ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

 

Алматы энергетика және байланыс институты

 

 

 

 

 

 

Жұсіпбек Құсайнбекұлы Әміров

Раушан Манаповна Шидерова

 

АЙНЫМАЛЫ ТОКТЫҢ ЭЛЕКТР МАШИНАЛАРЫ

 

Оқу құралы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2005

 

 

 

УДК 621.313

Айнымалы токтың электр машиналары:

Оқу құралы / Ж.Қ. Әміров, Р.М. Шидерова;

АЭжБИ. Алматы, 2005.-82 б.

 

 

 

 

 

Оқу құралының бөлімдерінде айнымалы токтың электр машиналарының қүрылысы, әрекет принциптері, түрақты және көшпелі жұмыс ережелері, негізгі эксплуатациялық мінездемелері қаралады.

Оқу құралы барлық мамандықтар студенттеріне арналған.

Без. 71, Библиогр.-9 атау.

   

 

 

 

ПІКІР БЕРУШІ:    Қазақ Ұлттық техникалық университеттің  ЭЖжА кафедрасының   техн. ғыл. канд., доц. К.Т. Тергемесов,

техн. ғыл. докт., проф. П.И. Сагитов

 

 

 

 

 

 

Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігінің 2005 жылғы баспа жоспары бойынша басылады.        

 

 

 

ISBN   -   -    -

 

 

 

 

 

 

 

Ó Алматы энергетика және байланыс институты,  2005 ж.

Кiрiспе  

 

Электр машиналары өнеркәсiп салаларында кең қолданады. Олардың артықшылықтары – жоғары пайдалы әрекет коэффициентi, электр энергияны механикалық энергияға түрлендiрiп электр жетегi арқылы машиналардың, қондарғылардың жұмыстарың қамтамасыз ету, жоғары берiктiгi және ұзақ өмiрлiгi, басқарудың және қызмет iстеудiң, электр энергияны жеткiзудiң және алып кетудiң оңайшылығы.

Электр машиналар әртүрлi қуаттарға, кернеулерге және айналу жиiлiктерге орындалады.

Бұл оқу құралдың екiншi бөлiмiнде айнымалы токтың электр машиналары (синхронды және асинхронды) қаралады.

Электр машиналардың єрбiр түрi үшiн жалпы теорияның жағдайлары, құрылыстары және сипатталары қаралған.

 

1 Айнымалы токтыњ электр машиналарыныњ теориялыќ жалпы мєселелері

 

1.1  Айнымалы токтыњ электр машиналарыныњ негізгі т‰рлері

 

Айнымалы токтыњ электр машиналарыныњ ќозѓалысќа келуі айналмалы магнит µрісініњ принципіне негізделген. Сол себептен олардыњ теориясы барлыѓына ортаќ. Іс ж‰зінде ‰шфазалы электр машиналары басымды ќолданады.

‡шфазалы электр машиналар синхронды жєне асинхронды болып негізгі екі т‰рге бµлінеді. Синхронды электр машинаныњ айналатын бµлшегі (роторы) айналмалы магнит µрісініњ баѓытымен жєне сол µрістіњ жылдамдыѓына тењ жылдамдыќпен айналады

,                                            (1.1.1)

м±нда n₂ - ротордыњ жылдамдыѓы (ай/мин);

f₁- ток жиілігі (50 Гц);

p – ротордыњ ж‰п полюстер саны.

 

Синхронды машиналарда басќа электр машиналары сияќты ќайтымды. Сол себептен ол генератор ретінде де, ќозѓалтќыш ретінде де ж±мыс істей алады.

Синхронды генератор электростанцияларда орнатылатын айнымалы ток генераторыныњ негізгі т‰рі болып табылады.

Синхронды ќозѓалтќыштыњ басќа электр ќозѓалтќыштарѓа ќараѓанда біршама артыќшылыќтары бар. Олардыњ негізгілері - айналу жиілігініњ т±раќтылыѓымен ќуат  коэффициентін реттеу м‰мкіншілігі. Сол себептен оларды ‰лкен ќуатты электр жетектерде кењ ќолданады. Кіші ќуатты синхронды ќозѓалтќыштар автоматтыќ ж‰йелерде ќолданылады.

Асинхронды ќозѓалтќыштыњ айналу жылдамдыѓы тек токтыњ жиілігінен ѓана емес, оѓан ќосымша біліктегі ж‰ктемеге де байланысты болады.

Негізінде асинхрондыќ машиналарды ќозѓалтќыш ретінде ѓана ќолданады. Басќа электр ќозѓалтќыштарына ќараѓанда оныњ ќ±рылысыныњ ќарапайымдылыѓымен істеу сенімділігініњ жоѓарлыѓы асинхрондыќ ќозѓалтќыштардыњ µнеркєсіпте, ауыл шаруашылыѓында, т.б. кењ ќолданылуына єкеліп отыр.

‡шфазалы электр машиналарыныњ теориялыќ жалпы мєселелерін бірге ќараѓанда орынды. Алдымен электр машиналарыныњ негізгі т‰рлерін, ќозѓалысќа келу принциптерін жєне олардыњ ќұрылыстарын ќарап шыѓайыќ.

 

1.1.1 Синхрондыќ генератордыњ ќ±рылысы жєне ж±мыс істеу принципі

 

Ќұрылысы жаѓынан синхронды машиналардыњ негізгі екі т‰рі бар: айќындалѓан полюсті жєне айќындалмаѓан полюсті.

Т±раќты токпен ќоздырылатын полюстер электр машинасыныњ айналмалы бµлігінде (роторда) орналасады, ал айнымалы ток орамасы машинаныњ ќозѓалмайтын бµлігінде (статорда) жатады.

Электр желісініњ белгілі жиілігі (f=50 Гц) синхрондыќ машинаныњ айналу жылдамдыѓын ж‰п полюстер саны берілген кезде аныќтайды. Егер де ‰лкен ќуатты машинаныњ ж‰п полюстер саны р=I жєне р=2 болса, онда айналу жылдамдыѓы n=3000 ай/мин жєне n=1500 ай/мин болады, яѓни м±ндай ‰лкен ќуатты электр машиналардыњ айналу жылдамдыѓы да µте ‰лкен болады. Сондыќтан ротордыњ механикалыќ беріктігін ќамтамасыз ету үшін жєне ќоздыру орамасын мыќтап бекіту үшін оны ротордыњ ‰стінгі бетіне біркелкі етіп бµліп тарату ќажет болады, сол себептен ротордыњ орамасы айќындалмаѓан полюсті жасалады.

Синхрондыќ генераторларды айналдыру үшін бу жєне гидравликалыќ турбиналармен жалѓастырады. Біріншісі - турбогенератор, ал екіншісі - гидрогенератор деп аталады.

Бу турбинасы шапшањ ж‰ретін машиналарѓа жатады, сол себептен турбогенератор айќындалмаѓан полюсті етіп жасалады. Гидравликалық турбина баяу ж‰ретін машиналарѓа жатады, сол себептен генератор айќындалѓан полюсті етіп жасалады.

Шектік ќуатты µсіру электромагниттік кµрсеткіштерді кµбейтумен жєне салќындату дәрежесін к‰шейтумен тікелей байланысты.

Синхронды генератордыњ ж±мыс істеу принципі электромагниттік индукцияныњ ќ±былысына негізделген. Генератор механикалыќ энергияны электр энергиясына т‰рлендіреді. Ќоздыру орамасыныњ тоѓы тудыратын магниттеуші к‰ш т±раќты магнит µрісін ќоздырады. Б±л µріс ротормен бірге айналады да статордыњ орамасын кесіп µтіп онда ‰шфазалы электр ќозѓаушы к‰шті (ЭЌК-ті) индукциялайды. Статордыњ орамасын ж‰ктемеге тіркеген кезде ЭЌК-тіњ єсерімен статор орамаларында жєне ж‰ктемеден т±ратын тізбекте ток ж‰ре бастайды.

 

 

1.1.2 Асинхронды машинаныњ ќ±рылысы жєне ќозѓалысќа келу принципі

 

Асинхронды машина негізгі екі бµліктен: ќозѓалмайтын бµлік-статордан жєне айналмалы бµлік-ротордан ќ±рылады. Статор мен ротордыњ арасында ауа сањылауы (0,2-3мм) бар. Ауа сањылауыныњ шамасын ‰лкейткен кезде ќуат коэффициенті (cos f) жєне ќозѓалтќыштыњ айналдыру моменті азаяды.

Статордын денесі саќина тєріздес жұќа электротехникалыќ болат табаќтарынан жиналады. Статордыњ ішкі орамасын жатќызу үшін арнаулы ойыќтар штампталады.

Статор, орамасымен бірге, машинаныњ ќозѓалмайтын табанына бекітіледі. Ротордыњ денесіде электротехникалыќ болат табаќтардан жиналады да, машинаныњ білігіне бекітіледі.

Ротордыњ ќ±рылысына ќарай асинхрондыќ ќозѓалтќыш ќысќа т±йыќталѓан роторлы жєне фазалыќ роторлы болып екі т‰рге бµлінеді.

Статордыњ орамасына ‰шфазалы айнымалы ток өткенде айналмалы магнит µрісі пайдалы болады. Б±л µріс ротормен статордыњ арасындаѓы ауа сањылауында тиісті жиілікпен айналады да ротор орамасыныњ µткізгіштерін кесіп µтеді. Орамада ЭЌК пайда болады. Егер де ротордыњ орамасы ќысќа т±йыќталѓан болса, онда ток ж‰ре бастайды.

Ораманыњ µткізгіштеріндегі токпен статордыњ айналмалы магнит µрісініњ арасындаѓы µзара єрекеттесудіњ арќасында механикалыќ к‰ш пайдалы болады, оныњ баѓыты “сол ќол” ережесі бойынша аныќталады. Егер механикалыќ к‰шті Ѓ ротордыњ білігімен µткізгіштіњ біліктік сызыќтары ара ќашыќтыѓына R кµбейтсек, айналдырушы моментті табамыз

 

М=FR.

 

Ротордаѓы µткізгіштердіњ саны кµп болады да, сол себептен ќосынды айналдырушы момент бөлек айналдырушы моменттердіњ ќосындысына тењ. Айналдырушы моменттіњ єсерімен ќозѓалтќыштыњ роторы айналмалы магнит µрісініњ айналу жаѓына айналады.

 

 

1.2 Айнымалы токтыњ электр машиналарыныњ орамаларындаѓы     электр ќозѓаушы к‰ші

 

1.2.1 Магнит µрісініњ негізгі гармоникасы тудыратын электр

ќозѓаушы к‰ші

 

Орамадаѓы индукцияланѓан ЭЌК синусоидалыќ болу керек, яѓни ќосымша жылыту жєне кедергі моментті ќ±ратын жоѓарѓы гармоникалар болмауы керек. ЭЌК айналмалы магнит µрісімен баѓытталѓындыќтан ауа сањылау бойындаѓы магнит индукция да синусоида зањымен тарауы керек.

Ол үшін т‰рлі ќ±рылымдыќ єдістер ќолданады. Мысалы, айќындалѓан синхронды генератордыњ полюстік найза үшініњ радиусын ауа сањылауыныњ радиусынан кіші ќылады, яѓни найза үшініњ шетіндегі сањылауды (d_m) ортадаѓы сањылаудан (d) кµбірек жасайды.

Айќындалмаѓан полюсті генераторда магнит индукцияны синусоида зањымен µзгерту үшін ротордыњ ойыѓы жоќ айналыѓы мен ойыѓы бар айналыѓыныњ ќатынасыњ 2/3 жасайды.

Біраќ та осы єдеттерді ќолданѓан кезде де магнит индукциясы  синусоидаѓа тек жаќындайды; сол себептен статордыњ орамаларындаѓы ЭЌЌ-тіњ бірінші гармоникасымен бірге жоѓарѓы гармоникалары да бар.

Статордыњ орамаларындаѓы ЭЌК -тіњ ќисыќтыѓы абцисс білікке симметрлік болѓандыќтан ж±п гармоникалар жоќ болады.

Статордыњ орамаларындаѓы айналмалы магнит µрістіњ негізгі кењістік гармоникасымен индукцияланѓан ЭЌК -ті белгілейік.

 

1.2.1.1  Өткізгіштіњ электр ќозѓаушы к‰ші

 

v=2τf жылдамдыќпен айналып т±рѓан синусоидалыќ магнит µрісі орамыныњ єрбір µткізгішінде  

 е=Е_М¤ТSinwt                                            (1.2.1)

ЭЌЌ-ті  индукциялайды.                

 Оныњ амплитудасы     

Е_М¤Т =В_dl_dv=2f В_dl_dt;

ал єрекетті маѓынасы    

E_¤Т=                                     (1.2.2)

м±ндаѓы B_d =B_m1 -ауа сањылауындаѓы µрістіњ негізгі гармоника                                     индукциясыныњ амплитудасы;

               l_d - машинаныњ есептік активтік ±зындыѓы;

              τ  - полюстік бµлігі.

 

Кейбір жаѓдайда статор орамасы ЭЌК-ніњ т‰рін жаќсарту үшін ойыќты ж‰гірме магнит µрісіне ќараѓанда ќиѓаш жасайды. ¤ткізгіштіњ жеке бµліктерінде синусоидалы таралѓан магнит µрісін тудыратын ЭЌК -тіњ фазасы µткізгішті бойлай ‰немі µзгеріп отырады да, оныњ екі ±шында индукцияланѓан элементар ЭЌК -тері ∆Е фаза бойынша  б±рышына ыѓысады, м±ндаѓы b_ЌЫЙ –ќиѓаштыќ шамасы.

 

 

bp=ατ

bp=ατ

τ

τ

1.2.1- сурет. Статордыњ ‰стіњгі беті бойынша индукцияныњ таратылуы

τ

τ

K=1

K=3

ΔĒ

ΔĒ

ΔĒ

ΔĒ

bЌЫЙ

1.2.2-сурет. Ойыќтарды ќиѓаштау кезіндегі µткізгіштіњ ЭЌЌ-і а) жєне оны белгілеу б)

R

ĖθТ

γҚЫЙ/2

γҚЫЙ/2

γҚЫЙ

ΔĖ

а)

б)

Б±л жаѓдайда, µткізгіштіњ ЭЌК-ін ањыќтау үшін µткізгіштіњ єрбір бµліктерініњ ЭЌК-терініњ векторларын ∆Е ќосу керек (2.2-сурет).

Шегіне келгенде, егер де шексіз аз бµліктерді ќарастырсаќ, ∆Е→0, онда векторлардыњ геометриялыќ ќосындысы ∆Е доѓа тєріздес бейнеленеді де орталыќ   γ_ЌЫЙ   б±рышќа с‰йенген шењбердіњ хордасына тењ болады.

Хорданыњ ±зындыѓына оныњ доѓасыныњ ќатынасы

 

.                               (1.2.3)

Ойыќтыњ ќиѓаштыѓы бар кезде ЭЌК-тіњ  Е_¤Т азаюын ањыќтайды да орауыш ойыѓыныњ ќиѓаштыќ коэффициенті деп аталады. ЭЌК-тіњ мєнін 1.2.3-ке ќойѓанда.

                                        (1.2.4)

Ќиѓаштыќ шамасы аз болѓандыќтан К_ЌИЃ  =1.  Мысалы  болғанда

  яғни ЭҚК  Е_¤Т  1,1%-ке азаяды.

Сонымен µткізгіштіњ ЭЌК-і

Е_¤Т .                                (1.2.5)

 

1.2.1.2  Ораманыњ жєне орауыштыњ электр ќозѓаушы к‰ші

 

1.2.3-сурет. Орауыштыњ ЭЌЌ-ін аныќтау

βπ

π

Bm1

y = βτ

τ

Ė//θТ

Ė/θТ

Айнымалы ток орамасыныњ орамымен орауышыныњ ќадамын y полюстіњ бµлігіне τ қараѓанда біршама ќысќа жасайды. Сол себептен салыстырмалы ќадам β=y/τ бірден аз болады.

Орам µткізгіштерініњ ЭЌК -терініњ шамасы бірдей, біраќ та фаза бойынша βπ б±рышына ыѓысќан болып келеді, µйткені орамныњ активтік µткізгіштері µрісінде осындай б±рышќа ыѓысќан.

Орамныњ ЭЌК-і  Ė_ОР=Ė′_ӨТ-Ė″_ӨТ , жєне 1.2.3-сурет бойынша

 

 

 

 

м±нда К_ЌЫС=Sin πβ/2 –ораманыњ ќадамын ќысќарту коэффициенті.

 

Тек бір ойыќтарѓа ѓана салынѓан тізбектеле жалѓанѓан жеке орамдарыныњ оќшауламасымен ќоса ойыќ ќабырѓаларынан оќшаулайтын ортаќ оќшауламасы бар орамдар тобын орауыш деп атайды. Орауыш орамдардан т±ратын болса, онда орауыштыњ ЭЌК-і

.                        (1.2.7)

Индукция синусоидалы таралѓан жаѓдайда бір полюстік аѓыны

,

енді B_δl_δτ мєнін (1.2.6) µрнегіне ќойсаќ, онда

 

.           (1.2.8)

 

1.2.1.3 Орауыштыќ топтыњ электр ќозѓаушы к‰ші

 

Фазада µткізгіштер мен орамдардыњ жеткілікті санын алу жєне де ойыќтардыњ µлшемдері ќабылдануѓа жарамды болу үшін машинаныњ ойыќтар санын кµп етіп жасайды. Б±л кезде орам сандары W₀ бірдей жєне кµршілес ойыќтарда жатќан орауыштар ќатарын q тізбектеп ќосады. М±ндай бір фазаѓа жататын орауыштар тобы орауыштыќ топ деп аталады.

Кµршілес орауыштардыњ ЭЌК-і мынандай б±рышќа ыѓысќан    

τ

γ

α

Bm1

1.2.4-сурет. Магнит µрісіндегі орауыштыќ топ

1.2.5-сурет. Орауыштыњ ЭЌЌ-тіњ аныќтау

R

α

γ

ĖO

Ėөт

,                                                       (1.2.9)

м±ндаѓы Z –тістердіњ саны.

Б‰кіл топ, орауыштан ќ±рылѓан, статор шењберінде

                                       (1.2.10)

б±рышын алады, оны фазалыќ аймаќтыњ б±рышы деп атайды.

 

Орауыштыќ топтыњ ЭЌК-терініњ геометриялыќ ќосындысына тењ жєне б±л орауыштардыњ ЭЌК-терініњ арифметикалыќ ќосындысынан qE_К кем болады.

–ораманыњ тарату коэффициенті деп аталады. Сонымен, 1.2.5-суреттен

                                              ;                                         (1.2.11)

Е_ОТ=2RSinα/2 жєне Е₀=2RSinγ/2 аламыз. Осы мєндерді (1.2.11) теңдеуге         ќойып табамыз:

.

Егер q=I болса, онда K_ТАР=I, ал q>I болѓан жаѓдайда, K_ТАР< I.

(1.2.8) жєне (1.2.11) µрнектері негізінде алатынымыз

 

,       (1.2.13)

 

м±нда К_ОР=К_ЌЫС К_ТАР –орамалыќ коэффициенті.

 

1.2.1.4 Орама фазасыныњ электр ќозѓаушы к‰ші

 

Кµп полюсті машинаныњ єрбір фаза єрт‰рлі полюстер астында жататын орауыштар тобы ќатарынан т±рады. Егер топтар ќатары бірдей орауыштар сањынан т±ратын болса, онда олар бір-бірінен б‰тін полюстер бµліктеріне ыѓысып орналасады да, бірдей б±рышын ќамтиды. Б±л кезде орауыштыќ топтардыњ ЭЌК -тері шамасы бойынша бірдей, ал фаза бойынша 360°-ќа (топтар τ ж±п санѓа ыѓысќан жаѓдайда)  немесе 180°-ќа (топтар τ жұп санѓа ыѓысќан жаѓдайда) ыѓысќан болады. М±ндай орауыштыќ топтарды бір-бірімен тізбектеп жалѓастырѓанда олардыњ ЭЌК-тері арифметикалыќ т‰рде ќосылатын болады. Оларды параллель ќосуѓа да болады, б±л кезде барлыќ параллель тармаќтардыњ ЭЌК-тері бірдей єрі фаза бойынша бір-біріне дєл келеді.

Егер де єрбір тармаќта тізбектелген n орауыштыќ топтар болса, онда єрбір тармаќтыњ жєне орама фазаныњ ЭЌК-і Е= n Е_ӨТ тењ болады, немесе

 

,                   (1.2.14)

 

м±ндаѓы W=nqW₀ єрбір параллель тармаќта тізбектей ќосылѓан орамдардыњ саны, оны фазаныњ орамдарыныњ саны деп атайды.

Егер де фазалы орама аймаќтан жєне параллель тармаќтардан т±ратын болса, онда

,

м±ндаѓы S_n-ойыќтаѓы эффективтік µткізгіштер саны.

‡шфазалы ораманыњ барлыќ фазаныњ ЭЌК-тері бір-бірімен тењ, ал фазалары бойынша 120°-ќа ыѓысќан етіп ќ±растырады. М±ндай ораманы симметриялы деп атайды. Машинаныњ барлыќ ойыќтарына орама салынѓан кезде, оныњ кењістігі жоѓары дєрежеде пайдаланады.

Симметриялы орама ұшін Z/m-б‰тін сан болады.

 

 

1.2.2 Ораманыњ магнит µрісініњ жоѓарѓы гармоникаларынан туатын ќозѓаушы к‰штер

 

n-гармониканыњ полюстік бµлігі негізгі гармониканыњ полюстік бµлігінен n есе аз, сол себептен егер де ораманыњ екі µткізгішініњ негізгі гармоникамен (n=1) салыстырѓандаѓы фазалыќ ыѓысуы βπ б±рышына тењ болса, онда n-гармоникаѓа ќараѓанда б±л ыѓысу nβπ-ге тењ болады. n-гармоника үшін ќысќарту коэффициентін аныќтау үшін мына формуланы ќолданады

           .                                     (1.2.16)

Токтыњ кµршілес орауыштарындаѓы ЭЌК-тердіњ фазалыќ ыѓысуы да n есе кµп болады, сол себептен ораманыњ тарату коэффициентін мына формуламен есептеу ќажет

.                                  (1.2.17)

n-гармоника үшін ќиѓаш коэффициентін аныќтау үшін мына формуланы ќолданады         

 .                                       (1.2.18)

n-гармониканыњ орамалыќ коэффициенті

 

К_ОР= К_ОРn К_ТАРn.                                              (1.2.19)

 

Жоѓарѓы гармоникалардан туатын фазалыќ ЭЌК

.        (1.2.20)

n-гармониканыњ магнит µрісі

.                         (1.2.21)

Толыќ ЭЌЌ-тіњ ерекет мєні   

.                        (1.2.22)

 

 

2 Асинхронды машиналар

 

2.1 Роторы ќозѓалыссыз кездегі ‰шфазалы асинхронды ќозѓалтќыш

 

2.1.1 Роторы ќозѓалыссыз кездегі асинхронды ќозѓалтќыштыњ                   бос ж‰рісі

          

Асинхронды ќозѓалтќыштыњ ротор тізбегі ажыратылѓан жєне ќозѓалыссыз кезінде, ал статор кернеу жєне жиілігі электр желісіне ќосылѓан болсын делік.

ФS1

Фm

ротор

статор

2.1.1-сурет. Ажыратылѓан ротор кездегі статордыњ аѓыстары

Статорѓа жататын барлыќ шамалар бірінші реттік деп аталады да, оларды “1” деген индекспен белгілейді, ал роторѓа жататын шамаларды-екінші реттік деп атайды да, оларды “2” деген индекспен белгілейді.

U₁ кернеуі єсерімен статордыњ орамасында бос ж‰ріс тоѓы I₀ аѓады. Осы ток ќұратын магниттеуші к‰ш (МК) магнит µрісін тудырады, оныњ бір бµлігі Ф_m машинаныњ екі бµлігініњ де орамаларымен, ал бір бµлігі Ф_m тек статор орамасымен ілініскен. Бірінші магнит аѓыны негізгі, ал екеншісі - сейілу магнит аѓыны болып табылады.

Егер де р - асинхронды ќозѓалтќыштыњ полюстерініњ ж±п саны болса, онда МК  F₁-діњ айналу жиілігі n₁-ге тењ

  .                                            (2.1.1)

Негізгі аѓын статор мен ротордыњ орамаларында Е₁ жєне Е₂ ЭЌК-терін тудырады 

  ;

,                  (2.1.2)

м±ндаѓы W₁, W₂-статор мен ротор орамаларыныњ орам сандары;

                К_ОР1, К_ОР2-орамалардыњ орамалыќ коэффициенттері.

 

Ќатынас                      (2.1.3)

 

асинхронды ќозѓалтќыштыњ ЭЌК-терініњ трансформация коэффициенті деп аталады. Оны тєжірибе ж‰зінде бос ж‰ріс кезіндегі статор мен ротор орамаларыныњ ЭЌК -терініњ ќатынасы ретінде аныќтайды.

Сµйілу магнит аѓыны Ф_S1 єрбір статордыњ фазасында Ė_S1=-jX₁İ₀ сейілу ЭЌК-терін индукциялайды. Сонымен бірге статор орамасыныњ єрбір фазасында активтік кедергісі R₁ бар. Б±л кедергіде R₁İ₀ кернеу түсуі болады.

Демек, статордыњ бір фазасы үшін ЭЌК-тердіњ тепе-тендік теңдеуі мынадай болады

 .            (2.1.4)

2.1.2-сурет. Асинхронды ќозѓалтќыштыњ бос ж‰ріс ж±мыс тєртібіндегі а) орынбасу схемасы жєне  б) векторлыќ диаграммасы

Ė1

İ Oa

R1

X1

İOP

R0

İ O

R1İ 0

jX1İ 0

-Ė1

φ0

İ 0

İ 0a

İ 0P

XO

Асинхронды ќозѓалтќыштыњ осы тендікке сєйкес келетін орынбасу схемасы мен векторлыќ диаграммасы 2.1.2-суретте бейнеленген.

I_О тоѓы реактивтіек I_ОР жєне активтік I_ОА ќ±рама бµліктерден т±рады. Реактивтік ток магнит µрісін ќоздыруѓа, ал активтік ток статор мен ротордыњ µзекшелерініњ болаттарындаѓы шыѓындарды µтеуге ж±мсалады.

Орынбасу схемасын ќ±ру үшін, яѓни статор мен ротордыњ орамалары арасындаѓы электрлік байланысќа кµшу үшін, ротордыњ орамасын статордыњ орамасына келтіреді. Ол үшін шын мєнісіндегі ротор орамасын статор орамасы сияќты болады.

Осы кезде машинадаѓы энергетикалыќ ќатынасты саќтау үшін екінші реттік ораманыњ параметрлері ќайта есептелуі ќажет.

Келтірген екінші реттік орама ЭЌК-і тењ  

.                                      (2.1.5)

Ротордыњ тізбегі ажыратылѓан кезде асинхронды ќозѓалтќыштыњ статорлыќ орамасында m₁I²_oaR₁ статор мен ротордыњ µзекшелерінде p_C1 жєне p_C2 ќуат шыѓындары болады. Осы ќуат шыѓындарын µтеуге ќозѓалтќыш электр желісінен Р  ќуат т±тынады

.

 

 

2.1.2 Асинхронды ќозѓалтќыштыњ ќысќа т±йыќталуы  

   

İ1

-İ/2

Ė/2 = Ė1

İ/2

2.1.4-сурет. Ќысќа т±йыќталу режиміндегі АЌ-тыњ векторлыќ диаграммасы

2.1.3-сурет. Ќысќа т±йыќталу режиміндегі АЌ-тыњ  магнит аѓындары

ФS1

ФҚ

ротор

статор

ФS2

 Асинхронды ќозѓалтќыштыњ ќысќа т±йыќталу ережесі тежелген ротор кезінде болады. Статор мен ротордыњ орамаларыныњ ќысќа т±йыќталу кезіндегі токтары номинал мєндерінен асып кетпеу үшін ќозѓалтќышќа берілетін кернеуді мєніне дейін тµмендету керек. U_Қ номинал кернеудіњ U_1НОМ  15-20%-не тењ болады.

İ₁ жєне İ₂ токтары ќозѓалыссыз статор мен роторѓа ќараѓанда бір баѓытта бірдей жылдамдыќпен  айналып т±ратын F₁ жєне F₂ МК-терін тудырады, яѓни олар бір-біріне ќараѓанда ќозѓалыссыз болады да n₁ жылдамдыќпен айналатын F_Қ МК-ін ќ±рады. Б±л МК статор мен ротор орамаларымен ілініскен негізгі айналдырушы аѓынды Ф_Қ тудырады. МК-і F₁ ток статор орамасымен ілініскен бірінші реттік сейілу аѓынын Ф_S1, ал F'₂ МК-тері бір-біріне ќарсы єрекеттеседі. Сол себептен, İ₁ жєне İ'₂ токтардан т±ратын F₁ жєне F'₂ МК-тердіњ шамалары біршама ‰лкен болса да ќорытынды МК F аз болады, сондыќтан магнит аѓыны Ф_Қ да аз, демек, б±л кезде магнит тізбегі ќаныќпаѓан болады.

Бірінші реттік токты İ₁ екі токтыњ ќосындысы деп кµрсетуге болады, оныњ біріншісі (İ₁) МК-ін F_Қ тудырады, ал екіншісі (-İ'₂) екінші реттік токтыњ İ'₂

МК-ін F'₂  жоятын МК-ті  -F'₂ тудырады. Сонымен алатынымыз

 

İ₁=İ_Ќ+( İ ^/₂)  немесе İ₁+İ ^/₂ =İ_Ќ.                                (2.1.7)

Оған сәйкес

.                                   (2.1.8)

Статор мен ротордыњ МК-терініњ тењгерілуі жаѓдайынан шыѓады

,

м±ндаѓы m₁, m₂-статор мен ротордыњ фазалар саны.

 

Токтардыњ трансформациясы коэффициенті мынаѓан тең болады

.                                    (2.1.9)

Демек, ротордыњ келтірілген тоѓы

.                                           (2.1.10)

ЭЌЌ-тер мен токтардыњ трансформация коэффициенттерін пайдалана отырып ротордыњ келтірілген активтік жєне индуктивтік кедергілерін  аныќтаймыз.

Активтік кедергіні келтірген кезде ротор орамасындаѓы ќуат шыѓыны µзгермей ќалуы ќажет, яѓни          .

Б±дан алатынымыз

,      (2.1.11)

 

м±нда  – кедергіні келтіру коэффициенті.

Индуктивтік сейілу кедергісін келтіру үшін ЭЌЌ E₂  мен ток I₂ арасындаѓы б±рыш Ψ₂  µзгермей ќалуы кµзделеді.

Демек, ,    б±дан       .                       (2.1.12)                                                                

Бірнші реттік жєне екінші реттік ЭЌЌ-тердіњ ќысќа т±йыќталу кезіндегі тењдеу

,                                             (2.1.13)

м±ндаѓы Z₁=R₁+jX₁ жєне Z₂=R₂^'+jX₂^' - статор мен ротор     орамаларыныњ

    комплекстік кедергілері.

 

Ė'_2Қ=Ė'_1Қ жєне İ'₂≈-İ₁ тендіктерді еске ала отырып (2.1.13) тењдеулерді тоќќа ќараѓанда бірге шешіп табамыз

.                                                (2.1.13)

Осыѓан сєйкес АЌ-тың ќысќа т±йыќталу кезіндегі орынбасу схемасын аламыз 2.1.5-сурет.

Ќысќа т±йыќталу схемасыныњ параметрлері

;  .                        (2.1.15)

R1

R/2

X/2

X1

İ1H

Ů1Қ

Ů1Қ

İ1H

RҚ

XҚ

2.1.5-сурет. АЌ-тыњ ќысќа т±йыќталу режиміндегі орынбасу схемасы

 

 

2.2 Ротор айналып тұрѓан кездегі үшфазалы асинхронды ќозѓалтќыш

 

2.2.1 Тайѓанау, ЭЌК -тіњ жиілігі жєне ротор ораманыњ кедергілері

 

Асинхронды ќозѓалтќыштыњ ж±мыс істеу принципінен ротордыњ айналу жиілігі n₂ статор µрісініњ айналу жиілігінен n₁ кем екендігін кµреміз. Егер n₂=n₁  болса, онда ротордың орамдары статордыњ айналып т±рѓан магнит µрісін ќиылып µтпеген болар еді, демек, ротордыњ орамасында ЭЌК индукцияланбас еді. Сол себептен ротордыњ орамасында I₂ тоѓы болмайды да айналдырушы момент те болмайды.

Ротордыњ статор айналушы магнит µрісінен артта ќалу дєрежесі сырѓанау S арќылы сипатталады. Тайѓанау S шамасы n₁ мен n₂  айырымыныњ статор µріс жиілігіне ќараѓанда сылыстырмалы мєнімен аныќталады

                                        (2.2.1)

б±дан                                 

Ротордыњ орамасында индукцияланѓан E ЭЌК-ініњ жиілігі мынадай:

,                             (2.2.2)

яѓни желістіњ жиілігі f₁ ЭЌК-і тайѓанауѓа тура пропорционал µзгереді (тайѓанау жиілігі деп аталады).

Жалпы (2.1.2) формула бойынша ротордыњ ЭЌЌ-і үшін алатынымыз

 

        (2.2.3)

 

м±ндаѓы Е_2Қ –ќозѓалмай т±рѓан ротордыњ ЭЌК- і.

Егер де ротордыњ орамасы статордыњ орамасына келтірілген болса, онда

                                                                               (2.2.4)

Сонымен негізгі магнит аѓыны Ф_m берілген кезде айналып т±рѓан ротор орамасында индукцияланѓан ЭЌЌ ќозѓалмай т±рѓан ротордыњ ЭЌЌ-і Е_2Қ-мен сырѓанау S кµбейтіндісіне тењ. Ќозѓалмай т±рѓан ротордыњ индуктивтілік сейілу кедергісі

X_2Қ=2πf₁L₂ ,

 м±ндаѓы L₂-сейілу аѓынымен аныќталатын индуктивтік.

 Сейілу магнит аѓыны негізінде ауамен µтетін болѓандыќтан L₂-де т±раќты болады.

Демек, айналып т±рѓан ротордыњ индуктивтілік кедергісі

 

                    X₂=2πf₂L₂=2πf₁S L₂= X_2Қ S                                  (2.2.5)

 

тењ болады, немесе ротордыњ орамасы статордыњ орамасына келтірілген болса, онда

X^/₂=X^/_2Қ S.                                                                                      (2.2.6)

Яѓни айналып т±рѓан ротор орамасыныњ индуктивті кедергісі ќозѓалмай т±рѓан ротордыњ индуктивті кедергісі X_2Қ мен тайѓанау S кµбейтіндісіне тењ. Тоќтыќ ротор орамасыныњ µткізгіштері бетіне ыѓысу ќ±былысын жєне ораманыњ активтік кедергісініњ температураѓа байланысты µзгеруін есепке алмасаќ активтік R₂ кедергіні де т±раќты деп санауѓа болады. 

 

2.2.2 Ротордыњ электр ќозѓаушы к‰ші мен тоѓыныњ тењдеулері

 

Ротордыњ тізбегі т±йыќталѓан болса, онда I₂ тоѓы аѓады да ол Ф_S2 сейілу магнит аѓынын тудырады. Сонымен бірге, µз жолында кедергісін кездестіреді. Ротордыњ орамасында негізгі магнит аѓыны тудыратын Е₂ ЭЌК-і жєне сейілу магнит аѓыны тудыратын. ЭЌК-і пайда болады. Кирхгофтыњ екінші зањы бойынша

Ė₂+Ė_S2=R₂İ₂

немесе

,              (2.2.7)

м±ндаѓы Z₂=R₂+jX₂ –ротордыњ толыќ кедергісі.

Демек,        

          және                        (2.2.8)

Егер ротордыњ орамасы статордыњ орамасына келтірілген болса, онда

 және  .                   (2.2.9)

Ротордыњ орамасымен аќќан I₂ тоѓы ротор жиілігіне f₂ сєйкес келетін, роторѓа ќараѓанда n жылдамдыќпен айналатын F₂ магниттеуші күшін тудырады. Ротордын µзі n₂ жылдамдыќпен айналады. Сондыќтан, ротордыњ F₂ МК-і статорѓа ќараѓанда n+n₂ жылдамдыќпен айналады.

.

Сол себептен, , яѓни ротордыњ F₂ МК-і кењістікте єрќашан да (ж±мыстыњ режиміне байланыссыз) статордыњ F₁ МК-і баѓытымен жєне сол сияќты жылдамдыќпен айналады.

 

2.2.3 Асинхронды ќозѓалтќыштыњ алмастыру сұлбасы жєне

векторлыќ диаграмасы

 

Ротор тоѓыныњ µрнегін (2.2.8) алымы мен бµлімін сырѓанамаға бµлу арќылы мына т‰рге келтіруге болады

.                            (2.2.10)

Жања µрнектіњ жања физикалыќ маѓынасы бар. Ендігі жерде екінші реттік тізбекте f₂ жиілігімен айналып т±рѓан ротордыњ Е₂ ЭЌК-ініњ орнына айналмай т±рѓан ротордыњ жиілігі f₁ ЭЌК-і Е_2Қ пайда болды. Айналмай т±рѓан ротордыњ индуктивтік кедергісі X_2Қ єрекет етеді. Екінші реттік тізбекте Е₂ –ге ќараѓанда шамасымен фазасы µзгермеген ток I₂ аѓу үшін R₂ кедергініњ орнына жања кедергіні R₂/S=R₂+R₂(1-S)/S кіргізу керек.

Ары ќарай шамасы µзгермейтін X_2Қ кедергіні Х₂ арќылы, т±раќты Е_2Қ ЭЌК-њі Е₂ арќылы белгілейміз.

Статор тоѓы I₁-де шамасымен фазасы бойынша б±рынѓы ќалпында ќалатындыѓы ш‰бєсіз, демек, электр желісінен алынатын куаттында мµлшері µзгермейді. Орамалардаѓы электр шыѓындары µзгермегендіктен ќозѓалтќыш айналѓан кезде оныњ білігінде µрбитін куат ќосымша R₂(1-S)/S кедергіде т±тынылѓан куатќа тењ болады. Кµрсетілген жаѓдай айналып т±рѓан ќозѓалтќышты орнына ќозѓалмай т±рѓан ќозѓалтќышты кµрсетілген ќосымша кедергімен бірге талдау жасауѓа м‰мкіндік береді.

R1

X1

X2

R2

Ė2

İ 2

İ1

Ė1

2.2.1-сурет. Асинхрондыќ ќозѓалтќыштыњ ќозѓалыссыз роторѓа келтірілген физикалыќ сұлбасы

R2/(1-S)/2

Асинхрондыќ ќозѓалтќыштыњ физикалыќ сұлбасы 2.2.1-суретте берілген.

 

Екінші реттік тізбек үшін келтірілген шамаларды ќолдана отырып бірінші жєне екінші реттік тізбектерге арнай бойынша жазуѓа болады жєне магниттеуші тізбектегі кернеу т‰суі теріс тањбалы ЭЌК-ке тењ болатыныњ, яѓни

 

                          (2.2.11)

еске алып, (2.2.11) тењдеулерді былай жазуѓа болады

                          (2.2.12)

(2.2.12) тендеулерді бірге шешкенде, табатынымыз

                                    (2.2.13)

(2.2.12) жєне (2.2.13) тендеулердіњ негізінде ж‰ктелген АЌ-тыњ алмастыру сұлбасын жєне векторлыќ диаграммасын т±рѓызамыз (2.2.2 жєне 2.2.3-суреттер)

2.2.4- сурет. Бірінші реттік қысқыштарға      магниттеуші тізбекті шығарған дәлдік  алмастыру сұлбасы

İ1

R2/(1-S)/2

İ0

R0

X0

σ1X1

-İ/1

σ1R1

σ1R1

σ1X1

σ21X/2

σ21R/2

İ1

Ė/2= Ė1

R/2(1-S)/2

İ0

X0

R0

R1

X/2

X1

R/2

2.2.2-сурет. Ж‰ктелген АЌ-тыњ орынбасу ауыстыру жалѓамасы

2.2.3-сурет. Ж‰ктелген АЌ-тыњ векторлыќ диаграммасы

jX1 İ

R1İ

İ 1

Ė1= Ė/2

İ/ 2

φ2

-İ /2

-Ė1

Ψ1

Ψ2

İ0

Ж‰ктеме азайѓан немесе ‰лкейген кезде ќысќыштардаѓы кернеу єдетте µзгермейді, ал µзара индукция аѓыны жєне оѓан сєйкес келетін 2.2.2-суреттіњ магниттеуші тізбегініњ ќысќыштарындаѓы ЭЌК Е₁=Е'₂ ж‰ктеме µзгерген кезде I₁(R₁+jX₁) кернеу түсүіне өзгереді.

Сондыќтан асинхрондыќ ќозѓалтќыштыњ ж±мысын оќып ‰йрену үшін осындай алмастыру сұлбасы ќолайды болады (2.2.4-сурет).

Бұл кезде магниттеуші тізбек бірінші реттік қысқыштарға шығарылады да ондағы ток жүктеменің барлық өзгерістерінде, оған сәйкес тайғанау өзгергенде

идеал синхронды бос жүріс I₀ ток тұрақты болып қалады. Түзетуші коэффициент s=1+Z₁/Z₂ тайғанауға S тәуелсіз және s=1,03+1,05 тең.

 

 

2.3 Асинхрондыќ ќозѓалтќыштыњ айналдырушы моменттері

 жєне куаттары

 

2.3.1 Асинхрондыќ ќозѓалтќыштыњ электр желіден тұтынатын

активтік қуаты

 

Асинхрондыќ ќозѓалтќыштыњ электр желісінен тутынатын активтік куаты мынаѓан тењ

 

.             (2.3.1)

 

Векторлыќ диаграммадан (4.3-сурет) алатынымыз

 

;  .

 

Статорѓа берілетін активтік куаттыњ т‰пкілікті µрнегі

 

,    (2.3.2)

 

м±ндаѓы       р_Э1-статор орамасындаѓы электр шыѓындары;

                      р_М1-статор µзекшесіндегі магниттік шыѓындар;

 р_ЭМ-айналушы магнит µрісі арќылы ротор тізбегіне берілетін электрмагниттік куат.

 

Ќозѓалтќыштыњ т±тынатын реактивтік куаты үшін алатынымыз

.                      (2.3.3)

 

Жоѓарыда кµрсетілген µрнектіњ аналитикалыќ түрленуінен кейін табамыз

,                               (2.3.4)

 

яѓни ќозѓалтќыштыњ электр желісінен реактивтік қуаты статор магнит µрісін тудыруѓа, статордыњ жєне ротордыњ µзекшелерін магниттеуге, сонымен бірге роторѓа оњын орамасыныњ магниттік сейілу µрісін тудыруѓа ќажетті реактивтік куатты беруге ж±мсалады.

Энергияныњ асинхронды ќозѓалтќыштаѓы т‰рленуін жєне оныњ ішіндегі шыѓындарды энергетикалыќ диаграмма суреттейді.

P1

PЭМ

P/2

P2

pМЕХ

pҚОС

pЭ2

pЭ1

pМ1

2.3.1 сурет. Асинхронды ќозѓалтќыштыњ энергетикалыќ диаграммасы

                     р_Э2- статор орамасындаѓы электр шыѓындары;

                       р_МЕХ-ротордаѓы механикалыќ шыѓындары;

                       р_ЌОС-басќа ќосымша шыѓындар.

 

Айналмалы магнит µрісініњ электрмагниттік ќуаты

 

 Р_ЭМ=Р₁-(Р_Э1+Р_М1) .                                               (2.3.5)

Статордан ротордыњ білігіне берілетін куат 

      

Р^/₂= Р_ЭМ -Р_Э2 .                                              (2.3.6)

 

Ротордыњ білігіндегі пайдалы механикалыќ ќуат:

 

Р₂= Р^/₂ -Р_МЕХ -Р_ЌОС .                                               (2.3.7)

 

Статор µрісініњ б±рыштыќ жылдамдыѓын ротордікі арќылы белгілесек, онда

р_Э2=W₁М;  Р^/₂=W₂М.                                      (2.3.8)

 

Демек Р_ЭМ=Р_ЭМ-Р'₂=(Ω₁-Ω₂)М   біраќ та тайѓанама S=(n₁-n₂)/n₁=(Ω₁-Ω₂)/Ω₁ болѓандыќтан

р_Э2=W₁SМ=Р_ЭМ S.                                           (2.3.9)

 

Сонымен, ротор тізбегініњ орамаларындаѓы шыѓындар айналмалы магнит µрісініњ ќуатын тайѓанамаѓа кµбейткенге тењ.

(2.3.8) –тењдеуден асинхронды ќозѓалтќыштыњ айналдыру моментініњ µрнегі табылады.

Толыќ айналдырушы момент

                                    (2.3.10)

 

2.3.2 Асинхронды ќозѓалтќыштыњ айналдырушы моменті

 

Асинхронды ќозѓалтќыштыњ айналдырушы моменті (2.3.9)-тењдеуден

 

  табылады.                      (2.3.11)

Алмастыру сұлбасы (2.2.4-сурет) алатынымыз

Сондыќтан               

 

(2.3.11)-тењдеуге I'₂²  мєнін ќойсаќ айналдырушы моменттіњ жалпы µрнегін табамыз

                      (2.3.12)

 

 

м±ндаѓы Х₁+Х_2'=Х_Қ –ќысќа ±йыќталу индуктівтік кедергісі.

2.3.2 сурет. Асинхронды ќозѓалтќыштыњ механикалыќ сипаттамасы

S

M

Sm

SH

c

b

MH

Mмакс

MЖҮР

S=1

Момент М кернеудіњ квадратына U₁² пропорционал екендігі (2.3.12) тењдеуінен кµрініп т±р, яѓни кернеу тµмендегенде асинхронды ќозѓалтќыштыњ ж‰ктемелік ќабілеті тµмендейді.

Электр желесініњ кернеуін т±раќты деп есептесек онда момент тайѓанамаѓа тєуелді болады, яѓни М=f(S).

Ќозѓалтќыштыњ параметрлері R₁, X₁, X₂' жєне R₂' белгілі болѓан жаѓдайда тайѓанама мєнін S=1 ден S=0 дейін µзгерте отырып ќозѓалтќыштыњ механикалыќ сипаттамасын M=f(S) т±рѓызуѓа болады. 

Ќозѓалтќышты ж‰ргізген кезде S=1 болады да, ж‰ргізіп жіберу моменті М_Ж‡Р пайда болады (а н‰ктесі), ары ќарай болѓан кезде (в н‰ктесі) момент максимал мєніне жетеді. Ќозѓалтќыштыњ айналдырушы моменті арасындаѓы тепе-теңдік болѓанда ротор т±раќты айналмалы жиілікпен ж±мыс істейді (с н‰ктесі).

 

2.3.3 Асинхронды ќозѓалтќыштыњ ж‰ргізіп жіберу,

максимал жєне номиналді моменттері

 

2.3.3.1 Ж‰ргізіп жіберу момент М_Ж‡Р

 

Ж‰ргізіп жіберу момент М_Ж‡Р асинхронды ќозѓалтќыштыњ ењ бір пайдаланушылыќ сипаттамасы болып табылады. Ж‰ргізіп жіберуші моменттіњ мєні (2.3.12) тењдеуінен тайғаныма S=1 болған кезде табылады,

             (2.3.13) 

 

(2.3.13)  тењдеуден ж‰ргізіп жіберуші момент үшін кµретініміз:

а) жиілік f₁ т±раќты кезде ж‰ргізіп жіберуші момент статор кернеуініњ квадратына тура пропорционал болады;

б) ротордыњ активтік кедергісі индуктивтік сейілу кедергісіне тењ болѓанда ењ ‰лкен мєніне жетеді

.

Ж‰ргізіп жіберуші момент, єдетте К_n=М_Ж‡Р/М_Н ќатынасымен µрнектеледі. Б±л ќатынасты ж‰ргізіп жіберуші моменттіњ еселігі деп атайды.

 

2.3.3.2 Максимал немесе аударылдырѓыш моментті М_МАКС

 

Максимал немесе аударылдырѓыш моментті М_МАКС dM/dS туындысын алып, оны нµлге тењеп табамыз.

Табылѓан R₁²+Х_Қ²=R₂^'2/S_m² тењдеуден максимал моментке сєйкес келетін S_m тайѓанаманы аныќтаймыз. Оныњ мєнін      -тењдеуге ќойып максимал моменттіњ µрнегін аламыз

.                         (2.3.14)

        

(2.3.14)-тењдеуден максимал момент үшін шыѓатыны:

а) жиілік f₁ мен ќозѓалтќыштыњ кµрсеткіштері берілген жаѓдайда максимал момент статор кернеуініњ квадратына тура пропорциолнал;

б) ротор тізбегініњ активтік кедергісіне тєуелді болмайды;

в) ротор тізбегініњ активтік кедергісі неѓ±рлым ‰лкен болса соѓ±рлым ‰лкен тайѓанауда максимал момент пайда болады.

Сонымен, ротор тізбегініњ активтік кедергісін µсірген кезде максимал момент шамасын µзгертпей, сырѓанаманыњ ‰лкен мєнді аймаѓына ќарай жылжиды (2.3.3-сурет).

2.3.3-суретте моменттіњ тµрт ќисыѓы ротор тізбегіндегі ќосымша активтік кедергілердіњ R_ЌОС єрт‰рлі тµрт мєнінен сєйкес келеді I-ќисыќ R_ЌОС=0 болѓан кезде алынады (табиѓи сипаттама). R_ЌОС шамасын тандап алу үшін электр жетегінің талаптарына сєйкес ќажетті ж‰ргізіп жіберуші моменттіњ шамасымен аныќталады. Ж‰ргізіп жіберуші моменттіњ шекті шамасы максимал моментке тењ. Б±л кезде S_m=R₂+R_ЌОС/Х_Қ=1, осыдан М_Ж‡Р=М_МАКС жаѓдайы үшін  R_ЌОС=X_Қ-R₂ –ны аныќтауѓа болады. Ротор тізбегіне реостатты ќосќанда ж‰ргізіп жіберуші токтыњ да шамасы азайтылады.

Айналдырушы моменттіњ мєні максимал моментке  жеткен кезде, ќозѓалтќыштыњ орныќты ж±мыс істейтіњ ережесі шегіне жетеді. Сол себептен, ќозѓалтќыш орныќты ж±мыс істеуі үшін айналдырушы момент максимал моменттен аз болуы керек. Басќа сµзбен айтќанда, ќозѓалтќыш асќын ж‰ктеме ќабілетке ие болуы керек.

MIЖ

MIIЖ

MIIIЖ

M

S=1

SIIIm

SIIm

SIm

S

RҚОС = 0

2.3.3 - сурет. Асинхронды ќозѓалтќыштыњ єрт‰рлі RЌОС  кездегі механикалыќ сипаттамалары

MIYЖ

Асќын ж‰ктеме коэффициенті

.   (2.3.15)

 

 

2.3.3.3 Асинхрондыќ ќозѓалтќыштыњ наќтылы (номинал) моменті

 

Асинхрондыќ ќозѓалтќыштыњ наќтылы (номинал) моменті наќтылы (номинал) тайѓанама кезінде жєне біліктегі ж‰ктеме наќтылы (номинал) мєніне тењ болѓанда пайда болады.

Наќтылы (номинал) момент мына формуламен табылады

,                                            (2.3.16)

м±ндаѓы Р_Н-ќозѓалтќыштыњ наќтылы (номинал) ќуаты, Вт;

                n_2Н -ротордыњ наќтылы (номинал) айналу жиілігі, айн/мин.

 

 

2.3.4 Асинхронды ќозѓалтќыштыњ ж±мыстыќ сипаттамалары

 

η

P2/P2Н

η2

O

М

cosφ2

n2

cosφ1

M

0.5

1.0

2.3.4-сурет. Асинхронды ќозѓалтќыштыњ ж±мыстыќ сипаттамалары

n2

Асинхронды ќозѓалтќыштыњ ж±мыстыќ сипаттамалары деп айналу жиілігініњ n₂, тудырылатын айналдырушы моменттіњ М, ќуат коэффициентініњ Cosf₁, жєне пайдалы єсер коэффициентініњ η ќозѓалтќыштыќ білігіндегі пайдалы активтік ќуатќа Р₂ тєуелдігін айтады.

Б±рын тапќан ротордыњ айналу жиілігі n₂=n₁(1-S).

Екінші жаѓынан S=P_Э1/Р_ЭМ, яѓни тайѓанама сан бойынша ротор орамасындаѓы ќуат шыѓыныныњ ќозѓалтќыш тудыратын электромагниттік ќуатќа ќатынасына тењ.

Бос ж‰ріс ережеде ротор орамасындаѓы ќуат шыѓыны р_Э2 электромагниттік ќуат Р_ЭМ-мен салыстырѓанда µте аз болады, сол себептен S=0 ал n₂≈n₁. Ж‰ктеме µскен сайын ќатынасы да µседі, біраќ пайдалы єсер коэффициентініњ мєнін жоѓары ±стау үшін ол ќатынас наќтылы (номинал) ж‰ктеме кезінде 2-3% -тен аспайды.

n₂=f(P₂) тєуелділігі абсцисса білігіне шамалы кµлбеу орналасќан ќисыќ т‰рінде болады.

 

 

2.4 Асинхронды қозғалтқыштың шеңберлік диаграммасы

 

2.4.1 Шеңберлік  диаграмманы тұрғызу

 

Айқындалған шеңберлік диаграмма дәлдік Г- тәріздес ауыстырма сұлбаға негізделеді (2.2.4-сурет). Тармақталған тізбектің кедергісінің өрнегіне тайғанама S кірмейтіндіктен бұл тізбектегі ток І₀  кернеу U₁ = constant  кезде тайғанама S –тің барлық  өзгерулерінде, демек  қозғалқыштың жүктемесінің де барлық  өзгерістерінде, өзгеріссіз қалады. Басты тізбектегі барлық активтік және индуктивтік кедергілер бір ізбен қосылған, санымен бірге тайғанама S тек ротордың  толық активтік кедергісінің бөліміне R₂ /S кіреді. Бірінші реттік тізбектің қорытқы тоғының векторының І₁ алу үшін тармақталған тізбектің өзгеріссіз тоғының векторына  І₀  тайғанама S -пен  бірге өзгеріп тұратын айнымалы векторын –І₂^/ геометриялық қосу керек: İ₁=İ₀+(-İ₂^/). Бұл жағдайда І₁ тоқ векторының тайғанама S өзгерген кездегі ұшының орын ауыстыру заңын тапсақ,  сонымен бірге І₁ ток векторының ұшының да орын ауыстыру заңын табамыз. Шеңберлік диаграмманы тұрғызу үшін желінің кернеуін U₁ , бос жүріс тоғын І₀ , қысқа тұйықталу тоғын І_1Қ , кернеу мен бос жүріс тоғы І₀ арасындағы фазалық бұрыштың ығысуын j₀, кернеу мен қысқа тұйықталу тоғы І_Қ арасындағы фазалық бұрыштың ығысуын j_Ќ білу қажет. Координаттық біліктерді жүргіземіз, кернеудің масштабын m_U (В/мм) және токтың масштабын m_І (А/мм) таңдап аламыз да “0” нүктесінен  кернеуінің векторын, І₀  тоғының векторын (кернеу U₁-ге қарай j₀ бұрышпен), І_1Қ тоғының векторын (кернеу U₁–ге қарай j_Ќ бұрышпен) тұрғызамыз. Осылайша “О₁” және “К” нүктеллерін табамыз (2.2.4-сурет). Осы екі нүктені түзу О₁К сызығымен қосамыз да О₁С (абсцисс өсіне параллель) түзу сызығын жүргіземіз. О₁К ортасынан түзу сызықка О₁С –мен қиылысқанша МО₂ перпендикулярын тұрғызамыз. О₂ нүктесінен О₁О₂ радиусымен токтардың шеңберін жүргіземіз.

 

2.4.2 Асинхронды қозғалқыштың көрсеткіштерін табу

үшін шеңберлік диаграмманы қолдану

 

Айқындалған шеңберлік диаграммада (2.4.4-сурет) мыналар белгіленген:

- тайғанама S=±∞ -не сәйкес келетін нүкте “Т”;

- тайғанама S=1 –ге сәйкес келетін нүкте “К”( қысқа тұйықталу тәртібі);

- тайғанама S=0 –ге сәйкес келетін нүкте “О ” (бос жүріс тәртібі) және

- тайғанама S= S_Н –ге сәйкес келетін нүкте “А” (нақтылы жүктемелік жұмыс тәртібі).

 

а) қозғалқыштың токтарын анықтау

 

“0” нүктесінен токтың масштабында статор тоғының І₁ векторының ұшын (”А” нүктесі) токтардың шеңберінде жататын етіп саламыз.”А” нүктесін “О₁” нүктесімен қоссақ ОАО₁ ұшбұрышы шығады; оның қабырғалары мына токтарды анықтайды: статордың тоғы І₁=m_IОА; бос жүріс тоғы І₀= m_IОО₁; ротордың келтірілген тоғы І₂^/ = m_i О₁А. “А” нүктесінен абсцисса білігіне перпендикуляр түсіріп (Аа ) тік бұрышты үшбұрыш ОАа аламыз, одан статор тоғының активтік және реактивтік құраушыларын табамыз

І_1а=m_IА_а; І_1Р=m_IО_а ;

 

б) қозғалқыштың қуаттарын және электрмагниттік моментін анықтау

 

,

мұндағы қуаттың масштабы, Вт/мм.

Пайдалы қуатты табу үшін шеңберлік диаграммада пайдалы қуаттың сызығын жүргіземіз. Ол сызық токтардың шеңберіндегі пайдалы қуат нөлге тең нүктелерді қосады. Ондай нүктелердің біріншісі - бос жүріс ереженің нүктесі “О”,  екіншісі – қысқа тұйықталу ереженің нүктесі “К”. Сонымен, О₁К сызығы пайдалы қуаттың сызығы болып табылады. Қозғалтқыштың берілген жұмыс ережесіне сәйкес пайдалы қуат P₂=m_PAв–ға тең. Электрмагниттік қуаттың шамасы шеңберлік диаграммадағы электрмагниттік қуат сызығының орнымен анықталады. Бұл сызықты тұрғызу токтардың шеңберіндегі екі нүкте арқылы түзу жүргізу керек. Ол нүктелерді статордан роторға айналма магнит өрісімен берілетін электрмагниттік қуат нөлге тең болуы керек. Мұндай нүктелер “О” және “Т”. Бірінші нүкте тайғанама S=О–ге сәйкес, екіншісі S=±∞  сәйкес келеді. Электрмагниттік қуаттың сызығын жүргізетін нүктені мына қатынастан КК₃/К₂К₃=R_k/R₁ табамыз. Қозғалтқыштың берілген жұмыстың ережесіне сәйкес келетін электромагниттік қуат Р_ЭМ=m_PAC –ге тең.

Қозғалтқыштың электромагниттік

 

,

мұндагы  - моменттін масштабы, Нм/мм;

 

в) қозғалтқыштың қуат коэффициентін анықтау

 

Қуат коэффициентті анықтау үшін, ординат білігіне кез-келген диаметрлі шеңбер тұрғызылады. Сонда қозғалтқыштың берілген жұмыстық ережесіне сәйкес Cosj₁=Oh/Of - ке тең;

 

г) қозғалтқыштың тайғанауын анықтау

 

Тайғанау шеңберлік диаграммада тайғанау шкаласымен анықталады.Оны тұрғызу үшін абсцисса білігіндегі “Н” нүктесіне O₁Q перпендикулярын салады. “Q” нүктесінен электрмагниттік қуат сызығына параллель түзу сызық QЕ –ні пайдалы қуат сызығының жалғасымен қиылысқанша жүргізеді.

QЕ кесіндісін тең жүз бөлікке бөліп тайғанаманың шкаласын алады. Қозғалтқыштың берілген жұмыс ережесіне сәйкес келетін тайғанаманы ОА сызығын тайғанау шкаласын қиып өтетін нүкте “S”–ке дейін созу арқылы табады.

 

д) қозғалтқыштың пайдалы әсер коэффициентін (ПӘК) анықтау

 

Асинхрондық қозғалтқыштың ПӘК-і пайдалы қуаттың Р₂ қозғалтқышќа берілген ќуатќа Р₁ қатынасына тең, яғни .

Шењберлік диаграммадан P₂=m_РAв жєне P₁=m_PAа, сол себептен

;

 

е) қозғалқыштың асқын жүктемелік қабілетін анықтау

 

Қозғалтқыштың максимал моментін анықтау үшін “О₂” нүктесінен электрмагниттік қуат сызығына перпендикуляр түсіріп, оны токтардың шеңберімен қиылысқанға дейін созу керек (”q” нүктесі ). ”q” нүктесінен ордината өсіне параллель етіп электрмагниттік қуат сызығымен қиылысқанға дейін түзу сызық жүргіземіз (”n” нүкте). Сонда qn кесіндісі момент масштабында максимал моменттің шамасын анықтайды

 

.

 

Егер де токтардың шеңберіндегі “А” нүктесі номинал жұмыстық ережесіне сәйкес келсе, онда қозғалтқыштың асқын жүктемелік қабілеті болады.

.

Қозғалтқыштың жүргізіп жіберу моменті токтардың шеңберіндегі тайғанама S=1 нүктесінің орнымен анықталады. Мұндай нүкте “К” нүктесі болып табылады, ал жүргізіп жіберу моменті М_Ж‡Р=КК₂ -ге тең;

 

ж) асинхронды қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамаларын тұрғызу

 

Статор тоғының бірнеше мәндерін, мысалы, І₁=(0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25) бере отырып және токтар шеңберінде А₁,А₂,А₃... ж.б. нүктелерді белгілеп қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамаларын тұрғызуға қажетті деректерді анықтайды.

 

2.5 Асинхронды қозғалқышты орнынан қозғау

 

Асинхронды қозғалтқышты орнынан қозғалту үшін оның пайдалы болған жүргізіп жіберу моменті біліктегі тартпа механизмдердің (станок, насос, т.б.) қарсылас моменттерінен көп болуы керек.

Екінші жағынан, жіберу токтың мәні белгілі мөлшерден аспау керек, өйткені электр желінің кернеуі төмендеп кетеді де бұл жағдай басқа электр тұтынушылардың жұмысына зиян келтіреді.

Қысқа тұйықталу роторлы асинхронды қозғалтқыштың жіберу тоғының мәнін азайту үшін статор кернеуін азайтуымыз керек. Бірақ, бұл жағдайда, жүргізіп жіберу момент кернеудің квадратына сәйкес азайып кетеді.

Жіберудің ауыр жағдайларда қысқа тұйықталу асинхронды қозғалтқыштың жеткілікті жүргізіп жіберу моменті номинал кернеу болып тұрғанда да жетіспейді. Бұл жағдайда не фазалы асинхронды қозғалтқыш, не арнаулы белгіленген – екі торлы және терең ойықты қозғалтқыштар қолданады.

 

2.5.1 Ротордың тізбегіне қосымша активтік кедергі қосу

арқылы фазалы асинхронды қозғалтқышты жіберу

 

Қозғалтқыш орнынан қозғалғанда жіберу ток номиналды токтан 6-7 есе үлкен болады. Бұл жағдайда, кернеудің төмендеуімен бірге қозғалтқыштың өзінде едәуір динамикалық күш пайдалы болады. Жіберу кезіндегі токтың ырғуын төмендету үшін ротордың тізбегіне реостатты (активтік кедергі) қосады. Реостат қосылғанда ротордың кедергісі R₂+R_P тең болады.

 .                                                 (2.5.1)

Жүргізу момент ең үлкен M_eү мен ең аз М_аз мағынада өзгереді. Бұл моменттер шеңбер диаграммада токтармен тайғанауларды белгілейді. Жіберу сатылардың саны m –ге тең. Бірінші сатыда тайғанау S=1 –ге тең, ал момент M_eү  болу үшін мына жағдай орындалу керек

.                                          (2.5.2)

2.5.1   – суретте m=4 кездегі үлгі-өнеге келтірілген. Суретте механикалық сипаттамалардың тұқымдастары көрсетілген. Қисық І –ге сәйкес жіберу момент M_ey-басталады да екпін бастанғаннан кейін азаяды. M_aз–ға момент жеткенде жіберу реостаттық бір сатысы жұмыстан шығады. Ақырында, жаратылыс (R_P=0) сипаттамаға шаққанда қысқа тұйықталу қозғалтқыш сияқты болады. Сатыдан сатыға көшкенде момент M_aз номинал момент М_НОМ (механизмнің қарсылас моментіне тең) көп болуы керек, ал

2.5.1- сурет. Ротор тізбегіндегі әртүрлі  активтік кедергісі бар кезіндегі механикалық сипаттамалар

RP=0

М

Maз

MH

0

S   SH

S=1

Mеү

1

жіберу ток ұйғарған мағынадан аспау керек.

 

2.5.2 Қысқа тұйықталған асинхронды қозғалтқышты жіберу

 

2.5.2.1 Электр желіске тікелей қосу

 

Электр желіске тікелей қосу ең жеңіл және ең арзан (жіберу аппаратураның жоқтығынан) қысқа тұйықталу асинхронды қозғалтқыштың жіберу әдісі. Қазіргі уақытта осы жіберу әдіс ең кең қолданады. Бірақ та, бұл жағдайда тоқтың ырғуы үлкен болады да  (6¸7)І_НОМ электр желінің жұмысына кедергі жасайды (кернеуін төмедетеді).

 

2.5.2.2 Кернеуді төмендету кезінде жіберу

 

Жіберу кезде статордың тізбегіндегі кернеуін төмендетудың бірнеше түрі бар:

а) статордың орамасын “жұлдызша” қосу сүлбе “үшбұрыш” қосу сұлбаға аудару арқылы қозғалтқышты жіберу

Жіберген кезде аударғыш 2 ”U”  қалпында тұрады да, статордың орамасы “жұлдызша” сүлбе бойынша қосылады. Бұл жағдайда статордың фазалы кернеуі 3 есе темендейді. Сонымен қатар, сызықты ток фазалы токқа тең, ал “үшбұрыш” сұлба бойынша қосылғанда линейлі ток 3 есе  фазалы токтан үлкен. Сондықтан, жіберу ток электр желіге тік қосқанға қарағанда 3 есе азаяды. Ротордың айналу жиілігі номиналға жақындағанда аударғышты “D” қалпына аударады.

Көрсетілген әдістің кемшілігі: фазалы кернеуді 3-ке төмендеу жіберу моментті ( )²=3 есе төмендетеді, себебі ол кернеудің квадратына пропорционалды;

 

б) реактор (индуктивтік кедергі) арқылы қозғалтқышты жіберу

 

Электр желі және статордың арасына қосылған реактор сейілу индуктивтік  кедергісі арқылы жіберу токты азайтады. Формула  көрсетіп тұр: жіберу момент тоқтың квадратына пропорционалды, яғни жіберген кезде төмендейді.

Қосудың тәртібі: аударғыш 2 ажырап тұрған кезде аударғыш 1-ді бекітеміз. Электр желіден статордың орамасыны ток реактор  Р  арқылы өтеді. Статорѓа жететін кернеу

A1

D А2 U

C1

3~  50 Гц, 380В

C2

C3

C4

C5

C6

2.5.2 - сурет. Асинхронды қозѓалтќышты “жұлдыз” қосу сұлбадан “үшбүрыш” қосу сұлбаға аудару арқылы жіберу

2.5.3- сурет. Асинхронды қозѓалтќышты реактор арқылы жіберу

3~50Гц, 380 В

C1

C2

C3

A2

I1

P

A1

м±ндаѓы jX_P – реактордыњ индуктивтік кедергісі.

Ротор айналғаннан кейін ток азаяды. Енді аударғыш А2 бекітсек статор желінің толық кернеуіне қосылады.

Көрсетілген әдістің кемшілігі: қозғалқыштың жіберу моменті (U_C/U_Ж)² есе азаяды.

,

 м±ндаѓы I ^/_ЖІБ –реактор арќылы жібергенде статордыњ жіберу тоѓы;

К_Р=0,6¸0,65.

 

2.5.3  Жіберу сипаттамалары жақсартылған асинхронды

қозғалтқыштар

 

Қысқа тұйықталған ротордың тізбегіне қосымша активтік кедергіні қосуға жағдай жоқ. Сол себептен, жіберу сипаттамалары жақсартылған қысқа тұйықталған асинхрондық қозғалтқыштарды жасау қажет болды. Бұл қозғалтқыштардың, жалпы өнеркәсіпті қозғалтқыштарға қарағанда, жүргізіп жіберу моменті үлкендеу, ал жіберу тоғы кішірек болады.

Жіберу жағдайды жеңілдету үшін ротор тоғының жиілігін өзгертіп тұруымыз керек.

Жіберу сипаттамалары жақсартылған қозғалқыштардың екі түрі бар: терең ойықты және екі торлы.

 

2.5.3.1 Терең ойықты асинхронды қозғалтқыш

 

Терең ойықты қозғалтқышта токты ауа саңылау жағына ығыстыру үшін ойықтын биіктігін үлкейтеді, ал кеңдігін кішірейтеді. Ротор тізбегінің активтік кедергісін үлкейту үшін ойықтың биіктігі электромагнит өрісінің өткізгіштің ішіне кіру тереңдігінен көп болуы керек.

,                                                 (2.5.5)

м±нда r - ойыќтаѓы өзектің салыстырмалы кедергісі;

           m=4p×10^-7Гн/м - ауаныњ магнит µткізгіштігі.

 

Ішке кіру тереңдік: мысқа D=10 мм; алюминиге D=15 мм.

Егер де оқтаманың биіктігі  h ≥ 2D-ға тең болса, онда оның активтік кедергісі  К_Р =h/Δ есе омдық кедергіден көп болады. Алюминий өзектің биіктігі Һ=40¸60мм тең болса, онда активтік кедергі 3¸4 есе өседі.

Қозғалтқышты электр желіге қосқан кезде оның ротор тоғының жиілігі f₂=f₁. Оқтаманың төменгі жағының индуктивтік кедергісі жоғарғы жақтың кедергісінен әлде көп. Бұның себебі – өзектің төменгі жағы барлық магнит индукция сызықтарымен байланысады.  Ток индуктивтік кедергісі аздау өзектің жоғары жағына ығысады (2.5.5а–сурет). Терең ойықты қозғалтқыштың өзектегі токтың тығыздығының тарауы 2.5.5.б және 2.5.5.в суреттерде көрсетілген.

b

h

2.5.5- сурет. Терең ойық (а) және оқтамадағы жіберу (б) мен номинал (в) тоқтардың тығыздықтарының тарауы

а)

б)

в)

Қозғалтқышты орнынан жіберген кезде ротор тоғының негізінде оқтаманың жоғары жағымен ағып жатқаны 2.5.5.б – суретте көрініп тұр. Бұл стерженнің көлденең азайғандығына тең, яғни оның активтік кедергісінің өскеніне тең. Сол себептен жіберу тоқтың азайғанын, ал жүргізіп жіберуші моменттің үлкейгені белгіленеді.

Ротордың жылдамдығы өскен сайын ротор тоғының жиілігі f₂ азаяды да сонымен бірге индуктивтік кедергі X=2pf₂L₂  азаяды, токтың тарау бірқалыпқа келе бастайды. Қозғалтқыш номинал ережеге келген кезде (f₂=2¸3Гц) токтың көлденең кесудегі тығыздығы бірдей болады (2.5.5.в – сурет). Бұл жағдайда қозғалтқыш бұрын қаралған қысқа тұйықталу асинхронды қозғалтқыш болып қалады.

 

2.5.3.2 Екі торлы асинхронды қозғалтқыш         

 

шлиц

2.5.6- сурет. Екі торлы қозғалтқыштың роторы

Қозғалтқыштың роторында екі қысқа тұйықталған орамасы бар. Олардың оқтамалары екі қатардағы ойықтарда жатады, бірінен-бірі жіңішке шлицпен бөлінеді (2.5.6- сурет).

Оқтаманың екі жақтарындағы ұштары шығыршықтарға қосылады.

Жіберу (жоғарғы) тордың кесіндісі жұмысшы (төменгі) тордың кесіндісінен аз болып жасалады да, сол себептен жіберу тордың активтік кедергісі жұмысшы тордың кедергісінен үлкен.

Жұмысшы торды магнит өрісінің күш сызықтарының барлығы кесіп өтеді де, сол себептен оның индуктивтік кедергісі жіберу тордың кедергісіне қарағанда үлкендеу болады. Торларда ротор тоғы толық кедергілерге кері пропорционал тарайды.

.                            (2.5.6)

 

M

Mжiб

S

S=1

Mжұм

Mнәт

2.5.7 - сурет. Екі торлы қозғалтқыштың механикалық сипаттамалары

Қозғалтқышты орнынан жіберген кезде тайғанау S=1 –ге болады; сол себептен бұл кезде индуктивтік кедергі активтік кедергіден әлде үлкен. Бұл жағдайда активтік кедергіні есептемеуге де болады. Сондықтан жіберу кезде І_ЖІБ/І_ЖҰМ=Х_ЖҰМ/Х_ЖІБ, ал Х_ЖҰМ >Х_ЖІБ болғандықтан І_ЖІБ>І_ЖҰМ, яғни ток, негізінде, жіберу орамадан ағады.

Номинал ережеде тайғанау S тапшы, сол себептен индуктивтік кедергіден аз болып қалады да оны есептемеуге болады. Сонда І_ЖІБ/І_ЖҰМ=R_ЖІБ>R_ЖҰМ болғандықтан І_ЖҰМ>І_ЖІБ, яғни ротор тоғы жұмысшы орамамен ағады.

Сонымен, екі торлы қозғалтқыштың жіберу тоғы азаяды, ал жүргізіп жіберу моменті өседі.

Жіберу ораманың моменті

.

Жүмысшы орамның моменті

.

Екі торлы қозғалтқыштар арнаулы қажетте қолданады, мысалы, егер қарсылас момент орнынан механизмді қозғаған кезде өте үлкен болса. Бұндай механизмдерге жататын: конвейерлер, компрессорлар, уатқыштар, т.б.

 

2.6 Үшфазалы асинхронды қозғалтқыштың айналу

жиілігінің өзгертеуін реттеу

 

2.6.1 Айналу жиілігінің өзгертуін реттеу тәсілдері

 

Бір қатар өнеркәсіп салалары қозғалтқыштың реттеу сипаттамалары және жылдамдықтан өзгерту ауқыны жағынан өте жоғары талап қояды.

Қозғалтқыштардың реттеу сипаттамаларын ұлғайтуға едәуір жұмыстар істеліп жатыр. Жартылай өткізгіштер саласындағы жеткізгіштерге сүйеніп, соларды қолданып, жоғары үнемделі жылдамдықты реттеушілер, жартылай өткізгіштерден құрылған ток және кернеу коммутаторлар жасалып жатыр. Бұл жағдайлар бір қатар сапаларда тұрақты ток қозғалтқыштарды айнымалы ток қозғалтқыштарға алмастыруға жағдай түғызды.

Ротордың айналу жиілігінің формуласынан    

реттеудің үш жолы көрініп тұр:

а) электр желінің жиілігін f₁-ді өзгерту;

б) магнит полюстрдің жұп сандарын р езгерту;

в) тайғанау S-ті өзгерту.

Жиілік f₁-ді өзгерту үшін жиілік өзгерткіш арқылы желінің тұрақты жиілік статор кернеуінің ауыспалы жиілігіне алмастыру.

Полюстердің жұп сандарын өзгерту үшін статорда әр түрлі полюс саны бар орамаларды орналастырады немесе бір полюсті – аударғыш ораманы (оның бөлек мүшелері әртүрлі полюстер санға қосылуы мүмкін) қолданады.

Тайғанауды өзгерту екі түрге бөлінеді:

а) бірінші әдістер кезінде тайғанау қуат P_S=SР_ЭМ ротордың тізбегінде жылу ретінде бөлініп шығады (желінің кернеуінің мәнін өзгерту; ротордың тізбегіне қосымша активтік кедергіні қосу);

б) екінші әдістер кезінде тайғанау қуаттың негізгі бөлімшесі пайдалы қолданады (ротордың тізбегіне қосымша тайғанау ЭҚК–ті Е_S  электр және электрмеханикалық каскадтар арқылы кіргізу).

 

2.6.2 Статор магнит өрісінің жиілігін өзгерту арқылы ротордың

  айналу жиілігін реттеу

 

2.6.2.1 Электр желінің өзгерту арқылы айналу

жиілікті реттеу

 

Желінің жиілігін f₁ өзгерту үшін қозғалтқышты тәуелсіздік жиілік түрлендіргіш арқылы қамтамасыз ету керек. Бұл түрлендіргіш ретінде, қазіргі уақытта, жартылай өткізгішті жиілік түрлендіргіш қолданады.

Негізгі мынадай реттеу жағдайлары бар

а) тұрақты момент кезінде, яғни M=Const кезде;

б) біліктегі тұрақты қуат кезінде, яғни P= Const кезде.

Механикалық сипаттамалардың қаталдығы жоғары болу үшін және жеткілікті жүктеу қасиетті сақтау үшін токтың жиілігі f₁-мен бірге статор кернеуін U_С да сәйкес өзгертіп тұру керек, яғни магнит өрісі тұрақты болу керек (Ф= U_С/К f₁= Const)

Жиілік және моменттің тәуелдігіне қарай кернеудің өзгерту заңы мынадай болады

  ,                                                          (2.6.1)

мұнда   жиілік сәйкес кернеу және М^/ момент.

Егер де қозғалтқыштың білігіндегі момент тұрақты болса, онда

,                                                                                          (2.6.2)

яғни қозғалтқыштың кернеуі жиілікке пропорционалды өзгеру керек.

Қозғалтқыштың білігіндегі қуат тұрақты болғанда момент жиілікке қайта пропорционалды, яғни M^//M=f₁/f₁^/. Бұдан шағатын кернеу өзгерту заң

.                                                                                     (2.6.3)

Жиілік өзгерту арқылы реттеу қозғалқыштардың тобын реттеу кезде қолданады (мысалы, тоқыма тармақта). Бұл реттеу түрі жылдамдықты кең диапазонда (10:1 20:1)  ырғақты өзгертуге мүмкіншілік береді.

 

2.6.2.2 Статор орамасының полюстер санын өзгерту арқылы

ротордың айналу жиілігін реттеу

 

Мұндай әдіс көп жылдамдықты деп аталатын арнайы асинхронды қозғалтқыштарға қолданады. Көп жылдамдықты қозғалтқыштар жылдамдықты баспалдақты (сатылы) өзгерткен кезде қолданады (металл өңдеу станоктар, лебедкалар, т.б.)

Полюсті – аударғыш ораманың жалғауы полюстердің санын 2:1 қатынасқа өзгерткенде ең жеңіл болады (2.6.1-сурет).

2.6.1- сурет. Статор фазалы ораманың әртүрлі полюстің  санына аудару жалғауы: төрт полюске (а), екі полюске (б)

р=2

N

S

N

S

N

S

N

р=1

С1

С1

С2

С4

С4

С2

С3

С3

a )

б)

 

 

 

Екі секция бір ізбен қосылғанда магнит өрісі төрт полюсті құрады (2.6.1а – сурет); екі секцияны параллелді қоссақ, онда магнит өрісі екі полюсті құрады (2.6.1 б-сурет).

Егер де статорда осындай екі ораманы орналыстырсақ онда төрт жылдамдықты қозғалтқыш болады. Бұндай қозғалтқыштардың, басқа сондай қуаты бар жалпы өнеркәсіп қозғалтқыштарға қарағанда, көлемі және бағасы асыраңқы болса да жеткілікті кең қолданады.

 

2.6.3 Тайғанаудың қуатын қолданбай ротордың айналу жиілігін реттеу

 

Қысқа тұйықталған қозғалтқыштың статор кернеуін өзгерту арқылы, ал фазалы қозғалтқыштың ротор тізбегіндегі активтік кедергіні өзгерту арқылы ротордың жылдамдығын реттеуге болады.

 

2.6.3.1.Статор кернеуін өзгерту арқылы ротордың айналу жиілігін реттеу

 

2.6.2- сурет. Қосу жалғау (а) және механикалық сипаттамалар (б)

3~50 Гц  380 В

C2

C1

C3

S1 S2 S3

S

U1Н

0,85UН

0,7UН

М

а)

б)

Асинхронды қозғалтқыштың айналдыру моменті кернеудің квадратына пропорционал болғандықтан кернеу өзгерген кезде механикалық сипаттама да өзгереді, ал ол тайғанаудың өзгеруіне келтіреді.

Тұрақты жүктеу момент кезінде, яғни M=Const, тайғанау кернеудің квадратына қайта пропорционал S≡1/U₁²; кернеулерге U_1НОМ; 0,85U_1НОМ; 0,7U_1НОМ-дарға тайғанаулар S₁, S₂, S₃ сәйкес (2.6.2.б-сурет).

Бұл әдістің кемшіліктері: жылдамдық өзгеруінің енсіз ауқымы; ротордың тізбегінде қуат шығындарының өсуі. Сол себептен бұл әдіс негізінде аз қуатты қозғалтқыштарға қолданады.

 

2.6.3.2 Ротордың тізбегіндегі активтік кедергіні өзгерту арқылы

 ротордың айналу жиілігін реттеу

 

Жалғаудың түрі жіберу кездегі жалғаудың түрінен айнымайды; бірақ бұл жағдайда реостат тек жіберу ережеде ғана емес барлық реттеу процесі кезінде жұмысқа қосылып тұрады.

Ротор тізбегіндегі реостат тайғанауды үлкейтеді. Егер де реостат жоқта тайғанау –қа тең болса, реостат барда тайғанау  –қа тең болады.

Осылай (синхронды жылдамдықтан төмен қарай), ротор жылдамдықтың сатылы өзгеруі реттеледі.

Реостаттағы қуат шығыны  қозғалтқыштың пайдалы қуат коэффициентін төмендетеді. Тайғанаудың бір пайызға төмендеуі ПҚК –ті де бір процентке төмендетеді. Осыдан, ротор тізбегіндегі активтік кедергіні өзгерту арқылы жылдамдықты реттеу әдістің үнемді емес екендегі көрініп тұр.

Қазіргі уақытта, жартылай өткізгіш техниканың дамуына қарай реостаттың орнына токтың тиристор реттеуіштері кең қолданатын болды. Бұл жағдайда жылдамдықты ырғақты өзгертуге болады.

 

2.6.4 Сырғанау қуатты пайдалану кезіндегі ротордың айналу

 жиілігін реттеу

 

2.6.4.1 Ротордың тізбегіне қосымша электр қозғаушы

күшті кіргізу (электрмагниттік каскад)

 

Асинхронды қозғалтқышты жиілік өзгерткішпен каскадқа қосқан кезде ротор тізбегіне ротор тоғының жиілігіне жиілігі тең қосымша ЭҚК – ті енгізуге болады да, бұл жағдай арқылы ротордың жылдамдығымен бірге қуат коэффициентін де Cosj жақсартуға болады.

Қосымша ЭҚК–тің әрекеттері мынандай болады: немесе ротордың жылдамдығын, немесе қуат коэффициентін, немесе екеуін бірге өзгерту. Бұл қосамша ЭҚК–тің Ė_2Қ фазасы ротордың ЭҚК-тіне Ė_2S қарай қандай екеніне байланысты. Егер де Ė_2Қ  және Ė_2S – тердің векторлары бір жаққа бағытталса, онда жылдамдық реттеледі; егер де Ė_2Қ  мен Ė_2S –тердің векторларының арасындағы бұрыш 90^о тең болса, онда Cosj  реттеледі; егер де бұрыш 90^о-тан аз болса, онда жылдамдықпен бірге Cosj - де реттеледі.

Кедергі момент М және кернеу U₁ тұрақты болғанда магнит өрісі Ф және ротор тоғы да І₂ тұрақты болады.

а) 1 мысал

 

B

2.6.5-сурет.  Ė2S -пен Ė2Қ  арасындағы бұрыш   0° немесе 180° тең кездегі векторлық диаграмма

İ1

-İ/2

C

İ/2

0

-Ė/2S

-Ė2Қ

Ė2Қ

A

İ0

Ė_2Қ  мен Ė_2S  фаза бойынша қарсы әлде сәйкес қосылған. (2.6.5-сурет). Ротордың индуктивтік кедергісі Х₂=0 деп санаймыз.

Қосымша ЭҚК Ė_2Қ  қарсы қосылған, яғни Ė_2S  – ке қарай бұрыш 180°  тең. Жоғары айтылғандай, егер де М_к тұрақты болса, онда ротор тоғы І₂-де  өзгермеу керек, ал ол үшін ЭҚК Ė_2S тұрақты болу керек. Егер де Ė_2Қ   қарсы қосылса, онда Ė_2S Ė_2Қ үлкейіп мағынасы ОВ-ға жету керек. Сонда қарсы келген қосымша ЭҚК-тің есесі қайырылады. Ал Ė_2S=SE₂-ге тең болғандықтан ондай жағдайға тайғанау S үлкею немесе ротор жылдамдығы n₂ төмендеу арқылы жетуге болады. Егер де қосымша ЭҚК Ė_2Қ ротор ЭҚК-і  Ė_2S  –ке сәйкес болса, онда тайғанау S төмен немесе ротор жылдамдығы n₂ үлкею керек, яғни ротор жылдамдығы синхронды жылдамдықтан асып кетуі де мүмкін.

 

б) 2 мысал

2.6.6-сурет.  Ė2S -пен Ė2Қ  арасындағы бұрыш   90° кезіндегі векторлық диаграмма

İ/1

-İ/2НӘТ

İ/2

Ė/2S

Ė2Қ

İ0

İ/2 НӘТ

İ 2Қ

Ė_2Қ  фаза бойынша Ė_2S  – тен 90^О  алда (2.6.6-сурет).

Бірінші реттік ток І₁-дің орнына ток І₁^/  пайда болады; бұрыш азаяды да тіпті озып кетуі де мүмкін, ал ол Cosj -дін үлкеюін көрсетеді, яғни қосымша ЭҚК, бұл жағдайда, ротордың тізбегіне сыйымдылықты қосқандайға тең.

Статор тізбегіне берілетін реактивтік қуат ; ротор тізбегіне берілетін реактивтік қуат , яғни тең. Қозғалтқыш номинал ережеде жұмыс істегенде тайғанау -ке болғандықтан Q₂  -де Q₁-дің 2÷3% -іне тең болады; сол себептен жиілік өзгерткіштің қуаты негізгі асинхронды қозғалтқыштың қуатының бірнеше ғана процентіне тең.

 

в) 3 мысал

 

2.6.7- сурет. 2S-пен 2Қ арасындағы бұрыш   90° аз болған кезіндегі векторлық диаграмма

İ/1

-İ/2НӘТ

İ/2

Ė/2S

Ė2ҚP

İ0

İ/2НӘТ

İ/ 2Қ

Ė/2Қ

Ė/2Қа

Ė_2Қ фаза бойынша Ė_2S – тен 90^О-тан аз бұрышқа алда. Ė_2Қ –ні қосындыларға бөлгенде екі қосымды пайдалы болады. Бірінші қосымды Ė_2ҚР фаза бойынша Ė_2S– тен 90^О алда, яғни 2 мысалдағы нәтижеге келтіреді; екінші қосымды Ė_2Қа фаза бойынша Ė_2S-ке сәйкес, яғни 1 мысалдағы нәтижеге келтіреді.

Ротордың тізбегіне қосымша ЭҚК-ті кіргізу арқылы жылдамдықты өзгерту әдістің құндылықтары:

а) жылдамдықтың өгеруі ырғақты;

б) синхронды жылдамдықтың екі жағына өзгереді;

в) үнемді, себебі тайғанау қуат ротордың тізбегінде жоғалмайды.

 

 

 

2.7 Бір фазалы асинхронды қозғалтқыштар

 

2.7.1 Бірфазалы асинхронды қозғалқыштың әрекет принципі

 

Бірфазалы қозғалтқыш бірфазалы айнымалы ток электр желіден қоректенеді. Технико-экономикалық көрсеткіштері бойынша үш фазалы қозғалтқыштардан төмен болады да, негізінде, тұрмыстық техникада қолданады (мұздатқыш, кір жуғыш машиналар, вентиляторлар, т.б.)     

Бірфазалы қозғалтқыштың статорында орналасады:

а) электр желіге өне бойы қосылып тұратын жұмысшы орама;

б) электр  желіге жіберу кеінзде қосылып тұратын жіберу орама.

Ротордың тізбегі қысқа тұйықталған.

Алдымен бірфазалы қозғалтқыштың жіберу орамасы айырылып тұрған кезіндегі жұмысын қарайық. Жұмысшы ораманың тоғы І_Ж тамыр соғу магнит өрісін құрады.

1~50Гц, 220 В

İ1Ж

Ф/2

Ф/2

2.7.1-сурет. Бірфазалы (жіберу орамасы жоқ) асинхронды қозғалтқыштың жалғау (а) және үшфазалы қозғалтқыштың эквиваленттік жалғауы (б)

3 ~50Гц, 380 В

C2

Ф/2

Ф/2

а2

b2

b1

C1

а1

а)                              б)

Бұл өрісті екі жаққа бірдей жылдамдықпен және амплитудалары Ф/2 тең магнит өрістерге бөлуге болады. Бір фазалы қозғалтқышты екі үш фазалы орамасы бар үшфаза қозғалтқыш ретінде көрсетуге болады (2.7.1а-сурет).

Айналма магниттік өрістер ротордың орамасында осы өрістермен әрекеттесетін токты құрады да, сол себептен өзара қарсылас электрмагниттік моменттер пайда болады. Жіберу кезінің нәтижесінде айналдыру момент нолге тең болады да сол себептен қозғалтқыш орнынан қозғала алмайды.

Егер де ротор, мысалы, орама А-нің n₁ айналу жиілігімен айналатын магнит өрісі жағына айналса, онда бұл өріс ротордың орамасында жиілігі төменге тең токты индукциялайды

 

                       (2.7.1)

мұнда S-орама А-ның өрісіне қарай ротордын тайғанамасы.

Орама В құрған қарсы айналма өріске қарай, ротор тоғының жиілігі магнит өрістің және ротордың айналма жиіліктердің қосындысы мен белгіленеді. Сол себептен ротор орамасындағы индукцияланған токтың жиілігі тең

 

                              (2.7.2)

 

мұнда (2-S)-орама B-ның әрісіне қарай ротордын тайғанамасы.

 

 Орамалар А мен В құрған моменттердің және нәтижелі моменттің М_НӘТ қисықтары 2.7.2 – суретте көрсетілген.

2.7.2- сурет. Бірфазалы асинхронды қозғалыштардың механикалық сипаттамалары

-S    2.0     1.75   1.5    1.25    1.0           0.75     0.5      0.25      0

M

MB

2-S

MA

S

MНӘТ

-M

 

 

 

2.7.2 Бірфазалы асинхронды қозғалтқышты орнынан жіберудің әдістері

 

2.7.3-сурет. Жіберу орамасы бар бірфазалы қозғалтқыштың  жалғауы

1~50 Гц, 220 В

İА

İB

ЖЭ

A

B

Тек жұмысшы орамасы бар бірфазалы қозғалтқыштың ротор айналмаған кезде (S=1) айналдыру моменті нөлге тең. Сол себептен, жіберу моменттін құру үшін қозғалтқышты жіберу орамасы болуы керек. Жұмысшы және жіберу орамдардың токтарының фазалы ығысуын құрастыру үшін жіберу орамада жылжыту элементі (ЖЭ) пайдалы болу керек.

Жылжыту элемент ретінде активтік, индуктивтік және сыйымдылық кедергілерін қолданады. Ротордың жылдамдығы номиналға жақындаған кезде жіберу ораманы (В) ажыратып жіберу керек. Айналма магнит өрісі пайдалы болу үшін кейінгі жағдайлар орындалуы керек:

а) жұмысшы А және жіберу В орамалардың магниттеуші күштері  және тең болуы керек және кеңістікте векторлар бір-біріне 90^Оқа ығысуы керек;

в) жұмысшы және жіберу орамалардың токтары İ_А және İ_В фаза бойынша бір-біріне 90^О-қа ығытылуы керек.

2.7.4-сурет. а) актівтік кедергі; б) индуктивтік кедергі; в) сыйымдылық кедергі

U1

İB

İA

Ψ

φB

φA

U1

İB

İA

Ψ

φB

φA

U1

İB

İA

Ψ

φB

φA

а)

б)

в)

Көрсетілген жағдайлар бұзылса магнит өрісінің түрі шеңберден эллипске айналады; сол себептен екі тең емес екі жаққа айналатын магнит өріске бөлінеді. Артқа айналатын өріс тормозды моментті құрады да қозғалтқыштың жұмыс қасиеттері төмендейді.

2-    активтік кедергі; 2- сыйымдылық кедергі 2.7.5-сурет. Бірфазалы асинхронды қозғалышты механикалық мінездемелері

1

2

M

S

2.7.4. а,б-суреттерде векторлық диаграммалардан көрініп тұр:

активтік және индуктивтік кедергілер І мен І арасындағы бұрышты 90^О -қа жеткізе алмайды, 90^О бұрышты тек сыйымдылық кедергі ғана жеткізеді.

Жылжыту элемент ретінде сыйымдылық алғанда қозғалтқыштың жылжыту жіберу моменті өседі.

Бірфазалы асинхронды қозғалтқышты механикалық мінездемелер 2.7.5-суретте көрсетілген.

 

 

2.7.3 Асинхронды конденсаторлық қозғалтқыштар

 

Бірфазалы қозғалтқышқа қарағанда конденсаторлық қозғалтқыштың жіберу орамасындағы сыйымдылығы С қозғалтқыш жіберілгеннен кейін және жұмыс істеп тұрған уақыт бойы желістен ажырамай тұрады. Сол себептен  конденсаторлық қозғалтқыштың магнит өрісі үнемі айналмалы болады да, өзінің қасиеттері үшфазалы қозғалтқыштың қасиеттеріне жақындайды. Шеңберлі айнымалы магнит өрісін қүратын сайымдылық С_Ж-ның мынау формуламен табылады

                                     (2.7.3)

мүнда K=W_B/W_A трансформация коэффициенті.

2.7.7-сурет. Үшфазалы асинхрондық қозғалтқышты бірфазалы конденсаторлық қозғалтқыш ретінде қосу жалғаулары

1~50Гц  220В

СЖ

A

B

С

СЖIБ

y

z

x

1~50Гц  220 В

СЖ

A

B

С

СЖIБ

y

z

x

1~50Гц  220В

СЖ

A

СЖIБ

B

С

2.7.6-сурет. Конденсаторлық қозғалтқыштың жалғаулары (а,б) және механикалықсипаттамалары в)

1~50 Гц, 220В В

İА

İB

СЖ

A

B

1~50 Гц, 220В В

İА

İB

СЖ

A

B

СЖІБ

а)                                     б)                                                в)

CЖ

СЖІБ

M

S

 

Бірфазалы қозғалтқыш ретінде үшфазалы қозғалтқышты қолдануға болады. Олардың статор орамалары көрсетілген жалғаулармен қосылады.

2.7.7а-сурет                     2.7.7б-сурет                               (2.7.4) 2.7.7в-сурет

Жұмысшы сыйымдылықтың мөлшері мына формулалар арқылы табылады:

 

Жіберу сыйымдылықтың мәлшері

 

 

3 Синхронды машиналар

 

3.1 Синхронды машиналардың магнит өрістері және параметрлері

 

3.1.1 Қоздыру ораманың магнит өрісі және параметрлері

 

Синхронды машинаның статор орамасында қоздыру ораманың магнит ағыны ЭҚК Е-ні индукциялайды.

Статордың бетіндегі қоздыру өрістің индукциясының таратылғаны 3.1.1б-суретте 1 көрсетеді. Қисық В_d  негізгі (қисық 2) және жоғары гармоникаларға (қисық3) бөлекшенеді де, олар статор орамасында негізгі және жоғары ЭҚК-тердің гармоникаларын индукциялайды.

Бірінші бөлімде айтылған әрекеттер қолдану арқылы жоғары гармоникалар басылады. Сол себептен тек негізгі гармоника есепке алынады, оған сәйкес ротормен статордың арасындағы өзара индукция ағыны ретінде қоздыру өрістің негізгі гармоникасы есептеледі.

Өріс қисығының түрі коэффициенті

.                                                (3.1.1)

Бір полюске қоздыру ораманың магниттеуші күші

                                                (3.1.2)

мұнда W_Қ – қоздыру ораманың орамдар саны;

 I_Қ – қоздыру ток.

 

Қоздыру өрістің негізгі гармоникасының амплитудасы

,                   (3.1.3)

мұнда К_d– саңылау коэффициенті;

                   К_μd – бойлай біліктегі қанғандық коэффициенті.

Саңылау өзгеріп тұрғандықтан К_d  мәнін орташа санылауға есептейді

.

Қоздыру ораманың негізгі гармоникасының магниттік ағыны

.                       (3.1.4)

Статордың фазалы орамасымен ағын ілінісуі

 

.                              (3.1.5)

Ротор айналған кезде ағын ілінісуінің негізгі гармоникасы мына заң бойынша өзгереді

                           ,                      (3.1.6)

 

мұнда өзара индуктивтігі

.               (3.1.7)

Статордағы идукцияланған ЭҚК

.

Бұл ЭҚК-тің амплитудасы және әрекетті мәні

;   ,                         (3.1.8)

мұнда  - өзара индукция кедергісі.

Қоздыру орамамен ауа саңылауындағы магнит ағыны толық жалғасады. Оның әлемі қисық І-мен абсцисс білігінің арасында жатыр (3.1.1б – сурет). Бұл магнит ағынының мәні

 

,                             (3.1.9)

мұнда  - қоздыру магнит өрісінің коэффициенті.

Қоздыру ораманың өздік меншікті индуктивтілгі

 

.                        (3.1.10)

 

3.1.1-сурет. Айқындалған полюсті машинаның қоздыру орамасының магнит өрісі

1

2

3

Bδm3

Bδm

Bδm1

Bδ

+π/2

-π/2

bp=ατ

τ

δ

δm

Қоздыру орама ауа саңылауындағы магниттік өрістер басқа полюстер арасында және маңлайдарда сейілу магнит ағындарды Ф_ҚП  және Ф_ҚМ –дарды құрады.

Қоздыру ораманың толық индуктивтілігі

 

          (3.1.11)

 

Қоздыру ораманың активтік кедергісі ораманың белгілі мәліметтерінен белгіленеді (орамдардың сандары, ұзындығы, кесіндісі және өткізгіш қандай материалдан жасалған).

.         (3.1.12)

 

 

 

3.1.2 Статор орамасының магнит өрісі және параметрлері

 

3.1.2.1 Бойлық және көлденең статор реакциялары

 

Статор орамасы арқылы ток аққан кезде (жүктеу пайдалы болғанда) магнит өрісі құрылады. Бұл магнит өрісі статордың реакция өрісі деп аталады. Статор реакциясы синхронды машиналардың сипаттамаларына және жүріс-тұрысына үлкен әсер етеді.

Айқындалған полюсті синхронды машинаның роторы симметриясыз болғандықтан статор реакциясын бойлық және көлденен біліктегі әрекеттерге бөліп қарау керек. Бұндай әдіс екі реакция әдісі деп аталады.

Екі полюсті генератордың статоры мен роторы 3.1.2-суретте көрсетілген. Бос жүріс режимінде (3.1.2а-сурет) тек қане қоздыру орамасының магнит өрісі болады.

 

 

 

а) активтік жүктеу (Ψ=0°)

 

Бұл режим 3.1.2а-суретте көрсетілген. Бұрышты жиілікпен ротор сағат тіліне қарсы айналады да, бұл жағдайында А фазасының ЭҚК-і максималды болады. Активтік жүктеу кезінде ток ЭҚК-пен бір фазалы болғандықтан ол да максималды і_А=І_m.

а) I=0

б) Y=0°

в) Y=900

г) Y= -900

3.1.2- cурет. Екі полюсті генератордың әртүрлі жүктеу кезіндегі жағдайы

Қоздыру орамасының және статор ораманың магнит өрістерінің салынған сызықтары бойынша көрініп тұр – статор орамасының МК-і  қоздыру ораманың МК-і –ға перпендикулярлы бағытталған.

Бұл қорытынды осы жағдайға салынған векторлық диаграммадан да көрініп тұр.

Статор орамасында қоздыру өрісімен индукцияланған ЭҚК-тің векторы Ė қоздыру магниттеуші күштен –дан 90^О-қа артта қалады, ал статордың тоғы İ₁ ЭҚК Ė -мен фаза бойынша үйлеседі де, сол себептен осы токпен жаратылған МК-тің векторы 90^О -қа  векторымен артта қалады.

б) Ψ=90О

İ1

а) Ψ=0О

Ė

İ1

Ė

в) Ψ=-90О

Ė

İ1

3.1.3 сурет. Активтік (а), индуктивтік (б) сыйымдылықты жүктеу кезіндегі синхронды генератордың векторлық диаграммалары

Мұндай статор реакцияның қасиеті ротордың қандай болған жағдайда да сақталады, өйткені роторда статордың өрісі де синхронды жылдамдықпен айналады.

Көлденең статор реакциясы ауа саңылауындағы өрістің көлемін өзгертпейді, бірақ оның қисықтығын бұрмалайды. Сонымен бірге реакция өрісі  статор орамасында ЭҚК-ті индукциялайды;

 

б) индуктивтік жүктеу (y=90^О)

 

Индуктивтік жүктеу кезінде статор тоғы İ₁  ЭҚК Ė - ден фаза бойынша  90^О-қа  артта қалады. Сондықтан ол ротор бұрынғы жағдайға  қарағанда 90^О -қа бұрылғанда  максималды болады (3.1.2.б-сурет). Бұл жағдайда статор реакциясының МК-і  полюстердің біліктерімен әрекеттеледі де қоздыру ораманың МК-і -ға қарсы болады (3.1.3.б-сурет).

Бұндай статор реакцияның МК-інің әрекеті машинаның магнит өрісін азайтады. Сондықтан, таза индуктивтік жүктеу кезінде синхронды генератордың статор реакциясы бойлық – магнитсіздендіру әрекетін жасайды;

 

в) сыйымдылықты жүктеу(y=-90^О)

 

Сыйымдылықты жүктеу кезінде статор тоғы İ₁  ЭҚК Ė-ден фаза бойынша  90^О-қа  алға озады. Сондықтан ротор 3.1.2.в-суретте көрсетілген жағдайда болады. Бұл жағдайда да статор реакциясының МК-і  полюстердің біліктерімен әрекеттеледі, бірақ та қоздыру ораманың МК-і -ға келісу болады. Бұндай статор реакцияның МК-інің әрекеті машинаның магнит өрісін үлкейтеді. Сондықтан таза сыйымдылықты жүктеу кезінде синхронды статор реакциясы бойлық  – магниттендіру әрекетін жасайды;

 

г) аралас жүктеу (-90^О <y>90^О)

 

Аралас жүктеу кезінде статор тоғы İ₁  фаза бойынша  ЭҚК Ė - ден бұрыш y-ға ығыттылған. Ол бұрыш (-90^О <y>90^О) аралықта жатады.

Активтік-индуктивтік жүктеу кезінде  векторы Ė векторымен y<90^О-қа артта қалады. Вектор -ні қосындыларға бөлеміз: бойлық қосынды F_ad=F_asinY және көлденеңгі қосынды F_aq=F_acosY (3.1.4.а-сурет). Сондай қосындыларға активтік сыйымдылықтық жүктеу болғанда да бөлуге болады (3.1.4.б-сурет).

Көлденеңгі қосынды F_aq токтың активтік қосындысына I_q=I₁cos пропорционалды, ал бойлық қосынды F_ad токтың реактивтік қосындысына I_d =I₁sin пропорционалды.

Егер де реактивтік қосынды İ_d ЭҚК Ė-ден фаза бойынша қалатын болса ( >0), онда МК  F_ad генераторды манитсіздендіреді, ал егер де реактивтік қосынды I_d  ЭҚК Е-ден фаза бойынша озатын болса (Ψ<0), онда МК F_ad генераторды магниттіндіреді.

İd

Ė

İq

а) ψ>0о

İd

Ė

İq

б) ψ<0о

ψ

ψ

İ1

İ1

3.1.4 сурет. Аралас жүктеулер кезіндегі синхронды генератордың векторлық диаграммалары: а) активтік – индуктивтік; б) активтік – сыйымдалақтық

Айқындалған полюсті машиналарға поюстер арасындағы магниттік кедергі полюстер астындағы кедергіге қарағанда әжептеуір үлкен болады. Оның себебі – полюстер арасындағы ауа саңылауы полюспен статордың арасындағы ауа саңылауынан (б) әлденеше үлкенділігі.

Сондықтан, бойлайлы біліктегі  статор реакциясының магнит ағысының қосындысы көлденеңгі магнит ағысының қосындысынан кіші. Айқындалған полюсті машинаның статор реакциясының МК-інің көлденең қосындысын белгілегенде бұл магнит азаю коэффициент арқылы есептеледі

,                                        (3.1.13)

мұнда Кq - көлденең якорь реакциясының өріс пішінінің коэффициенті

                    (әдеттегі ).

Статор реакциясының МК-тің бойлық қосындысы тең:

,                                        (3.1.14)

мұнда К_d - бойлық якорь реакциясының өріс пішінінің коэффициенті

 (әдеттегі ).

 

Статор реакциясының МК-тің бойлық қосындысы

.                                (3.1.15)

 

Статор реакциясының МК-тің бойлық қосындысы

.                                (3.1.16)

 

Статор реакциясының бойлайлы және көлденеңгі магниттік ағындары

 ; .                   (3.1.17)

 

(3.1.15) және (3.1.16) тендеулерді қолдана отырып аяғында табамыз

;  .     (3.1.18)

 

Синхронды айналып тұрған магниттік ағындар Ф_ad және Ф_aq статордың орамасында ЭҚК-терді индукциялайды

;   ,          (3.1.19)

қайсылары статор реакциясының бойлық және көлденеңЭҚК-тер деп аталады.

E_ad  мен E_aq- ды мынандай түрде де көрсетуге болады

;  ,                       (3.1.20)

мұнда X_ad  мен X_aq - статор реакциясының бойлық және

көлденең индуктивтік кедергілері.

 

(3.1.18), (3.1.19) және (3.1.20) көрініс арқылы табамыз

 

; .   (3.1.21)

 

Статор орамасының сейілеу ағынілінісуін біліктерге бөлуге болады

;   ;            ;

   .                (3.1.22)

 

ЭҚК-тер E_ad  және E_σad, E_aq және E_σaq фаза бойынша бір-біріне сәйкес, сол себептен оларды бір-бірімен қосуға болады

_;

_,                 (3.1.23)

мұнда  және   - статор орамасының бойлық және көлденең синхрондық индуктивтік кедергілері.

 

Статор орамасының активтік кедергісі ораманың белгілі мәліметтерімен белгіленеді (орамдардың саны, ұзындығы, кесіндісі, және өткізгіш қандай материалдан жасалған).

.                                       (3.1.24)

 

 

3.2  Симметриялық жүктеу кезіндегі синхронды генератордың жұмысы

 

3.2.1 Синхронды генератордың кернеу векторлық диаграммалары

 

3.2.1.1  Айқындалған полюсті генератор

 

Генератор қысымдарындағы кернеу статор орамасының ЭҚК-тердің қосындасына және фазаның активтік кедергідегі кернеудің құлауына тең

 

                      .                            (3.2.1)

3.2.1- сурет. Айқындалған полюсті генератордың кернеу векторлық диаграммалары а) активтік-реактивтік жүктеу; б) активтік-сыйымдылықтық жүктеу

Q

Ė

İ1=Xaq=Ėaq/cosψ

Ėad

Ėaq

-jXσİ 1

θ

ψ

İ1

İd

İq

Ė

Ėad

Ėaq

İ1=Xaq=Ėaq/cosψ

-jXσİ1

-Raİ1

φ1

φ1

ψ

θ

а)

б)

Статор реакциясының және сейілу ЭҚК-теріне сәйкес токтар және индуктивтік кедергілер арқылы білдіруге болады

.                (3.2.2)

Кернеу және ЭҚК Ė арасындағы бұрыш ѳ жүктеу бұрышы деп аталады, яғни ол бұрыш жүктеуден тәуелді.

Кернеу және ЭҚК Ė арасындағы бұрыш ѳ жүктеу бұрышы деп аталады, яғни ол бұрыш жүктеуден тәуелді.

 

3.2.1.2  Аайкындалмаған полюсті генератор

 

Ė

-jXadİ1

-jXσaİ1

-Raİ1

İ1

φ1

θ

ψ

3.2.2-сурет. Айқындалмаған синхронды генератордың векторлық диаграммасы

Айкындалмаған синхронды машинаның бойлық және көлденең біліктеріндегі статор реакциясының индуктивтік кедергілері тең ( ); сондықтан да синхронды индуктивтік кедергілері тең ( ). Осы себептен ток I₁-ді қосындыларға бөлудің қажеті жок.

 

3.2.2 Синхронды генератордың сипаттамалары

 

3.2.3-сурет. Синхронды генератордың сипаттамаларын түсіру жалғауы

Қ

Г

W

ZЖ

ω1

P1

A

IҚ

RP

ҚО

А

V

Синхронды генератордың әртүрлі сипаттамаларының ішінде бір бөлек сипаттамалардың тобы бар. Бұл сипаттаммалар статордың қысымдарындағы кернеу, статор тогы I және қоздыру тогы қалыпталған жұмыс ережеде өзара қатынастарын белгілейді. Осы сипаттамалар синхронды генератордың бір қатар қасиеттері түсінік береді.

Статордың орамасы ауыспалы симметрлік кедергілер Z_Ж арқылы жүктеледі.

Генератордың активтік қуаты генераторды айналдырып тұрған қозғалтқыш Қ моментін өзгерту арқылы өзгертіледі. Қоздыру орама ҚО тұрақты ток көзінен бапталады да, оның тоғы I_Қ реостат R_Р арқылы өзгертіледі.

Барлық сипаттамалар көрнекілік болуы үшін олар қатыстық бірлікте салынады.

 

3. 2.3.1 Сыртқы сипаттамалар

 

Қоздыру ток I_К ,бұрыш  және жиілік f₁ тұрақты кездегі кернеу U₁ ток I₁-ден тәуелділігі генератордың сыртқы сипаттамалары деп аталады U₁=f(I₁).

Сыртқы сипаттамаларының түрі жүктеменің мінезіне, яғни кернеумен токтың арасындағы бұрышқа байланысты болады.

Активтік және активтік–индуктивтік жүктеу кезінде ЭҚК E>U₁; активтік – сыйымдылықтық жүктеу кезде E>U₁ , яғни бірінші кезде жүктеу өскенде генератордың кернеуі азаяды, ал екінші кезде үлкейеді. Бұның себебі: активтік-индуктивтік жүктеу кезінде статор реакциясы бойлық – магнитсіздендіру әрекет жасайды, ал активтік-сыйымдылықтық кезінде

U1

φ1=0

I1

1

φ1<0

φ1>0

2

3

I1H

3.2.4- сурет. Синхронды генератордың сыртқы сипаттамалары

 статор реакциясы бойлық –магниттендіру әрекетін жасайды.

Сипаттамаларын түсіргенде U₁=Const және n₁=const  болуы керек.

Бос жүріс ережеден номинал жүктеу ережеге дейін ауысқанша кернеудің өзгергені мынадай көрініспен анықталады (%)

 

.                    (3.2.3)

Негізінде генераторлар -ға тең кезде жұмыс істейді де, бұл жағдайда .

 

3. 2.3.2 Реттеу сипаттамалар

 

3.2.5 сурет Синхронды генератордың реттеу сипаттамалары

I1

I1H

IҚ

φ1=0

φ1>0

φ1<0

1

2

3

Кернеу U₁, бұрыш  және жиілік f₁ тұрақты кездегі қоздыру ток I_Қ - ның ток I₁ –ден тәуелділігі генератордың реттеу сипаттамалары деп аталады.

Бұл сипаттамалар жүктеу ток I₁ өзгерген кезде кернеу U₁ тұрақты қалу үшін қоздыру ток I_Қ – ны қалай өзгерту керек  екенін көрсетеді.

Активтік жүктеу кезінде ток I₁ үлкейген кезде кернеу U₁ азаяды, ал оны тұрақты сақтау үшін қоздыру токты үлкейту керек (кисық 2).

Активтік-индуктивтік жүктеу кезінде кернеу U₁–дің азаюы көбейеді де оны тұрақты қалдыру үшін ток I_Қ –ны қаттырақ үлкейту керек (кисық 1). Активтік-сыйымдылықтық жүктеу кезінде ток I₁ –дің үлкейгені кернеудің үлкейгенімен ере жүргендіктен I_Қ–ны азайту керек (кисық 3).

 

 

3. 2.3.3 Бос жүріс тәжірибе

 

3.2.6-сурет. Тәжірибенің жалғауы (а) және бос жүрістің сипаттамалары (б)

1.2

0.58

0.4

0

E

0.5

1.0

1.5

2.0

IҚ

V

IҚ

ҚО

RP

UҚ

А

а)

б)

Бос жүрістің сипаттамасын түсіру жалғауы 3.2.6-суретте көрсетілген. Бос жүрістің сипаттамасы дегені генератордың кернеуі U₁=Е қоздыру ток  I_Қ –дан тәуелдігі, яғни E=f(I_Қ) ток I₁=0, ал айналу жиілік n₁=const кезінде.

 

 

3. 2.3.4 Қысқа тұйықталудың тәжірибесі

 

IҚH

I1Қ

I1H

IҚ

б)

IҚ

ҚО

RP

A

A

а)

ĖҚ=jXdI1Қ

ĖσaH

IҚ

в)

ĖadH

3.2.7- cурет.  Тәжірибенің жалғауы а), қысқа тұйықталудың  сипаттамасы б) және векторлық диаграмма в)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қысқа тұйықталудың сипаттамаларын түсіргенде статор ораманың сыртқа шығарған өткізгіштерін өзара қосады.

Қысқа тұйықталудың сипаттамасы дегені статор тоғы I₁ –дің қоздыру ток I_Қ –дан тәуелдігі, яғни I₁=f(I_Қ) кернеу U₁=0, ал айналу жиілік n₁=const кезінде.

Бұл жағдайда статор реакциясының магнит ағыны негізгі магнит ағынға қарсы болады да қорытынды ағын аз болады. Сол себептен машинаның магнит тізбегі қанғансыз болады, ал қысқа тұйықталу сипаттама, яғни I₁=f(I_Қ) түзу сызық болады.

Статордың активтік кедергісі индуктивтік кедергіге карағанда аз болғандықтан оны есептемеуге болады (R_a=0). Векторлық диаграммадан көрініп тұр: статор ораманың ЭҚК-і Е_Қ статор реакциясының бойлық ЭҚК-і  және сейілу ЭҚК-і  дармен толық теңделеді.

               (3.2.4)

 

3.2.3.5         Синхронды реактивті кедергесін және қысқа

тұйықталудың қатынасын анықтау

 

IҚδH

IҚ

қтс

бжс

I1

IҚA

IҚH

IҚҚH

3.2.8 сурет. Сыйыстырылған бос жүрістің, қысқа тұйықталудың сипаттамалары

B

C

D

Бос жүріс және қысқа тұйықталу сипаттамалары бір біліктерде қатыстық бірлікте салынады.

Ординат білікте ОВ кесіндісін бөліп қоямыз. Бұл кесінді кернеу масштабында сейілу ЭҚК-ке - ге тең. Нүкте В-дан ВС кесікті абсцисс білікке параллельді бос жүріс сипаттамаға қиылысқанша өткіземіз (нүкте С), одан абсцисс білікке перпендикуляр СД түсіреміз. Нүкте D қоздыру ток I_ҚН екі бөлшекке бөледі: кернеу құлауын X_σa-ді компенсация жасауға кететін токқа I_ҚБЖ және статор реакциясының бойлық-магнитсіздендіру құрамасын компенсация жасауға кететін токқа I_ҚА.

Көрініс (3.2.4)-тен бойлайлы біліктегі кедергіні табуға болады

.

Е_к ЭҚК-ті және I_1Қ токты I_Қ қоздыру токтың бір шамасында алыну керек. Егер де статор реакциясының коэффициенттері K_d мен K_q  белгілі болса, онда X_d табылғаннан кейін көлденең білектегі синхронды индуктивтік кедергіні табуға болады.

Айқындалмаған полюсті машинада X_d= X_q.

             .                     (3.2.5)

Айқындалған полюсті машиналарда =0,6 1,6; .

Айқындалмаған полюсті машиналар .

Синхронды машинаның ең бір маңызды параметрі - қысқа тұйықталудың қатынасы

.                         (3.2.6)

Бұл қатынас қоздыру ток номиналға тең кездегі, қысқа тұйықталу токтың қалыптасу шамасын мінездейді.

 мен - дың жоғары көрсетілген мағыналарына қарай ҚТҚ =0,3÷1,1 айқындалған полюсті машиналар. Сондықтан, қалыптасқан қысқа тұйықталған токтың шамасы аса үлкен болмайды (кейбір машиналарда ол номиналды токтан да аз болады). Бұның себебі – статор реакциясы машинаны қатты магнитсіздендіреді.

 

3.2.4 Синхронды машинаның шығындары және

пайдалы әсер коэффициенті (ПӘК)

 

Синхронды машинадағы энергия өзгерістері энергия шығындары мен байланысты. Шығындардың барлық түрлері тұрақты және айнымалы шығындарға бөлінеді.

Тұрақты шығындар магнит шығындармен механикалық шығындар қосындысына тең, ал айнымалы шығындар орамадағы электр шығындармен қоздыруға кететін шығындардың қосындысына тең.

Статор өзекшесіндегі магнит шығындары, Вт

.                                   (3.2.7)

Ток жиілігі 50Гц болғанда статор өзекшесінің арқасындағы және тістеріндегі магнит шығындары, Вт

; ,      (3.2.8)

 

 

мұндағы р_1/50, р_20/50 - статор өзекшесінің арқасындағы және тістеріндегі шығындары, Вт/кг;

В_а1, В_Я1 - статор өзекшесінің арқасындағы және тістеріндегі индукциялары, Т;

G_а1, G_Я1 - статор өзекшесінің арқасындағы және тістеріндегі салмақтары, кг.

Подшипниктердегі қажалуға және машинаның вентиляциясына кететін шығындардың қосындысы механикалық шығындарға тен

,                              (3.2.9)

мұндағы  - ротордың бетіндгі айналма

жылдамдық, м/с;

l₁- өзекшенің ұзындығы.

Статор ормасындағы электр шығындары, Вт:

.                                           (3.2.10)

Қоздыруға кететін шығындар, Вт

,                               (3.2.11)

мұндағы η_Қ =0,8÷0,85 қоздырушының ПӘК-і.

Синхронды машинадағы қосымша шығындар пульсация шығындармен жүктеу шығындары қосылады. Әдеттегі, қосымша шығындар қуаттың 0,5% тең деп алынады.

Cosφ1=1

Cosφ1=0.8

1.0

P2/P2H

0

η

3.2.10-сурет. Синхронды машинаның η=f(P2) тәуелділігі

Синхронды машинадағы шығындар қосындысы, кВт:

.

Синхронды генератордың пайдалы әсер коэффициенті

.     (3.2.12)

Синхронды козғалтқыштың  пайдалы әсер коэффициенті

    .              (3.2.13)

Синхронды машинаның ПӘК- і қалай жүктеуден I₁, солай жүктеудің мінезінен ( ) ден тәуелді. Синхронды машинаның ПӘК-інің жүктеуден және қуат коэффициентінің тәуелділігі 3.2.10-суретте келтірілген.

3.3 Синхронды генераторлардың параллелді жұмыс істеуі

 

3.3.1 Генераторлардың параллелді жұмысқа қосу

 

Электрстанцияларда желіске бірнеше генераторды параллелді қосады. Бұл тұтынушылардың энергожабдықтауының сенімділігін көтереді және электржабдықтың сенімді күтуін ұйымдастыруға көмектеседі.

Электростанциялар, өздерінін кезегінде параллелді жұмыс істеу үшін қуатты энергожүйелерге біріктіріледі. Желінің қуаты генератордың қуатына қарағанда көп болады.

Осы себептен желінің кернеуі U_Ж және f_Ж  тұрақты, генератордың тиеуінен тәуелсіз болады.

Генераторды параллелді жұмысқа қосқан кезде статор тоғының ырғуын кеміту жағдайды қамтамасыз ету керек, әйтпесе релейди қорғаныс істеп қалады немесе генератор мен турбина сынып қалуы мүмкін.

Егер де желінің және генератордың кернеулерінің лездігінің мәндері тең болса, онда генераторды желіге қосқан кезде статор тоғы нөлге тең болады

 

                               (3.3.1)

 

Теңдік (3.3.1) орындалу үшін келесі жағдайлар орындалуы керек:

а) желіге қосқан кезде генератордың кернеуі сол желінің кернеуіне тең болуы керек (U_Г=U_Ж);

б) генератордың жиілігі желінің жиілігіне тең болу керек (f_Г=  f_Ж);

в) генератордың фазаларының тізбектілігі желінің фазаларының тизбектілігіндей болуы керек.

 

Генераторды желіге қосқандағы істі тындыру жиынтықты синхронизация деп атайды. Синхронизация кезінде алдымен ротордың номиналды айналу жиілігін орнатады, яғни f_Г= f_Ж тендікті орындайды; одан кейін қоздыру тоқты өзгертіп U_Г=U_Ж тендікті орындайды. Синхронизацияны арнаулы өлшеу аспаптар-лампалық және тілдік синхроноскоптар арқылы өткізеді.

Лампалы синхроноскоптар қуаты аз генераторлардың синхронизациясына қолданады. «Өшіру» схемасы бойынша лампаларды қосқанда (3.3.1-сурет) синхронизация моменті барлық лампалар өшкен  кезге сәйкес болады. Жиілик -пен өзгеріп тұрған кернеу ΔU=U_Г-U_Ж  әрбір лампаға әрекет етеді.

Кернеу ΔU нолге жақындағанда, яғни лампалар өше бастағанда генераторды желіге қосады.

Үлкен қуатты генераторлардың синхронизациясын тілдік синхроноскоп арқылы өткізеді. Бұл синхроноскоптар айналма магнит өрісінің негізімен істейді.

Жиіликтер f_Г=f_Ж болған кезде өлшеу аспаптың тілі нөлді көрсетеді. Ал сол кезде генераторды желіге қосу керек.

Қазіргі уақытта электрстанцияларда ең көп тараған синхронизация әдісі– «өрескел» синхронизация.

3.3.1-сурет.“Өшіру” сұлбасы бойынша генераторды синхронизациялау

UГ,fГ

UЖ, fЖ

ЛС

а) тиеусіз жұмыс істегінде; б) генератор ережесінде жұмыс істегінде; с) қозғалтқыш ережесінде жұмыс істегінде 3.3.2- сурет. Синхронды машинаның векторлық диаграммалары

б)

а)

-jXdİ1

Ė

ΔĖ

φ1

θ

в)

-jXdİ1

Ė

ΔĖ

İ1

İ1

θ

φ1

Алдымен (ротордың қоздыру орамасында тұрақты ток жоқ кезінде), қозғалтқыш арқылы роторды синхронды жылдамдыққа жақындатады да статорды желіге қосады. Қосқаннан кейін ротордың қоздыру орамасына тұрақты токты жібереді. Осы ток арқылы пайда болған қоздыру ағыны статор тоғымен өзара әсер арқылы роторды синхронизмге тартады. Генераторды желіге қосқан кезде ЭҚК нөлге тең болғандықтан (генератор қоздырылмаған) желінің кернеу әрекеті арқылы статор орамасында токтың ырғуы байқалады да ротордың білігінде механикалық тырысу пайдалы болады. Токтың ырғуы 3,5I_НОМ аспауы керек, бұл жағдай жаттығуда үнемі орындалады. «Өрескел» синхронизация әдісінің айырықшылығы - аз уақытты алуы.

 

3.3.2 Активтік қуатты реттеу

 

Синхронизацияның жағдайлары орындалғаннан кейін генераторды желіге қосқанда оның кернеуі U желінің кернеуіне U_Ж тең және онымен бір фазада болады. Генератордың тоғы бұл кезде нөлге тең, яғни генератор тиеусіз жұмыс істейді

                            .                                  (3.3.2)

 

Алғашқы қозғалтқыштың (турбина, дизель қозғалтқыш, т.б) механикалық қуаты бұл жағдайда бос жүрістің шығындыларын жабуға кетеді:

Алғашқы қозғалтқыштың айналдыру моментін үлкейткен кезде ротор тездетіледі де генератордың ЭКК-інің векторы алғашқы жағдайына қарағанда (13.2.а-сүрет) айналу жағына ¤ бұрышқа бұрылады (13.2.б-сүрет). Осы себептен статордың тізбегінде нәтижелі ЭКК  пайдалы болады да соның әрекетімен статордың орамасында ток İ₁  пайдалы болады. Ток I₁ ротормен синхронды айналатын статордың магнит өрісін құрады, ал ол ротордың қоздыру өрісімен бірге нәтижелі магнит өрісті құрастырады. Бұл өрістің білігі (d^/ – d^/)   ротор полюстарының білігімен (d^/ – d^/)   қосылмайды.

Магниттелген ротор полюстарымен статордың айқындалмаған полюстері арасында өзіне тарту магнит күші F_M пайдалы болады; бұл күштің нормалді F_n және тангенциалды F_t қосындылары бар. Тангенциалды қосындыларының жиынтығы ротордың полюстарында электрмагниттік моментті кұрады

,                                          (3.3.3)

мұндағы D – ротордың диаметрі.

 

Бұл момент алғашқы қозғалтқыштың моментіне қарсы бағытталған.

Қарап жатқан ережеде генератордың желіге беріп жатқан активтік қуаты . Генераторға салынған сыртқы момент неғұрлым үлкейсе, соғұрлым бұрыш ѳ -да үлкейеді, ал ол генератор желіге көбірек қуат береді дегені.

Егер де ротордың білігіне сыртқы тежеуіш моментті салса, онда ЭКК-тін векторы Ė кернеу  векторымен бұрыш -ге қалу жаққа бұрылады (13.2.в-сурет), Бұл жағдайда да нәтіжелі ЭКК ΔĖ және ток İ₁ пайдалы болады. Енді бұрыш ѳ>90° болғандықтан, қарап тұрған ережеде, активтік қуат  желіден алынады, ал синхронды машина қозғалтқыш ретінде жұмыс істейді. Құрылған электрмагниттік айналдырушы момент сыртқы тежеуіш моментті теңестіреді; ротордың айналу жиілігі өзгермей бұрынғыдай қалады.

 

3.3.3 Генератордың қуаты, электрмагниттік моменті

және бұрыштық мінездемелері

 

Синхронды генератордың активтік қуатының жүктеу бұрышынан тәуелділігін оңайтылған векторлық диаграммадан (R_a=0 алынғанда салынатың) табамыз.

Айқындалмаған полюсты синхронды машинаның векторлық диаграммасынан (13.3-сурет) табылады: үшбұрыш ОАВ-ның жағы  әлде үйлесімді векторлардың модульдері арқылы .

Сондықтан синхронды генератордың активтік қуаты тең

.                                         (3.3.5)

Айқындалған полюсті машинаға, φ₁=ψ–θ – ны еске алғанымызда, мынадай теңдікті табамыз

                (3.3.6)

I_d және I_q токтарды табу үшін кернеу U₁ және кернеу түсіулердің –jХ_dİ_d  мен –jХ_qİ_q векторларының координаттық біліктерге проекцияларын аламыз (3.3.3.б-сүрет). Онда ; , қайдан .

I_d  және I_q токтардың мағыналарын теңдік (3.3.6) қойсақ

                            (3.3.7)

 

Айқындалмаған полюсты машинада  X_d=X_q-ге болғандықтан

.                                                               (3.3.8)

Айқындалған және айкындалмаған полюсты машиналардың электрмагниттік моменттеріне сәйкес

;

.                                                                       (3.3.9)

Айкындалмаған полюсті машинаның электрмагнитті моменті екі бөлімшеден құрылды: бірінші – моменттің негізгі бөлімшесі

;                                                                          (3.3.10)

 

екіншісі – моменттің реактивтік бөлімшесі

.                                            (3.3.11)

а) айқындалмаған б) айқындалған полюсты 3.3.3- сурет. Синхронды машиналардың оңайтылған векторлық диаграммалары

İ1

С

В

-jXdİ1

Ė

A

a)

0

φ

ψ

θ

İ1

-jXqİq

Ė

б)

0

φ1

ψ

θ

İd

-jXdİd

Моменттің негізгі бөлімшесі кернеу U₁-ден ғана емес ЭКК Е-ден да тәуелді болады, яғни ротордың магнит өрісінен және бұрыш ѳ -дан (3.3.4 – сурет, қисық I).

Егер де статор қоздырылмаған болса (Ф=0), онда моменттің негізгі бөлімшесі М_НЕГ=0.

1

3

180°

θ°

2

90°

θКР

θНОМ

0

МЭМ

Р

3.3.4- сурет. Синхронды генератордың бұрыштық                    сипаттамалары

Моменттің реактивтік бөлімшесі магнит өрісінен тәуелсіз, яғни қоздыру ток жоқта да пайдалы болады; ол -ге пропорционалды. Бұл бөлімше пайдалы болу үшін ( ) және статордың орамына желінің кернеу берілуі керек.

Синхронды машинаның тиеу өскен сайын бұрыш ѳ-да өседі, яғни электрмагнитті момент өзгереді. Р_ЭМ және М_ЭМ бұрыш ѳ-дан тәуелділігі синхронды машинадан бұрыштық сипаттамалары деп аталады.

Нәтижелі момент М_НАТ=М_НЕГ+М_РЕАК негізгі моменттің М_НЕГ және реактивтік моменттің М_РЕАК ординаттарының мағыналарының қосындысына тең болады. Электромагнитті моменттің максимал мағынасы М_МАКС бұрыш ѳ=ѳ_КР  кезінде болады.

Айқындалған полюсты синхронды машиналардың ѳ _КР =60÷80 эл.град.

Айқындалмаған полюсты машиналарда М_реак=0, сондықтан бұрыштық мінездемесі синусоида болады, ал ѳ _КР=90 эл.град.

Синхронды машинаның статикалық тұрақтылығын және жүк тиелетін қабілеттің бағалауға бұрыштық сипаттаманың үлкен мағынасы бар.

Статикалық тұрақтылық – сыртқы айналдыру және тежелу моменттері өзгерген кезде синхронды машина өзінің жиілик айналуын сақтау деп білеміз.

Статикалық тұрақтылық тек М<М_МАКС сәйкес ѳ бұрыштар кезінде қамсыздандырылады.

Бастапқы қозғалтқыш синхронды генератордың роторына сыртқы моментті (М_СЫР) табыс етеді. Бұл жағдайда полюстардың білігі қосымды магнит ағысының білігіне қарай бұрыш ѳ-ға ығымдайды да электромагнитті моменті құрады. Бұл момент сыртқы моментке тең болады. Егер де сыртқы момент өссе, онда ротор тездетіледі де бұрыш ѳ жаңа мағынасы (ѳ+Δѳ)-ға дейін үлкейеді. Бұрыш ѳ-ның үлкейгені моментті М+ΔМ мағынасына дейін үлкейтеді; сол себептен моменттердің теңістілігі қалпына келеді.

Егер де генератордың жұмысы бұрыш ѳ >π/ 2 кезінде болса, онда бұрыш ѳ-ның үлкеюі моменттің мағынасың М-ΔМ-ге дейін төмендетеді. Моменттердің теңістілігі бұзылады да, ротор ары жылдамдатылады, бұрыш ѳ тағы да үлкейеді. Соңымен қатар, артық моменттің күшімен ротордың айналу жиілігі үлкейе береді де генератор синхронизден шығып кетеді. Бұл жағдай апатты ережеге жатады, себебі статордың тоғы айқын өсіп кетеді және электр жүйенің жұмысына зиян келтіріледі.

Жоғарғыда айтылғанға қарай қорытынды шығады: синхронды машина орнықты жұмыс істейді егер де dM/d>0 болған кезде; негұрлым бұрыш ѳ аз болса солгұрлым машинаның орнықты қоры көп болады.

Егер де машина тұрақты ережеде бұрыш ѳ-мен істеп тұрса, онда осы бұрыштан аз ауытқуы Δѳ алғашқы бұрыш ѳ -ны бұрынғы мағынасына әкелуге тырысатын  моменті пайда болуға келтіреді. Бұл момент үйлестіру моменті деп аталады. Оған сәйкес үйлестіру қуат .

Туындылар dM/dѳ және  dP_ЭМ/dѳ салыстырма үйлестіру моменті және салыстырма үйлестіру қуаты деп аталады.

Айқындалмаған полюсті машина кезінде

; .                              (3.3.12)

Салыстырма үйлестіру момент бұрыш ѳ =0-ге кезде максимал болады да бұрыш ѳ  үлкейген кезде азаяды.

Сол себептен синхронды машиналар бұрыш ѳ=20÷35° кезінде жұмыс істейді; бұл екі есе әлде одан да көп моменттің қорына тең.

Статикалық тұрақтылық тиеулік коэффициенті К_Т  арқылы бағаланады

.                                                    (3.3.13)

Қуатты генераторлардың бұл коэффициенті ГОСТ бойынша 1,6÷1,7 болуы керек, ал синхронды қозғалтқыштарда – 1,65 тең төмен емес.

Активтік қуат тұрақты кезде синхронды машинаның орнықтылығы қоздыру токтан тәуелді болады. Қоздыру ток үлкейген кезде ЭҚК Е үлкейеді де сондықтан максимал момент өседі; ал бұл машинаның орнықтылығын көбейтеді.

θ

а) орнықты аймақтар б) әртүрлі қоздыру токтың шамалары кезіндегі  3.3.5- сурет. Бұрыштық сипаттамалар

B

A

C

D

Δθ

90°

0

a)

орнықсыз

орнықты

θ

Δθ

θ3

θ2

θ1

0

МЭМ

МЭМ

б)

E3

E2

E1

90°

3.3.5.б-суретте үш түрлі қоздыру токтың мағынасы кезіндегі бұрыштық сипаттамалары көрсетілген (үш түрлі ЭҚК Е кезінде). Неғұрлым қоздыру тоғы үлкен болса, соғұрлым бұрыш ѳ  (активтік қуат турақты кезде) аз болады; ал сол себептен қатынас М_МАКС/М_НОМ   өседі.

Әдетте электр желісі генераторға активтік-индуктивтік тиеу ретинде болады (генератор желіге активтік және реактивтік қуатты береді). Бұл жағдайда генератор кейбір аса қоздырумен жұмыс істеуі керек.

ГОСТ бойынша номиналды ережеде синхронды генератордың тоғы I₁ желінің кернеуімен  U_Ж фаза бойынша озу керек және оның қуат коэффициенті =0,8 болу керек.

 

3.3.4 Синхронды генератордың U-сияқты сипаттамалары

 

İd

ΔĖ

Ė

Ė/

İd

ΔĖ

Ė//

Ė

3.3.6-сурет. Параллелді жұмыс істегенде векторлық диаграммалар

Генератор желіге қосылғаннан кейін тиеусіз жұмыс істейді және оның ЭҚК-ін Ė желістің кернеуі –ні теңестіріледі. Егер де енді қоздыру токты көбейтсек, онда ЭҚК Ė  үлкейіп Ė ^/-ке тең болады да генератордың тізбегінде артық ЭҚК  пайда болады.

ЭҚК ΔĖ арқасында пайда болған ток İ_d   ЭҚК Е-ден 90° -қа фаза бойынша қалу жағына ығысады (себебі R_a=0). Бұл ток индуктивтік болады.

Егер де генераторды желіге қосқаннан кейін қоздыру токты азайтсақ, онда ЭҚК Ė азайып Ė^//-ке тең болады да, генератордың тізбегінде артық ЭҚК  пайда болады. ЭҚК ΔĖ арқасында пайда болған ток İ_d ЭҚК Ė-ден 90°- қа фаза бойынша озып кету жағына ығысады. Бұл ток сыйымдылықтық болады.

Есте сақтайық: ток İ_d ЭҚК Ė -ден фаза бойынша қалатын болса онда желінің кернеу  –тен озатың болады, ал керсінше, егер де ток İ_d ЭҚК Ė-ден озатын болса, онда желінің кернеуі -тен қалатың болады.

Егер де қоздыру ток өзгеріп тұрғанда айналдыру момент тұрақты болса, онда генератордың активтік қуаты да тұрақты болады.

 

.                                               (3.3.14)

Теңістіктен (3.3.14) шығады: желістің кернеуі  турақты болса статор тоғының активтік құрамасы да . Сонымен, қоздыру токтың өзгеруі тек статор тоғының реактивтік құрамасына әрекет істейді, ал активтік құрамасы тұрақты болып өзгермей тұрады.

Өзгермес активтік тиеу кездегі статор тоғының (I₁) қоздыру тоғынан (I_К) тәуелділігі U–сияқты сипаттама арқылы білінеді. Қисықтар активтік қуаттың артүрлі мағнасына салынған: P₂=0; P₂=0,5 P_НОМ; P₂= P_2НОМ.

U-сияқты сипаттамалар генератордың әртүрлі тиеуіне статор тоғын  минималды ететінқоздыру токтың белгілі мағынасы бар екенің көрсетеді. Соңымен бірге бұл минималды ток активтік құрамасына тең болады . Бұл жағдайда генератордың қуат коэффициенті бірге тең ( ).

Генератордың әртүрлі тиеу  кезіндегі қуат коэффициенті бірге тең болғанда сәйкес мағыналары пунктир қисықпен 3.3.7-суретте көрсетілген.

Қоздыру токтың сондай минималды мағынасы болады, егер де одан азайтса, онда генератор синхронизмден шығып кетеді, яғни ротордың қоздырылған полюстерімен және статордың айналмалы өрісі арасында магнит байланысы бұзылады.

P2=0.5P2НОМ

I1

IҚ

0

I/Қ

P2=P2НОМ

P2=0

I1НОМ

3.3.7- сурет. Синхронды            генератордың U-сияқты  сипаттамалары

Егер де U -сияқты қисықтардың (3.3.7-суретте сол жақтағы штрих сызық) рұқсат етілетін қоздыру токтардың мағыналарының нүктелерін қоссақ, синхронды генератордың орнықты жұмыс істейтің шегінің сызығын табамыз.

Электр шығындарды азайту жағынан ең пайдалы қоздыру статор тоғы минималды кезде, яғни  кезіндегі ережеде болады.

Бірақ та, көбінесе генератордың тиеуі индуктивтік мінезді болғандықтан оның тоғының индуктивтік құрамасын компенсация ету үшін генераторды асыра қоздыру қажет болады, яғни генератор  кезде жұмыс істейді. Қуат коэффициентін тұрақты сақтау үшін генератордың активтік қуаты өзгергенде оған сәйкес қоздыру токты да өзгерту керек.

 

3.4 Синхронды генераторлардағы өтпелі процесстер туралы түсінік

 

3.4.1 Генератордың  кенеттен қысқа тұйықталуы

 

Өтпелі ережедегі синхронды машинаның тәртібінің үлкен практикалық мазмұны бар, себебі өтпелі процестер кезінде статор тоғының мағынасы өте үлкен болғандықтан машина бұзылуы мүмкін. Сол себептен, өтпелі ережелер кезіндегі физикалық процестердің түсінігін және үш фазалы қысқа тұйықталу кезіндегі апаттық токтардың мағынасын білуіміз керек.

Генератор бос жүріс ережеде жұмыс істегенде жалғыз қоздыру токпен құрылған қоздыру магнит ағыны Ф_Қ бар. Қысқа тұйықталу кезінде, статор орамасындағы пайдалы болған токтың күшімен ротормен синхронды айналатын статордың магнит ағыны Ф_ad пайдалы болады. Бұл ағын бойлық білік бойынша қоздыру ағын Ф_Қ- ға қарсы келеді, яғни нәтижелі ағын тең Ф_Н=Ф_Қ- Ф_ad. Нәтижелі ағын, уақыт бойынша өзгергендіктен, қоздыру және басатын орамада ЭҚК e_Қ=-wdФ_Н/dt  және  e_б=-w_бdФ_Н/dt  индукциялайды. Бұл ЭҚК-тер қоздыру орамада қосымша қоздыру ток i_ққ және басатын орамада I_б токты тудырады. Осы токтар өздерінің магнит ағыстарын Ф_ҚҚ және Ф_б құрады. Бұл ағындар ротордың өзекшесіне ағын Ф_ad кіруіне қарсыласады, яғни оны полюс арасындағы ауа саңылауына шығарып жібереді (3.4.1а–сурет).

Сол себептен, статордың ағыны азайып Ф_ad^// < Ф_ad болып қалады. Бұған сәйкес, бойлық біліктегі индуктивтік кедергі де азаяды, яғни X_d^// <X_d . Сондықтан, өтпелі процестің бас кезінде, өте өтпелі деп аталатын, кенет қысқа тұйықталу токтың әрекетті мағынасы

 

i1

t

iδ

t

I

II

III

3.4.2-сурет. Кенет қысқа тұйықталу кезіндегі  токтардың осцилограммалары

,                                                                 (3.4.1)

мұнда X_d^// - өте өтпелі индуктивтік кедергі.

 

Қоздыру және басатын орамалардың кейбір активтік кедергілері болғандықтан пайдалы болған токтар бірте-бірте сөне бастайды. Бірақ та, токтардың сөнуі бірдей өтпейді. Қоздыру ораманың орамдарының саны басатын ораманың орамдарының санынан көп болғандықтан, оның уақыт тұрақтысы да Т_Қ>Т_Б. Осы себептен, басатын ораманың тоғы i_б нөльге тең болғанда қоздыру ораманың қосымша тоғының i_ҚҚ әлде де кейбір мағынасы бар. Бұл кезде, статор реакциясының магнит ағынының бір бөлшегі ротор өзекшесінен жүреді де, оның мағынасы үлкейеді Ф_ad^/ > Ф_ad^//. Бұған сәйкес, статордың бойлық біліктегі индуктивтік кедергісі өседі де X_d^/> X_d^// болады, ал қысқа тұйықталу токтың, өтпелі деп аталатын әрекетінің мағынасы.

,                                                                 (3.4.2)

мұнда X_d^/ - өтпелі индуктивтік кедергі.

Біршама уақыт өткеннен кейін қоздыру ораманың қосымша тоғы да нөлге тең болады. Сондықтан статордың магнит ағыны ротордың өзекшесіне толық өтеді де оның мағынасы Ф_ad > Ф_ad^/.  болады. Бұған сәйкес, статордың индуктивтік кедергісі тағы да өседі X_d> X_d^/, ал қысқа тұйықталу тогының әрекетті мағынасы азаяды

.                                                                 (3.4.3)

Қысқа тұйықталу токтың ең үлкен шамасы - соққы ток деп аталады.

ГОСТ бойынша соққы токтың мағынасы тең

,                                                          (3.4.4)

мұнда коэффициенттер 1,05 және 1,8 арқылы кернеудің жоғарылау кезінде жұмыс істеу мүмкіншілік және сөну есептеледі.

Осылай,  үшфазалы қысқа тұйықталу кезінде кенет токтың бірте-бірте сөніп қалуы өтеді. Егер де соққы токтың мөлшері 15 есе көбейсе, онда тұрақты қысқа тұйықталу токтың мөлшері 1,5 есе (турбогенераторлар үшін) әлде 2,5 есе (гидрогенераторлар үшін) номиналды токтан асады. Кейбір кезде тұрақты қысқа тұйықталу ток номиналды тоқтан да аз болуы мүмкін. Бұның себебі – статор реакциясының магнитсіздендіру әрекеті. 14.2-суретте кенет қысқа тұйықталу кезіндегі синхронды генератордың токтарының осциллограммалары келтірілген. Бұнда үш бөлімше берілген: I-өте өтпелі процесс; II- өтпелі процесс; III-тұрақты қысқа тұйықталу ереже.

Синхронды генератордың қысқа тұйықталуы кезінде ротордың білігінде белгі өтпелі моменттің мөлшері номиналға қарағанда 10 есе өсіп кетуі мүмкін; бұны машинаның механикалық есептеу кезінде және іргетасқа бекіткен кезінде ойға алу керек.

 

3.5 Синхронды қозғалтқыш және синхронды компенсатор

 

3.5.1 Синхронды қозғалтқыштың жұмыс істеу принципі

 

 

3.5.2- сурет. Қозғалтқыш ережеде синхронды машинаның жұмысы

d

d/

MП+МО

d/

θ

d

MӘМ

ω1

fn

ft

FM

Ė

ΔĖ

İ1

φ1

θ

3.5.1- сурет. Синхронды қозғалтқыштың векторлык диаграммасы

Синхронды машина желіден электрэнергияны алып оны механикалық энергиясына ауыстырса, онда бұл машина қозғалтқыш ережеде жұмыс істейді.

Егер де, синхронды машинаның білігіне ротордың айналуына қарама қарсы бағытталған тежелу моментті қоса-тіркесек, онда ЭҚК-тің Ė векторы, бос жүріс ережеге қарағанда,  бұрышқа қалу жағына ығысады. Статордың тізбегінде нәтижелі ЭҚК  пайдалы болады, ол статордың орамасында ЭҚК DĖ -ден фаза бойынша 90° қалатын ток İ₁ құрады. Ток İ₁ ротормен синхронды айналатын магнит өрісін тудырады. Оның білігі d^/-d^/ ротор полюстарының d-d бойлық білігіне қарай θ бұрышқа ығысады. Сол кездегі магнит әрекеттестік күштердің тангенциалды құрамасы  (3.5.2сурет) роторды айналдыратын электрмагниттік моментті (М_ЭМ) құрады. Бұл момент статордың айналмалы магнит өрісімен бір жаққа бағыттылған және ол роторды синхронды айналу жиілігі -мен айналдырады. Электрмагниттік момент бос жүріс моменттен (М_С) асып пайдалы моментті (М_П) құрады. Осы пайдалы моменттің әрекетімен өндіріс механизмдері жұмысқа қосылады.

М_ЭМ=          М_О+М_П.                                                                         (3.3.8)

Айқындалған полюсті синхронды қозғалтқыштың электрмагнит моментін (3.3.8) формуласымен, ал айқындалмаған полюсті қозғалтқыштың (3.3.9) формуласы арқылы табамыз.

Синхронды қозғалтқыштың бұрыштық сипаттамаларын генератордың бұрышты сипаттамаларынан  айырмашылығы: бұл мінездемелер координат біліктегі үшінші квадратында жатады және бұрыш θ мен момент М теріс мағыналы болады.

Максималды моменттің номиналды моментке қатынасы синхронды қозғалтқыштың аса жүктеме қабілеттігін белгілейді.

.                                                                (3.3.9)

3.5.3- сурет. Синхронды қозғалтқыштың бұрыштық сипаттамалары

1

3

-180

θ

2

-90

θКР

θНОМ

0

-М

Әдетте аса тиеу қабілеттік  болады.

Синхронды қозғалтқыштың роторы тек синхронды жиілікпен n₂=60f₁/p айнала алады. Егер де ротордың айналуы n₂<n₁ болса, онда уақыттың бір мезгілінде ротордың магнит полюстары статордың айнымалы магнит өрісінің бір атты полюстардың қарсысына орналасады да, олар бір-бірін итеретін болады. Сонда ротор, айнымалы электрмагнит моменттің тұрақты әрекеті жоғалғандықтан, тоқтап қалады.

 

3.5.2 Синхронды қозғалтқыштың U- сияқты және жұмыс

сипаттамалары

 

Желінің кернеуі U_Ж өзгермей тұрғанда синхронды қозғалтқыштың нәтижелі магнит өрісі тұрақты болады. Сол себептен қоздыру МК F_Қ өзгерген кезде статордың МК F_а–ның өзгерісі тек олардың қосымша әрекеттері нәтижелі магнит өрісті өзгертпейтін болуы керек. Бұл ток I дің мағынасы мен фазасы өзгеруі арқылы өтеді, яғни статор тоғының реактивтік I_d құрамының өзгеруі арқылы. Қоздыру ток I_Қ үлкейген кезде ротордың МК F_Қ үлкейеді, ал статордың МК F_а азаяды.

Сол себептен статордың толық тоғы  İ₁=İ_а+İ_d  азаяды, ал қуат коэффициенті  үлкейеді. Қоздыру ток кейбір мағынасында статор тоғының индуктивтік құрамын нөлге дейін төмендетеді. Статор тоғы таза активтік болып қалады, ал =1-ге болады.

Қоздыру ток I_ҚНОМ-дан асқаннан кейін ток I₁ үлкейе бастайды, бірақ та енді токтың сыйымдылық  құрамы өседі.

а)-U -сияқты; б)- жүмыс мінездемелері 3.5.4- сурет. Синхронды қозғалтқыштың мінездемелері

I1

IҚ

0

IҚНОМ

P2=P2НОМ

P2=0.5P2НОМ

P2=0

P2

M2

P1

I1

n2= n1

cosφ1

cosφ1   M2

n2 I1    P1

P2НОМ

Синхронды қозғалтқыштың статор тоғының қоздыру токтан тәуелділігі U- сияқты сипаттамалармен келтірілген.

Синхронды қозғалтқыш реактивтік генераторы желіге қарай индуктивтік – қоздыру жетпегенде және желіге қарай сыйымдылық – қоздыру асқан кезде болады. Синхронды қозғалтқыштың осы қасиеті өте бағалы, сол себептен бұл қасиет электржабдықтардың қуат коэффициенттерін үлкейтуге қолданады.

Синхронды қозғалтқыштың жұмыс сипаттамалары дегеніміз - айналу жиіліктің n₂, тұтыну қуаттын Р₁, пайдалы моменттін М₂, қуат коэфициенттін  және статор тоғының I₁ пайдалы қуат Р₂ ден тәуелділіктері.

Ротордың айналу жиілігі n₂ тұрақты болғандықтан мінездеме n₂=f(P₂)- абсцисс білігіне параллелді түзу сызық. Ротордың білігіндегі пайдалы момент M₂=f(P₂/n₂) болғандықтан мінездеме М₂=f(P₂) координат басынан шыққан түзу сызық. Желіден алынатын қуат Р₁=Р₂+Р, ал біліктегі тиеу өскенде қуат шығындары да Р өседі. Сол себептен мінездеме P₁=f(P₂) жоғары жаққа кішкене қисаяды. Сипаттама бос жүріс ережедегі қозғалтқыштың қоздыру мінезінен тәуелді болады. Егер де  тең болса, онда тиеу өскенде  азаяды. Статор тоғы , ал қозғалтқыштың білігіндегі жүктеме өскенде  азайғандықтан тез өседі. Синхронды қозғалтқыштың асыра жүктеме қабілеттігі тең , ал θ_НОМ=20°÷30°  болғандықтан К_П=2-3.

 

3.5.3 Синхронды қозғалтқышты орнынан жіберу

 

Ротордың едәуір инерциясы болғандықтан (ротордың салмағы 400 кг дейін жетеді) статордың айналма өрісі оны бірден еліктіріп әкете алмайды,  сол себептен қозғалқышты желіге қосу арқылы орнынан жіберу мүмкін емес. Статор өрісінің айналу жиілігі лезде орнайды, сол себептен статор мен ротор арасында тұрақты магнит байланыс пайда болмайды. Синхронды қозғалтқышты орнынан жіберу үшін арнаулы әдістер қолданады. Олардың маңызы алдымен роторды синхронды айналу жиілігіне жақындатады. Бұл жағдайда статор мен ротордың арасында тұрақты магниттік байланыс пайда болады.

Қазіргі уақытта синхронды қозғалтқышты орнынан жіберудің негізгі әдісі - асинхронды жіберу. Бұл әдісті тек ротор полюстарының ұштықтарында жіберу орама (клетка) болғанда ғана пайдалануға болады (3.5.5). Алдымен қоздырылмаған қозғалтқышты желіге қосады. Үшфазалы статор орамасын желіге қосқанда айналмалы магнит өрісі пайда болады. Бұл өріс ток I₂-ні тудыратын ЭҚК –ті индукциялайды. Ал ток I₂ статордың өрісімен әрекеттестік арқылы механикалық күш F_ЭМ тудырады. Осы күштің әрекетімен ротор айнала бастайды. Ротордың жылдамдығы синхронды жылдамдыққа жақындағанда () қоздыру ораманы тұрақты ток желіге қосады. Пайдалы болған синхронды момент роторды синхронизмге тартып кіргізеді. Неғұрлым қозғалтқыштың білігіндегі тиеу аз болса, соғұрлым оны синхронизмге кіргізу жеңіл.

Қозғалтқыштың әлде де синхронизмге кіретін жағдайды бар кездегі тиеулік моментті қозғалтқыштың синхронизмге кіру моменті М_К деп аталады.

Статордың магнит өрісі қозғалтқышты орнынан жіберу кезінде қоздыру ораманы синхронды жылдамдықпен кесіп өтеді де сол орамада үлкен ЭҚК-ті индукциялайды. Сол себептен қоздыру ораманы асинхронды жіберу процесі кезінде ажыраған бойында қалдыруға болмайды. Қоздыру ораманың орамдылар саны көп болғандықтан, ЭҚК-тің мөлшері оқшауламаға және атқарып жүрген персоналға да кауіп болады. Мұндай жағдайды келтірмеу үшін жіберу кезінде қоздыру ораманы өзінің кедергісінің шамасынан 10 есе көп активтік кедергі R-ге бекітеді. Жіберу кезде қоздыру ораманы қысқаша бекіту қажетсіз, себебі бұл жағдайда ротордың орамасы статордың айналмалы өрісімен әрекеттесіп, қосымша момент М құрады. Синхронды айналу жиілігінің жартысынан асқаннан кейін бұл момент тежелу болады да, жіберу механикалық сипаттамада «опырық» құрады. Бұл жағдай синхронды қозғалтқыштың жіберу қасиеттерін едәуір нашарлатады.

Синхронды қозғалтқышты асинхронды жіберу кезінде үлкен жіберу ток пайдалы болады. Сол себептен синхронды қозғалтқышты тікелей желіге қосу арқылы жіберу тек желінің қуаты жеткілікті болған кезде ғана қолданады. Бұл жағдайда 6÷7 есе жіберу токтың ырғуы кернеудің байқарлық құлағанына әсер етпейді. Егер де желінің қуаты жеткіліксіз болса, онда қозғалтқыштың жіберуі кернеудің төмендеу мөлшері кезінде қолданады (автотрансформатор әлде реактор арқылы). Автотрансформаторды әлде реакторды бұл жағдайда желімен қозғалтқыштың арасына қосады.

 

3.5.4 Синхронды компенсатор

 

Синхронды компенсатор (СК) дегенеміз - реактивтік қуатты шығаратын бос жүріс ережеде істеп тұрған синхронды қозғалтқыш. Синхронды компенсаторды электрлік жүйеге оның қуат коэффициентін көтеру үшін қосады. Кейбір тұтынушылардың жұмысына қажетті реактивтік қуатты, бұл жағдайда, электрстанцияларда тұрған синхронды генератор емес, ал тұтынушының қасында тұратын синхронды компенсатор істеп шығарады.

Едәуір реактивтік қуатты тұтынушылардың ішінде бірінші кезекте асинхронды қозғалтқыштарды есептеуіміз керек.

3.5.7-суретте синхронды генератор (СГ), жоғарылатын (Тр-рI) және төмендететін (Тр-р II) трансформаторлардың, жоғары вольтті тізбектен (ЖВТ), тұтынушы (Z_m ) және синхронды компенсатордан (СК) құрылған электр жүйе көрсетілген. СК тұтынушы Z_m –ге (мысалы асинхронды қозғалтқыштарға) қажетті реактивтік қуатты (Q_CK) өндіріп шығарады. Осының арқасында СГ мен ЖВТ-тің реактивтік қуаты минималды (Q_min) болады. Бұл бүкіл электр жүйенің техника-экономикалық көрсеткіштерді жоғары көтеруіне себеп болады.

Электр жүйеіндегі СК қосылғандағы құбылыстарды түсіндіру үшін 15.8-суретке қарайық. Тұтынушы Z_m –ды кернеуі U_Ж желіге қосқанда желіде кернеу -тен фаза бойынша бұрыш -ге ығысқан ток İ_m пайда болады.

Тұтынушы Z_m -ны СК-мен параллелді қосқанда және асыра қоздыру ережені туғызғанда желіде кернеу -тен фаза бойынша 90° озу жағына ығысқан ток I_СК  пайда болады. Желідегі нәтижелі ток İ_С=İ_m+İ_CК. Осы токтың фазалы бұрышы (φ_С) СК қосылмай тұрғандағы токтың фазалы бұрышынан (φ_С) әлде қайда аз. Сонымен қатар, ток I_С-тің мағынасы I_m денеге қарағанда азаяды. Бұны мынадан көруге болады. СК қосылмай тұрғанда, желідегі активтік қуатын

.

 

СК қосылғаннан кейінгі желістің активтік қуатына теңестіруге болады.

.

;         болғандықтан I_C<I_m.

 

Осы әрекет арқылы синхронды генератордың және жоғары вольтті тізбектің тиеуі төмендейді де қуат жоғалту азаяды.

Сондай-ақ, өте ұзын электр желілері арқылы электр қуатты бергенде желінің кернеуін тұрақтандыру үшін СК қолданады. Индуктивтік тиеу үлкен болған кезде желінің аяғындағы кернеу желінің басындағы кернеуге карағанда төмен болады; тиеу аз болғанда, анағұрлым желінің басындағы кернеуінен асып кетуі мүмкін. Егер де желінің аяғында тиеу үлкен кезінде асқан қоздыру ережеде, ал тиеу аз кезінде жетпес қоздыру ережеде істейтін СК қосылса, онда желінің аяғында өзгермей тұрақты болып тұратын кернеуді сүйемелдеуге болады.

Синхронды компенсатордың қуаты 10 мыңнан 16 мың кВА-ге дейін, ал кернеуі -6-дан 16 кВ-ке дейін болады, ал полюстерінің саны 2р=6 немесе 2р=8 болады, яғни оның ротордың айналмалы жиілігі 1000 немесе 750 ай/мин тең.

Синхронды компенсатордың білігі сыртқа шықпағандықтан оның герметизациясы жеңіл болады да, сол себептен сутегі салқындату қолданады.

Компенсатордың негізгі параметрлері: статор орамасындағы және қоздыру орамадағы токтар. Сол себептен СК-ның негізгі сипаттамалары – U–сияқты сипаттамалар, негізінде синхронды қозғалтқыштың мінездемелері сияқты.

Синхронды компенсатор активтік тиеуді алып жүрмегендіктен ол бұрыш ѳ=0° кезде жұмыс істейді, де оның салыстырмалы синхронизация моменті максималді болады, яғни оның тұрақтылық қоры көп болады.

 

 

Әдебиеттер тізімі

 

 

1.  Копылов И.П.Электрические машины.-М.: Высшая школа, Логос, 2000. 607 с.

2.  Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хворостов В.С. Электрические машины. Ч.1,2. – М. : Высшая школа, 1987.

3.  Кацман М.М. Электрические машины.-М.: Высшая школа, 2002.-464 с.

4.  Вольдек А.И. Электрические машины. - Л. : Энергия, 1978.-  832 с.

5.  Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. Ч.I.- Л.:Энергия, 1972.-  544 с.

6.  Петров Г.Н. Электрические машины. Ч.I. - М. : Госэнергоатомиздат, 1974.-240 с.

7.  Кацман М.М. Руководство к лабораторным работам по электрическим машинам. – М. : Высшая школа, 1983. – 215 с.

8.  Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. -М.:Энергия, 1980.- 986 с.

9.  Важнов А.И. Электрические машины. - Л. : Энергия, 1969.- 840 с.

 

 

 

 

 

 

Мазмұны

 

 

Кiрiспе..................................................................................................... 3

1 Айнымалы токтыњ электр машиналарыныњ теориялыќ жалпы мєселелері     3

1.1  Айнымалы токтыњ электр машиналарыныњ негізгі т‰рлері............ 3

1.1.1 Синхрондыќ генератордыњ ќ±рылысы жєне ж±мыс істеу

 принципі.......................................................................................................... 4

1.1.2 Асинхронды машинаныњ ќ±рылысы жєне ќозѓалысќа келу принципі     5

1.2 Айнымалы токтыњ электр машиналарыныњ орамаларындаѓы     электр ќозѓаушы к‰ш................................................................................................................... 6

1.2.1 Магнит µрісініњ негізгі гармоникасын тудыратын электр............ 6

ќозѓаушы к‰ші................................................................................................ 6

1.2.2 Ораманыњ магнит µрісініњ жоѓарѓы гармоникаларынан туатын ќозѓаушы к‰штер........................................................................................................................ 11

2 Асинхронды машиналар.................................................................... 12

2.1 Роторы ќозѓалыссыз кездегі ‰шфазалы асинхронды ќозѓалтќыш 12

2.1.1 Роторы ќозѓалыссыз кездегі асинхронды ќозѓалтќыштыњ                   бос ж‰рісі........................................................................................................................ 12

2.1.2 Асинхронды ќозѓалтќыштыњ ќысќа т±йыќталуы....................... 14

2.2 Ротор айналып тұрѓан кездегі үшфазалы асинхронды ќозѓалтќыш 16

2.2.1 Тайѓанау, ЭЌК -тіњ жиілігі жєне ротор ораманыњ кедергілері... 16

2.2.2 Ротордыњ электр ќозѓаушы к‰ші мен тоѓыныњ тењдеулері........ 18

2.2.3 Асинхронды ќозѓалтќыштыњ алмастыру сұлбасы жєне............. 18

векторлыќ диаграмасы.................................................................................. 18

2.3 Асинхрондыќ ќозѓалтќыштыњ айналдырушы моменттері

жєне куаттары................................................................................................ 21

2.3.1 Асинхрондыќ ќозѓалтќыштыњ электр желіден тұтынатын......... 21

активтік қуаты................................................................................................ 21

2.3.2 Асинхронды ќозѓалтќыштыњ айналдырушы моменті................ 23

2.3.3 Асинхронды ќозѓалтќыштыњ ж‰ргізіп жіберу, максимал жєне номиналді моменттері..................................................................................................... 24

2.3.4 Асинхронды ќозѓалтќыштыњ ж±мыстыќ сипаттамалары........... 26

2.4 Асинхронды қозғалтқыштың шеңберлік диаграммасы................. 26

2.4.1 Шеңберлік  диаграмманы тұрғызу.............................................. 26

2.4.2 Асинхронды қозғалқыштың көрсеткіштерін табу

үшін шеңберлік диаграмманы қолдану......................................................... 27

2.5 Асинхронды қозғалқышты орнынан қозғау.................................. 31

2.5.1 Ротордың тізбегіне қосымша активтік кедергі қосу................... 31

арқылы фазалы асинхронды қозғалтқышты жіберу............................ 31

2.5.2 Қысқа тұйықталған асинхронды қозғалтқышты жіберу............ 32

2.5.2.1 Электр желіске тікелей қосу...................................................... 32

2.5.2.2 Кернеуді төмендету кезінде жіберу.......................................... 32

2.5.3  Жіберу сипаттамалары жақсартылған асинхронды.................... 34

қозғалтқыштар............................................................................................... 34

2.5.3.1 Терең ойықты асинхронды қозғалтқыш.................................. 34

2.5.3.2 Екі торлы асинхронды қозғалтқыш......................................... 35

2.6 Үшфазалы асинхронды қозғалтқыштың айналу............................ 36

жиілігінің өзгертеуін реттеу.......................................................................... 36

2.6.1 Айналу жиілігінің өзгертуін реттеу тәсілдері.............................. 36

2.6.2 Статор магнит өрісінің жиілігін өзгерту арқылы ротордың....... 37

айналу жиілігін реттеу................................................................................... 37

2.6.2.1 Электр желінің өзгерту арқылы айналу.................................... 37

жиілікті реттеу............................................................................................... 37

2.6.2.2 Статор орамасының полюстер санын өзгерту арқылы............ 38

ротордың айналу жиілігін реттеу.................................................................. 38

2.6.3 Тайғанаудың қуатын қолданбай ротордың айналу жиілігін

реттеу............................................................................................................. 39

2.6.3.1.Статор кернеуін өзгерту арқылы ротордың айналу жиілігін реттеу      39

2.6.3.2 Ротордың тізбегіндегі активтік кедергіні өзгерту арқылы...... 40

ротордың айналу жиілігін реттеу.................................................................. 40

2.6.4 Тайғанау қуатты пайдалану кезіндегі ротордың айналу............. 40

жиілігін реттеу............................................................................................... 40

2.6.4.1 Ротордың тізбегіне қосымша электр қозғаушы....................... 40

күшті кіргізу (электрмагниттік каскад)......................................................... 40

2.7 Бір фазалы асинхронды қозғалтқыштар......................................... 42

2.7.1 Бірфазалы асинхронды қозғалқыштың әрекет принципі............ 42

2.7.2 Бірфазалы асинхронды қозғалтқышты орнынан жіберудің

әдістері........................................................................................................... 44

2.7.3 Асинхронды конденсаторлық қозғалтқыштар............................ 45

3 Синхронды машиналар...................................................................... 47

3.1 Синхронды машиналардың магнит өрістері және параметрлері... 47

3.1.1 Қоздыру ораманың магнит өрісі және параметрлері.................. 47

3.1.2 Статор орамасының магнит өрісі және параметрлері................. 49

3.1.2.1 Бойлық және көлденең статор реакциялары............................ 49

3.2  Симметриялық жүктеу кезіндегі синхронды генератордың

жұмысы.......................................................................................................... 54

3.2.1 Синхронды генератордың кернеу векторлық диаграммалары... 54

3.3 Синхронды генераторлардың параллелді жұмыс істеуі................. 62

3.3.1 Генераторлардың параллелді жұмысқа қосу............................... 62

3.3.2 Активтік қуатты реттеу................................................................ 63

3.3.3 Генератордың қуаты, электрмагниттік моменті.......................... 65

және бұрыштық мінездемелері..................................................................... 65

3.3.4 Синхронды генератордың U-сияқты сипаттамалары.................. 69

3.4 Синхронды генераторлардағы өтпелі процесстер туралы түсінік. 70

3.4.1 Генератордың  кенеттен қысқа тұйықталуы................................ 70

3.5 Синхронды қозғалтқыш және синхронды компенсатор............... 73

3.5.1 Синхронды қозғалтқыштың жұмыс істеу принципі................... 73

3.5.2 Синхронды қозғалтқыштың U- сияқты және жұмыс................. 74

сипаттамалары................................................................................................ 74

3.5.3 Синхронды қозғалтқышты орнынан жіберу............................... 75

3.5.4 Синхронды компенсатор............................................................. 77

 

 

 

 

Жұсіпбек Құсаибекұлы Әмиров

Раушан Манаповна Шидерова

 

 

 

 

 

АЙНЫМАЛЫ ТОКТЫҢ ЭЛЕКТР МАШИНАЛАРЫ

 

Оқу құралы

 

 

 

Редакторы Ж.А. Байбураева

2005 ж. жин. тақ. Жоспары. реті 7

 

 

 

Теруге берілген күні

Пішімі 60х84 1/6

Типография қағазы №2

Оқу-баспа таб.-6,1. Таралымы 100 дана. №       Тапсырыс   Бағасы 166 тенге

Басуға              қол қойылды

 

 

 

 

Алматы энергетика және байланыс институтының

көшірмелі-көбейткіш бюросы

480013 Алматы, Байтұрсынов көшесі., 126