Электр машиналары

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………..…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

 

         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= Ф_m Sinwt. Магниттік ағынның мәнін (2.І) тендеуге қойып, оны дифференциялаудан кейін алатынымыз

e₁= -wW₁Ф_mCoswt=-wW₁Ф_mSin(wt-p/2),

e₂= -wW₂Ф_mCoswt= -wW₂ Ф_mSin(wt-p/2).                       (2.2) 

 

(2.2) формулаларынан шығатыны - ол магниттік ағынның ЭҚК-тен 90° бұрышқа озып тұрғаны.

ЭҚК-нің максимал (амплитудалық) мәндері                      

    Е_1m=wW₁Ф_m           және              Е_2m=wW₂Ф_m.                  (2.3)  

E_1m мен E_2m-ді   -ге бөліп бұрыштың жиіліктің мәнін w=2pf  тендеулеріне қойып табатынымыз

Е₁=4,44fW₁Ф_m       және   Е₂=4,44fW₂Ф_m.

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 Ф_С1 мен Ф_С2-нi тудырады.

Сейiлу ағындары энергия берiлiсiне қатыспайды, бiрақ  та әрбiр орамада өзара индукцияның  ЭҚК-терiн  E_1C=4,44fW₁Ф_М мен E_C2=4,44fW₂Ф_М – нi құрады.

Сейiлу ағындары негiзгi  ауа арқылы таралып тұйықталатындықтан, олар орамалардағы сәйкес токтарға пропорционал болады

E_C1=I₁X₁ және  E_C2=I₂X₂,                                       (2.5)

Мұндағы X₁ мен X₂ –трансформаторлардың орамаларының сейiлу ағындарының индуктивтiк  кедергiлерi.

ЭҚК-iң векторлары E_C1 мен E_C2 сәйкес токтардан және ағындардан 90⁰ қалып отырғандықтан  

Ė_C1=-jX₁ İ₁  және Ė_C2 =-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- Ė_C1+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=  - Ė_C2+ R₂İ₂   немесе = Ė₂+ Ė_C2-R₂İ₂= Ė₂-jX₂İ₂ – R₂İ₂ = Ė₂ –Z₂İ_2. 

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 (Z_ж) 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 Ф_m екi МҚК-тер I₁w₁ мен I₂w₂-нiң әрекеттесуi туады, яғни

                                  (2.9)

Екiншi жақтан, трансформатордың магниттiк ағыны Ф_m –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 І_ор құраушысымен бірге активтiк құраушысы І_оа-  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=W₁/W₂-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.