Электр машиналары

Ė₂+Ė_S2=R₂İ₂

немесе

,            (7.21)

мұндағы Z₂=R₂+jX₂ –ротордың толық кедергісі.

Демек,        

 және                    (7.22)

Егер ротордың орамасы статордың орамасына  келтірілген болса, онда

 және  .                 (7.23)

 
Ротордың орамасымен аққан I₂ тоғы ротор жиілігіне f₂ сәйкес келетін, роторға қарағанда n жылдамдықпен айналатын F₂ магниттеуші күшін тудырады. Ротордын өзі n₂ жылдамдықпен айналады. Сондықтан, ротордың F₂ МК-і статорға қарағанда n+n₂ жылдамдықпен айналады.

.

Сол себептен, , яғни ротордың F₂ МК-і кеңістікте әрқашанда (жұмыстың режиміне байланыссыз) статордың F₁ МК-і бағытымен және сол сияқты жылдамдықпен айналады.  

 

 

 

 

8 Дәріс №8. Асинхронды  қозғалтқыштың айналдырушы моменттері  және қуаттары

 

         Дәрістің мазмұны:

- асинхронды қозғалтқыштың  айналдырушы моменттер және қуаттары

 

            - асинхронды қозғалтқыштың  энергетикалық диаграммасы        

 Дәрістің мақсаты:        

 Студенттерді  асинхронды қозғалтқышты желіге қосу әдістерімен;         

- асинхронды қозғалтқышты желіге қосу сұлбаларымен таныстыру.

8.1 Асинхрондық қозғалтқыштың  электр желісін тұтынатын

активтік қуаты

Асинхрондық қозғалтқыштың  электр желісін тұтынатын активтік қуаты мынаған тең 

 

.           (8.1) 

 

Векторлық диаграммадан  алатынымыз 

 

;  . 

Статорға берілетін  активтік қуаттың түпкілікті өрнегі

 

 

,    (8.2) 

 

мұндағы       р_Э1-статор орамасындағы электр шығындары;                     

 р_М1-статор өзекшесіндегі магнитті шығындар; 

р_ЭМ-айналушы магнит өрісі арқылы ротор тізбегіне берілетін электрмагниттік қуат. 

 

Қозғалтқыштың тұтынатын реактивтік қуаты үшін алатынымыз 

 

                     (8.3) 

 

Жоғарыда көрсетілген  өрнектің аналитикалық түрленуінен кейін табамыз 

 

.                   (8.4) 

 

Яғни қозғалтқыштың  электр желісінен реактивтік қуаты  статор магнит өрісін тудыруға, статордың және ротордың өзекшелерін магниттеуге, сонымен бірге роторға оның орамасының магниттік сейілу өрісін тудыруға қажетті реактивтік қуатты беруге жұмсалады.

Энергияның  асинхронды қозғалтқыштағы түрленуін  және оның ішіндегі шығындарды энергетикалық диаграмма суреттейді.

 
                     

 

Р_Э2 – статор  орамасындағы электр шығындары;          

            р_МЕХ – ротордағы  механикалық шығындар;           

            р_ҚОС – басқа  қосымша шығындар. 

 

Айналмалы магнит өрісінің электрмагниттік қуаты 

 

 

 Р_ЭМ=Р₁-(Р_Э1+Р_М1) .                                  (8.5) 

 

Статордан ротордың білігіне берілетін қуат       

 

Р^/₂= Р_ЭМ –Р_Э2 .                                           (8.6) 

 

Ротордың білігіндегі  пайдалы механикалық қуат 

 

Р₂= Р^/₂ –Р_МЕХ –Р_ҚОС .                                 (8.7) 

 

Статор өрісінің бұрыштық жылдамдығын W арқылы, ал ротордікін W₂ арқылы белгілесек, онда

р_Э2=WМ;  Р^/₂=W₂М.                                      (8.8) 

 

Демек, Р_ЭМ=Р_ЭМ-Р'₂=(Ω₁-Ω₂)М   бірақ та тайғанама S=(n₁-n₂)/n₁=(Ω₁-Ω₂)Ω₁ болғандықтан

р_Э2=W₁SМ=Р_ЭМ S.                                         (8.9) 

 

Сонымен, ротор  тізбегінің орамаларындағы шығындар айналмалы магнит өрісінің қуатын тайғанамаға көбейткенге тең.

Толық айналдырушы  момент

                                    (8.10) 

8.2 Асинхронды қозғалтқыштың  айналдырушы моменті

 

 

Асинхронды  қозғалтқыштың айналдырушы моменті (8.8)-теңдеуден 

 

 табылады                      (8.11)          

 Орынбасу  жалғамадан (2.2.4-сурет) алатынымыз

Сондықтан               

 

 

 

 

 

 

 

(8.11)-теңдеуге I'₂² мәнін қойсақ, айналдырушы моменттің жалпы өрнегін табамыз

                  (8.12) 

 

  

 

 

  

 

 

мұндағы Х₁+Х_2'=Х_Қ –қысқа тұйықталу индуктивтік кедергісі.

Момент М кернеудің квадратына U₁² пропорционал екендігі (8.12) теңдеуінен көрініп тұр, яғни кернеу төмендегенде асинхронды қозғалтқыштың жүктемелік қабілеті төмендейді.

Электр желісінің  кернеуін тұрақты деп есептесек, онда момент тайғанамаға тәуелді болады, яғни М=f(S).

Қозғалтқыштың параметрлері R₁, X₁, X₂' және R₂' белгілі болған жағдайда сырғанау мәнін S=1 ден S=0 дейін өзгерте отырып, қозғалтқыштың механикалық сипаттамасын M=f(S) тұрғызуға болады. 

Қозғалтқышты  жүргізген кезде S=1 болады да, жүргізіп жіберу моменті М_Ж пайда болады (а нүктесі), ары қарай болған кезде (в нүктесі) момент максимал мәніне жетеді. Қозғалтқыштың айналдырушы моменті арасындағы тепе-теңдік болғанда ротор тұрақты айналмалы жиілікпен жұмыс істейді (С нүктесі).

8.3 Асинхронды қозғалтқыштың  жүргізіп жіберу, максимал және номиналды моменттері

8.3.1 Жүргізіп  жіберу моменті М_Ж  

 

М_Ж асинхронды қозғалтқыштың ең бір пайдаланушылық сипаттамасы болып табылады. Жүргізіп жіберуші моменттің мәні (7.39) теңдеуінен сырғанама S=1 болған кезде табылады,

             (8.13)   

 

теңдеуден болған жүргізіп жіберуші момент үшін көретініміз:

а) жиілік f₁ тұрақты кезде жүргізіп жіберуші момент статор кернеуінің квадратына тура пропорционал болады;

б) ротордың активтік кедергісі индуктивтік сейілу кедергісіне  тең болғанда ең үлкен мәніне жетеді

.

Жүргізіп жіберуші момент, әдетте К_n=М_Ж‡Р/М_Н  қатынасымен өрнектеледі. Бұл қатынасты жүргізіп жіберуші моменттің еселігі деп атайды. 

 

8.3.2. Максимал  немесе аударылғыш моменті М_МАКС

Максимал немесе аударылғыш моменттің М_МАКС dM/dS туындысын алып, оны нөлге теңеп табамыз.

Табылған R₁²+Х_Қ²=R₂^'2/S_m² теңдеуден максимал моментке сәйкес келетін S_m тайғанаманы анықтаймыз. Оның мәнін

   -теңдеуге қойып, максимал  моменттің өрнегін аламыз

.                       (8.14)       

 

 (8.14)-теңдеуден максимал  момент үшін шығатыны:

а) жиілік f₁ мен қозғалтқыштың көрсеткіштері берілген жағдайда максимал момент статор кернеуінің квадратына тура пропорционал;

б) ротор тізбегінің активтік кедергісіне тәуелді болмайды;

в) ротор тізбегінің активтік кедергісі неғұрлым үлкен  болса, соғұрлым үлкен тайғамада  максимал момент пайда болады.

Сонымен, ротор  тізбегінің активтік кедергісін өсірген  кезде максимал момент шамасын өзгертпей, сырғанаманың үлкен мәнді аймағына қарай жылжиды (8.3-сурет).

8.3-суретте моменттің  төрт қисығы ротор тізбегіндегі  қосымша активтік кедергілердің R_ҚОС. әртүрлі төрт мәнінен сәйкес келеді, I-қисық R_ҚОС=0 болған кезде алынады (табиғи сипаттама). R_ҚОС шамасын тандап алу үшін электр жетектің талаптарына сәйкес қажетті жүргізіп жіберуші моменттің шамасымен анықталады. Жүргізіп жіберуші моменттің шекті шамасы максимал моментке тең. Бұл кезде S_m=R₂+R_ҚОС/Х_Қ=1, осыдан М_Ж=М_МАКС. Жағдайы үшін R_ҚОС=X_Қ-R₂ –ны анықтауға болады. Ротор тізбегіне реостатты қосқанда, жүргізіп жіберуші токтың да шамасы азайтылады.

Айналдырушы моменттің  мәні максимал моментке жеткен кезде  қозғалтқыштың орнықты жұмыс  істейтін ережесі шегіне жетеді. Сол  себептен, қозғалтқыш орнықты жұмыс  істеуі үшін айналдырушы момент максимал моменттен аз болуы керек. Басқа сөзбен айтқанда, қозғалтқыш асқын жүктеме қабілетке ие моментке қатынасымен анықталады.

Асқын жүктеме  коэффициенті

.                          (8.15)  

 

 

 

 

8.3.3 Асинхрондық қозғалтқыштың нақтылы (номинал) моменті

Асинхрондық қозғалтқыштың  нақтылы (номинал) моменті нақтылы (номинал) тайғанама кезінде және біліктегі  жүктеме нақтылы (номинал) мәніне тең болғанда пайда болады.

Нақтылы (номинал) момент мына формуламен табылады 

 

,                                                (8.16) 

 

мұндағы Р_Н-қозғалтқыштың нақтылы (номинал) қуаты, Вт;          

      n_2Н –ротордың нақтылы (номинал) айналу жиілігі.

8.4 Асинхронды  қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамалары

Асинхронды  қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамалары  деп айналу жиілігінің n₂, тудырылатын айналдырушы моменттің М, қуат коэффициентінің Cosf₁ және пайдалы әрекет коэффициентінің η қозғалтқыштық білігіндегі пайдалы активтік қуатқа Р₂ тәуелдігін айтады.

А) Ротордың айналу жиілігі

Бұрын тапқан ротордың айналу жиілігі n₂=n₁(1-S).

Екінші жағынан S=P_Э1/Р_ЭМ, яғни тайғанама сан бойынша ротор орамасындағы қуат шығынының қозғалтқыш тудыратын электромагниттік қуатқа қатынасына тең.

Бос жүріс ережеде  ротор орамасындағы қуат шығыны р_Э2 электромагниттік қуат Р_ЭМ-мен салыстырғанда өте аз болады, сол себептен S=0 ал n₂≈n₁. Жүктеме өскен сайын қатынасы да өседі, бірақ пайдалы әрекет коэффициентінің мәнін жоғары ұстау үшін ол қатынас нақтылы (номинал) жүктеме кезінде 2-3 % -дан аспайды.  

n₂=f(P₂) тәуелділігі абсцисса осіне шамалы көлбеу орналасқан қисық түрінде болады

 

         9 Дәріс  №9. Асинхронды қозғалқышты орнынан  қозғау

Дәрістің мазмұны:

-         қысқа тұйықталған асинхронды қозғалтқышты жіберу;

- ротордың тізбегіне  қосымша активтік кедергіні қосу  арқылы фазалы     асинхронды қозғалтқышты жіберу.

 

         Дәрістің мақсаты:

Студенттерді  қысқа тұйықталған асинхронды қозғалтқышты жіберу мен   асинхронды қозғалтқышты  электр желісіне тікелей қосумен таныстыру.

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

Екінші жағынан, жіберу токтың мәні белгілі мөлшерден  аспау керек, өйткені электр желісінің  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 қалыптағы қысқа тұйықталуы 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. 

9.1 Ротордың тізбегіне  қосымша активтік кедергіні 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 пайда болады. Жіберу кездегі токтың ырғуын төмендету үшін ротордың тізбегіне реостатты (активтік кедергі) қосады. Реостат қосылғанда ротордың кедергісі R₂+R_P тең болады.

                                                 (9.1)

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

.                                          (9.2)

9.1– суретте m=4 кездегі үлгі-өнеге келтірілген. Суретте механикалық сипаттамалардың тұқымдастары көрсетілген. Қисық І –ге сәйкес жіберу момент M_ey-басталады да, екпін басталғаннан кейін азаяды. M_ea–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_ea номинал момент М_НОМ (механизмнің қарсылас моментіне тең) көп болу керек, ал жіберу ток ұйғарған мағынадан аспау керек. 

9.2 Қысқа тұйықталған  асинхронды қозғалтқышты жіберу

 

  9.2.1 Электр желісіне тікелей қосу

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