ЌАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

 Коммерциялық емес акционерлік қоғамы

Алматы энергетика және байланыс университеті

 

 

 

Цыба Ю.А.

Алмуратова Н.К.

 

 

 

АВТОМАТТЫ ЖҮЙЕЛЕРДІҢ АРНАЙЫ

ЭЛЕКТР МАШИНАЛАРЫ

 

Оқу құралы

 

 

 

 

Алматы 2011

УДК 378 (075.8):621.312/313

ББК 32.96-04Я73

Ц 93 Автоматты жүйелердің арнайы электр машиналары. Оқу  құралы.

Цыба Ю.А., Алмуратова Н.К

АЭжБУ: Алматы, 2011 - 87 бет.: Без.75, әдеб. көрсеткіші. – 7 атау.

 

 

ISBN 978-601-7098-96-4

        

«Автоматты жүйелердің арнайы электр машиналары» курсы бойынша жасалған оқу құралы оқу бағдарламаға сәйкес өңделген. Оқу құралы электрэнергетикасы мамандықтарына арналған, жұмыстың теориялық сұрақтары және электр машина қондырғысының автоматты жүйелеріндегі кеңінен қолданылатын сапалы элементтер қарастырылған. 

Оқу құралы электрэнерегтикасы мамандықтарының барлық оқу түрлеріне арналған.

 

ББК 32.96-04Я73

 

  

Пікір беруші: ҚазҰТУ доценті, техн. ғыл. канд-ы. Қ. Тергемес. техн.ғыл.д-ры, проф.  П.И.Сагитов.

  

 

“Алматы энергетика және байланыс университетінің” коммерциялық емес акционерлік қоғамының 2011 ж. қосымша жоспары бойынша басылады.

  

ISBN 978-601-7098-96-4

 

 

 © “Алматы энергетика және байланыс университетінің” КЕАҚ, 2011 ж.

 

Мазмұны

 

Кіріспе                                                                                                                        5

1 Электр машиналары6

1.1 Электр машинасын тағайындау және оның классификациясы                     6

1.2 Электр машинасының конструкциялық орындалуы                                      9

1.3 Тұрақты ток электр машин алары                                                                   12

1.3.1 Жалпы мағлұматтар                                                                                       12

1.3.2 Тұрақты ток электр машиналарының құрлысы                                          12

1.3.3 Электрмагниттік моментті түсінігі                                                               14

1.3.4 Якорь рекциясы                                                                                              15

1.3.5 Тұрақты ток машиналарының түрлері                                                         16

1.4 Тұрақты ток машиналарының сипаттамалары                                               16

1.5 Айнымалы ток электр машиналары                                                                19

1.5.1 Жалпы мағлұматтар                                                                                       19

1.5.2 Үшфазалы асинхронды машиналардың құрлысы және жұмыс істеу қағидалары                                                                                                               20

1.5.2.1 Құрлысы                                                                                                       20

1.5.2.2 Жұмыс істеу қағидалары                                                                            21

1.5.2.3 Негізгі сипаттамалары                                                                                23

1.5.3 Бірфазалы асинхронды қозғалтқыш                                                             23

1.5.4 Орамы қысқа тұйықталған бар бірфазалы қозғалтқыш                             26

1.5.5 Үш фазалы синхронды машиналардың құрлысы, жұмыс қағидалары және жалпы сипаттамалары                                                                                   28

1.5.5.1 Машиналардың құрылысы                                                                         28

1.5.6 Бір фазалы синхронды машиналар                                                               32

1.5.7 Қадамдық және индуктивті электр қозғалтқыштар                                    34

1.6 Электр машиналық датчиктер                                                                         37

1.6.1 Тахогенераторлар                                                                                           37

1.6.2 Айналмалы трансформаторлар                                                                     39

1.6.3 Синхронды байланысты индуктивті машиналар (сельсиндер)                 41

1.6.3.1 Сельсиндердің жұмыс істеу қағидасы                                                      41

1.6.3.2 Индикаторлы жұмыс режімі                                                                      42

1.6.3.3 Трансформатор режімі                                                                                43

1.6.3.4 Сельсиндер құрылысы                                                                                44

2 Электрқозғалтқыштың  механикалық сипаттамалары және оның параметрлері                                                                                                            46

2.1 Негізгі қағидалар                                                                                                                     46

2.2 Параллель қоздырылудағы тұрақты ток электр қозғалтқышының  механикалық сипаттамалары                                                                                48

2.2.1 Сипаттамалар теңдеуі                                                                                   48

2.2.2 Зәкір тізбегінің кедергісіне және қозғалтқыш сипаттамасының магнит ағынына, желідегі кернеудің әсері                                                                        51

2.2.3 Генераторлық жұмыс режімі                                                                         52

2.2.3.1 Рекуперативті тежелу                                                                                 53

2.2.3.2 Динамикалық тежелу                                                                                  54

2.2.3.3 Қарсы қосылудағы тежелу                                                                         56

2.3 Тұрақты ток электрқозғалтқышының тізбектей қоздырылудағы механикалық сипаттамасы                                                                                     57 

2.3.1 Сипаттамалық теңдеуі                                                                                   57

2.3.2 Генераторлық жұмыс режімі                                                                        60

2.4 Тұрақты ток электрқозғалтқышының аралас қоздырылудағы механикалық сипаттамсы                                                                                                               61

2.5 Асинхронды қозғалтқыштың механикалық сипаттамсы                              63

2.5.1 Сипаттамалық теңдеуі                                                                                   63

2.5.2 Асинхронды қозғалтқыштың сипаттамасына әсер ететін бірнеше параметрлер                                                                                                             67

2.5.3  Генераторлық жұмыс режімі                                                                       69

2.6 Синхронды электрқозғалтқыштың механикалық және бұрыштық сипаттамасы                                                                                                            72

3  Электр машиналарының жылдамдығын реттеу әдістері мен электрлік түрлендіргіштер                                                                                                      75

3.1 Электрлік түрлендіргіштерді тағайындау                                                       75

3.2 Қорек көздері                                                                                                     76

3.3 Электр түрлендіргіштің негізгі функциялары                                                76

3.4 Басқарылатын және басқарылмайтын түрлендіргіштер                                77

3.5 Реверсивті және реверсивті емес түрлендіргіштер                                        78

3.6  Параллель қоздырылатын тұрақты ток электрқозғалтқышының жылдамдығын реттеу әдістері                                                                               78

3.6.1 Зәкір тізбегіндегі кедергіні өзгерту                                                              78

3.6.2 Магнит ағынын өзгерту                                                                                 78

3.6.3  Келтірілген кернеуді өзгерту                                                                       80

3.7 Тізбектей қоздырылатын тұрақты ток электрқозғалтқышының жылдамдығының реттеу әдістері                                                                          80

3.7.1 Зәкір тізбегіндегі кедергіні өзгерту                                                              80

3.7.2 Қозғалтқыштың магнит ағынын өзгерту                                                     80

3.7.3 Келтірілген кернеуді өзгертудегі реттеу бөлек басқарылатын түзеткіштің көмегімен                                                                                                                 80

3.8 Асинхронды электрқозғалтқыштың жылдамдығын реттеу әдістері           81

3.8.1 Ротор тізбегіне активті кедергіні еңгізудегі реттеу                                    81

3.8.2 Полюстер санын ауыстырудағы реттеу                                                       81

3.8.3 Жиілікті өзгертудегі реттеу                                                                           83

3.8.4 Келтірілген кернеуді өзгертудегі реттеу                                                      83

Әдебиеттер тізімі                                                                                                     85

  

 

Кіріспе 

Электр машиналары тек электр энегриясын ғана өндіріп қоймай, ол жоғарғы экономикалық түрлендіргішті механикалық жолмен іске асырады және де автоматты басқару  мен реттеу жүйесінде үлкен рөл атқарады.

Әсіресе қуаты аз машиналарда кеңінен қолданылады, олар микромашиналар деп аталады, яғни ол автоматты жүйеде ең қауіпті функцияларды орындайды, тез әсер ететін жетекті қамсыздандырып, бірнеше өстердің айналуын сәйкестендіреді, аз қуатта сигналды күшейтіп, электр сигналдарындағы бұрыштық ауыспалықты түрлендіреді және басқа да электр механикалық түрлендіргіштерді іске асырады.

Көрсетілген жүйенің эксплуатациясын жасауда, проектілеумен айналысатын мамандар, жұмыстың негізгі және электрлік микромашинаның негізгі типтерінің сипаттамасын, әсер ету принципін, оның құрылысын жақсы білулері керек, себебі керекті машинаның түрін дұрыс таңдап алып, оған сәйкес келетін эксплуатациялық режімді орнатулары қажет.

Бұл оқу құралында жұмыстың теориялық сұрақтары және электр машинасының автоматты жүйелеріндегі қондырғылардың кеңінен қолданылатын сапалы элементтері қарастырылған. 

 

 

1 Электр машиналары

 

1.1  Электр машинасын тағайындау және оның классификациясы

 

Электрмагниттік индукция құбылысында және электр энергиясын механикалық энегрияға түрлендіретін, немесе керісінше жағдайға арналған машина түрі электрлі деп аталады [3,4,5,6].

Электр машиналары мынандай түрлерге бөлінеді:

-электр генераторлары, механикалық энергияны электр энергияға түрлендіреді. Генераторлар электрлік тораптарда орнатылады, яғни айналыс булық және гидравликалық трубинаның көмегі болатын жерде. Сонымен қатар олар, әртүрлі транспорттық қондырғаларда кеңінен қолданылады, мысалға автомобильдерде, ұшақтарда, тепловоздарда, кемелерде, қозғалмалы электр тораптарында және т.б., яғни айналыс ең бастысы қозғалтқыштың ішкі жануында және газдық трубинаның көмегімен болатын жерде. Байланыс қондырғыларында, автоматикалық қондырғыларды, өлшеуіш техникасында және т.б. жерлерде генератор жарық көзі ретінде қолданылады;

- электр қозғалтқыштары, электр энергиясын механикалық энергияға түрлендіреді. Электр қозғалтқыш әртүрлі машиналардың айналуында кездеседі, яғни механизмдер және қондырғылар, ауыл шаруашылықта, байланыстарда, транспорттарда, әскери жұмыстарда және өндіріс орындарында қолданылады. Қазіргі кезде автоматты басқару жүйесінде реттемелік және бағдарламалық органдарда орнықты қолданылады;

-электр машиналық түрлендіргіштер, айнымалы токты тұрақты токка немесе керісінше түрлендіреді, айнымалы және тұрақты ток кернеулерін, сонымен қатар жиілікті, фазалар санын т.б. өлшейді. Электр энергиясын таратуда және беру жүйелерінде, авиацияда, өндірістерде, транспорттарда және әскери жұмыстарда кеңінен қолданылады;

-сигналды электр механикалық түрлендіргіштер,  түрлендіруші және күшейтуші әртүрлі сигналдар. Бұл түрлендіргіштер, электрлі микромашинаның түрлерінде кездеседі, автоматты реттеу жүйелерінде, сонымен қоса өлшеуіш және әртүрлі сапалы датчиктердің есептеп шығарушы қондырғыларында, функционалды түрлендіретін аспаптарда, дифференциялдаушы және интегралдаушы элементтерде, салыстырмалы және реттеуші органдарда т.б. жерлерде кеңінен қолданылады.

Электрлік микромашиналардың орындалу функцияларының сипаттамаларына байланысты мынандай негізгі топтарға бөлінеді.

- орындаушы қозғалтқыштар, валдың механикалық айналмасында электрлік сигналды түрлендіреді, яғни белгілі бір команданы қайта жасау.

- тахогенераторлар, механикалық айналымды электрлік сигналға түрлендіреді, кернеудің айналу жылдамдығына пропорционал.

 - айналмалы трансформаторлар, шығысына кернеу беретін ротордың бұрыштық айналу функциясына пропорционал, мысалға бұрыштың косинус, синусына немесе бұрыштың өзіне

- синхронды бйланыстағы машиналар, синхронды және синфазалы бұрылысты немесе өстерде байланысы жоқ екі механикалық айналымдарды іске асырады.

- жалпы қозғалыстағы микроқозғалтқыштар, әртүрлі жетектегі аз қуатты механизмдерде өздігінен жазатын аспаптарға, желдеткіштерге, әуен орталықтарында, насостарға және т.б қызмет жасайды.

Электр машиналары айналғыштық қасиетке ие болады. Айналмалы электр машиналары  генератор түрінде сол сияқты қозғалтқыш режімінде де жұмыс жасайды және бір режімнен екінші режімге ауысады, энергия бағытын өзгертеді.  Әдетте, электрмашина жасау заводтарында машиналар тек бір түрлі режімде жұмыс жасауға арналған, мысалға генератормен немесе қозғалтқышпен. Мұндай жағдайда электр машинаға керекті шартты таңдап аламыз, материалды рационалды пайдалануға қол жеткіземіз, салмағын азайтып ПӘК жоғарылатамыз. Кездейсоқ реттілікте электр машинасының қозғалтқыштық және генератор режімінде жұмысын қайта қарастырамыз. Мұндай шарттар негізінде,  электр жетегінде, яғни генератор режімін тежеу мақсатында қолданған кезде орын алады.

Электр машиналары өндірістің көптеген саласында кеңінен қолданылады. Олар энергияны түрлендіреді, сонымен қатар әртүрлі электірлік және басқа да сигналдарды іске асырады. Оның жетістіктері жоғарғы ПӘК болып табылады, 95-99 % қуатты электр машинасының жетістігінде, аз салмақ және үлкен өлшеммен салыстырғанда, сонымен қоса материалдарды жақсы пайдалануда.

Электр машиналары әртүрлі қуаттарда орындалады: (аз ваттан жүздеген мегаватқа дейін) айналу жылдамдықтарында,  токтың әртүрінде, сондай-ақ әртүрлі кернеу мен жиілік өлшемдерінде. Олар жоғары сенімділікте, қарапайым басқару мен қызмет етуде, энергияны өндіру мен шығару жағдайында, сондай-ақ үлкен сериялық өндірісте және азғантай бағада сипатталады.

Токтың түріне байланысты электр машинасы тұрақты және айнымалы болып бөлінеді.

Айнымалы ток машинасы тәуелділігі өзінің  электрмагниттік жүйесінде асинхронды, синхронды және коллекторлы болып бөлінеді. Оған трансформаторда қатысты - статикалық электрмагнитті аппараттар, энергияның түрлендіру процесі кезінде көптеген жағдайға   айналмалы электр машинасы керек.

Траснформаторлар кернеуді түрлендіру кезінде  жүйедегі электр энергиясын шығару мен бөлшектеуде және түзеткіш қондырғыларда, есептеуіш техникада, функционалды түрлендіргішті (айналмалы трансформаторлар) өлшеуде және т.б.  кеңінен қолданылады.

Асинхронды машиналар басты мақсатта үш фазалы электр қозғалтқышында пайдаланылады. Қондырғының қарапайымдылығы мен жоғарғы сенімділігіне байланысты, техниканың әртүрлі саласында   қолданылады. Бір және екі фазалы асинхронды қозғалтқыштар автоматты реттеу жүйесінде кеңінен қолданылады, асинхронды тахогенераторлар, сондай-ақ сельсиндер, синхронды бұрылысты немесе механикалық өстегі бір-бірімен байланысы жоқ бірнеше айналымдарды іске асырады.

Синхронды машиналар айнымалы ток генераторы мен электр қозғалтқышында пайдаланылады. Автоматика қондырғысында қуаты аз әртүрлі синхронды машиналар кеңінен қолданылады (реактивті, тұрақты магнитімен, гистерезистік, қадамдық индукторлы және т.б.).

Айнымалы ток коллекторлы машинасы салыстырмалы түрде аз қолданысқа түседі, ең бастысы қозғалтқыш ретінде. Олар күрделі конструкцияға ие және ұқыпты түрде күтуді қажет етеді. Автоматика қондырғысында, сонымен қатар электртұрмыстық аспаптарда, тұрақты және айнымалы токта жұмыс істейтін әмбебап коллекторлы қозғалтқыштарда қолданылады.

Тұрақты ток машинасы генераторда, қозғалтқыштарда, электр машиналық күшейткіштерде, электр сигналының айналу жылдамдығын түрлендіруде (тахогенераторлар), кернеуді түрлендіруде қолданылады. Соңғы жылдардағы дамуға байланысты басқарушы жартылайөткізгіштік түрлендіргіштерде, тұрақты ток қозғалтқышының электржетегінде кеңінен пайдаланылады.

Айналмалы электр машиналық түрлендіргіш, бір немесе екі бөлек  электр машина түрінде орындалады (қозғалтқыш және генератор), бір бірімен механикалық байланысы бар, электр жетегінің жүйесінде қондырғыны қоректендіруге байланысты және әртүрлі раиотехникалық қондырғыларда және т.б. кеңінен пайдаланылады. Соңғы жалдарда олар статикалық жартылайөткізгіштердің түрленін ығыстырып, яғни айналмалы машина түріндегі меншікке ие болады.

Қуатына байланысты электр машиналары мынандай түрге бөлінеді:

- микромашиналар,   қуаты аз ваттан »500 вт ие. Бұл машиналар тұрақты және айнымалы токта жоғарғы және қалыпты жиілікте (400 ÷ 500) жұмыс жасайды;

- қуаты аз машиналар -0,5 тен 10 кВт -қа дейін. Бұлар тұрақты және айнымалы токта жоғарғы және қалыпты жиілікте жұмыс жасайды;

- орта қуатты машиналар – 10-нан бірнеше жүздеген киловаттқа дейін;

- үлкен қуатты машиналар – жүздеген киловаттан жоғары.

Жоғарғы және орта қуатты машиналар қалыпты жиіліктегі айнымалы және тұрақты токпен жұмыс істеуге арналған. Тек бірнеше арнайы жағдайларда (авиация, теңіз флоты және т.б.), кейде жоғарғы жиіліктегі қуатты машиналар қолданылады.

Машиналар айналу жылдамдығына байланысты мынандай түрлерге бөлінеді:

-        баяу жүрісті, айналу жылдамдығы 300 айн/ мин;

-        орташа тез жүрісті -300 ÷1500 айн/мин;

-        тез жүрісті -1500÷6000 айн/мин;

-        жоғары тез жүрісті 6000 айн/мин жоғары.

Микромашиналар жылдамдықтарын бірнешеден 30 000айн/минға дейін жеткізеді; ал жоғары және орта қуатты машиналар  әдетте - 3000 айн/мин.

 

1.2 Электр машинасының конструкциялық орындалуы

 

Айналатын электр машинасында негізгі конструкциялық элементтер мынадай болады: магнитті жүйе, статор және ротор орамасы, коллектор (тек тұрақты ток машиналарында және коллекторлы машиналарда), салқындатуға арналған құрылғы, сондай-ақ айналатын моментті роторға (генератордан) немесе өзінен (қозғалтқыштан) алмастыру және жіберуде машина конструкциясының мықтылығы мен беріктілігін қамтамасыз ететін механикалық элементтер.

Магнитті жүйе араларында ауалы саңылауы 3 болатын статор 1 (1 суретті қара) және ротордан 4 тұрады.  Статорда және роторда 2 және 5 орамдар орналасқан. Кейбір машиналарда орамдардың біреуі (қоздырғыш) қатыспайды және оның орнына тұрақты магнит қолданылуы мүмкін.

    Машинаны салқындату көбінесе ротордағы желдететін арна жүйелерінде, салқындататын ауа өтетін статор және коллекторда жүзеге асырылады. Бұл ауа сыртқы желдеткіштен немесе ротордың білігіне орнатылған желдеткіштен 9 түседі.

Кейбір жағдайларда салқындату орнына қандай да бір басқа салқындату (су, керосин, сутегі) қолданылуы мүмкін. Конструкцияның механикалық  элементтері өзіне корпус 10 (машинаның қозғалмайтын бөлігі) подшипниктер

                

1 сурет - Айналатын электр машинасының конструкциялық сұлбасы

        

6, подшипник щиті 7 және басқада мықтылауға арналған детальдардан және ротор білігінен 8 тұрады. Айнымалы ток машинасында корпус тек конструкцияның механикалық элементі болып табылады.  Сондықтан, ол ферромагнитті материал (шойын, құйылған болат, балқыту конструкциясы), жеңіл алюминий қоспасы сияқты орындалады. Тұрақты ток машинасында корпус магниттік сым бөлігінің және міндетті түрде бір ферромагнитті материал қызметін атқарады. Электр машиналарында үлкен және орташа қуатты подщипник щиттері шойыннан, ал микромашина мен қуаты аз машиналарда алюминий қоспаларынан дайындалады.

 

 

            

1-корпус; 2-статор пакеті; 3-ротор жүрекшесі; 4-білік; 5-ауа саңылауы; 6- қоздыру орамы; 7-полюс.

2 суретАйнымалы және б) және тұрақты (в) ток машинасының статоры және роторы

 

Айнымалы ток электр машинасының көбі статор және ротор (2 а және б суретті қара) жалпы пакетке жиналған бір-бірінен жекеленген электртехни- калық шойын кесегінен орындалады.

Ротор пакеті сығылған жағдайда екі басу шайбасымен тұра алады және білікке преске салып орнатылады. Сонымен бірге, статор пакеті екі басылатын шайбамен бекітіледі және машина корпусына салынады. Өстік айналуды болдырмау үшін және бұрыштық орын ауыстыру үшін статор пакеті корпусқа сына, сторпорлық түйреуіштермен және т.б. бекітіледі.

Тұрақты ток машиналарында (2 в суретті қара) ротор айнымалы ток машинасы сияқты орындалады. Статорда сонымен бірге, қоздырудың магниттік ағынын тудыратын катушкалы полюс орналасқан. Полюстер жеке жапырақтардан (бір-бірінен жекеленген) жиналған. Роторға байланыстылығы жағынан полюс бөлігі аса кең іске асады және полюстік ұш деп аталады. Ол катушканы ұстап тұру үшін, сонымен қатар ротор беті бойынша магниттік ағынның жақсы бөлінуіне қолданылады

Синхронды машинаның кейбір түрлерінде (полюспен анық көрсетілген машиналарда) роторда цилиндрлік катушкалы полюс орналасқан, оның конструкциясы тұрақты ток машинасының статор конструкциясы тәрізді болады.

 

                 

 

1-ротор жапырағы; 2-тіс (зубец); 3-паз; 4-желдеткіш арна; 5-білік астындағы тесік; 6-статор жапырағы; 7-полюс жапырағы; 8-түйреуіш астындағы тесік; 9-орнатылатын стержень астындағы тесік; 10-полюстік ұш; 11-полюспен бірге корпус жапырағы.

3 сурет - Ротор (а), старор (б) жапырағы, полюстер (в) және полюспен бірге корпус жапырағы,

 

Статор және ротор жапырағы 0,35-тен 1мм-ге дейінгі қалыңдықтағы электртехникалық болаттан жасалады. Барлық түрдегі машина роторын  және айнымалы токтағы машина статорын дайындау үшін 0,35 және 0,5 мм қалыңдықтағы жапырақтар, тұрақты токтағы машина полюсын дайындау үшін  және синхронды машиналар үшін 0,5 және 1 мм қалыңдықтағы жапырақтар қолданылады.

Өте қуатты қозғалтқыштардың жапырақтары бір-біріне қатысты арнайы лакпен тұйықталады, аз және орта қуатты асинхронды машинаны дайындауда  жапырақтары тұйықтамайды, себебі олардың беткі жағындағы  айырушы жеткілікті. Жапырақтар пішініне (кескін) сәйкес келетін штампымен мөрленеді.   

Біруақытта ротор және статор жапырақтарын дайындауда статор және ротор орамдарының өткізгіші жатқызылған паздар мөрленген жапырақтың кесілген сыртқы контуры (3 а және б суретті қара), сонымен бірге, ауаны салқындатушы үшін желдеткіш арналар (ротор жапырағында) қажет етеді.

Полюс жапырақтарында (3 суретті қара) түйреуіш астындағы немесе орнатылатын стержень астындағы саңылаулар кесіледі. Осы бөлшектердің көмегімен жапырақтар жалпы пакетке бекітіледі. Микромашинаны дайындауда корпус және полюс қатарына бір жалпы пакет түрінде орындалады, ол талап еткен конфигурация бойынша мөрленген жапырақтардан жиналған (3 г суретті қара).  

 

1.3 Тұрақты ток электр машиналары

 

1.3.1 Жалпы мағлұматтар.

Электр машинасы әртүрлілігіне байланысты екі топқа бөлінеді:

а) электр машинадағы – генераторлар, электр энергиясын өндіреді;

б) электр машинасындағы - қозғалтқыштар, электр энергиясын механикалық энергияға түрлендіреді.

Электр генераторының әсер ету принципі электрмагниттік индукция заңына негізделген, ол былайша өрнектеледі: «Магнит ағынының барлық өзгерісі контурдан өтеді, бұл контурда электр қозғаушы күші (ЭҚК) еңгізіледі». Осы электр қозғаушы күшін пайдалана отырып, механикалық энергияны электр энергиясына түрлендіреді.

Егер магнит ағыны өткізгіште қилысатын болса, яғни электр тогы ағатын, онда бұл өткізгішке механикалық күш әсер етеді, мұндай жағдайда электр энергиясын механикалық энергияға түрлендіруге жол береді. Бұл принципте жұмыс жасайтын электр машинасы қозғалтқыш болып табылады.

 

1.3.2 Тұрақты ток электр машиналарының құрлысы.

Тұрақты ток машинасы қозғалмайтын және айналмалы бөліктерден тұрады, ол сатор және якорь деп аталады.

Тұрақты ток генераторының әсер ету принципін 4 суреттен көреміз. 1 жиектің айналуында магнит өрісінің ФВ ағынында электр қозғаушы күші болады, яғни t уақытқа тәуелді синусоида заңымен өзгертіледі (4 суретті қара). 2 коллекторлы табақшаның жиектерін жалғастырамыз, бұл кезде жиектің айналуында екі қозғалмайтын щеткаға әсер етеді 3. Щеткалардың көмегімен коллекторлы  табақшалар RП жүктемесімен байланысады.

 

1- жиек; 2 –коллекторлы табақшалар; 3 – щеткалар.

4 сурет - Тұрақты ток генераторының қарапайым үлгісі

 

Бұл кезде жүктеме шынжырында пайда болатын электр қозғаушы күші бағытына қарай тұрақты болады, бірақ өлшемі өзгереді (тамырланушы-пульстік) (5 б суретті қара). Коллекторлық табақшалардың көмегімен айнымалы токты тұрақты токқа түрлендіру болады.

Электр қозғаушы күштің пульсациясын төмендету үшін (5 в суретті қара) коллекторла табақшалар мен жиектер санын күшейту керек. Сонымен, 16 жұп коллекторлы табақша 1% -ға пульсацияны төмендетеді.

Генератордың электр қозғаушы күшінің өлшемі мынаған тең

 

                                      ,                                                            (1)

 

мұндағы: В – магнит индукциясы;

l – жиектің активті бөлігінің ұзындығы;

ν – жиектің активті бөлігінің ауыстыру жылдамдығы.

Электр қозғаушы күштің бағыты оң қол ережесімен анықталады: алақанымызды магнит индукциясының сызығы кіретіндей етіп қоямыз, ал үлкен саусақ өткізгіштің қозғалу бағытын көрсетеді, сонда созылған төрт саусақ электр қозғаушы күштің бағытын көрсетеді.

 

   

5 сурет - Генератор жиегіндегі электр қозғаушы күштің өзгеруі (а), щеткадағы екі коллекторлы генератор (б), щеткадағы көп коллекторлы тұрақты ток генераторы (в)

 

Генераторды қозғалтқыш режіміне ауыстыру үшін, якорь және статордың қоздыру орамдарын сыртқы жарық көзінен электр тогын ауыстырып қоямыз.  Бұл жағдайда сыртқы жарық көзінің электр энергиясы якорь айналымындағы механикалық энергияны түрлендіреді. Қоздыру орамадағы ток ағымы - IВ полюстердің магнит ағымын тудырады, яғни якорь орамындағы жұмыс істеу тогына әсер етеді, айналу моментін тудырады, якорьдің айналуына әсер етеді.

Қозғалтқыш күштің әсерінен электр машинасы жұмыс істегенде, магнит өрісіне орналастырылған, өткізгіштегі I токқа  әсер етеді, мына өрнектен анықтауға болады

.                                                   (2)

 

F күштің бағыты сол қол ережесімен анықталады: алақанымызды магнит күштерінің сызықтары кіретіндей етіп қоямыз, созылған төрт саусақ ток бағытын көрсетеді, ал жазылған үлкен саусақ күштің бағытын көрсетеді, сонымен қатар якорьдің айналу бағытын көрсетеді.

 

1.3.3 Электрмагниттік моментті түсінігі.

Якорь тогы мен магнит өрісінің полюстерінің әсер етуі электрмагниттік моменттің пайда болуына әкеп соғады. Генератордың электрмагниттік моменті алғашқы қозғалтқыштың айналу моментінің қатынасына тежелмелі болады. Генератордағы айналу якорінің жылдамдығының тұрақтылық шартына байланысты, моменттердің жоғарғы көрсеткішінің теңестірілуі болады. Алғашқы қозғалтқыштың айналу моментін төмендетуде якорьдің айналу жиілігі төмендейді, сонымен қатар генератордың электр қозғаушы күші азаяды. Бұл процесс генератордың тежелу моментімен қозғалтқыштың айналу моменті теңескенше жалғасын табады. Генератордағы жүктемені өзгерту кезінде және якорьдің айналу жиілігін сақтап қалуда, алғашқы қозғалтқыштың айналу моментін өзгерту қажет болады.

Тұрақты ток қозғалтқышында, электр энергиясын механикалық энергияға түрлендіруде, якорь орамасындағы токпен магнит өрісіндегі полюстер әсерінен айналу моменті туады, яғни якорьді айналысқа келтіретін. Айналу моментінің өлшемін, генератордікі сияқты, машинаның коструктивті берілгендерімен, магнит ағынымен  Ф және якорь орамындағы токпен анықтайды. Серпілмелі қозғалтқыштағы айналу моменті, бос жүріс, тежелмелі динамикалық моменттердің қосындысында теңестіріледі. Динамикалық момент айналу жылдамдығының кез келген өзгерісінде пайда болады және машина бөлшектерінің айналу инерциясымен жылдамдықтың айналу бұрышына тәуелді. Тұрақты ток қозғалтқышында келесідей жағдай туу мүмкін, яғни айналу моменті тежелу моментінен көпке қалып қояды. Мұндай жағдайда айналу жиілігі жоғарылау бастайды, ол машинаның бұзылуына әкеп соғады. Әдебиетте мұндай режімді қозғалтқыштың «айырмашылығы» деп атайды.

Тұрақты ток машинасы генератор режімінде де, қозғалтқыш режімінде де жұмыс істей алады. Мысалға тұрақты ток генераторының, тұрақты ток желісімен жұмыс істеуін қарастырайық. Қарапайым шарттарда генератор желге тұрақты ток энергиясын береді. Қоздыру орамадағы токты өлшей отырып, желідегі кернеуге тең болатын генератордың электр қозғаушы күшін алуға болады, бұл жағдайда якорь орамасындағы ток нөлге тең.  Егер одан әрі қоздыру тогын төмендететін болсақ, онда якорь орамасындағы электр қозғаушы күш  желідегі кернеуден аз болады, және якорь тогының бағыты өзгереді. Якорь тогының бағытының өзгеруі өз кезегінде электрмагниттік моменттің бағытын өзгертеді, ол тежелмелі күйден айналмалы күйге өтеді.  Генератор режіміндегі машина қозғалтқыш режіміне ауысады.

 

1.3.4 Якорь рекциясы.

Генератордың роторын айналдыру кезінде және қоздыру магнит ағынының пайда болуында ротор орамасынан электрқозғаушы күш өтеді. Электр қозғаушы күштің әсер етуінен, коллектор табақшаларына, щеткаларға жүктеменің сыртқы шынжырынан электр тогы ағып өтеді. Ротор орамасынан ағып өтетін бұл ток, қосымша магнит өрісінің магнит ағынымен Фр пайда болуына әкеп соғады, яғни қоздыру орамадағы ҚО негізгі ағынмен Фв әсер етіп, оны өзгертеді (6 а суретті қара). Негізгі магнит өрісінің ротор орамасындағы пайда болған магнит өрісімен әсер етуін якорь реакциясы деп атайды (ротордың). Ротор реакциясы негізгі магнит өрісін іске асырады: магнит өрісіндегі жиектерінің алшақтауында ол күшейтіледі, ал қашықтауында бәсеңдейді (6 б суретті қара). Нәтижесінде магнит ағыны ФВ азаяды, яғни ротор орамасынан өтетін  электр қозғаушы азаюына әкеп соғады.

Генератордағы жүктеменің кедергісін өлшеу кезінде ротор орамасынан өтетін токпен пайда болатын магнит ағыны Фр өзгереді. Сонымен қатар якорь реакциясы да өзгереді. Генератордың шығысындағы кернеу өлшемі төмендегідей болады

 ,                                          (3)

   

мұндағы Е – ротор орамасынан өтетін, ЭҚК;

I  - ротор орамасындағы ток; 

∑ r – генератордың ішкі кедергісі немесе кедергінің шығыны.


6 сурет - Якорь реакциясының түсіндірілуі

 

Генератордың ішкі кедергісіне щетка кедергісін, ротор орамасын және коллектор-щетканың ауыспалы кедергілерін жатқызады. Жүктеме кедергісін өлшеген кезде негізгі магнит өрісінің бұрмалауы болады: физикалық нейтрал түрдегі сызық ФН (магнит өрісіне симметриялы өстегі) геометриялық нейтрал сызыққа қатысты өзгереді ГН (6 в суретті қара).  Бұл жағдай коммутацияның төмендеуіне және щетканың шашырауының күшеюіне әкеп соғады. Коммутацияны ретке келтіру үшін қосымша полюстер қосылады, ал щеткалар геометриялық нейтралдың айналу бағытына қатысты орналастырылады.

 

1.3.5 Тұрақты ток машиналарының түрлері.

Зәкір орамына қоздыру орамының қосу әдісінде айырмашылығы бар тұрақты токты машиналарды үш негізгі түрде бөліп қарастырады:

- зәкір орамына параллель немесе тәуелсіз жалғанған қоздыру орамы тәуелсіз және параллель қоздырғышты қозғалтқыштар мен генераторлар (7 а және б суретті қара);

-зәкір орамына тізбектей жалғанған тізбектей қоздырғышты қозғалтқыштар мен генераторлар (7 в суретті қара);

 - параллель және тізбектей екі қоздырғышты орамасы болатын аралас қоздырғышты қозғалтқыш пен генераторлар (7 г суретті қара) .

 

 

 

 

 

 

 

 

  

7 сурет - Тәуелсіз (а), тізбектей (в), параллель (б) және аралас (г) қоздырғышты тұрақты токтағы машинаның сұлбасы

 

1.4 Тұрақты ток машиналарының сипаттамалары

 

Тұрақты токты генераторлар қоздыру орамасымен қоректендіру әдісі бойынша орама тәуелсіз қоздырғыштармен және сол генератордың зәкір орамасынан қоректенетін өздігінен қозатын генератор болып бөлінеді. 

Тәуелсіз қоздырғыштарда қоректену тәуелсіз ток көздері арқылы іске асады. Өздігінен қозатын орамалы генераторларда  қоздыру орамасы зәкір орамасы параллель немесе тізбектей, сонымен қатар тізбектей-параллель және аралас үлгіде қосылуы мүмкін. Генератордың бос жүріс сипаттамасы тұрақты сан айналымында алынған зәкірдің ЭҚК-ң ток қоздырғышынан тәуелділігін көрсетеді.

Жиілік айналымы тұрақты кезіңдегі тәуелсіз қоздырғышты генераторлар үшін зәкір орамасының ЭҚКі машинаның магниттік сипаттамасында анықталатын  ағынға тура пропопционал. Осы сипаттамаға мысал ретінде 8 сурет көрсетілген.

Бос жүріс кезінде зәкір тогы параллель және аралас қоздырғышты генераторды есепке ала отырғанда, генератордың номиналды тогының бірнеше пайызын құрайды. Іс жүзінде олардың бос жүріс сипаттамалары тәуілсіз қоздырғышты генератордың сипаттамасынан айырмашылығы жоқ.

Тізбектей қоздырғышты генераторлар үшін зәкір тогынан қоздыру тогының айырмашылығы болмайтыны сияқты  бос жүрістің де мағынасы жоқ, соңғы теңдігі 0-ге тең.

Сыртқы сипаттама генератор кыспағында қоздыру тогы және зәкірдің айналу жиілігінің мәні өзгермеген жағдайдағы жүктеменің ток өзгерісінен  кернеу өзгерісін көрсетеді.

 

 

9 сурет - Тұрақты ток кезіндегі генератордың сыртқы сипаттамасы: а- тәуелсіз қоздырғышпен; б- параллель қоздырғыш және в- тізбектей қоздырғышпен.

 

Тәуелсіз қоздырылатын генераторларда жүктеме тогының үлкейіп, қыспақтардағы кернеудің төмендеуі (9 а суретті қара), зәкір реакциясының есебінен ЭҚК төмендеуімен және оның орамында кернеу түсуінің ұлғаюымен түсіндіріледі. 

Параллель қоздырғышты генератордың сыртқы сипаттамасы 9 б суретте көрсетілген. Бастапқы бөлігі 9 а суретте келтірілген сипаттамаға жақын еді. Жүктеме тогын ұлғайтып және кернеуді азайтқан сайын қоздыру тогы да төмендей түседі.  Қоздыру тогы шамасы аздау аймақта оның өзгерісі шығыс кернеуінің шамасына жеткілікті түрде әсер етеді. Осылай, жүктеме кедергісінің шамасы азая түсуі  қоздыру тогы мен генератордың шығыс кернеуінің азаюына әкеліп соғады, нәтижесінде номинальды режімге қарағанда жүктеме тогы төмендейді, генератордың қысқа тұйықталу қыспағында жүктеме тогы жеткілікті түрде аз болады. Тізбектей қоздырғышты генератордың сыртқы сипаттамасы  9 в  суретте көрсетілген. Бос жүріс уақытында генератордың ЭҚКі қалған магнит ағындардан құралады. Жүктеме тогы ұлғайған сайын қоздыру тогы және магниттік ағын шамасы да ұлғаяды, генератор қыспағында кернеудің өсуіне келіп соқтырады.  Болатты толықтыру кезінде және  жүктеме тогын көбейткенде магнит ағыны тұрақты болғандықтан кернеу қыспақта төмендей бастайды, ал зәкірде кернеу төмендей береді.

Аралас қоздырғышты генератордың сыртқы сипаттамасы параллеь және тізбектей қоздыру орамаларының ток шамасына байланысты. 

Шығыс кернеудің өзгеруі шаманың шектік мәні 9 б және в суретте көрсетілген графикпен анықталады.

Егер арнайы талаптар болмаса, онда параллель қоздырғышты генераторда шығыс кернеуіне қатысты ауытқу 20% , ал аралас генераторда 5% ауыспайды. Қозғалтқыш қасиеттері негізгі жіберу, жұмыстық, реттеуіш сипаттамалар болып бөлінеді.

Жіберу режімінде қозғалтқыш бағыты, әдетте номиналды мәндерде екі дүркін шамадан аспауы керек, жіберу тогы мен айналу моментімен сипатталады.

Жұмыстық сипаттамалар айналу жиілігін п, айналу моментін М, тораптан тұтынатын ток I және номинальды мәнде  торап кернеуі  ПӘК h сыртқы кернеуден P2тәуелділігін корсетеді.

Реттеуіш сипаттамалар зәкірдің айналу жиілігінің шектерінің өзгеруін анықтайды.

Соңғысы зәкір шынжырына кедергі, қозғалтқышқа жүргізілген кернеуге тура пропорционал және магнит ағынының басты полюстеріне кері пропорционал. Параллель қоздырғышты қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамасы 10 суретте келтірілген. Пайдалы қуат көбейген сайын, айналу моменті де көбейе береді. Айналу моментінің өзгерісі  зәкір реакциясының есебінен тура сызықтан қисық жүріске  магнит ағынының азаюынан біршама айырмашылығы бар.

Қозғалтқыштың  ПӘКі момент жіберуінде нөлге тең. Қозғалтқыштың жүктемесін 0,3 –ке дейін ұлғайтқанда ПӘК шамамен номиналды өлшемнен өседі, яғни түзу сызықты болады, содан кейін 0,5-тен аса жүктемеде ПӘК мағынасыз (аз ғана) өзгереді.Үлкен жүктемелерде ПӘК біршама азаяды.


Зәкірдің айналу жиілігінің қисық жүрісі жүктеме мәнін  п 5...8% ұлғайтқанда белгіленген мәннен төмендейді. Көрсетілген ұлғаю зәкірде кернеудің түсуімен келісілген.  Кері жағдайдағы әсер зәкір реакциясының есебінен магнит ағынының басты полюстері төмендеуіне әкеледі.

 

 

Тізбектей қоздырғышты қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамасы 11 суретте келтірілген. Қозғалтқыштың айналу моменті жүктеме тогының квадратына пропорционал және оның тәуелділік өзгерісі парабола болады. Жүктеменің үлкен токтарында болаттың толығуы себебінен айналу моментінің ұлғаюы сызықтық заңымен іске асырылады.

Бастапқы бөлігі бірден көтерілгендіктен ПӘК өзгерісі қисық болып шығады. Содан кейін ПӘКтің көтерілген қисық  баяулай бастайды, ал үлкен жүктемелерде қисық мағынасыз төмендейді.

Беріген қозғалтқыш түрін алынған жүктемелерде жіберуге болмайды, сондықтан бұл жағдайда қоздыру тогы өте аз және зәкірдің айналу жиілігі бірден өседі. Қозғалтқыштың минималды  жүктемесі номинальды  мәннен 25... 30% құрайды.

Жүктеме тогы өскен сайын, магнит ағыны көбейіп, айналу жиілігі төмендейді. Қозғалтқыштың аралас қоздырғышты жұмыстық сипаттамасы қоздыру орамасын қосу әдісіне байланысты және қоздырғыштың параллель және аралас қоздырғышты сипаттамаларының араларынан орташа жағдайдағы орын алады.

 

1.5 Айнымалы ток электр машиналары  

 

1.5.1 Жалпы мағлұматтар.

Айнымалы ток кезінде электр машинасы асинхронды және синхронды болып бөлінеді. Синхронды машинада ротордың айналу жиілігі төмендегідей өрнектеледі

 

                                                                               (4)

 

п-бір минут ішіндегі айналым саны және f  герцпен есептелінетін жиілік  ЭҚК бір-бірімен тура пропорционалды тәуелділікте  (ротордың айналу жиілігі және ЭКҚ жіберілген жиілік синхронды); р машинаның полюстерінің жұбының саны.

Синхронды машиналарды аса жиі генератор ретінде көп пайдаланады.

Синхронды машиналар кең таралмаған және оларды жүктемені өзгерту кезінде, айналу жиілігі әрдайым керек болғанда, сонымен бірге электрлік жүйелердің коэффициенттерін көтеру үшін компенсатор ретінде қолданылады.

Асинхронды машиналарда ротордың айналу жиілігі мен магнит өрісінің айналу жиілігінің арасында синхрондылық жоқ. Асинхронды машиналар көбінесе қозғалтқыш ретінде пайдаланылады.

 

1.5.2 Үшфазалы асинхронды машиналардың құрлысы және жұмыс істеу қағидалары.

1.5.2.1 Құрылысы.

Үшфазалы асинхронды машиналар қысқатұйықталған және фазалы ротор қозғалтқышы болып бөлінеді. Соңғысын кейде қозғалтқыштың байланыстырушы сақинасы немесе коллекторы деп атайды.

Аса көп таралғаны қысқа тұйықталған коллекторсыз қозғалтқыштар, олар коллектормен салыстырғанда аз тұрады және пайдалануға өте жаксы қасиеттерге ие. Негізгі пайдаланудағы артықшылығы оның қиын жерлерге төзімді дөңгелектері мен щеткасы бар болғаны.

Қозғалтқыш статор және ротордың білігіне тіреу болатын подшипниктілі екі қабырға бекітілген табаннан тұрады. Статор қоректенетін жүйеге кернеу жүргізілген магнит өткізгіштен және орамадан құралады. Магнит өткізгіш қалыңдығы 0,35...0,5 мм электртехникалық болаттан дайындалған дөңгелек үлгідегі пластиналар тобынан жасалған. Шығынды азайту мақсатында құйын тәрізді токтан пластиналарды бір-бірінен лакпен немесе жұқа қағазбен оңашалайды Пластинаның ішкі жағына мөрлеу (штамплау) кезінде саңылаулар (паз) кесіледі, пластинаны жинағаннан кейін үшфазалы жүйе үлгідегі үш орама орналасады.

Орама ұшы табанда орналасқан кішкене қалқанмен бітеді. Сызбадан тәуелділіктері арқылы орамаларды ауыстырып қосу барысында олардан жұлдызбен немесе үшбұрышпен байланысын алуға болады. Бірінші жағдайда қозғалтқыш кернеу қорегіне 380/220 В, ал екінші жағдайда -220/127 В қосады.

Қозғалтқыш пластинасын жақсылап салқындату үшін араларына тарамдалған қырлы пластиналар пакетте таңдалынылып салынады. Осындай пластиналар статордың екі жағына да орнатылады.

Ротор ішінде статор және екі жағын подшипниктер бекітеді. Ротор жүрекшесі электртехникалық болаттан дайындалған бір-бірінен оңашаланған пластинадан жасалады. Пластиналардан жүрекшені құрастырғаннан кейін орама орналасатын паздар жасалады. Коллекторлы қозғалтқыштарда орама сұлбасы бойынша коллекторлы сақиналары оңашаланған кейін үшфазалы жұлдызша орнатылған роторда орындалуы мүмкін. Коллекторлы сақинаға бұрыштық немесе мыс щетка алынады, осы орама көмегімен қысқа тұйықтауға немесе кедергіге артуға болады.  Коллекторлы қозғалтқыштар өте жақсы жіберу және реттегіш сипаттамаларға ие және аса жоғары қуатта орындалады. Коллекторлы емес қозғалтқыштарда қысқа тұйықталған роторда «тиін торы(клетка)» деп аталатын, алиминийден алынған жүрекшенің пазына құйылған орама болады. Осындай орамада оның өткізгіштерінің  барлық құраушылары ротор дөңбекшелеріне бір-бірімен тұйықталады. Қозғалтқыш желдетуі үшін сақина қалақ болып құйылуы мүмкін.

Шығынды азайту мақсатында қозғалтқыштың статоры мен роторының арасындағы саңылау минималды болуы керек. Әдетте саңылау  0,3... 1,5 мм болады. Үлкен қозғалтқыштарда саңылау үлкендеу болуы мүмкін.

 

1.5.2.2 Жұмыс істеу қағидалары.

Үшфазалы асинхронды қозғалтқыштың қозғалыс негізіне қысқатұйықталған өткізгіштермен айналатын магнит өрісінің бір-бірімен әсер етуі де жатады. Егер үшфазалы орамаға бойына ток жіберсек, онда айналатын магнит өрісі пайда болады, ондағы айналу жиілігі

 

,                                                 (5)

мұндағы f1-тордан қоректенетін жиілік;

p - статор орамасының жұп полюстер саны

Статорлы ораманың айналатын магнит өрісі ротордан өтіп кетеді. Егер онда тұйық орама болса, оған ЭҚК жүргізіледі және ток келіп тұрады. ЭҚК бағытын ереже бойынша оң қолмен анықтауға болады. Өз кезегінше, роторлы орама тогы статор өрісімен әрекеттесетін магнит өрісін тудырады. Осы әрекеттесу нәтижесінде электрмагниттік күш F (12 суретті қара) пайда болады, бағыт ережеге сай сол қолмен анықталады. Күштің F әсерінен роторды айналуға әкеп соғатын, бағыты статордың магнит өрісінің айналу бағытына сәйкес келетін электрмагниттік момент пайда болады.

12 суретте асинхронды қозғалтқыш құрылғысы сұлбамен көрсетілген. Ротордың айналу жиілігі п2 барлық жағдайда да статордың магнит өрісінің айналу жиілігінен п1 аз болады. Егер осы жиіліктерді тең деп алатын болсақ, онда роторлы орама статордың магнит өрісіне қатысты қозғалмайтын болады, оған роторды айналуға әкеп соқтыратын механикалық күш пайда болмайды және ЭҚК жүргізілмейді.

Бір уақытта жиіліктер әртүрлі болған сайын, ЭҚК жүреді және ротор орамында ток та көп болады. Бұл электрмагниттік F күштің ұлғаюына және қозғалтқыш моментінің өсуіне алып келеді. Ротордың айналу жиілігінің магнит өрісінің айналу жиілігенен қалуы сырғанау (тайғанау, жылжу) S деп аталатын шамамен сипатталады. Сырғанау арқылы ротордың айналу жиілігі п2  мен статордың магнит өрісінің айналу жиілігінің п1 арасындағы айырмашылықты статор өрісінің айналу жиілігінен пайызбен өрнектелген өрнектен көруге болады.

                         

S= (n1 - n2) 100% /n1.                                        (6)

Асинхронды қозғалтқыштың сырғанау шамасы оның жұмыс режімінен 0-ден 1-ге дейін өзгеруі мүмкін. S = 1 жағдайы ротордың айналу жиілігі п2 нөлге тең болғандағы, бұл қозғалтқышты жіберу барысында болатын кезде және де айналу моменті жүктеменің тежелу моментінен көп болғандағы  моментке сәйкес келеді. Асинхронды қозғалтқыштар үшін номиналды жүктеме кезінде әрқашан сырғанау шамасы көрсетіліп тұрады.  I-ден  1000 кВт дейінгі қуаттағы қозғалтқыш үшін номиналды сырғанау 0,06 - 0,01 шекте жатады. (6)-тен асинхронды қозғалтқыштың айналу жиілігін анықтау оңай.

 

n2 = n1 (1-s).                                                      (7)

 

 

 


 Көріп тұрғанымыздай, ротор орамасы индуктивтілік, сонда ағатын активті (белсенді) және реактивті құраушылары бар токқа ие. Қозғалтқышта механикалық күшті ротордың тек активті құраушылары тудырады, шамалары ротор орамасының активті және индуктивті кедергілері арасындағы қатынасқа байланысты. Ротор орамасының индуктивті кедергісі ХL = 2лf2L тең, мұндағы L - ротор орамасының индуктивтілігі, f2- оған жүргізілген ЭҚК өзгеруіндегі жиілігі.

Жоғарыда айтып өткендей, ротор ЭҚКі жиіліктерінде п1 - п2 айырмашылық болғанда ғана жүргізіледі. Осы айырмашылықты келтіре отырып, жалпы өрнекке f=pn/60, ротордың ЭҚК жиілігін аламыз.

 

                       .                                     (8)

 

Сол сияқты, жиілік f2 жүктеме өзгерісіне қарай өзгереді, сонымен қатар жүктеме өзгерісіне қарай ротордың индуктивті кедергісі XL де өзгереді.

 

1.5.2.3 Негізгі сипаттамалары.

Ротордың айналу жиілігінің өзгерісі бос жүріс режімінен номиналды өлшемге дейінгі жүктеме өзгерісі  мағынасыз болса да, бірақ қандай да орын алады.  Осы себептен синхронды қозғалтқыштарға қарағанда,  ротордың айналу жиілігі жүктемеге тәуелді болмайтын және статор өрісінің айналу жиілігі синхронды болатын  қозғалтқыш түрін асинхронды деп атайды. Асинхронды қозғалтқыштарда жеткілікті қатты жылдамдықты сипаттама – айналым санының тәуелділігі жүктеме өлшемінен немесе қзоғалтқыштың пайдалы қуатынан Р, жүктемеге берілетін n2=f(P). Егер жүктеме 0-ден номиналды мәнге дейін өсетін болса, онда ротордың айналу жиілігі бар болғаны 1-6% дейін өзгереді. .

Қуат коэффициентінің тәуелділігі соs j жүктемеден (13 суретті қара) бірден көрініп тұр. соs j мәні жүктемені тастау уақытында бірден (0,2-ге дейін) азаяды. Бұл бол жүріс режімінде активті құраушы роторда нөлге жақын және ток роторда тек реактивті сипатта болатындығымен түсіндіріледі. Жүктемені көбейту барысында өзімен бірге қуат қоэффициентін өсіретін токтың активті құраушысы I өсе бастайды. Жүктеме кезінде қуаттың жақын номиналды мәні РН қуат коэффициенті өзінің максималды мәніне (0,8-0,9) жетеді, ал ары қарай жүктемені ұлғайта түседі. Жүктемені ұлғайту кезіндегі қуат коэффициентінің азаюы ротордың индуктивті кедергісінің өсуі және токтың индуктивті құраушысының өсіне п1 - п2 жиіліктерінің айырмашы- лығында болып тұр.

Қуат коэффициентін өсіру үшін асинхронды қозғалтқыштың жүктемесі номиналды немесе оған жақын болуы керек. Егер жүктеме  номиналдыдан 50% аспаса, қуат коэффициетін өсіру үшін қозғалтқышқа жүргізілген кернеуді азайту жеткілікті. Осы мақсат үшін статорлы орамаға үшбұрышты жұлдызшамен ауыстырып қосады.

Номиналдыдан бірнеше аз болатын қозғалтқыш ПӘКі -h (13 суретті қара) максималды мәнге ие болады.

 

1.5.3 Бірфазалы асинхронды қозғалтқыш.

Бір фазалы асинхронды қозғалтқыш қуаты 0,5 кВтта кең тарады.

Қосу сұлбасы 14 а суретте көрсетілген. Ол бірфазалы статор орамынан 1, екі фаза тәрізді үшфазалы орамнан, жұлдызша жалғанған және  қысқа тұйықталған ротордан тұрады 3. Статор орамасындағы айнымалы ток  I1 іске қосушы магнит өрісін тудырады, яғни іске қосушы моментті пайда болдырмайды. Бұл момент пайда болуы үшін статорда екінші орам орналастырылған 2, яғни жұмыс режіміне байланысты 900 жылжымалы  қосалқы орналастырылған. Бұл орама тораптан қоректенетін конденсатордағы жалпы жұмыс істеу орамасына тәуелсіз байланысқан. Қосалқы орамадағы I2 тогын  I1 токқа сәйкестендіру үшін фазасын 1/4 периодта жылжытады.


14 сурет - Бірфазалы асинхронды қозғалтқыштың сұлбасы

 

¼ периодта араласқан бір-біріне сәйкес келетін, екі орамадан өтетін, электр бұрышы 900 – та кеңістікте өзара жылжымалы екі ток, екіфазалы айналмалы өрісті тудырады. Бұл өрістер арқылы ротордың қысқа тұйықталу орамасынан электр қозғаушы күш өтеді және токтар,  өріс  арқылы әсер етуде айналу моменті пайда болады. Ротор айнала бастағанда, және іске қосушы (қосалқы) орама сөндіріледі 2, ал ротор бір фазалы 1 тәріздес іске қосушы магнит өрісіндегі жұмыс істеу орамасында айналуын жалғастырады.

Бұл құбылыс келесідей тәсілмен түсіндіріледі. Екі магнит қозғаушы күші F1 және F2, өзгертілмеген және бір-бірімен тең (14 а суретті қара), әртүрлі бағытта және токтың бір периодында бір бұрылыс жасай отырып, n1 айналу жиілігімен айналады. F1 және F2 векторларының жағдайларына байланысты (14 а суретті қара) олардың қосындысы F1+ F2=2F1 тең. Магнит қозғаушы күштің өстік қосындысы  магнит қозғаушы күштегі өске сәйкес келеді.

1/6 периодынан кейін (15 б суретті қара) магнит қозғаушы күші 600 - қа әртүрлі қабырғаларға бұрылады, одан әрі қосылып қорытынды магнит қозғаушы күшін береді  F=F1+F2. 1/4 периодынан кейін (15 в суретті қара) олардың қосындысы нөлге тең болады және т.б.  Бірде,  магнит қозғаушы күшінің іске қосу өсі қозғалыссыз болып қалады. Осыдан, бірдей айналу жиілігінде әртүрлі  қабырғадағы айналыста екі магнит қозғаушы күшінің амплитудалары тең болады,  қозғалмайтын өстегі оң және теріс максимумдарға жетудегі, екі магнит қозғаушы күшінің айналуында арифметикалық қосындылары тең, қосынды магнит қозғаушы күшін береді.

 

  

 15 сурет - Кері айналмадағы магнит қозғаушы күшінің

компенсация диаграммасы

 

Сол себепті, егер іске қосушы 2 ораманы  тұйықтап (15 а суретті қара), бірфазалы қозғалтқышты іске қоссақ, онда статордағы Fп іске қосушы магнит қозғаушы күшінен пайда болған іске қосушы магнит өрісін,  екі түрлі өсте тұр деп есептесек, түрлі қабырғаларда әртүрлі жиіліктермен айналатын және әрқайсысы өзінің магнит қозғаушы күшін тудырады. Бұл өрістер ротордың қозғалмайтын  орамына екі электр қозғаушы күшті және екі жаққа әсер ететін өз өрістерімен екі түрлі айналу моментін тудыратын екі түрлі токты енгізеді. Сондықтан, ротор айналысқа түсе алмайды.

Егер іске қосу орамасы қосылған болса, онда екіфазалы айналмалы өріс айналу моментін тудырады, осы кезде  үшфазалы қозғалтқыштағыдай ротор айнала бастайды, өрістің айналу жиілігі п2»п1 тең, яғни синхронды түрдегідей. Ротордың айналуындағы өріс, тура өріс деп, ал жұмыс істеу орамасына тіркелген ағын - тура ағын  деп аталады.

Егер қозғалтқыштың айналмасындағы іске қосу орамасын сөндіретін болсақ, онда алдыңғы айтып кеткендей қозғалтқыштың роторы айналуын тоқтатпайды. Бұл келесі себептерден болады.

Тура ағын ФТА роторда пайда болады, I2ТА  токпен Е2ТА электр қозғаушы күшімен, және п2 айналу жиілігімен айналады,  нәтижесінде  - МТА айналу моменті үшфазалы қозғалтқыштағыдай болады. Осы себептен сырғу SТА=, яғни п2»п1 тең.

Роторға қарсы айналатын екінші магнит қозғаушы күші  және сол үшін жасалған ағын кері деп аталады (Fкері және Фкері). Олар ротормен айналу жиілігінің  қатынасымен айналады, яғни сырғу S= кезінде. Жиілігі Е2кері және Iкері, ротордағы статордың кері ағыны, шамамен 2f1 тең. Сондықтан ротор орамасындағы реактивті кедергі х2кері=2pf2L2, ал  ток I2кері электр қозғаушы күшінен Е2кері 90° -қа қалып қояды. Демек, ток I2кері толығымен реактивті және де Фкері бірге қарама-қарсы бағыттағы ең аз айналу моментін Мкері тудырады. Сол себепті, қозғалтқыштың  нәтижелі айналу моменті

   М = Мтура – Мкері  » Мтура                                  (9)

 

қозғалтқышта жұмыс істеу мүмкін.

Мұндай құбылыс үшфазалы қозғалтқышта да байқалады. Бір фазаның кірісін сөндірген жағдайда үлкен емес 50-55%  номинал жүктеме кезінде қозғалтқыш роторы айналуын жалғастырады, бірақ бір фаза үзілгендіктен қозғалмайтын үшфазалы қозғалтқышты қосуға болмайды.

Жоғарыдағы келтірілген түсінік бойынша бірфазалы тізбектен қоректенетін үшфазалы асинхронды қозғалтқышты пайдалануға болатындығын түсіндіреді  (15 б және в суретті қара). Мұнда, үшфазалы қозғалтқыш сияқты, сұлбаның барлық қосылуларында яғни UФ= UФ.Н, статор орамасындағы UФ фазалардың ұштарындағы кернеу өзгеріссіз қалуы керек. Қозғалтқыштың конденсаторы Ср осы шартты қамсыздандырады, әрқашан қосылған түрде болады және жұмыстық сыйымдылықты көрсетеді Ср.н. Жуықтап есептегендегі қатынасы

14,б сурет сұлбасы - Ср » 2800IН/U,

14,в сурет сұлбасы - Ср » 4800IН/ U,

мұндағы ток – фазалық, ал кернеу паспорт бойынша сызықты.

Жұмыс істеу уақытында улкен іске қосу моментін алу үшін іске қосу сыйымдылығын қосады СП. Сыйымдылықпен СР.Н тұрақты қосылып тұрған қозғалтқыш – конденсатор деп аталады.

Шекті қуатты қозғалтқыш конденсаторының 1,7 кВт қуатын есептеу тиісті, яғни конденсатордың бағасы номинал қуатта 1 кВт  қозғалтқыш бағасына жуық.

Бірфазалы қозғалтқыш үшфазалымен салыстырғанда эксплуатациялық сапасынан, пайдалы әсер коэффициентінің аздығына және cosj жағынан нашар.

 

1.5.4 Орамы қысқа тұйықталған бар бірфазалы қозғалтқыш.

Орамы қысқа тұйықталған бар бірфазалы қозғалтқыштың тораппен  байланысқан статорында және статор орамасында, дәл ортасында және көрсетілген осьтерде (16 а суретті қара) табақшалар статормен бірге штампталады.

Олардың біреуінің ұшы қысқа тұйықталған ораммен ұсталынады, ол қосымша орам болып табылады. Екіөрісті машинада қысқа тұйықталу орамасы диаметр бойынша орналасқан, ал төртөрістіде - 90° бұрыш жасай орнатылған. Қысқа тұйықталған қозғалтқыш роторы қарапайым түрде.

Статор орамасында пайда болған машинаның магнит ағынын, екі қосылғыш ретінде қарастыруға болады

  

                                       ,                                                    (10)

мұндағы  - қысқа тұйықталу орамасын қамтитын полюс арқылы тұйықталған ағын;

 - қысқа тұйықталған ораммен  тіркелген ағын.

1 – статор; 2 – статор орамасы; 3 –қысқатұйықталған орама; 4 – полюстер соңы; 5 – ротор.

16 сурет – Статордағы қысқа тұйықталу орамдағы бірфазалы қозғалтқыштың сұлбаның кескіні (а) және оның магнит ағынының векторлық диаграммасы (б)

 

Бұл құрастырушы ағындар полюстер ұштарының әртүрлі бөлшектерінде тұйықталады, яғни кеңістікте орналастырылған. Сонымен қатар, статор орамасындағы магниттелу күші F әртүрлі бұрыштарға бұрылады g1 және g2 , фазаға қатысты ығыстырылған (16 б суретті қара). Бұл қозғалтқыштың әр полюстері бірінші жуықтауда трансформатор ретінде қарастыруға болады, бірінші орама  статор орамасы, ал екіншісі – қысқа тұйықталу орамасы екендігін түсіндіреді. Ағын ФПқысқа тұйықталу орамасын қамтымағандықтан, g1 бұрышы салыстырмалы түрде үлкен болмайды мысалға - (4¸9°), трансформатордың ағыны мен бос жүріс режіміндегі бірінші ораманың магниттелу күшінің арасындағы ығыстырылу бұрышы сияқты. g2 бұрышы үлкен болады (шамамен 45°), осы бұрышқа тәуелді жойылу қуаты, тек қана болаттың жойылу қуатымен анықталып қоймай, қысқа тұйықталу орамасындағы электр жойылуымен де анықталады.

ФП және ФП ағындар кеңістікте араласқан және жылжытылған фазадағы бұрыштық уақытқа g2 - g1 байланысты, айналмалы магнит өрісі сияқты, айналу моментін тудырады, қозғалтқыш роторына әсер ететін  полюстің ұштарына бағытталған, екінші ұшы бойынша қысқа тұйықталу орамасын қамтиды.

Қысқа тұйықталу орамасындағы қозғалтқыш статорда жеткіліксіз маңызды қатарға ие:  төменгі  соsj, төменгі пайдалы әсер коэффициенті, қысқа тұйықталу орамасындағы үлкен жойылуға байланысты, аз ғана іске қосу моменті және т.б. Қозғалтқыштың жетістіктері болып конутрукцияның қарапайымдылығы мен  эксплуатацияның үлкен сенімділігі жатады. Тістердің қатысуына байланыста статордағы қозғалтқыш шуы білінбейді, сол себепті құрылғыда жиі пайдаланылады.

 

 

1.5.5 Үш фазалы синхронды машиналардың құрылысы, жұмыс қағидалары және жалпы сипаттамалары.

1.5.5.1 Машиналардың құрылысы.

Синхронды машиналар қозғалмайтын немесе айналмалы якорьда орындалады.  Статордағы электр энергиясын бұруға ыңғайлы болу үшін үлкен қуатты машина қозғалмайтын якорьда орындалады (17 а суретті қара). Қоздыру қуатын жалпы қуатпен салыстырғанда үлкен болмағандықтан,  (0,3 - 2%) якорьдан алып тастаймыз, екі сақинаның көмегімен қоздыру орамасына тұрақты токты жеткізуде аса көп қиыншылықтар тумайды. Аса үлкен емес қуаттағы синхронды машиналар қозғалмайтын және айналмалы якорьда орындалады. Айналмалы якорь мен қозғалмайтын индуктордағы синхронды машинаны (17 б суретті қара) айналмалы деп атайды.

Машинаның қозғалмайтын якорында ротордың екі түрлі конструкциясы қолданылады: анық полюсті (полюстері анық көрсетілген) (18 а суретті қара) және анық емес полюсті (полюстері анық көрсетілмеген) (18 б суретті қара). Анық полюсті ротор әдетте төрт немесе оданда көп полюстер саны бар машиналарда қолданылады. Мұндай жағдайда қоздыру орамасы цилиндрлік катушканың тікбұрышты қимасы түрінде болады, яғни полюстердің жүрекшелерінде орналастырылады және полюстердің ұштарына бекітіледі. Ротор, полюстердің жүрекшелері және полюстердің ұштары болат табақшалардан жасалынады.

 

1-якорь; 2- якорь орамасы; 3– индуктордың полюсі; 4- қоздыру орамасы; 5- сақиналар мен щеткалар.

17 сурет – Синхронды машинаның қозғалмайтын (а) және айналмалы якорьдағы (б) конструкциясы

 

Үлкен қуатты екіполюсті және төртполюсті машиналар, 1500 айн/мин және 3000 айн/мин ротордың айналу жылдамдығында жұмыс істеуі, ережеге сәйкес анық полюсті емес ротордан дайындалады. Оларды анық полюсті роторда қолдану мүмкін емес, себебі қоздыру орамасында және полюстердің механикалық беріктілігін бекіту шартына байланысты. Машинадағы мұндай қоздыру орамасы ротор жүрекшелерінің фазаларында орналасады, олар  шыңдалған болат  темірмен толтырылған және магниттелмеген металдармен берік оралған.

те дылу қуатымен анықталады, және де қысқа тұйықталу орамасындағы электр жойылуымен.орама ластырылған.

1- ротор жүрекшесі; 2- қоздыру орамасы.

18 сурет – Синхронды анық полюсті (а) және анық полюсті емес (б) машина роторы

 

Шамамен 1/3 ротордың полюсті бөліктерінде фазалары болмайды; ол бөліктерді «үлкен тістер деп атайды», қоздыру ағыны олардан кіреді және шығады. Жоғарғы меншікті кедергісі бар материалдан жасалған (латунь және т.б.) анық полюсті роторы бар синхронды қозғалтқыштың полюстерінің ұштарына бекітіліп орналастырады.  Бұл тор іске қосу орамасында қызмет атқарады. Соңғы кездерде, синхронды машиналар іске қосу орамасынсыз жиі орындалады, бірақ массивті полюспен. Осы полюстерді іске қосу кезінде құйынды токтар пайда болады, айналу магнит өрісімен әсерлеседі және іске қосу моментін тудырады.

Синхронды генератордың әсер ету принципі электрмагниттік индукция заңына негізделген. Егер ротордың қоздыру орамасына тұрақты ток беретін болсақ және роторды айналдырсақ, онда статор орамасында электр қозғаушы күші өтеді, әсер етуші шама мынаған тең

 

                                       Е=4,44 kfWФ,                                                  (7.1)

 

мұндағы k - орам коэффициенті;

f- алынған токтың жиілігі;

W- генератор орамасына тізбектей жалғанған фазалар орамаларының саны; 

Ф-полюстердегі негізгі магнит ағыны.

19 сурет – Синхронды машинаның қарапайым моделі

 

Үшфазалы кернеуді алуда үш орама орналастырылады, қоршаған ортада бір-бірінен 1200 ығыстырылған. Бұл орамалар бір-бірімен жұлдызша немесе үшбұрышша байланысқан. Роторды айналдырған кезде орамадан электр қозғаушы күші өтеді 1200 ығыстырылған.

Егер генераторға сырттан жүктеме қоссақ якорь орамасынан ағатын айнымалы ток айналмалы магнит өрісін тудырады, ротордың айналу жиілігіне тең айналу жиілігі, яғни айналу магнит өрісінің жиілігі мен полюстері бір-біріне тең. Мұндай жағдайда олар синхронды айналады және осындай генераторлар синхронды деген атқа ие болды. Генератордың электр қозғаушы күшінің жиілігі f=np/60 тең , мұндағы п –ротордың айналу жиілігі мин-1, р – полюстер саны.

Синхронды генераторлар, тұрақты ток генераторлары сияқты, кері әсер  ету қасиетіне ие болады, сондықтан конструкциясын өзгертпестен қозғалтқыш ретінде де пайдалануға болады.

Роторды механикалық қозғалтқышпен айналып жатыр деп қарастырамыз және міндетті түрде синхронды кері әсер ету сандарын іске асырады (19 суреттті қара). Егер осы кезде құралған жарық көзінен статорға үшфазалы ток қоссақ, алдыңғы қозғалтқышты генератордан ажыратсақ, онда ротор айналу санының белгісіз түрінде айналуын жалғастырады (19 суретті қара). Мұның болу себебі, статорға үшфазалы токты қосу кезінде айналмалы магнит өрісі пайда болады, бұл ротор полюстерімен әсерлеседі (аттас полюстер тебіледі, әраттас полюстер тартылады) сол себепті оның айналуын белгісіз ұстап тұрады. Өрістердің айналу бағытын әрқашан ротор түріндегідей алуға болады. Өрістің кері айналуында n жиіліктің тогына тәуелді, сонымен қоса полюстер санына да байланысты. Бұл кері айналымдар қозғалтқыш роторында синхронды деп аталады.

Синхронды машиналар қозғалтқыш режімінде тұрақты жылдамдықтағы жұмыс істеу механизмдері үшін асинхронды қозғалтқышқа ойдағыдай ауыстырады, мысалға сорғыларда, ауаөткізгіштерде және т.б. Қайта жүктемелеуге қатысты ММН=1,8¸2,5 синхронды генератор бірге тең болатын  с cosj-дің бағалы қасиетте жұмыс істеуін қамтиды.

20 суретте активті (1), индуктивті (2) және сыйымдылық (3)жүктеме кезіндегі генератордың сыртқы сипаттамасы көрсетілген. Жоғарғы жүктеме

аумағында кейбір төмендеулер қисық 1, ол якорь орамасындағы кернеудің жоғырылауын түсіндіреді.

Реттеу сипаттамасы жүктеме тогы мен қоздыру тогының арасындағы әсерлесуді көрсетеді, бұл ротордың тұрақты айналу жиілігіндегі генератордың шығыс кернеуінің өлшемін өзгеріссіз ұстап тұрады. Реттеу сипаттамасының түрі  21 суретте көрсетілген. Талдаудан 1 және 2 қисық кірісінде, активті және индуктивті кедергі кезінде шығыс кернеуін тұрақты етіп ұстап тұру үшін қоздыру тогы жоғары болуы керек, ал сыйымдылық  (3) кезінде төмен.

Бос жүріс сипаттамасы (22 суретті қара) генератордың шығыс кернеуі мен  жүктеме кезінде алынған қоздыру тогының арасындағы тәуелділікті көрсетеді.

Қоздыру тогының қатысуымен болған сипаттаманың бастамасы генератордағы қалдық магнетизмнің шамасына тәуелді.

 

 


Жұмыс істеу сипаттамалары (23 суретті қара) UC=const, fC=const кезінде  Р2 механикалық қуаттан берілетін және қоздыру тогының өзгеріссіз күйінде п.ә.к. h және  созj    якорь орамына түсетін кездегі Ia ток пен P1 электр қуаты арасындағы әсерлесуді көрсетеді. Жылдамдықтың айналу қозғалтқышы тұрақты болғандықтан, n=f(P2) тәуелділігі әдетте келтірілмейді, сонымен қатар М=f(P2) тәуелділігі де келтірілмейді, себебі М айналу моменті P пропорционал болғандықтан. Ia=f(P2) және P1=f(P2 ) тәуелділіктері сызыққа жақын сипаттамасына ие.

22 сурет - Генератордың бос жүріс       23 сурет - Синхронды қозғалтқыштық  

               сипаттамасы                                       жұмыс істеу сипаттамасы

 

Бос жүріс тогы Ia0 реактивті және активті құрастыру токтарынан анықталады, ол болат шығыны мен механикалық шығынның компенсациялануынан болады. Бос жүріс қуаты P0 осы режімдегі пайда болған шығынның қосындысына тең. h=f(P2) қисығы жалпы электр машинасының сипаттамасына ие. Синхронды қозғалтқыштар  соsj=1 кезінде жұмыс істеуі мүмкін, әдетте олар номинал жүктеме кезіндегі қозу тогы  бар жұмысты есептейді, ол кезде cosj=0,9¸0,8. Бұл жағдайда синхронды қозғалтқыш қоректенетін тораптағы cosj қосындысы жақсарады. Реактивті құрастыру тогы Ia асинхронды қозғалтқыштағы қалдық реактивті  құрастыру тогын компенсациялайды.  cosj=f(P2) тәуелділігі қайта қоздыру кезінде Р2НОМ аумағында максимумға жетеді. Р2 төмендеткенде cosj шамасы төмендейді, ал торапқа берілетін реактивті қуат өседі.

 

1.5.6 Бір фазалы синхронды машиналар.

Бірфазалы синхронды машина қозғалтқыш және генератор түрінде де жұмыс істейді.  Машинаның статорында якорь орамасы орнатылады (24 а суретті қара), оның 2/3 аумағын қамтиды. Якорь орамасын статордың барлық аймағына орналастыру мүмкін емес, оның себебі мыс шығыны 1,5 есеге көп болады, ал қуаты 15% дейін шексіз ұлғайды. Бұл фазалар санының өсуінен орам коэффициентінің төмендеуін түсіндіреді, яғни машиналар үшін якорь орамасының біртекті орнатылуы 0,64 құрайды. Осы себептен статордың барлық аумағы өткізгіштермен толтырылмаған, бірфазалы машинаның қуаты шамамен 1,42 %  бұл статордың диаметрі бірдей және оның орамасындағы қуат шығыны дәл болған кездегі үшфазалы машинаның қуатынан төмен. Якорь орамасынан бірфазалы ток өткен кезде тура Фтура және кері Фкері магнит өрістері пайда болады.  Тура өріс роторға байланысты қозғалмайды: ал кері өріс 2w бұрыштық жылдамдықпен айналады және қоздыру орамасындағы электр қозғаушы күшін индукциялайды,  ал жиілік якорь орамасындағы электр қозғаушы күштің жиілігінен екі есе үлкен болады.

Мұндай жағдайдағы екі жиілікті ағатын  ток щетканын қоздырылуын және керексіз реттілік қатарын құрайды.  Осы құбылыстың пайда болуына бірфазалы машина роторында міндетті түрде қысқа тұйықталуда тиін торы   түріндегі демпферлік орама орналастырылады. Демпферлік орама оқтаушасында кері өріс электр қозғаушы күшін екі жиілікті индукциялайды, сол себепті орамада магниттелу күші пайда болады. FД (магниттелу күші) кері өрістегі статор орамасында пайда болған магниттелу күші Fкері -не сәйкес жылдамдықпен, дәл сондай бағытта айналады. Осы магниттелу күшінің иллюстрациялы әрекеттесуінің векторлық диаграммасы 24 б суретте көрсетілген. Мұндағы магниттелуші күш Fкері, қорытынды   магниттелуші күш

1-     статор; 2- ротор; 3-статор орамасы; 4-қоздыру орамасы.

24 сурет - Бір фазалы машинаның сұлбалық кескіні (а) және кері өрісте пайда болған э.қ.к. мен магниттелу күшінің векторлық диаграммасы

 

Fқорт және осыдан туатын ағын Фқорт, сонымен қатар электр қозғаушы күш ЕД демперлік орамада және  ЕВ қоздыру орамасы күрт төмендейді. Сондықтан, демпферлік ораманың бар болуынан кері өріс толығымен өшеді және қоздыру орамасынан өтетін айнымалы ток іс жүзінде тоқтатылады.

25 суретте әмбебап коллекторлы қозғалтқыштың  сұлбасы көрсетілген. Егер қозғалтқышты тұрақты ток торабының ұштарымен байланыстырсақ +” және “-”, онда ол тізбектей қоздырылған қозғалтқыш түрінде жұмыс жасайды, оның сипаттамасы мен қасиеті жайында жоғарыда айтылған.  Бізге мәлім, егер бір уақытта якорьдағы ток бағыты мен қоздыру орамасы өзгеретін болса, онда айналу моментінің бағыты өзгермейді. 

          Тұрақты ток машинасының магнит шынжырының   

басым бөлігін айнымалы токпен қоректендіру кезінде

үлкен жылу шығыны болады, ал айнымалы ток үшін

25 сурет - Әмбебап       қоздыру орамасы үлкен индуктивті   кедергіге ие  

қозғалтқыш сұлбасы     болады.

                                  

Сол себепті әмбебап қозғалтқыштар якорь сияқты станина және полюстерінде орналасады. Олар қосымша полюстерге ие болмайды. Индуктивті кедергіні төмендету үшін, айнымалы токпен жұмыс істеуде кезінде кедергіге тек қоздыру орамасының бір бөлігі ғана қосылады (25 суретті қара). Айнымалы токпен жұмыс істеу кезіндегі қозғалтқыштың көрсеткіштері, тұрақтыға қарағанда өте  төмен болады.

 

1.5.7 Қадамдық және индуктивті электр қозғалтқыштар.

Шекті айналмалы қозғалысты электрмеханикалық түрлендіргіштер, мысалы қадамды таратушылар кең таралған. Осы құрылғыларда электрлік импульстер бұрылыстың шекті бұрыштарына айналады. Импульс тоқтаған жағдайда бұл құрылғылар бұрынғы жағдайына қайта келеді. Жоғарыда шексіз айналмалы қозғалысты тұрақты және айнымалы ток қозғалтқыштарының мысалы келтірілген болатын. Қоректенуді жіберу кезінде қозғалтқыштар оларды ажыратпағанша айнала береді.

Практикада осындай электрмеханикалық құрылғыларды, өзіне қоректенудің бір ғана импульсін жібергенде белгілі бір бұрышқа (қадамға) бұрылатын, ал ажыратқанда тоқтайтын құрылғыларды керек ететін жағдайлар кездеседі. Келесі импульстерді жібергенде құрылғылар бұрынғы жағдайына қайта келмей дәл сондай қадам жасауы керек. Осы үлгіге ұқсас электрмагнитті өткізгішті  қадамдық таратушылар жұмыс істейді, тек ережеге сай ауыстырып қосу бұрылысында пайдаланылады. Құрылғылар қатарына, әсіресе, бұрылыстың шексіз бұрыштарында импульстік электрлік дыбыстарды тоқтату керек (есептегіш, сандық жалғастырушы жүйеде және т.б.) болғанда қадамдық қозғалтқыштар көп қолданылады. Көбінесе тұрақты магнит түріндегі роторлы қадамдық қозғалтқыштар аса ыңғайлы, олар кез келген орнықты жағдайларда анық көрсетеді, тіпті қоректі өшіру кезінде және т.б., есте сақтау қасиетіне ие болып тұрады.

 

 

 

 

 

 

 

 

26 сурет – Қадамдық қозғалтқыштың құрылымы

 

 

 

26 суретте осындай қозғалтқыштың сұлбалы суреті көрсетілген. Статор жұлдызшаға байланыстырылған, орамалы үш анық көрсетілген полюстерден тұрады. Қозғалтқыш қоректенуі үш сыммен іске асырылады, бір сымға бір полярлы  кернеу жүргізіледі, ал басқа екеуіне - қарама-қарсы полярлы кернеу жүргізіледі. Сағат бағыты бойынша роторда айналдыру кезіндегі коммутация реті 1-кестеде келтірілген.

 

 1 К е с т е - Статор орамасының коммутация реті

№1П       

полюстің   полярлығы

S

 

      N

N

N

     S

№2

N

S

S

S

N

N

№3

N

N

N

S

S

 S

Ротордың бұрылу бұрышы

0°

0°

120°

80°

240°

270°

 

Қозғалтқыштың әр қадамында полюстердің тек біреуінің ғана өзгеруі керек екенін байқау қиын емес. Осындай коммутацияға байланысты (реле және ауыстырып қосқыш көмегімен), сол сияқты байланыссыз әдісін қолдану қиын емес. Коммутация қатары өзгерген кезде қозғалтқыш роторы қарама-қарсы жаққа айналады. Қозғалтқыш қадамы  60° құрайды. Егер статорды алты полюсті жасасақ, онда қозғалтқыш қадамы 30° тең болуы мүмкін.

Қоректі токтатқан кезде ротор өзінің соңғы жағдайында жазылады, сондай-ақ оның магнит полюсі статордың айқын көрсетілген полюсіне тартылады. Барлық қолданылған қозғалтқыш қадамдары қуат білігінде бірнеше ватқа өседі және секундына 50 қадам жасауы мүмкін. Автоматика жүйесінде аса кең таралған екіфазалы индуктивті қозғалтқышты қарастырайық. Қозғалтқыш (27 және 28 суретті қара) екі орамалы (қоздыру және басқару) статордан және қысқатұйықталған ротордан тұрады. Статорлық орамалар кеңістікте 90º бұрышта орналасқан. Суретте статор көрнекілік үшін айқын полюсті болып көрсетілген. Статор орамасы таралған және фазада салынып орындалады. Қоздыру орамасы айнымалы ток торабынан амплитудасы өзгермейтін кернеумен  қоректенеді, ал басқару орамасы амплитуда бойынша өзгеретін және қоздыру кернеуіне қатысты фаза бойынша  +90 немесе  -90º жылжыған күшейткіш кернеуінен қоректенеді. Индуктивті қозғалтқыштың айналу жылдамдығының шамасы мен бағыты шамасына және басқару орамасындағы кернеу белгісіне байланысты. Басқару кернеуінің фазасын +90º дан -90º дейін өзгерткенде, ротордың айналу бағыты кері жағдайға ауысады.

Индуктивті қозғалтқыштардың роторы «тиіндік дөңгелек» (27 суретті қара) түрінде немесе жұқақабырғалы стакан (28 суретті қара) түрінде орындалады.

«Тиіндік дөңгелек» түрі көп магнитөткізетін цилиндрден (оңашаланған болат жапырақтардан шығында азайту мақсатына таңдалынып алынған ), қума паздарда екі токөткізетін сақиналар дөңбекпен тұйықталған,  алюминий мен мыстан жасалған жеке өткізгіштерден тұрады. Екінші құрылымында магнитөткізгіш және тоқ жүргізетін бөлігі магнитөткізгіш жылжымайтын тегіс цилиндр (фазасыз) түрінде, ал ротор алюминийден жасалған (алюминий жеңіл металл ретінде инерция моментін азайту үшін таңдалынып алынған) жұқақабырғалы стакан түрінде болып бөлінеді. Екі машинаның да қозғалыс әрекеттері және негізгі сипаттамалары бірдей.

 

 

 

Екіфазалы индуктивті қозғалтқыштың айналу моменті статора өрісінде роторға жүргізілген индуктивті тоқтар әсерінен пайда болады. Бұл момент басқару және қоздыру ағын әсерінен немесе қоздыру және басқару кернеуінің әсерінен (машинаның темірі сығылмаған жағдайда) және олардың арасындағы фазаларының синус бұрышының жылжуы

Мвращ=k1UBUУsinγ ,                                                     (11)

 

мұндағы UB – қоздыру кернеуі;

UУ – басқару кернеуі; 

γ – олардың арасындағы фаза жылжуының бұрышы; әдетте  γ=90º, sinγ=1 деп алынады;

k1 – пропорционалылық коэффициенті.

Индуктивті қозғалтқыштар айнымалы ток жүйелерде әртүрлі жиіліктерде 50-ден 1000 гц дейін қолданылады. Жиіліктің ұлғаюы бос жүріс жылдамдығының да көбейгенін білдіреді, бұл біруақытта электрмеханикалық тұрақты уақыттың өсуіне әкеп соқтырады. Мысал ретінде, Тэм  орташа мәні индуктивті қозғалтқыштар үшін 50гц-те 0,03-0,05 сек болса, ал 400гц-ті қозғалтқыштарда 0,1-0,2сек құрайтынын көруге болады.

Сондай-ақ, индуктивті қозғалтқыштар өзінің жұмыс істеу принципі бойынша роторға ток жүргізілуін керек етеді, щетканы қажет етпейді, үйкеліс моменті оларда аз ғана шамада болады және айналу жылдамдығының реттеу есегілі тұрақты ток қозғалтқыштарына қарағанда 2-3 есе жоғары болып шығады. Айнымалы ток қозғалтқышының белгілі кемшілігі салыстырмалы түрде үлкен салмағы, сол қуатта тұрақты ток қозғалтқышында 2-3 есе салмағын жоғарылатуы болып табылады. Бірақта, көп жағдайларда индуктивті қозғалтқыштардың аса жоғары сенімділігі көрсетілген кемшіліктер (щетканың болмағанда, қарауды және ауысуды керек еткенде) орын толтырады.

 

1.6 Электр машиналық датчиктер

 

1.6.1 Тахогенераторлар.

Электр машиналы датчиктердің ішінде ең көп тарағаны тахогенераторлар болып табылады. Тахогенераторлар кернеуді өлшеу үшін қызмет жасайды, ол айналу жылдамдығына пропорционал, бұрыштық жылдамдықтың электрлік датчигі түрінде пайдаланылады. Шығыс кернеуінің түріне қарай айнымалы және тұрақты ток тахогенераторлары болып бөлінеді. [6, 7, 8].

1.6.1.1 Тұрақты ток тахогенераторы. Тұрақты ток тахогенераторы тұрақты ток электр қозғалтқышына конструктивті тәрізді және тұрақты магниттерде қоздырылу тәрізді орындалады, сол сияқты электр магниттерде де. Тахогенератордың электр қозғаушы күші келесідей өрнекпен анықталады

 

,                                             (12)

 

мұндағы - якорь сұлбасы мен конструкцияға тәуелді коэффициент;

Ф – қоздырғыш ағыны;

w - бұрыштық жылдамдық.

Егер ағын Ф тұрақты магнитте пайда болатын болса, онда тұрақты өлшем болады, э.қ.к Е тек айналу жылдамдығына ғана тәуелді болады. Егер ағын қоздыру тогынан пайда болатын болса, онда оны ауыстыруға болады, бұл жағдайда э.қ.к айналу жылдамдығына және қоздыру тогына тәуелді болады. Қанықпаған магнит шынжырында ағынды Ф қоздыру тогына Iқоз тура пропорционал деп есептеуге болады, яғни

 

                                                             (13)

 

а – пропорционалдық коэффициенті.

Бұл тахогенераторды сыртқы электрлік қозғалтқышпен пайдалануға мүмкіндік береді екі шаманы көбейту үшін, оның біреуі қоздырылу тогы, ал екіншісі –айналу жылдамдығы.

Негізгі талаптардың біреуі, тахогенераторға негізделген, дәлдікпен қамтамасыз ету талабы болып табылады.

Төмендегілер тұрақты ток тахогенераторының қате жіберуінің салдары болып табылады:

а)  тахогенераторда тұрақты магнитпен магнит ағынын өзгерткен кезде нәтижесінде магниттің ескіруі немесе температураға әсері болады; температураны +10°С жоғарылатуда магниттік қоспаны пайдалануда ағынның 0,2-0,3% төмендеуін көрсетеді;

б) тахогенератордың екі түрінде де аз ғана кедергісі бар жүктемемен жұмыс істегенде жүктеме тогына әсері болады, сол себепті якорь  орамасындағы кернеудің төмендеуі және щеткалық байланыстарда және якорь реакциясында тахогенератордың шығысындағы кернеуде өзгеріс болады.

 Айнымалы ток тахогенераторы синхронды және асинхронды болып бөлінеді.


Синхронды тахогенератор түрі роторы тұрақты магнит түріндегі үлкен емес синхронды машинаны ұсынады (29 суретті қара).

 

Осындай түрдегі тахогенератордың шығыс кернеуінің амплитудасы және жиілігі бар, олар айналу жылдамдығына пропорционал. Тахогенератордың шығыс кернеуін әдетте жартылайөткізгіштік түзеткішпен түзетеді.

Бұл тахогенератордың екі негізгі жетіспеушілігі бар:

а) шығыс кернеуі айнымалы жиілікке ие, ол айнымалы токтың қарапайым сұлбасын  пайдалануға қиындық тудырады;

б) тахогенераторлар жылдамдықтың айналуында, айналу бағытының өзгеруіне сезімтал емес, бұл кезде шығыс кернеуінің жиілігі өзгермейді.

  Осы жетіспеушіліктерге байланысты асинхронды тахогенератор еркін (30 суретті қара). Бұл тахогенератордың конструкциясы жұқа қабатты роторы бар екіфазалы қозғалтқыштың конструкциясына сәйкес келеді. Тахогенератордың қоздыру орамасы айнымалы ток торабынан қоректенеді, ал  шығыс орамасынан айнымалы ток электр қозғаушы күші өтеді, яғни  тораптың жиілігі және амплитудасы бар, жылдамдық шамасына пропорционал.  Шығыс кернеуіндегі фазаның айналуын өзгерткен кезде ол кері шамаға ауысады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

а- сұлба; б- айналу жылдамдығының әртүрлі мәніндегі тахогенератордың шығыс кернеуі; шығыс кернеуінің жиілігі өзгермейді.

30 сурет – Асинхронды түрдегі тахогенератор

 

Шкаласы бар вольметрге қосып, айн/мин немесе автоматты жүйедегі кері байланыстағы шынжырды градуирлеуде, әртүрлі механизмдермен машиналардың айналу жиілігін өлшеу үшін пайдаланады.

 

         1.6.2 Айналмалы трансформаторлар.

Айналмалы трансформаторларды айнымалы ток электрлік микромашина деп атайды, кернеудегі ротордың айналу бұрышын  a  түрлендіреді, осы бұрыштың бірнеше функцияларына немесе бұрыштың өзіне пропорционал. Машинаның шығысында кернеуді өлшеу мына заңдылыққа тәуелді және олар келесідей түрлерге бөлінеді:

а) синус-косинусты трансформатор, шығысында екі кернеуді алуға мүмкіндік береді, оның біреуі  sina пропорционал, ал екіншісі - соsa;

б) сызықты айналмалы трансформатор, шығыс кернеуі a бұрышына пропорционал;

в) құрылу трансформаторы, шығыс кернеуі берілетін бастапқы U1 және  U2 кернеулермен байланысты, өрнегі

 

,                                (15)

мұндағы С-тұрақты.

Әр түрдегі айналмалы трансформаторды алу үшін статорында екі орамасы және әртүрлі әдістермен ротор орамасын қосатын   машина қолданылады.

Айналмалы трансформаторлар автоматты және есептеуіш қондырғыларда кеңінен қолданылады, геометриялық және тригонометриялық есептерді шешуге арналған, әртүрлі математикалық операцияларды орындаумен байланысты, үшбұрыштарды тұрғызуда, координаттарды түрлендіруде, векторлар мен проекцияларды тұрғызу мен ажыратуға байланысты. Олар автоматты реттеу жүйелерінде кейбір берілген күйдегі жүйенің ауытқуын белгілейтін, өлшеуіштерді құптау ретінде қолданылады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Айналмалы трансформаторлар айналмалы ротор немесе айналу режімінде жұмыс істей алады. Бірінші жағдайда ротордың күйі статормен салыстырғанда айналмалы механизм түрінде беріледі (редукторлы орындаушы қозғалтқышпен). Бұл режімдегі жұмыс кезінде статордың орамдарының бірі - қозу орамы В (31 суретті қара) - айналмалы ток торабына жалғанады, ал басқасы - компенсациялық немесе квадраттық орам К - кейбір кедергіге жалғанады немесе қысқаша тұйықталады. Кейбір жағдайларда статордың екі орамдары да айнымалы токтан тәуелсіз қорек алады. Статордың В және К орамдары бөлек немесе көпірлік сұлбаға қосылып орындала алады. Ротордың S  (синустық) және С (косинустық) орамдары түйіспелі сақиналарға жалғанады.

Түйіспелу сақина сандарын азайту үшін ротордың орамдарының ұштары бір жалпы сақинаға жалғанады және мыс щетка арқылы жалпы қысқышқа келтіріледі. Бұл орамдардың бастамалары сәйкес келетін сақиналар және щеткалар басқа екі қысқыш арқылы шығарылады. Спираль (шиыршық сым) серіппесінің көмегімен ток өстерінде қолданылады, бірақ бұл жағдайда ротордың айналу бұрышы  1,8¸2 шегіне шектелген.

Қоздыру орамасының үздіксіз айналу режімінде айналмалы трансфарматордың жұмыс істеуі және компенсациялық орамадағы жылжымалы түйісудің санын төмендету мақсатында  олар роторда орналасады, ал синусты және косинусты - статорда болады. Бұл кезде компенсациялық ораманы қысқаша тұйықтайды, ал қоздыру орамасын екі түйісу сақинасына жалғастырады.

Қоздыру орамасын В айнымалы ток торабына қосқан кезде машинада уақытқа қатысты торап жиілігімен  пульсацияланатын қума магнит ағыны Фd туады. Бос жүріс кезінде ротор орамаларында  S және С бұл ағын ЕS0 және ЕC0 электр қозғаушы күштерін индукциялайды, жиілік торап жиілігіне f1 тең болады, әсер ететін өлшемдер статорға қатысты ротордың күйіне тәуелді болады. Осыған байланысты косинус орамасындағы шығыс кернеуі бос жүріс кезінде төмендегі өрнекпен анықталады

 

,                                 (16)

 

мұндағы  және  - ротор орамасының орамдар коэффициенті және орамдар саны;

- ағынның жоғарғы мәні.

Ротор орамасы S, С орамасына қатысты  бұрышқа жылжытылған, сол себепті бұл орамадағы шығыс кернеу төмендегідей

      .             (17)

(16) және (17) өрнектеріндегі ЕВ шамасы, статор және ротор орамаларының арасындағы трансформациялық байланысу коэффициенті - кезіндегі статор орамасындағы "В" ағынды Фd индукциялайтын э.қ.к. Статор орамасы К ағынмен Фd байланыспаған, ол э.қ.к. одан индукцияламайды. Айналмалы трансформатордың жүктеме кезіндегі ротор орамаларында пайда болған қума толқындарды түйістіру үшін қолданылады. Егер В орамасының орнына айнымалы ток торабына К орамасын жалғайтын болсақ, онда қума ағын пайда болады, осыған қатысты S орамасы косинусты, ал С орамасы синусты болады. Сол себепті, бос жүріс кезінде ротор орамасында э.қ.к. индукцияланады, сәйкес келетін ағынға қатысты ротордың айналу бұрышының синусына немесе косинусына пропорционал болады. Ротор және статор орамаларын қосуда әртүрлі сұлбаларды пайдалана отырып, басқа да функционалды тәуелділіктерді алуға болады, сонымен қатар көрсетілген ток жүктемесіндегі  қателікті азайтуға болады.

 

1.6.3 Синхронды байланысты индуктивті машиналар (сельсиндер).

1.6.3.1 Сельсиндердің жұмыс істеу қағидасы.

Синхронды байланысы бар электр машиналары бір-бірімен механикалық байланысы жоқ синхронды және синфазалық айналымы немесе осьтердің екі немесе бірнеше айналуы үшін қызмет етеді. Қарапайым жағдайда бұрыштың синхронды берілісі (синхронды байланыс) сельсин деп аталатын (self sinchroniring сөзден- өзі синхрондалатын) екі бірдей бір-бірімен электрлі байланысқан индуктивті машиналар көмегімен іске асырылады.  Осы машиналардың біреуі датчик (бергіш) деп аталатын алдыңғы осьпен механикалық жалғанатын, ал екіншісі – қабылдаушы деп аталатын және жүргізу осімен (жалғаусыз немесе аралық орындаушы қозғалтқыш көмегімен) жалғанады [6,7].

Сельсинде екі орама болады: бірінші  немесе қоздыру орамасы және екінші немесе синхронизация орамасы. Фаза санына байланысты қоздыру орамасы бірфазалы және үшфазалы сельсин болып бөлінеді. Синхронизация орамасы сельсиннің екі түрінде де, әдеттегідей үшфазалы түрінде орындалады.

Автоматика жүйесінде көбінесе бірфазалы сельсиндер қолданылады.

Бірфазалы сельсиндер түйіспе және түйіспесіз болуы мүмкін. Түйіспе сельсиндерде орамның біреуі статорда, ал екіншісі роторда орналасады. Сельсиннің қозғалыс принципі әр ораманың орналасу орнына байланысты емес. Бірақ та, сельсиндерді қоздыру орамасы - роторда, ал синхронизациялау орамасы – статорда орналасқан жағдай жиі қолданылады. Осындай сельсиндер жұмыста аса  сенімді және үлкен нақтылыққа ие.

Бірфазалы сельсин қоздыру орамасы лүпілдейтін (толықситын) магнит ағынын құрайтын синхронды машина болып есептеледі. Бұл ағын шамасы ротордың бұрылу бұрышынан   тәуелді, эқк синхронизициясының үш фазалы орамасын индукциялайды. Ротор айналымы кезінде қоздыру орамасының арасындағы өзара индуктивтілік және әр синхронизация орама фазалары бір қалыпты косинус заңы бойынша өзгереді, нәтижесінде эқк, осы фазада индукцияланатын  соs пропорционал болады. Көріп отырғандай, эқк барлық үш фазада орама синхронизациясы индукцияланатын, бір және сол уақытта  уақытша фазаға ие, сондықтан да оны фаза деп атамай, сәуле дегеніміз дұрыс болады. Бірақ та аса кең таралған термин «фаза».

Сельсиннің негізгі жұмыс режімі индикаторлы және трансформаторлық болып бөлінеді.

 

1.6.3.2 Индикаторлы жұмыс режімі.

Индикаторлы жұмыс режімін жүргізу өсіне кедергі моменті өте аз болған жағдайда (өс бағытшамен немесе шкаламен болғанда) қолданылады. Сельсин-датчик  ротор айналымы жүйесінде жұмыс істегенде кейбір бұрыштар синхронизация орамасында қозғалыс әсерінен оның роторы да сондай бұрышқа П бұрылуға тырысатын екі электр тогындағы сельсин және сельсин-қабылдағышта пайда болатын синхронизациялайтын момент тудырады.

Синхронизациялайтын момент келісімінсіз бұрыш деп аталатын, екі сельсин роторының арасында  кеңістіктік бұрышы  =Д -П болғанда құралады. Жоғарыда айтқандай, индикаторлы режімде сельсин- қабылдағыш білігіндегі кедергі моменті аз болады, сондықтан датчик роторының бұрылуынан кейін қабылдағыш ротор айналымы үшін сельсин-қабылдағыштың өзінен ешқандай қосымша күшейткіш құрылғыларсыз алынатын аз ғана айналу моменті қажет болады.

 

 

 

 

 

 

 

 

32 сурет - Индикатор режімінде жұмыс істеу кезіндегі сельсиннің қосылу сұлбасы

 

 

 

 

 

Қарастырылып отырған режімде сельсинмен жұмыс істеуде сельсин-датчик және сельсин-қабылдағыштың қоздыру орамасы айнымалы токтың жалпы торабына қосылған (32 суретті қара), ал синхронизация орамасы бір-бірімен сызықты байланыста жалғанған. Пульсирлі магниттік ағыны, датчик пен қабылдағышта қоздыру орамасын тудыратын, үш фазалы ЭҚК синхронизация орамасын индукциялайды. Егер датчик және қабылдағыш роторы арасында келісімсіз бұрыш Ф болса, онда қоздыру ағынымен әсерде болатын, сизхронизация орамасы бойынша тоқ ағады, датчик пен қабылдағышта синхронизациялайтын момент туады. Бұл жағдайлар да қарама-қарсы бағыттар болады және келісімсіз бұлышты нөлге жеткізуге тырысады.

 

1.6.3.3 Трансформатор режімі. Әдетте, датчик роторы тежеулі, сондықтан да оның синхроизациялайтын моменті механизм болып қабылданады, алдыңғы ось 01 бұрылатын, қабылдағыштың синхронизация моментін де датчик роторы бұрылатын сол бағытқа және сол бұрышқа П ротор бұрады. Жұмыстың трансформаторлы режімі қандай да бір механизм айналатын болғанда, маңызды кедергі моментіне алдыңғы ось қолданылғанда ғана қолданылады.

Бұл жағдайда сельсин-қабылдағыш берілген бұрыштарды өздігінен істей алмайды, оған электрлік және механикалық байланысты  орындаушы қозғалтқыш көмегімен жасайды.

Трансформатор режімдегі сельсин жұмысы сельсин-датчиктің СД (33 суретті қара) қоздыру орамасы механикалық жағынан О1 алдыңғы өсімен байланысты, бір фазалы ток торабына қосылады, ал сельсин-қабылдағыштың қоздыру орамасы орындаушы қозғалтқыштың басқару орамасына қорек беретін күшейткішке  К қосылады. Екі сельсиннің де синхронизиция орамасы бір-бірімен сызықты байланыста болады.

Айнымалы ток пульсирлі магнит ағынын тудыратын, үш фазалы синхронизация орамасында ЭҚК индукциялайтын, сельсин-датчиктің қоздыру орамасы арқылы өтеді. Сондай-ақ, датчик пен қабылдағыштың  синхронизация орамасы бір-бірімен сызықты байланыста жалғасқан, онымен ток өтеді, нәтижесінде сельсин-қабылдағышта өзінің пульсирлі магнит ағыны пайда болады. Бұл ағынның өсінің бағыты ротордың орналасу бұрышынан тәуелді болады.

 

 

 

 

 

 

 

 

Егер, бұдан сельсин-қабылдағышта қума құраушы ағын пайда болады, ол оның қоздыру орамасында кейбір ЭҚК индукциялайды, кейбір шығыс кернеулері осы орама түйіндерінде пайда болады.

Бұл кернеу сельсин-қабылдағыштың роторымен бірге алдыңғы осі  02 айналатын, күшейткіш арқылы орындаушы қозғалтқыштың басқару орамасына беріледі. Сельсин-қабылдағыштың роторын құраушы магнит ағынының өсі қоздыру орамасына перпендикуляр болса, шығыс кернеуі нөлге тең болады және алдыңғы ось айналуын тоқтатады.

Сол сияқты, қарастырылған жүйелер жұмысы үшін сельсин-қабылдағыш роторында ток қума құрайшы магнит ағынын тудыры керек. Келісілген ротор жағдайында  қума құраушы ағын болмау керек.

Сельсиндер бұрылу режімінде және айналу режімінде де жұмыс жасай алуы мүмкін. Бірінші жағдайда бұрыш датчик және қабылдағыш өсінің бір-бірінің келісімінсіз және берілген бұрыш бұрылысын өңдегеннен соң синхронды байланысты жүйенің статикалық қателігін сипаттайды. Екінші жағдайда қабылдағыш роторы,  датчик роторы сияқты, сол жылдамдықта айналады, ал бір-бірімен бұрыштың айналу процесінде пайда болған келіспеушілік жүйенің динамикалық нақтылығын сипаттайды.

 

1.6.3.4 Сельсиндер құрылысы. Сельсин бұл үлкен емес өлшемдегі электрлік машина, үш фазалы синхронды генератордың конструкциясымен және сұлбасымен ұқсас.

 

 

 

 

 

 

             

        

 

 

1 - статор; 2 - ротор; 3 – ротор орамасы; 4 -  түйіспе сақина.

 34 сурет  - Сельсиннің конструкциясы

 

 

 

 

 

 

 

34 суретте сельсиннің типтік конструкциясы көрсетілген. Статор және ротор шығынды азайту үшін жұқа жапырақ электртехникалық болаттан алынған. Статорда үш фазалы орама болатын бірөлшемді таралған фазалар болады. Ротор түйіспе сақина мен қоздыру орамасы салынған, сол арқылы қорек жүретін, анық көрсетілген полюстерден тұрады. Сонымен бірге, анық көрсетілмеген полюстермен орындалатын роторды конструкциясын кездестіруге болады. Бір сельсин-датчик бірнеше сельсин-қабылдағыш орнына жұмыс істей    алады, статорлық орамалар топ бойынша параллель жалғанған, ал роторлық орамалар торапқа қосылған. Нәтижесінде сельсиндік берудің салдарынан қабылдағыштардың бір-біріне  әсері байқалуы мүмкін.

 

 

 

 

 

 

  

1 - қоздыру орамасы; 2 - синхронизация орамасы;  3 - ротор пакеті;

4 - магнитті емес аралық; 5 - сақина (тороиды); 6 - статор пакеті;

7 - сыртқы магнитөткізгіш;  8 - корпус; 9 -статор пазы.

 35 сурет - Түйіспелі емес сельсин құрылғысы

 

 

 

 

 

 

 

 

Мысалы, егер ротор бір қабылдағыш нәтижесінде механикалық зақым себебінен айнала («орнықты») алмауы мүмкін немесе басқа қабылдағыштар бұрмаланады. Бірнеше қабылдағыштармен жұмыс кезінде сельсин-қабылдағышқа қарағанда датчик кейде күшті және үлкен көлемде жасауы мүмкін. Түйіспе сельсиннің үлкен кемшілігі өту кедергісі өзгеретін, сырғанайтын түйіспелердің болуы. Бұл синхронды байланыс жүйесінің жұмысын төмендетеді және олардың қателіктің ұлғаюына әкеп соқтырады.

Қазіргі уақытта статорда орналасқан бірфазалы қоздыру орамасы мен үшфазалы синхронизация орамасы кеңінен қолданыста, осының салдарынан сырғанайтын түйіспелінің (байланыс) керегі де болмай қалды. Түйіспелі сельсин роторы (35 суретті қара) магнитті емес материалдан жасалған екі болат пакеттен тұрады. Ротор пакеті біліктің параллельді осі, болат жазықтыққа орналасқан жапырақтардан жиналған. Статорда  таралған синхронизация орамасымен болат пакет, екі бүйір сақина (тороиды), қоздыру орамасының екі сақина тәріздес катушкасы және сыртқы магнитөткізгіш орналасқан. Болат пакет, синхронизация орамасы орналасқан және сақиналар жапырақтардан жиналған, білік осіне перпендикулярлы орналасқан, ал сыртқы магнитөткізгіш - жапырақтан жиналған, білік осіне параллель орналасады. Байқағанымыздай, сельсиннің магнит жүйесінің барлық бөлшектерінде жапырақ жазықтығы күштік магнит сызық бағытына қарай параллель. Қоздыру орамасының сақиналы қатушкалары ток бағыты кез келген уақытта келісілген сай келетіндей болып қосылуы мүмкін.

Қоздыру орамасын тудыратын магнит ағыны жолда сельсиннің магнит жүйесінің әр элементінде тұйықталады, суретте 35 пунктте бағытшамен көрсетілген. Ротор пакетінің біреуінен ол статорға үлкен емес ауалық саңылау арқылы өтеді, содан кейін статорға синхронизация орама өткізгіштерін ұстай екінші ротор пакеті келеді. Жалғаусыз өткен ағынға ротор пакетінен басқа пакетке кең магнитті емес тесік кедергі болады. Ротордың екінші пакетінен ағын сақина және сыртқы магнит өткізгіш арқылы бірінші пакетке өтеді. Ротор айналымында синхронизация орамасына қатысты ағын өсінің орналасуы өзгереді, сондықтан синхронизация орамасының фазасында индукциялайтын

ЭҚК ротордың айналу бұрышына тәуелді болады, сондай-ақ сельсин түйіспесінде де, нәтижесінде сельсиннің бұл түріндегі жұмыс істеу принциптері бірдей болады.

Түйіспелі емес сельсин кемшілігі түйіспелі сельсинге қарағанда, шашыраудың үлкен ағыны үшін және бос жүріс тогының ұлғаюына нашар материалды қолдануы болып табылады.

Бірдей салыстырмалы синхронизациялайтын моментте түйіспелі сельсин емес салмағы түйіспелі сельсинге қарағанда шамамен 1,5 есе үлкен болады.

  

2 Электрқозғалтқыштың  механикалық сипаттамалары және оның параметрлері

 

2.1 Негізгі қағидалар

 

Электр қозғалтқышымен қозғалысқа келтірілетін кез келген механизм, егер қозғалтқыш қасиеті механизм талаптарын қанағаттандырса, үнемді  және өнімді жұмыс істеуі мүмкін. Қозғалтқыш қасиетінің бағасы үшін критерий болып, қозғалтқыш білігінде өсетін айналу жылдамдығы w мен моментінің М арасындағы тәуелділік болатын механикалық сипаттама қызмет етеді.

Механикалық сипаттамадан басқа, электрмеханикалық немесе басқаша жылдамдықты сипаттама - қозғалтқыш тогымен I және айналу жылдамдығы w арасындағы тәуелділік  жиі қолданылады [1,3,8].

Барлық сипаттамалар жасанды және табиғи болып бөлінеді. Қозғалтқыштың табиғи сипаттамасы деп тораптан қоректенетін номиналды параметрлі, қосылудың  қалыпты сұлбасында және қозғалтқыш шынжырында қосымша кедергілер болмаған жағдайды атайды. Қозғалтқыштың барлық басқа да сипаттамалары, осы шарттардың ең болмағанда біреуін орындамай қалған кездегі сипаттама жасанды сипаттама деп аталады. 

Сипаттамалар аналитикалық түрде өрнектермен немесе сызбалармен көрсетіледі. Механикалық сипаттамаларды салыстыру үшін критерийлердің біреуі олардың қатаңдығы болып табылады, қатаңдық коэффциентімен бағаланады.

.                                         (18)

 

Осы критерийге сәйкес, электр қозғалтқышының сипаттамалары абсолютті қатаң (b=¥), қатаң (b»40-10%) және жұмсақ (b»10% және аз) болып бөлінеді.

Абсолютті қатаң сипаттамаға  жылдамдығы жүктеме өзгерген уақытта тұрақты болып қалатын синхронды қозғалтқыш ие болады.

Қатаң сипаттаманы параллель қоздырғышты тұрақты ток қозғалтқыштары және білікте үлкен жүктемелі аралас қоздырғышты қозғалтқыштар, сонымен бірге асинхронды қозғалтқыштар (сипаттаманың сызықты бөлігі) ие.

Жұмсақ сипаттаманы тізбектей қоздырғышты тұрақты ток қозғалтқыштары мен білікте аз жүктемелі аралыс қоздырғышты қозғалтқыштар ие болады.

Механикалық сипаттаманың сипаттамалық нүктесі болып идеалды бос жүріс нүктесі, номиналды жұмыс режімінің нүктесі, қысқа тұйықталу нүктесі (36 және 37 суретті қара) табылады.

Идеалды бос жүріс кезінде қозғалтқыш білігінде момент (М=0) болмайды. Қозғалтқыштың айналу жылдамдығы бұл жағдайда идеалды бос жүріс (w0) жылдамдығы деп аталады. Номиналды режімдегі нүкте моменттің Н).

Жылдамдық (wН) пен осы мәндегі жылдамдық айырмашылығы, белгілі бір жүктемеге сәйкес келетін, жылдамдықтың құлауы (түсуі) (Dw) деп аталады.

М=МН, DwН=w0-wН үшін, Dw жылдамдыққа w0  қатынасы «сырғанау» (s) деп аталады.

                                               .                                              (19)

Номиналды момент sН кезіндегі сырғанау шамасы сонымен қатар, сипаттаманың қатаңдық бағасы үшін критерий ретінде қызмет етеді.

 

 

Қысқа тұйықталуда нүктесінде қозғалтқыш жылдамдығы 0-ге тең. Қозғалтқыш білігіндегі момент, осы жылдамдыққа сәйкес келетін қысқы тұйықталу моменті (МКЗ) деп аталады. Кейде МКЗ моменті жіберу моменті деп те аталынады.

Қозғалтқыш параметрлері салыстырмалы бірлікпен жиі өрнектеледі. Салыстырмалы бірлік ретінде  қандай да бір шаманы алу үшін оның абсолют мәнін шамаға бөлу керек, базисті болып қабылданған. Базисті шамалар қатарына, әдетте UH - номиналды кернеуді, IH - номиналды токты; МH - но­миналды моментті; RH - номиналды кедергіні қабылдайды. Қозғалтқыштың номиналды тогын номиналды кернеуге бөлгенге тең, wH- номиналды айналу жылдамдығы.

Синхронды және асинхронды қозғалтқыштар үшін сондай-ақ параллель қоздырғышты тұрақты ток қозғалтқышы үшін базистік жылдамдыққа идеалды бос жүріс жылдамдығын w0 қабылдайды.

Қозғалтқыш параметрі салыстырмалы бірлікпен өрнектелген келесі үлгіде белгіленеді:  және т.б.

Көп жағдайларда салыстырмалы бірлікті қолдану есепті оңайлатады.

 

2.2 Параллель қоздырылудағы тұрақты тоқ электр қозғалтқышының  механикалық сипаттамасы

 

2.2.1 Сипаттамалар теңдеуі.

Көптеген жағдайларда, параллельді қоздырылатын тұрақты тоқ қозғалтқышын, 37-суретте көрсетілген сұлба бойынша іске қосады.  Осы сұлбаға байланысты зәкір тізбегінің орнатылған режіміндегі тепе-теңдік кернеуінің теңдеуін келесідей түрде өрнектеуге болады.

 

   U=E+IR,                                                              (20)

 

мұндағы U – желідегі кернеу;

Е – қозғалтқыштың электрқозғалтқыш күші (э.қ.к);

I – зәкір тізбегіндегі тоқ;

R =RЗ+RР – зәкір тізбегіндегі жалпы кедергі;

З – дәлме - дәл түйісу және зәкір орауышының кедергісі;

RP -  зәкір тізбегіндегі қосымша сыртқы кедергі.

Қозғалтқыштың Э.қ.к. төмендегідей кейіптемемен анықталады

 

,                                              (21)

мұндағы   - қозғалтқыштың конструкциялық тұрақтысы;

Ф – бір өрістің магнит ағыны;

w - айналу жылдамдығы, 1/с;

р -  қос полюстің саны;

N зәкірдің белсенді өткізгіштер саны;

а – зәкір орамасындағы параллель тармақтардың саны.

(21) теңдеудегі Е–нің мәнін (20) теңдеуге қоя отырып, қозғалтқыштың сипаттамалық жылдамдығының теңдеуін аламыз.

                                                    (22)

 

Ф магнит ағынының тұрақтылығына байланысты, (22) теңдеу келесідей түрде болуы мүмкін   

 

     ,                                                  (23)

 

мұндағы   - (I=0 кезіндегі) бос жүрістің нақты жылдамдығы, ол тең  

 

                                                   ,                                                (24)

- зәкір тізбегіндегі кедергінің және берілген тоқтағы жылдамдықтың төмендеуі.

(23) теңдеуден көрініп тұрғандай қозғалтқыштың сипаттамалық жылдамдығы түзу сызықты көрсетеді,  абсцисс өсіне еңкіштігі  коэффициентімен анықталады.

Механикалық сипаттамалық теңдеуін алу үшін, қозғалтқыштың зәкір тогы мен электрмагниттік момент арасындағы белгілі тәуелділікті пайдаланамыз. 

I,                                                 (25)

мұндағы М – қозғалтқыштың электрмагниттік  моменті.

 

37 сурет - Параллель қоздырылатын қоғалтқыштың қосылу сұлбасы

 

Қозғалтқыштың білік моментінің, электрмагниттік моменттен айырмашылығы болаттағы шығын мен механикалық шығынға байланысты. Электрқозғалтқыштың механикалық сипаттамасына есептеу жүргізген кезде бұл шығындар есепке алынбайды, және де электрқозғалтқыштың білігінің моменті электрмагниттік моментпен бірдей болып қабылданады. (25) теңдеудегі токтың мәнін (22) теңдеуге қоя отырып келесідей теңдікті аламыз.

 

   .                                                  (26)

 

Теңдіктің басқа түрі

,              (27)

мұндағы  - зәкір тізбегінің кедергісі және моменттің жүктеме жылдамдығы.

(27) теңдікке байланысты параллель қоздырылатын қозғалтқышт- ың механикалық сипаттамасы түзу сызықты көрсетеді. Ток пен моментке сәйкес масштабты таңдау барысында бір координат жүйесіне механикалық және жылдамдық сипаттамасын біріктіруге  болады (38 суретті қара). 

 

 

 

2.2.2 Зәкір тізбегінің кедергісіне және қозғалтқыш сипаттамасының магнит ағынына, желідегі кернеудің әсері.

(22), (24) және (26) теңдіктерден кейін, қозғалтқыштың зәкір тізбегіне берілген кернеуді өзгерту кезінде, бос жүріс жылдамдығы пропорционалды өзгереді.  Сипаттаманың еңкіштігі тұрақты болып қалады, олай болса әртүрлі кернеулердегі қозғалтқыш сипаттамасы параллель болады.  Мұндай сипаттамалықтың жиынтығы 39 суретте көрсетілген.

Қозғалтқыштың магнит ағыны-ның өзгеруі тізбектің қоздыру орамасындағы кедергінің пайда болуын жүзеге асырады (37 суретті қара). Ф магнит ағынын төмендету кезінде бос жүріс жылдамдығы жоғарылайды . Қозғалт- қыштың қысқа тұйықталу тогын  IҚ.Т , w= 0 кезіндегі зәкір тогын еске ала отырып,  (22) теңдікке сәйкес былай өрнектейміз

 

,              (28)

 

яғни  IҚ.Т шамасы магнит ағынының шамасына тәуелді емес. Сол себептен, қозғалтқыштың сызықты жылдамдық сипаттамасы әртүрлі ағындарда абсцисс өсінің бір нүктесінде қиылысады (w=0, I=IҚ.Т), 40 суретте көрсетілгендей түрге ие болады.  

         Қозғалтқыштың қысқа тұйықталу моменті (25) теңдікке сәйкес  төмендегідей өрнектеледі

 

IК.З.                                          (29)

 

Ағынды азайтуда, қысқа тұйықталу моменті МҚ.Т азаяды. Әр түрлі ағындардағы механикалық сипаттаманың жиынтығы 41 суретте көрсетілген.  

(41 суретті қара) механикалық сипаттамадан көрініп тұрғандай, қозғалтқыштың магнит ағынының бәсеңдеуі, жүктемесі аз аймақтың айналу жылдамдығының ұлғаюына әкеп соғады. Магнит ағынының шамадан тыс бәсеңдеуінде немесе тізбектің қоздыру орамасының үзілуінде қозғалтқыштың айналу жылдамдығының мүмкін емес мәнге дейін ұлғаюы (қозғалтқышты тарату), апатты жағдайға әкеп соғуы мүмкін.  Осы уақыттағы магнит ағынының бәсеңдеуі, қозғалтқыш жүктемесінің үлкен мәнінде айналу жылдамдығының ұлғаюын емес, керісінше төмендеуін тудырады (41 суретті қара).  Бұл құбылыс келесідей әдіспен түсіндіріледі. Өзгеріссіз жүктемедегі ағынның бәсеңдеуі (25) өрнекке сәйкес зәкір тоғының ұлғаюын тудырады. 


Жоғарыдағы айтылуға байланысты   шамасы (27) теңдіктің оң жақ бөлігінде магнит ағынының бәсеңдеуінде   шамасы жылдам өседі. Жүктеменің аз шамасында (токтағы) Dw абсалюттік өсім w0 абсалюттік өсімінен аз болады, ал қозғалтқыш жылдамдығы w=w0 - Dw ұлғаяды.  Ал жүктеменің үлкен мәнінде көрініс керісінше болады.

Ф магнит ағынының өзгеріссіз күйінде немесе момент  кезінде, және токтың тұрақты мәнінде Dw жылдамдықтың төмендеуі зәкір тізбегінің кедергісіне пропорционал болады.  Осы уақытта жылдамдық кедергінің мәніне тәуелді болмайды. Сол себептен зәкір тізбегіндегі сыртқы қосымша кедергінің өзгеруінен пайда болған барлық сипаттамалар (реостаттық сипаттама) ордината өсінің бір нүктесінде қиылысады (w=w0, М=0,). Олардың қатаңдығы кедергінің ұлғаюына пропорционал төмендейді. Реостаттық сипаттамалықтың жиынтығы 42 суретте көрсетілген. Зәкір тізбегіндегі қосымша кедергінің пайда болуы қозғалтқыштың айналу жылдамдығын реттеуге және жіберу тогы мен моменттің шектелуіне қолданылады.

 

2.2.3 Генераторлық жұмыс режімі.

Жетекте, жиі іске қосылулар мен тежелулерде жұмыс істеуде жоғарғы өнімділік тек қана интенсивті іске қосылудың есебінен ғана жетістікке жетпейді, сондай-ақ оған қосымша жылдам тежелу де қажет. Мақсатымызға сай, ол қозғалтқыштың көмегімен электрлік тежелу болып табылады. Бұл электржетекті бүтіндей жеңілдетеді және төмендетеді. 

 

 

 

 

Барлық электр машиналары сияқты, параллель қоздырылатын қозғалтқыш қайтымдылық қасиетіне қол жеткізеді, яғни өзінің білігіне тежелу моментін тудыра отырып, генератор режімінде де жұмыс істей береді.  Параллель қоздырылатын қозғалтқыштағы генератордың тежелу режімін келесідей түрде ажыратады:

а) энергияны желіге беретін рекуперативті тежелу;

б) динамикалық  тежелу;

в) қарсы қосылудағы тежелу.

        

2.2.3.1 Рекуперативті тежелу. Бұл режім кез келген жағдайда туындауы мүмкін, егер қозғалтқыштың айналу жылдамдығы w бос жүріс кезіндегі идеал жылдамдықтан жоғары болған кезде w0.

Бұл кезде  Е-kФw>U=kФw0, яғни  қозғалтқыштың э.қ.к. берілген кернеуден үлкен болғанда, ал ток өзінің бағытын өзгертеді. Соңғы теңдеуден көрініп тұрғандай

 

                                           .                                   (30)

 

Мұндағы токтың теріс мәні, қозғалтқыш өзінің білігіне тежелу моментін тудыра отырып, генератормен қосымша қоректендіргіш желі арқылы жұмыс істейіндігін куәландырады.

Сондықтан, рекуперация режімі қозғалтқыштың қосылу сұлбасын өзгертпестен пайда болады, (22) және (26) механикалық пен жылдамдықтың сипаттамалық теңдеулері дұрыс болады, яғни бұл сипаттамалықтар рекуперация режімінде екінші квадрант аумағындағы қозғалтқыш режіміндегі сипаттамалықтың жалғасы болып табылады (43 суретті қара)

 

 

43 сурет- Рекуперацияның энергиясы               44 сурет - Динамикалық

желіге берілгендегі генератордың жұмыс            тежеудегі параллель

                     режімі                                              қоздырылатын қозғалтқыш

 

Қозғалтқыштың білігіне түсетін энергия, шығынның есебінен желіге берілгендіктен, рекуперативті тежелу өте үнемді. w=const кезіндегі тежелу моментінің (43 суретті қара) немесе МТ=const айналу жылдамдығының   мәндерін реттеу, зәкір тізбегінің кедергісін өзгерту жолы арқылы іске ауы мүмкін. Бұл жұмыс режімін қолдану w>w0 шартын орындаудағы жетіспеушілікке байланысты шектеулі.

Егер қозғалтқышты түсуге бағыттас қоссақ, рекуперативті тежелудің практикалық режімі ауыр жүктемені түсіруде үлкен орын алады.

Бұл жағдайда жылдамдықтың w>w0  мәніне дейін қозғалтқыш пен жүктемеде пайда болған моменттің жиынтығының әсерінен жүйе жойылады. Кейінірек қозғалтқыштың моментінің белгісі өзгереді, қозғалтқыштың моменті шегеріліп, жүктемеде туындаған моменттің әсерінен жойылу жүзеге асады.  Жылдамдықтың w>w0  бірнеше мәнінде моменттердің тепе-теңдігі туындайды, және жүктеме тұрақты жылдамдықпен төмендейтін болады.

Рекуперация режімі қысқа мерзімді зәкірдегі кернеуді бірден төмендетуде және қозғалтқыштың магнит ағынын ұлғайтуда пайда болуы мүмкін. Бұл кезде инерция күшіне қозғалтқыштың жылдамдығындағы алғашқы моменті бұрынғысындай қалады. Жаңа сипаттама үшін Uя төменгі мәніне сәйкес келетін немесе Ф үлкен мәнінде, бұл жылдамдық бос жүріс жылдамдығына қарағанда үлкен болады, яғни рекперация режімінде (w>w0) алынған шарттың орындалуында орын алады.  

 

2.2.3.2 Динамикалық тежелу. Бұл режім зәкірдің айналмалы қозғалтқышы желіден ажыратылған кезде және кедергіде тұйықталса (44 суретті қара) болатын режім. Бұл кезде қоздырғыштың орамасы желіде қосылған күйінде болады.

Динамикалық тежелу кезінде қозғалтқыш кинетикалық энергияны электрлендіру агрегатына яғни білікке түсірілген электрлікті механикалық энергияға түрлендіреді. Әдетте бұл энергия желіге берілмейді, зәкір тізбегінің кедергісінен жылу түрінде бөлінеді.  

Динамикалық тежелу сұлбасы бойынша қозғалтқышты іске қосқаннан кейін оның магнит ағынының бағыты мен айналу бағыты өзгермейді, яғни машинаның э.қ.к. бұл режімде қозғалтқыш режіміндегідей өзінің белгісін сақтайды. Демек, (22) теңдеуді  U=0  кезінде былай өрнектеуге болады

                                          .                                                         (31)

 

Мұндағы

                                            .                                              (32)

 

(31) теңдеуге (25) теңдеудегі токтың мәнін қоя отырып, табатынымыз

 

                                                  .                                            (33)

Алынған теңдіктер (31) және (33) динамикалық тежелу режіміндегі қозғалтқыштың механикалық және жылдамдықтың сипаттамалық теңдеулерін көрсетеді.  Ф = сonst кезінде бұл сипаттамалықтар тіксызықты және олар екінші және төртінші квадранттарда координата басынан өтеді (45 суретті қара).  Сипаттамалықтың иілуі кедергімен R анықталады.

Динамикалық тежелу жетектің жылдам тоқталуына немесе айналу жылдамдығының белгілі мәніндегі тежелу моментін тудыруға қолданылады (мысалға, кедергіні түсіру кезінде). Екі жағдайда да R кедергінің мәнінің өзгеруінде сол жылдамдықтағы моменттің мәнін және тұрақты тежелу моментіндегі жылдамдықтың мәндерін  реттеуге болады (45 суретті қара).

 

 


2.2.3.3 Қарсы қосылудағы тежелу. Қозғалтқыштың жұмыс істеуінде айналым бір бағытта болатын режім, ал инерция күші немесе сыртқы момент оның зәкірін қарама-қарса бағытта айналдырады. 

Алынған қарсы қосылу режімін келесіде түрде ұсынуға болады. Көтергіш қондырғының қозғалтқышы, қозғалтқыш режіміндегі реостаттық сипаттамада жұмыс істеуде, жүктемені көтереді, МС1 кедергінің моментін тудырады.  46 суреттегі сипаттамалыққа келісуде кедргінің осы моментіне w1  жылдамдығы сәйкес келеді. Бұл жағдайдағы зәкір тогы қозғалтқыш режіміндегі теңдік үшін қарапайым анықталады

 

.                                              (34)

 

Қозғалтқыш жылдамдығының жүктемесін жоғырылату кезінде сипаттамалыққа байланысты төмендейді. Кедергінің моменті  Мқ.т. шамасына дейін жеткенде қозғалтқыш тоқтайды. Жүктеменің кейініректегі ұлғаюы айналу бағытының өзгеруіне әкеп соғады. Жүк төмендейді, қозғалтқыш оның өрлеуіне қосылып тұрса да. Бұл режім қарсы қосылу режімі деп аталады. Жүктің төмендеу жылдамдығы зәкір тізбегінің кедергісінің мәніне және жүктемеге тәуелді.  46 суретте көрсетілген МС2 тең    реостатты сипаттамалық момент, орнатылған w2 жылдамдығына сәйкес келеді. 

Нақты шарттарда қозғалтқыштың қарсы қосылу режімі көтерме қондырғылар үшін жүкті ұлғайтпай-ақ, зәкір тізбегінің  кедергісін ұлғайту арқылы алады. 

Қарсы қосылу режіміндегі жылдамдықтың белгісін өзгерту қозғалтқыштың э.қ.к. белгісін өзгертуге әкеп соғады, бұл жағдайда магнит ағынының бағыты өзгеріссіз қалады. (34) теңдеу келесідей түрде жазылады 

 

  .                                                (35)

 

Келесідей түрге түрлендіруге болады

                                                      ,                                       (36)

 

немесе

                                                       ,                                      (37)

 

мұндағы  DР – зәкір тізбегінің шығыны;

РЭжеліден алынған электр қуаты;

РМ – қозғалтқыштың білігінен алынған және электрлікке қайтадан өзгертетін механикалық қуат.

Сол себептен, қарсы қосылу режімінде қозғалтқыш генератормен желіде тізбектей жұмыс жасайды. Желіден алынған энергия және механизм жағынан алынған энергия, зәкір тізбегінің кедергісіне жылу түрінде берілді.   Энергетикалық көз қарас жағынан бұл режім аса үнемді емес.

         Айналмалы қозғалтқыштың бағытын қарама-қарсы айналдыруға шапшаң ауыстырып,  зәкір тізбегінің кедергісін біруақытта ұлғайту  кезінде қарсы қосылу режімін алуға болады.

Бұл кезде жылдамдық пен жүктеменің ауыстырылымына дейін жұмыс істеген қозғалтқыш (46 суретті қара) А нүктесіне сәйкес келеді, алғашқы момент механикалық инерцияға байланысты жылдамдықтың шамасы мен бағытын өзгертпейді. Дегенмен, зәкір тогының бағыты демек қозғалтқыштың моменті мәндерін ауыстырады.  Олай болса, қарсы қосылуда тежелу режімі орын алады.  46 суретте екінші және үшінші квадранттары арқылы өтетін В нүктесі сәйкес келеді. Тежелу моментінің әсерінен қозғалтқыштың жылдамдығы нөлдік мәнге дейін төмендейді. Жылдамдық кезінде нөлге тең (С нүктесі) қозғалтқыштың тежелу жағдайында желіден ажыратулы болуы керек. Қарсы жағдайда қатаңдық сипаттамалығымен және жүктемемен анықталатын кері бағыттағы жылдамдыққа дейінгі тарату басталады.

В нүктесінен С нүктесіне дейінгі сипаттамалық аумағында қарсы қосылу режіміне сәйкес келетін токтың шамасы келесідей өрнекпен анықталады

 

,                                  (38)

 

яғни қозғалтқыштың э.қ.к. және берілген кернеудің жиынтығы. Осыған байланысты қозғалтқыштың зәкір тізбегіндегі токты  мүмкін болатын мәнге дейін төмендету үшін жеткілікті үлкен кедергі берілуі тиіс.  Қарастырған режімді реверсивті жетек үшін мақсатымызға  сай пайдалануға болады, шапшаң тежелумен қозғалтқышты кері бағытта іске қосу технологиялық шарттарға қажет. 

 

2.3 Тұрақты ток электрқозғалтқышының тізбектей қоздырылудағы механикалық сипаттамасы 

 

2.3.1 Сипаттамалық теңдеуі.

Тізбектей қоздырылатын қозғалтқыштың қосылу сұлбасы 47 суретте көрсетілген. Шындыққа негізделген және (20), (21), (25) байланыстар қозғалтқыштың механикалық және жылдамдық сипаттамасына байланысты келесідей теңдікпен көрсетіледі, (22) және (26) ұқсас теңдеулермен  

 

;                                           (39)

 

,                                               (40)

мұндағы  R=RЗ+RҚ+RР – зәкір тізбегіндегі кедергілер жиынтығы;

RҚ қозғалтқыштың қоздыру орамасындағы кедергі.

 

47 сурет – Тізбектей қоздырылатын қозғалтқыштың қосылу сұлбасы

Сипаттамалықтар, параллель қоздырылудағы қозғалтқыш сипаттамалы-ғынан өте жақсы, тізбектей қоздырылатын қозғалтқыштағы магнит ағыны айнымалы болғандықтан, I зәкір тогымен анықталады. Ф = f(I) тәуелділігі,  48 суретте көрсетілген, сызықты емес болып табылады,  қарапайым және нақты аналитикалық теңдеу болмайды. Осыған байланысты (39) және (40) теңдіктер қозғалтқыштың сипаттамалығын тұрғызуға және есептеуге қолайсыз.

Сипаттамалықтың бұл түрін түсіндіру үшін, қозғалтқыштың ағынын зәкір тогына пропорционал деп есептейміз, яғни Ф=КI, мұндағы К-  пропорционалдық коэффициенті. Ток аз кезде, машинаның магнит тізбегінің қанықпаған жағдайында, бұл жорамал шынай болады.  (39) теңдіктің шарты былай өрнектеледі

.                                      (41)

(41) теңдеудегі  w=f(I) тәуелділігі токтың аз кезінде гиперболалық теңдеумен өрнектеледі. Токтың үлкен мәнінде, машинаның магнит тізбегінде қанығу болған кезде, ағынды тұрақты деп қабылдауға болады. Бұл жағдайда w=f(I) тәуелділігі сызықты болып табылады. Есептеудегі алынған қорытынды бойынша, тізбектей қоздырылған қозғалтқыштың сипаттамасын қисық түрде көруге болады, 49 суретте көрсетілген.

 

 

 


Қозғалтқыш моментінің зәкір тогынан тәуелділігі нақты аналитикалық теңдеу болмайды. Егер,  Ф = KI токтың аз кезінде деп қабылдасақ, онда ток пен моменттің байланыс ара қатынасы

 

.                                    (42)

 

Токтың үлкен кезінде, машинаны қаныққан және ағынды тұрақты деп есептеген кезде, .   M=f1(I)  тәуелділігі 49 суретте көрсетілген.

  w=f(I) және  M=f1(I) тәуелділіктері болуда, w=f2(I) тәуелділігін алу қиын емес, яғни қозғалтқыштың механикалық сипаттамасы.

Тізбектей қоздырылатын қозғалтқыштың механикалық сипаттамасының ерекшеліктері болып табылады, егер жүктеме кезіндегі жылдамдықты бірден ұлғайтсақ, нөлдің маңында, ол магнит ағынының қатты төмендеуімен түсіндіріледі. Сол себептен, тізбектей қоздырылатын қозғалтқышты жүктемесі көрсетілген мәнінен  15-20% төмен болған жағдай да пайдалануға болмайды.

Тізбектей қоздырылатын қозғалтқыш, параллель қоздырылатын қозғалтқыш сияқты токтың бөліну мүмкіндігіне ие болады, яғни  Iмүм=(2 -2,5)IH. Моменттің бөліну мүмкіндігі, параллель қоздырылатын қозғалтқышқа қарағанда жоғары болады, I>IH, Ф>ФH болғандықтан. Тізбектей қоздырылатын қозғалтқыштың моментінің бөліну мүмкіндігінің максимал мәні өте жоғары болады, мысалы ММҮМ=(3,5-4,5)МН құрайды. Мұнымен тізбектей қоздырылатын қозғалтқышты, жетектің механизмінде айтарлықтай қысқа уақытта көп жүк артуда (мысалға, көлік және жүк көтергіш қондырғыларда), кеңінен пайдаланатындығы түсіндіріледі.

Зәкір тізбегінің кедергісін ұлғайтуда механикалық және жылдамдық сипаттамасын жеңілдетеді, жүктеменің тұрақты кезінде зәкір тізбегінің кернеуінің төмендеуі пропорцио-нал жоғарылайды, яғни жылдам-дықтың төмендеуінің ұлғаюын шақырады. Зәкір тізбегінің әртүрлі кедергісі кезіндегі тізбектей қозды-рылатын қозғалтқыштың механика-лық сипаттамалық жиынтығы 50 суретте көрсетілген.

Қозғалтқыштың қысқышта- рындағы кернеуді төмендеткен кезде, оның жылдамдығы тұрақты жүктемеде және зәкір тізбегінің кедергісінде төмендейді. Бұл қорытынды сипаттамалық теңдеуді өңдеуден шығады. Желіден қоректенетін кернеудің әртүрлі мәніндегі машинаның механикалық сипаттамалылығы 51 суретте келтірілген.

 

2.3.2 Генераторлық жұмыс режімі.

Тізбектей қоздырылатын қозғалтқыш генератордың тек екі ғана режімінде жұмыс жасауы мүмкін, олар динамикалық тежелу және қарсы қосылу режімінде. Энергияны желіге беретін рекуперативті тежелу бұл қозғалтқыштарда болуы мүмкін емес, себебі қозғалтқыштың э.қ.к. келтірілген кернеуден үлкен болмайды. Шынында, егер (39) теңдеуден IR кернеу түсуін есептемесек, онда жүктемені төмендету кезіндегі  w жылдамдықтың ұлғаюы Ф ағынның пропорционал төмендеуіне итермелейді. Мұндай жағдайда Е=kФw=U кернеу түсуін есептегенде әрқашан E<U.

Динамикалық тежелу үшін тізбектей қоздырылатын қозғалтқыштың зәкірі оны кедергімен тұйықтайды (52 суретті қара), ал қоздыру орамасы желіге қосымша кедергі арқылы қосылады, шектелеген ток көрсетілген шамаға дейін болады. Генератормен тәуелсіз қоздырылу арқылы жұмыс істеуде, бұл режімде қозғалтқыш динамикалық тежелу режіміндегі параллель қоздырылатын қозғалтқыш сияқты сипаттамалыққа ие болады.

53 суретте келтірілген  қозғалтқышты сұлба бойынша іске қосуда, динамикалық тежелу өздігінен қоздырылуда қолданылады. Қалдық магнит ағынының есебінен өздігінен қоздырылу орын алады. Машинаны магнитсіздендіруден құтылу үшін, сұлбаны келесідей түрде жинайды,  бұл кезде қоздыру орамасындағы токтың бағыты қозғалтқыш режімі кезіндегі токтың бағытымен сәйкес келуі керек. Желідегі энергияны пайдаланбағандықтан,

тәуелсіз қоздырылуға қарағанда, өздігігінен қоздырылуы бар тежелу үнемді. Бірақ жылдамдық аз кезде өздігінен қоздырылудың шарты Е>IR орындалмайды, және тежелу моменті болмайды (54 суретті қара), берілген сұлбаны пайдалануды шектейді.

Тізбектей қоздырылатын қозғалт-қыштың қарсы қосылу режімін алу әдістері, параллель қоздырылатын қозғалтқыштың әдісі сияқты.  Параллель қоздырылатын қозғалтқыш үшін айтылған барлық пікір, тізбектей қоздырылатын қозғалтқыш үшін де шынайы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4 Тұрақты ток электрқозғалтқышының аралас қоздырылудағы механикалық сипаттамсы

 

Аралас қоздырылатын қозғалтқыштың ерекшеліктері болып  екі ораманың қоздырылуында бар болуы: параллель және тізбектей (55 сурет). Орама келісімді қосылады, яғни олардың магниттену күші беттеседі

 

F=wПiB+wМ  IЗ,,                                        (43)

 

мұндағы  F – жалпы магниттену күші;

wH, wП  -  параллель және тізбектік орамаларға сәйкес орам сандары;

IB, IЗ  - зәкір тогы және параллель ораманың тогы.

IЗ=0 кезінде  магниттелу күші F=wH IB¹0. Сондай-ақ, аралас қоздырылатын қозғалтқыш идеал бос жүрістің соңғы жылдамдығына ие болады. Оның шамасы

,                                                         (44)

 

мұндағы Ф0 – қоздырғаштың параллель орамасында пайда болған ағын.

Жүктемені жоғарылату кезінде тізбектегі ораманың есебінен машинаның ағыны жоғарылайды, ол қозғалтқыштың жылдамдығының төмендеуін тудырады, сипаттамалықты жеңілдетеді.

Жүктемені өзгерткен кезде, қозғалтқыштың сипаттамалығының магнит ағынын өзгерткендіктен аналитикалық есептеу қиын болады. Сол себептен   есептеу жүргізгенде тізбектей қоздырылатын қозғалтқыштың есебіндей болады, яғни тізбеде берілген универсал (әмбебап) сипаттамалықты пайдалану арқылы.   Іске қосылатын кедергіге ұқсас есептейді.

  56-шы суретте аралас қоздырылатын қозғалтқыштың сипаттамалық жылдамдығы көрсетілген. Көрініп тұрғандай, олар параллель және тізбектей қоздырылатын қозғалтқыштардың арасында орналасқан.

Аралас қоздырылатын қозғалтқыш үшін рекперация режіміндегі токтың бағыты тізбектелген орамада кері бағытқа ауысуы мүмкін. Оның магнит ағыны бұл кезде параллель ораманың магнит ағынына қарама-қарсы бағытталған, ол машинаның магнитсізденуіне және жылдамдықтың бірден жоғарылауына әкеп соғады. Машина толығымен магнитсіздендірілсе, рекуперация режіміндегі зәкір IЗ тогының соңғы шамасы,  (43) теңдіктен табылады, егер онда F=0 десек,

.                                            (45)

 Сол себептен барлық реостатты жылдамдық сипаттамалар екінші квадрантта асимптотикалық вертикаль түзу сызыққа ие болады, координата басынан IЯП шамасынан қалып қояды (56 суретті қара). Әлбетте, зәкір тогы рекуперация режімінде көрсетілген шекке жете алмайды, себебі машинаның толығымен магнитсізденуінде рекуперация болуы мүмкін емес.

Қозғалтқыш моменті (тежеуіш) рекуперация режімінен ауысқан кезде жылдамдықтың өсуі алдымен ұлғаяды, өзінің белгілі максимумына жетеді, содан кейін нөлдік мәніне дейін төмендейді. Бұл қорытынды (25) теңдікті өңдеуден шыққан, қарастырылып отырған жағдайда I бір көбейткіш жылдамдықтың өсуімен ұлғаяды, ал басқа көбейткіш Ф төмендейді.

Механикалық сипаттамалықты жақсарту үшін, қозғалтқыштың тізбектелген орамасын рекуперативті тежелу режіміне өтетін кезде ажыратып тастайды.  Онда Ф = Ф0 = сопst  және сипаттамалықтар тік сызықты болып қалады (56 сурет  үзік-үзік сызық).

Осы пікір бойынша динамикалық тежелу режімінде тізбектелген ораманы ажыратып тастайды, осы кезде тіксызықты сипаттамаларды алады.

Қарсы қосылу режімінде қоздырғыштың тізбектелген орамасы параллель орамамен келісімді қосылу керек.

 

 

 

 

 

 


  56 суретАралас қоздырылатын қозғалтқыштың әртүрлі жұмыс режімі үшін жылдамдық сипаттамасы

 
                    

 

2.5 Асинхронды қозғалтқыштың механикалық сипаттамасы

 

2.5.1 Сипаттамалық теңдеуі.

Асинхронды қозғалтқыштың сипаттамалық теңдеуін алу үшін, 57 суретте көрсетілген оңайлатылған орын басу сұлбасын пайдалануға болады. Осы сұлбада және мәтіндерде келесідей белгілеулер орын алады:

-UФ – қозғалтқыштың статорының фазалық кернеуі;

-I1 – статордың фазалық тогы;

-E2K – жылжымайтын ротордың ажыратылған сақинасындағы сызықты кернеу;

-I'2 – ротор орамасындағы келтірілген фазалық ток;

-I0 - магниттену тогы;

-x1, R1 – статор фазасындағы  реактивті және активті кедергі;

-х'2, R'2  - ротор фазасындағы келтірілген реактивті және активті кедергі;

m, Rm - контурдың магниттенуіндегі реактивті және    активті кедергі;

- -  қозғалтқыштың сырғанауы;

- - синхрондық бұрыштық айналу жылдамдығы;

-w - ротордың бұрыштық айналу жылдамдығы;

-f -  желінің жиілігі;


қозғалтқыштың статорындағы қос полюстер саны.

Көрсетілген орын басу сұлбасы ротор тогы үшін теңдікті табуға мүмкіндік береді

,                                  (46)

 

мұндағы xK=x1+x'2,

және электрмагниттік қуат үшін теңдеу

 

.                                     (47)

 

Қозғалтқыштың айналу моменті электрмагниттік қуат арқылы түрленеді және статор өрісінің айналу жылдамдығы белгілі кейіптемемен анықталады  

 

.                                         (48)

 

(46) және (47)  теңдігін есептеуде (48) теңдеу М қозғалтқыштың моменті мен s сырғанаудың тәуелділігін береді

 

.                                     (49)

 

                       

  58 сурет- Асинхронды қозғалтқыштың механикалық сипаттамсы

 

Кейінірек, бұрынғыдай ордината өсі бойынша жылдамдықтың мәнін (немесе сырғанаудың), ал абсцисса өсі бойынша моменттердің мәнінен, (58 суретті қара) (49) тәуелділіктен графикалық кескін, яғни асинхронды қозғалтқыштың механикалық сипаттамсын  аламыз.

 Сырғанау s<0 (w>w0) кезінде сипаттамалық екінші квадранттан өтеді және қозғалтқыштың рекуперативті (генераторлық) тежелу режіміндегі жұмысына сәйкес келеді. Сырғанау 0 £ S £ 1 қозғалтқыштың жұмыс режіміне сәйкес келеді. S > 1 кезінде қарсы қосылу режімі орын алады.  

Қозғалтқыштық және генераторлық жұмыс істеу режімінде қозғалтқыштың моменті өзінің ең жоғарғы деңгейдегі (критикалық) мәніне ие болады. МК критикалық моменттің шамасы және оған сәйкес келетін SК сырғанаудың мәні М=f(s) функциясының ең жоғарғы мәнін зерттеуде табылады.

,                                     (50)

 

.                                        (51)

Теңдеудегі алынған оң таңба қозғалтқыш режіміне қатысты, ал теріс таңба генератор режіміне байланысты.  (50) және (51) теңдеуден көретініміз, қозғалтқыш режіміндегі (МК.Д) критикалық моментке  қарағанда, генератор режіміндегі (МКГ) критикалық момент үлкен шамаға ие болады, ал екі режімде де sК сырғанаудың абсолюттік шамалары тең. 

59 сурет- Асинхронды қозғалтқыштың ротор (J'2)  және статор (J1) токтарының сырғудан тәуелділігі

 

   қатынасы қозғалтқыштың артық жүктеме қабілеттілігінің моментін сипаттайды. Қалыпты орындаудағы машина үшін   коэффициент lМ=1,7-2,5 (қозғалтқыш режімі үшін).

Қозғалтқыштың қасиетін анықтайтын маңызды көрсеткіш, (w = 0 кезіндегі) МП іске қосылу моменттінің шамасы болып табылады.  Қалыпты орындалатын қозғалтқыш үшін  МП=(1-2)МН.

(46) теңдеу бойынша тұрғызылған ротор тогы мен сырғанаудың тәуелділігі 59 суретте көрсетілген.   Сырғанаудың  s= 0 (w = w0) кезінде ротор тогы, (46) теңдікке байланысты нөлге тең. Өзінің оң мәнімен сырғанауды ұлғайтқан кезде ротор тогы өседі, шектік шамасына ұмтылады

.                                         (52)

Генератор режімінде ротор тогының шектік шамасы дәл осындай болады. Бұған көз жеткізу қиын емес, (46) теңдікке сырғанаудың s= - ¥ мәнін қоямыз.

Сырғанау   кезінде ротор тогы ең жоғарғы мәнге ие болады,

.                                                (53)

 

Статор тогын I1, орын басу сұлбасына байланысты, векторларды геометриялық қосу арқылы алуға болады, токтар I'2 және I0.  I1=f(s) тәуелділік үлгісі 59 суретте көрсетілген.  Бұл тәуелділіктен байқайтынымыз, іске қосу процессінде асинхронды қозғалтқыш желіден үлкен токты жұмсайды.  Жіберілетін ток, қарапайым қысқа тұйықталу қозғалтқышы үшін төмендегідей шамаға тең

.                                                   

 

2.5.2 Асинхронды қозғалтқыштың сипаттамасына әсер ететін бірнеше параметрлер.

 (46), (49), (51) теңдеулерден көрініп тұрғандай, моменттің жоғарғы мәнін өзгертпестен ротор тізбегіндегі активті кедергіні еңгізуде, ол критикалық сырғанаудың жоғарылауына және қозғалтқыш тогының төмендеуіне әкеп соғады.  Ротор тізбегіндегі әртүрлі кедергі үшін, асинхронды қозғалтқыштың механикалық сипаттамалық жиынтығы 60 суретте көрсетілген. Сипаттамалықты салыстыруда, фазалық роторы бар іске қосылатын қозғалтқыш моментін МК.Д мүмкін мәніне дейін жоғарылатуға болатындығын куәландырады. Қозғалтқыштың ротор тізбегіне кедергіні орналастырудағы мақсат моменттің іске қосу шамасын өзгертумен қатар іске қосылу тогының шектелуі практикада кеңінен қолданылады.

Басқа бірдей шарттар кезіндегі, желіден қоректенетін әртүрлі кернеу үшін асинхронды қозғалтқыштың механикалық сипаттамасы 61 суретте көрсетілген. Сипаттамалық өңдеуден және (49) теңдеуден шығатыны, қозғалтқыш моментінің кернеуін төмендетуде, кернеу квадратына пропорционал төмендейді.  Бұл қорытынды кернеудің сипаттамалығын қайта есептеу үшін  қарапайым байланыс жазуға мүмкіндік береді, көрсетілгеннен өте жақсы

,                                              (54)

 

мұндағы Ме, Ми – сырғудың нақты мәндері үшін табиғи және жасанды сипаттамлық моменттері.

(50) теңдікке байланысты қозғалтқыштағы ток статордағы бірінші дәрежелі кернеуге пропорционал.  Сол себептен, қозғалтқыштың іске қосылуын шектеудің бір әдісі кернеудің төмендеуі кезіндегі болып табылады. Әлбетте, іске қосылу моменті кернеудің төмендеу кезінде талап етілген механизмді қанағаттандыратынына көз жеткізуіміз керек.

         Желідегі жиілік  асинхронды қозғалтқыштың сипаттамалылығына әсер ететіндігін түсіндіру үшін, (50) теңдік келесідей түрде жазылады.

.                                      (55)

 

 

 

Сондықтан хКºf, онда,  R1 статордың активті кедергісін ескермей-ақ, келесідей түрде жазуға болады  .

Қозғалтқыштың синхронды жылдамдығы  жиілікке пропорцио- нал өзгереді. R1»0 кезінде критикалық сырғу, (51) теңдеу бойынша, жиілікке кері пропорционал өзгереді. Мұндай жағдайда критикалық сырғу кезінде жылдамдықтың төмендеуі DwK=w0-wK=sKw0 тең, жиілікке тәуелді емес.  

Орнатылған жағдай келесідей қорытынды жасауға мүмкіндік береді. Егер жиілікті өзгерту кезінде кернеу пропорционал өзгерсе, онда МK= соnst, ал сипаттамалықтар жұмыс істеу бөлігінің шегінде параллель (62 суретті қара).

U=const кезіндегі жиілікті төмендету қозғалтқыштың Ф магнит ағынының жоғарылауына әкеп соғады. Статор кернеуінің төмендеуін есепке алмағандағы қозғалтқыш қысқыштарындағы кернеу үшін теңдеудің соңынан шығатыны

U»KФf.                                            (56)

 

Ағынның өсуі қозғалтқыштың критикалық моментінің ұлғаюына әкеп соғады. Бұл жағдай үшін сипаттамалықтар 63 суретте көрсетілген. 

Қозғалтқыш қаныққан магнит жүйесінде  орындалса, онда ағынның ұлғаюы токтың магниттенуінің ұлғаюына, сонымен қатар қозғалтқыштың энергетикалық көрсеткішінің төмендеуіне  әкеп соғады.  

 

 

 

2.5.3  Генераторлық жұмыс режімі.

Асинхронды қозғалтқыш үшін генераторлық жұмыс режімінің үш түрі бар: рекуперативті тежелу, қарсы қосылудағы тежелу және динамикалық тежелу.  

Рекуперативті тежелу режімі, бұрында белгілі болғандай, сырғудың теріс мәнінде пайда болады, ротордың w айналу жылдамдығы  статор өрісінің w0 айналу жылдамдығын басып озған жағдайда. Бұл режімдегі қозғалтқыштың механикалық сипаттамасы екінші квадрант аумағындағы қозғалтқыш режімінің сипаттамалығының жалғасы болып табылады (58 суретті қара).

Рекуперативті тежелу режімінде қозғалтқыш асинхронды генератор сияқты жұмыс жасайды, айналмалы магнит өрісін тудыру үшін  желіге электр энергиясын береді және желіден реактивті қуатты тұтынады. Сырғу  кезінде энергияның (рекперациясы) желіге берілуі мүмкін. Бұл жағдайды растауда, ротор тогының I'2АКТ құраушылары үшін теңдіктен табатынымыз     

     (57)

 

    (57)   теңдіктен көретініміз, тек сырғудың  кезінде ротор тогының активті құраушыларының мәні теріс, яғни энергия желіге беріледі.    кезінде қозғалтқыш энергияны желіден тұтынады, қозғалтқыштың білігінен өткізілген энергияны жылуға айналдырады. Бұл жағдайда қозғалтқыштың моменті бұрынғыдай тежеуіш болады.

Параллель қоздырылатын тұрақты ток қозғалтқышы үшін асинхронды қозғалтқыштың рекуперативті тежелу кезіндегі техникалық-экономикалық көрсеткіштері ұқсас.

Асинхронды қозғалтқыштың қарсы қосылу режімінің пайда болу шарттары, тура параллель қоздырылатын қозғалтқыштың шарттарындағыдай.  Ол қозғалтқыш орамаларындағы токтардың ағуы арқылы болады, жіберілген токтардың шамасын өсіреді. Фазалық роторы бар қозғалтқыштың ротор тізбегінен шектеу үшін, кедергіні енгізеді. Энергетиктердің ұстанымы бойынша асинхронды қозғалтқыштағы қарсы қосылу режімі үнемді емес болып табылады. Ротор тізбегіндегі қуат шығыны s > 1 болса, онда DР > PЭМ.

 

DР=РЭМ - Р2 = Мw0 - Мw = Мw0s = PЭМ  s º s,  

 

мұндағы  Р2 – қозғалтқыш білігіндегі қуат.

Динамикалық тежелу режімін алу үшін, егер асинхронды қозғалтқыштың айналмалы статорын желідегі айнымалы токтан К1 түйісуінен ажыратсақ, онда желідегі тұрақты токқа К2 түйісуін қосамыз (64, а суретті қара). Осы режімдегі статор орамасының қосылу сұлбасының жиі қолданылуы, 64 б суретте көрсетілген. Статор орамасынан ағатын тұрақты ток, ротордың айналуындағы магнит өрісінің жылжымайтындығын тудырады.

Ротор орамасында токтың ағуын тудыратын э.қ.к. дәлелденген. Ротор тогының айналмайтын статор өрісімен әрекеттесуі тежелу моментін тудырады. Мәселенің мәні, бұл режімдегі қозғалтқыш синхронды генератор сияқты жұмыс жасайды.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қозғалтқыштың динамикалық тежелу режіміндегі сипаттамасы 65 суретте көрсетілген. Жылдамдықтың жоғары мәнінде, ротор тогы үлкен болған жағдайда, ротордың магнитқозғаушы күшінің магнитсіздендірілу әрекеті айтылады. Сол себептен қозғалтқыштың ағыны төмендейді. Жылдамдықты төмендетуде ротордың тогы азаяды, магнитсіздену әрекеті әлсірейді, машинаның ағыны ұлғаяды.   

 

Асинхронды қозғалтқыштың моменті келесідей кейіптемемен анықталады

 

М=КФI2cosj2 .                                         (58)

 

Екі шаманы көбейту нәтижесінде, яғни жылдамдықты төмендеткенде олардың біреуі (Ф) өседі, ал екіншісі  (I2) төмендейді, біз әрқашан максимумға ие боламыз. Мұнымен алынған М=¦(w) тәуелділігінің сипаттамасы түсіндірілді.

Статордың орамасынан ағатын IP  тұрақты токтың және динамикалық режім кезіндегі асинрхонды  қозғалтқыштың механикалық  сиаттамасы тізбек отоындағы кедегінің әсер ету шамалары 66 суретте бейнеленген. Тиімді тежелуді қамтамасыз ететін тұрақты токтың шамасы қысқатұйықталу роторы бар қозғалтқыштың бос жүріс кезіндегі шамасынан шамамен 3-4 есе үлкен болуы керек, және фазалы роторы бар қозғалтқыштан бірнеше есе аз болуы керек.  

Қарастырылған режім жетекті бірден тоқтатуда және жүкті түсіруде сондай-ақ көтергіш қондырғыларда т.б тәжірибе жүзінде кеңінен қолданылады.

 

2.6 Синхронды электрқозғалтқыштың механикалық және бұрыштық сипаттамасы

        

Синхронды қозғалтқыштың басқа түрлі машиналардан айырмашылығы абсолютті қатаң механикалық сипаттамаға ие (67 суретті қара), яғни жүктемеге тәуелді емес, тұрақты айналады, жылдамдығы

.

                         

         Егер жүктемені белгілі бір шамаға өсірсек (МК), онда қозғалтқыш синхронизмнен түсіп қалады.

         Синхронды қозғалтқыштың  жүктемелеу әдісін анықтау үшін, белгілі бұрыштық сипаттамалық  теңдеуін пайдаланамыз (анық полюсті емес машина)

 

,                                          (59)

мұндағы U1 – статордың қысқыштарындағы кернеу;

Е1 – статор орамасындағы ротордың ойымен жүргізілген э.қ.к;

х1- қозғалтқыштың синхронды реактивті кедергісі;

J - желідегі кернеумен қозғалтқыштың э.қ.к. арасындағы ығысу фазасының бұрышы.

Синхронды қозғалтқыштың М=¦(J) механикалық сипаттамасы 68 суретте көрсетілген. Қозғалтқыштың білігіндегі жүктемені өсірген кезде бұрыш J ұлғаяды, ол жүктеме моментінің шамасына дейін қозғалтқыш моментінің ұлғаюына әкеп соғады, осыдан кейін қозғалтқыш қайтадан синхрондық жылдамдықпен жұмыс жасайды. J=90° кезінде қозғалтқыш моменті МК жоғарғы мәніне дейін жетеді. Жүктеме кезіндегі кейініректегі J бұрыштың ұлғаюы, МК асыуда, қозғалтқыш моментінің төмендеуіне және J бұрышының ұлғаюына әкеп соғады.  Қозғалтқыш синхрондалудан түседі. Сол себептен, синхронды қозғалтқыштың бұрыштық сипаттамалылығының жұмыс істеу аймағы болып 0°<J<90° кезіндегі аумағы болып табылады. Әдетте қозғалтқыштың көрсетілген моментіне JК= 20 - 30° бұрышы сәйкес келеді. Бұл жағдайдағы артық жүктеменің қабілеттілігі

 

                                       (60)

 

Қозғалтқыштың артық жүктемелеу қабілеттілігі Е1 қозғалтқыштың  э.қ.к. ұлғаюына байланысты жоғары болуы мүмкін, яғни қоздырғыштың қалыптасуына байланысты. Ротордағы синхронды қозғалтқышты іске қосу үшін қоздыру орамасынан бөлек, жүргізілген қысқа тұйықталу орамасына ие болады. Сондықтан іске қосылу режіміндегі қозғалтқыш, асинхронды қозғалтқыш сияқты сипаттамалыққы ие болады (69 суретті қара). Синхрондалу

жылдамдығы кезінде (0,95-0,98)wтең,  бұл кезде қоздыру орамасына тұрақты ток беріледі және қозғалтқыш синхрондалуды тартып алады.  Іске қосылу сипаттамадағы моменттің  көрсетілген жылдамдыққа сәйкес келуі, (МКІР) «кіріс моменті» деп аталады.  

Кіріс моментінің үлкен мәнінде қозғалтқыш синхрондалуды жеңілірек тартып алады.

Егер қысқа тұйықталу орамасын кіші кедергімен жүргізсек, онда кіріс моментінің үлкен мәнін алуға болады.  Әдетте МҚ іске қосылу моменті мұндай жағдайда төмендейді  (69 суретті қара, 1 қисық). Іске қосылу орамасындағы кедергіні ұлғайту МКІР кіріс моментінің төмендеуіне және МҚ іске қосылу моментінің жоғарылауына әкеп соғады (69 суретті қара,  2 қисық). Алдыңғы немесе осы кездегі іске қосылу сипаттамалығындағы қозғалтқышты таңдау жұмыс істеу машинасындағы кедергінің сипаттамалық моментімен анықталады.

Қозғалтқыштың қоздыру орамасындағы артық кернеуден құтылу барысында ондағы іске қосылудың қайталануын разрядтық кедергімен тұйықтайды.


Асинхронды іске қосылу кезінде статордағы синхронды қозғалтқыштың тогы нақтылы токтың мәнінен 3-5 есе басым болады. Егер, қоректенуші желі немесе қозғалтқыш үшін көрсетілген іске қосылу тогының мәні  ретсіз болса, онда статор қысқыштарындағы кернеуді төмендетудің көмегіне, статор  тізбегіндегі қайталанатын іске қосылуға реактор немесе автотрансформатор   қосады. Бұл кезде қозғалтқыштың іске қосылу тогының мәні кернеуге пропорционал төмендейді, ал момент кернеудің квадратына пропорционал төмендейді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Берілген IҚ іске қосылу тогында реактордың кедергісі келесідей түрде анықталады.  Егер қозғалтқыштың аз мәніндегі активті кедергіні елемесек, онда хҚ реактивті кедергіні келесі теңдіктен табуға болады

 

,                                                         (61)

 

мұндағы IҚ.Н –статордың қысқыштарындағы номинал кернеу кезіндегі іске қосу тогы.

Реактор мен қозғалтқыштың толық индуктивтілік кедергісі төменгі кейіптемеден табылады

 

.                                                  (62)

 

Реактордың кедергісі

 

.                                                (63)

 

Автотрансформатордың U2 екіншілік кернеуі қозғалтқыштың іске қосылу Iіқ тогының берілген мәнінде келесі қатынастан табылады

.                                                  (64)

 

Трансмформатор коэффициентіне a сәйкес, желідегі Iж ток автотрансформаторлық іске қосылуда қозғалтқыштың Iіқ тогынан  аз болады 

 

,                                                     (65)

мұндағы .

Сондай-ақ, ең қолайлы реакторлық жағдайдағы іске қосылу автотрансформаторы, желіден тұтынатын  токтың мәні аз кезінде, қайталама іске қосылудағы қозғалтқыштың жоғарғы моментіне ие болуы қажет.  

         Дәл осы уақытта желіге тікелей қатысты синхронды қозғалтқыш кеңінен таратылуда.

Синхронды қозғалтқыш желіге энергияны беру арқылы генератор режімінде жұмыс істеуі мүмкін.  J бұрышы бұл кезде өзінің белгісін өзгертеді, ал жылдамдық бұрынғысынша қалады. Динамикалық тежелу үшін статор орамасын айнымалы тогы бар желіден ажыратады да кедергімен тұйықтайды. Бұл жағдайда, қоздыру орамасы тұрақты ток тәуелсіз қорек көзімен қоректенген кезде, машина ұқсас сипаттамасы бар асинхронды қозғалтқыш сияқты жұмыс жасайды.  Синхронды қозғалтқышты қарсы қосу асинхронды режімді жүзеге асырады. Қозғалтқыш моментінің аз мәнінде, үлкен ток үшін қолданылмайды.

Үлкен қуатты, реттелмейтін реверсивті емес құрылымдағы жетек үшін синхронды қозғалтқыш кеңінен қолданылады (поршенді ауа сығымдағыш, Г-Д жүйесіндегі тұрақты ток генераторы, қуатты желдеткіш, сорғыштар және т.б.).

 

3  Электр машиналарының жылдамдығын реттеу әдістері мен электрлік түрлендіргіштер

 

3.1 Электрлік түрлендіргіштерді тағайындау

 

Электр энергиясы мен электрмеханикалық түрлендіргіш көздерінің арасында, көптеген жағдайда маңызды элементтің бірі болып – электрлік

түрлендіргіш табылады[1].

Электр энергиясының әр көздері толық сипаттамалық қасиеттерімен анықталады, функция түрінде  екөз(t), немесе ол ток көзі болса iкөз(t), сондай-ақ фазалар саны mкөз және т.б.  Әр айқын электромеханикалық түрлендіргіш өз кезеңінде қалыпты жұмыс істеу үшін белгілі тәуелділіктерге ие е(t) немесе i(t), m фазалар саны кезінде және т.б. Ең қарапайым жағдайда бұл сипаттамалықтар бір-біріне сәйкес келеді.  Мысалы, өнеркәсіптік электр желідіге кернеу мен жиілік үшін,  көптеген асинхронды қозғалтқышты стандартқа сай үш фазалы түрде шығарады. Мұнда электрлік түрлендіргішті қажет етпейді, миллиондаған үш фазалы қысқа тұйықталған асинхронды қозғалтқыштар өнеркәсіптік үш фазалы желіде тікелей жұмыс жасайды, ол келешекте жалғыз коммутациондық аппарат арқылы байланысады – жүргізгіш, «қосылу-сөндіру» қызметін атқарады.  Бұл қарапайымдылық реттелмейтін ең арзан асинхронды электр жетегі, соңғы уақыттарда өзінің кемеліне жетпейтіндігі жиі көрінді, төменгі сенімділік, ең бастысы қиын іске қосылудың себебінен (іске қосылу тогының өте үлкен ырғуы, инерцияның моментінің үлкен мәніндегі ұзақтығы, механизмдердің қозғалысын болуы), төменгі энергетикалық көрсеткіштер, толық қуатымен жұмыс істемеу кезінде. Осы жетіспеушіліктерді түзету жолдары – қозғалтқыш пен желінің арасына бірнеше электрлік түрлендіргіштерді қосу.

Келтірілген мысал дәстүрлі реттелмейтін жетекке қатысты болды. Реттелетін жетектің мәселесі қандай, мұнда электрлік түрлендіргіштің жетіспеушілігі айқын, ол түрлендіргіштер басқарылатын болуы тиіс.

Сонымен, электрлік түрлендіргіштер электр көздерінің негізгі белгілерін түрлендіреді, екөз(t) немесе iкөз(t) және фазалар саны сәйкес келетін белгілері, қажет ететін электрмеханикалық түрлендіргіш

 

3.2 Қорек көздері

 

Көптеген жағдайда қорек көздеріне өнеркәсіптік үш фазалы электр желісі қызмет жасайды,  жиілігі  ¦ном=50 Гц және сызықты кернеу (әсер ету мәндері) Uном; стандартты мәндері 220, 380, 440, 660 В, 3, 6, 10 кВ. Әлбетте, өнеркәсіптік желі – жалғыз электрлік қорек көзі емес. Магистралды электр транспортында кернеуі 3000 В болатын тұрақты тоқ желісі кеңінен тараған, ал қалалық кернеу - 600 В. Атомдық қондырғыларда аккумляторлар және кернеуі 12, 24, 48 В болатын тұрақты ток желісі, сонымен қатар (400-1000 Гц) жоғары жиілікті бірфазалы және үшфазалы айнымалы ток желілері пайдаланылады. Аспапты жетек электр батарейкасынан жиі қоректенеді.    Осы түрді ескере отырып, толық қарастырсақ, өнеркәсіптік желімен әртүрлі электрмеханикалық түрлендіргіш арасындағы қосылуда, электр түрлендіргіштер қандай функцияларды орындайды

 

3.3 Электр түрлендіргіштің негізгі функциялары

 

Біріншіден, электрлік түрлендіргіштер функционалдық мүмкіндіктен тәуелсіз, ол кернеу көзі мен  ток көзі сияқты өзіндік ерекшелікке ие болуы мүмкін (70 суретті қара), яғни горизонтал (жатық) түрде, немесе U=f(I)  вертикалды (тік) сыртқы сипаттамалықты мінсіз орындайды. Кернеу көзін басым таратылуда өндірді, ал ток көзі аз ғана белгілі, әдетте қолдану кезеңі өте пайдалы.

Демек, электр түрлендіргіш өнеркәсіптік желімен кернеу көзі арқылы жұмыс істеу кезінде,  шығысында осы қасиетті сақтап қалады немесе кернеу көзін ток көзіне түрлендіруді жүзеге асырады.  

Екіншіден, кірісінде өзгеріссіз амплитуда мен жиіліктен тұратын айнымалы кернеу болады, осы кезде электрлік түрлендіргіш айнымалы кернеуді түрлендіруде жиілік сақталып,  амплитудасы өзгеруі мүмкін, сонымен қатар айнымалы кернеу  амплитуданың және жиіліктің басқа мәніндеде түрленеді. Бірінші жағдайда электрлік түрлендіргішті кернеу түлендіргіш деп атасақ (КТ), ал екінші жағдайда жиіліктік түрлендіргіш деп атаймыз (ЖТ).  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Үшіншіден, электрлік түрлендіргіштің түзеткіш функциясын орындауы мүмкін, яғни айнымалы кернеуді тұрақтыға кернеуге өзгертуі мүмкін, немесе инверторлар тұрақты кернеуді айнымалыға өзгертеді. 

Соңғы төртіншісінде, электрлік түрлендіргіш импульстік түрде болуы мүмкін, стандартқа сәйкес желідегі айнымалы кернеуді импульстік тізбекке, амплитуданы, ұзақтықты, пішінді түрлендіреді және электрмеханикалық түрлендіргіштің  жұмысының ерекше белгілерін анықтайды.

Біз тек қана электрлік түрлендіргіштің негізгі функционалды қасиеттерін ғана атап көрсеттік. Ең басты ұмытпайтынымыз ол қандай да бір функцияны орындау кезінде, кей жағдайларды түрлендіргіштің екі аралығын пайдалануымыз керек.  Мысалы, желідегі кернеуді терең амплитудалық немесе жиіліктік кернеумен ауыстыру үшін, инвертор немесе басқаратын түзеткіш пайдаланылады, кернеу көзі мен ток көзіндегі түрлендіргіш түзеткіштердің үйлесімімен пайдаланылады және т.б. Мұндай  үйлесімдердің алуан түрі өспелі болады, егер сапалы электр көзінің орнына стандарқа сай келмейтін өнеркәсіптік желі пайдаланылса, ал қалған басқалары стандартқа сәйкес келмейтін көздер.  

 

3.4 Басқарылатын және басқарылмайтын түрлендіргіштер

 

Электрлік түрлендіргіштерді функционалдық мүмкіншілігіне байланысты басқарылатын және басқарылмайтын деп бөліп қарастырады. Басқарылмайтын түрлендіргіштер олар – қарапайым трансформаторлар, түзеткіштер, электрмашиналық агрегаттардың бірнеше қарапайым түрлері, параметрлік ток көздері, ал басқарылатын түрлендіргіштер – бірнеше машиналық қондырғылар, ең бастысы әртүрлі статикалық қондырғылар басқарылатын жартылай өткізгіштік кілттердің орнына пайдаланылатындығы негізделген – элементтер (R≈0) қосылған, немесе (R→∞) ажыратылған күйде болады.

Кез келген басқарылатын түрлендіргіш шығысындағы барлық басқарылатын сигналдардың өлшемін мүмкіншілігіне қарай өндіруі керек.  Сондықтан бұл өзгерістер жылдам болуы мүмкін, жақсы түрлендіргіштерден жылдам әсер ететіндіктер талап етіледі. Кейде шектік жылдам әсер ететіндіктер жайында айтады, яғни уақыттың аз мәнінде түрлендіргіш реакциясы басқарылатын сигналда секірмелі өзгерісті көрсетеді. 

Шығысында айнымалы кернеуі (тогы) бар басқарылатын түрлендіргіште, осы кернеудің (токтың) қисық пішіні маңызды роль ойнайды, реттеудің ерекше кең диапозонында қажетті нәтижеге жету үшін аз күш жұмсалмайды.

  

3.5 Реверсивті және реверсивті емес түрлендіргіштер

 

Электрмеханикалық түрлендіргішті түбегейлі қарастырсақ, яғни энергияның ағыны кез келген бағытта болуы мүмкін, ал көптеген  электрлік түрлендіргіштерге (электрмашиналардан басқа) бұл қасиет табиғи жарастықты емес, олар арнайы қамтамасыз етілуі керек, сонымен қатар қарапайым және арзан жабдық болмайды, электрлік түрлендіргіштің маңызды функционалды белгісі энергияны бір (реверсивті емес) немесе екі (реверсивті) жаққа да өткізу қабілеті болып табылады.

 

3.6 Параллель қоздырылатын тұрақты ток электрқозғалтқышының жылдамдығын реттеу әдістері

 

Параллель қоздырылатын қозғалтқыштың жылдамдық сипаттамалық теңдеуінен көретініміз,

 

 

зәкір тізбегінің кедергісін өзгерту арқылы және магнит ағынын немес қозғалтқыштың келтірілген кернеуін өзгертуде қозғалтқыш жылдамдығын реттеуге болады.  

        

3.6.1 Зәкір тізбегіндегі кедергіні өзгерту.

Бұл жағдайда жылдамдықты негізгісінен тек төменге қарай реттеуге болады. Сипаттамалықты жеңілдетуге байланысты кедергіні өсірген кезде (42) сурет жұмыстың тұрақтылығы төмендейді, яғни реттеу диапозоны жүктеменің шамасына тәуелді болады. Реттеудің осы кездегі әдісімен алынған жылдамдықтың үлкен саны қиындық тудырды.

         Тәуелсіз қоздырылатын қозғалтқышты барлық реттеу сипаттамасына толығымен пайдалануда, оның білігіндегі тұрақты моментті  қамтамасыз етеді, яғни осы кездегі қозғалтқыштағы токтың шарты   теңдеуге сәйкес болады, сонымен қатар тұрақты  және көрсетілген мәнге тең болып қалады. Моменттің тұрақты кезінде өндірістік механизмдерде, крандарда жылдамдықтың реттелуі болады.

 

 

 

 

 

Зәкір тізбегіне кедергіні енгізуде, жылдамдықтың реттелуі осы тізбектегі негияның жоғалуына әке соғады.  

         Кедергіде үлкен шығындардың болуына байланысты, мұндай еттелуле қолайсыз жағдайларға қолданылады, яғни айналу жылдамдығы төмен қозғалтқыштың ұзақ жұмыс істеуінде талап етіледі. 

 

3.6.2 Магнит ағынын өзгерту.

Бұл жағдайда қозғалтқыштың айналу жылдамдығының реттелуі үнемдірек болады,  реттелу кедергісі қоздырылу тізбегіне қосылғандықтан, (1-5% от РН) шамалы қуатты пайдаланады және оларды үлкен сатылы сандарда орындауда қиындық тудырмайды. Әртүрлі магнит ағыны кезіндегі қозғалтқыштың механикалық сипаттамысы 71 суретте көрсетілген. Оладың өңделуінен анықталғандай, ағынның босаңсуы жылдамдықтың ұлғаюын шақырады, яғни реттеу «жоғары» іске асады.  Жылдамдықтың жоғарғы шегі, коммутациямен және зәкірдің механикалық беріктілігімен шектеледі. Сол себептен қарапайым қозғалтқыштағы реттеу диапозонны, ережеге сәйкес 3:1 жасайды. Арнайы қозғалтқышта (6-8):1 ағынды реттеу  диапозонына ие болады.  Реттеу кезінде зәкір тогын жылытуда шартқа байланысты келтірілген шамадан асауы керек. Бұл жағдайда қозғалтқыштың қуаты РН»UHIH тұрақты болуы кеек,  ал мүмкін болатын момент  теңдігіне байланысты жылдамдықтың бойымен гипербола заңы бойынша төмендейді. Реттеу кезінде мүмкін болатын жүктеменің аймағы 71 суретте үзік-үзік сызықпен көрсетілген.

Өндірістік механизмнің мысалында, тұрақты қуатпен реттелуді қажет ететін, ол ағаш жонатын станок болып табылады, жөндеу кезінде кескіш жылдамдықпен  қоса кескіштің күшейтуін тұрақты ұстап тұруы керек.  

 

 

 

3.6.3  Келтірілген кернеуді өзгерту.

Бұл жағдайда  электржетектің арнайы жүйелерінде  қозғалтқыштың айналу жылдамдығын реттейді. Бұл кезде келтірілген кернеуді  зәкір тізбегіндегідей (49 суретті қара), және қозғалтқыштың  қоздырылу тізбегіндегідей (70 суретті қара) етіп  өзгертуге болады.

Төменіреке осылардың бірнеше жүйелері қарастырылады, кеңінен таратылып шығарылған. 

 

3.7 Тізбектей қоздырылатын тұрақты ток электрқозғалтқышының жылдамдығының реттеу әдістері

        

Тізбектей қоздырылатын қозғалтқыш үшін жылдамдықтың реттеу әдістері, параллель қоздырылатын қозғалтқыштағыдай, яғни зәкір тізбегіндегі кедергіні реттеу, магнит ағынының өзгеруін реттеу және келтірілген кернеудің өзгеруін реттеу. 

        

3.7.1 Зәкір тізбегіндегі кедергіні өзгертудегі реттеу паралель қоздырылатын қозғалтқыш үшін  көрсеткіштік реттегішті қамтамасыз етеді.  Реттеудің бұл әдісін көтергіш көлік қондырғыларынан алады (50 суретті қара).

 

         3.7.2 Қозғалтқыштың магнит ағынын өзгертуде тұрақты қуат кезінде жылдамдықты негізгіден жоғарғыға реттейді. Мұндай реттеуді алу үшін қоздыру орамасын кедергімен шунттайды. Мұндай реттеу өте үнемді, кедергіні шунттаудағы шығын қоздыру орамасына кеткен шығынның бір бөлігін ғана құрайды, өздері үшін өте үлкен емес.  Жылдамдықтың сатылар саны шектелген.  Реттеу диапозоны әдетте  1,5:1 аспайды.

 

3.7.3 Келтірілген кернеуді өзгертудегі реттеу бөлек басқарылатын түзеткіштің көмегімен шығарылады (түрлендіргіште) немесе тізбектей-параллель қосылған қозғалтқышта (72 суретті қара).  Соңғы әдісті пайдаланамыз егер бір ғана жұмыс істеп тұрған машина бірнеше қозғалтқыштар арқылы қосылса (мысалғы, электровоз). Тізбектей жалғанған кезде, желідегі кернеуге тең, қозғалтқыштың санына бөлінген әр қозғалтқышқа кернеу келеді.  Шамамен осындай қатынаста жылдамдық төмендейді.   Реттеу тұрақты момент кезінде жүзеге асады, жылдамдықтың негізгі  мәнінен төмен болады (51 суретті қара).

Қорытындылай келе айта кету керек, жоғарыдағы айтылған параллель және тізбектей   қоздырылатын электрқозғалтқыштың жылдамдығын реттеу әдістері, аралас қоздырылатын қозғалтқыш үшін де жарамды.

 

         3.8 Асинхронды электрқозғалтқыштың жылдамдығын реттеу әдістері

 

         Асинхронды қозғалтқыштың жылдамдығын реттеу әдістерін қолданудағы ең көп тараған түрлері:

         а) ротор тізбегіне кедергіні енгізу;

         б) полюстер санын ауыстыру;

         в) қоректенетін желідегі жиілікті өзгерту;

         г) келтірілген кернеуді өзгерту.

 

         3.8.1 Ротор тізбегіне активті кедергіні еңгізудегі реттеу.

Ротор тізбегіне активті кедергіні еңгізу тек фазалық роторы бар қозғалтқыш үшін қолданылады.  Дәл осы кездегі реттеудің көрсеткіштігі тұрақты ток қозғатқышын реттеудегі көрсеткішке ұқсас (60 суретті қара).  

         3.8.2 Полюстер санын ауыстырудағы реттеу, кейіптемеден көрініп тұрғандай, статор өрісінің айналу жылдамдығын өзгертуге мүмкіндік береді, ол дегеніміз ротордың айналу жылдамдығында өзгертеді.  Ең жеңілі 1:2 қатынасындағы қысқа тұйықталу қозғалтқышы үшін полюстер санын өзгертеді. Мұндай жағдайда статордың әр фазасындағы орамалар екі бірдей

 

74 суретСтатор орамасындағы жұлдызшаны екі еселі жұлдызшаға ауыстыру сұлбасы

 

 

 

 

секция түрінде орындалады. Тізбектей жалғанған кездегі секциядағы қос полюстер саны  р=2 (73 суретті қара).  Параллель жалғанудағы    секция   р=1 береді. Мұндай қозғалтқыш  қос жылдамдықты  деп аталады. Статордағы полюстер санын тәжірибе жүзінде өзгерту жұлдызшаны екі еселік жұлдызшаға ауыстырады (74 суретті қара) немесе үшбұрышшадан екі еселі жұлдызшаға ауысады (75 суретті қара).  Осыған байланысты бірінші жағдайда шарт бойынша реттеуді қыздырудағы қозғалтқышты толығымен пайдалануда жүктеменің тұрақты моменті кезінде іске асады, ал екінші жағдайда тұрақты қуат кезінде болады.

         Егер қозғалтқыштың статорына екі бөлек орама қойсақ (әрқайсысын қос полюстер санымен ауыстырсақ), онда төртжылдамдықты қозғалтқышты аламыз.  Үшжылдамдықты қозғалтқышта орамалардың біреу қос полюстер санының ауысуына ие бола алмайды.

Көпжылдамдықты қозғалтыштарды жылдамдықтың бәсең реттелуін қажет етпейтін механизмдерде мақсатқа сай қолданылады (бірнеше металл кесетін станоктарда, желдеткіштер мен сорғыштарда, әртүрлі режімдерде жұмыс істеуде және т.б.). 

 

        

         3.8.3 Жиілікті өзгертудегі реттеу.

2 бөлімде көрсетілгендей, асинхронды қозғалтқыштың механикалық сипаттамасын өңдеуде (62,63 суреттерді қара),  жиілікті ақырын өзгерте отырып,  УВ – Д жүйесіндегідей реттеудің көрсеткішерін алуға болады.

        

3.8.4 Келтірілген кернеуді өзгертудегі реттеу.

Асинхронды қозғалтқыштың үш фазалы статорындағы келтірілген кернеудегі моментті максимал мәнге дейін өзгертуге болады, критикалық сырғанауды өзгертпестен. Кернеуді реттеу құрылғысына мысалы  тиристорлық реттеуіш жатады, бұл кезде қозғалтқыштың статорындағы әр фазада екі қарсы-параллель қосылған тиристорлар болады. Тиристордың қосылуын бұрышпен басқару арқылы  (фазалық  басқару), кернеудің әсер ететін мәнін ақырын ауыстыруға болады.

         Кернеуді төмендету кезінде моменттің жоғарғы мәні кернеудің квадратына пропорционал төмендейді

МК,И = МК (UИ/UНОМ)2,                                                (66)

 

          мұндағы МК,И, МК – төмендетілген және көрсетілген кернеу кезіндегі күшейтілген қозғалтқышқа сәйкес келетін максимал моменттер;

UИ, UНОМ - сәйкес келетін төмендетілген және көрсетілген кернеу.

Кернеуге тәуелді болмайтын  критикалық сырғанау өзгеріссіз қалады. Сонымен қатар тек қозғалтқыштың қос полюстер санымен, және кернеуден қоректенетін жиілікке тәуелді синхронды бұрыштық жылдамдықта өзгермейді.

         Осы әдістегі қозғалтқыштың бұрыштық жылдамдығын реттеу механикалық сипаттаманың модулінің қатаңдығының төмендеуіне байланысты болады және көрсетілген бұрыштық жылдамдық  арқылы  жүзеге асады. Реттеуді бәсеңдету кернеуді өзгертудегі бәсеңдету арқылы анықталады, тиристорлық реттеуішті қолдану кезінде бұрыштық жылдамдық сатысыз реттеледі. 

         Статордағы кернеуді реттеу кезіндегі қозғалтқыштың механикалық сипаттамасы 2 бөлімнің 61 суретінде көрсетілген.  Осы сипаттамалықтардан көретініміз, желдеткіш жүктемені пайдалану кезінде  реттеуіштер шектелген, бірақ олар электржетектің тұйықталған жүйесінде маңызды кеңейтілуі мүмкін. 

         Келтірілген кернеуді өзгертуде кеңейтілген шектерде тізбектің статорындағы индуктивті кедергін ақырындап өзгертуге байланысты дроссельді қанықтыру арқылы жүзеге асыруға болады.  Асинхронды қозғалтқыштағы статор тізбегіне дроссельді қосу кезінде дроссельдің орамасындағы айнымалы токтың кернеу мәні төмендейді, ендеше қозғалтқыштың статорындағы қысқыштардың кернеуінің мәні дроссельдің магниттелу деңгейімен анықталады.  Басқару орамасындағы ток үлкен болған сайын iУ, дроссельдегі кернеудің төмендеуі аз болады, ал статордың қысқыштарындағы кернеу үлкен болады.

         Фазалық роторы бар қозғалтқыштардың дросселінің қанығуын ротор тізбегіне қосуға болады.

         Жылдамдықтың дроссельдік реттелуі сенімділікпен және жеңілдікпен ажыратылады. Алайда, төменгі жылдамдықтағы қозғалтқыштың тиімсіз жұмыс істеуінен  дроссельдер үшін бұл реттеу әдісі аз қуатты жетек үшін негізгі болап табылады.

 

Әдебиеттер тізімі 

1. Ильинский Н.Ф., Козаченко В.Ф. Общий курс электропривода. –М.: Энергоатомиздат, 1992. – 543 с.

2. Зеленов А.Б., Карочкин А.В. Автоматизированный электропривод и следящие системы. – Харьков: ХГУ, 1965. – 363 с.

     3. Копылов И.П. Электромеханика планеты земля.-М.: МАИ, 1998.- 260 с. 

4. Копылов И.П. Электрические машины. – М.: Логос, 2000. – 606 с.

5. Пиотровский Л.М. Электрические машины. – Ленинград: Энергия, 1972. - 497 с.

6. Брускин Д.Е., Зорохович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины и микромашины. – М.: Высшая школа, 1972. – 430 с.

7. Гинзбург С.А., Лехтман И.Я., Малов В.С. Основы автоматики и телемеханики. – М.: Энергия, 1968. – 512 с.