Laboratoriya işi №5 ÜÇfazali si

Laboratoriya işi № 5

ÜÇFAZALI Sİnxron generatorun YÜKSÜZ İŞ REJİMİNİN tədqİQİ

İşin məqsədi Sinxron generatorun quruluşu ilə tanışlıq, iş rejimlərinin və əsas xarakteristikalarını tədqiqi.

Ümumi məlumat

Rotorun dövrlər sayı statorun fırlanan maqnit sahəsinin sayına bərabər olan olan maşına sinxron maşın deyilir.

Sinxron maşınlar həm generator, həm də mühərrik rejimində işləyə bilər. Sinxron maşınlardan ən çox generator kimi istifadə olunur. Ölkəmizin bütün elektrik stansiyalarında üçfazlı dəyişən cərəyan mənbəyi olaraq sinxron generatorlardan istifadə olunur. Sinxron mühərriklər isə rotorunun dövrlər sayı sabit qalması tələb olunan yerlərdə (səs yazılışında, səs yazan cihazlarda, avtomatik idarə sistemlərində nasos-kompressor qurğularında və s) istifadə olunur.

Sinxron maşın iki əsas hissədən ibarətdir: hərəkət etməyən hissə-stator, fırlanan hissə-rotor. Stator asixnron mühərriklərdə olduğu kimi silindrik ferromaqnit nüvədən və onun daxili səthində uzununa yuvalara sarğıları yerləşdirilmiş üçfazalı dolaqdan ibarətdir. Rotor da silindrik nüvədən və onun üzrərinə bərkidilmiş qütblərdən ibarətdir. Bu qütblərə sarğılar sarınır və bir-biri ilə ardıcıl birləşdirilir. Qütblərdə sabit maqnit seli yaranması üçün rotor dolağına val üzərində bir-birindən izollə edilmiş iki halda və fırçalar vasitəsilə sabit cərəyan verilir. Kiçik güclü sinxron maşınlarla rotor qütbləri sabit maqnitdən hazırlanır. Şəkil 14-1 –də sinxron maşının quruluş sxemi və əsas hissələri göstərilmişdir. Rotor dolağına sabit cərəyan vermək üçün əlavə olaraq sabit cərəyan generatoru tələb olunur, belə generatora təsirləndirici generator, rotor dolağına isə təsirləndirici dolaq deyilir. Böyük güclü sinxron maşınların rotorun sabit cərəyan verən bu əlavə mənbə çox vaxt sinxron maşının valı üzərində oturulur təsirləndirici generatorun gücü maşının gücü 0,5÷3 təşkil edir.

Sinxron generatorun iş prinsipi elektromaqnit induksiya qanununa əsaslanır. Rotor n₀ sürətlə fırlandırılır və təsirləndirici dolağa sabit cərəyan verilir. Bu zaman qütblərdə yaranan Ф₀ maqnit seli də fırlanıb stator dolaqları kəsir və onlarda üçfazlı dəyişən e.h.q induksiyalandırır. Statorun faza dolaqları bir-birinə paralel 120⁰ sürüşdürüldüyü üçün, induksiyalanan e.h.q –lər də fazaca bir-birinə nəzərən  sürüşmüş olacaqdır. Induksiyalanan e.h.q –in sinusoidal formada alınması üçün rotor və stator arasındakı hava aralığında maqnit induksiyasının sinusoidal qanunla paylanması tələb olunur. Bu məqsədlə aşkar görünən qütblü sinxron maşınlarda rotorun qütb başlıqları sinusoidal oxşar formada hazırlanır. Aşkar görünməyən qütblü sinxron maşınlarda isə təsirləndirici dolağın sarğıları rotorun səthi boyunca qeyri-bərabər paylaşdırılır.

Stator dolağında induksiyalanan e.h.q –nin tezliyi, rotoru n_0­ dövrlər sayından və P cüt sayından asılıdır.

Şəkil 5-1 –də göstərilmiş maşının cüt qütblər sayı P=1 yəni bir qütbə aiddir.

Əgər generatorun üçfazlı simmetrik yük qoşularsa, statordolağından üçfazlı cərəyan axıb, fırlanan maqnit sahəsi yaranacaqdır. Maqnit sahəsinin sürəti

Rotorun sürətinə bərabər olacaqdır. Odur ki, bu maşınlara sinxron maşınlar deyilir.

Şəkil 5-1 də göstərilmiş rotorun qütbləri aşkar göründüyü üçün belə maşına aşkar görünən qütblü sinxron maşın deyilir.

Adətən belə konstruksiyalı rotor kiçik sürətlə (50÷750 dövr dəq) fırlanan və qütblər sayı çox olan sinxron maşınlarda tədbiq olunur. Bu onunla izah olunur ki, böyük sürətlərlə yaranan məkəzdənqaçma qüvvəsində belə konstruksiyalı rotor dağıla bilər.

Böyük sürətlə (1000÷3000) dövr/dəq) fırlanan maşınların rototu silindrik formada hazırlanır. Onun xarici sahəsindəki yuvalarda rotor dolağının naqilləri yerləşdirilir. Belə hallar aşkar görünməyən qütblü sinxron maşınlar deyilir.

İnduksiyalanan e.h.q –nin təsirləndirici qiyməti (asinxron maşınlarda olduğu kimi) belə təyin edilir:

E=4,44K_gWfФ₀

Burada K_g –dolaq əmsalı, K_g>1;

W –statorun bir faza dolağına aid sarğılar sayı;

Ф₀–rotorun maqnit selidir.

Əgər sonuncu ifadədə

olduğunu nəzərə alsaq, onda e.h.q

E=

alınır. Bütün sabit kəmiyyətləri bir yeri toplayıb, e.h.q sabiti kimi işarə edək:

Həmçinin n₀=n olduğunu nəzərə alsaq, onda e.h.q üçün aşağıdakı sadələşdirilmiş ifadə alınır:

E=C_en

Bu ifadədədən görünür ki, sinxron generatorun e.h.q rotorun dövrlər sayı və maqnit seli (təsirləndirici cərəyanı) ilə düz mütənasibdir.

Sinxron generator üçün maqnit seli və e.h.q –nin təsirləndirici cərəyandan asılılığının böyük əhəmiyyəti vardır.

Generatorun yüksüz işləməsi zamanı bu asılılıq (şəkil 5-2) polad materialın maqnitlənmə əyrisini xatırladıb, yalnız miqyasla ondan fərqlənir. Bu xarakteristika generatorun yüksüzişləmə xarakteristikası adlanır. Stator və rotor arasında hava aralığının olması yüksüz işləmə xarakteristikasını maqnitlənmə əyrisinə nisbəti düzxətli etmiş olur.

Əgər generatorun stator dolağının Z_Hmüqavimətli yük qoşsaq, onda bir faza üçüngərginliklərin müvazinət tənliyinin aşağıdakı kimi yazmaq olar:

Burada E –statorun bir faza dolağında yüklü rejimdə indukdiyalanan e.h.q –dir;

I –yük cərəyanı;

 –generatorun sıxaclarındakı gərginlik;

R –stator faza dolağındakı gərginlik;

X –stator faza dolağının sinxron induktiv müqavimətidir.

Belə ki, R<

Bu ifadəyə müvafiq olaraq sinxron generatorun vektor diaqramı şəki 5-3 –də göstərilmişdir.

Vektor diaqramından görürük ki, gərginlik  e.h.q  –dən θ bucağı qədər geri qalır, yük artdıqca θ artır və yük bucağı adlanır.

Sinxron generatorun vacib xarakteristikalarından biri də onun xarici xarakteristikasıdır. Sabit n=const sürətlə fırlanan maşının U gərginliyinin I yük cərəyanından (I_T təsirləndirici cərəyan sabit qalmaq şərti ilə) asılılığına xarici xarakteristika U(I) deyilir.

Şəkil 5-4 –də müxtəlif xarakterli yüklər üçün xarici xarakteristikalar göstərilmişdir.

Aktiv və aktiv-induktiv xarakterli yük şəraitində generatorun sıxaclarında gərginliyin aşağı düşməsi,  müvazinət tənliyinin ikinci həddi  artması ilə izah olunur. Gərginliyin qiymətini sabit saxlamaq üçün rotorun fırlanma sürətinin n=const və cosφ –nin sabit qiymətlərində təsirlənmə cərəyanı I_T tənzimlənməsdir.

Şəkil 5-5 –də müxtəlif xarakterli yüklər üçün müvafiq tənzim xarakteristikaları göstərilmişdir.

Sinxron generatorun f.i.ə aşağıdakı ifadə ilə təyin olunur:

Bəzi hallarda xarici moment dəyişdikdə U=const və f=const qiymətlərində sinxron generator sabit güc P=3Uicosφ və dəyişən təsirləndirici cərəyanla işləməsi mümkündür.

Bu rejimə generatorun işləməsini şəkil 5-6 –da bir qədər dəyişdirilmiş və qalın xətlərlə təsvir olunmuş vektor koordiaqramının köməyi ilə izah edək.

Məlum olduğu kimi, təsirləndirici cərəyan I_T artdıqda e.h.q E –də artmış olacaqdır. (bax şəkil 5-2 –dəki asılılığı) Belə ki, gərginliklərin müvazinət tənliyində  şərtinə görə E –nin dəyişkən I stator cərəyanının dəyişməsinə, yəni E artdıqda I də artmasına səbəb olacaqdır. Vektor diaqramında yük cərəyanının yəni qiyməti I^’ vektoru kimi təsvir olunmuşdur. Yəni rejimə müvafiq olan bütün vektorlarnazik xətlərlə göstərilmişdir.


Şəkil 5-4

tutum xarakterli

induktiv xarakterli



induktiv xarakterli

tutum xarakterli

Şəkil 5-5



Şəkil 5-6

I^’ vektoru qurularkən P=Uicosφ və P=const, U=const şərtində Icosφ=const şərtilə Icosφ=const olacağı nəzərə alınıb.

Başqa sözlə desək, cərəyanın yeni qiymətləri şaquli istiqamətdə çəkilmiş A qırıq-qırıq xətti üzrə sürüşüb,  gərginlikvektoruna oeroendikulyar olacaqdır.

Indi isə  vektrorunun hansı kəmiyyət alacağına baxaq. Vektor diaqraından İjx vektorun şaquli ox ilə təşkil etdiyi bucağın φ olduğunu tapırıq. Onun həmin ox üzərindəki proyeksiya Ixcosφ olacaq.  vektorunun həmin ox üzərindəki proyeksiyası isə  olacaqdır. Vektor diaqramından göründüyü kimi bu proyeksiyalar bərabərdir. Onda  yazmaq olar.

Deməli, güc ifadəsini başqa formada yazmaq olar:


Burada  olduğu görünür.

Beləliklə, təsirləndirici cərəyanın müxtəlif qiymətlərində  vektorunun sonu qırıq-qırıq düz xəttinin üstünə düşüb,  vektoruna paralel olacaqdır.

İndi isə  vektorunun hansı kəmiyyət alacağına baxaq. Vektor diaqramından İjx vektorun şaquli ox ilə təşkil etdiyi bucağın φ olduğunu tapırıq.

Onun həmin ox üzərindəki proyeksiyası Ixcosφolacaq.  vektorunun həmin ox üzərindəki proyeksiyası  olacaqdır. Vektor diaqramından göründüyü kimi bu proyeksiyalar bərabərdir. Onda  yazmaq olar.

Deməli, güc ifadəsini başqa formada da yazmaq olar:

Burada  olduğu görünür.

Beləliklə, təsirləndirici cərəyanın müxtəlif qiymətlərində  vektorunun sonu qırıq-qırıq 3 düz xəttinin üstünə düşüb,  vektoruna paralel olacaqdır.

Yuxarıda qeyd olunanlara əsasən və E(I_T) yüksüz işləmə xarakteristikasının işçi hissəsinin düzxətli oldunğundan istifadə edərək I(I_T) asılılığını qurmaq olar ki, buna da generatorun U –şəkilli xarakteristikası (şəkil 5-7) deyilir.

Bu əyrilərdən və vektor diaqramından görünür ki, təsirləndirici cərəyan dəyişməklə, yalnız yük cərəyanı deyil, həmçinin faza sürüşməsi  –də dəyişir. Aktiv yük şəraitində φ=0(cosφ=1) cərəyanının müəyyən qiymətinə yük cərəyanı minimum qiymət alır. Aktiv gücün hər bir qiymətinə məxsus bir ədəd U şəkilli əyri olur. P artdıqca əyri də yuxarıda alınır. Əyrilərin minimum qırıq-qırıq ayrı generatorun aktiv yükə (cosφ=1) işlədiyi rejimə müvafiqdir.

Həmçinin əyrilərdən və vektor diaqramından görünür ki, təsirləndirici cərəyanın kiçik qiymətində generator tutum xarakterli (φ<0), yəni cərəyan gərginliyi qabaqlayan rejimdə işləyir. Bu halda generator tutum xarakterli cərəyan hasil edib şəbəkəyə verir, yəni generator özünü kondensator kimi göstərir. Bu rejimdən bəzən elektrik şəbəkələrinin güc əmsalı cosφ –i yüksəltmək üçün istifadə edirlər.

Generator və onu hərəkətə gətirən mühərrikin sıradan çıxması, mühafizəedici aparatların işə düşməsi və şəbəkəni dayanıqlı işləməsi üçün generatoru şəbəkəyə paralel qoşarkən cərəyanın sıçrayışlı dəyişməsini təmin etmək lazımdır. Bunun üçün generator və şəbkənin uyğun fazalarında ani gərginliklər bərabər olmalıdır, yəni

U_m^sin(ω_шt-ψ_ш)=U_msin(ω_gt-ψ_g)

Deməli, generatoru şəbəkəyə paralel qoşarkən aşağıdakı dörd şərt yerinə yetirilməlidir:

1. 
   Generator və şəbəkəyə gərginliklərinin təsiredici (amplitud) qiymətləri bərabər olmalıdır:
   

U_ş=U_g(U_mş=U_mg)

2.Generator və şəbəkə tənlikləri bərabər olmalıdır:

f_ş=f_g(ω_ş-ω_g)

3. Generator və şəbəkənin başlanğıc fazaları bərabər olmalıdır:

ψ_ш=ψ_g

4. Generator və şəbəkənin fazalar ardıcıllığı eyni olmalıdır.

B

ütün bu şərtlərin yerinə yetirilməsi prosesinə sinxronlaşdırma deyilir. Praktiki olaraq generatoru sinxronlaşdırarkən əvvəlcə rotor nominal bucaq sürəti ilə fırlandırılır ki, bu da tezliklərin bərabərliyini (f_ş=f_g) təmin edir. Sonra təsirləndirici cərəyanı tənzimləməklə gərginliklər bərabərləşdirilir. (U_ş=U_g)

Generator və şəbəkə gərginlik fazalarının üst-üstə düşməsinə sinxronoskop adlı xüsusi cihazla nəzarət edilər. Onun iş prinsipi fırlanan maqnit sahəsinə əsaslanır. Bu cihazın əqrəbi f_ş≠f_g olduqda, tezliklər fərqinə (f_ş-f_g) mütənasib sürətlə, hansının böyük olmasından asılı olaraq bu və ya digər istiqamətdə fırlanır. f_Ş=f_g olduqda əqrəb sıfrın üstündə dayanır. Bu zaman generatoruşəbəkəyə qoşurlar.