Электр машиналары

 
Жалғану тобының нөмерін белгілеу үшін бірінші және екінші реттік кернеулердің векторлық диаграммаларын салу керек. Мысалы ретінде 12  топты анықтауды қарап шығайық. Ė_АВ мен Ė_ав 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 (U_1a=U_1b; U_2a=U_1b), яғни трансформация коффициенттер тең болуы (К_a=К_b);

в) қысқа тұйықталу  кернеулер тең болуы (U_Қa=U_Қb).

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 I_Т 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 D/U-11 және U/U-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 DЕ мен және осы орамалардың кедергілерімен, яғни трансформаторлардың қысқа тұйықталу кедергілерімен анықталады.

Сондықтан

 

 

 

  

 

Мысалы, егер де екі трансформатордың қуаттары бірдей, ал Z_Қa =Z_Қb=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 D Ė= Ė_2a- Ė_2b әрекет етеді, сондықтан теңгерме ток пайда болады.

Екінші реттік орамаларда бұл ток орамалардағы әрекет етуші ЭҚК-тердің бағыттарына байланысты әртүрлі жаққа бағытталған. Бірінші трансформатор I_Тa теңгерме тоғын, ал екінші трансформатор I_Тb теңгерме тоғын тұтынады. Трансформаторлардың орамаларындағы теңгерме токтар туғызатын кернеудің құлауы орамалардың екінші реттік кернеулерін теңестіреді. Жүктемені қосқан кезде трансформаторларда I_Жa және I_Жb  жүктеме токтар пайда болады. Олар теңгерме токтармен қосылып I_2a  және I_2b қосынды токтардың, яғни трансформаторлардың жүктемелерінің теңсіздігін туғызады (5.3 сурет).

 
Мысалы, екі трансформатордың қуаттары бірдей  Z_Қa=Z_Қb=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_aZ_a=I_bZ_b=…=I_nZ_n                                                                                      (5.1)

Токтардың фаза бойынша  ығысуы аз болғандықтан, комплекстерден модулдерге көшіріп жазамыз                             

I_a: I_b=1/Z_Қa:1/Z_Қb,                                                           (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 U_НОМ көбейтсек, ал оң жағын U²_НОМ/100-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 U_Қ-сы аз трансформатор, яғни Z_Қ 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 (ай/мин);

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 ай/мин және n=1500 ай/мин 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