Генератор – қозғалтқыш жүйесі негізіндегі электр жетегі

Генератор - қ озғ алтқ ыш (Г - Қ) жү йесі тұ йық талмағ ан, яғ ни кіріс жә не шығ ыс мә ндері бір-бірімен байланыспағ ан басқ ару жү йесінің классикалық мысалы болып табылады. Басқ арылатын қ уат кү шейткіші (Қ К) ретінде шығ ысында ТТҚ (Қ) қ осылғ ан тұ рақ ты ток генераторы (Г) қ олданылады.

Генератор - қ озғ алтқ ыш жү йесіндегі машинаның қ осылу сұ лбасы 2.11 - суретте кө рсетілген.

2.7 – сурет. Генератор - қ озғ алтқ ыш жү йесінің блоктық сұ лбасы

2.7 - суреттегі белгілеулер:

X_кір, X_шығ - кіріс жә не шығ ыс шамалары;

U_LM – генератордың қ оздыру орамасындағ ы кернеуі;

w_қ – қ озғ алтқ ыштың айналу жылдамдығ ы.

Г - Қ жү йесі ө неркә сіпте оның жақ сы реттеу қ асиеттері арқ асында – генератордың (қ озғ алтқ ыштың) якорь кернеуін жә не қ озғ алтқ ыштың қ оздыру тогын басқ арумен кең тарады. Жү йенің ық шамдалғ ан принциптік сұ лбасы 2.8 - суретте келтірілген.

2.8 – сурет. Генератор - қ озғ алтқ ыш жү йесі

М1 – генератор - қ озғ алтқ ыш жү йесіндегі генераторды қ озғ алысқ а келтіретін қ озғ алтқ ыш.

М2 – генератор.

М3 – тә уелсіз қ оздырылатын қ озғ алтқ ыш.

LM2 – генератордың қ оздыру орамасы.

М4 – қ оздырушы (ө зі қ озатын машина).

LM3 – қ озғ алтқ ыштың қ оздыру орамасы.

R1, R2 – реттелетін кедергілер.

S₁ – кері ауыстырып-қ осқ ыш (генератордың қ оздыру орамасындағ ы тогын кері ағ ызу ү шін).

Реттелетін қ уат кө зі ретінде М2 генераторы қ олданылады. М3 қ озғ алтқ ышындағ ы кернеуді реттеуге болады. Жылдамдық ты реттеу ауқ ымдары келесі факторлармен шектеледі:

а) генератордың аз қ оздыру токтарында оның якорь реакциясы ә сер береді;

б) щеткалардағ ы кернеу тө мендеуі 2 В шамасын қ ұ райды;

в) реттеу ауқ ымының тө менгі шегінде жылдамдық тө мендеуі ө седі.

Сондық тан, якорь тізбегі бойынша жылдамдық ты реттеу ауқ ымы 15: 1 - 20: 1 шамасын қ ұ райды. Қ озғ алтқ ыштың ө рісін 2: 1 ауқ ымында азайтуды есепке алсақ, жалпы реттеу ауқ ымы 30: 1 - 40: 1 шамаларын қ ұ райды.

Бұ л жү йенің кемшілігі – қ озғ алтқ ыштың қ уатынан ү ш есе кө п қ ойылғ ан жү йенің жалпы қ уаты. Асқ ан кемшілігі болатын генератор айналмалы тү рлендіргіш болып жұ мыс істейді, бұ л оның тө мен сенімділігінің жә не тұ рып қ алмай жұ мыс істеу мү мкіндігінің шектелуін анық тайды.

Іске қ осқ андағ ы қ озғ алтқ ыштың якорь тогының секіруі оның аса жү ктемелік икемділігін есепке алып рұ қ сат етілген мә нін lI_н қ ұ рау керек, мұ нда I_н – қ озғ алтқ ыштың нақ ты тогы. Іске қ осқ анда қ озғ алтқ ыштың якорь тогын шектеу ү шін R1 толық қ осылғ ан (R2 сырғ ымасы жоғ арғ ы қ алыпта), ал R2 толық ажыратылғ ан (R2 сырғ ымасы тө менгі қ алыпта). R1 кедергісін ептеп азайтқ анда (R1 сырғ ымасын тө менге жылжытқ анда), генератор кернеуі U_Г ө се бастайды, яғ ни қ озғ алтқ ыштың кернеуі U_қ ө седі, ол қ озғ алтқ ыштың айналуына ә келеді.

Генератордың қ оздыру орамасының тогын ө згерту арқ ылы генератор кернеуін U_Г (U_Г1, U_Г2, U_Г3) басқ арумен қ озғ алтқ ышты нақ ты жылдамдығ ына w_Н дейін айналдыруды қ арастырайық. Сипаттамалар қ озғ алтқ ыш ағ ынының нақ ты мә ні Ф_НҚ ү шін кө рсетілген. I₂ – I_Н бө лігі Г - Қ жү йесінің динамикалық иін кү шін жә не қ озғ алтқ ыштың келесі жү ріп кетуіне икемділігін сипаттайды.

Қ озғ алтқ ыштың жылдамдығ ын генератордың кернеуімен реттеу қ озғ алтқ ыштың иін кү ші тұ рақ ты кезде реттеу болып табылады. Қ озғ алтқ ыштың иін кү ші

, (2.21)

мұ нда К – машинаның конструктивті тұ рақ тысы;

Ф_Қ – қ озғ алтқ ыш ағ ыны;

I_Я – қ озғ алтқ ыш тогы.

Реттеудің барлық ауқ ымында машина нақ ты токпен I_Н жұ мыс істей алатынын атап ө ту қ ажет.

Қ озғ алтқ ыштың жылдамдығ ын ағ ынды Ф_Қ азайтумен реттеу қ уат тұ рақ ты кезінде реттеу болып табылады, сонда иін кү ш азаяды, ал қ озғ алтқ ыш жылдамдығ ы ағ ынның Ф_Қ азаюына кері пропорционал ө седі. Қ уат келесі формуламен анық талатын болса,

(2.22)

онда, жылдамдық ты ағ ынын азайтумен реттеу қ уат тұ рақ ты кезіндегі реттеу болады. Якорь кернеуі мен ағ ынын азайту арқ ылы реттеу екі аймақ тық реттеу деп аталады. Генератор кернеуінің полюстері ауысқ анда сипаттамалар абсцисса осінен тө мен орналасады. Кернеудің U_Г полюстерін ө згертумен қ озғ алтқ ышты кері айналдыруғ а болады, оның сипаттамалары III–IV квадранттарда орналасады.

Қ озғ алтқ ыштың механикалық сипаттамалары 2.10 - суретте кө рсетілген. U_ГН-Ф_{Қ 1}; U_ГН – Ф_{Қ 2} сипаттамалары генератордың кернеуі тұ рақ ты кезде қ озғ алтқ ыштың ө рісін азайту режиміне сә йкес келеді. U_ГН – Ф_Қ.Н; U_Г1 – Ф_Қ.Н; U_Г2 – Ф_Қ.Н сипаттамалары қ озғ алтқ ыш ағ ыны тұ рақ ты кезде генератордың кернеуін реттеуге сә йкес келеді.

2.9 – сурет. Г - Қ жү йесінің іске қ осу диаграммасы

U_Г=0 деп белгіленген сипаттама генератордың якорь тізбегінің кедергісі тү ріндегі тежеу кедергісіне қ озғ алтқ ыштың якорь тізбегін тұ йық тау динамикалық тежеу режиміне сә йкес келеді. 2.17 - суреттегі III–IV квадранттардағ ы сипаттамалар жоғ арыдағ ы сипаттамаларғ а ұ қ сас жә не қ озғ алтқ ыш айналуының кері бағ ытына сә йкес. Рекуперативті тежеу – тежеудің негізгі тү рі болады.

2.10 – сурет. Екі аймақ тық басқ ару кезіндегі генератор-қ озғ алтқ ыш жү йесінің механикалық сипаттамалары

Рекуперативті энергияны желіге асинхронды қ озғ алтқ ыш М1 ғ ана бере алады. Рекуперация режимінде М3 машинасы генератор болып істейді. Генератор болып жұ мыс істейтін жә не энергияны желіге беретін М1 машинасын М2 қ озғ алтқ ышы айналдырады. Егер жетек 1-ші нү ктеде жұ мыс істесе, (2.10 - сурет) генератор кернеуін (U_Г=0) нолге дейін тү сіруге болмайды, ө йткені ток lI_Н мә нінен асып тү седі. (тежеу траекториясы II-квадрантта ү зік сызық пен кө рсетілген). Сондық тан тежеудің бірінші қ адамымен қ озғ алтқ ыштың ағ ынын Ф_{Қ 2} мә нінен Ф_{Қ 1} мә ніне дейін ө сіруге болады жә не жетек жылдамдығ ы 1-ші нү ктеден 2-ші нү ктеге дейін тө мендейді. 2-ші нү ктеде қ озғ алтқ ыш ағ ынын Ф_{Қ 1} мә нінен Ф_Қ.Н нақ ты мә ніне дейін ө сіру керек.

Рекуперация режимінде жұ мыс істеп тұ рып, қ озғ алтқ ыш айналу жылдамдығ ын 2-ші нү ктеден 3-ші нү ктеге дейін азайтады. Келесі қ адам якорь тогы lI_Н мә нінен асып тү спеу ү шін генератор кернеуін U_Г мә ніне дейін азайтады. Генератордың кернеуі U_ГН мә нінен U_Г1 мә ніне дейін тө мендеген кезде жетектің жылдамдығ ы 3-ші нү ктеден 4-ші нү ктеге дейін тө мендейді. Жетек II квадрантта жұ мыс істеп тұ рғ анда рекуперативті тежеу режимі орын алады. Генератордың кернеуі U_Г1 мә нінен U_Г2 мә ніне дейін азайғ анда жетектің жылдамдығ ы 4-ші нү ктеден 5-ші нү ктеге дейін тө мендейді. Ары қ арай тежеу жоғ арыдағ ығ а ұ қ сас орындалады. Яғ ни, екі аймақ тық басқ аруда тежеу екі қ адам бойынша орындалады: қ озғ алтқ ыштың ө рісі кү шею жә не генератордың U_Г кернеуі тө мендеу керек, оның ә рқ айсысында тежеу тогының секіруі lI_Н мә нінен аспауы қ ажет.

Шексіз ү лкен қ уатты желіден қ оректенетін тә уелсіз қ оздырылатын ТТҚ – ның электр механикалық жә не механикалық сипаттамаларының тең деулеріне ұ қ сас, Г - Қ жү йесіндегі қ озғ алтқ ыштың электр механикалық жә не механикалық сипаттамаларының тең деуі былай жазылады

, (2.23)

, (2.24)

мұ нда Е_Г – генератордың э.қ.к – сі;

I_Я – якорь тогы;

R_ЯТ – генератор - қ озғ алтқ ыш жү йесі якорь тізбегінің кедергісі;

К – қ озғ алтқ ыштың конструктивті коэффициенті;

Ф_С – қ озғ алтқ ыш ағ ыны;

М – қ озғ алтқ ыш иін кү ші;

w₀ – бос жү ріс жылдамдығ ы;

Dw_С – жү ктеме бар кездегі жылдамдық тың статикалық тө мендеуі.

Генератор э.қ.к – сі келесі формула бойынша анық талады

,

мұ нда Ф_Г - генератор ағ ыны;

w_Г – генератордың айналу жиілігі;

K – генератордың конструктивті тұ рақ тысы.

Г - Қ жү йесі якорь тізбегінің кедергісі R_ЯТ қ озғ алтқ ыштың якорь тізбегі кедергісі R_ЯТ.Қ мен генератордың якорь тізбегі кедергісімен R_ЯТ.Г анық талады

. (2.25)

Генератордың якорь тізбегі R_ЯТ.Г кедергісі генератордың якорь кедергісімен R_Я.Г, генератордың қ осымша полюстері кедергісімен R_{Г.Қ П} жә не генератордың якорінің компенсациялау орамасының кедергісімен R_КО.Г анық талады.

R_ЯТ.Г=R_Я.Г+R_{Г.Қ П}+R_КО.Г . (2.26)

Жалпы жағ дайда, генератор - қ озғ алтқ ыш жү йесінің якорь тізбегіндегі сымдардың кедергісін есепке алу керек. Генератор - қ озғ алтқ ыш жү йесінің механикалық сипаттамасының қ атаң дығ ын шексіз ү лкен қ уатты қ ондырғ ыдан қ орек алатын бө лек қ озғ алтқ ыштың механикалық сипаттамасының қ атаң дығ ымен салыстырғ анда, Г - Қ жү йесіндегі механикалық сипаттамаларында кедергілер R_ЯТ > R_ЯТ.Қ болу есебінен неғ ұ рлым жұ мсақ келеді.

М3 қ озғ алтқ ышының якорь тогы ө скенде М1 асинхронды қ озғ алтқ ышы механикалық сипаттаманың тең деуіне сә йкес ө зінің жылдамдығ ын тө мендетеді. М2 генераторы w_Г жиілігімен айналады (бір білікте), М2 генераторы w_Г мә нінің ө згеруіне сә йкес ө зінің э.қ.к – сін Е_Г тө мендетеді.

Егер айналдырушы қ озғ алтқ ыш ретінде асинхронды машина М1 орнына синхронды қ озғ алтқ ыш қ ойсақ, онда механикалық сипаттамалардың қ атаң дығ ы ө седі, ө йткені жү ктемесі бар синхронды қ озғ алтқ ыш синхронизмнен шық паса, синхронды жылдамдық пен айналады.

Генератор мен қ озғ алтқ ыштың қ оздыру орамасы тізбегіндегі R1 жә не R2 реттеу кедергілерінің қ уатын анық тайық (2.15 - сурет). М2 генераторының қ уаты Р=1000 кВт – қ а тең, қ оздыру орамасының қ уаты орташа генератор қ уатының 5% - ын қ ұ райды, яғ ни 50 кВт болады. Қ уатты Г - Қ жү йелерінде R1 жә не R2 кедергілері едә уір ү лкен болғ андық тан, оларды қ олмен басқ ару қ иын болады. Бұ л жағ дайда машиналардың қ оздыру тізбектері де Г - Қ жү йесімен басқ арылады. Жү йе мұ ндай жағ дайларда квадратты (кубты) Г - Қ жү йесі деп аталады.

Қ оздырушы агрегаттарды басқ ару оның басқ ару қ уатын 2, 5 кВт – қ а дейін азайту есебінен мү мкін болады (50 кВт – тың 5% - ы). Бұ л жү йеде басқ ару қ оздырушы агрегаттарғ а ауыстырылғ ан: М5 – М2 генераторының қ оздырушысы, М6 – М3 қ озғ алтқ ышының қ оздырушысы. М7 – М5 жә не М6 қ оздырушы агрегаттардың айналдырушы қ озғ алтқ ышы.

2.11 – сурет. Г - Қ квадраттық жү йесі

2.11 - суретте LM5 и LM6 қ оздыру орамалары М5 генераторы мен М6 қ озғ алтқ ыш қ оздырушысының қ оздыру орамалары болады. М5 жә не М6 қ оздырушылары ортақ білікпен байланысқ ан жә не М7 асинхронды машинасымен айналдырылады. М3 қ озғ алтқ ышының кері айналуы S1 ауыстырып-қ осқ ышымен орындалады. Г - Қ – ның қ арапайым жү йесімен салыстырғ анда, квадраттық жү йеде жоғ ары реттік дифференциалды тең деулер бар, яғ ни олар ү лкен инерцияғ а ие болады.