Синхронды машиналар

1. СИНХРОНДЫ МАШИНАЛАР

Синхронды машиналар — бұл коллеторсыз
айнымалы ток машиналары.
СМ өзінің құрылысы бойынша айналмайтын
статор және айналатын ротордан турады. Статор
құрылысы АМ статор құрылысына ұқсас.
Ротордың конструкциясы бойынша айқын
кескінделген және айқын кескінделмеген
түрінде жасалады.
Барлық электр машиналары сияқты синхронды
машина да қайтымды, яғни ол әpi генератор, әpi
қозғалтқыш ретінде жұмыс істей алады.

2.

СМ ротордың айналу жиілігі статордың
магнит өpiciнің айналу жиілігіне тең (n2 = n1
= const) , сондықтан ол желі тогының
жиілігімен және полюстер жұбының санымен
анықталады, яғни
n = 60f/p
f=pn/60
СМ кез келген жүктемеде тұрақты айналу
жиілігімен және қуат коэффициентіе
реттеулігімен айрықшаланады.

3. СМ қоздыруы

Кез келген СМ қоздыру процессінде қажетсінеді
СМ қоздырудың негізгі әдістері:
- электрмагнит қоздыруы
- контактсыз электрмагнит қоздыру жүйесі
- өзін өзі қоздыру принципі
- тиристорлы қоздыру құрылғылар
- тұрақты магниттермен қоздыру

4.

5.

6. СГ магнит өрісі

7. Айқын кескінделген СМ магнит жүйесі Айқын кескінделген СМ магнит тізбегі

8.

Айқын кескінделген СМ магнит жүйесі тармақталған
симметриялық магнит жүйесі боп анықталып, 2р
параллель тармақтан түрады.
Әр бір тармақталмаған магнит тізбегі болып анықталып
бір қос полюстен тұрады.
Негізгі магнит ағыны Ф, магнит тізбекте тұйықталып
келесі элементерден турады: ауа саңылауы δ, статор
тістерінің қабаты hz1, ротор тістерінің қабаты hz2, ротор
арқасы Lc2, статор арқасы Lc1және ротордың полюснен
hm.
Магнит тізбектің әр бір аумағының мгнит кернеулерінің
соммасы бос жүріс режіміндегі қос полюске келетін
қоздыру орамның МҚК анықталады (А):
Fво = ∑ F = 2Fδ+ 2Fz1 +2Fz2 + 2Fm + Fc1 + Fоб,

9. СМ магнит өрісі

Статордың
үшфазалы
орамасы
ротормен
синхронды айналатын МҚК тудырады, осы МҚК
максималды мәні келесі өрнекпен анықталады
F1 = 0,45m1 I1 w1 kор1 / p
Статор
магнит
өрісінің
бойлық
осінің
индукциясының
негізгі
гармоникасының
амплитудасы
B1d1
көлденең
осінің
индукциясының
негізгі
гармоникасының
амплитудасынан В1q1 жоғары :
B1d1 = B1kd;
B1q1 = B1kq

10.

мұнда В1 — бір келкі саңылаудағы статор магнит
өрісінің магнит индукциясының амплитудалық
мәні;
kd және kq — бойлық және көлденең осьтердің
статор өрісінің пішін коэффициенттері
kd және kq мәндері ауа саңылаудың максималды
және минималды δmах/δ қатынастарынан,
саңылаудың салыстырмалы мәніне δ/τ және
полюс
жабынының
коэффициентіне
αi
байланысты

11.

12.

См қоздыру орамынан Iқ аққанда қос полюске
келетін МҚК тудырады (А):
Fқ.н = Iқ 2wқ.о
Осы өрістің негізгі амплитудасының Вқ1 қоздыру
өрістің пішін коэффициентіне байланысты
kf = Bқ1/ Вқ

13.

14. СМ зәкір реакциясы

• Статор (зәкір) орамының МҚК-нің қоздыру
орамының МҚК әсері зәкір реакциясы деп
аталады
• СМ жұмысына зәкір реакциясының әсері
жүктеменің түріне және мәніне
байланысты.
• СГ аралас ( активті-индуктивті немесе
активті-сыйымдылық) жүктемеде жұмыс
істейді.

15. Активті жүктеме( ψ = 0).

• Статор (зәкір)
орамының МҚК-нің
қоздыру орамының
МҚК қорытынды өріске
бұрмалау әсерін
көрсетеді: полюс шеті
жақындағанда магнит
өрісі кемійді, ал төмен
түскен полюс шетінде
күшейеді

16.

• Машинаның магнит тізбегі қаныққаннан
қорытынды магнит өрісі аз болсада кеміп,
магнит жүйесі магнитсіздендіріледі.
• Бұл машинаның ЭҚК Е1 төмендетуіне
келтіреді.

17. Индуктивті жүктеме ( ψ= 90°).

• Статор МҚК F1
машинаның өрісінің
кемітеді.
• Индукті жүктемеде СГ
зәкір реакциясы
бойлық магнитсіздендіру
әсерін келтіреді
• Магнит өрісі
өзгермейді.

18. Сыйымдылық жүктеме ( ψ = - 90°)

• зәкір реакциясы көлденең
- магниттендіру әсерін
келтіреді
• Магнит өрісі өзгермейді.

19. Аралас жүктеме

• СГ аралас жүктемесінде статор тогымен ЭҚК
фаза бойынша ψ1 бұрышына ығысқан, осы
бұрыштың мәндері 0 < ψ1 < ± 90° арасында
жатады.
• Активті-индуктивті жүктемеде ток векторы
ЭҚК векторынан угол 0 < ψ1 < 90° бұрышына
қалып отырады. МҚК F1 векторында 2
құрастырушысы бар: статор МҚК бойлық
құрастырушысы F1d = F1 sin ψ1 және статор
МҚК көлденең құрастырушысы F1q = F1 cos ψ1.

20.

21.

• Активті-сыйымдылық жүктемеде: статор
МҚК көлденең құрастырушысы F1q ,
жүктеме тогының активті
құрастырышысына пропорционал боп
анықталады Iq = I1 cos ψ,
F1q = F1 cos ψ1 ,
• статор МҚК бойлық құрастырушысы F1d,
жүктеме тогының реактивті
құрастырышысына пропорционал боп
анықталады
Id = I1 sin ψ1 ,
F d = F1 sin ψ1

22.

Егер жүктеме тогының реактивті
құрастырушысы ЭҚК фаза бойынша қалып
отырса (активті-индуктивті жүктеме), онда МҚК
F1d генераторды магнитсіздендіреді.
Егер жүктеме тогының реактивті
құрастырушысы ЭҚК фаза бойынша озып
отырса (активті-сыйымдылық жүктеме), онда
МҚК F1d генераторды магниттендіреді.

23.

• Бойлық F1d және көлденең F1q остердің МҚК
зәкір реакциясы СМ магнит өткізгішінде
зәкір реакциясының магнит өрістерін
тудырады.
• Ағындардың негізгі гармоникалары:
-бойлық ось бойынша
Ф1d = F1d / Rмd = F1 sin ψ1/ Rмd
-көлденең ось бойынша
Ф1q = F1q / Rмq = F1 cos ψ1/ Rмq

24.

• Айқын кескілденбеген машиналардың ауа
саңылауы статор кесіні бойынша бір қалыпты,
сондықтан бойлық және көлденең осьтарының
магнит кедергілері бір біріне тең болады
(Rмd = Rмq = Rм).
• Зәкір реакциясының магнит өрістері статор
орамдарынан өтіп зәкір реакциясының ЭҚК
тудырады :
-бойлық ось бойынша
E
1d
-көлденең ось бойынша
j I d xa j I 1 xa sin
E
1q
j I q xa j I 1 xa cos
1
1

25.

• Айкын кескінделген СМ бойлық және
көлденең осьтерінің негізгі
гармоникалардың өрістерінің магнит
кедергілері әр түрлі (Rмq > Rмd):
Rмd = Rм / kd
Rмq = Rм / kq

26.

Айқын кескінделген СМ зәкір реакциясының
ЭҚК келесі өрнектермен анықталады :
Е1d = - j xa kq = - j xad sin ψ1
Е1q= - j xaq kq = - j xaq cos ψ1.
мұнда xad және xaq — айқын кескінделген СМ
зәкір реакциясының индуктивті кедергілер :
-бойлық ось бойынша
xad = xa kd ;
-көлденең ось бойынша
xaq = xa kq.

27. Синхронды генератордың кернеулер өрнегі  

Синхронды генератордың
кернеулер өрнегі

28.

1. Қоздыру орамының МҚК Fқ0, қоздыру
магнит ағынын тудырып Ф0, статор орамымен
қиылысып генератордың негізгі ЭҚК Е0
индуциялайды
2. Бойлық осьтің зәкір реакциясының МҚК F1d
Ф1d магнит ағынын тудырады, ол статор
орамында зәкір реакциясының ЭҚК E1d,
индуциялайды, оның мәні бойлық осьтің зәкір
реакциясының индуктивті кедергісіне хad тура
пропорционал.
Бұл кедергі бойлық ось бойынша зәкір
реакциясының синхронды генератордың
жұмысына әсер келтіруін көрсетеді. Бұл ретте
индуктивті кедергі x1d азайады.

29.

3. Көлденең осьтің зәкір реакциясының
МҚК F1q Ф1q магнит ағынын тудырады, ол
статор орамында зәкір реакциясының ЭҚК
Е1, индуциялайды, оның мәні көлденең
осьтің зәкір реакциясының индуктивті
кедергісіне xaq тура пропорционал
Сопротивление хaq кедергісі машинаның
магнит қанығына тәуелді емес, себебі
айқын кескінделген роторда ағыны Ф1q
негізінен полюс арасындағы саңылаудан
өтеді.

30.

4. Статор орамының сейілу магнит ағыны
Фσ1 статор орамында сейілу ЭҚК Еσ1
индуциялайды, оның мәні статор
орамының фазасының индуктивті сейілу
кедергісіне х1 пропорционал :
E
1
jI1 x1
5. Статор орамындағы ток I1 статор
орамының фазасында активті кедергісінде
r1 активті кернеудің төмендеуін тудырады
U
а1
I 1 r1

31.

• Статор орамында индуцияланған бәрі аталған
ЭҚК геометриалық соммасы, синхронды
генератор шығындарындағы кернеуді
анықтайды :
U1 E I 1 r1
• немесе
U
1
E
E0 E1d E1q E 1 I 1 r1
E
0
E1d E1q E 1
Бұл өрнек айқын кескінделген роторлы
синхронды генератордың кернеулер өрнегі
деп аталады

32.

В неявнополюсных синхронных
генераторах реакция якоря характеризуется
полной МДС статора F1 без разделения ее
по осям, .
ЭДС статора в неявнополюсных машинах
Е1, равная индуктивному падению
напряжения в обмотке статора,
пропорциональна индуктивному
сопротивлению реакции якоря ха .
E
1
j
I x
1
a
.

33.

Зәкір реакциясының ағыны Ф1 және статор
сейілу ағыны Фσ1 бәр токпен тудырылады I1,
сондықтан индуктивті ха және х1 можно
кедергілерді қосынды индуктивті кедергі деп
анықтауға болады
хс = ха + х1,
бұл кедергі айқын кескінделмеген машинаның
синхронды кедергісі деп аталады.
Зәкір реакциясының ЭҚК Е1 және сейілу ЭҚК
Еσ1 қосынды ЭҚК боп анықталады
E
с
E1
E 1 j I 1 xa ( j I 1 x1) j I 1 xc

34.

Айқын кескінделмеген синхронды
генератордың кернеулер өрнегі
U
1
E
I r
1
1
E
0
E
c
I r
1
немесе
U
1
E
E
0
E
c
1

35. Синхронды генератордың векторлық диаграммалары

36. Синхронды генератордың электрмагнит моменті

37.

• Ток I1 тогы магнит ағынын тудырады да, ол
ротормен синхронды айналып синхронды
машинаның қорықты магнит ағынын тудырады.
Қорықты ағынның осі d'—d' ротордың бойлық
осімен d – d түйіспейді: синхронды
генератордың ротордың полюстер осі d - d
машинаның қорықты ағынының осін d’-d’ θ
бұрышына озып отырады, ал синхронды
қозғалтқышта ротордың полюстер осі d - d
машинаның қорықты ағынының осін d’-d’ θ
бұрышына қалып отырады.

38.

• Ротордың магниттелген полюстарымен
статордың айналатын магнит өрісінің
айқындалмаған полюстарының арасында магнит
тартылыс күштері FM пайда болады.
Осы күштің векторы ротордың әр бір полюсіне θ
бұрышына ығысып екі құрастырушыдан турады:
- қалыпты құрастырушысы, ротордың
полюстерінің осьтары бойынша бағытталған
Fн FM cos
- тангенциалды құрастырушысы, ротордың
полюстерінің осі бойынша перпендикуляр
бойынша бағытталған
F F sin
Т
M

39.

Ротордың бәр полюстарындағы
тангенциалды құрастырушылардың
қосындасы F1 синхронды генератордың
роторында айнымалы магнит өрісіне қарсы
бағытталған электрмагнит моментін
тудырады:
M FТ 2 p(D2 / 2) FM D2 p sin
мұнда D2 — ротор диаметрі

40.

Синхронды машинаныі электрмагнит
моменті θ бұрышының синусоидалды
функциясы боп анықталады
M M max sin
мұнда Мmax — θ = 900 электрмагнит
моментің максималды мәні
• Генератордың роторындаңы пайда болатын
электрмагнит моменті жетек
қозғалтқыштың айналу моментіне қарсы
бағытталған болғандықтан тежілі моменті
боп анықталады

41.

PЭМ М 1
мұнда ω1— ротордың бұрыштық айналу жиілігі
Р1 Р0 РЭМ
ЭМ СГ элетрмагнит қуаты жетекші
қозғалтқыштың механикалық қуатының бөлігінің
түрленген активті электр қуаты болып табылады:
РЭМ Р1 Р0

42.

• Генератормен желіге берілетін СГ
шығындарындағы активті қуат:
Р2 т1U1 I1 cos 1 10
3
P2 PЭМ ( РЭ1 Рдоб )
P2 P1 P M1 1 P
• Егер де Р1 Р0 РЭМ өрнегін бұрыштық
жиілікке ω1 бөлсек синхронды генератордың
моментер өрнегін анықтаймыз
М1 М 0 М

43. Синхронды қозғалтқыш

44.

45.

46. Синхронды компенсатор (СК)

• Синхронды компенсатор (СК) реактивті
қуатты өндіруге арналған синхронды
машина.
• Синхронды компенсатор электр жүйенің
қуат коэффициентін жоғарлату үшін
қосылады.