхронды қозғалтқыштағы түрленуін және оның ішіндегі
шығындарды энергетикалық диаграмма суреттейді.
РЭ2 – статор орамасындағы электр шығындары;
рМЕХ – ротордағы механикалық шығындар;
рЌОС – басқа қосымша шығындар.
Айналмалы магнит өрісінің электрмагниттік қуаты
РЭМ=Р1-(РЭ1+РМ1) . (8.5)
Статордан ротордың білігіне берілетін қуат
Р2= РЭМ –РЭ2 . ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
1 Дәріс №1. Кіріспе. Электр машиналарының даму тарихы ... ... ... ... ..4
2 Дәріс №2. Трансформаторлардың құрылысы және бос жүріс режимі ... 5
3 Дәріс №3. Трансформатордың орынбасу сұлбасы және векторлық
диаграммасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ..9
4 Дәріс №4. Энергетикалық диаграмма және орамаларды қосу
сұлбалары ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .14
5 Дәріс №5. Трансформаторлардың параллельді
жұмысы ... ... ... ... ... ...20
6 Дәріс №6. Айнымалы токтың электр машиналарының теориялық жалпы
мәселелері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 2 4
7 Дәріс № 7. Асинхронды қозғалтқыштың құрылысы және жұмысы ... 27
8 Дәріс №8. Асинхронды қозғалтқыштың айналдырушы моменттері және
қуаттары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . ... .34
9 Дәріс №9. Асинхронды қозғалтқышты орнынан
қозғау ... ... ... ... ... ... 40
10 Дәріс №10. Үшфазалы асинхронды қозғалтқыштың айналу
жиілігінің өзгертуін
реттеу ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... 43
11 Дәріс №11. Синхронды
машиналар ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .47
12 Дәріс №12. Синхронды қозғалтқыш және синхронды компенсатор..53
13 Дәріс №13. Тұрақты ток электр машиналарының құрылысы ... ... ... 60
14 Дәріс №14. Тұрақты ток машинасының құрылысы, якорь
реакциясы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 67
15 Дәріс №15. Тәуелсіз қоздырылатын генератор ... ... ... ... ... ... ... 71
16 Дәріс №16. Тұрақты ток қозғалтқыштары. Жүргізу әдістері,
қозғалтқыштың
сипаттамалары ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... 78
17 Дәріс №17. Қозғалтқышты орнынан қозғау ... ... ... ... ... ... ... ... 83
Әдебиеттер
тізімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... .91
1 Дәріс №1. Кіріспе. Электр машиналарының даму тарихы
Дәрістің мазмұны:
- пәннің жалпы сұрақтары;
- электр машиналарының даму тарихы.
Дәрістің мақсаты:
Студенттерді электр машиналарының даму тарихымен таныстыру.
Электр магниттік индукция құбылысы арқылы бір кернеудегі айнымалы
токты сол жиіліктегі айнымалы токтың екінші кернеуіне өзгертуге арналған
бір немесе одан да көп индуктивтік байланысқан орамалары бар статикалық
электрмагниттік құрылғыны трансформатор деп атайды.
Трансформаторларды келесі мақсаттарға кең қолданады:
а) электр энергиясын тұтынушыларға жеткізіп беруге және оны олардың
арасында таратып беру үшін.
Әдетте электрстанциясындағы генератор кернеуі 6(24 кВ-қа тең айнымалы
ток электр энергиясын өндіреді.
Алыс арақашықтыққа энергияны жеткізу жоғары кернеу кезінде тиімді
болады, өйткені бұл кезде энергияны беру жолдарында электр шығыны азаяды.
Мысалы, қуаты 10 МВт-қа тең электр энергиясын 100 шақырым қашықтыққа беру
үшін кернеудің шамасы 500 кВ-қа тең болуы керек. Сол себептен электр
станцияларында кернеудің шамасын жоғарылататын трансформаторлар қойылады.
Қазіргі уақытта жоғары вольтты электрлік беріліс жолдарында кернеуі 330,
500 және 750 кВ, қуаты 1200-1600 МВА-ге тең трансформаторлар қолданады.
Айнымалы токтың жоғары вольтты Екібастұз-Орталық, Екібастұз-Орал беріліс
жолдары салынуға байланысты электрлік жасау өнеркәсібі бір фазалы (қуаты
660 МВА, кернеуі 1150 кВ) трансформаторларды шығара бастады.
Қалаларда, ауылды жерлерде, кәсіпорындарда және олардың ішінде
электрэнергиясының кернеулері 110, 35, 10 және 6 кВ ауа және кабель жолдары
арқылы таратылады.
Айнымалы ток электр тұтынушыларының көпшілігі 220, 380 және 600 вольт
кернеуімен істейтіндіктен электр энергиясын пайдалану пунктерінде
төмендеткіш трансформаторлар орнатылады. Сонымен, электр энергиясын
электрстанцияларынан тұтынушыларға берілу кезінде трансформаторлар арқылы
кернеу бірнеше рет (3-5 рет) түрлендіріледі:
а) әртүрлі технологиялық мақсаттар үшін: электр дәнекерлеуге (балқытып
бірiктіруге), электр-жылулық пештерді электр қуатымен қамтамасыз ету,
т.с.с. Бұл трансформаторлардың қуаты бірнеше мың киловольт-амперге, ал
кернеулері 10 кВ-ке жетеді;
б) радио және телевизия аппаратурасының әртүрлі тізбектерін электр
қуатымен қамтамасыз ету үшін;
в) жоғары кернеулi және күшті токты тізбектерге өлшеуіш аспаптарды
қосу үшін. Бұл трансформаторлар (өлшеуіш трансформаторлар) өлшеу шегін
ұлғайтады және электрлік қауіпсіздікті қамтамасыз етеді.
Бұл дәрістер жинағында күштік трансформаторлардың теориясы қаралады,
ал трансформаторлардың басқа түрлері жалпы теория тұрғысынан қысқаша
сипатталады.
Өнеркәсіп күштiк трансформаторларды 8 топқа бөліп шығарады. Мысалы,
қуаты 100 кВА-ға дейінгі трансформаторлар I топқа жатады, І60-тан 630 кВА-
ға дейінгілері 2 топқа жатады және т.с.с.
2 Дәріс №2. Трансформаторлардың құрылысы және бос жүріс режимі
Дәрістің мазмұны:
- трансформаторлар туралы жалпы мәліметтер;
- трансформаторлардың міндеті;
- трансформаторлардың құрылысы;
- бос жүріс режимі.
Дәрістің мақсаты:
Студенттерді трансформаторлардың құрылысымен, бос жүріс режимімен
таныстыру.
2.1 Трансформатор жұмысының физикалық негіздері
Трансформатордың жұмысы бірінші және екінші реттік орамалардың электр
қозғалтқыш күштері (ЭҚК) мен магниттік қозғаушы күштерінің (МҚК)
теңдеулеріне негізделеді.
Трансформаторлардың орамаларында негізгі магниттік ағын Ф мынадай ЭҚК-
терді тудырады
.
(2.1)
Магниттiк ағын уақыт бойынша синусоидалық функциясымен өзгереді деп
алайық, яғни Ф= Фm Sin(t. Магниттік ағынның мәнін (2.І) тендеуге қойып,
оны дифференциялаудан кейін алатынымыз
e1= -(W1ФmCos(t=-(W1ФmSin((t-(2),
e2= -(W2ФmCos(t= -(W2 ФmSin((t-(2). (2.2)
(2.2) формулаларынан шығатыны - ол магниттік ағынның ЭҚК-тен 90°
бұрышқа озып тұрғаны.
ЭҚК-нің максимал (амплитудалық) мәндері
Е1m=(W1Фm және
Е2m=(W2Фm. (2.3)
E1m мен E2m-ді -ге бөліп бұрыштың жиіліктің мәнін (=2(f
тендеулеріне қойып табатынымыз
Е1=4,44fW1Фm және Е2=4,44fW2Фm.
Жоғары кернеулі ораманың ЭҚК-нің төменгі кернеулі ораманың ЭҚК-не
қатынасы т р а н с ф о р м а ц и я к о э ф ф и ц и е н т i деп аталады
. (2.4)
I1 және I2 токтары негізгі магниттік ағынмен қоса сейілу ағындар ФС1
мен ФС2-нi тудырады.
Сейiлу ағындары энергия берiлiсiне қатыспайды, бiрақ та әрбiр орамада
өзара индукцияның ЭҚК-терiн E1C=4,44fW1ФМ мен EC2=4,44fW2ФМ – нi құрады.
Сейiлу ағындары негiзгi ауа арқылы таралып тұйықталатындықтан, олар
орамалардағы сәйкес токтарға пропорционал болады
EC1=I1X1 және EC2=I2X2, (2.5)
Мұндағы X1 мен X2 –трансформаторлардың орамаларының сейiлу ағындарының
индуктивтiк кедергiлерi.
ЭҚК-iң векторлары EC1 мен EC2 сәйкес токтардан және ағындардан 900
қалып отырғандықтан
ĖC1=-jX1 İ1 және ĖC2 =-jX2 İ2.
(2.6)
Сонымен, трансформатордың әрбiр орамасында негiзгi ЭҚК-мен бiрге
сейiлу ЭҚК-I индукцияланады.
Бiрiншi реттiк орамадағы ЭҚК E1 бiрiншi реттiк кернеуi U1-ге қарсы
бағытталған, яғни онымен қарсы фазада болады. Трансформатордың бiрiншi
реттiк орамасының ЭҚК –нiң теңдеуiнiң түрi мынандай болады
=-Ė1- ĖC1+R1 İ1=- Ė1+jX1 İ1+R1 İ1=- Ė1+Z1 İ1.
(2.7)
Екiншi реттiк орамадағы ток i2 ЭҚК e2-нiң шамасына тәуелдi. Бұл ЭҚК
e2 екiншi реттiк ораманың қысқыштарындағы кернеудi тудыруға және сейiлу
ЭҚК-сi мен активтiк кедергi R2-де кернеу түсуiн теңгеруге жұмсалады.
Трансформатордың екiншi реттiк орамасының ЭҚК-нiң комплекстiк
теңдеуi мынандай болады
Ė2= - ĖC2+ R2İ2 немесе = Ė2+ ĖC2-R2İ2= Ė2-jX2İ2 – R2İ2 =
Ė2 –Z2İ2.
2.2 Магниттiк қозғалтқыш күштердiң теңдеулерi
Бос жүрiс ережеде екiншi реттiк ораманың тiзбегi ажыратылған күйiнде
болғандықтан, ток i2=0.
Магниттiк өткiзгiштегi негiзгi ағынды бос жүрiс магниттiк қозғалтқыш
күшi (МҚК) I01 тудырады. Оның максимал мәнi мынаған тең
(2.8)
мұндағы - магниттiк өткiзгiштiң магниттiк кедергісi.
Трансформатордың екiншi реттiк тiзбегiне жүктеменi (Zж) тiркеген
кезде (2.2 б-сурет) онда ток I2 пайда болады. Соған орай бiрiншi реттiк
орамадағы токтың мәнi I1 – ге дейiн өседi.
Ендiгi жағдайда магниттiк ағын Фm екi МҚК-тер I1w1 мен I2w2-нiң
әрекеттесуi туады, яғни
(2.9)
Екiншi жақтан, трансформатордың магниттiк ағыны Фm –дi былай анықтауға
болады
(2.10)
немесе U1(E1 екендiгiн ескерсек
(2.11)
(2.11) тендеуден негізгі магниттік ағын жүктемеге тәуелді еместігі
көрініп тұр, өйткені жиілік кернеу жүктеме өзгерген кезде тұрақты болып
қалады.
Бұл тұжырым (2.9) және (2.10) өрнектерін бір-бірімен теңестіруге
мүмкіншілік береді
немесе
(2.12)
(2.12) өрнегi магниттiк қозғаушы күштердiң теңдеуі деп аталады. Бұл
теңдіктің екі жағын бірінші реттік ораманың орам санын W1-ге бөліп
табатынымыз
, яғни , (2.І3)
мұндағы - бірінші реттік ораманың орам санына келтірілген
екiнші реттік ток.
(2.І3) – ден шығатыны
(2.14)
Бұл өрнек трансформатор токтарының теңдеуі деп аталады.
Магниттік өткізгіштің болаты қайталана магниттелуі кезінде онда
гистерезис құбылысы және құйындық токтар әсерінен электр энергиясының
магниттік шығындары пайда болады. Шығындардың қуатын бос жүріс тоғының
құраушысы анықтайды. Сол себептен, бос жүріс тоғының негізгі магниттік
ағынды құратын реактивтiк Іор құраушысымен бірге активтiк құраушысы Іоа-
да бар.
Трансформатордың трансформациялау коэффициенті үлкен болған кезде
бірінші реттік орамның параметрлері екінші реттік орамның параметрлерінен
біршама өзгеше болады.
Бұл жағдай трансформаторлардың жұмыстық тәртіптерін есептеуде және
векторлық диаграммаларын салуда қиындықтар тудырады. Бұл қиындықтарды
трансформатордың параметрлерін бір орам санына келтіру (көбінесе бірінші
реттік ораманың орам саны W1-ге ) арқылы шешуге болады.
Сонымен, трансформациялау коэффициенті K=W1W2-ге тең транcформатордың
орнына орам саны W1(W2 -ге тең балама трансформатор пайда болады. Мұндай
трансформатор келтiрiлген деп аталады. Трансформатордың параметрлері
келтірілген кезде, оның энергетикалық көрсеткіштері: қуаттары, қуат
шығындары, параметрлері және арасындағы фазалық ығысулар өзгермеуі, яғни
нақты трансформатордағыдай болуы керек.
Нақты трансформатормен келтірілген трансформатордың электрмагниттік
қуаттардың теңдігінен (Е2 І2 = Е2 І2 ) табылады. Бұған
келтірілген екінші реттік токтың мәнін қойғаннан кейiн табатынымыз
(2.І5)
Екінші реттік ораманың келтірілген кернеуі осыған ұқсас табылады
U2=KU2. (2.16)
Екінші реттік ораманың активтік кедергісіндегі шығындардың теңдігінен
келтірілген активтік кедергіні табамыз
Екіншілiк ораманың келтірілген реактивтік кедергісі ұқсас табылады
X2=K2 X2. (2.17)
Екіншілiк ораманың келтірілген толық кедергісі
Z2=K2 Z2. (2.18)
3 Дәріс №3. Трансформатордың орынбасу сұлбасы және векторлық
диаграммасы
Дәрістің мақсаты:
- трансформатордың орынбасу сұлбасы;
- трансформатордың векторлық диаграммасы;
- қысқа тұйықталу тәжiрибесi.
Дәрістің мазмұны:
Студенттерді трансформаторлардың векторлық диаграммаларын тұрғызу
жолымен таныстыру.
Келтірілген трансформатордың ЭҚК-терінің және токтарының теңдеулері
Бірінші және екінші реттік тізбектер арасындағы магниттік байланыс
электрлік байланыспен ауыстырылған, келтірілген трансформатордың орынбасу
сұлбасын электр магниттік процестерді зерттеуге және қуат шығындарын
анықтауға жеңілдік беретін әдіс деп тануға болады.
Келтірілген трансформатордың трансформациялау коэффициентi К=1-ге, яғни
Е2= Е2 -ке тең болғандықтан, А және а, X және x нүктелерінің потенциалдары
бірдей болады, сол себептен бұл нүктелерді электрлік біріктiру арқылы
орынбасу схемасын аламыз (3.1- сурет).
Бұл сұлба келтірілген трансформатордың ЭҚК-тері токтарының теңдеулеріне
(2.І8) сәйкес құрылады және мына үш тармақтың жиынтығы болып табылады:
кедергісі Z1 = R1+jX1, тоғы İ1 – бірінші реттiк тармак, кедергiсi
Z0=R0+jX0, тоғы İ0 – магниттеушi тармақ, кедергiсi Z2 = R2 +X2, тоғы
İ2-екiншi реттiк тармақ.
Орынбасу сұлбасындағы кедергi Zж –тiң шамасын өзгерту арқылы
трансформатордың бүкiл жұмыс тәртiптерiн қарастыруға болады.
Z1, Z2 және Z0 параметрлерi тұрақты болады; оларды бос жүрiс және
қысқа тұйықтау тәжiрибелерi арқылы табуға болады.
Векторлық диаграмма (3.2-сурет) орынбасу сұлбасына және теңдеулерге
сүйенiп тұрғызылады, ол арқылы токтардың, ЭҚК-тердiң және кернеулердiң ара
қатысын көрнекі көруге болады
3.1 Орынбасу сұлбасының параметрлерiн анықтау
Орынбасу сұлбасының параметрлерi бос жүрiс және қысқа тұйықталу
тәжiрибелерiнен табылады.
3.1.1 Бос жүрiс тәжiрибесі
Екiншi реттiк орама ажыратылып тұрған кездегi (Zж=(, І2=0)
трансформатордың жұмыс тәртiбi бос жүрiс деп аталады. Бұл жағдайда ЭҚК-тiң
және токтардың тендеулерi мына түрде жазылады.
Бос жүрiс тәртібiнде трансформатордың тұтынатын қуаты Р0 магниттiк
өткiзгiштегi магниттiк шығындарға (РҚ+РГ) және бiрiншi реттiк орамадағы
электрлiк шығындарға (І02R1 ) жұмсалады.
Бос жүрiс тәжiрибесiнен келесi шамаларды анықтауға болады
а) трансформациялау коэффициентiн
б) бос жүрiс шығындарын- Р0;
с) магниттеушi тармақтың параметрлерiн
д) қуат коэффициентiн
Өлшеуiш приборлардың көрсетiмдерi бойынша бос жүрiстiң
сипаттамалары тұрғызылады. Бұл сипаттамалар токтың (І0), қуаттың (Р0)
және қуат коэффициентiн (cos (0) бiрiншi реттiк кернеуге (U0)
тәуелдiлiгiн көрсетедi.
3.1.2 Қысқа тұйықталу тәжiрибесi
Екiншi реттік орама тұйықталған кездегi трансформатордың жұмыс тәртiбi
қысқа тұйықталу деп аталады.
Бұл жағдайда ЭҚК-iң және токтардың теңдеулерi мына түрде жазылады
Қысқа тұйықталған трансформатордың орамасында номинал ток тудыратын
кернеуді қысқа тұйықталу кернеуi (UҚ) деп аталады. Мұны, әдетте номинал
кернеу U1Н –нің пайызы түрінде көрсетеді uҚ
(3.4)
Магниттік өткізгіштегі магниттік ағын бірінші реттік кернеу U1-ге
пропорционал, ал қысқа тұйықталу тәртібiнің кернеуі uҚ U1Н кернеуінiң
10% - ынан аспайтындығынан магниттік ағын да аз, осыған сәйкес оны
тудыратын токтың да шамасы аз болады, сондықтан бұл токты елемеуге болады.
Сол себептен қысқа тұйықталу тәртібіндегі трансформатордың салыстырма
сұлбасында магниттеушi тармақ болмайды (2.8 Сурет).
Қысқа тұйықталу тәртібінің ЭҚК-терiнiң және теңдеулерін (3.4)
пайдаланып қысқа тұйықталу тәртібіне сәйкес келетін векторлық диаграмманы
саламыз (3.7-сурет).
ОАВ үшбұрышы қысқа тұйықталу үшбұрышы деп аталады.
Қысқа тұйықталу тәжірибесі арқылы келесі шамаларды анықтауға болады:
а) қысқа тұйықтаудың шығындарын - РҚ;
б) қуат коэффициентін
в) орынбасу сұлбасының параметрлерін
Приборлардың көрсетiмдерi бойынша қысқа тұйықталудың сипаттамалары
тұрғызылады. Бұл сипаттамалар токтың (IҚ), қуаттың (РҚ) және қуат
коэффициентiнiң (cos(Қ) қысқа тұйықталу кернеуіне (UҚ) тәуелдiлiгiн
көрсетедi.
4 Дәріс №4. Энергетикалық диаграмма және орамаларды қосу сұлбалары
Дәрістің мазмұны:
- қуат шығындарын анықтау;
- ПӘК-тің жүктемеге тәуелділігі;
- орамаларды қосу сұлбалары;
Дәрістің мақсаты:
Студенттерді энергетикалық диаграмма және орамаларды қосу
сұлбаларымен таныстыру.
4.1 Энергетикалық диаграмма
Трансформатор жүктемемен жұмыс iстеген кезiнде оның қуат (энергия)
шығындары пайда болады. Трансформатор пайдалы әрекет коэффициентi (ПӘК)
дегеніміз жүктемеге берілген қуат Р2 бірінші реттік тізбекке келіп түскен
қуат Р1–ге қатынасы
(4.1)
мұндағы (Р- трансформатордың қосынды шығындары.
Бірінші реттік орамадан екінші реттік орамаға энергияны берген кезде
бірінші реттік және екінші реттік орамалардың активтік кедергілерінде (РЭЛ1
және (РЭЛ2 шығындары пайда болады; сонымен қатар магнитөткізгіштің
болатында магниттік шығындар (РМ пайда болады (гистерезис пен құйынды
токтардан).
Р2(Р1 -(РЭЛ1 - (РЭЛ2 -(РМ болғандықтан
(4.2)
РЭМ(Р1-(РЭЛ1-(РМ – электр магниттік қуат. Оның мөлшері трансформатордың
салмағы мен көлемін анықтайды.
4.1.2 Қуат шығындарын анықтау
Қуат шығындарын бос жүріс және қысқа тұйықталу тәжірибелері арқылы
табады. Ток азғантай болғандықтан, магниттік шығындары трансформатордың бос
жүріс тәжірибесінде тұтынатын қуатқа тең деп алуға болады, яғни
(РМ(Р0
(4.3)
Қосынды электрлік шығындар
(РЭЛ((РЭЛ1+(РЭЛ2(I12R1+ (I2)2R2( (I2)2 (R1+ R2)( (I2)2 RҚ
(4.4)
немесе (РЭЛ((2 I2 RҚ ((2 (РЭЛ НОМ. (РЭЛ((2 I2 RҚ((2(РЭЛ
(4.5)
(I2Н)2RҚ(I1Н2RҚ шамасын жеткілікті дәрежеде дәлдікпен трансформатордың
қысқа тұйықталу тәжірибесі кезінде тұтынатын қуат РҚ-ға теңістеруге болады,
яғни
(РЭЛ((2РҚ. (4.6)
Толық шығындар
((Р(Р0+ (2РҚ. (4.7)
((Р-ның мәнін (4.1) теңдеуіне қойып, Р2 (U2 I2 Cos(2(( SНОМ Cos(2
екенін еске алып, табатымыз
(4.8)
4.1.3 ПӘК-тің жүктемеге тәуелділігі
Бұл тәуелділік (4.8) теңдеу бойынша салынады.
Жүктеме өскен сайын ПӘК-те өседі, өйткені энергетикалық баланстағы
тұрақты магниттік шығындардың салыстырма мөлшері азаяды; (((ОПТ кезінде ПӘК
максимумға жетеді да, содан кейін кеми бастайды (орамалардағы электрлік
шығындар токтың квадратына немесе (2-қа пропорционал байланысты).
Қазіргі уақытта қуаты жоғары трансформатордың ПӘК-тері 0,98-0,99-ға
дейін жетеді.(ОПТ табу үшін (4.8) теңдеуден туындыны алып, оны нөлге теңдеу
керек. Бұл жағдайда (2ОПТРҚ(Р0 болады, яғни ПӘК электрлік шығындары
магниттік шығындарға тең болатын жүктеме кезінде мәніне жетеді
(4.9)
Трансформатор ПӘК –інің максимумы біршама нашар білінеді, яғни ол
жоғары мәнін едәуір аралықта сақтайды (0,4(((1,5). Қуат коэффициенті Cos(2
төмендеген кезде ПӘК-те азаяды (4.1б сурет), өйткені трансформатордың
берілген қуаты тұрақты болған кезде токтар I1 мен I2 өседі.
4.1.4 Орамаларды қосу сұлбалары
Үш фазалы трансформатордың бірінші және екінші реттік орамалары
“жұлдызша”, “нөлдік нүктесі шығарылған жұлдызша” және “үшбұрыштап” қосу
сұлбалары бойынша жалғанады. “Жұлдызша” қосу сұлбасын Y әрпімен,
“үшбұрыштап” қосу сұлбасын (-мен белгілейді. Егер де нөлдік нүктесі
шығарылған болса, онда –Y0 болады. Жоғары кернеулі ораманың бас және аяқ
ұштары A, B, C, X, Y, Z әріптерімен белгіленеді, ал төменгі кернеулі
ораманың ұштары сәйкес a, b, c, x, y, z әріптерімен белгіленеді.
4.1 К е с т е
Орамалардың қосу сұлбалары ЭҚК векторларының диаграммаларыШартты түрде
белгіленуі
ЖК ТК ЖК ТК
YYH-0
Y(-11
YH(-11
(YH-11
4.1.5 Бос жүріс тәртібінің ерекшеліктері
Трансформатордың магниттік сипаттамасы дегеніміз магниттік ағынның
МҚК–ке тәуелдігі. Оны графикалық түрде салуға болады.
Бір фазалы трансформатордың магниттік тізбегінде бекіген контуры үшін
МҚК-тер теңдеуін жазуға болады
F(FӨ+FЖ+F((2HӨLӨ+2HЖLЖ+2H(( (4.10)
Өзектегі HӨ және жармадағы HЖ магниттік кернеуліктер магнит индукция В
арқылы анықталады.
4.1.6 Орамалары (( сұлбасы бойынша қосылған үш
фазалы трансформаторлар
(( қосылуының негізгі ерекшелігі: магниттік өткізгіштің барлық
анықтамаларында магниттік ағынның фазалары бірдей үшінші гармоникаларының
(Ф3) болуы.
Осының салдарынан фазалық ЭҚК-тер синусоидасыз болады, олардың
құрамында үшінші гармоникалар Е3 бар. Бұл гармоникалардың шамасы біршама
болуы мүмкін. Мысалы, Ф3-тің мәні Ф1-дің 10( -ына тең болса, онда Е3 ЭҚК-
тің мәні Е1-дің 30( -ына жетеді, өйткені Ф3-дің өзгеру жиілігі Ф1-дің
жиілігінен үш есе артық болады.
Бірак та, желілік ЭҚК-тер және кернеулер синусоидалы болып келеді,
өйткені фазалар аралық ЭҚК-тердің айырымында үшінші гармоника Е3 болмайды.
Үш оқтамалы трансформатордағы ағынның үшінші гармоникалары Ф3 тұйықталған
магнит өткізгіш бойымен жүре алмайды, себебі олар әрбір уақыт кезінде
барлық оқтамаларда бірдей бағытталған. Сол себептен Ф3-ағындар бір жармадан
екінші жармаға трансформатордың майы немесе ауа арқылы және де бактың
қабырғасы арқылы тұйықталады (4.3-сурет). Бұл жағдай трансформатордың
металл құрылымдық бөліктерінде (бакта, бекітуші болаттарда т.б.) құйынды
токтарды туғызады.
Қорытынды: жалғану сұлбасы (( үш фазалы трансформаторларда зиянды
құбылыстар пайда болады, фазалық кернеулердің қисықтары бұрмаланады (жоғары
гармоникалар туады) және құйынды токтардан қосымша шығын пайда болады.
Көрсетілген себептерге байланысты жоғары вольтті қуаты үлкен
трансформаторлар орамалары (( сұлбасы бойынша қосылған болып жасалмайды.
4.1.7 Трансформатордың жалғану топтары
Трансформатор электр жүйелерінде эксплуатацияда болған кезде жоғары
және төменгі кернеу орамаларының ЭҚК-тердің фаза бойынша ығысу бұрыштарын
білу қажет. Мысалы, трансформаторларды параллель жұмысқа қосқан кезде бұл
жағдайды білу өте қажет.
Үш фазалы трансформатордың ЖК және ТК орамаларының желілік ЭҚК-
терінің ығысу бұрыштары 300 еселі болып келеді. Осы себептен, бұл бұрышты
градус немесе радиан арқылы емес, сағат циферблатының бөліктері арқылы
көрсету ыңғайлы (4.4 –сурет). Желілік ЭҚК-терінің арасындағы бұрыштары
бірдей болған трансформаторлар бір жалғану тобына жатады. Олар өзінің
нөмерімен белгіленеді. Егер де ЖК ЭҚК-тің векторына сағаттың минуттық тілін
сәйкестендіріп ол векторды 12(0) цифрымен беттестірсек, онда циферблатта ТК
ЭҚК-тің векторына сәйкестірілген сағаттың тілі трансформатордың жалғану
тобының нөмерін көрсетеді. Жалғану тобы орамалардың жалғану сұлбасына,
олардың оралу бағыттарына және қысқыштарының тақ болуына тәуелді болады.
Жалғану тобының нөмерін белгілеу үшін бірінші және екінші реттік
кернеулердің векторлық диаграммаларын салу керек. Мысалы ретінде 12 топты
анықтауды қарап шығайық. ĖАВ мен Ėав векторлары арасындағы бұрыш 00 –қа
тең, яғни 12 топ.
4.5 Сурет -Трансформаторлардың орамаларының жалғану және векторлық
диаграммасы
5 Дәріс №5. Трансформаторлардың параллельді жұмысы
Дәрістің мазмұны:
- трансформаторлардың параллель жұмыс істеу шарттары;
- орамалардың жалғану топтары бірдей болу жағдайы;
- трансформация коэффициенттерінің теңдік жағдайы.
Дәрістің мақсаты:
Студенттерді трансформаторлардың параллель жұмыс істеу шарттарымен
таныстыру.
5.1 Трансформаторлардың параллель жұмыс істеу шарттары
Трансформаторлық қосалқы станцияларда екі немесе одан да көп параллель
жұмыс істейтін трансформаторлар орнатылады. Трансформаторлардың параллель
жұмыс істейтін қажеттілігі мына себептерге байланысты:
а) апат болып қалғанда немесе трансформаторды жөндеуге шығарған кезде
тұтынушыларды энергиямен қамтамасыз ету қорын жасау қажет;
б) қосалқы станциялардың жүктемесі азайған кезеңдерде оларда болатын
шығындарды азайту мақсатында параллель жұмыс істеп тұрған
трансформаторлардың бір бөлігін ажыратып қою қажеттігі.
Трансформаторлардың параллель жұмыс істеуіші ең жақсы жағдайда өту үшін
қосалқы подстанцияның жалпы жүктемесі параллель жұмыс істеп тұрған
трансформаторлар арасында олардың номинал қуаттарына пропорционал бөлінуі
керек. Бұл үшін параллель жұмыс істеп тұрған трансформаторларда мына
шарттар орындалуы керек:
а) орамалардың жалғану топтары бірдей болуы;
б) бірінші және екінші реттік номинал кернеулері тең болуы (U1((U1(;
U2((U1(), яғни трансформация коффициенттер тең болуы (К((К();
в) қысқа тұйықталу кернеулер тең болуы (UҚ((UҚ().
Бірінші, екінші шарт орындалған жағдайда бос жүріс ережесінде параллель
жұмыс істеп тұрған трансформаторлардың фазаларының екінші реттік
кернеулерінің шамалары да, фазалары да тең болады. Сол себептен екінші
реттік орамаларда жүктеме жоқ кезде трансформаторларды ортақ шиналарға
қоссақ, онда бұл орамаларда ешқандай ток пайда болмайды. Бұл шарттар
орындалған жағдайда бос жүріс кезінің өзінде де теңгерме тоғы IТ пайда
болады. Бұл ток екінші реттік орамалардан құрылған тұйықталған контурмен
ағады. Теңестіру токтары апатқа әкеліп соқтырмаған жағдайдың өзінде
трансформатор жүктелген кезде жүктеме тоғымен қосылып трансформаторды
әрқалай жүктейді де, ондағы шығындарды өсіріп, қызуын арттырады.
Үшінші шарт орындалған жағдайда трансформаторлардың жүктемелері
біркелкі бөлінеді.
Жоғарыда көрсетілген шарттардың трансформаторлардың параллель жұмысына
қандай әсер ететіндігін анықтайық. Мұнда трансформатордың магниттеуші тоғын
есепке алмасақ, онда трансформатордың ықшамдалған алмастыру сұлбасын
қарауға болады.
5.2 Орамалардың жалғану топтары бірдей болу жағдайы
Бірінші және екінші реттік номинал кернеулері бірдей орамаларының
жалғану топтары ((-11 және ((-12 трансформаторлар параллель жұмысқа
қосылып тұр деп ұйғарайық. Сәйкес фазаларының ЭҚК-терінің шамалары бірдей
болады, бірақ фаза бойынша олар 300-қа ығысқан (2.21-сурет). Екінші реттік
орамалардың тұйықталған контурында бұл ЭҚК-тердің айырымы әрекет етеді.
Теңгерме тоғы трасформаторлардың бірінші және екінші реттік
орамалармен ағады, ал олардың мәндері (Е мен және осы орамалардың
кедергілерімен, яғни трансформаторлардың қысқа тұйықталу
кедергілерімен анықталады.
Сондықтан
Мысалы, егер де екі трансформатордың қуаттары бірдей, ал ZҚ( (ZҚ((0,05
болса, онда теңгерме токтың салыстырмалы мәні
яғни бұл ток номинал токтан 5,18 есе көп, ал бұл қысқа тұйықталу тоғымен
шамалас.
Қорытынды
Орамаларының жалғану топтары әрқалай болған трансформаторды параллель
жұмысқа қосуға еш уақытта болмайды.
5.3 Трансформация коэффициенттерінің теңдік жағдайы
Екі параллель істеуші трансформаторлардың екінші реттік кернеулері
бірдей болмасын делік, мысалы екінші реттік орамалардың тұйықталған
контурында бұл ЭҚК-тердің айырымы ( Ė( Ė2(- Ė2( әрекет етеді, сондықтан
теңгерме ток пайда болады.
Екінші реттік орамаларда бұл ток орамалардағы әрекет етуші ЭҚК-тердің
бағыттарына байланысты әртүрлі жаққа бағытталған. Бірінші трансформатор IТ(
теңгерме тоғын, ал екінші трансформатор IТ( теңгерме тоғын тұтынады.
Трансформаторлардың орамаларындағы теңгерме токтар туғызатын кернеудің
құлауы орамалардың екінші реттік кернеулерін теңестіреді. Жүктемені қосқан
кезде трансформаторларда IЖ( және IЖ( жүктеме токтар пайда болады. Олар
теңгерме токтармен қосылып I2( және I2( қосынды токтардың, яғни
трансформаторлардың жүктемелерінің теңсіздігін туғызады (5.3 сурет).
Мысалы, екі трансформатордың қуаттары бірдей ZҚ((ZҚ((0,05, ал
трансформация коэффициенттері 1( -ға өзгеше болса, онда
немесе 10(-тең, яғни теңгерме токтың шамасы едәуір болады.
5.4 Қысқа тұйықталу кернеулерінің тең болу шарты
Бұл шарт трансформаторлар арасында олардың номинал қуаттарына
пропорционал жүктеменің бөлінуі үшін қажет.
Ықшамдалған сұлбадан (5.4-сурет) шығатын теңдеу
I(Z(=I(Z((...(InZn
(5.1)
Токтардың фаза бойынша ығысуы аз болғандықтан, комплекстерден
модулдерге көшіріп жазамыз
I(( I((1ZҚ((1ZҚ(,
(5.2)
яғни транформаторлар арасындағы токтар қысқа тұйықталу кедергілеріне кері
пропорционал бөлінеді.
(5.2) теңдеуді мына түрге келтіруге болады
(5.3)
(5.3) теңдеудің сол жағын UНОМ көбейтсек, ал оң жағын U2НОМ100-ге
көбейтсек, сонда
Бұдан алатынымыз
(5.4)
яғни параллель жұмыс істеп тұрған трансформаторлардың жүктелу қуаттары
олардың қысқа тұйықталу кернеулеріне кері пропорционалды болады.
Егер де параллель жұмыс кезінде кернеулері тең болмаса, онда UҚ-сы аз
трансформатор, яғни ZҚ аз трансформатор артық жүктеледі.
Қорытынды
Параллель қосылған трансформатордың арасында жүктеме оның қуатына қарай
пропорционал бөлінуі үшін олардың қысқа тұйықталу кернеулері тең болу
керек.
6 Дәріс №6. Айнымалы токтың электр машиналарының теориялық
жалпы мәселелері
Дәрістің мазмұны:
- айнымалы токтың электр машиналарының негізгі түрлері;
- синхрондық генератордың құрылысы және жұмыс істеу принципі;
- асинхронды машинаның құрылысы және қозғалысқа
келу принципі.
Дәрістің мақсаты:
Студенттерд айнымалы токтың электр машиналарының теориялық жалпы
мәселелерімен таныстыру.
6.1 Айнымалы токтың электр машиналарының негізгі түрлері
Айнымалы токтың электр машиналарының қозғалысқа келуі айналмалы магнит
өрісінің принципіне негізделген. Сол себептен олардың теориясы барлығына
ортақ. Іс жүзінде үшфазалы электр машиналары басымды қолданады.
Үшфазалы электр машиналары негізгі екі түрге бөлінеді: синхронды және
асинхронды. Синхронды электр машинаның айналатын бөлшегі (роторы) айналмалы
магнит өрісінің бағытымен және сол өрістің жылдамдығына тең жылдамдықпен
айналады
, (6.1)
мұнда n2 – ротордың жылдамдығы (аймин);
f1- ток жиілігі (50 Гц);
p – ротордың жұп полюстер саны.
Синхронды машиналарда басқа электр машиналары сияқты қайтымды.
Сол себептен ол генератор ретінде де, қозғалтқыш ретінде де жұмыс істей
алады.
Синхронды генератор электростанцияларда орнатылатын айнымалы ток
генераторының негізгі түрі болып табылады.
Синхронды қозғалтқыштың басқа электр қозғалтқыштарға қарағанда біршама
артықшылықтары бар. Олардың негізгілері – айналу жиілігінің тұрақтылығымен
қуат коэффициентін реттеу мүмкіншілігі. Сол себептен оларды үлкен қуатты
электр жетектерде кең қолданады. Кіші қуатты синхронды қозғалтқыштар
автоматтық жүйелерде қолданылады.
Асинхронды қозғалтқыштың айналу жылдамдығы тек токтың жиілігінен ғана
емес, оған қосымша біліктегі жүктемеге де байланысты болады.
Негізінде асинхрондық машиналарды қозғалтқыш ретінде ғана қолданады.
Басқа электр қозғалтқыштарына қарағанда оның құрылысының қарапайымдылығы
мен істеу сенімділігінің жоғарылығы асинхрондық қозғалтқыштардың
өнеркәсіпте, ауыл шаруашылығында, т.б. кең қолданылуына әкеліп отыр.
Үшфазалы электр машиналарының теориялық жалпы мәселелерін бірге
қарағанда орынды. Алдымен электр машиналарының негізгі түрлерін, қозғалысқа
келу принциптерін және олардың құрылыстарын қарап шығайық.
6.2 Синхрондық генератордың құрылысы және жұмыс істеу принципі
Құрылысы жағынан синхронды машиналардың негізгі екі түрі бар –
айқындалған полюсті және айқындалмаған полюсті.
Тұрақты токпен қоздырылатын полюстер электр машинасының айналмалы
бөлігінде (роторда) орналасады, ал айнымалы ток орамасы машинаның
қозғалмайтын бөлігінде (статорда) жатады.
Электр желісінің белгілі жиілігі (f=50 Гц) синхрондық машинаның айналу
жылдамдығын жұп полюстер саны берілген кезде анықтайды. Егер де үлкен
қуатты машинаның жұп полюстер саны р=I және р=2 болса, онда айналу
жылдамдығы n=3000 аймин және n=1500 аймин болады, яғни мұндай үлкен
қуатты электр машиналардың айналу жылдамдығы да өте үлкен болады. Сондықтан
ротордың механикалық беріктігін қамтамасыз ету үшін және қоздыру орамасын
мықтап бекіту үшін оны ротордың үстіңгі бетіне біркелкі етіп бөліп тарату
қажет болады, сол себептен ротордың орамасы айқындалмаған полюсте жасалады.
Синхрондық генераторларды айналдыру үшін бу және гидравликалық
турбиналармен жалғастырады. Біріншісі – турбогенератор, ал екіншісі-
гидрогенератор деп аталады.
Бу турбинасы шапшаң жүретін машиналарға жатады, сол себептен
турбогенератор айқындалмаған полюсті етіп жасалады. Гидравлика турбина баяу
жүретін машиналарға жатады, сол себептен генератор айқындалған полюсті етіп
жасалады.
Шектік қуатты өсіру электромагниттік көрсеткіштерді көбейтумен және
салқындату дәрежесін күшейтумен тікелей байланысты.
Қазіргі уақытта біздің елімізде зерттеліп пайдалануға криогеилік
генератор берілді. Олардың орамалары сұйық гелимен салқындатылады. Сол
себептен орамалар асқан өткізгіш болып табылады. Келешекте осыған
байланысты генератордың шекті қуатты оның аумағын өсірмей-ақ 10 миллион кВт-
қа жеткізуге болады (токтың шамасын өсіру арқылы).
Синхронды генератордың жұмыс істеу принципі электромагниттік
индукцияның құбылысына негізделген. Генератор механикалық энергияны электр
энергиясына түрлендіреді. Қоздыру орамасының тоғын тудыратын магниттеуші
күш тұрақты магнит өрісін қоздырады. Бұл өріс ротормен бірге айналады да,
статордың орамасын кесіп өтіп, онда үшфазалы электр қозғаушы күшті (ЭҚК-ті)
индукциялайды. Статордың орамасын жүктемегі тіркеген кезде ЭҚК-тің әсерімен
статор орамаларында және жүктемеден тұратын тізбекте ток жүре бастайды.
6.3 Асинхронды машинаның құрылысы және қозғалысқа
келу принципі
Асинхронды машина негізгі екі бөліктен: қозғалмайтын бөлік-статордан
және айналмалы бөлік-ротордан құрылады. Статор мен ротордың арасында ауа
саңылау (0,2-3мм) бар. Ауа саңылауының шамасын үлкейткен кезде қуат
коэффициенті (cos f) және қозғалтқыштың айналдыру моменті азаяды.
Статордың денесі сақина тәріздес жұқа электротехникалық болат
табақтарынан жиналады. Статордың ішкі орамасын жатқызу үшін арнаулы ойықтар
штампталады.
Статор орамасымен бірге машинаның қозғалмайтын табанына бекітіледі.
Ротордың денесі де электротехникалық болат табақтардан жиналады да,
машинаның білігіне бекітіледі.
Ротордың құрылысына қарай асинхрондық қозғалтқыш қысқа тұйық талған
роторлы және фазалық роторлы болып екі түрге бөлінеді.
Статордың орамасына үшфазалы айнымалы токты жіберген кезде айналмалы
магнит өрісі пайда болады, бұл өріс ротор мен статордың арасындағы ауа
саңылауында тиісті жиілікпен айналады да, ротор орамасының өткізгіштерін
кесіп өтеді. Орамада ЭҚК пайда болады. Егер де ротордың орамасы қысқа
тұйықталған болса, онда ток жүре бастайды.
Ораманың өткізгіштеріндегі ток пен статордың айналмалы магнит өрісінің
арасындағы өзара әрекеттесудің арқасында механикалық күш пайда болады, оның
бағыты “сол қол” ережесі бойынша анықталады. Егер механикалық күшті Ѓ
ротордың білігімен өткізгіштің осьтік сызықтары ара- қашықтығына (R)
көбейтсек, айналдырушы моментті табамыз
М=FR.
Ротордағы өткізгіштердің саны көп болады да, сол себептен қосында
айналдырушы момент айналдырушы моменттердің қосындысына тең. Айналдырушы
моменттің әсерімен қозғалтқыштың роторы айналмалы магнит өрісінің айналу
жағына айналады.
6.4 Айнымалы токтың электр машиналарының орамаларындағы
электр қозғаушы күш
6.4.1 Магнит өрісінің негізгі гармоникасы тудыратын электр
қозғаушы күш
Орамадағы индукцияланған ЭҚК синусоидалық болу керек, яғни қосымша
жылыту және кедергі моментті құратын жоғарғы гармоникалар болмау керек. ЭҚК
айналмалы магнит өрісімен бағытталғандықтан, ауа саңылау бойындағы магнит
индукция да синусоида заңымен тарау керек.
Ол үшін түрлі құрылымдық әдістер қолданады. Мысалы, айқындалған
синхронды генератордың полюстік найза ұшының радиусын ауа саңылауының
радиусынан кіші етеді, яғни найза ұшының шетіндегі саңылауды ((m) ортадағы
саңылаудан (() көбірек етеді.
Айқындалмаған полюсті генераторда магнит индукцияны синусоида заңымен
өзгерту үшін ротордың ойығы жоқ айналығы мен ойығы бар айналығының
қатынасын 23 етеді.
Бірақ та осы әдеттерді қолданған кезде де магнит индукциясы
синусойдаға тек жақындайды, сол себептен статордың орамаларындағы ЭҚК-тің
бірінші гармоникасымен бірге жоғарғы гармоникалар да бар.
Статордың орамаларындағы ЭҚК-тің қисықтығы абцисс білікке симметрлік
болғандықтан, жұп гармоникалар жоқ болады.
Статордың орамаларындағы айналмалы магнит өрістің негізгі кеңістік
гармоникасымен индукцияланған ЭҚК-ті белгілейік.
А) өткізгіштің электр қозғаушы күші
v=2τf жылдамдықпен айналып тұрған синусоидалық магнит өрісі орамының
әрбір өткізгішінде
е(ЕМ¤ТSin(t (6.2)
(ЭҚК - индукциялайды)
Оның амплитудасы
ЕМ¤Т (В(l(U;
ал әрекетті мағынасы
E¤Т=, (6.3)
мұндағы B( =Bm1 -ауа саңылауындағы өрістің негізгі гармоника
индукциясының амплитудасы;
l( - машинаның есептік активтік ұзындығы;
τ - полюстік бөлігі.
7 Дәріс № 7. Асинхронды қозғалтқыштың құрылысы және жұмысы
Дәрістің мазмұны:
- асинхронды қозғалтқыштың құрылысы және жұмыс істеуі;
- асинхронды қозғалтқыштың айналдырушы моменті;
- асинхронды қозғалтқыштың энергетикалық диаграммасы;
- асинхронды қозғалтқыштың механикалық сипаттамасы.
Дәрістің мақсаты:
Студенттерді асинхронды қозғалтқышта айналушы магнит өрісінің пайда
болу нарқымен;
- асинхронды қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамаларымен;
- асинхронды қозғалтқыштың механикалық сипаттамаларымен
таныстыру..
7.1 Роторы қозғалыссыз кездегі үшфазалы асинхронды қозалтқыш
Асинхронды қозғалтқыштың ротор тізбегі ажыратылған және қозғалыссыз
кезінде, ал статор кернеу және жиілігі электр желісіне қосылған болсын
делік.
Статорға жататын барлық шамалар бірінші реттік деп аталады да, оларды
“1” деген индекспен белгілейді, ал роторға жататын шамаларды екінші реттік
деп атайды да, оларды “2” деген индекспен белгілейді.
U1 кернеуі әсерімен статордың орамасында бос жүріс тоғы I0 ағады. Осы
ток құратын магниттеуші күш (МК) магнит өрісін тудырады, оның бір бөлігі Фm
машинаның екі бөлігінің де орамаларымен, ал бір бөлігі Фm тек статор
орамасымен ілініскен. Бірінші магнит ағыны негізгі, ал екіншісі сейілу
магнит ағыны болып табылады.
Егер де р-асинхронды қозғалтқыштың полюстерінің жұп саны болса,
онда МК F1-дің айналу жиілігі n1-ге тең
. (7.1)
Негізгі ағын статор мен ротордың орамаларында Е1 және Е2 ЭҚК-терін
тудырады
;
, (7.2)
мұндағы W1, W2-статор мен ротор орамаларының орам сандары;
КОР1, КОР2-орамалардың орамалық коэффициенттері.
Қатынас (7.3)
асинхронды қозғалтқыштың ЭҚК-терінің трансформация коэффициенті деп
аталады. Оны тәжірибе жүзінде бос жүріс кезіндегі статор мен ротор
орамаларының ЭҚК-терінің қатынасы ретінде анықтайды.
Сейілу магнит ағыны ФS1 әрбір статордың фазасында ĖS1=-jX1İ0 сейілу
ЭҚК-терін индукциялайды. Сонымен бірге статор орамасының әрбір фазасында
активтік кедергісі R1 бар. Бұл кедергіде R1İ0 кернеу түсуі болады.
Демек, статордың бір фазасы үшін ЭҚК-тердің тепе-тендік тендеуі
мынадай болады
. (7.4)
Асинхронды қозғалтқыштың осы тендікке сәйкес келетін орынбасу сұлбасы
мен векторлық диаграммасы 7.2-суретте бейнеленген.
IО тоғы реактивтіек IОР және активтік IОА құрама бөліктерден тұрады.
Реактивтік ток магнит өрісін қоздыруға, ал активтік ток статор мен ротордың
өзекшелерінің болаттарындағы шығындарды өтеуге жұмсалады.
Орынбасу сұлбасына кіру үшін, яғни статор мен ротордың орамалары
арасындағы электрлік байланысқа көшу үшін ротордың орамасын статордың
орамасына келтіреді. Ол үшін шын мәнісіндегі ротор орамасы статор сияқты
болады.
Осы кезде машинадағы энергетикалық қатынасты сақтау үшін екінші реттік
ораманың параметрлері қайта есептелуі қажет.
Келтірген екінші реттік орама ЭҚК-і тең
(7.5)
Ротордың тізбегі ажыратылған кезде асинхронды қозғалтқыштың статорлық
орамасында m1I2oaR1 статор мен ротордың өзекшелерінде pC1 және pC2 қуат
шығындары болады. Осы қуат шығындарын өтеуге қозғалтқыш электр желісінен Р
қуат тұтынады
.
7.1. 2 Асинхронды қозғалтқыштың қысқа тұйықталуы
Асинхронды қозғалтқыштың қысқа тұйықталу ережесі тежелген ротор
кезінде болады. Статор мен ротордың орамаларының қысқа тұйықталу кезіндегі
токтары номинал мәндерінен асып кетпеу үшін қозғалтқышқа берілетін кернеуді
мәніне дейін төмендету керек. UҚ номинал кернеудің U1НОМ 15-20%-не тең
болады.
İ1 және İ2 токтары қозғалыссыз статор мен роторға қарағанда бір бағытта
бірдей жылдамдықпен айналып тұратын F1 жєне F2 МК-терін тудырады,
яғни олар бір-біріне қарағанда қозғалыссыз болады да n1 жылдамдықпен
айналатын FҚ МК-ін құрады. Бұл МК статор мен ротор орамаларымен ілініскен
негізгі айналдырушы ағынды ФҚ тудырады. МК-і F1 ток статор орамасымен
ілініскен бірінші реттік сейілу ағынын ФS1, ал F'2 МК-тері бір-біріне қарсы
әрекеттеседі. Сол себептен İ1 жєне İ'2 токтардан тұратын F1 және F'2 МК-
тердің шамалары біршама үлкен болса да, қорытынды МК F аз болады, сондықтан
магнит ағыны ФҚ –да аз, демек бұл кезде магнит тізбегі қанықпаған болады.
Бірінші реттік токты İ1 екі токтың қосындысы деп көрсетуге болады,
оның біріншісі (İ1) МК-ін FҚ тудырады, ал екіншісі (-İ'2) екінші реттік
токтың İ'2
МК-ін F'2 жоятын МК-ті -F'2 тудырады. Сонымен алатынымыз
İ1=İЌ+( İ 2) немесе İ1+İ 2 =İЌ. (7.6)
Оған сәйкес
. (7.7)
Статор мен ротордың МК-терінің теңгерілуі жағдайынан шығатыны
,
мұндағы m1, m2-статор мен ротордың фазалар саны.
Токтардың трансформациясы коэффициенті мынаған тең болады
(7.8)
Демек, ротордың келтірілген тоғы
. (7.9)
ЭҚК-тер мен токтардың трансформация коэффициенттерін пайдалана отырып,
ротордың келтірілген активтік және индуктивтік кедергілерін анықтаймыз.
Активтік кедергіні келтірген кезде ротор орамасындағы қуат шығыны
өзгермей қалуы қажет, яғни
Бұдан алатынымыз
, (7.10)
мұнда – кедергіні келтіру коэффициенті.
Индуктивтік сейілу кедергісін келтіру үшін ЭҚК E2 мен ток I2
арасындағы бұрыш Ψ2 өзгермей қалуы көзделеді.
Демек, , бұдан . (7.11)
Бірінші реттік және екінші реттік ЭҚК-тердің қысқа тұйықталу кезіндегі
теңдеу
, (7.12)
мұндағы Z1=R1+jX1 және Z2=R2'+jX2' – статор мен ротор орамаларының
комплекстік кедергілері.
Ė'2Қ=Ė'1Қ және İ'2≈-İ1 теңдіктерді еске ала отырып, (7.12) теңдеулерді
тоққа қарағанда бірге шешіп алатынымыз
. (7.13)
Осыған сәйкес АК-тың қысқа тұйықталу кезіндегі орынбасу сұлбасын аламыз
7.5-сурет.
Қысқа тұйықталу сұлбасының параметрлері
; . (7.14)
7.2 Ротор айналып тұрған кездегі үшфазалы асинхронды қозғалтқыш
7.2.1 Сырғанау, ЭҚК-тің жиілігі және ротор ораманың кедергілері
Асинхронды қозғалтқыштың жұмыс істеу принципінен ротордың айналу
жиілігі n2 статор өрісінің айналу жиілігінен n1 кем екендігін көреміз. Егер
n2=n1 болса, онда орамасының орамдары статордың айналып тұрған магнит
өрісінен қиылып өтпеген болар еді, демек ротордың орамасында ЭҚК
индукцияланбас еді. Сол себептен ротордың орамасында I2 тоғы да болмайды,
айналдырушы момент те болмайды.
Ротордың статор айналушы магнит өрісінен артта қалу дәрежесі сырғанау
S арқылы сипатталады. Сырғанау S шамасы n1 мен n2 айырымының статор өріс
жиілігіне қарағанда сылыстырмалы мәнімен анықталады
(7.15)
бұдан
Ротордың орамасында индукцияланған E ЭҚК-інің жиілігі мынадай
, (7.16)
яғни желістің жиілігі f1 ЭҚК-і тайғанауға тура пропорционал өзгереді
(тайғанау жиілігі деп аталады).
Жалпы (7.2) формула бойынша ротордың ЭҚК-і үшін алатынымыз
(7.17)
мұндағы Е2Қ –Қозғалмай тұрған ротордың ЭҚК- і.
Егер де ротордың орамасы статордың орамасына келтірілген болса, онда
(7.18)
Сонымен негізгі магнит ағыны Фm берілген кезде айналып тұрған ротор
орамасында индукцияланған ЭҚК қозғалмай тұрған ротордың ЭҚК-і Е2Қ-мен
сырғанау S көбейтіндісіне тең. Қозғалмай тұрған ротордың индуктивтілік
сейілу кедергісі
X2Қ=2πf1L2 ,
мұндағы L2-сейілу ағынымен анықталатын индуктивтік.
Сейілу магнит ағыны негізінде ауамен өтетін болғандықтан, L2-де
тұрақты болады.
Демек, айналып тұрған ротордың индуктивтілік кедергісі
X2=2πf2L2=2πf1S L2= X2Қ S (7.19)
тең болады немесе ротордың орамасы статордың орамасына келтірілген болса,
онда
X2=X2Қ S. (7.20)
Яғни айналып тұған ротор орамасының индуктивті кедергісі қозғалмай
тұрған ротордың индуктивті кедергісі X2Қ мен тайғанау S көбейтіндісіне тең.
Тоқтық ротор орамасының өткізгіштері бетіне ығысу құбылысын және ораманың
активтік кедергісінің температураға байланысты өзгеруін есепке алмасақ,
активтік R2 кедергіні де тұрақты деп санауға болады.
7.2.2 Ротордың электр қозғаушы күші мен тоғының теңдеулері
Ротордың тізбегі тұйықталған болса, онда I2 тоғы ағады да, ол ФS2
сейілу магнит ағынын тудырады. Сонымен бірге, өз жолында кедергісін
кездестіреді. Ротордың орамасында негізгі магнит ағыны тудыратын Е ЭҚК-і
және сейілу магнит ағыны тудыратын. ЭҚК-і пайда болады. Кирхгофтың екінші
заңы бойынша
Ė2+ĖS2=R2İ2
немесе
, (7.21)
мұндағы Z2=R2+jX2 –ротордың толық кедергісі.
Демек,
және (7.22)
Егер ротордың орамасы статордың орамасына келтірілген болса, онда
және . (7.23)
Ротордың орамасымен аққан I2 тоғы ротор жиілігіне f2 сәйкес келетін,
роторға қарағанда n жылдамдықпен айналатын F2 магниттеуші күшін тудырады.
Ротордын өзі n2 жылдамдықпен айналады. Сондықтан, ротордың F2 МК-і статорға
қарағанда n+n2 жылдамдықпен айналады.
.
Сол себептен, , яғни ротордың F2 МК-і кеңістікте әрқашанда
(жұмыстың режиміне байланыссыз) статордың F1 МК-і бағытымен және сол сияқты
жылдамдықпен айналады.
8 Дәріс №8. Асинхронды қозғалтқыштың айналдырушы моменттері және
қуаттары
Дәрістің мазмұны:
- асинхронды қозғалтқыштың айналдырушы моменттер және қуаттары
- асинхронды қозғалтқыштың энергетикалық диаграммасы
Дәрістің мақсаты:
Студенттерді асинхронды қозғалтқышты желіге қосу әдістерімен;
- асинхронды қозғалтқышты желіге қосу сұлбаларымен таныстыру.
8.1 Асинхрондық қозғалтқыштың электр желісін тұтынатын
активтік қуаты
Асинхрондық қозғалтқыштың электр желісін тұтынатын активтік қуаты
мынаған тең
. (8.1)
Векторлық диаграммадан алатынымыз
; .
Статорға берілетін активтік қуаттың түпкілікті өрнегі
, (8.2)
мұндағы рЭ1-статор орамасындағы электр шығындары;
рМ1-статор өзекшесіндегі магнитті шығындар;
рЭМ-айналушы магнит өрісі арқылы ротор тізбегіне берілетін
электрмагниттік қуат.
Қозғалтқыштың тұтынатын реактивтік қуаты үшін алатынымыз
(8.3)
Жоғарыда көрсетілген өрнектің аналитикалық түрленуінен кейін табамыз
. (8.4)
Яғни қозғалтқыштың электр желісінен реактивтік қуаты статор магнит
өрісін тудыруға, статордың және ротордың өзекшелерін магниттеуге, сонымен
бірге роторға оның орамасының магниттік сейілу өрісін тудыруға қажетті
реактивтік қуатты беруге жұмсалады.
Энергияның асинхронды қозғалтқыштағы түрленуін және оның ішіндегі
шығындарды энергетикалық диаграмма суреттейді.
РЭ2 – статор орамасындағы электр шығындары;
рМЕХ – ротордағы механикалық шығындар;
рЌОС – басқа қосымша шығындар.
Айналмалы магнит өрісінің электрмагниттік қуаты
РЭМ=Р1-(РЭ1+РМ1) . (8.5)
Статордан ротордың білігіне берілетін қуат
Р2= РЭМ –РЭ2 . ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz