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 (dm) 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=ЕМ¤ТSinwt                                            (1.2.1)

ЭЌЌ-ті  индукциялайды.                

 Оныњ амплитудасы     

ЕМ¤Т =Вdldv=2f Вdldt;

ал єрекетті маѓынасы    

E¤Т=                                     (1.2.2)

м±ндаѓы Bd =Bm1 -ауа сањылауындаѓы µрістіњ негізгі гармоника                                     индукциясыныњ амплитудасы;

               ld - 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 bЌЫЙ –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)

Подпись: δmПодпись: δПодпись: Bm3Подпись: Bm1

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   γЌЫЙ   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 КЌИЃ  =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  ĖОР=Ė′ӨТ-Ė″ӨТ , жєне 1.2.3-сурет бойынша

 

 

 

 

м±нда КЌЫС=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

.                        (1.2.7)

Индукция синусоидалы таралѓан жаѓдайда бір полюстік аѓыны

,

енді Bδlδτ 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 qEК кем болады.

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

                                              ;                                         (1.2.11)

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

.

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

(1.2.8) жєне (1.2.11) µрнектері негізінде алатынымыз

 

,       (1.2.13)

 

м±нда КОРЌЫС КТАР –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 ЕӨТ 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 Sn-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

 

КОР= КОРn КТАРn.                                              (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 Фm машинаныњ екі бµлігініњ де орамаларымен, ал бір бµлігі Фm 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;

                КОР1, КОР2-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 ФS1 єрбір статордыњ фазасында ĖS1=-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.

IО тоѓы реактивтіек IОР жєне активтік IОА 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 m1I2oaR1 статор мен ротордыњ µзекшелерінде pC1 жєне pC2 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. UҚ номинал кернеудіњ U1НОМ  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 FҚ МК-ін ќ±рады. Б±л МК статор мен ротор орамаларымен ілініскен негізгі айналдырушы аѓынды ФҚ тудырады. МК-і F1 ток статор орамасымен ілініскен бірінші реттік сейілу аѓынын ФS1, 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 ФҚ да аз, демек, б±л кезде магнит тізбегі ќаныќпаѓан болады.

Бірінші реттік токты İ1 екі токтыњ ќосындысы деп кµрсетуге болады, оныњ біріншісі 1) МК-ін FҚ тудырады, ал екіншісі (-İ'2) екінші реттік токтыњ İ'2

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

 

İ1Ќ+( İ /2)  немесе İ1+İ /2 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'=Ė' 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

Ů

Ů

 

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 –ќозѓалмай т±рѓан ротордыњ ЭЌК- і.

Егер де ротордыњ орамасы статордыњ орамасына келтірілген болса, онда

                                                                               (2.2.4)

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

X=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 S                                  (2.2.5)

 

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

X/2=X/ S.                                                                                      (2.2.6)

Яѓни айналып т±рѓан ротор орамасыныњ индуктивті кедергісі ќозѓалмай т±рѓан ротордыњ индуктивті кедергісі X 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 ФS2 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

Ė2S2=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 пайда болды. Айналмай т±рѓан ротордыњ индуктивтік кедергісі X 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 кедергіні Х2 арќылы, т±раќты Е 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

/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

/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       рЭ1-статор орамасындаѓы электр шыѓындары;

                      рМ1-статор µзекшесіндегі магниттік шыѓындар;

 рЭМ-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


                     рЭ2- статор орамасындаѓы электр шыѓындары;

                       рМЕХ-ротордаѓы механикалыќ шыѓындары;

                       рЌОС-басќа ќосымша шыѓындар.

 

Айналмалы магнит µрісініњ электрмагниттік ќуаты

 

 РЭМ1-(РЭ1М1) .                                               (2.3.5)

Статордан ротордыњ білігіне берілетін куат 

      

Р/2= РЭМЭ2 .                                              (2.3.6)

 

Ротордыњ білігіндегі пайдалы механикалыќ ќуат:

 

Р2= Р/2 МЕХЌОС .                                               (2.3.7)

 

Статор µрісініњ б±рыштыќ жылдамдыѓын ротордікі арќылы белгілесек, онда

рЭ2=W1М;  Р/2=W2М.                                      (2.3.8)

 

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

рЭ2=W1SМ=РЭМ 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 Х12'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 МЖ‡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 МЖ‡Р

 

Ж‰ргізіп жіберу момент МЖ‡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 КnЖ‡РН ќатынасымен µрнектеледі. Б±л ќатынасты ж‰ргізіп жіберуші моменттіњ еселігі деп атайды.

 

2.3.3.2 Максимал немесе аударылдырѓыш моментті ММАКС

 

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

Табылѓан R12Қ2=R2'2/Sm2 тењдеуден максимал моментке сєйкес келетін Sm 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 RЌОС єрт‰рлі тµрт мєнінен сєйкес келеді I-ќисыќ RЌОС=0 болѓан кезде алынады (табиѓи сипаттама). RЌОС 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 Sm=R2+RЌОСҚ=1, осыдан МЖ‡РМАКС жаѓдайы үшін  RЌОС=XҚ-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 РН-ќозѓалтќыштыњ наќтылы (номинал) ќуаты, Вт;

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

 

 
2.3.4 Асинхронды ќозѓалтќыштыњ ж±мыстыќ сипаттамалары

 

η

P2/P

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=PЭ1ЭМ, яѓни тайѓанама сан бойынша ротор орамасындаѓы ќуат шыѓыныныњ ќозѓалтќыш тудыратын электромагниттік ќуатќа ќатынасына тењ.

Бос ж‰ріс ережеде ротор орамасындаѓы ќуат шыѓыны рЭ2 электромагниттік ќуат РЭМ-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: İ10+(-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, кернеу мен бос жүріс тоғы І0 арасындағы фазалық бұрыштың ығысуын j0, кернеу мен қысқа тұйықталу тоғы ІҚ арасындағы фазалық бұрыштың ығысуын jЌ білу қажет. Координаттық біліктерді жүргіземіз, кернеудің масштабын mU (В/мм) және токтың масштабын mІ (А/мм) таңдап аламыз да “0” нүктесінен  кернеуінің векторын, І0  тоғының векторын (кернеу U1-ге қарай j0 бұрышпен), І тоғының векторын (кернеу U1–ге қарай jЌ 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= SН –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=mIОА; бос жүріс тоғы І0= mIОО1; ротордың келтірілген тоғы І2/ = mi О1А. “А” нүктесінен абсцисса білігіне перпендикуляр түсіріп (Аа ) тік бұрышты үшбұрыш ОАа аламыз, одан статор тоғының активтік және реактивтік құраушыларын табамыз

І1а=mIАа; І=mIОа ;

 

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=mP–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 КК32К3=Rk/R1 табамыз. Қозғалтқыштың берілген жұмыстың ережесіне сәйкес келетін электромагниттік қуат РЭМ=mPAC –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 –ні пайдалы қуат сызығының жалғасымен қиылысқанша жүргізеді.

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=mР жєне P1=mPAа, 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 МЖ‡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 А123... 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+RP тең болады.

 .                                                 (2.5.1)

Жүргізу момент ең үлкен M мен ең аз Маз 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  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 Mey-басталады да екпін бастанғаннан кейін азаяды. M–ға момент жеткенде жіберу реостаттық бір сатысы жұмыстан шығады. Ақырында, жаратылыс (RP=0) сипаттамаға шаққанда қысқа тұйықталу қозғалтқыш сияқты болады. Сатыдан сатыға көшкенде момент M номинал момент МНОМ (механизмнің қарсылас моментіне тең) көп болуы керек, ал

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

RP=0

М

M

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)ІНОМ 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 қозѓалтќыштыжұлдыз 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 jXP реактордыњ индуктивтік кедергісі.

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

Көрсетілген әдістің кемшілігі: қозғалқыштың жіберу моменті (UC/UЖ)2 есе азаяды.

,

 м±ндаѓы I /ЖІБреактор арќылы жібергенде статордыњ жіберу тоѓы;

КР=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  КР =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 ІЖІБЖҰМЖҰМЖІБ, ал ХЖҰМ >ХЖІБ болғандықтан ІЖІБ>ІЖҰМ, яғни ток, негізінде, жіберу орамадан ағады.

Номинал ережеде тайғанау S тапшы, сол себептен индуктивтік кедергіден аз болып қалады да оны есептемеуге болады. Сонда ІЖІБЖҰМ=RЖІБ>RЖҰМ болғандықтан ІЖҰМ>ІЖІБ, 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 PS=SРЭМ 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 ЕS  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 UС да сәйкес өзгертіп тұру керек, яғни магнит өрісі тұрақты болу керек (Ф= UС/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 U1НОМ; 0,85U1НОМ; 0,7U1НОМ-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 Ė2Қ фазасы ротордың ЭҚК-тіне Ė2S қарай қандай екеніне байланысты. Егер де Ė2Қ  және Ė2S – тердің векторлары бір жаққа бағытталса, онда жылдамдық реттеледі; егер де Ė2Қ  мен Ė2S –тердің векторларының арасындағы бұрыш 90о тең болса, онда Cosj  реттеледі; егер де бұрыш 90о-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

/2

C

İ/2

 

0

-Ė/2S

 

-Ė

 

Ė

A

İ0

 

Ė2Қ  мен Ė2S  фаза бойынша қарсы әлде сәйкес қосылған. (2.6.5-сурет). Ротордың индуктивтік кедергісі Х2=0 деп санаймыз.

Қосымша ЭҚК Ė2Қ  қарсы қосылған, яғни Ė2S  – ке қарай бұрыш 180°  тең. Жоғары айтылғандай, егер де Мк тұрақты болса, онда ротор тоғы І2-де  өзгермеу керек, ал ол үшін ЭҚК Ė2S тұрақты болу керек. Егер де Ė2Қ   қарсы қосылса, онда Ė2S Ė2Қ үлкейіп мағынасы ОВ-ға жету керек. Сонда қарсы келген қосымша ЭҚК-тің есесі қайырылады. Ал Ė2S=SE2-ге тең болғандықтан ондай жағдайға тайғанау S үлкею немесе ротор жылдамдығы n2 төмендеу арқылы жетуге болады. Егер де қосымша ЭҚК Ė2Қ ротор ЭҚК-і  Ė2S  –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   9кезіндегі векторлық диаграмма

İ/1

/2НӘТ

İ/2

 

Ė/2S

 

Ė

İ0

İ/2 НӘТ

İ

Ė2Қ  фаза бойынша Ė2S  – тен 90О  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   9 аз болған кезіндегі векторлық диаграмма

 

 

İ/1

/2НӘТ

İ/2

 

Ė/2S

 

Ė2ҚP

İ0

İ/2НӘТ

İ/

Ė/

 

Ė/а

 

Ė2Қ фаза бойынша Ė2S – тен 90О-тан аз бұрышқа алда. Ė2Қ –ні қосындыларға бөлгенде екі қосымды пайдалы болады. Бірінші қосымды Ė2ҚР фаза бойынша Ė2S– тен 90О алда, яғни 2 мысалдағы нәтижеге келтіреді; екінші қосымды Ė2Қа фаза бойынша Ė2S-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 ІЖ тамыр соғу магнит өрісін құрады.

1~50Гц, 220 В

İ

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 МНӘТ 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