Асинхронды қозғалтқыштар

 

                          Р_эм  =

 

Сонда асинхронды қозғалтқыштың  іздеген электр магниттік теңдеуі 2.122 сырғанау S функциясында қалған басқа  өлшемдері тұрақты болғанда, былай  жазылады:

 

                         М_эм =

Іс жүзінде асинхронды қозғалтқыш білігіндегі моменттің М₂ электр моментінен М_эм айырмасы аз, себебі:

 

                                              М₂ = М_эм – М₀

мұндағы М₀ – бос жүріс кедергісінің моменті, олар айгөлектегі механикалық үйкелістен, сондай – ақ  статор мен ротор тістеріндей магнит өрістерінің соғуынан құралады. Көп жағдайда оларды М₂ ≈ М_мэ = M деп санап ескермеуге болады. Теңдеуі бойынша тұрғызылған M = f(S) қисығы көрсетілген. Одан асихронды қозғалтқыш  моментінің  сырғануына байланысты. Өзгеру сипаты күрделі екенін көреміз. Сырғанаудың көбеюіне қарай жүктеменің артуына сәйкес , біліктегі момент шырқау шегі мәніне дейін артады. М_мах –да 2 нүктесіне дәл келеді. Сырғудың (жүктеменің) одан ары ұлғаюында момент азая бастайды, ол 3нүктесіне дәл келеді.

Жалпы қолданыстағы асинхронды қозғалтқыштың ауыспалы кезеңдегі сырғанау S = 0.3 – 0.1 және оның мәні  қозғалтқыштың қуаттылығы неғұрлым жоғары болса, соғұрым төмен (аз) болады. Сол сияқты, тек кері ретпен, асинхронды қозғалтқышты жұмысқа қосқанда, моменті өзгереді, демек сырғанау азайса момент  шырқау шегіне  дейін өседі, сосын азаяды да, жүктеусіз жұмыс моментіне тең момент нөлдік моментке дейін жақындайды. Асинхронды қозғалтқыш қалыпты жұмыс тәртібі кезінде қалыпты S_H сырғанауына сәйкес келетін қалыпты М_Н момент дамытады. Жаппай қолданымдағы асинхронды қозғалтқыштар үшін жүргізу моменті мен қалыпты М_Н моменті арасындағы қатынас жүргізу қосу моментінің еселілігі m_n делінеді де, мына аралықта болады:

 

M_ж = шырқау шегіндегі моменттің қалыпты  моментке қатынасы асинхронды қозғалтқыштың артық жүктемелеу қабілеті  m_k делінеді:

m_k = бұл синхронды қозғалтқыштың жағымды қасиеті делінеді. Жүргізу тобының I_n қалыпты токқа I_H қатынасын жұмысқа қосу тогының еселігі i_n  дейді, ол мына аралықта болады:

 

i_n   = Жүргізу қосу тогының  көп болуы, асинхронды қозғалтқыштардың елеулі кемшілігі.

Асинхронды электр қозғалтқыштың  жұмысшы диапозонындағы механикалық  сипаттамасы салыстырмалы түрде  “қатаң” сипаттама, демек жұмыс  істеу өрісінде оның білігіндегі жүктеменің өзгертуіне қарай айналу жылдамдығы айтарлыфқтай өзгермейді. Сондықтан асинхронды қозғалтқыштар, негізінен, механизмдер мен машиналарды жүргізуге қолданады, мұнда айналу жылдамдығы шамамен тұрақты түрде ұстп тұру талап етіледі. Бұл туралы “электр жетек” курсында толығырақ қаралады.

Инженерлік тәжірбиеде асинхрондық қозғалтқыштың жылдамдық  сипаттамасын жиі қолданады, онда моменттің  сырғанауына емес, ротор білігінің  айналу жылдамдығына қарайды,  демек n₂ = f`(M) ол қозғалтқыштың айналдырғыш моментінің сипаттамасының  өзгеруін білік айналуының функциясы ретінде айқын мағұлмат береді. M_n – жұмысқа қосу моменттері n =0; M_kp = M_max қозғалтқыш дамытатын моментінің шарықтау шегі (ауысу шегі); М_Н – қалыпты момент; n_H – қалыпты айналу жылдамдығы, ол қозғалтқыштың қалыпты жүктемеленуіне сәйкес келеді; n_xx – бос жүріс айналу жылдамдығы; n_c – асинхронды қозғалтқыштың магнит өрісінің синхронды айналу жылдамдығы.

Асинхронды  қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамасы. Асинхронды қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамасы дегенде, желідегі кернеу U₁  және оның жиілігі тұрақты болғанда оның білігінде тұтынатын токтың активті қуаттың Р₁ моментінің М шарықтауын, ротор білігінің айналу жылдамдығы n₂, сырғудың S, ПӘК (η) мен cosφ – тің , жұмысшы диапазонда жүктеменің өзгеруін Р₂ айтады:

I₁,P₁, M,n₂,S,η,cosφ = f (P₂),U₁ = cosφ мен f₁ = const болғанда.

Асинхронды қозғалтқыштың  жұмысшы сипаттамасын, инженерлік тәжірибеде жеткілікті дәлдікпен, эквивалентті алмастыра  электр сұлбасы арқылы олардың өлшемдері  белгілі болса, айтылған әдістеме бойынша, есептеу жолымен  анықтауға болады. Сырғанаудың мына шектегі S = (0,2…..1,2)S_H  бірнеше мәндерін алып,тең аралық ΔS арқылы есептеу мына ретпен жүргізіледі. Асинхронды қозғалтқыштың орнын басудың эквивалентті электр сұлбасынан Ом заңы бойынша желіден тұтанатын токты I₁ анықтайды:

                                       I₁ =

мұндағы U₁ = U₁I^j0 – асинхронды қозғалтқыштың қалып сызықтық кернеуінің кешені (бастапқы фазалық бұрышы шартты түрде нөлге тең Ψ₁ = 0 алынған I₁ мен φ – дің алынған) мәнінен қозғалтқыштың желіден тұтынған активті электр қуаты Р₁ есептеп шығарылады.

 

                                     P₁ =

 

Қозғалтқыш білігінде  дамитын қуат Р₂ = P₁ – ΣP_TM анықтау үшін, барлық үшін, барлық шығын қосындысын ΣP анықтау қажет. Ол үшін асинхронды қозғалтқыштың синхронды жүктеусіз жұмыс кезінде тұтынған магниттену тогын I₀ және ротор орамасының келтірілген тогын I₂ алдын ала есептеу алу керек:

                                      I₀ =

 

         мұндағы Z₀ = Z₁ +Z = (R₁+R_cm) + j (x₁ + x_M) = Z₀e^-jφ0

орамасына келтірілген ротордағы ток алып анықталады.

 

                                I₂ = I₀ – I₁ = I

содан кейін қозғалтқыштағы электр шығынын есептейді. Статор орамасының мысындағы электр  шығыны: P_M1 = m₁I ротор орамасының мысындағы алюминий электр шығындары:\

 

                           P_M(A)2 = m₂I

 

статор болаттарындағы электр шығындары:

 

                                    P_c1 = m₁I

 

Ртор болатындағы электр шығындарын жұмысшы жүктемесі кезінде  ротор болатынын аса магниттену жиілігінің аздығы үшін Р_с2 ≈ 0

деп қабылдап оны елемеуге болады, үстеме Р_ү және механикалық Р_мех шығындары біріктіріп Р_қос қосымша шығын деп алуға болады:

 

Р_{қос ≈} Р_мех + Р_ү ≈ (0,018....0,008)Р₁

 

Асинхронды қозғалтқыштың  барлық шығыны:

 

ΣР = P_м1 + Р_м(а)2 + Р_с1 + Р_ү    

қозғалтқыш білігіндегі  механикалық қуат

 

Р₂ = Р₁ – ΣР

Асинхронды қозғалтқыштың  ПЭК – і

 

η =

Асинхронды қозғалтқыш роторының айналу жылдамдығы айн. мин (2.10) n₂ = n₁ (1-s) немесе рад/с.

 

ω₂ =

Асинхронды қозғалтқыштың  білігіндегі айналдыру моменті.

 

М₂ =

Алынған мағұлматтар  бойынша  жұмыс сипаттамасы тұрғызылады.

I₁/I_1H ,P₁/ I_{1H ,} M₂/M_{2H  ,}  η және cosφ біліктегі қуаттың Р₂ функциясында, қатынастық бірлікте:

 

                                         P_2.o.e =

Жұмысшы сипаттамасын талдауға ыңғайлы болу үшін η пен cosφ деп басқа барлық өлшемдері қалыпты мәндеріне тең базистік шамада салыстырмалы бірлікпен алады.

Қысқа тұйықталған шығын қуатты  асинхронды қозғалтқыштың жинақта жұмысшы сипаттамасы көрсетілген. Жұмысшы сипаттамасын талдау мынадай жинақтаған қорытынды жасауға мүмкіндік  береді. Асинхронды қозғалтқыштың білігіндегі жүктеме жүктемесіз жүкиемесіз жұмыстан қалыпты жұмысқа дейінгі аралыққа өзгерсе:

• айналу жылдамдығы n₂ тұрақты дәрлік шамада қалады;
• моменттің М ұлғаюы түзу сызыққа жуық;
• біліктеме жүктеме түспеген кезде (жүктемесіз жұмыс) қозғалтқыш тұтынатын ток I₁ бір қалыпты мәнінің (35-40%) құрайды: I_1хх = (0,35 – 0,4)I_Н;
• ПӘК (η) , біліктегі жүктеме 50% жеткенде, шырқау шегіне дейін жетіп тез өседі және іс жүзінде одан ары өзгермейді;
• қуат коэффициенті cosφ_xx = 0.1 – деп бастап, қалыпты жүктелген кезде аздап өзгереді;
• сырғанау S жүзінде түзу сызықпен өседі;
• қалыпты сырғанау S_H шамасы қозғалтқыштың қатуына тәуелді өзгереді және S_H = 0,0 – 0,01 шегінде ауытқиды.

Сырғанау шамасы қозғалтқыштың  қуаттылығының өсу ретіне қарай көрсетілген. Эксплуатациялаушылардың назарды аударуды керек ететін өзіндік ерекшеліктерге  жүктеме болмағанның өзінде анық тұтыну тогының үлкен болкы ескеріледі. Қуаты аз қозғалтқыштарды бос жүріс тогы қалыпты токтың (4 - 45% - ына) жетуі I_хх = (0,4 – 0,5)I_H, ал қуат коэффициенті өте төмен. Сондықтан асинхронды қозғалтқыш қалыпты жүктемемен пайдалануы керек, сонда cosφ – дің η- ге   көбейтіндісі шырқау шегінде болады. Үшфазалы асинхронды қозғалтқыштардың айналуы бағытын өзгерту статор орамасының кез келген екі фазасын желіге ауыстырып қосу арқылы атқаруға болады (екі фазаны ауыстыру).

             Асинхронды қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамалары деп жылжыманың, ротордың айналу жиілігінің , тудырылған моменттің , тұтынылған тоқтың, қуаттың, қуат коэффициентінің және пайдалы жұмыс коэффициентінің машина білігіндегі пайдалы қуатқа тәуелділігін айтады.

              Асинхронды қозғалтқышын айнымалы тоқ желісіне қосқан кезде оның статор және ротор орамаларымен өтетін тоқтардың, мөлшері олардың нақтылы (номинал) мөлшерлерінен бірнеше есе артық болады. Оның себебі ротор орнында тұрған кезде айналмалы магнит өрісі оның орамасын магнит өрісінің айналу жиілігіне тең үлкен жиілікпен кесіп өтеді де, осы орамада үлкен ЭҚК-ті индукциялайды. Бұл ЭҚК ротор тізбегінде үлкен тоқ туғызады, ал ол статор орамасында да тиісті тоқтың пайда болуына әкеледі.

                   Ротордың айналу жиілігі өскенде жылжыма азаяды, бұл ротор орамасындағы  ЭҚК пен тоқтың азаюына алып келеді. Ол өз кезегінде статор орамасындағы тоқты азайтады.  Осы теориялық материальды тұжырымдау мақсатында    Асинхронды қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамаларын практика жүзінде есептік сараптау жасалды. Мәселен ротордың айналу жиілігі 1465айн/мин,  кернеуі 220/380В, қысқа тұйықталған ротордың 4А160М4У3 арнайы қуаты 18,5 кВт тең үш фазалы  асинхрондық қозғалтқыштың  М=f`(s) берілген өлшемдер бойынша механикалық сипаттамасын графикке салу. Ол қозғалтқыштың байланыс сызбаларының өлшемдері  r₁=0,263 Ом, х₁=0,521 Ом, r’₂=0,158 Ом және х₂=0,892 Ом. Қозғалтқыштың жүктеме қабілеттілігі λ=2,3; жүргізіп жіберу моменті М_п/М_ном=1,0.

   Қозғалтқыштың механикалық сипаттамасын график түрінде өрнектеу үшін, номинал электромагниттік момент М_ном, жүргізіп жіберу М_ж(пусковой) және максимал моментті  М_мах-ті  анықтау керек. Сонымен қатар сырғанау S>S_кр болғандағы электромагниттік моменттің екі мәнін анықтаймыз.

1) Қозғалтқыштың бұрыштық синхронды жылдамдығы былай анықталады:

             ω₁=2πn₁/60=2π·1500/60=157 рад/с

2) ал, номинал сырғанауы формуласы

             S_ном=(n₁-n_ном)/n₁=(1500-1465)/1500=0,023

3) Қозғалтқыш тұрақтысы  с=1 болса, онда номиналдық электромагниттік  момент мына формуламен анықталады:

4) Қозғалтқыштың жүргізіп жіберу моменті номиналды моментке тең болады:

            

5) Қозғалтқыштың максималды  моменті:

             

6) Критикалық сырғанау:

             

7) Сырғанау кезіндегі электромагниттік момент  S =0,2 және S=0,4 осы мәнге сәйкес:

 

 

         

       

        

 

       

 

 

         8) Есептеу нәтижесі  төмендегі кестеде көрсетілген:

 

Сырғанау (скольжение) S	0	0,023	0,112	0,20	0,40	1,0
Электромагнитті момент М, Н·м....................................	0	121	278	236	150	121

 

      

 

 

       

Енді асинхрондық қозғалтқыштың механикалық сипаттамасын сызамыз .

Анықталған S>Sкр сырғу кезіндегі Мном электромагниттік номинал, Мп жіберу, Ммах максимал моменттері бойынша қозғалтқыштың механикалық сипаттамасын саламыз(Сурет 18).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 М, Н·м

                              278                           

 

          250                    236

 

 

          200

 

          150                                           150

 

          121                                                                            121

          100

 

 

             50

                0

                   0,1    0,2    0,3    0,4     0,5    0,6    0,7    0,8    0,9      S

 

Сурет 1.  4А160М4УЗ үш фазалы роторы қысқа тұйықталған

 асинхронды қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамасы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қорытынды:

Асинхронды машиналар  айнымалы ток машиналарына жатады және олардың жалпы өндірістік орындалу асинхронды қозғалтқыш түрінде жасалады. Асинхронды машиналар элекетр техникалық құрылысы бойынша энергияны түрлендіргіш болып табылады, асинхронды генератор ретінде қосымша конструкциялық және сұлбалық өзгеріс кіргізбей жұмыс істей алмайды. Асинхронды қозғалтқышты қарастырдық.