5-ma’ruza sinxron mashinalar, sinxron generatorlar va dvigatellar. Temir yo‘l avtomatika va telemexanikasining elektr mashinalari reja

5.2. SINXRON GENERATORNING
ISHLASH PRINSIPI VA TAVSIFLARI
S inxron generatorlar stator cho‘lg‘amining turi bo’yicha bir fazali, ikki fazali va uch fazali bo‘lishi mumkin. Uch fazali generatorlar eng ko’p tarqal-gan. Uch fazali stator cho‘lg‘ami, bir-biriga nisbatan fazoda 120^° ga siljigan va stator bo’yicha ravon taqsimlangan (5.3-rasm), uchta bir fazali cho‘lg‘amlardan iborat.

5.6-rasm. Sinxron generatorning
elektr magnit sxemasi: C1, С2 va С3
–stator cho‘lg‘amining chiqishlari; Q1, Q2–qo‘zg‘atish cho‘lg‘amining chiqishlari


Birlamchi dvigatel yordamida, generator rotori tezlik n₁ bilan aylanishga keltiriladi. Birlamchi dvigatel sifatida turbinalar (bug’ yoki gidravlik), ichki yonuv dvigatellari yoki elektrdvigatellar qo‘llaniladi.


Rotorning magnit maydoni, rotor bilan birgalikda aylanib, sta-tor cho‘lg‘ami o‘tkazgichlarini kesib o‘tadi va stator cho‘lg‘ami fazalarida qiymati va chastotasi bo’yicha teng, ammo bir-biriga nisbatan faza bo’yicha 120^° ga sil-jigan EYuK E_A, E_B va E_C larni xosil qiladi.
Hosil qilingan EYuK larning chastotalari rotorning aylanish tezligiga to‘g‘ri proporsionaldir.
Stator cho‘lg‘amiga yuklama (energiya imte’molchisi) Z_n ulan-ganda, generator zanjirida tok I_A, I_B va I_C lar paydo bo‘ladi. Shunday qilib, sinxron generator, birlamchi dviga-telning mexanik energiyasini iste’mol qilib, o‘zgaruvchan tok elektr enegriyasini beradi.
Stator cho‘lg‘ami fazasining EYuK ni quyidagi, (5.9) ifodaga o‘xshash tarzda quyidagicha aniqlanadi:
E₁ = 4,44f₁ ω₁k_ω1Ф, (5.3)
bunda, Ф – rotorning aylanuvchi magnit oqimi; ω₁ – stator cho‘lg‘ami faza-larinign o‘ramlar soni; k_ω1 – stator cho‘lg‘amining cho’lg’am koeffitsienti.
Sinxron mashinalarning stator cho‘lg‘amlari qisqartirilgan qadamli taqsimlan-gan qilinadi, bu stator cho‘lg‘amlarida paydo bo‘ladigan EYuK ning egri chizig’idagi oliy garmonikalarni kamyishiga yordam beradi.
Sinxron generatorning chiqishidagi chiziqli EYuK E_ch ning qiymati, statorning faza cho‘lg‘amlarini ulanish sxemasiga bog‘liq bo‘ladi: yulduzga ulanganda E_ch = E₁; uch bursakga ulanganda E_ch = E₁.
Stator cho‘lg‘amlari chiqishidagi kuchlanish U₁ ni yuklamaning qiymati va xarakteriga bog‘liqligi sinxron generatorning tashqi tavsif U₁ = f(I₁) lari bilan aniq-lanadi (5.7-rasm, a), bunda I_q = const, n₁ = const, cosφ₁ = const deb olinadi.
Toza aktiv yuklamada (1-egri chiziq) yuklama tokining ortishi nisbatan katta bo‘lmagan kuchlanishni kamayishi bilan kuzatiladi. Bunday xolat asosan stator cho‘lg‘amining xususiy qarshiligidagi kuchlanish tushishi hisobgiga sodir bo‘ladi.
Induktiv yuklamada (2-egri chiziq) tok I₁ ing ortishi, kuchlanishni jadal kamayishi bilan kuzatiladi. Buni asosan, yakor reaksiyasining magnitsizlantiruvchi ta’siri orqali tushuntiriladi. Va nixoyat, sig‘imli yuklama xarakterida (3-egri chiziq) tok I₁ ing kuchlanish U₁ ni ortishi,bilan kechadi. Bu, yakor reaksiyasini magnit-lantiruvchi ta’siri bilan tushuntiriladi.
Amaliyotda, asosan, qiymat jihatidan o‘zgarmas kuchlanish talab etiladi. Kuchlanish U₁ ni, yuklama o‘zgarganda (tok I₁), o‘zgarmas xolatda ushlab turish uchun, o‘zgarmas tok generatorlari kabi (2.2 ga qarang), qo‘zg‘atish toki I_q ni o‘zgartish yo’li orqali qutblarning magnit oqimini o’zgartirishga murojaat qili-nadi.





5.7-расм. Sinxron generatorning tashqi (а) ва rostlash (б) tavsiflari: 1–aktiv yuklamada; 2–induktiv yuklamada va 3–sig‘imli yuklamada


Yuklama toki I₁ ortganda, aktiv va induktiv yuklama holatida kuchlanish U₁ ni o’zgarmas ushlab turish uchun, tok I_q ni ortirish, sig‘imli yuklama holatida esa – tok I_q ni kamaytirishga to‘g‘ri keladi. I_q = ƒ(I₁) bog‘lanish generatorning rostlash tavsifi deb nomlanadi, bunda U₁ = const va cosφ₁ = const. 5.7-rasm, b da turli yuklamalardagi sinxron generatorning rostlash tavsiflari keltirilgan.


5.3. UCH FAZALI SINXRON DVIGATELNING
ISHLASH PRINSTIPI
Sinxron mashinadagi uch fazali stator cho‘lg‘amini tarmoqga ulaganda, tarmoq chastotasi ƒ₁ ga proporsional bo’lgan aylanish tezligi n₁ bilan aylanuvchi magnit maydoni paydo bo‘ladi:
n₁ = f₁60/p.
Sinxron dvigatelni ishlash prinsipini tushuntirish uchun modelga murojaat qila-miz. Model, ikkita bir-biridan havo tirqishi bilan ajratilgan tashqi va ichki qutblar tizimidan iborat (5.8-rasm). Ichki tizim (rotor) valda o’rnatilgan va aylanishi mumkin.
Agar tashqi tizim qutblari qo‘zg‘almaydigan bo‘lsa, unda o‘zaro tortish kuch-lari sababli, ichki tizim shunday o’rnatilganki, uning qutblari tashqi tizim qutblari ostida qarama-qarshi joylashgan bo‘ladi. Bunda, ichki magnit tizim F_м qutblariga ta’sir etuvchi kuchlar, elektr magnit momentni hosil qilmaydi (5.9-rasm, a), chunki ular qutblarning o‘qi bo‘yicha yo‘nalgan. Agar qutblarning tashqi tizimini uncha katta bo‘lmagan tezlik n₁ bilan aylantirilsa, unda, tashqi tizim boshlang‘ich momenti ichki tizimga nisbatan qandaydir θ burchakga siljiydi (5.9-rasm, b).



5.9-rasm. Sinxron dvigatelning ishlash prinsipiga doir


5.8-rasm. Sinxron dvigatelning modeli

Natijada, kuch F_м, qutb o‘qiga perpendikulyar yo‘nalgan tashkil etuvchi F₁ ga ega bo‘ladi. Kuch F₁ larning to’plamasi ichki tizim (rotor) ning barcha qutblariga ta’sir ko‘rsatuvchi, elektr magnit moment M ni xosil qiladi. Bu moment qutblar-ning ichki tizimini tezlik n₁ bilan aylanishga olib keladi. Shunday qilib, qutblarning ichki tizimi, tashqi tizim bilan sinxron aylanadi.

Uch fazali sinxron dvigatel ko‘rib chiqilgan modeldan shu bilan farq qiladiki, unda qutblarning tashqi tizimi o‘rniga cho‘lg‘amli stator mavjud, u dvigatel tar-moqqa ulangan, rotordagi kabi qutblar soniga ega bo’lgan aylanuvchi magnit may-donini hosil qiladi. Ushbu maydonning rotor qutblari bilan magnitaviy aloqasi tufayli elektrmagnit moment paydo bo‘ladi. Natijada, sinxron dvigatelning stator cho‘l-g‘amiga tarmoqdan keltirilgan elektr energiya, rotorni aylanishning mexanik energiyasiga o’zgartiriladi.
Sinxron dvigatelning rotori faqat, stator maydonining aylanish tezligiga teng bo’lgan tezlik aylanishi mumkin. Haqiqatdan ham, faraz qilinsa, agar dvigatel rotori stator maydoni tezligidan farqlanuvchi tezlik bilan aylansa, unda vaqtning ba’zi bir momentlarida rotor qutblari stator maydonining bir xil nomdagi qutblar ostida bo‘lib qoladi, bu elektr magnit momentini hosil qiluvchi kuchlar F₁ ning tangensial tashkil etuvchilarini yo‘q bo‘lib qolishiga olib keladi.
Bunda, ayrim vaqt momentlarda kuchi F₁ lar shunday yo‘nalishga ega bo‘ladiki, unda elektr magnit moment stator maydoni aylanish yo‘nalishga qarama-qarshi tomonga yo‘nalgan bo‘ladi. Natijada, rotor aylanmaydi.
Sinxron dvigatellarni sinxron tezlik bilan ishlash xossalari ularning o‘ziga xos xusisiyati va boshqa turdagi dvigatellarga nisbatan afvzalligi xisoblanadi. Sinxron dvigatellar o‘zining tuzilishi bo‘yicha sinxron generatorlardan prinsipial jihatdan farq qilmaydi.
Avtomatika tizimlarida magnitoelektrik sinxron dvigatellar keng tarqalgan bo‘lib, ularda rotor qutblari doimiy magnit bilan qo‘zg‘atiladi. Bunday dvigatellar qo‘zg‘atish uchun o‘zgarmas tokni talab etmaydi, birmuncha yuqori FIK ga ega (qo‘zg‘atishdagi isroflar yo‘qligi sababli) va foydalanishdagi ishonch-liligi, chunki ular sirpanuvchi kontaklarga ega bo’lmadi.
Sinxron dvigatelni ishga tushirish. Sinxron dvigatellarning jiddiy kamchiligi, ularda ishga tushirish momen-tining yo‘qligi xisoblanadi. Gap shundaki, rotor inersionlikga ega bo‘lgani uchun, birdan maydon tezligiga teng tezlikni oshira olmaydi. Bunday tezlik faqat stator cho‘lg‘amida tok paydo bo‘lganda o‘rnatiladi. Natijada, rotorning qutblari ustidan statorning turli qutblangan maydoni o‘tadi. Shuning uchun, stator maydoni va rotor qutblari orasida, bir yo‘nalishda ta’sir etuvchi, elektr magnit momentini xosil qilish imkoniyatiga ega barqaror magnit aloqa vujudga kelmaydi.
S inxron dvigatelni ishga tushirish uchun, rotorni dastlab sinxron tezlikka yaqin tezlik bilan aylantirish kerak bo‘ladi. Bu xolda, maydon rotorga nisbatan asta-sekin harakatlantirilganda, rotor sinxronizmga tortiladi, ya’ni u sinxron tezlik – maydon tezligi bilan aylana boshlaydi.
Ishga tushirish momentini olish maqsadida, sinxron dvigatel rotorining qutb uchlaridagi maxsus pazlarda, qisqa tutashtirilgan cho‘lg‘am joylashtiriladi va u ishga tushiruvchi cho‘lg‘am deb nomlanadi. Bu cho‘lg‘am nomagnit elektr o‘tkazuvchan material (mis, alyuminiy va sh.o‘) dan tayyorlangan bir qator o‘zaklardan tashkil topgan. O‘zaklar ikkala tomonidan halqa yoki tasmalar yordamida qisqa tutashtirilgan, ya’ni ular, xuddi asin-xron dvigatellarning qisqa tutashtirilgan rotor cho‘l-g‘amlari kabi bajarilgan.
Elektr magnit qo‘zg‘atgichli sinxron dvigatellar-ning ishga tushirish tartibi quyidagicha.