Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Синхронды қозғалтқыштың электромагниттік моменті

Мазмұны

Кіріспе 3

1.Синхронды электр машиналардың құрылымына сипаттама

1.1.Синхронды электр машиналарына түсініктеме 6

1.2.Синхронды машинаның статорына сипаттама 9

1.3.Синхронды генератордың бос жүріс жұмысына талдау 11

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

2.1.Синхронды генератордардын параллельдік жұмысы 19

2.2.Синхронды электр машиналардың двигателінің жұмыс жасау барысына сипаттама 34

2.3.Синхронды қозғалтқыштарының қызметі 50

3.Синхронды қозғалтқыштың электромагниттік моменті

3.1 Синхронды қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамасы 57

3.2.Синхронды қозғалтқыштың энергетикалық айналуы 61

Қорытынды 76

Қолданылған әдебиеттер тізімі 78

Кіріспе.

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

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

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

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

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

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

1.Синхронды электр машиналардың құрылымына сипаттама

1.1.Синхронды электр машиналарына түсініктеме

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

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

Жалпылама электрлік машиналарды қарастырғанда төменде келтірілген белгілі бір жайттар орындалады:

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

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

- Статор мен ротордың фазалық зоналары кеңістікте 90 электрлікградусқажылжытылған;

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

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

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

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

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

- Магниттелу қисығының түзу сызықты еместігі еленбейді;

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

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

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

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

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

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

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

1.2.Синхронды машинаның статорына сипаттама

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

1.3.Синхронды генератордың бос жүріс жұмысына талдау

Синхронды генератордың роторы сырттай механикалық энергия көздерінен айналады (бугидротурбина немесе іштен жанатын қозғалтқыш). Ротордың магнит полюстері туғызған магнит өрісі (немесе қоздыру орамасы, осы тұрқты ЭҚК көзше қосқанда) ротормен бірге аиналып, статор орамаларына еніп, косинусойда заңы бойынша өзгертуді; және оның әр орамасында синусойда тәрізді айныма-лы ЭҚК ев-ні индукциялайды, ол электромагниттік индукция заңына сәйкес келеді:

мүндағы статор орамасы орамында индукцияланған ЭҚК-інің тербелмелі шарықгау (амплитуда) мәні. Синхронды генератор статоры орамасының орамасында индукцияланған ЭҚК-інің әсеретуші мәні екенін ескере отырып, мына теңдеумен өрнектеледі:

Синхронды генератор статорының бір шарғысы үшін фазалық ораманың орам саны у онда индукцияланатьш ЭҚК мәндерінің қосындысы былай анықталады:

Іс жүзінде статор фазасының орамалары бірнеше шарғыдан тұрады, олардың жақтары статордың ішкі беттерінде өздерінің аумағындағы ойықтарда, бірқалыпты таралып орналасады.Онда индукцияланатын ЭҚКтер фаза бойынша, бір-біріне қарағанда, бұрышына ығысады да, мынаған теңеледі:

мұндағы іс-ойықтық бөліну (көрші ойықтар арасының қашықтығы)а-ойықтық ЭҚК-тің векторлық дийграммасындағы көрші шарғылар жақтарындағы ЭҚК-тің векторлар арасындағы, электрлік градуспен алынған ығысу бұрьш р-синхронды генератордың роторының жұп полюстер саны; 2пс-синхронды генератор статорының ойықтар саны; т-синхронды генератор статорының полюстік бөлінуі: мұндағы Ос-статордың ішкі диамметрі. [5-614б].

Мұндай ораманың фазалық ЭҚК шамасы ойықтық ЭҚК-і векторлық диаграммасындағы векторлар жиынтығы ретінде анықталады, ол көрсетілген.

Синхронды генератордың жүктемеленгендегі жүмысы.Синхронды үшфазалы генератордың қысқыштарын жүктемемен жалғастырғанда, жоғарыда атап өтілгендей, оның статоры орама-сынан тоқ өтеді және айналмалы магнит ағыны пайда болады. Со нымен, жүктемесіз жұмыс жасаған кездегі машинаға полюстерді қоздыру орамасында пайда болған бір ғана магаит өрісі әсер ететін болса, жүктелген кезде, полюстердің айнымалы магнит өрісіне статор орамасының айнымалы магнит өрісі қосылады. Машинаның қорытынды магнит өрісі осы екі магнит өрісінің өзара бірлесе әрекеттесуінен пайда болады.

Ротор полюстерінің магнит өрісі түрақты тоқтан, ал статор орамасының магнит өрісі айнымалы тоқтан туындауына қарамастан, ол екеуі бір жылдамдықпен және бір бағытта айналатын тұрақты магнит өрісі сияқты өзара бірлесе әрекеттесетін болады. Шын мәнінде, полюстер магнит өрісі пайда болуы табиғатынан тұрақты бола тұра, ротордың айналу жылдамдығымен айналып, статор орамасында жиілігі айнымалы үшфазалы ЭҚК-ті индукциялайды, ол қосылған жүктеме бар кезінде, шамасы тұрақты және орама бойымен пс=рп/60 жылдамдықпен айналатын магнит өрісін тудыратын, үшфазалы айнымалы тоқты шақырадыпен пс=рп/60-ті салыстыра отырып, п =пс деп аламыз былайша айтқанда, статор орамасымен полюстердің қоздырғыш орамасының магнит ағындары бірдей. Сонымен, екі магнит ағыны да бірдей жылдамдықпен айналып синхронды генератордың тәртібіне қарамастан, бір-біріне қарағанда қозғалыссыз қалады. Бір магнит өткізгіште екі магнит өрісінің болуы, олардың «якорь реакциясы» деп аталатын, бірлесіп қимылдауына және синхронды машинаның бірегей қорытыңдылаушы магнит өрісін пайда болуына сөзсіз әкеледі. Синхронды машина үшін «якорь реакциясы» деу тұрақты тоқ машиналарына ғана келеді оны дұрысында «статор реакциясы» деп атауы оң болар еді, шындығында, статор орамасының магнит ағыны статор полюстері орамасының магнит өрісімен «реакцияға» түседі. Якорь сөзі теңіз терминдерінен ауысқан және магнит полюстерінің түрі теңіз якорын еске түсіретін роторды солай атаған. Сондықтан синх-ронды машинаның статорын якорь деп атау заңсыз. Жалпы жағдайда, машинаның қорытындылаушы магнит өрісі Ф ротор полюстері Ф мен статор орамасы Ф магнит өрістерінің векторлық жиынтығымен анықталады:

Ф=Фр+Фс

Бұл өзараәрекеттесуі физикалық жағынан өте күрделі процесс. Ол ротордың магнит полюстерінің синхронды машиналардың ста-торы орамасының біліктеріне қарай орналасуы мен олар арқылы өтетін, уақыт жағынан алғанда, онда индукцияланған ЭҚК пен таза активті жүктеме кезінде үйлесетін, индуктивті жүктеме кезін-де одан қалып қоятын немесе сиымдылық жүктеме кезінде озатын тоқтардың сипаттамасына тәуелді. Статор орамасына индуктив-ті жүктеме түскенде статор магнит ағынының «реакцияеы» магнитсіздендіруші, сиымдылық тоғында-магниттеуші, ал активті-де-полюстың бір жағынан магнитгеуші және екінші жағынан, сол полюсті, магнитсіздендіргіші болады. Активті индуктивті жүктеме болған кезде, синхронды генератор статоры орамасының магнит ағыны Фс уақыт жағынан ротор полюстерінің магнит өрістерінен Ө бұрышына; сондай-ақ статор орамасының қысқыштарындағы кернеуде индукцияланған ЭҚК Е қарағанда, қалып қоятын болады. Уақыттың жылжуына машинаның қорытыңдылаушы магнит өрісі білігі мен ротор полюстері арасындағы кеңістікте жылжу бұрышы сәйкес келеді. [6-314б].

Еркін жүктемелеу жағдайында статор орамасындағы тоқ I кер-неудің І уақыт жағынан ф бұрышына және ротор полюстерінің магнит өрісі йндукіщялаған ЭҚК Е-ден бұрышына жылжыған болса, статордың магнит өрісінен екі құраушыға жіктеуге болады:

- ротор магнит полюсінің бойлық білігі бойымен;

- ротор магнит полюсінің көлденең білігі бойымен.

Мұнда магнит полюстері бойымен кететін білікті бойлық деп, ал оған перпендикуляр өсті- көлденең деп атау қабылданған. Соларға тура келетін магнит ағындарының тоқгар мен ЭҚК-тердің құраушыларына сәйкес индекс алады: й-бойының және ц-көлденең. Сонымен ротор полюстерінің магнит ағындарына Фр қарағанда уақыт жағынан жылжыған статор орамасының магнит ағынын Фс бойлық Фса жэне көлденең Фс қараушылардан тұратын, өзара бірі-мен бірі байланысқан деп қарап, өрнегін былай жазуға болады:

\|/ бұрышы ЭҚК пен статор орамасы тоғы векторлары арасындағы жылжу бұрышы болып табылады. Бойлық біліктегі магнит ағыны Фса магнитсіздендіргіш (активті-индуктивті жүктемеде) немесе магниттендіргіш (активті-сыйымдылық жүктемеде) магнит өрісін ротор айналымы бағытына, ал көлденең білік бойындағы магнит ағыны Фсч кері бағытқа қарай жылжытады. Синхронды машинаның магнит ағындарын бойлық жэне көлденең құраушыларға жіктеуді 1895 жылы француз электртехнигі А. Блондель алғаш ұсынған, ол екі "реакция" әдістемесі деп аталады. Айқын полюсті синхронда машиналардың жұмыс тәртіптеріне талдау жасағанда, кеңінен қолданады. Айқын полюсті машиналардың жұмысын зерттеу француздың басқа бір электр-технигі А.Потье 1900 жылы ұсынған әдістемелікке негізделеді. [7-412б].

Жалпы синхронды машиналардың және жекелеп алғанда, генераторлардың жұмысын зерттеу, асинхронды маши-налардың жұмыс тәртібіне талдау жасауға қарағанда, айтарлықтай қиыншылықтармен байланысты. Бұл электромагниттік процесстердің күрделілігіне байланысты. Ол әртүрлі екі магнит ағындарының ротор магнит полюстерінің, айнымалы магнит өрісінің әсер етуінен пайда болған, статордың үшфазалық орамасының синусоидты тоқтарыңың өзара бірлесе әрекеттесуіне байланысты. Айқын көрінетін полюстері бар роторлардың құрылысы ауа саңнлаулауларының айқын көрінетін бір тегіс еместігіне, ол синх-ронды машинаның магнит өткізгіштерінің магнит кедергілерінің бірдей болмауына соқтырады. Құрылысы мұндай ротордың өзара индукциялануы процесс барысында оның айналуына байланысты, белгілі периодтылықпен, шамасы жағынан, өзгеріп отырады. Дегенмен, инженерлік тәжрибеде ротор полюстерінің қоздыру орамалары арқылы тұрақты тоқ өткенде болатын процесстерді ойша дерексіз-дендіруге толығымен болады, ол үшін "статор реакциясы" өрісімен шашырау өрісі бір-бірінен және ротор полюстерінің магнит өрісінен, тәуелсіз өмір сүреді деп есептеу керек. Сонда, статор орамасының өрісінің толық ағын тізбекгін алып, синхронды индуктивті кедергі деп аталатын, бір ғана индуктивті кедергіні қарастыруға болады. Синхронды машиналарда өтетін электрофизикалық процесстер, оның роторының конструкциялық орындалуына сәйкес айтарлықгай тәуелді болады. Айқын полюсті роторлы синхронды машинаның жұмыс процессі, ауа саңылауындағы түрі ЭҚК-пен статор орамасы тоғының арасындағы бұрыштың ЧР өзгеруімен бірге өзгеріп тұратын, индукция қисығының айқын көрінетін синусойдалық сыздығына байланысты бірқатар ерекшеліктермен сипатталады. Сондықтан, айқын полюсті және айқьщдалмаған полюсті роторлы синхронды машиналардьщ жұмыс тэртібін зерттеуді бөліп қарау, әдістемелік көзқарас тұрғысынан, орынды.Айқын емес полюсті синхронды машиналардың электрлік тепе-теңдік теңдеуі.

Цилиндр пішінді ротордың арасындағы айқындалмаған полюсті синхронды машиналардың ауа саңылаулары мен ондағы магнит ағындарын бойлық және көлденең құраушылары деп білудің қажеті жоқ. Ендеше статор орамасының синхронды индуктивті кедергісін, индуктивті екі кедергінің қосындысы деп қарауға болады:

Х-Х+Х, 'мұндағы Х-статор орамысының синхронды индуктивті кедергісі; Хос-статор орамасының негізіі магнит ағынан Фс пайда болған ин-дуктивті кедергісі; Х-статор орамасының шашыранды магнит ағынынан Ф15 пайда болған шашыранды индуктивті кедергі. Демек, егер ротор полюстерінің магнит ағындары Ф статор орамасында ЭҚК Е-ні индукциялайтын болса, онда, статор орамасының негізгі магнит ағыны Фс шашыранды ағынмен бірге Ф1б, синхронды машинаның синхронды индуктивті кедергісінің шамасын қамтамасыз етеді. Кейбір шектеулерді ескере отырып, айқындалмаған полюсті синхронды машина статоры орамасының электрлік тепе-теңдік теңдеуін, былай жазүға болалы:

мұндағы Ц-синхронды генератордың қысқыштарындағы кернеу; Е10 синхронды генератордың жүктемесіз жұмысының ЭҚК; Іо синх-ронды генератор статоры орамасының тоғы; г- статор орамасының активті кедергісі; хс-(3.12).

Айқышполюсті синжронды машинаның (генератор) электрлік тепе-теңдігінің теңдеуі. Айқынполюсті роторлы синх-ронды машинаның жұмыс процессі, жоғарыда айтылғандай, ауа са-ңылауында айқын көрінетін йндукцияның таралуы, түрі ЭҚК пен статор орамасы тоғының арасындағы бүрыштың өзгеруімен бірге құбылып отыратын біркелкіеместігімен сипатталады. [8-147б].

А. Блондельдің қос «реакция» теориясын пайдалана отырып статор орамасының негізгі магнит ағынын Фс ротор полюстері білігімен сэйкес келетін магнит ағынын бойлық Фса және оның перпендикуляр келетін көлденең Фсс} тармақтарға ажыратпай, айқынполюсті синх-ронды машина статоры орамасының электрлік тепе-теңдік теңдеуін былай жазуға болады:

Статор тоғының көлденең білігімен өтетін құраушысы: ха-статор реакциясының бойлық ағыны негіздеген индуктивті кедергі;

х -"статор рекциясы" ендік ағыны негіздеген индуктивті кедергі;

х -статор орамасының индуктивтік шашыраңқылық кедергісі;

ЭҚК Е10 мен сихронды генератор тоғының І векторлары арасындағы ығысу бұрышы;

Ө-синхронды машинаның ЭҚК Е мен кернеуі U векторлары арасындағы ығысу бұрышына, тең, ішкі бұрышы.

Мж - жұмыстық момент; Мн - номинальдық момент; Мжб – жүргізіп жіберу (пусковой) моменті; Мк – шектік (критический) момент

Синхронды машиналар электр машиналардың көпшілігі сияқты қозғалтқыш режимде де, генераторлық режимде де жұмыс жасай алады. Бірақ өндірісте олар генератор ретінде кеңінен қолданылады. Барлық электр станцияларда электр энергиясын өндіруші негізгі қондырғы ретінде саналады.

Олар қозғалтқыш ретінде айналу жиілігінің тұрақты болуы қажет өндірісте қолданады (мысалы, газ және мұнай айдаушы станциялардағы компрессорлардың және насостардың жетегінде, металургиялық заводтарда , құрылыс өндірісінде). [9-321б].

Олардың статоры синхронды машиналардың статоры сияқты корпустан, өзекшеден және орамадан тұрады. Өзекшенің ойықтарына кеңістікте бірі-бірінен 120° ығысқан үш ораманың өткізгіштері орналасады.

Синхронды машиналардың роторында қоздыру орамасы орналасады, олардың ұштары қозғалмалы сақиналар және қозғалмайтын щеткалар арқылы тұрақты ток көзіне қосылады.

Ротор екі түрлі болады: а) анық полюсті; б) анық емес полюсті

Анық полюсті ротор (а) цилиндрлік болат өзекшеден, оған бекітілген магниттік полюстардан және қоздыру орамасынан тұрады. Мұндай ротор ақырын қозғалатын (1000 айн/мин дейін) машиналарда қолданылады.Анық емес полюсті ротор (б) бітеу цилиндр болаттан жасалады. Цилиндрде ойықтар жасалып, оларға қоздыру орамасын орналастырады. Цилиндрдің 1/3 ойықтар болмайды, бұл бөлік полюстің өзекшесі ретінде саналады. Тұрақты тоқ машинасы сияқты келесі төрт жұмыстық тәртіптің біреуінде

жұмыс істеуі мүмкін:

1. Двигательді тәртіп 0<S<1;

2. Рекуператорлық тежеу немесе генераторлық тәртіп (жүйемен бір мезгілде жұмыс істеген кезде) 0>S;

3. Қосылуына бөгет болатын тежеу S>1;

4. Динамикалық тежеу.

Синхронды машинаның тежеу тәртіптерінің әрбіреуін анығырақ қарастырайық.

2.1.Синхронды генератордардын параллельдік жұмысы

Бұл тәртіп ротор айналуының жылдамдығы синхронды жылдамдығынан жоғары болғанда ғана мүмкін, яғни . Ротор тізбегіне қосылған реостат кедергілерінің түрлі мағыналарында осы тәртіпті безендіретін механикалық мінездемелер төменде көрсетілген.

11.1 Cурет – Қозғалтқыштық және генераторлық режимдеріндегі синхронды қозғағышының табиғи және реостатты механикалық сипаттамалары

Синхронды машина жүйеге қосылған дейік, және двигательді тәртіпте жұмыс істеп, сонымен қатар ол жүйеден актив-индуктивті мінезді тоғын жұмсайды. [10-412б].

Тоқтардың векторлық диаграммасы және статордың бір фазасының кернеулігі төменде көрсетілген. Uф арқылы статордың фазалық кернеулігі белгіленген, І1 – статордың фазалық тоғы, ал І1а және І1р сәйкесінше статордың фазалық тоғының активті және реактивті құрастырушылары.

11.2 Cурет – Синхронды қозғағыштың бір фазасы үшін оңайлатылған векторлық диаграммасы.

Роторға түсетін жүктемені біртіндеп төмендете бастаймыз, осының нәтижесінде ротор айналуының жылдамдығы жоғарылап және двигатель жұмсайтын тоғы төмендей бастайды. Тоқтың векторлық диаграммалары және жүктемені төмендеткен кездегі статор тоғының төмендеуін безендіретін статордың бір фазасыныңкернеулігі төменде көрсетілген:

Тұрақты токтың электр машиналары өзінің қолдананылу саласына қарай механикалық энергиялық энергияны кернеуі тұрақты болатын электр энергиясына түрлендіретін электр генераторлары және тұрақты токтын электр энергиясын түрлендіретін электрқозғалтқыштары деп бөлінеді.Бұл механикалық энеригия іс жүзінде,өндірісте қандай да болмасын орындаушы механизмдерді іске қосу үшін қызмет етеді.Туракты токтын электр машинасынын ишки кориниси(1 сурет).

1. 2. катушка 3.Вал. 4.негизги полюс. 5.косымша полюс.6.статор

Ең алғашқы электр машинасы тұрақты токтың электр қозғалтқышы болды.Қазіргі уақытта,өндірістен шығарылатын арнайы электр машиналарының түрлері көп,мысалы,тұрақты токтың энергиясын айнымалы ток энергиясына түрлендіретін машиналар немесе керісінше,автоматты реттеу жүйелеріндегі өлшеу,санау-есептеу құрылғыларында датчик есебіндегі микромашиналар және т.б.