Электр машиналары

 

 

 

 

 

 

17 сурет. Ротор өзекшесін  дайындайтын болат табақшалардың  түрлері

 

 

 

                            

                                 а)              ә)               б)             в)              г)

18 сурет. Пазалардың түрлері

Табақшаның сыртқы периметрі  бойынша, орамдардысалатын, ротордың пазаларын (ойықтарын) түзетін тесіктерді штамптайды. Пазалардың түрлері 18 суретінде кeлтipiлгeндeй түрліше болады. Қуаты үлкен қозғалтқыштардың роторларының ауа алмастыратын салқындауға кажетті тесіктері болады.  Ротордың орамының орындалу құрылымына (конструкциясына) қарай асинхронды қозғалтқыштар қысқа тұйықталу роторлы қозғалтқыш және фазалық роторлы қозғалтқыш деп бөлінеді. Қысқа тұйықталған ротор орамы изоляцияланбаған  мыс немесе жез стержньдерден жасалады, оларды ротордың пазасына (ойығына) орналастырады. Бұл стержньдердің көлденең қимасының түрі пазаның түріндей болады. Қысқа тұйықтау мыс сақиналарымен стержньдердің екі жақ ұштары бекітіледі. Нәтижесінде, ешқандай шығулары жоқ орам алынады (19,а сурет).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19 сурет.

 

Демек, ротордың осы орамын жеке алып қарағанда, ол тиіннің дөңгелегі сияқты, сондықтан ротор орамының осындай оңай түpi «тиін дөңгелегі» деп аталады. 19, а суретінде ротордың қысқа тұйықтау орамы «тиін дөңгелегі» бейнеленген, ол мынадай элементтерден тұрады: 1-стержньдер; 2-қысқа тұйықтау сақиналары.          Қуаты аз (100 кВт-қа дейін) болатын машиналарда ротордың пазаларына балқытылған алюминий құйылады. Мұнда бірден орам стержньдерін, қысқа тұйықтау сақинасын және ауа алмастыру қалақшаларын құяды (19, ә сурет). Ол мынадай элементтерден тұрады: 1- магнит өткізгіштің табақшалары; 2- қысқа тұйықтау сақинасы; 3- ауа алмастыру қалақшалары; 4- стержньдер. Түйіспелі сақиналардан тұратын, үш фазалы орамды катушкалық роторды фазалық деп атайды. Фазалық ротордың орамын статордың орамы секілді изоляцияланған өткізгіштерден дайындайды. 20 суретінде фазалық роторлы асинхронды қозғалтқыш бейнеленген. Мұндағы а,ә - қозғалтқыштың құрлысы; б - электрлік схемасы. 1-статор орамы; 2-корпус; 3-статордыц өзекшеci; 4-шығу қорабы; 5-ротордың өзекшесі; 6-ротордың орамы; 7-түйіспе сақиналар; 8-icкe косу (реттеуші) реостаты.  Ротордың фазалық орамдарының бастапқы ұштары (басы) өздері бір – бірінен және біліктен изоляцияланған, олар білікке отырғызылған түйіспелі сақиналарға қосылады. Түйіспелі (контактылы) сақиналар білікпен бірге айналады. Олардың бетімен щеткалар сырғиды. Щеткаларға жұлдызшалап қосылған реостаттар жалғанады (20, б сурет).

4.  Синхронды  машиналар

     4.1 Жалпы мағлұматтар

Синхронды машина - бұл айнымалы токтың машинасы. Оның қалыптасқан режимінде негізінен энергияны турлендіру процесіне қатысатын магнит өрісінің және ротордың n = 60f/pайналу жиіліктері бірдей болады.

Осы күнгі электр станцияларында электр энергиясын будың немесе гидравикалық турбиналардың көмегімен айналдырылып, қозғалысқа келтірілетін синхронды генераторлар береді.Бірінші жағдайда синхронды генераторлар турбогенераторлар деп, ал екінші жағдайда - гидрогенераторлар деп аталады. Бұлар айнымалы токтың ен ipi машиналары. Қазіргі таңда, Ресейде, Кострома ГРЭС-інде қойылған турбогенератордың қуаты 1200 МВт, кepнeyi 24 кВ. Саян - Шушенск СЭС-ның қуаты 640 МВт. Автономды жұмыс жасайтын электр станцияларында (алыс жерге орналасқан ағаш дайындауда, таулардағы кәсіп орындарында) синхронды генераторлардың қуаты онша үлкен болмайды, олар дизeльдi қозғалтқыштармен немесе газ турбиналарымен айналдырылады. Қуаты жоғары дизельді генераторлар теңіз кемелерінде қолданылады.

Синхронды машиналарды қозғалтқыштар ретінде де қолданады. Синхронды қозғалтқыштардың айналу жиіліктері тұрақты, сондықтан да оларды айналу жиілігін реттеуді қажет етпейтін жағдайда немесе жиілік тұрақты болуға тиіс болғанда қолданылады. Синхронды қозғалтқыштардың қуаты үлкен (50 кВт-тан бірнеше ондаған мың киловатка дейін) болады. Оларды металлургия заводтарында, шахталарда және басқа да қуатты насостарды, компрессорларды, үздіксіз реттелмейтін прокат стандарында да және т.б. қозғалысқа келтірілген жұмыс жасау үшін қолданады. Олардың энергетикалық көрсеткіштеpi өте жоғары (қуат коэффициенті, п.э.к-i) сондықтан бұлар ic жүзінде қолданылу облыстарында басқа электрлік машиналармен салыстырғанда бәсекеден тыс тұрады.

Синхронды генераторлар мен  қозғалтқыштар реактивтік энергияның көзі қызметін де атқара алады. Алайда, тек реактивтік энергияны ғана генерациялауға арналған, синхронды теңгергіш деп аталатын, арнайы синхронды машиналар шығарылады.

Өнеркәсіпте синхронды машиналардың көптеген арнайы түрлepi шығарылады, мысалы, соның ішінде индукторлы машиналар, роторы домалайтын машиналар, полюстері тырнақ тәрізді машиналар адымдаушы қозғалтқыштар және т.б. олардың кұрылымдары (конструкциялары) және қызмет көрсету принциптері электр машиналары жөніндегі әдебиеттерде қарастырылады.

 

   

 4.2 Синхронды машиналардың жұмыс істеу принципі

 

Синхронды машиналарды генератор  және қозғалтқыш ретінде де пайдаланады.

Синхронды генераторлар электр энергиясын өндіреді.Үлкен және кіші станцияларда қойылатын айнымалы ток генераторларының көбісі осы синхронды генераторлар тобына жатады. Бұл генераторлардың қуаты әр түрлі, бірнеше кВ А-дан (жылжымалы электр станциялары) бірнеше жүздеген кВ А-ға (қуатты орталық электр станцияларына) дейінгі аралықта. Синхронды қозғалтқыштардың ең күштілерінің басты атқаратын жұмысы электржетекке (привод) пайдаланылу болып табылады.

21,а және ә - суреттерінде синхронды машинаның құрылысы және қосу схемасы келтірілген.

Синхронды машинаның статорында (2) үш фазалы орам (1) орналасқан (21 сурет), роторда (4) түйіспелі шығыршық және щетка (3) арқылы тұрақты токпен қоректенетін электромагниттер (полюстер) орналаскан. Машинаны қоздыратын, магнит ағынын тудыратын, электромагниттердің орамы (5) коздыру орамы деп аталады. Синхронды машинаның статорыныц асинхронды машинаның статорынан еш айырмашылыгы жоқ, яғни үш (екі полюсті машинада) алты (төртполюстіккте) немесе одан да көп катушкалар бip - бipiмeн салыстырғанда тиісті бұрыштарға ығыстырылған.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 21 сурет. Синхронды машинасының құрылысы және қосу схемасы

 

Ротор 4 қандай да бip п жиілігімен айналғанда, қозу ағыны статор орамының сымдарын кeciп өтеді және оның фазаларында айнымалы жиілікпен өзгеретін   э.к.к-iн индукциялайды.    Статордың фазалық орамдары жұлдызшалап немесе үшбұрыштап қосылуы мүмкін. Бұл жағдайда генератордан үш желілік сым немесе үш желілік және бейтарап (нөлдік) сым шығып, оларға жүктеме қосылады (22 сурет). Соның нәтижесінде үш фазалы синхронды машинаның үш фазалық орамдары кеңістікте 120 бұрышқа ығысады және оларда индукцияланатын э.к.к-i де бip – бipiнeн фазалары бойынша 1/3 периодка ығысады.          

 

 

 

22 сурет.

Егер статордың орамын қандай да бip жүктемеге қосса, онда одан өтетін ток айналу жиілігі болатын айналатын магнит өpiciнтудырады. Бұл өрнекті (10.1) өрнегімен салыстырып п=, болатынын, яғни статордың магнит өрісінжиiлiгiнe тең жиілікпен ротордың айналатынын байқаймыз. Сондықтан да осындай себеппен қарастырылып отырған машиналарды синхронды деп атайды. Мұндай машиналарда қорытқы магнит ағыны қозу орамының және статор орамының магниттеуші күштерінің біріккен әсерінен пайда болып, кеңістікте ол ротордың айналу жиілігімен айналады.                         

4.3 Синхронды машиналардың  құрылысы                   Машинаның құрылымдық схемасы. Синхронды машиналар якорьдің орналасуына қарай қозғалмайтын немесе қозғалатын якорьлар болып бөлінеді.            23 суретінде синхронды машинаның құрылымдық схемасы келтірілген: а – қозғалмайтын якорьмен; ә – қозғалатын якорьмен; 1 – якорь; 2 – якорь орама; 3 – индукторлардың полюстері; 4 – қозу орамы; 5 – сақина және щетка.           Якорьден электр энергиясын бұрып әкету қарапайым болу үшін (23,а сурет), көбіне, қуаты орташа және жоғары машиналарда қозғалмайтын якорьлермен жарақтайды. Якорьден алынатын қуатпен салыстырғанда, қозу қуаты (0,3... 3%) онша үлкен болмағандықтан, eкi сақина арқылы қозу орамына тұрақты токты жеткізу онша қиындық келтірмейді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23 сурет.

 

Қуаты онша үлкен емес синхронды  машиналарды қозғалмайтын роторлы және қозғалатын роторлы етіп жасайды.

Якорі айналатын және индукторы қозғалмайтын (23,ә сурет) синхронды машинаны айналған деп атайды.

24 суретінде якорь қозғалмайтын синхронды машинаның жалпы түрі көрсетілген. Мұндай машиналарда якорь 3 асинхронды машинаның статоры секілді орындалады. Ондағы ойықшаларға үш фазалы орамдар орналастырылады. Якорьдің өзекшесі станина 2-ге престелген; машинаны станинаға бекіту үшін табандар 6 бар. Машинаны суытатын ротор 4-тіңбілегіне бекітілген желдеткіш 5 орнатылған. Берілген жағдайда, синхронды машинаны қоздыру, қоздырғыш (1) арқылы орындалады.

Ротордыңқұрылымы.Якорьлері қозғалмайтын машиналарда ротордың eкі түрліше құрылымдары пайдаланылады: айқын полюсті (айкын көрінетін полюсті) (25,а сурет) және айқын емес полюсті (айқын көрінбейтін полюсті) (25,ә сурет).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24 сурет.

 

Айқын полюсті роторлар, көбіне, төрт және одан да көп санды  полюстері бар машиналарда қолданылады. Қозу орамы бұл жағдайда қимасы тікбұрышты цилиндрлік катушка (2) түрінде орындалады. Бұл катушкалар полюстердіңөзекшесі 3-ке орналастырылып, полюстіңұштары (1) арқылы бекітіледі. Ротор, полюстердіңөзекшелері және полюстіңұштары болат табақщалардан дайындалады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25 сурет. Ротордың құрылымдары

 

Роторының айналу жиілігі 1500 және 3000 айн/мин болатын, қуаты үлкен, eкi полюсті және төртполюсті машиналар, айкын емес полюсті ротормен дайындалады. Мұнда айқын полюсті ро- торды қолдану мүмкін емес, ce6e6i полюстерді және қозу орамын кажетті механикалық бекітудің мықтылығы қамтамасыз етілмейді. Мұндай машиналарда қозу орамы 2 массивті шыңдалған болаттан жасалған ротор өзекшесінің ұяшықтарына орналастырылады және магниттелмеген металл сыналарымен бекітілген.

Центрге тепкіш күштің біразы әсер ететін орамның маңдайлық бөлігі массивті болат құрсаумен (бандажбен) бекітіледі. Шамамен ротордыңәpбip 1/3 полюстік бөліктерінің ойықшалары болмайды; бұл бөліктер үлкен тістерді (4) түзеді, олар арқылы қозу ағындары кіріпжәне шығып тұрады.

Әр түрлі міндеттеріне қарай машиналардың құрылымдық ерекшеліктері. Өздерінің міндеттеріне қарай синхронды машиналар турбогенераторлар, гидрогенераторлар, дизельдік генераторлар және синхронды қозғалтқыштар деп бөлінеді. Машиналардың міндеттеріне қарай бөліну дәрежелері олардың  құрылымын анықтайды.

Тез жүретін бу және газ турбиналарымен айналдырылатын турбогенераторлар айқын емес полюсті болып жасалады. Стандартты 50 Гц жиілікті алу үшін, олар екі полюсте 3000 айн/мин, ал төрт полюсте 1500 айн/мин жиілікпен айналуы керек.

 

 

 

26 сурет.

 

Гидрогенераторлар баяу жүретін турбиналармен айналдырылады. Олардың айналу жылдамдықтары бірнеше ондаған немесе жүздеген айналым минут болады, сондықтан олардың полюстерінің санын көпетіпжасайды (16...96) және роторы айқын полюсті болады. Іштен жанатын қозғалтқыштардан жұмыс жасайтын дизель - генератор және қуаты аз және орташа куатты қозғалтқыштарды көбіне, айқын полюсті, ал қуаты жоғарғылардың айқын емес полюсті eтіп жасайды.  Турбогенераторлардың роторын горизонталь орналастырады. Ол шыңдалған тұтас жоғары сапалы болаттан (26,а сурет) жасалады. Ротордың (3) диаметрі механикалық мықтылығымен және әсер ететін центрден тепкіш күшті шектеу үшін1... 1,5 метр- ден аспау керектігімен анықталады. Алайда, ротордыңұзындығы білігінің (6) вибрация кезінде пайда болатын жіберілуге тиістіиілуіне байланысты шектеледі.      Электромагниттік жүктемені арттыру есебінен, берілген габариттың шектеулер жағдайында және суыту интенсивтігін(cyтeгi және сумен суыту) жоғарлату нәтижесінде, қуаты 300...800 МВА болатын турбогенератор жасауға мүмкіндік болды. Мұндай турбогенераторларда ротор және статор өзекшесі сутегімен салқындатылады. Статор өзекшесінің қысымы 2...3 ат артығымен болады. Оныңce6e6i тығыздалудан ауаның сорылып өтуін және қопарылысқа қayiптi қоспаның түзiлyiн болдырмау, сонымен қатар қуыс өткізгіштер арқылы ағатын сумен статор орамдарын және роторды суыту.  Соңғы кезде синхронды қозғалтқыштар іске қосу орамынсыз, бірақ массивті полюстермен шығарылып жүр. Іске қосу кезінде бұл полюстерде құйынды токтар пайда болып, олар айналатын магнит өрісімен әсерлесіп, айналдырушы моментті тудырады.

 

 

Қорытынды

 

Қорытындылай келе, курстық  жұмысты жазу барысында Қарағанды  Мемлекеттік Университетінің кітапханасы  мен ғаламтор желісінен өзіме  керекті көптеген ақпарат алып, оны  өңдеу арқылы көптеген ақпараттарға ие болдым.           Сонымен, электр машинасы – механикалық энергияны электр энергиясына және керісінше немесе параметрлері белгілі электр энергиясын басқа параметрлі электр энергиясына түрлендіретін машина. Ол токтың тегіне қарай тұрақты ток машинасы (мысалы, тұрақты ток генераторы, тұрақты ток қозғалтқышы) және айнымалы ток машинасы (асинхронды генератор, асинхронды қозғалтқыш, синхронды генератор, синхронды электр қозғалтқышы, коллекторлы генератор, коллекторлы қозғалтқыш) болып, ал пайдалану мақсатына қарай генератор, қозғалтқыш, электр машиналық түрлендіргіш (мысалы, қозғалтқыш генератор, бір зәкірлі түрлендіргіш, фаза түрлендіргіш және т.б.) электр машиналық күшейткіш болып ажыратылады.  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, асинхронды машиналары, синхронды машиналары, қозғалтқыштар мен генераторлар құрылысы мен жұмысын қарастырады. Электр машиналар  электроэнергетика саласында мынандай орындарда кеңінен қолданылады:  өндірісте, транспортта, авияцияда, автоматты басқару және реттеу саласында және құрылыста, механикалық энергияны электр энергиясына және керісінше электр энергиясын механикалық энергияға түрлендіру үшін қолданылады. Тұрақты токтың электр машиналары өзінің қолданылуы саласына қарай механикалық энергияны кернеуі тұрақты болатын электр энергиясына түрлендіретін электр генераторлары және тұрақты токтың электр энергиясын түрлендіретін электрқозғалтқыштары (двигатель) деп бөлінеді. Бұл механикалық энергия іс жүзінде, өндірісте қандай да болмасын орындаушы механизмдерді (станокты, лебедканы, трамвай, троллейбустың, электропоездың және т.б.) іске қосу үшін қызмет етеді.  Кез келген электр машинасына әрі генератор, әрі қозғалтқыш ретінде қолданылатын болады.          Осы электр машиналарының ішінде қазіргі кезде ең қолданыс тапқан үш түрін атап өтуіме болады, олар: транформаторлар, генераторлар және айнымалы тоқ машиналары.