Бір фазалы асинхронды двигательдер

Лекция материалдарының қысқаша сипаттамасы. 1. Кіріспе. Қазіргі техника мен электрэнергетикада электр машиналарының алатын орны. Электр машиналары мен трансформаторлардың дамуы жөнінде қысқаша мәлімет. Электр машиналары туралы жалпы мәлімет. Электр машиналарының қолданылуына сай классификациясы. Қолданылуына сай электр машиналары келесі түрлерге бөлінеді: электромашиналық генераторлар, механикалық энергияны электр энергиясына түрлендіреді. Оларды электр станцияларында және әртүрлі көліктік қондырғыларда орналастырылады: автомобильдерде, самолеттерде, тепловоздарда, корабльдерде, жылжымалы электрстанцияларда т.б. Электрстанцияларында олар қуатты бу және гидравликалық турбиналары мен айналады , ал көліктік құрылымдарда іштен жану двигателі мен гидравликалық турба көмегімен айналады. Кейбір жағдайларда генераторларды қорек көздері ретінде қолданады : байланыста; автоматика қондырғыларында; өлшеуіш техникада т.с.с.; электр двигательдері, электр энергиясын механикалық энергияға түрлендіреді; Олар өнеркәсіпте, ауыл шаруашылығында,байланыста,транспортта, әскери жұмыстарда, тұрмыста қолданылатын әртүрлі машиналар мен механизмдерді және қондырғыларды айналдырады. Қазіргі автоматты басқару жүйесінде ол орындаушы, реттеуші және программалаушы орган ретінде қолданылды; электромашиналық түлендіргіштер, айнымалы токты тұрақты токка немесе керісінше түрлендіреді, айнымалы немесе тұрақты кернеу шамаларын , жиілікті фазалар санын өзгертеді. электромашиналық өтемдеуіштер (компенсаторлар), электрлік қондырғылардың қорек көзіндегі энергетикалық көрсеткіштерін жақсарту үшін реактив қуатты өтемдеу; электромашиналық күшейткіштер, аз қуатты электрлік сигналдар көмегімен, үлкен қуаттағы обьектілерді басқаруға болады. Ол сигналдар қоздыру орамдарына беріледі. Соңғы жылдары электромашиналық күшейткіштерді қолдану азайды. Олардың орнына шала өткізгіштер қолданылып келеді (транзисторлар, теристорлар); сигналдарды электомеханикалық түрлендіргіштер, олар әртүрлі сигналдарды түрлендіріп және өндіріп отырады. Олар көп жағдайда электрлік микромашина ретінде автоматика жүйелерін реттеуде қолданылады.Электрлік өлшеулерде, әртүрлі датчиктерде, сондай-ақ дифференциалдаушы және интегралдаушы элементтер ретінде , салыстырушы және реттеуіш органдар ретінде қолданылады. Әрекеттік парқы және ток түріне байланысты классификация. Ток түріне сай электр машиналары айнымалы және тұрақты ток машиналары болып бөлінеді. Айнымалы ток машиналары әрекеттік парқына сай және электромагниттік жүйесінің ерекшелігіне сай трансформаторларға, асинхронды, синхронды және коллекторлы машиналарға бөлінеді. Трансформаторлар олар кернеуді кең көлемде түрлендіру үшін қолданылады, яғни электр энергиясын бөліп беруде және таратуда қолданылады. Асинхронды машиналар негізінен бұл машиналар үш фазалы айнымалы ток машиналары ретінде қолданылады. Құрылысының қарапайымдылығымен және жоғары сенімділігімен бұл машиналар әртүрлі станоктарда, жүк көтеруші, жер қазушы машиналарда, компрессорларда, желдеткіштерде т.б. қолданылады. Автоматты реттеу жүйелерінде бір және екі фазалы басқарушы асинхронды двигательдер , тахогенераторлар , сондай-ақ сельсиндер қолданылады. Синхронды машиналар айнымалы ток генераторлары ретінде электр станцияларында , жоғары жиілікті автономды қорек көзі ретінде (корабльдерде, самолеттерде,т.б.) қолданылады. Жоғары қуаттағы электрлік жетектер үшін синхронды двигательдер қолданылады. Автоматика қондырғыларында аз қуатты синхронды машиналар пайдаланылады ( реактивті, тұрақты магниттерімен, гистерезисты, индукторлы т.б.) Коллекторлы машиналар айнымалы токтың бұл машиналары сирек қолданылады Тұрақты ток машиналары генератор және двигатель ретінде электрлік жетекте , яғни айналу жылдамдықты кең көлемде реттеуде : темір жол және теңіз көлігінде, прокатты стандарда, үлкен жүк тасымалдаушы автокөліктердің электрлік трансмиссиясында, жүк көтеруші және жер қазушы машиналарда, күрделі металл өңдеуші станоктарда т.б., сондай-ақ двигательдерінде қорек көзі ретінде пайдаланылатын аккуммулятор батареялары ( статор двигательдері, су асты кемелерінің двигательдері, космос корабльдері т.с.с.) Тұрақты ток генераторлары көп жағдайда байланыс қондырғыларын қоректендіру үшін, аккумулятор батареяларын зарядттау үшін, жылжымалы көліктерде қорек көзі ретінде ( автокөліктер,самолеттер , тепловоздар, адам тасымалдаушы вагондар) қолданылады.Бірақ кейінгі кезде ТТГ айнымалы ТГ ауыстырылып, онда жартылай өткізгішті түзеткіштер қолданылады. Автоматты реттеу жүйелерінде ТТМ электромашинды күшейткіштерде, орындаушы двигательдер мен тахогенераторларда қолданылады. Қолданылуына сай автоматика құрылымдарында қолданылатын электрлік микромашиналар келесі топтарға бөлінеді: Күштік микродвигательдер әртүрлі автоматика механизмдерін , өздігінен жазушы өлшеуіш аспаптарды айналдырады.  Басқарушы двигательдер - өздігінен келген электрлік сигнал біліктің механикалық қозғалысына айналып, белгілі бір коммандаларды жұмысқа пайдаланады. Тахогенераторлар – біліктің механикалық айналуын электрлік кернеу сигналына түрлендіреді, біліктің айналу жылдамдығына пропорционал.    Айналмалы трансформаторлар- ротордың бұрылу бүрышына, мысалы осы бұрыштың косинусына,синусына пропорционал шығушы кернеуді береді.      Синхронды байланыстағы машиналар-(сельсиндер, магнесиндер), синхронды және синфазалы айналыс беруші,немесе бір-бірімен механика байланысы жоқ осьтер. Қуат бойынша классификация-электр машиналары қуаты бойынша аз, орта және үлкен қуатты микромашиналарға бөлінеді. Микромашиналар қуаты ваттметр бөлігінен 500 вт-қа дейін. Бұл машиналар айналмалы және тұрақты токта жұмыс істеп, қалыпты және жоғары жиілікте жұмыс істейді.(400-2000 Гц) Аз қуатты машиналар- олар 0,5-тен 10 квт-қа дейін, олар қалыпты және жоғары жиілікте жұмыс істейді. Орта қуатты машиналар- 10 квт-тан бірнеше жүз киловатқа дейін. Үлкен қуатты машиналар- бірнеше жүз кв-тан жоғары орта және үлкен қуатты машиналар жұмыс істейді. Айналу жылдамдығына сай классификация. Айналу жылдамдығына сай электр машиналары бөлінеді: баяу жүрісті 300 айн/мин-қа дейінгі, орта жүрісті 300-ден 1500 айн/мин, жылдам жүрісті 1500-ден 6000 айн/мин, аса үлкен жүрісті 6000 айн/мин-тан жоғары болады. Микромашиналар минутына бірнеше айн/мин-тан 60000 айн/мин-қа арналып дайындалады, ал орта және үлкен қуатты машиналар 3000 айн/мин-қа арналып дайындалады.    Лекция №1. Трансформатор құрылысы және оның әрекеттік парқы. 1.1. Трансформатор туралы жалпы мәліметтер Трансформатор - (transformo-преобразую) түрлендіремін деген латын сөзінен алынған термин. Трансформатор арқылы айнымалы ток энергиясының параметрлерін кернеуді U1-ден U2-ге, ток күшін I1-ден I2-ге, жиілікті f1-ден f2-ге, фазалар санын m1-ден m2-ге және лездік кернеу мен ток күштері қисықтарының формаларын (синусоидалы немесе синусоидалы емес) KU1-ден KU2-ге, KI1-ден KI2-ге түрлендіруге болады. Параметрлері түрлендірілген айнымалы ток энергиясы тізбектің бір бөлігінен екіншісіне (тұтынушыға) беріледі. Берілетін энергия мөлшерін тұтынушының қажетіне қарай трансформатор өздігінен көбейте немесе азайта алады. Демек, трансформатор тұтынушыға беретін энергияны өздігінен реттей алатын ерекше қасиетке ие.  Энергия параметрлерінің түрленуі, түрленген энергияны тізбектің бір бөлігінен екіншісіне берілуі және берілетін энергияның реттелінуі бір мезгілде іліктес жүретін күрделі электромагниттік процесс.  Көп жағдайда трансформаторды жиілікті, фазалар санын, кернеу мен ток күштерінің синусоидалы формаларын тұрақты сақтай отырып f1=f2=const, m1=m2=const, KU1=KU2=const, KI1=KI2=const кернеудің әсерлік мәнін U1-ден U2-ге түрлендіру үшін қолданылады. Мұндай түрлендіру кезінде энергияның сақталу және өзгерту заңына орай токтың да әсерлік мәні I1-ден I2-ге өзгеретіндігін есте мұқият сақтау керек. Осыған орай жиілікті өзгертпей белгілі бір кернеудегі (U1) айнымалы ток энергиясы магнит өрісі арқылы басқа бір кернеулердегі (U2) айнымалы ток энергиясына түрлендіретін электростатикалық құрылымды трансформатор деп атаймыз . Бір фазалы трансформатор орамдар саны W1, W2 екі катушкадан және магнит өрісін күшейтуге арналған тұйық ферромагнит өзекшеден (1.1,а-сурет) тұрады. Шығындарды (гистерезис, құйынды токтарды) азайту мақсатында өзекшелер жеке пластиналардан жасалынып бір-бірінен оқшауланады.  Трансформатордың әрекеттік парқы. Бірінші орамдағы кернеу синусоидалы функция болсын, яғни                U1=  U1msin(ωt + α1) , ω = 2πf                                      (1.1) Мұндай жағдайда ол арқылы i1 синусоидалы тоғы өтеді.                                           i1= I1m sin`(ωt – ε1)                                             (1.2)  Бірінші орамдағы i1 тоғы магниттеуші күш W1i1-ді пайда етеді. Осы күш әсерінен Ф1, магнит ағыны қоздырылады. Қоздырылған ағын бағытын бұранда ережесімен анықтаймыз.                             а)                                                       б)                                              1.1- сурет    Нақты жағдайда тізбекте ферромагнит өзекше болғандықтан ток күші i1 синусоидалы функция болмайды. Инженерлік практикада есептеулерді оңайлату мақсатында синусоидалы емес функцияларды эквивалентті синусоидалармен алмастырады. Ф1 ағыны ферромагнит өзекше бойымен тұйықталынып, бірінші және екінші орамды бір мезгілді қиып өтеді. Демек, бұл ағын екі орамға да ортақ. Осыған орай оны өзара индукция ағыны деп атауға болады. Ф1 ағыны бірінші және екінші орамдарда электр қозғаушы күштерін индукциялайды. Электромагниттік индукция заңына орай олардың мәндері                                                                ,                           (1.3) екінші орамды тұтынушымен тұйықтасақ, онда осы ЭҚК әсерінен екінші орам арқылы синусоидалы ток өтеді                                                                                           (1.4)    Екінші орамдағы i 2 тоғы магниттеуші күш W1i2-ні пайда етеді. Ол Ф2 магнит ағынын қоздырады. Қоздырылған ағындарды төмендегі түрде жіктеп жазуға болады                                      Ф1 =Ф1d + Ф12 ,  Ф2= Ф2d + Ф21                     (1.5) Мұндағы Ф1d, Ф2d бірінші және екінші орамдағы ауа арқылы тұйықталынатын шашыранды ағындар (1.1,а-сурет). Шашыранды ағындар энергияны трансформатордың бірінші орамынан екінші орамына тасымалдауға қатыспайды, Ф12 және Ф21 ағындары ферромагнит өзекше бойымен тұйықталынып бірінші және екінші орамдарды бір мезгілде қиып өтеді (1.1,а-сурет). Сондықтан оларды өзара индукция ағындары деп атайды. Энергияның тасымалдануы осы өзара индукция ағындарының көмегімен іске асырылады. Өзара индукция ағындарының алгебралық қосындылары                                                       Ф12 + Ф21 =Ф                                             (1.6) трансформатордың негізгі магнит ағыны деп аталынады. Негізгі ағын трансформатор орамдарында электр қозғаушы күштерді                                              ,                             индукциялайды, оны жоғарыдыда айтып өттік, сондықтан (1.3) өрнектегі магнит ағынына индекс қойылмайды. Екінші орам тоғы i 2 тұтынушы арқылы өтіп, трансформатордың екінші орам кернеуі u2 -ні береді, кернеу мәні орамдар санына байланысты, егер W1> W2 болса, онда трансформатор төмендеткіш, ал W1<W2 болса – жоғарылатқыш. Егер трансформаторды идеал деп қарастырсақ оның жүктеме және зая жүріс режимдері кезіндегі магнит ағындары өзара бірдей                                          Ф1 = Фо = Фоmsin(ωt + 0)                                     (1.7) Онда жүктеме режиміндегі ЭҚК зая жүріс режиміндегі ЭҚК тең                                                е1 = е10 е2 = е20                                                          (1.8) Лекция №2. Трансформатордың зая жүріс және қысқа тұықталу режимдері. Трансформация коэффициенті.   Дайындаушы зауыттағы конвейрден шыққан барлық трансформаторлар зая жүріс және қысқа тұйықталу тәжірибелеріне сынақтан өткізіледі, себебі оның паспортында келесі деректерді жазу үшін: зая жүріс тәжірибесінен- ферромагнит өзекшедегі тұрақты магнит шығынын Ро (құйындық токтар мен гистересиз шығындары), ал қысқа тұйықталу тәжірибесінен қысқа тұйықталу кернеуі uқ.т.% мен орамдарда болатын мыс шығындары Рқ.т. жазылады. Зая жүру режимінің тәжірибесі келесі суретте көрсетілген. ЛАТР-дың жылжымалы тиегін бұрай отырып бірінші орамға номинал кернеу U1н шамасын келтіреміз, өлшеніп алынған шамаларды пайдаланып магниттеуші тармақтың параметрлерін (Rо, Хо, Zо, cosφ) және трансформация коэффициентін (К12) есептейміз.                  ,              (1.9)                                  (1.10)                 1.2 - сурет. Қысқа тұйықталу режимі. Трансформатордың қысқа тұйықталу режимін қысқа тұйықталудан бөлек екендігін айыра білу қажет. Трансформатордың қысқа тұйықталуы апаттық режим. Өйткені, қысқа тұйықталу кезінде трансформатор орамдарымен өтетін ток күштері номинал мәндерінен 15-20 есе үлкен болады. Оның салдарынан трансформатор орамдары бүлініп істеп шығуы мүмкін. Мұндай апаттық жағдайды болдырмай, оның алдын алу үшін, сақтандырғыштар дер кезінде іске қосылып, трансформаторды электр желісінен ажыратуы тиіс. Қысқа тұйықталу режимі әдейі жасанды жолмен іске асырылатын тәжірибе. Мұндай тәжірибе кезінде трансформатордың екінші орамы қысқа тұйықталынады ( ). Екінші орам қысқа тұйықталғанымен ондағы ток күші номинал мәніне тең болатындай етіп (I1=I1ном) бірінші орам ұштарындағы кернеу мәні автотрансформатордың көмегімен барынша төмендетіледі (U1=U1н= (5¸10)B. Қысқа тұйықталу режимін пайдаланып трансформатордың бірінші және екінші орамдарды қыздыруға жұмсалатын шығындарды, қысқа тұйықталу параметрлерін анықтаймыз.                                                 1.3 - сурет           Екiншi орам қысқа тұйықталғанымен трансформатордағы ток күштерi номинал мәндерiне тең болатындай етiп (I1=I1ном, I2=I2ном) бiрiншi орам ұштарына ЛАТР-дың көмегімен барынша төмендетiлген кернеу шамасын келтiреміз. Электр өлшеуiш приборлардың көрсетулерiн пайдаланып трансформатордың қысқа тұйықталу параметрлерiн (Rқ, Xқ, Zқ, cosjқ) және пайыз есебiмен алынған қысқа тұйықталу кернеулерiн (Uқ%, Ua.қ%, Up.қ%) есептейміз. Олардың мәндерi Rқ = Pқ / ; Zқ = U1қ / I1ном ;                             Xқ = ; сos φқ = Pқ / I1ном U1ном                                    (1.11) uқ % = (U1қ / U1ном ) 100; uaқ% =( Pқ / Sном ) 100;                                                        upқ% = (Xқ U1қ / U1ном )                            (1.12)                                                                    Лекция №3. Жүктелген трансформатор жұмысы, оның векторлық диаграммасы. Параметрлерді анықтау, П.Ә.К. Жүктеме режимі кезіндегі трансформатордың электрлік және магниттік күйлері Кирхгоф және толық ток заңдарына сәйкес анықталынады (1.1,а-сурет)                                                                                                          (1.13)                                                                                           (1.14) Екінші орамдағы ток күші (1.4) өрнекке орай синусоидалы функция болғандықтан тұтынушы ұштарындағы кернеу де синусоидалы функция                                                                      (1.15) түрінде өзгереді. (1.1), (1.4), (1.7), (1.15) өрнектер арқылы анықталынатын синусоидалы функцияларды комплекс функцияларымен алмастырайық. Содан кейін оларды (1.3), (1.8), (1.13) формулаларға әкеліп қойсақ мынаны аламыз.                                                  (1.15)                                                                                  (1.16) Жоғарыда алынған өрнектерге сәйкес трансформатордың жүктеме ( ) режимдеріндегі векторлық диаграммасы 1.4,в-суретте көрсетілген. Инженерлік практикада диаграмманы салудың негізі етіп магнит ағыны Ф=Ф0 алынады. Шартты түрде ағын бағыты нақты ось (+I) бағытымен бағыттас (яғни, Ф=Ф0=Фomej0) деп қарастырылды. Оның себебі бұл ағын екі орамға да ортақ және оның мәні трансформатор жүктемесі кең көлемде өзгерген жағдайда (зая жүру режимінен наминал режимге дейінгі аралықта, яғни (Z=¥¸Zном) тұрақты Ф»Ф0»сonst дерлік. Ескерту: 1.4,в-суреттегі ,  векторлары  векторларынан және ,  векторлары  векторларынан көп кіші. Диаграмма көрнекті болуы үшін ,  және ,  векторлары әдейі үлкен өтіп сызылған. Сондай-ақ, 1.4а,б – суреттерде трансформатордың зая жүріс режиміндегі векторлық диаграммасы көрсетілген. Жүктелген трансформатордың қуат коэффициенті (сos φ1), пайдалы қуаты (Р2), трансформатордың пайдалы әсер коэффициенті (η) келесі өрнектерден анықталады:                        в) 1.4 – сурет. Лекция 4. Үш фазалы трансформаторлар.Физикалық үрдістердің ерекшеліктері. Үш фазалы токты түрлендіру топты түрде, яғни бір фазалы үш трансформаторлар көмегімен (1.6,а—сурет) немесе үш фазалы бір трансформатор арқылы іске асырылады (стерженді-- оқтамалы трансформаторлар 1.6,б-сурет).   1.5 сурет 1.6 – сурет. Үш фазалы трансформатордың магнит жүйесі: а) - топты трасформаторлар б) үш фазалы оқтамалы трансформатор 1.7 – сурет. Үш фазалы трансформаторлар:                       а) оқтамалы;                          б) сауыт оқтамалы магнит жүйесі бар.      Үш фазалы оқтамалы трансформатор өзекшесі бір фазалы үш трансформатор өзекшелерінен жинақталады. Бір фазалы трансформаторларды 1.8, а—суретте көрсетілгендей орналастырып, олардың орамы жоқ оқтамаларын біріктіп кернеулердің симметриял жүйесінде біріктірілген оқтамадағы фазалық магнит ағындар қосындылары                                          (1.17)  нольге тең , сондықтан біріктірілген оқтамада магнит өрісі болмайды,   1.8 – сурет. Бір фазалы үш трансформатордан үш фазалы                            оқтамалы трансформаторды құраушы схемалар онда біріктірілген оқтаманың қажеті жоқ. Мұндай трансформаторлар оқтамалы немесе сауыт (бронялы) оқтамалы магниттік конструкцияны құрайды (1.8 а,б – суреттер). Жармалар (ярмолар) биіктігін азайту үшін, аса қуатты трансформаторлардың магнит өзекшелері сауыт оқтамалы магниттік жүйе түрінде жасалады. Үш фазалы оқтамалы трансформаторлар экономикалық жағынан тиімді, ал аса үлкен қуаттарда өте үлкен өлшем бірліктері үшін оларды топты трансфорлаторлармен алмастырады. Үш фазалы трансформатор орамдары жұлдызшалап (1.7, а-суретте) және үшбұрыштап (1.7,б-суретте төменгі орам) , ал сирек жағдайда « ирек» (зигзаг) әдісімен жалғанады (1.9-сурет). Орамдарды жұлдызшалап жалғау кезінде линиялық кернеулер UЛ= UАВ = UВС = UСА =  UФ  фазалық кернеулерден  есе үлкен, мұндағы UФ = UA = UB = UC ; фазалық кернеулер, ал линиялық токтар фазалық токтарға тең екендігі белгілі IЛ = IФ , егер трансформатор орамдары үшбұрыштап жалғанса, линиялық кернеулер UЛ= UФ = Uа= Uв = Uc = Uав = Uвс = U са фазалық кернеулерге тең ; линиялық ток фазалық токтан  есе үлкен. Ирек әдісімен жалғанған орамдардағы кернеу мен ток араларындағы қатынастар жұлдызша жалғану кезіндегідей, бірақ жұддызша жалғану әдісіндегі кернеулер шамасын алу үшін, фазадағы орамдар саны 2/  = 1.16 есе артуы тиіс, мұндай ирек тәсілімен жалғанған трансформотор орамдарының бағасы артады,ал магниттік симметрия бұзылмайды, сонымен бірге трансформаторды жұмысқа пайдалануда (эксплуотацияда) бұл жалғану әдісі өзін ақтайды. Үлкен номинал кернеудегі (линиялық) орам – жоғары кернеу (ЖК) орамы , кернеу шамасы аз орам – төменгі кернеу (ТК) орамы деп аталады. Үш фазалы екі орамды трансформатор орамдарының жалғану схемасы бөлшек түрінде белгіленеді, алымында – жоғары кернеу орамының белгіленуі (ЖК) , бөлімінде - төменгі кернеу (ТК) орамы көсетіліді.   1.9 – сурет. «Ирек» схемасы және оның векторлық диаграмммасы           Мысалы 1.7,а-суретте трансформатор орамының жалғану әдісі белгіленген, ол Y / Y (латынша) немесе У/У (орысша),ал 1.7,б-суретте Y/  ( - грекше) немесе У/Д (Д-орысша) әріптерімен белгіленген. ГОСТ 11677-75 негізінде үш фазалы трансформатордың ЖК орамдарының бастапқы және соңғы ұштары А, В, С және Х,У,Z болып, ал ТК кернеу орамдарының бастапқы және соңғы ұштары – а,в,с және х,у,z деп белгілінеді. Жұлдызша жалғанған ЖК – дегі бейтарап түйіні О деп белгіленсе , ал ТК үшін о болып жазылады.Демек үш фазалы трансформатор орамдарының 12 ұштары бар, яғни олардың жалғану топтары да бар. Үш фазалы трансформаторлардың фазалық трансформация коэффициенті зая жүріс режиміндегі фазалық кернеулер қатынасымен анықталады                                                        КФ = UФЖК / UФТК                                    (1.18)   линиялық трансформация коэффициенті                                                         КЛ = UЛЖК / UЛТК                                   (1.19)   Егер фазалық орамдар Y/Y немесе  болып жалғанса онда                                                                   КЛ  = КФ    ал фазалық орамдардың жалғануы Y /  , болса онда линиялық трансформация коэффициенті КЛ  =  КФ , егер жалғану тәсілі Y , болса, онда КЛ = КФ / .              Лекция 5. Үш фазалы трансформатор орамдарының схемалары, жалғану топтары.      Үш фазалы трансформаторлардың фазалық орамдарының жалғану әдісіне сай линиялық жоғары кернеулер және линиялық төменгі кернеулер араларында белгілі бір фазалық ығысу бұрышы бар. Бұл ығысу бұрышы орамдардың оралу бағытына байланысты , егер трансформатор орамдары бағыттас оралған болса (1.10,а-сурет), онда олардың кернеулері де бағыттас, ал орамдар қарама-қарсы бағытта оралған болса, жоғары және төменгі орам кернеулері де қарама-қарсы бағытта болады (1.10,б-сурет). Яғни бұрыштық ығысу сағат тілінің бағытымен жоғары кернеуден төменгі кернеуге қарай есептелінеді (1.10,б-сурет). Егер, трансформатор орамдарының бастапқы және соңғы ұштарының белгіленуі бірдей, ал орамдары бағыттас оралса және олардың жалғану әдісі Y / Y болса, онда линиялық кернеулер векторлары UАВ мен Uав араларындағы ығысу бұрышы нольге тең , ал трансформатордың жалғану тобы О (1.10,а-сурет). Ал, фазалық орамдар Y / тәсілімен жалғанса, бұл бұрыш 3300 = 300 х 11, трансформатордың жалғану тобы 11 (1.10,б-сурет). Жоғары және төменгі кернеудегі фазалық орамдардың әртүрлі бағытта оралуына трансформатордың 5 және 6 топтардағы жалғануы сай болады, мұнда линиялық кернеулер араларындағы ығысу бұрыштары 1800 =300х6 , 1500 = 300х5 болады. Үш фазалы трансформатордың фазалық орамдарының стандартты жалғану топтары : Y / Y – 0 ; Y /  - 11; /Y-11 ; - 11;   1.10 – сурет. Бір фазалы трансформатор орамдарының жалғану            топтары мен олардың ұштарының белгеленуі      Трансформаторларды жұмысқа пайдалануда (эксплуатацияда) олардың орамдарының жалғану топтарын тексеруге тура келеді. Мүндай тексерудің бірнеше түрлері бар, кең тараған тексеру жолдарының бірі – фазометр және вольтметр әдістері.                        а)                                        б)  1.11– сурет. Үш фазалы трансформатордың жоғары және төменгі                         линиялық кернеулері араларындағы ығысу бұрышын                         анықтау: а) орамдар – Y / Y - 0 топтағы схемада                             жалғанған б) орамдар – Y /  - 11 топтағы схемада                                          жалғанған 1.12 – сурет.      Фазометр ідісі.  1.13- суретте фазометр арқылы жоғары кернеу және төменгі кернеу орамдары араларындағы линиялық кернеулердің ығысу бұрышын  - ді тікелей анықтау көрсетілген. Фазометрдің параллель жалғанған орамдары U-U –ді линиялық жоғары кернеулерге қосамыз, ал тізбектей жалғанған орамдар I – I –ді төменгі линиялық кернеулер ұштарына жалғаймыз.Тізбектей жалғанған орам токтарын шектеу үшін оны қосымша резистор Rқос арқылы жалғаймыз. Содан соң трансформаторды симметриялы кернеулер жүйесіндегі желіге қосамыз. Өлшеуге қолайлы болу үшін фазометр шкаласы 3600 болуы қажет. Вольтметр әдісі. Егер үш фазалы трансформатор орамдарының 12 ұшының белгіленуі жоқ болса, онда оны электромагниттік жүйедегі вольтметр РV көмегімен жоғары және төменгі кернеу орамдарын анық- таймыз.1.14-суретте көрсетілгендей вольтметр А-В айнымалы қоректендіру көзіне қосылсын, ал қорек көзінің бір ұшы трансформатор орамдарының ұштарына кезекпен түйіспеленеді. Вольтметр жебесі (стрелкасы) ауытқыса,орамдардың бір фазаға жататынын біліміз. Осылайша трансформатордың келесі фазалар жұбын белгілейміз. Жоғары кернеу орамдарының жұбын вольметр арқылы анықтағанда – оның жебесінің көрсетуі аз, төменгі кернеу орамдарының жұбын белгілегенде , жебенің көсетуі жоғары, бұл орамдар кедергідерінің бірдей емес екенін көрсетеді.                                                                                                                                                                                 1.13-сурет. Y/Y – 0 ; жалғану тобын       1.14 – сурет.        Үш рансформатордың   тексеру.Фазометр әдісі                          жоғары және төменгі керулер                                                                       қысқыштарын анықтау.                                                                                                                                                                                            Лекция 6. Трансформаторларды жұмысқа параллель қосу.     Тұтынушыларды электрмен жабдықтау үздіксіз болуы үшін,апатты жағдайлар мен жөндеу жұмыстары кезінде, бірнеше трансформаторларды параллель жалғау қолданылады. Сондай –ақ қосалқы станциялардың жүктемесі айтарлықтай өзгерсе, олардың тәуліктік графиктері де өзгеріп отырады. Ал жүктеме азайғанда бір немесе бірнеше трансформаторларды ажыратып қоюға болоды. Нәтижесінде жұмысқа пайдалану көрсеткіштері,яғни п.ә.к. және сos  жеткілікті түрде жоғары болады (1.15 сурет).                                                                                                                     а)                                        б) 1.15,а—сурет. Трансформаторлады жұмысқа                     1.16—сурет.                            параллель қосу.          Параллель жұмысқа қосылған трансформатордың ортақ жүктемелері олардың әр қайсының номинал қуаттарына пропорционал бөлінуі үшін екі орамды трансформаторларды параллель қосуда келесі шарттар орындалуы тиіс : 1. Барлық параллель жалғанған трансформаторлардың жоғары орам кернеулері мен төменгі орам кернеулері тең, яғни олардың трансформация коэффициенттері бірдей КI = KII = KIII = · · · Егер бұл шарт орындалмаса, зая жүріс режимдерінде де, параллель жалғанған барлық трансформаторларда теңестіру тоғы (уравнительный) пайда болады                                          тең =  / (ZKI + ZKII)                          (1.20) Мұндағы U - параллель жалғанған трансформаторлардың екінші орам кернеулерінің айырымдары. ZKI , ZKII – трансформатордың ішкі кедергілері. Трансформатордың жүктеме режимдерінде теңестіру тоғы жүктеме тоғына қосылып орамдарды қыздырады.Бұл жағдайда, екінші орам кернеуі жоғары трансформатор, еселеп жүктеледі, (трансформация коэффициенті аз) ал қуаты бірдей , бірақ трансформация коэффициенті жоғары трансформатор – толық жүктелмейді. Трансформаторларды еселеп жүктеу мүмкін емес, ол үшін жалпы жүктемені азайту қажет, сондықтан трансформация коэффициеттері әртүрлі трансформаторлардың қалыпты жұмыс істеуі мүмкін емес. Егер параллель жалғанған трансформаторлардың трансформация коэффициенттерінің айырмашылықтары 0.5% артпаса, онда ГОСТ негізінде оларды параллель қосуға болады, яғни олардың орта мәндері :                                  К = [( КI - KII ) / K ] * 100%  0,5 %              (1.21)   мұндғы К =  трансформация коэффициенттерінің гоеметриялық орта мәні.   2. Трансформатордың жалғану топтары бірдей болуы керек.    Бұл шарт орындалмаған жағдайда екінші орамдағы линиялық кернеулер бір-бірімен фазалық ығысуда болады, трансформатор тізбегінде кернеулер айырымы пайда болады, нәтижесінде теңестіру тоғы трансформатордың номинал тоғынан бірнеше есе үлкен.   Егер трансформация коэффициентері бірдей, жалғану топтары Y/Y-0, Y/∆-11 екі трансформаторды параллель жалғасақ. онда бірінші трансформатордың линиялық кернеуі U21 екінші трансформатордың линия кернеуін үлкен U2II   √3 есе үлкен (U21 / U2II=√3);   Сондай-ақ олардың векторлары фазалары бойынша бір-бірінен 30º бұрышқа ығысқан (1.16-сурет). Бұл жағдайда екінші орамда кернеулер айырымы ∆U пайда болады. Оның мәнін табу үшін (1.16 суретті) қарастырайық; мұндағы ОА қиындысы √3 U2II/2 тең, яғни U2II= U2I/√3 екенін ескеріп ОА=0,5 U2I деп алуымызға болады, нәтижесінде U21, U2II I және ∆U кернеулерінен пайда болған үшбұрыш тең бүйірлі, сондықтан ондағы кернеулер айырымы ∆U= U2II. Мұндай кернеу айырымдарында теңестіру тоғы номинал токтан 15-20 есе артық, яғни апатты жағдай болуы мүмкін. 3. Трансформатордың қысқа тұйықталу кернеулері өзара тең болуы керек:  Uқi═ UҚII = UҚIII=… Бұл шарттың орындалуы трансформатордағы жалпы жүктеме әрбір трансформаторға пропорционал бөлінуі үшін қажет.  Лекция 7. Автотрансформаторлар Төменгі орам кернеуі жоғары орам кернеуімен электрлік (гальваникалық) байланыста болатын трансформатор-автотрансформатор деп аталады.            1.17 – суретте төмендеткіш автотрансформатордың А және Х ұштарына бірінші орам кернеуі беріледі, ал екінші орам ретінде бірінші орам бөлігі а және х ұштары пайдаланылады, Х және х ұштары біріктірілген. Wах орамы бірінші және екінші орамға да ортақ, мұнда I12 тоғы жүреді, а нүктесіндегі токтар теңдеуі                                                        I2=I1+I12                                                 (1.22)   екендігі белгілі, немесе                                                     I12= I2- I1                                                (1.23)   Егер трансформация коэффициенті           КА = WAx / Wax            1.17-сурет   бірден шамалы үлкен болса, онда I1 және I2 токтарының бір-бірінен айырмашылықтары аз, олардың айырымдары да онша көп емес, сондықтан Wax орамдарының қимасын аз сыммен орауға болады.            Автотрансформаторларда өтпелі және есептелген қуаттардың шамалары бар. Өтпелі қуат SӨТП=U2I2 бірінші орамнан екініші орамға берілетін қуат, ал есептелген қуат SЕСЕП  бірінші тізбектен екінші тізбекке магнит өрісі арқылы берілетін қуат. Ол  үшін (1.23) өрнекті пайдаланайық, яғни                          SӨТП = U2I 2=U2 (I1+I2)= U2I1+ U2I2=SЭ+ SЕСЕП                             (1.24).   мұндағы SЭ = U2I1 - трансформатордың бірінші тізбегінен екінші тізбекке электрлік байланыс арқылы беретін қуаты.   Автотрансформатордағы есептелген қуат SЕСЕП =U2I12 өтпелі қуаттың бөлігін құрайды. Басқа бірдей қуатты трансформаторлармен салыстырғанда автотрансформаторлардың магнит өзекшесінің қималары аз. Сондай-ақ орамның орта ұзындығы да азаяды, мыс шығындары да төмендеп автотрансформатордың пайдалы әсер коэффициенті жоғарылайды.   Қолданылуы: Үш фазалы автотрансформаторлар электр желілерінде және электр энергиясын таратуда 110, 220 және 500 кВ кернеулерде қолданылады. Олардың қуаттары 500 МВ·А, одан да жоғары болуы мүмкін. Олардың орамдары әдетте жұлдызша әдісімен жалғанады. Электрлік жетекте автотрансформаторлар қуатты асинхронды және синхронды двигательдің жүргізу кезіндегі токтарын азайту үшін қолданылады. 2 бөлім. Асинхронды машининалар. Жалпы мағлұматтар   Үш фазалы асинхронды қозғалтқыштар электр энергиясын механикалық энергияга түрлендіріп, оны жұмысшы машинаны қозғалысқа келтіретін білікке береді.   Дүние жүзінде өндірілетін знергияның 50%-тін асинхронды қозғалтқыштар пайдаланады. Оның себебі, олар өндірісте, ауыл шаруашылырында, автоматты басқару жане реттеу жүйелерінде кеңінен қолданылады. Асинхронды қозғалтқыштардың көмегімен экскаваторлар, жүк көтеру машиналары, насостар, желдеткіштер, экскалаторлар, лебедкалар іске қосылады. Оны алғаш рет орыс электригі И.О.Доливо-Добровольский 1889 жылы ойлап шығарды. Қозғалтқыш конструкциясы әлі, күнге дейін қарапайым, құны арзан, пайдалануда тиімді. Фазалар санына байланысты асинхронды машиналар бір фазалы, екі фазалы, үш фазалы болып бөлінеді. Бір фазалы қозғалтқышлар автоматика құрылымдарында, тұрмыста, электр аспаптарының жетегі ретінде қолданып, қуаты 0,5 кВт-тн артпайды. Өндірісте қуаты ватт бөлігінен бастап бірнеше мыңдаған киловатт болатын, ал статор орамдарының кернеуі 10 кВ дейінгі асинхронды қозғалтқыштар шығарылады. 50 Гц жиілікте олардың айналу жылдамдықтары 500-ден 3000 айн/мин аралығында. Асинхронды қозғалтқыштар қайтымдылық қасиетке ие, яғни ол кез келген электр машинасы сияқты генератор және қозғалтқыш (двигатель) режимдерінде жұмыс істейді. Асинхронды генераторлар жеке қоректендіру көздері ретінде де пайдаланылады, себебі оларда магнит ағынын қоздырушы . қоректекдіру көздері жоқ, ал керекті магнит өрісін алу үшін статорға конденсатор батареялары жалғнады.Асинхронды қозғалтқыштар электр энергиясын механикалық энергияға түрлендіріп қана қоймай, олар жиілікті, кернеуді, фазалар санын түрлендіру үшін де қолданылады. Лекция №8. 2.1 Үш фазалы асинхронды қозғалтқыштың құрылысы Айнымалы ток машиналары негізгі екі бөліктен, қозғалмайтын статордан және айнымалы ротордан тұрады (2.1 — сурет). Машинаның магнит өрісін жетілдіріп, оған тиісті конфигурациясын беру үшін асинхронды қозғалтқыштар статор және ротор өзекшелерінен тұрады. Бұл екі өзекшелер құйыңды токтардан болатын шығындарды азайту үшін жеке-жеке тіліктерден қаттап жиналып, бір-бірінен лакпен оқшауланады (изоляцияланада).   2.1- сурет. Асинхронды қозғалтқыштың құрылыс схемалары. 1-білік, 2, 6- подщипник, 3,7- подщипниктік қалқан, 4-клемдік қалқанша, 5-желдеткіш, 8 –желдеткіш қорабы, 9- қысқа тұйықталған орамды ротор өзекшесі, 10-орамдары бар статор өзекшесі, 11- қорап, 12- тіреуіш табандар.   Цилиндр тәрізді болып қаттап жиналатын статор өзекшесі болаттан, шойыннан немесе алюминийден жасалған сыртқы қорапқа (корпуске) орналасады . Өзекшенің беттік жағындағы ойықтарына (паздарына) бір-бірінен 120° бұрыш жасай орамдар орналасады. Оны статор орамдары деп атайды. Статор орамдары жұлдызшалап немесе үшбұрыштап жалғанады. Әрбір орамның бастапқы және соңғы ұштары сыртқы қораптағы қысқыштары бар арнайы қалқаншаға (клемная панель) шығарылады 2.2, а. жене б —суреттер. Орам ұштарының әріп бөлгілері 2.1-кестеде көрсетілген. қалқаншада белгіленген                             а)                                                       б) 2.2 – сурет. Қысқа тұйықталған ротор: а-«тиін дөңгелекті» орам; б- орамдары қысыммен құйылған ротор; 1- білік, 2- қысқа тұйықталған шеңбер, 3 - желдеткіш қалақшалар.                                                                                                                  2.1 кесте.                                                                       Фаза Орамнын басталкы ұшы Орамнын сонғы ұшы А С1 С4 В С2 С5 С С3 С6                      а)                       б) 2.3 – сурет.Статор орам ұштарының орналасуы (а), статор орамдарын жұлдызша және ұшбұрыштап жалғағандағы ауыстырып қосқыш жағдайы (б)   Қалканшада қозғалтқышқа арналган желінің екі кернеуі, яғни 220/127В, 380/220 В немесе 380/660 В көрсетіледі. Жоғарғы кернеу үшін статор орамдары жұлдызшалап, ал төменгі кереу үшін - үшбұрыштап қосылады. Ротор өзекшесінің беттік жағындағы валмен бағыттас ойықтарына ротор орамдары орналасады. Ротор орамдары мен статор орамдарының арасында электрлік байланыс жоқ. Олардың арасында ауа саңылауы болғандықтан бұл орамдар бір-бірімен тек индуктивтік байланыста. Ротор орамдары екі түрге бөлінеді: қысқа тұйықталган орам және фазалық орам болып.   2.4 – сурет. Ротор орамдары қысқа тұйықталған (а) және фазалық роторлы (б) үш фазалы асинхронды қозғалтқыштың принципиалды схемасы. Осыған орай оларды ротор орамдары қысқа тұйықталған және фазалық роторлы асинхронды қозғалтқыш деп атау келісілген (2.4 —сурет). Қысқа тұйықталған орамды ротор "тиін дөңгелегі" (беличье колесо) түрінде жасалып, балқытылған алюминийден ыстық күйінде дайын ротор өзекшесінің саңылауына қысыммен құйылады. Фазалық ротор үш орамнан тұрады, олар өзара жұлдызшалап жалғанады. Орам ұштары білікке бекітілген мыс сақиналарга 2 жалғанған. Мыс сақиналар сырғымалы щеткілер 4 арқылы сыртқы тізбектегі реостаттарға 5 қосылады. Яғни, асинхронды қозғалтқыштың негізгі конструкциялық бөліктері: ротор өзекшесі отырғызылылған білік, ротор білігі айналып тұрған подшипниктер орналасқан подшипник қалқалдары, статор өзекшесі бекітілген сыртқы қорап.   2.5 – сурет. Фазалық роторлы үш фазалы асинхронды қозғатқыш құрылысы: 1,7 – подшип-никтер; 2,6 – подшипниктік қалқандар; 3 – қорап; 4 –орам-дары бар статор өзек-шесі; 5 – ротор өзекшесі; 8 – білік; 9 – клемдік қалқанша; 10 – тіреуіш табандар; 11 – түйіспелік сақиналар. 2.6- сурет. Фазалық роторлы асинхронды қозғалтқыштың статоры және роторы: 1 –статор орамдары; 2 – қорап; 3 – статор өзекшесі; 4- клемдік қалқанша; 5 – ротор өзекшесі; 6- ротор орамы; 7 – түйіспелік шеңбер.     Үш фазалы қоғалтқыштың әрекеттік парқы. Егер статор орамдарын үш фазалы кернеу көзіне жалғасақ, үш фазалы токтар жүйесі айналмалы магнит өрісін қоздырады. Айналмалы магнит өрісі ротордың орамдарын қиып өтіп, электромагниттік индукция заңы негізінде роторда айнымалы ЭҚК-ді индукциялайды, оның бағыты оң қол ережесі негізінде анықталады. Ротор орамдарының тұйық болуына байланысты ондағы электр қозраушы күш өзіне бағыттас ток шамасын өндіреді. Ротор тоғы мен айналмалы магнит өрісі әсерлесіп, ротордың әрбір өткізгіш орамына әсер етуші электромагниттік күшті (Fэм = В·I·ℓ) пайда етеді. Бұл күш бағыты сол қол ережесіне сай табылады. Осы күш әсерінен пайда болған момент                                            M = F ∙D                                                 (2.1)   роторды айналдыра бастайды. Мұндағы D-ротор диаметрі. Ротордың айналу бағыты n2 айналмалы магнит өрісіне nl бағыттас, бірақ одан біршама кем жылдамдықпен айналады. Ротор магнит өрісіне қарағанда асинхронды жылдамдықпен айналады. Демек, қозғалтқышты айналдырушы момент: Сұрақ: Егер статордағы магнит өрісі тұрақты болса, онда ротор айнала ма? Жауап: Жоқ. Себебі, роторда электр қозғаушы күш пайда болуы үшін магнит                            ағындарының уақыт бірлігінде өзгерісі қажет,          яғни ер = -WpdФ/dt, демек асинхронды қозғалтқыш жұмыс          істеу үшін айналмалы магнит өрісі қажет. Лекция № 9. Айналмалы магнит өрісін алу.    Егер, статор орамдарын үш фазалы желіге жалғасақ, онда А, В, С, фазаларында амплитудалары бірдей, бірақ бір-бірінен 120° бұрышқа ығысқан үш фазалы токтар жүреді 2. 2.7,б -сурет). АХ орамы үшін бастапқы фаза нолъге тең деп алсақ, онда токтардың лездік мәндері:                                                                            (2.2)                             2.2 өрнектегі үш фазалы токтар жүйесінің қорытқы магнит ағынының нольге тең емес екендігі белгілі. Сондықтан қорытқы магнит ағынының өзгеру сипатын білу үшін 2.7,б -суретте көрсетілген токтардың уақыт бірлігіндегі өзгерісін қарастырайық.                                            а)                            б)                                                     2.7 – сурет              Ол үшін әрбір фазадағы токтардың және өрістердің шартты түрде оң деп алынған бағыттарын таңдап алайық. Қозғалтқыш режимінде ABC фазалары үш фазалы қоректендіру көзіне жалғанғандықтан токтың оң бағыты үшін фазаның бастапқы ұшынан соңғы ұшына қарай алынған бағытын қабылдайық. Мұндай жағдайда фазадағы ток шамасын оң деп атаймыз. Я болмаса ток шамасы оң болса оны "х" таңбасы арқылы белгілеу, ал ток шамасы теріс таңбалы болса оны (∙) нүкте таңбасымен белгілеу келісілген. Ал 2.8 —суретте екі полюсті асинхронды қозғалтқыштың магнит индукцияларының шартты түрдегі бағыттары көрсетілген. Оны бұранда ережесімен анықтаймыз. 2.7,б —суретте көрсетілген токтардың бағыттары t1, t2, t3 бірліктерінің өзгерісіне сәйкес. Мысалы t1 уақытта А фазасындағы ток шамасы нольге тең, магнит ағыны ВА=0, ал В фазасындағы ток шамасы нольден кішгі iB <0, яғни iB тоғы фазаның соңғы ұшы у-тен(∙) , бастапқы В-ға қарай (х) бағытталған.                                                               2.8- сурет.   t1-уақытта С фазасындағы ток фазаның бастапқы ұшынан соңғы ұшына қарай бағытталған. Демек, қарастырып отырған 2.7,б —суреттегі 1-нүкте үшін: 1. іА = 0, ВА=0, iB<0, iС > 0 iB және iC фазаларындағы токтар бір-біріне тең болғандықтан, олардың    магниттеуші    күштері    де      бір-біріне    тең: Ал қорытқы магнит ағынының шамасы (2.9 —сурет): Bmқ = 2В∙ cos300 = 2Bm 2.7,б — суреттегі 2 және 3 нүктелері үшін 2. iB = 0, ВB = 0, iA>0, iC<0  3. iC = 0, BC = 0, iB>0, iA<0                  2.9 - сypem                 2.10 - сypem                           2.11 – сypem 2.9; 2.10; 2.11 —суреттерді салыстыра отырып байқайтынымыз, екі полюсті асинхронды қозғалтқыштың қорытқы магнит ағыны сағат тілінің бағытында айналып, Т/3 уақыт бірлігінде 120° бұрышқа бұрылады екен. Яғни, өрістің толық бір айналымы 360°-қа, немесе 2 радианға тең. 2.6. Статор орамдарындағы электр қозғаушы күш Бірінші тарауда қарастырып өткен трансформатор мен асинхронды қоғалтқыштың құрылысы мен әрекеттік парқын салыстырсақ, олардың белгілі бір параметрлері арасында байланыс бар екендігі анықталынады. Трансформатордың негізгі магнит ағыны бірінші және екінші орам ағындарының құраушысы болса, асинхронды қозғалтқыштың негізгі ағыны да статор және ротор ағындарының құраушысы деп қарастырура болады, статордары ЭҚК-тің әсерлік мәні:   E1 = 4,44 · Kорам1 · W1 · ƒ1 · Фm .                              (2.8)   деп жазуымызға болады. Мұндағы Kорам1 – орам коэффициенті, ол фазадағы ЭҚК-тің бір-бірінен фазалық бұрышқа ығысуын ескереді. Орам коэффициенті орам түріне, схемасына, ойықтардың кемуіне (скос пазов) байланысты. Оның жуық мәні 0,92÷0,96 аралығында. 2.7. Сырғанау Ротордың айналу жылдамдығы статордағы айналмалы магнит өрісінің жылдамдығынан біршама кем екенін көрсететін параметрді сырғанау (скольжение) деп атау келісілген. Сырғанау мәні салыстырмалы бірліктермен немесе пайызбен көрсетіледі:                                               (2.9)   мұндағы nS=n-n2=nlS айналмалы магнит өрісінің ротор орамдарын қиып өту жылдамдығы. Қозғалтқыш режимінде сырғанау мәні нольден бірге дейінгі (0÷1) аралықта өзгереді. Қозғалтқышты бастапқы жүргізу кезінде, яғни ротор қозғалмай тұрғанда:   n2=0, nS=n1, S=1.                                 (2.9.а)   (2.9) теңдіктен ротордың айналу жылдамдығын анықтауға болады:                                                                        n2=n1(1-S).                                             (2.10)   2.8. Ротордағы электр қозғаушы күш, жиілік және тоқ Жоғарыда айтып өттік, магнит өрісінің айналу жылдамдығы ротормен салыстырғанда n12 S ece кіші, яғни   n12=nS=n1-n2=n1S.   Сондықтан ротор орамында индукцияланған электр қозғаушы күштің амплитудасы сырғанауға байланысты өзгеріп отырады:   Em2=S · ωФm .   Ал оның ротор фазасындағы ЭҚК-нің әсерлік мәні (2.8) өрнекке орай:   E2=4,44 · Kорам2 ·  ƒ1 ·  S ·  W2 ·  Фm .                (2.11)   Ротордағы электр қозғаушы күш жиілігі ƒ2-де желі жиілігі ƒ1-ден S ece кіші, яғни,   ƒ2 = ƒ1S.                                            (2.12)   Қозғалткышты бастапқы жүргізіп жіберу кезінде, яғни ротор қозғалмай тұрғанда n2=0. сырғанау мәні S=1, онда орнында тұрған ротордары электр қозғаушы күш шамасы:   E20 = 4,44 · Kорам2 · ƒ1 ·  S ·  W2 · Фm .                   (2.13)   Айналып тұрған ротордағы электр қозғаушы күшті (Е2S) қозғалмай тұрған ротордағы электр қозғаушы күш пен сырғанау арқылы жазуға болады:   E2S = E20 · S .                                       (2.14)   (айналып тұрған ротор параметрлеріне S индексі қойылады). (2.14) теңдіктен байқайтынымыз ротордағы электр қозғаушы күш мәні бастапкы жүргізіп жіберу кезінде максимал мәніне ие, яғни ротордағы электр қозғаушы күш шамасы сырғанауға пропорционал. Статор және ротор орамдарындағы тоқтар трансформаторлардағы сияқты әрбір орамда ілініскен (басқа орамдағы ағындарға әсері жоқ) шашыранды магнит ағындарын қоздырады, оларды Ф1Q және Ф2Q деп белгілейік. Шашыранды магнит ағындары статор және ротор орамдарында синусойдалы электр қозғаушы күштерді индукциялайды, олардың мәндері: ,                                        (2.15) мұндағы x1=ω, L1=2πƒL1 статор орамдарының фазаларындағы индуктивтік кедергі; х20=ωL2=2πƒL2 – қозғалмайтын ротор фазасындағы индуктивтік кедергі; x2S=ωL2S=2πƒ2L2 айналып тұрған ротордағы индуктивтік кедергі. Жоғарыда айтып өткендей айналып тұрған ротор параметрін X2S=X20 · S қозғалмай тұрған ротор параметрі арқылы жаздық. Ротордағы ток күшін Ом заңы негізінде:                                           (2.16)   анықтауға болады. Мұндағы R2 ротор фазасының актив кедергісі, Z20 ротор фазасының толық кедергісі. E2S пен Х2S мәндері сырғанауға пропорционал болғандықтан, айналып тұрған ротордағы ток та сырғанау арқылы өрнектеледі:                         (2.17)   Ротор тоғы электр қозғаушы күшке қарағанда ψ2 бұрышқа ығысқан, оның мәні ψ2 = arctg Х2/R2:            (2.18) 2.9. Магниттеуші күштер мен статор тоғы Трансформаторлардағы сияқты (1.39) қозғалтқыштың зая жүру режиміндегі магниттеуші күші:                                                   W1İ10= .                                                  (2.19)   Жүктелген асинхронды қозғалтқыштың магниттеуші күштері статор және ротор орамдарында пайда болады:                                               W1İ1 - W2İ2 = .                                           (2.20) (1.39) теңдік негізінде қозғалтқыштың қорытқы магниттеуші күші зая жүріс режимінен жүктемеге көшкенде өзгермейді:   W1İ1 - W2İ2 = W1İ10 .                                     (2.21)   (2.21) теңдіктен статор тоғын анықтаймыз:   İ1=İ10 + İ2 .                                                                       (2.22)   Трансформаторлардағы сияқты жүктеме артқан сайын ротор тоғының өрісі өзін пайда етуіш өрісті (бірінші орамдағы токтың өрісін) әлсіретеді. Нәтижесінде -дің өзгерісі İ1 тоғының өсуіне әсер етіп, İ1 тоғы айналмалы магнит өрісін зая жүріс режимдегі қалпына келтіреді. 2.10. Асинхронды қозғалтқыштың электрлік күйлерінің теңдеулері. Алмастыру схемасы Бірінші тарауда қарастырып өткен трансформаторлар сияқты статор және ротор орамдары үшін Кирхгофтың екінші заңы негізінде теңдеулер құруға болады. Статор орамдары үшін:   →                         (2.23)   Айналмалы ротор орамдары тұйық болғандықтан:    →                  (2.24)   ротордағы электр қозғаушы күш реактив кедергідегі кернеулердің қосындысымен өрнектеледі. (2.24) теңдіктегі  және  трансформатордағы сияқты ротор орамдарының статор орамдарына келтірілген параметрлері. (2.24) теңдіктегі  мәнін түрлендірейік, яғни,   .                                           (2.25)   Онда (2.24) теңдеу мына түрге келеді:   .                            (2.26) Энергияның сақталу заңы негізінде  қозғалтқыш білігіндегі механикалық (Рмех) қуат жүйесіне сәйкес. Асинхронды қозғалтқыштың алмастыру схемасы (2.13-сурет) трансформатордың алмастыру схемасына ұқсас. Егер трансформаторда түрленген энергия тізбектің бір бөлігінен екіншісіне беріліп, одан әрі тұтынушыға жетсе, ал асинхронды қозғалтқышта айналмалы магнит өрісі арқылы ротор қабылдаған энергия механикалық энергияға түрленіп, қозғалтқыш білігі арқылы тұтынушыға механикалық энергия ретінде беріледі. Механика курсынан белгілі біліктегі механикалық қуат шамасы:   ,   мұндары ωр ротордың бұрыштық жиілігі.       2.13-сурет. Асинхронды қозғалтқыштың алмастыру схемасы   2.13-суреттегі  кедергісі трансформатордың алмастыру схемасындағы тұтынушы кедергісі -ге сәйкес. Қозғалтқыштың алмастыру схемасынан оның желіден алатын ток шамасын I1 анықтаута болады (егер зая жүріс тоғын I0 ескермесек):   . (2.27)

Электромагниттік момент

(1.19) өрнек негізінде ротор орамында да синусойдалы ток өтеді:

 

                                   (2.28)

 

мұндағы ψ₂ – ротордағы ЭҚК e_2S және ротор тоғы i_2S араларындағы бұрыш. Ал магнит индукциясының ауа саңылауында таралуы да жоғарыда айтып өткендей синусойдалы функция, яғни,

 

В = В_m · sinωt.

 

Асинхронды қозғалтқыштың әрекеттік парқын айтқанда ротордың әрбір өткізгіш орамына әсер етуші электромагниттік күш туралы айттық:

 

F=B_m ∙ℓ∙I_2m∙sin(ωt) sin(ωt - ψ₂).

 

Бұл күштің орта мәні ротор бойымен бір өткізгішке әсер етуші интеграл өрнегімен анықталады:

 

 

 

 

 

 

Электромагниттік момент ротордың барлық орамдар санына N₂-ге әсер береді, демек, барлық орамдарға әсер етуші күш:

 

F = N₂ · F_ор,

 

айналдырушы момент осы күш пен ротор радиусының көбейтіндісіне тең:

 

                 (2.29)

Жоғарыдағы теңдеулерден магнит индукциясының әсерлік мәні:

 

 

бұл өрнектегі  полюстің магнит ағыны арқылы жазылған магнит индукциясының орта мәні, бұдан:

 

,                                          (2.30)

 

мұндағы: – ойықтардағы ротор сымының ұзындығы  – полюстік бөлік.

Егер, ротор диаметрін полюстік бөлік арқылы жазсақ:

 

                                              (2.31)

 

Онда (2.29) өрнекке (2.30 және 2.31) мәндерін қойсақ:

 

              (2.32)

 

бұл теңдіктегі – машинаның конструкциялық тұрақтысы деп аталады. Ал  ротор тоғының – актив құраушысы. (2.29) теңдіктен электромагниттік момент шамасы полюстің магнит ағыны мен ротор тоғының актив құраушысына тура пропорционал екенін байқаймыз. Сондай-ақ (2.29) теңдіктегі , ал R₂, Х_2S – айналып тұрған ротордың актив және реактив құраушылары.

 

2.12. Асинхронды қозғалтқыштың

өз жұмысын реттеу қасиеті

Асинхронды қозғалтқыш басқа электр машиналары сияқты өз жұмысын реттей алатын ерекше қасиетке ие. Жұмысшы машинаның білігіңде жүктеме өссе, онда роторды айналдырушы момент өзгереді, бірақ қандай да болмасын өзгеріске қарамай моменттер тепе-теңдігі қайта орнайды.

Қозғалтқыш қалыптасқан режимде жұмыс істеп тұр делік. Мұндай жағдайда қозғалтқышты айналдырушы электромагниттік момент тежеуіш моментке тең (М_ЭМ=М_meж). Егер, кенеттен тежеуіш момент өссе, моменттер тепе-теңдігі бұзылады, яғни ротор тежеледі, оның жылдамдығы n₂ кемиді, соның салдарынан сырғанау өседі, демек статордың магнит өрісі ротор орамдарын жиірек қиып өтеді. Нәтижесінде ротордағы ЭҚК Е₂ артады, сол себептен ротордың актив тоғы І_2а және айналдырушы момент мәндері ұлғаяды. Ротордағы сырғанау, ток шамалары моменттер қайта тепе-тең болғанша артады, ротордың айналу жылдамдығы бұрынғыдан төмен жаңа қалыптасқан шамаға кемиді. Мұны асинхронды қозғалтқыштың трансформатор сияқты өз жұмысын өзі реттеу қасиеті деп атайды.

2.13. Асинхронды қозғалтқыштың

механикалық сипаттамасы

Электромагниттік моменттің сырғанауға және кернеуге тәуелділігі.

Ротордың айналу жылдамдығы n₂-нің айналдырушы моментке тәуелді графигі, яғни n₂=ƒ(M), асинхронды қозғалтқыштың механикалық сипаттамасы деп аталады. Кейде бұл сипаттаманы моменттің сырғанауға тәуелділігі арқылы айтады, М=ƒ(S).

Егер, механикалық қуат теңдеуінен Р=Мω_P момент шамасын тапсақ:

 

,                          (2.33)

 

мұндагы: ω_P=ω₀(1-S) – ротордың бұрыштық жиілігі; ω₀ – айналмалы магнит өрісінің бұрыштық жиілігі:

 

,  (2.34)

 

мұндағы f₁ – желі жиілігі.

(2.33) өрнекке (2.27) және (2.З4) мәндерін әкеліп қойсақ, қозғалт-қыштың механикалык сипаттама теңдеуін аламыз:

 

                      (2.35)

 

мұндағы Х_қ = Х_l +Х .

2.14.а және б-суреттердегі максимал момент мәніне сәйкес келетін сырғанау шамасын (критическое скольжение) (2.32) теңдіктен туынды алып, оны нолъге теңестіру арқылы анықтаймыз, .

 

 

 

а)                                                                          б)

 

2.14-сурет

 

Теңдеуді S арқылы шешіп, оның максимал мәнін шығарамыз:

 

.                       (2.36)

 

10.35 теңдіктегі S орнына S_MAX мәнін қою арқылы:

 

              (2.37)

 

             (2.38)

 

максимал момент шамасын табамыз. Плюс (+) таңба қозғалтқыш режимінде, минус (-) таңбасы генератор режиміне сәйкес.

(2.35)-(2.37) теңдіктерден алатын қорытынды: қозғалтқыш моменті әрқашан да желі кернеуінің квадратына пропорционал, яғни       M≡U². Сол сияқты максимал момент шамасы да желі кернеуінің квадратына пропорционал, бірақ ротор кедергілеріне тәуелсіз.

Бұл өрнектердегі R₁, Х₁, параметрлері асинхронды қозғалтқыш каталогында көрсетілмейді, сондықтан практикалық мақсаттарда асинхронды қозғалтқыштың механикалық сипаттамасын есептеп, оны сызу үшін оның паспортында және каталогында көрсетілген деректерді пайдаланады.

Қозғалтқыш паспортындағы деректер (2-15-сурет).

 

 

2.15-сурет

 

Қозғалтқыш каталогында оның түрі, максимал моменттің номинал моментке қатынасы λ беріледі, яғни оны қозғалтқыштың еселеп жүктелу қабілеті λ=M_max/M_ном, деп атайды. (перегрузочная способность). Жүргізуші моменттің номинал моментке қатынасын К_М=М_жүрг/М_ном, жүргізуші момент еселігі деп атау келісілген (кратность пусковых моментов).

Жүргізуші токтың номинал токқа қатынасын К_І жүргізуіші токтың еселігі деп атайды (кратность пусковых токов):

 

 

сондай-ақ габаритті және қондырмалы өлшеулері, қозғалтқыш массасы көрсетіледі.

(2.37) теңдіктегі статордың актив кедергісі R₁ басқа кедергілерге қарағанда өте аз шама болғандықтан оны ескермеуге болады, онда (2.35)-(2.37) теңдеулер мына түрге келеді:

 

                             (2.39)

                                    (2.40)

 

,                                (2.41)

 

мұндағы .

(2.39)-(2.40) теңдіктерді шешу арқылы оңай түрге келтірілген Клосс формуласын аламыз:

 

,                            (2.42)

 

мұндағы максимал момент мәнін қозғалтқыш каталогында көрсетілген еселеп жүктелу қабілетінің мәнінен  анықтаймыз. Ал максимал сырғанау шамасын (2.42) теңдіктегі S_max арқылы шешіп, ондағы S және М орнына олардың паспортында көрсетілген номинал мәндерін әкеліп қойсақ, максимал сырғанауды анықтаймыз:

 

,                           (2.43)

мұндағы

, .

 

2.14. Асинхронды қозғалтқышты жүргізіп

жіберу (іске қосу)

Ротор орамы қысқа тұйықталған қозғалтқышты жүргізіп жіберу. Мұндай қозғалтқыштар желіге тікелей қосылады (2-16-сурет). Статор жөне ротор орамдарымен өтетін токтардың мәндері олардың номинал мәндерінен бірнеше есе артады. Өйткені ротор қозғалмай тұрғанда n₂=0; S=1 айналмалы магнит өрісі ротор орамдарын үлкен (n_S=n₁-n₂) жиілікпен қиып өтеді деп айтқанбыз. Нәтижесінде роторда пайда болған ЭҚК өте үлкен, онда I₂ мәні де үлкен шама, сол себепті статор тоғы да өседі.

Жүргізіп жіберу тоғының үлкен мәні желі кернеуін барынша төмендетіп, басқа тұтынушылардың жұмысына нұсқан келтіреді. Бірақ қазіргі кездегі өндіріс желілернің қимасы үлкен, сондықтан жүргізу кезіндегі кернеудің кемуі онша үлкен әсер етпейді.

Асинхронды қозғалтқыш тоғының шамасын азайту үшін, статор орамдарына берілетін желі кернеуін төмендету қажет. Осылайша қозғалтқышты жүргізіп жіберудің бірнеше әдістері бар.

 

 

а)                                       б)

 

2.16-сурет. Ротор орамы қысқа тұйықталған асинхронды

қозғалтқышты желіге тікелей қосу схемасы (а)

және ток пен моменттің өзгеру графиктері

 

Қозғалқышты жүргізіп жіберу кезіндегі кернеуді төмендету үшін статор орамдарына актив және индуктивтік кедергілерді тізбектеп жалғайды. Жүргізу мерзімі аяқталган соң, ол элементтер ағытылынып алынады.

Қосымша резисторларды (R_қос) таңдап алу арқылы қозғалтқыштың жүргізуші ток мәнін қажетті шамаға дейін шектеуге болады.

Жүргізуші момент шамасы жүргізуші кернеудің квадратына пропорционал  яғни ( )². Мұндай жүргізу кезінде қосым-ша кедергіде болатын энергия шығыны едәуір үлкен (R_қос· ), сондық-тан қосымша реостат орнына индуктивтік кедергіні (реактор) жалғауға болады, қозғалтқышты бұлай жүргізу кезінде энергия шығыны кемиді.

Автотрансформаторлар арқылы қосу. Статор тізбегіне жалғанған автотрансформатор арқылы желінің төмендетілген кернеуі беріледі (2.17-сурет). Осылайша жүргізуші ток шамасын екі есе азайтсақ жүргізуші момент мәні де екі есе төмендейді. Бірақ автотрансформатор арқылы қозғалтқышты жүргізіп жіберу әдісі реактор (2.17.а-сурет) арқылы жүргізуден күрделі және қымбат.

Статор орамдарын жұлдызшалап жалғаудан үшбұрышқа ауыстырып қосу тәсілі. Қозғалтқыштың номинал кернеуі 220/380 В болсын, ал желі кернеуі 220 В, мұндай жағдайда статор орамдары жұлдызша жалғанбайды. Үшбұрыштап жалғау кезінде линиядағы ток фазадағы токтан   есе үлкен болғандықтан, мұндай жүргізу кезінде жүргізуші линиялық ток тікелей қосу кезіндегі токтан 3 есе аз, сол себепті жүргізупгі және максимал моменттер де 3 есе кемиді, себебі олар желі кернеуінің квадратына пропорционал (2.18-сурет).

 

 

а)                                                       б)

 

2.17-сурет. Ротор орамы қысқа тұйықталған асинхронды

қозғалтқышты реактор (а) және автотрансформатор

(б) арқылы қосу

 

 

 

а)                                                       б)

 

2.18-сурет. Ротор орамы қысқа тұйықталған асинхронды

қозғалтқыштың статор орамдарын жұлдызшадан

үшбұрыштап жалғауға ауыстырып қосу арқылы

жүргізу: а) қосылу схемасы; б) момент және фазалық

токтың өзгеру графиктері

 

Жүргізуші моменттің едәуір төмендеуінен бұл әдісті статор орамдарын үшбұрыштап жалғаған жағдайда ғана қолдануға болады.

Фазалық роторлы асинхронды қозғалтқышты жүргізу. Жүргізіп жіберу тоғын азайту үшін ротор орамдары жүргізуші реостаттар деп аталатын актив кедергімен тұйықталады (2.19.а-сурет). Бастапқы жүргізу кезінде жүргізуші реостаттар R_жүрг аз уақыт қана жұмыс істейді, сондықтан оны қысқа мерзімді әсерге есептеп ендіріп қояды (реостат введенном положении). Жүргізу аяқталған кезде кедергілерді біртіндеп азайтып шығарып қоямыз (вывести реостат), яғни ротор орамы қысқа тұйықталады. Ротор тізбегіне жалғанған жүргізуші реостаттар ондағы ток күшін азайтады, одан статордың желіден тұтынатын ток күші де кемиді. Сонымен бірге реостаттар ротор тоғының актив құраушысын да өсіреді, онда қозғалтқышты айналдырушы момент те артады. Ротордың айналу жылдамдығы қалыпты шамаға жеткен соң, кедергілер ротор тізбегінен мүлдем ағытылып қойылады.

 

            жұмыс жүргізу

 

а)                                                б)

 

1 – статор, 2 – щеткалар, 3 – ротор, 4 – түйіспелік шеңберлер, 5 – білік.

 

2.18-сурет: а) фазалы роторлы асинхронды қозғалтқышты

жүргізу схемасы; б) ротор тізбегіне реостат қосылғандағы

двигательдің механикалық сипаттамасы

 

2.19.б-суретте ротор тізбегіне қосымша жүргізуші реостат жалғанған кездегі оның механикалық сипаттамалары көрсетілген. Мұндағы максимал момент мәні қосымша кедергіге тәуелді, осы актив кедергі ротор тізбегіне толық ендірілгенде жүргізуші момент мәні максимал моментке жуық (2.19-суреттегі төменгі 1-ші сипаттама).

Қозғалтқыштың іске қосылуына сипаттамадағы 1 нүкте сәйкес. Ротор белгілі бір жылдамдыққа жеткенде (2 нүкте) оның жүргізуші кедергісі R_жүрг шығарылады, оның кедергісі _жүрг мәніне дейін азаяды. R_жүрг кедергісіне өзінің механикалық сипаттамасы сәйкес. Реостаттарды кысқа мерзімді әсерге біртіндеп ендірген кезде, қозғалтқыш пен механизмдердің инерциясы әсерінен ротордың айналу жылдамдығы өзгермейді, бұл режимге 3 нүкте сәйкес. Бұл аралықта М_айн>М_{тежеуіш}, сондықтан ротордың айналу жылдамдыры 3 нүктеден 4 нүктеге дейін ұлғаяды. Содан соң жүргізуші реостаттарды тағы да шығарып қоямыз, қозғалтқыштың үдеу алуы 5 нүктеге сәйкес, яғни қозғалтқыш өзінің табиғи механикалық сипаттамасына шығады, үдеу алу 6 нүктеде аяқталады.

 

2.15. Жүргізіп жіберу қасиеттері жақсартылған

қозғалтқыштар

 

Фазалық роторлы асинхронды қозғалтқыштың жүргізуші сипаттамалары жақсы болғанымен олардың конструкциясы өте күрделі.

Ротор орамы қысқа тұйықталған асинхронды қозғалтқыш конструкциясы қарапайым, құны арзан, пайдалануда сенімді екендігін айтқанбыз. Қозғалқыштың мұндай жетістіктерін сақтап, бірақ оның жүргізуші сипаттамаларын жақсарту үшін ротор конструкциясы өзгертілген қозғалтқыштар қолданылады. Оны алғаш рет 1889 жылы М.О. Доливо-Добровольский ұсынған. Роторда бір-біріне тәуелсіз екі қысқа тұйықталған орам бар. Біріншісі – жұмысшы орам, ол ротор өзекшесіне терең орналасады (2.20.а-сурет). Екіншісі – жүргізуші орам ол ротор өзекшесінің беттік жағына жақын орналасып, көлденең қимасы кіші стерженьдерден жасалады. Нәтижесінде жүргізуші орамның актив кедергісі жұмысшы орам кедергісінен 4-5 есе үлкен.

Жұмысшы орам ротор өзекшесінде терең жатқандықтан оның индуктивтік кедергісі жүргізуші орам кедергісінен әлдеқайда көп Х_жұмыс>>Х_жүрг. Қозғалтқышты іске қосу кезінде ротор тоғының жиілігі желі жиілігіне тең ƒ₂=ƒ₁. Асинхронды қозғалтқыштың реактив кедергілері олардың актив кедергілерінен айтарлықтай көп болғандықтан, жұмысшы және жүргізуші орамдардағы токтың таралуы олардың индуктивтік кедергілеріне кері пропорционал. Сол себепті жүргізуші токтың индуктивті кедергісі аз, ал актив кедергісі үлкен жүргізуші орам арқылы өтеді. Бұл орамды жүргізіп жіберу орамы деп атайды.

Ротор ойықтары тереңдетілген қозғалтқыштарда оның орамдары жұқа стержендерден жасалып, оның биіктігі бойына салынған бірнеше қатардан тұрады (2.20.б-сурет). Ойықтың төменгі бөлігіне орналасқан орамдарды, үлкен магнит ағындары қиып өтеді. Сондықтан төменгі қабаттардағы индуктивтілік және индуктивтік кедергілер жоғарғы қатардағы орамдардыкінен үлкен. Сол себепті қозғалтқышты жүргізу кезіндегі ток жоғарғы стержендерге тықсырылады, одан ротордың актив кедергісі өседі, нәтижесінде жүргізуші момент артады. Жургізуші қасиеттері жақсартылған қозғалтқыштардың жүргізуші моменті және тоғы:

 

М_жүрг = (1÷1,5) М_ном, І_жүрг=(4÷1,5)І_ном.

 

 

а)                                                б)

 

2.20-сурет

 

2.16. Үш фазалы асинхронды қозғалтқыштың

айналу жылдамдығын реттеу

Ротордың бір минуттағы айналу санын (2.6) өрнек арқылы анықтағанбыз:

 

 

Бұл формуладан байқайтынымыз ротордың айналу жылдамдығы желі жиілігіне ƒ₁ полюстер жұбының санына р және сырғанауға S тәуелді. Сондықтан ротордың айналу жылдамдығын осы параметрлердің кез келгенін өзгерту арқылы реттеуге болады.

Желідегі токтың жиілігін өзгерту арқылы реттеу. Желі тоғының жиілігі тұрақты шама ƒ₁=50 Гц. Жиілікті өзгерту үшін жеке қоректендіру көздері, немесе жиілікті түрлендіргіш қажет. Соңғы жылдары желі жиілігін түрлендіргіш ретінде жартылай өткізгішті тиристорлы жиілікті түрлендіргіштер қолданылады. Мұндай түрлендіргіштер арқылы қозғалтқыштың айналу жылдамдырын кең көлемде реттеуге болады.

Полюстер жұбының санын өзгерту арқылы реттеу. Бұл әдіс статордағы айналмалы магнит өрісінің полюстер жұбын өзгертуге негізделген. Көптеген өндіріс машиналарының айналу жылдамдығын жұмыс уақытында реттеу қажеттілігі болады. Қозғалтқыштың полюстер жұбының санын өзгерту үшін статордың әрбір фазаларындағы катушкалардың соңғы ұштарын ауыстырып қосу қажет. Егер, бірінші катушканың соңғы ұшын келесі катушканың бастапқы ұшымен жалғасақ (2.21.б-сурет) онда төрт полюсті магнит өрісі бар қозғалтқышты аламыз, ал оның полюстер жұбының саны:

 

Р = 2.

 

 

2.21-сурет

Егер, бірінші катушканың соңғы ұшын, екінші катушканың соңғы ұшына жалғасақ онда статор полюстерінің жұбы Р=1. Статор орамдарын мұндай тәсілмен ауыстырып қосу қозғалтқыштың айналу жылдамдығын екі есе өзгертеді, яғни екі жылдамдықты асинхронды қозғалтқышты аламыз, бірақ машинаның айналу жылдамдығы сатылай өзгереді. Өндірісте көп жылдамдықты арнайы асинхронды қозғалтқыштар шығарылады. Қозғалтқыш жылдамдығын осы тәсілмен реттеу экономикалық жағынан тиімді, бірақ бұл әдіс айналу жылдамдықты бірқалыпта реттеу үшін қолданылмайды.

Айналу жылдамдықты полюстер жұбының санын өзгерту арқылы реттеу ротор орамдары қысқа тұйықталған қозғалтқыштарда ғана қолданылады, фазалық роторлы машиналарда бұл әдіс пайдаланбайды, өйткені статор орамдарының полюстер жұбының санын қаншама өзгертсек, ротор орамдарының полюстер санын да соншама өзгерту қажет, бұл өте күрделі.

Ротор тізбегіндегі кедергіні өзгерту арқылы реттеу. Бұл тәсіл тек қана фазалық роторлық қозғалтқыштар үшін қолданылады. Мұндай реттеу кезінде сырғанауды өзгерту қажет, яғни n₂=n₁(1-S). Сонымен бірге сырғанауды желі кернеуін өзгерту арқылы да реттеуге болады. Желі кернеуін өзгерсек, қозғалтқышты айналдырушы момент те өзгереде, себебі айналдырушы момент желі кернеуінің квадратына пропорционал екендігін айтып өткенбіз, яғни М_айн азайса n₂ кемиді, ал S мәні артады.

 

Бір фазалы асинхронды двигательдер

Аз қуатты электр жетектерінде (кір жуғыш және тоңазытқыш машиналары, сүт сауу аппараттары, қой қырқу машиналары, центрифуга-лар, желдеткіштер т.б.) бір фазалы двигательдер қолданылады (600 Вт-қа дейін).

Ротор орамы қысқа тұйықталған бір фазалы асинхронды двигатель статорында жұмысшы және жүргізуші орамдар бар, жүргізуші орам жұмысшы орамға қарағанда кеңістікте 90˚ бұрышқа ығысқан (2.22.а,         б-суреттер). Сондықтан бастапқы жүргізуші моментті шығарып алу үшін статорда бір-бірінен 90˚-қа ығысқан екі катушкалар орналастырылады, яғни орамдағы токтар арасында да бір-бірінен π/2-ге тең фазалық ығысу бұрышының болуы үшін жұмысшы орам тікелей желіге, ал жүргізіп жіберу орамы жүргізуші элеметтермен қамтамасыздандырылады.

 

Жүргізуші конденсатор пайдаланғанда жүргізуші орам К бастырмасы арқылы ажыратылады. (2.22.б-сурет). Бір фазалы асинхронды двигательді реверсиялау үшін жүргізуші орам ұштарын ауыстырып жалғау керек.

 

 

а)                                                        б)

 

1 – жұмысшы орам; 2 – жүргізуші орам.

 

           2.22-сурет

 

2.18. Үш фазалы асинхронды двигательді

бір фазалы желіге қосу

Кез келген үш фазалы асинхронды қозғалтқышты бір фазалы қозғалтқыш ретінде пайдалануға болады. Бір фазалы қозғалтқыш ретінде жұмыс істегенде оның статор орамдарының екі фазасы жұмысшы орам ретінде бір фазалы желіге тікелей тізбектеп жалғанып, ал үшінші орамы (жүргізуші орам) сол желіге жүргізуші элементтер арқылы жалғанады. Жүргізуші элементтер ретінде резистор немесе конденсторлар пайдаланылады (2.23.б,в-суреттер). Жүргізіп жіберу орам тізбегіндегі жұмысшы сыйымдылықты (С_жұмыс) есептеген кезде, статор орамдарындағы номинал ток шамасы (І_ном), қозғалтқышқа әртүрлі жүктеме түсірген кезде, оның паспортында көрсетілген номинал мәнінен артпауы тиіс. Жұмысшы сыйымдылық мәні келесі тәуелділіктен есептеледі:

 

С_жұмыс=2700 І_1ном/U_1ном .                                  (2.44)

 

а)                                б)                                    в)

 

2.23-сурет: а) үш фазалы жөліге; б) конденсаторды

пайдалану арқылы бір фазалы жөліге қосу;

в) актив кедергіні пайдалану арқылы

 

Егер қозғалтқышты зая жүріс режимінде немесе жүктеменің ең төмен мәндерінде жүргізетін болсақ, онда қозғалтқышты жүргізуші конденсаторды қоспай-ақ жүргізіп бір фазалы желіге қосамыз.

Ал двигательді жүктеменің едәуір шамасымен жүргізетін болсақ, онда жүргізуші сыйымдылық қажет, оның мәнін:

 

С_жүрг = (2,5÷3) С_жұмыс                                    (2.45)

 

аралықтарында қабылдаймыз.

Егер, жүргізуші момент уақытын одан әрі арттыру қажет болса, жүргізуші сыйымдылық та артады, яғни,

 

С_жүрг = (6÷8) С_жұмыс                                                      (2.46)

 

мәніне ие.

Асинхронды двигательдерді үш фазалы және бір фазалы режимдерде пайдаланғанда оның статор орамдарында болатын шығындар бірдей болуы қажет. Үш фазалы режимде ток үш орам арқылы өтсе, ал бір фазалы режимде ол тек екі орам арқылы өтеді:

 

                                                                                   (2.47)

бұдан

                                                  (2.48)

 

Яғни, бір фазалы режимде фазадағы ток шамасын /2 есе арттырамыз. Қозғалтқыштың үш және бір фазалы режимдерінде желіден алатын қуат шамалары:

 

.                 (2.49)

 

Ал біліктегі қуат шамалары:

 

. (2.50)

 

(2.48) теңдікті ескере отырып (2.50) өрнектен пайдалы қуаттар араларындағы қатынастарды табамыз:

 

.                 (2.51)

 

Бір фазалы қозғалтқыштың қуат коэффициенті (cosφ) мен ПӘК (η ₍₁₎) үш фазалы қозғалтқыштан төмен екенін ескеріп cosφ=0,95×cosφ₃,             η ₍₁₎=0,95η₍₃₎ мынаны аламыз:

 

P₂₍₁₎/ P₂₍₃₎=0,63.                                        (2.52)

 

Бір фазалы қозғалтқыш қуаты үш фазалы қозғалтқыш қуатының 63% тең. Яғни бір фазалы қозғалтқыштың жұмысшы сипаттамалары төмен.

Бақылау сұрақтары

1. Фазалық және ротор орамы қысқа тұйықталған асинхронды двигатель құрылысын түсіндеріңіз?

2. Асинхронды двигатель паспортында қандай деректер беріледі?

3. Ротордың айналу бағытын қалай өзгертеміз?

4. Двигательдің паспортындағы деректерді пайдаланып номинал моментті қалай есептеп аламыз?

5. Үш фазалы асинхронды двигательдің айналу жылдамдығын реттеу әдістері.

6. Асинхронды двигательді жүргізіп жіберу әдістері қандай, ол не үшін керек?

7. Асинхронды двигательді айналдырушы электромагниттік момент формуласын жазыңыз.

8. Қозғалтқыштың механикалық сипаттамасы деп нені айтамыз.

9. Паспортындағы деректерді пайдаланып асинхронды двигательдің механикалық сипаттамасын қалай сызамыз?

10. Конденсаторлы асинхронды двигательдер қайда қолданылады?

11. Бір фазалы двигательдің механикалық сипаттамасын сызып көрсетіңіз?

 

3 бөлім.Синхронды машиналар.

 

СИНХРОНДЫ МАШИНАЛАР

3.1. Жалпы мәліметтер

Электр энергиясын өндіруге үш фазалы синхронды генераторлар қолданылады. Сондай-ақ синхронды генераторлар транспортта, жылжымалы электр станцияларында қоректендіру көздері ретінде жұмыс істейді. Машинаның синхронды деп аталу себебі оның статорындағы магнит өрісінің айналу жылдамдығы n₁ ротордың айналу жылдамдығына тең, яғни n₁=n₂.

Электр станцияларындағы негізгі энергияны өндіруші синхронды генератордың роторлары бу және су трубиналары арқылы айналады. Сондықтан синхронды машиналарды турбогенератор, гидрогенератор деп те атайды. Ал жылжымалы электр станциялары үшін бастапқы қозғалтқыш ретінде іштен жану двигателі немесе газ турбинасы қолданылады.

Синхронды машиналар қозғалтқыш ретінде де пайдаланады. Синхронды қозғалтқыштар айналу жылдамдықтары түрленбейтін сорғыштардың, компрессорлардың, желдеткіштердің үлкен қуатты электр жетектері ретінде кездеседі.

Синхронды қозғалтқыштардың негізгі артықшылығы – ол реактив қуат көзі ретінде жұмыс істейді, яғни ол тұтынушының қуат коэффициентін жоғарылатады, оларды синхронды компенсаторлар деп атау келісілген.

Үш фазалы синхронды генератордың, қозғалтқыштың құрылысы бірдей.

Қуаты өте кіші арнайы синхронды қозғалтқыштар ленталы өлшеуіш аспаптарында, электр сағаттарда, дыбыс жазуда, автоматика схемала-рында т.с.с. қолданылады.

 

3.2. Синхронды машиналардың құрылысы,

әрекеттік парқы

Синхронды машина құрылысындағы ерекшелік – оның ротор конструкциясында, осыған орай олар полюстері айқын көрсетілген роторлы және полюстері айқын көрсетілмеген роторлы болып бөлінеді (3.1,3.2-суреттер).

Статор болаттан немесе шойыннан жасалған қораптан тұрады, осы қорапқа цилиндр тәрізді жеке табақшалардан қаттап жиналған ішкі бетінде ойықтары бар статор өзекшесі бекітіледі. Статор ойықтарына кеңістікте өзара 120˚ бұрыш жасай орналасқан үш катушкалар жүйесі (параметрлері бірдей) орналасады, яғни синхронды машина статоры асинхронды машина статорынан айырмашылығы жоқ.

а)                                           б)

а) негізгі орындалу : 1 – якорь (статор) өзекшесі; 2 – үш фазалы якорь орамдары; 3 – индуктор (ротор) өзекшесі; 4 – қоздыру орамдары; 5 – түйіспелер және мыс сақиналар, б) айналмалы орындалу мұнда статор-индуктор, ротор-якорь деп аталады

 

3.1-сурет. Қозғалмайтын якорьден және айналмалы индуктордан (ротордан) тұратын синхронды машинаның конструкциялық схемасы

 

Полюстері айқын көрсетілмеген ротор өзекшеден 1, полюс ұшынан 2, өзекше ойықтарына салынған қоздыру орамдарынан 3 (3.2,а-сурет) және полюстері айқын ротор көрсетелгін (3.2,б-сурет).

1

2

а)                                           б)

 

1 – ротор өзекшесі; 2 – қоздыру орамдары.

 

3.2-сурет. Полюстері айқын емес және айқын көрсетілген

синхронды машинаның роторлары

Қоздыру орамдарындағы ток машинаның негізгі магнит ағынын Ф₀ қоздырады, яғни синхронды машинаның роторында өзінің магнит ағыны болғандықтан ротор полюстерінің жұп саны, статор полюстерінің жұп санына тең етіп жобаланады.

Қоздыру орамдары сырғымалы түйіспелер мен білікке бекітілген сақиналар арқылы тәуелсіз тұрақты кернеу көзінен қорек алады (3.3.б-сурет). Мұндай қоректендіру көздері ретінде синхронды генератордың ротор білігімен байланысқан тұрақты ток генераторлары пайдаланып келсе (3.4-сурет), соңғы жылдарда бұл мақсаттарда шала өткезгішті түзеткіштер пайдаланып жүр (3.5.б, в-суреттер).

 

а)                                       б)

3.3-сурет. Синхронды машинаның электромагниттік

және қосылу схемалары

 

 

1 – қорап; 2 – статор өзекшесі; 3 – статор орамдары; 4 – ротор; 5 – желдеткіш; 6 – статор орамдары шығарылған клемдік қалқанша; 7 – түйіспелік сақиналар; 8 – түйіспелер;        9 – қоздырғыш.

 

3.4-сурет. Ротор полюстері айқын көрсетілген синхронды машина

 

 

 

в)

 

1 – якорь орамдары; 2 – генератор роторы; 3 – қоздыру орамдары; 4 – сақиналар; 5 – түйіспелер; 6 – кернеу реттеуіш;        7 – қоздырғыш; 8 – түзеткіш; 9 – қоздырғыш якорінің орамы; 10 – қоздырғыш роторы; 11 – қоздырғыштың қоздыру орамдары; 12 – қоздырғыш; 13-қосымша қоздырғыш орамдары.

 

3.5-сурет. Синхронды машинаны қоздыру схемалары

 

Полюстері айқын көрсетілмеген ротор баяу жүрісті гидрогене-раторларда, ал үлкен айналу жылдамдығы қажет болғанда, механикалық төзімділігі жоғары полюстері айқын көсетілген ротор тиімді болып отыр, мысалы турбогенераторлар, турбокомпрессорлы қозғалтқыштар. Роторды сыртқы механикалық күштің ықпалымен n₂ жылдамдықпен айналдырсақ, қоздыру орамдарында пайда болған негізгі магнит ағыны Ф₀ статор орамдарын қиып өтіп онда ЭҚК индукциялайды, оның жиілігі:

 

f =pn₂/60.                                                (3.1)

 

Егер, статор орамдарын тұтынушымен тұйықтасақ генератор фазаларында бұрыштық жиіліктері бірдей, ал аргументтері бір-бірінен 120˚ бұрышқа ығысқан үш фазалы (немесе көп фазалы) токтар жүйесін аламыз. Осы ток статорда айналмалы магнит өрісін Ф_С қоздырады оның жылдамдығы:

.                                              (3.2)

 

(3.1) және (3.2) өрнектерден n₁=n₂ екендігін байқау қиын емес. Электр энергиясы өндірілетін орам, якорь орамы деп аталады, ал ондағы магнит ағыны Ф_Я, болса, трансформатордағы сиқты синхронды генератордың қорытқы магнит ағыны:

 

Ф_қор = Ф₀ + Ф_Я                                           (3.3)

 

ротор мен статордың магнит өрістерінің қосындысы деп жазуымызға болады.

Статордың бір орамында индукцияланған ЭҚК-тің әсерлік мәні (асинхронды қозғалтқыштағы ЭҚК сияқты 2.8 теңдеу):

Е_Ф = Е₀ = 4,44f₁ w₁ К_ор Ф_оm ,                             (3.4)

 

мұнда: w₁ – статор фазаларының орам саны, К_ор – орамдық коэффициент.

Статор фазаларындағы э.қ.к.-дің Е_А, Е_В, Е_С шамалары бірдей, олар бір-бірінен фазада 120˚ бұрышқа ығысқан.

Гидрогенераторлар.Олар баяу жүрісті гидравликалық турбина көмегімен айналады, айналу жылдамдықтары 50-500 айн/мин, сондықтан олардың полюстер саны өте көп және полюстері айқын роторлы болады (3.6.б-сурет).

б)                                   в)

 

1 – түйіспелік сақиналар; 2 – сақиналар бандажы; 3 – ротор; 4 – темірлі сыналар; 5 – желдеткіш; 6 – білік; 7 – қоздыру орамдары; 8 – полюстер; 9 – жүргізуші орам.

 

3.6-сурет. Турбогенератор роторының жалпы көрінісі (а),

гидрогенератордың (б) және синхронды қозғалтқыш роторы (в)

Қуаты ондаған мега-вольт-амеперден жоғары гидрогенератор-лардың білігі тік орналасады (3.7-сурет).

 

 

1 – жоғарғы крестовина; 2 – статор; 3 – ротор полюстері;   4 – ротор беті; 5 – білік; 6 – салқындатқыш.

 

3.7-сурет. Білігі тік орналасқан гидрогенератордың жалпы көрінісі

 

3.3. Синхронды машинаның якорь реакциясы

Якорь орамдарында пайда болған магнит ағынының Ф_Я  машинаның негізгі магнит ағынына Ф₀ әсерін якорь реакциясы деп атаймыз және ол жүктемеге тәуелді өзгеріп отырады, яғни статордағы ЭҚК пен статор тоғының өзгерісіне сай, енді осы өзгерістерді қарастырайық.

Ротор полюстері айқын көрсетілмеген машинаның якорь реакциясы.Бұл машинадағы статор мен ротор араларындағы ауа саңылауы бірқалыпты болғандықтан ЭҚК Е₀ және якорь тоғы I_Я араларындағы фазалық ығысу бұрышы ψ-нің якорь реакциясына әсерін қарастырайық. Бұл бұрыш жүктемеге сай анықталады, яғни R, X_L, X_C кедергілері шамаларымен. Егер қарастырып отырған бұрыш активті жүктемеде нольге тең (ψ=0) болса, АХ фазасындағы ток шамасы өзінің максимал мәніне ие, ал ротор полюстерінің N-S осі қарастырып отырған орам ойығының ортасымен белгілі уақытта өтеді (3.8.а және 3.9.а-суреттер), сол себебті, якорь ағынының осі АХ фазасының осімен сәйкес, ал ротор ағынынан Ф₀ 90 градус электрлік бұрышқа қалып отырады.

 

 

3.8-сурет. Ротор полюстері айқын көрсетілмеген машинадағы

әртүрлі жүктеме бұрышындағы ψ  магнит ағындары

 

 

3.9-сурет. Ротор полюстері айқын көрсетілмеген машинадағы

индукция қисығының таралуы және магнит ағындарының векторлық диаграммалары, ψ – бұрышының әртүрлі мәндеріндегі ЭҚК-тер

Осы қарастырып отырған жағдайлар үшін екі полюсті машинадағы якорьдегі магнит индукциясының өзгеру қисығы В_а=f(х) ротор индукциясы қисығынан В₀=f(x) кеңістікте 90˚ бұрышқа өзгерген, яғни якорь ағыны Ф_Я машинаның негізгі магнит ағыны Ф₀ мәніне перпендикуляр бағытта әсер етеді. Синхронды машиналар теориясында полюстер ортасымен өтетін ось бойлықдеп аталып, d-d әріптерімен белгіленеді, ал полюстер араларымен өтетін ось көлденеңболып, q-q – деп белгіленеді. Яғни, ψ=0 жағдайында якорь ағыны машинаның көлденең осі бойымен әсер етеді, бұл жағдайда қорытқы магнит индукция қисығы В_қор=f(x), В_а=f(x) қисығымен салыстырғанда ротордың айналу бағытына қарсы өзгереді.

Нәтижесінде индукция қисықтарының өзгерісіне сай векторлық диаграммадағы магнит ағындары да өзгереді, яғни Ф_Я векторы машинаның негізгі магнит ағыны Ф₀-ден 90^о бұрышқа қалып отырады. Қорытқы магнит ағынының модулі Ф_қор = .

Индуктивті жүктемеде ψ=90^о (3.8.б және 3.9.б-суреттер) АХ фазасындағы ток өзінің максимал мәніне Е_о шамасының максимал мәнінен 90^о бұрышқа қалып жетеді, бұл жағдайда ротор полюстері полюстік бөліктің ортасына жылжиды, нәтижесінде В_а=f(x) қисығы, В₀=f(x) қисығымен салыстырғанда 180˚бұрышқа ығысады, ал якорь ағыны Ф_а негізгі ағынға Ф₀ қарама қарсы болып қорытқы магнит ағынын қатты әлсірейді Ф_қор=Ф_о-Ф_а, нәтижесінде якорьдегі ЭҚК Е_а шамасы да азаяды, яғни ψ=90^о якорь реакциясы машинаны магнитсіздендіреді.

Сыйымдылықты жүктемеде ψ=-90^о (3.8.в және 3.9.в-суреттер) якорь ағыны бойлық ось бойымен әсер беріп машинаның негізгі ағыны Ф₀-ге бағыттас, қорытқы магнит ағыны Ф_қор=Ф₀+Ф_а, бұл жағдайда якорь реакциясы машинаны магниттендіріп, қорытқы ағын Ф_қор және ЭҚК Е_а шамалары да өседі.

Синхронды генератордың жүктемесінде ондағы ЭҚК екі қосынды-лардан:

                                                                        (3.5)

 

тұрады деп қарастыруымызға болады.

3.4. Ротор полюстері айқын көрсетілген синхронды

машинаның электрлік күйінің теңдеуі

мен векторлық диаграммасы

Бұл машинаның статоры мен ротор араларындағы ауа саңылауы тұрақты емес, полюстік ұштардың соңында ауа саңылауы кеңиді, ал полюс аралық кеңістікте ауа саңылауы өте тез ұлғаяды, сондықтан якорь ағыны ондағы м.қ.к F_а шамасына тәуелді болып қоймай, сонымен бірге якорьдегі F_а=f(x) қисығының өзгерісіне де тәуелді, яғни якорьдің м.қ.к-ші оның кеңістіктегі өзгерісіне сай әртүрлі магнит ағындарын қоздырады.

Негізгі магнит ағыны Ф₀ статорда ЭҚК Е₀ – индукциялайды, ал якорьдегі магнит ағыны Фа – якорьдегі ЭҚК:

                                        (3.6)

шамасын өндіреді. Бұл ағындардан басқа якорь тоғынан пайда болатын шашыранды магнит ағыны бар Ф_1δ, бұл ағын тек қана статордың фазалық орамдарымен ілініскен, сондықтан синусоидальді пульсациялы. Шашыранды магнит ағыны статор орамдарында шашыранды ЭҚК индукциялайды:

_1δ= -jХ_1δİ.                                               (3.7)

Полюстері айқын көрсетілген синхронды генератордың Э.Қ.К теңдеуі:

 

мұнда R_а cтатор орамдарының актив құраушысы (якордің).

Соңғы теңдеуге (3.6) және (3.7) өрнек мәндерін әкеліп қойсақ, одан статордағы кернеу мәнін тапсақ:

     (3.8)

синхронды генератордың электрік күйінің тендеуін аламыз.

Мұндағы Х_c=Х_а+Х_1δ синхронды генератордың индуктивтік кедергісі деп аталады. 3.8 тендеуді пайдаланып синхронды генератордың векторлық диаграммасын салайық. Егер якорь тоғы  және кернеу векторы  белгілі болса, ал ψ бұрышын табу үшін -ның соңынан кесіндісін жүргіземіз және ол якорь тоғына  -ге перпендикуляр, ал в-нүктесі векторында орналасады (3.10.б-сурет), себебі  кесіндіінің проекциясы векторының модуліне тең: ·cosΨ= Х_qcosΨ= ·Х_q= . (3.10-суреттегі) векторлық диаграммадағы  векторы якорьдің көлденең магнит өрісінің Е.Қ.К. = ·Х_q, мұндағы = cosΨ якорь тоғының актив құраушысы, Е_d векторы бойлық магнит өрісінің Е.Қ.К = ·Х_q, мұнда = ·sinΨ cтатор тоғының реактив құраушысы.

 

3.10-сурет. Ротор полюстері айқын көрсетілген синхронды

машинаның оңайлатылған векторлық диаграммасы

 

Шашыранды Е.Қ.К келесі формуладан анықталады Е_δа=І_а·Х_δ, сонымен бірге якорь орамдарының актив кедергісіндегі Э.Қ.К Еа бар. Осы Э.Қ.К-дің геометриялық қосындысы генератор ұштарындағы кернеуді береді:

                 

                                             (3.8.а)

 

 

(3.8.а) формула негізінде (3.10-суретте) көрсетілген векторлық диаг-раммалар сызылды.

3.11.а-суретте және 3.12-суретте ротор полюстері айқын көрсетілме-ген синхронды машинаның векторлық диаграммасы және оңайлатылған векторлық диаграммасы 3.8.б, 3.8.в теңдеулер негізінде салынды, яғни

 

                       (3.8.б)

 

                   (3.8.в)

 

б)

а)

 

3.11-сурет. Ротор полюстері айқын көрсетілмеген синхронды

машинаның векторлық диаграммасы және зая жүріс сипаттамасы

б)

а)

 

3.12-сурет. Ротор полюстері айқын көрсетілмеген синхронды

машинаның оңайлатылған векторлық диаграммасы және

алмастыру схемасы

3.5. Синхронды генератордың әртүрлі жүктемедегі

сыртқы және реттеуші сипаттамасы

 

Кернеудің U жүктеме тоғына І_а тәуелді өзгерісі, егер қоздыру тоғы І_қ, және ротордың айналу жылдамдығы n₂ тұрақты болса, оны генератордың сыртқы сипаттамасы деп атайды. 3.13.а-суретте синхронды генератордың әртүрлі жүктемедегі сыртқы сипаттамасы кел-тірілген, бұл жағдайда барлық сипаттамалар үшін U_ном тұрақты, ал 3.13.б- суретте, егер U₀=Е₀, болғандағы сипаттама келтірілген. Ал U=0 болса (қысқа тұйықталу) барлық сипаттамалар бір нүктеде қиылысады, яғни қысқа тұйықталу тоғына сәйкес І_қ.т.

 

 

                                   а)                                               б)

 

                   3.13-сурет. Синхронды генератордың әртүрлі

жүктемедегі сыртқы сипаттамасы

 

Зая жүріс режимінен номинал режимге көшсек кернеудің өзгеруі пайызбен (%) сипатталады:

 

Du=[U₀ - U_ном) / U_ном] 100.                                    (3.9)

 

Әдетте генераторлар қуат коэффициенті соsφ-дің 0,9÷0,85 аралы-ғында жұмыс істейді. Бұл жағдайда Du=25÷35%. Генераторға қосылушы тұтынушылар кернеуі номинал режимде болуы үшін арнайы стабили-заторлар қолданылады немесе Du шамасы аз генераторлар таңдалады.

Қоздыру тоғының І_қ жүкте-ме тоғына І_а тәуелді өзгеруі, егер кернеу мен айналу жылдамдық тұрақты болса, ол синхронды генератордың реттеуші сипат-тамасы деп аталады. Бұл сипаттама тұтынушыдағы жүк-теме өзгерген кезде, кернеу тұрақты болуы үшін, қоздыру тоғын І_қ қалай өзгертетінімізді көрсетеді. Егер жүктеме артса, яғни φ>0 болса, қоздыру тоғын арттырамыз, ал φ<0 болса, қоз-дырушы ток шамасын азайта-мыз (3.14-сурет).

3.6. Синхронды генератордың параллель жұмыс істеуі

Синхронды генераторлардың жеке жұмыс істеуі сирек жағдай. Ірі электр станцияларында бірнеше синхронды генераторларды параллель жалғап, олар ортақ жұктеме кезінде жұмыс істейді.

Синхронды генераторларды параллель жалғау электр станция-лардың Р_эл қуатын артырып, тұтынушыларды электр энергиясымен тұрақты қамтамасыздандырады және электр станциялардың экономика-лық тиімділігін арттырады.

Синхронды генераторларды параллель жалғау үшін келесі шарттар орындалуы тиіс:

1. Электр желісі мен генератор фазаларының біркелкі ауысып отыруы.

2. Синхронды генераторларда бірдей жиілік және кернеу болуы шарт f_ж= f_г, U_ж= U_г.

3. Генераторлардағы кернеулердің бастапқы қосу кезінде фазалары сәйкес болуы керек α_ж=α_г.

Синхронды генераторларды желігі қосып жүргізу кезіндегі іс-шараларды синхронизация деп атайды. Ол үшін ротордың номинал айналу жылдамдығын келтіреміз, нәтижесінде f_ж=f_г теңеседі, одан соң қоздыру тоғын реттеу арқылы, кернеулер теңдігін келтіреміз, яғни          U_ж=U_г. Желі кернеуінің фазалық векторы мен генераторлардың фазаларының сәйкес болуы (α_ж=α_г) арнайы приборлармен бақыланады – лампалы және көрсетуші синхронископпен.

Лампалы синхронископ аз қуатты генераторларды синхрониза-циялау үшін қолдынылады, сондықтан бұл прибор лабораториядық тәжірибелерде қолданылады.

Бұл приборда үш шам бар, олар генератор фазалары мен желі фазаларының аралығына қосылған (3.15-сурет). Әрбір шамға Du=u_ж-u_г кернеуі әсер береді, егер желі жиілігі генератор жиілігіне тең болмаса f_ж f_г, онда желі жиілігінің өзгеруі келесі түрде болады Df=f_ж-f_г, мұны соғушы (биение) жиілік деп атайды (3.15.б-сурет). Бұл жағдайда шамдар жыпықтап тұрады. Егер f_ж f_г  болса, онда Du айырымдары жәй өзгереді, нәтижесінде шамдар біртіндеп жанып, содан соң сөнеді, генераторды осы сәтте желіге қосамыз.

Үлкен қуатты генераторларды жебелі синхронископ көмегімен синхронизациялайды, ол айналмалы магнит өрісінің әрекеттік парқы негізінде жұмыс істейді. Бұл приборда f_ж f_г болмаса, жебе f_ж-f_г жиіліктер айырымына пропорционал айналады, яғни қай жиілік көп болған жағына қарай. Жиіліктер тең болса f_ж=f_г жебе ноль позициясын көрсетеді, осы кезде генераторды желіге қосамыз.

 

а)                                               б)

 

3.15-сурет

 

Синхронды двигатель

Синхронды двигатель конструкциясының синхронды генератор конструкциясынан айырмашылығы жоқ, яғни олар қайтымды. Солай бола тұрса да дайындаушы зауыттан олар белгілі бір режимге жұмыс істеу үшін шығарылады.

Синхронды генератордағы сияқты, синхронды двигатель статорын-да үш фазалы катушкалар орналасады, оны үш фазалы айнымалы ток желісіне жалғағанда айналмалы магнит өрісі пайда болады:

 

n₁=60f₁/p.                                            (3.10)

 

Синхронды двигатель роторында тұрақты ток көзіне жалғанған қоздыру орамдары орналасады. Қоздыру тоғы полюстердің негізгі магнит ағынын Ф₀ қоздырады. Ротормен бірге айналған бұл магнит ағыны электромагниттік индукция заңы негізінде (ЭМИ) статор орамдарында ЭҚК Е₀ шамасын индукциялайды, Е₀ бағыты желі кернеуіне U_ж қарама қарсы. ЭҚК-дің қосындылары Е₀+Е_б+Е_а=Е статор орамдарындағы актив кергідегі кернеудің түсуін ескеріп желі кернеуін U_ж теңестіреді. Двигательдің қорытқы магнит ағыны Ф_қор ондағы магнит ағындарының қосындысына тең, яғни Ф₀+Ф_б+Ф_а.

Двигатель білігі жұмысшы машина білігімен ілініскен (мысалы, металл кесуші станоктың шпинделімен), яғни механикалық энергияны тұтынушы, және кедергілер моментін М_С тудырушы. Осы тежеуіш момент М_С әсерінен, ротор полюстері статордың қорытқы магнит ағынынан Ө бұрышына қалып отырады (3.16-сурет). Двигатель режимінде ондағы қорытқы магнит ағыны жүргізуші болып табылады, айналып тұрған бұл ағын роторды ілестіріп, двигательді айналдырушы момент М-ді береді, яғни механикалық жүктемеден болған тежеуіш момент М_С-ті жеңе отырып.

 

 

3.16-сурет.Желі кернеуі тұрақты болса, максимал момент

тек қана ЭҚК Е₀-ге, яғни қоздыру тоғына тәуелді

3.8. Синхронды двигатель қуаты және

Айналдырушы моменті

Двигательдің желіден алатын қуаты Р=3 · U_жІcosφ, егер аз шығын-дарды ескермесек, тұтынушы актив қуат электромагниттік қуатқа тең, яғни статордағы айналмалы магнит өрісінің роторға берілетін қуаты:

 

Р Р_эм=3U_жІcosψ,

 

мұнда ψ – бұрышы ток пен ЭҚК араларындағы бұрыш.

3.17.б-суреттегі векторлық диаграммадағы оса және аcb үшбұ-рыштарынан ас кесіндісі тең:

 

ас=mU_жsіnӨ=mХ_синІcosψ,

 

мұнда m – масштабтық коэффициент.

б)

а)

 

3.17-сурет. Синхронды двигательдің векторлық диаграммасы

Р_эм электромагниттік қуат өрнегіне Іcosψ мәнін қойып двигатель білігіндегі механикалық қуатты аламыз:

 

 sіnӨ=Р_мах sіnӨ.

 

Двигатель білігіндегі механикалық момент:

 

М= = sіnӨ =М_maхsіnӨ,                        (3.11)

 

мұндағы: =2πn/60 – ротордың бұрыштық жылдамдығы; М_maх=3Е₀U_ж:  : Х_СИН  – двигательдің максимал моменті.

 

3.9. Бұрыштық және механикалық сипаттама

Синхронды машина моментінің жүктеме бұрышына Ө тәуелділігі, егер U_ж=const болса, машинаның бұрыштық сипаттамасы деп аталады. Бұрыштық сипаттама (3.18-сурет) және (3.11) формуладан синусоидалы түрде өзгереді. Двигатель режимінде Ө – бұрышы оң шама, сондықтан двигатель режиміне синусоиданың оң мәні, ал генератор режимінде Ө – бұрышы теріс шама, оған синусоиданың теріс мәні сәйкес. Ө бұрышының -90˚<Ө<+90˚ осы жүктеме аралығында синхронды машинаның двигатель және генератор режимдеріндегі жұмысы тұрақты.

Сипаттаманың тұрақты жұмыс істеуі кезінде синхронды машина өз жұмысын өзі реттей алады, яғни жүктеме моменті өзгерген кезде машина моменті сол бағытта автоматты түрде өзгереді, яғни жаңа қалыптасқан режимде олардың арасында қалыпты тұрақтылық болады. Двигатель режимінде механикалық жүктеме М_С артқан кезде ротор тежеледі, Ө – бұрышы артып бұрыштық сипаттамаға сай двигательді айналдырушы момент М артады. М=М_С болғанда жаңа қалыптасқан режим орнайды, ротордың айналу жылдамдығы тұрақты болып және ол статордағы магнит өрісінің айналу жылдамдығына тең, тек қана осы теңдікте ғана ротор полюстері мен статор полюстерінің электромагниттік әсері пайда болып, машинаны айналдырушы М моменті пайда болады.

Машинаның максимал моменті шекті шама. Егер двигательге М_С>М_maх жүктеме берсек, онда Ө бұрышы 90˚ үлкен болады, ал жұмысшы нүкте бұрыштық сипаттаманың қалыпты емес бөлігіне өтеді. Двигательді айналдырушы момент азая бастайды, ротор тежеліп, двигатель синхронизмнен шығып, тоқтап қалуы мүмкін. Генератор режимінде синхронизмнен шығып қалу мүмкін емес жағдай, бұл кезде электр желісінде ауыр апатты жағдай болуы мүмкін, сондықтан синхронды машиналарды жобалағанда номинал режимдегі Ө 30˚ болып дайындалады және актив қуаттағы момент қоры 1,65 кем болмауы тиіс.

Айналу жылдамдықтың моментке тәуелділігі n=f(M) синхронды двигательдің механикалық сипаттамасы деп аталады. Синхронды двигательдің роторының айналу жылдамдығы тұрақты және ол жүктемеге тәуелді емес, сондықтан синхронды двигательдің механикалық сипаттамасы түзу сызық (3.19-сурет).

 

 

                               3.18-сурет                             3.19-сурет

 

3.10. Синхронды двигательді жүргізу

Синхронды двигатель өздігінен іске қосыла алмайды, себебі якорь орамдарында пайда болған айналмалы үш фазалы электромагниттік өріс роторды ілестіріп айналдыра алмайды, роторда белгілі бір инерция моменті бар болғандықтан.

Роторда тұйық орамдар жоқ (асинхронды машинадағыдай), асинхронды двигатель роторында пайда болған ток ротордың айналмалы магнит өрісін беріп, ол роторды айналдырады. Яғни синхронды двигательді жүргізу үшін, оның роторын сыртқы момент арқылы синхронды айналу жылдамдыққа жуық айналдыру қажет, машина синхронизмге енгенше.

Асинхронды жүргізу әдісі. Жүргізудің бұл тәсілінде синхронды двигатель асинхронды жүргізу әдісімен іске қосылады. Ол үшін ротор полюстерінің басындағы ұштарына қысқа тұйықталған қосымша орам қойылады.

Үш фазалы статор орамдарын желіге жалғасақ, статорда айналмалы магнит өрісі пайда болады, бұл өріс жүргізуші орамдағы І_қ тоғымен әсерлесіп электромагниттік күшті F тудырады, бұл күш роторды өз бағытында айналдырады.

3.20-суретте көрсетілген схема бойынша жүргізіп жіберу кезінде қоздыру орамдары 5 реостатқа жалғанады, бұл қосымша реостат кедергісі қоздыру орам кедергісінен R_қ 8-12 есе артық. Ротор екпін алған соң, синхронды жылдамдыққа жақын (егер, s≈0,05 болса), қоздыру орамын қосымша реостаттан ажыратып, орамды тұрақты ток көзіне қосамыз, ротор синхронизмге енеді. Двигательдің айналу жылдамдығы желі кернеуінің жиілігіне f тура пропорционал және полюстер санының жұбына кері пропорционал:

 

n = f / 2p .                                              (3.12)

 

 

1 – қоздыру орамы; 2 – жүргізуші орам; 3 – ротор; 4 – якорь орамдары; 5 – кедергі; 6 – қоздырғыш якорі; 7 – сақиналар мен түйіспелер.

 

3.20-сурет. Синхронды двигательді асинхрондық

тәсілмен жүргізу схемасы

 

Синхронды двигательдің айналу жылдамдығын реттеу үшін қоректендіруші айнымалы ток кернеуінің жиілігін өзгерту қажет, себебі двигательдің айналу жылдамдығы кернеу жиілігіне қатаң байланыста және жүктеме өзгерісіне тәуелсіз.

Синхронды двигатель асқын жүктемеде жұмыс істегенде Ө бұрышы өте көп үлкейеді, двигатель өзінің тұрақтылығынан ажырап, аударылады, одан соң ол синхронизмнен шығып және жүктеме момент әсерінен тоқтайды. Бұл жағдайда якорь тоғы өзінің максимал шамасына жетеді.

Қоздыру тоғы өзінің номинал мәнінен артқан кезде, синхронды двигатель синхронды компенсатор режимінде жұмыс істейді, яғни қоректендіруші желіге реактив қуат береді. Синхронды компенсатор электр желісінің қуат коэффициентін (cosφ) жоғарылату үшін пайдаланылатын арнайы синхронды машина.

Синхронды двигательдер келесі қондырғылардың электр жетектері ретінде, яғни сорғыштар, желдеткіштер, теңіз көліктерінің еспелі виттерінде, прокатты стандарда, компрессор станцияларында т.б. қолданылады.

 

Бақылау сұрақтары

1. Айнымалы ток генераторларының қандай түрлерін білесіз?

2. Синхронды генератордың электрлік схемасын сызыңыз.

3. Синхронды генератордың жүктемедегі ЭҚК шамасын жазыңыз.

4. Синхронды генератордың электрлік күйінің теңдеуі.

5. Якорь реакциясы деп нені айтамыз.

6. Синхронды генератордың үш фазалы желіге параллель жалғану шарттары.

7. Синхронды двигательдің әрекеттік парқы.

8. Синхронды двигательді жүргізу тәсілдері.

9. Синхронды двигательдердің артықшылықтары мен кемшіліктері.

Синхронды ко

4 бөлім. Тұрақты ток машиналары.

4. ТҰРАҚТЫ ТОК МАШИНАЛАРЫ

4.1. Тұрақты ток машиналарының әрекеттік

парқы және қолданылуы

Тұрақты ток машиналары электрқозғалтқыш және генератор ретінде қолданылады. Тұрақты ток қозғалтқыштарының айналу жылдамдықтары өте кең көлемде жақсы түрленетін болғандықтан оларды әртүрлі механизмдердің электрлік жетегі ретінде пайдаланады мысалы, транспортта: электровоздар, тепловоздар, электрпоездар, электр-мобильдер, жүк көтеруші және жер қазушы қондырғыларда: крандар, экскалаторлар, шахталық көтергіштер, теңіз және өзен көліктерінде, металл өңдеуші, қағаз өндіруші және мақта өңдеуші өндірістерде, полиграфияда, түсті металлургияда: прокатты стандар, кантовательдер, транспортерлер т.б. Қуаты төмен двигательдер көптеген автоматика жүйелерінде қолданылады.

Асинхронды машиналармен салыстырғанда тұрақты ток машина-ларының конструкциялары күрделі және қымбат, бірақ автомат-тандырылған электрлік жетек және тиристорлы түрлендіргіштердің кең қолданылуы тұрақты ток машиналарын айнымалы ток көздерінен реттелетін кернеуден қоректендіруге мүмкіндік береді, сондықтан бұл двигательдер халық шаруашылығының көптеген салаларында кең қолданылып жүр.

Тұрақты ток генераторлары көптеген стационарлы және қозғалыстағы тұтынушылардың электрдвигательдерін қоректендіру үшін, автомобильдердегі, самолеттердегі, электровоздардағы, жолаушы вагондардағы тұтынушыларды электрмен жабдықтау үшін кең қолданылып келді, бірақ тұрақты ток машиналарының кемшілігі – оларда щеткалы-коллекторлы аппараттың болуы олардың сенімді жұмыс істеуін және жұмысқа пайдалануда тиянақты түрде күтіп қарау қажет болғандықтан соңғы кезде стационарлы қондырғыларда тұрақты ток генераторларының орнына шала өткізгішті түрлендіргіштер пайдала-нылады, ал транспортта – шала өткізгішті түлендіргіштермен жұмыс істейтін синхронды генераторлармен алмастырылды.

Әрекеттік парқы. Тұрақты ток машиналары қозғалмайтын бөлік статордан 6 және айналмалы бөлік ротордан 3 тұрады. Статорға бекітілген айқын полюстерде 2, қоздыру орамдары 1 орналасқан (4.1.а-сурет). Осы орамдар арқылы тұрақты ток I_қоз өтеді, бұл ток машинаның негізгі магнит өрісін Ф₀ қоздырады. Роторда екі қабатты орам орналасады, ротор айналып тұрғанда орамдарда Э.Қ.К индукцияланады. Тұрақты ток машиналарының роторын якорь деп атайды.

Якорьдің айналу бағытына сай оның орамдарында индукцияланған ЭҚК-тің бағыты тек қана өткізгіштің қай полюстің астында айналып тұрғанына байланысты. Сондықтан солтүстік полюс N астында орналасқан орамдардағы ЭҚК бағыты бірдей және осы бағыт айналу жылдамдыққа тәуелсіз сақталып отырады, полюстерді бөліп тұрған геометриялық бейтарап сызығының үстінде ЭҚК әрқашан бір бағытта (4.1.б-сурет), геометриялық бейтарап сызығының төменгі бөлігіндегі ЭҚК қарсы бағытта.

 

4.1-сурет. Екіполюсті тұрақты ток машинасының электромагниттік схемасы (а) және якорь орамдарының эквивалентті схемасы (б)

 

Якорь айналып тұрғанда оның өткізгіш орамдары бір полюстен екінші полюске орындарын ауыстырады, ендеше онда индукцияланған ЭҚК өз таңбасын өзгертеді, яғни әрбір өткізгіш орамда айнымалы ЭҚК пайда болады. Бірақ, әрбір полюс астындағы орамдар саны жобалауға сай тұрақты, нәтижесінде бір полюс астындағы өткізгіште индукцияланған ЭҚК қосындысының бағыты мен шамасы тұрақты. Якорь орамдары мен сыртқы тізбек арасына орналасқан сырғымалы түйіспелер арқылы тұрақты ЭҚК шамасы алынады.

Якорь орамдары әрқашан тұйық және симметриялы болып орындалады 4.1.б-сурет. Егер, сыртқы тізбекте жүктеме жоқ болса, якорь орамдарында ток жоқ, орамның әртүрлі бөліктерінде индукцияланған ЭҚК өзара орнын толтырады (компенсируется).

Егер сырғымалы түйіспелерге жүктеме кедергісін R_жүкт жалғасақ якорь орамдарымен тұрақты ток жүреді, оның бағыты ЭҚК Е бағытымен анықталады. Якорь орамдарындағы ток тармақталып екі параллель тармақпен жүреді. Сенімді түрде ток алу үшін түйіспелер цилиндр тәрізді коллектор бетімен сырғыйды. Коллектор бір-бірінен оқшауланған цилиндр тәрізді мыс тіліктерден тұрады. Әрбір көршілес коллектор тіліктерінің жұбына якорь орамдары жалғанады, орамдар бір немесе бірнеше орамдардан тұрады, бұл бөлік якорь орамдарының секциясы деп аталады.

Егер, машина генератор режимінде жұмыс істеп тұрса, якорь орамдарында индукцияланған айнымалы ЭҚК сырғымалы түйіспелер мен коллектор арқылы тұрақты ЭҚК түрленеді, онда коллектор мен сырғымалы түйіспелер түзеткіш болып жұмыс атқарады, ал двигатель режимінде – сырғымалы түйіспелер арқылы желіден алынған тұрақты ток якорь орамдарындағы айнымалы токқа түрленеді. Коллектор якорьмен бірге айналып тұрады.

 

4.2. Тұрақты ток машиналарының құрылысы

 

Статор.Статор (4.2-сурет) болат цилиндр тәрізді дайындалып, оған машинаның негізгі және қосымша полюстері бекітіледі. Статор магнит тізбегінің қозғалмайтын бөлігіне жатады. Машинаның негізгі полюстеріне тұрақты токтан қорек алатын қоздыру орамдары 5 отырғызылады. Полюстер саны көп болған жағдайда қоздыру орамдары параллель немесе тізбектей жалғанады, бірақ солтүстік және оңтүстік полюстер алма кезек ауысып отыруы тиіс. Негізгі полюстер араларына өздерінің орамдары бар қосымша полюстер орналасады. Қосымша полюстер коллектор мен сырғымалы түйіспелер арасында болатын «отты доғаны» азайту үшін қажет. Статорға подшипниктік қалқан бекітіледі

 

.

1 – коллектор; 2 – сырғымалы түйіспелер; 3 – якорь өзекшесі; 4 – негізгі полюстер; 5 – қоздыру орамдарының катушкасы; 6 – статор (станина); 7 – подщипниктік қалқан; 8 – желдеткіш; 9 – якорь орамдары.

 

4.2-сурет. Тұрақты ток машинасының құрылысы

Негізгі және қосымша полюстердің қоздыру орамдары оқшауланған мыс сымдардан, ал қималары дөңгелек немесе тік бұрышты болып дайындалады. Полюстер статорға (станинаға) болттармен бекітіледі, оларға арналған бұрандарлар полюс өзекшесінде (4.3.а-сурет) немесе полюстердегі арнайы дайындалған тесіктерге бекітіледі (4.3.б-сурет).

Негізгі және қосымша полюстердегі катушкаладың орнааласуы (4.4.а, б-суреттерде) көрсетілген.

 

1 – полюстік ұштар; 2 – полюс өзекшесі; 3 – орнатушы болт; 4 – бекіткіштер; 5 – орнатушы өзек; 6 – беттік баспалар.

 

4.3-сурет. Негізгі полюстер құрылысы

1 – негізгі полюс; 2 – қоздыру орам катушкасы; 3-4 – қосымша полюс; 5 – қосымша полюс орам катушкасы.

 

4.4-сурет. Негізгі және қосымша полюстердегі

катушкалардың орналасуы

Якорь.Құйындық тоқтарға болатын шығындарды азайту үшінтұрақты ток машинасының якорі жұқа болат табақшалардан жиналады (4.5-сурет). Табақшалар бір-бірінен оқшауланады. Якорьдің беттік жағындағы ойықтарына якорь орамы салынады немесе оны жұмысшы орам деп те атайды.

Якорь орамдарының қималары дөңгелек немесе тік бұрышты болып дайындалады, алдын ала оралған якорь катушкаларын, оқшауламалық ленталармен орап алып, якорь өзекшесінің ойықтарына салады (4.6-сурет). Орам екі қабатты болып орындалады, әрбір ойықта якорь катушкасының екі жағы бір бірінің үстіне салынады. Якорьдің әрбір катушкасы бірнеше секциялардан тұрады, олардың ұштары коллектор-лық тіліктерге дәнекерленеді, секцияцияда бір немесе көп орам болады.

1, 3 – қысушы шайбалар (орам ұстауыштар); 2 – бандаж салуға арналған ойық; 4 – коллекторды қысып кіргізуші орын; 5 – оқшауламалық жұқа қабық; 6 – болат табақша.

 

4.5-сурет. Якорь өзекшесінің құрылысы (а) және оны жинау (б)

 

1 – якорь катушкасы; 2 – якорь өзекшесі; 3 – коллектор;        4, 5 – якорь катушкасының төменгі және жоғарғы жақтары.

 

4.6-сурет. Якорь катушкасының құрылысы (а)

және олардың ойықтарда орналасуы (б)

Коллектор.Коллектор сына тәрізді тіліктерден жиналып бір-бірінен 3 (4.7-сурет) және қораптан миканитті төсеніштермен оқшаула-нып 5, цилиндр тәрізді болып, якорь білігіне бекітіледі.

 

1 – қорап; 2 – баспалы фланец; 3 – оқшауламалық манжеттер; 4 – коллекторлық тіліктер; 5 – оқшауламалық төсеніштер; 6 – пластмасса; 7 – втулка.

 

4.7-сурет. Металлдан және пластмассалы қораптан тұратын

тұрақты ток машинасының коллекторының құрылысы

Түйіспелік аппарат.Айналып тұрған цилиндр тәрізді коллектор бетімен сырғымалы түйіспелер жылжып отырады. Түйіспелер графиттен, кокстан және басқа қоспалардан престеліп, термиялық өңдеуден өткен, тік бұрышты бұйым. Түйіспелер коллекторды сыртқы тізбекпен қосып коллектор бетіне серіппелерімен (пружиналармен) қысылып тұрады.

Якорь айналып тұрғанда түйіспелер полюстермен салыстырғанда өзгермейтін қалыпта тұрады. Түйіспелер ұстағыштар түйіспелік саусақтарға бекітіліп және одан оқшауланады. Түйіспелік саусақтар подшипниктік щиттерге немесе траверсаға бекітіліп, қажетті жағдайда түйіспелер жүйесін машинаның полюстеріне қарағанда бұрады. Аз қуатты машиналарда құбырлы түйіспе ұстағыштар қолданылып (4.8.б-сурет), подшипниктік қалқандарға отырғызылады.

 

 

1 – түйіспелер; 2 – сауыт (обойма); 3 – пружина; 4 – түйіспелерді бекітуші қысқыштар; 5 – түйіспелік қанат; 6 – қысушы саусақ (палец); 7 – колпак; 8 – оқшауламалық втулка;         9 – подшипниктік қалқан; 10 – шығушы сымды қысқыштар.

 

4.8-сурет. Орта (а) және аз қуатты (б) машиналардың

түйіспелерін ұстауыштар

 

 

Сырғымалы түйіспелер құрамына, дайындалу әдісіне және физикалық қасиеттері бойынша алты топқа (4.9-сурет) бөлінеді; көмірлі графитті; графитті; мыс-графитті; қола-графитті; күміс-графитті және электрграфиттелген. Әрбір машина үшін дайындаушы зауыт таңдап алған маркалы сырғымалы түйіспелер қолданылады.

 

1 – түйіспе; 2 – түйіспелік қанат; 3 – кабельдік ұштар.

 

4.9-сурет. Аз (а) және үлкен (б) қуатты машиналардың

түйіспелер құрылысы

4.3. Электр қозғаушы күш және электромагниттік момент

Якорь орамдарында индукцияланатын ЭҚК-тің қалай пайда болатынын қарастырайық, орамдар якорь шеңберінің бойында бірқалыпты орналасқан (4.10-cурет). Якорь айналып тұрғанда N және S полюстерінің астындағы өткізгіштерде бір-біріне қарсы бағыттағы ЭҚК-тер индукцияланады деп айтып өткенбіз. ЭҚК индукцияланатын өткізгіштер геометриялық бейтараптың екі жағында орналасқан 0-0 симметриялы осі, полюстерді бөліп тұр.

 

 

1 – якорь орамдары; 2 – коллектор.

 

4.10-сурет. Тұрақты ток машинасының схемасы (а),

якорь орамдарының қарапайым схемасы (б) және онда

индукцияланған ЭҚК-тің векторлық диаграммасы

 

Якорь орамдарың орам саны үлкен, көп фазалы орам түрінде орналасып (4.10.б-сурет) әрбір көршілес екі коллектор тіліктерінің арасына бір немесе бірнеше орам дәнекерленген. А және В түйіспелері коллектор бетіне салынып, нәтижесінде айналып тұрған якорь орамдары сыртқы тізбекпен жалғанады. Якорь айналып тұрғанда А және В түйіспелері араларында тұрақты ЭҚК әсері бар, ол түйіспелер араларына қосылған барлық тізбектей жалғанған якорь орамдарындағы ЭҚК-дің Е қосындысына тең. Якорь орамдарынан сыртқы тізбекке максимал кернеу шамасын беру үшін, бұл тізбекті якорьдің потенциалдар айырымы ең үлкен нүктелеріне қосу қажет. Зая жүрістегі бұл нүктелер геометриялық бейтараптағы А және В нүктелері болып отыр, яғни осы жерге сырғымалы түйіспелер А және В-ны орналастыру қажет. Якорь айналып тұрғанда А және В нүктелері геометриялық бейтараптан жылжиды, ал түйіспелерге орамдардың жаңа нүктелері келіп тұрады, олардың араларында тұрақты әсер етуші ЭҚК Е мәні бар, сондықтан сыртқы тізбектегі ЭҚК-тің шамасы мен бағыты тұрақты. Түйіспелердің бір коллектор тіліктерінен екіншісіне өткен кезде пайда болған ЭҚК-тің үзіктілігін азайту үшін коллектор тіліктері көбейтіледі, яғни якорь орамының бір параллель тармағындағы коллектор тіліктерінің саны сегізден кем болмауы тиіс. А және В түйіспелері қарастырып отырған орамдарды екі параллель тармақтарға бөледі, олардың әрқайсында ЭҚК- тер индукцияланып және i_а тоғы жүреді. Егер сыртқы тізбек ағытулы болса, онда ток жоқ, себебі екі параллель тармақтағы ЭҚК-тер бір-біріне қарсы бағытталған және олар өзара жойылады. Бір актив өткізгіште индукцияланатын ЭҚК-тің лездік мәні (4.10-сурет):

 

е = В_х∙ℓ_а ,                                                   (4.1)

 

мұнда В_х ауа саңылауындғы қарастырып отырған нүктедегі магнит индукциясы, ℓ_а – магнит өрісіндегі өткізгіштің ұзындығы,  – якорьдің айналу жылдамдығы.

Нәтижесінде

 

Е = е = ∙ℓ_а∙  В_х ,                                                    (4.2)

 

мұнда, N – актив орамдар саны, N/2а – бір параллель тармақтағы актив орамдар саны. Коллектор тіліктерінің саны өте көп және жеткілікті болған жағдайда ЭҚК-тің дірілін ескермеуге болады, онда

 

В_х ≈ [N / 2а] В_ор ,                                          (4.3)

 

мұнда В_ор – полюстік бөліктегі τ=π ∙ Д_а/2р  магнит индукциясының орта мәні, Д_а­ – якорь диаметрі.

В_ор∙ℓ_а ∙ τ =Ф және υ_α=π ∙Д_а∙ n/60 =2∙ τ p∙n/60

 

екендігін ескере отырып

 

Е =[рN / (60а) ] n ∙ Ф = С_е ∙ n ∙ Ф                          (4.4)

 

соңғы өрнектегі С_е=рN/60а машинаның конструкциялық тұрақтысы деп аталады және оның режиміне тәуелсіз шама. Яғни, якорьдегі ЭҚК якорьдің айналу жылдамдығы мен негізгі полюстердің магнит ағынына пропорционал.

Электромагниттік момент.Орамдары арқылы өтіп тұрған якорь тоғына I_а электромагниттік момент әсер етеді:

 

                                        М = 0,5 ∙ Ғ_{қорыт ­}∙ Д_а ,                                                                   (4.5)

 

мұнда Ғ_қорыт­ якорь тоғының магнит өрісімен әсерлесуінен пайда болған қорытқы электромагниттік күш.

Ғ_қорыт­ күші якорьдің барлық актив орамдарына келтірілген күштер қосындысы. Егер, коллектор тіліктерінің саны өте көп болса, Ғ_қорыт-ны тұрақты деп санауға болады, онда

 

Ғ_қорыт = f_х = N∙f_ор = N∙В_ор∙ℓ_а∙i_а = N∙В_ор∙ℓ_а∙I_а / (2а),     (4.6)

мұндағы i_а – бір параллель тармақтағы (4.11-cуретті қараңыз) ток, В_ор – мәнін ескерсек:

 

М = Р NФ I_а / 2πа = С_мФ I_я ,                                (4.7)

 

мұндағы С_м=рN / 2πа=60 C_е / 2π – машинаның конструкциялық тұрақты коэффициенті.

Машина двигатель режимінде жұмыс істеп тұрса – электромаг-ниттік момент айналдырушы – ал генератор режимінде – тежеуіш.

 

Якорь орамдары

Орам түрлері.Кәзіргі кезде барабан түріндегі якорьлер қолданылады, якорьдің беттік ойықтарына екі қабатты якорь орамдары салынады (4.11.а-сурет). Әрбір орамның екі жағында индукцияланған ЭҚК-тер қосындысын алу үшін, орамның әрбір жағы бір-біріне қарсы полюстердің астында орналасуы тиіс (4.11.б-сурет), бұл жағдайда әрбір орамдағы ЭҚК мәні екі есе артық. Яғни, айнымалы ток орамдарындағы сияқты, орам адымы шамамен полюстік бөлік τ-ға тең. Якорь орамдары екі топқа бөлінеді: тұзақты және толқынды, ал қуатты машиналарда аралас орамдар пайдаланылады, яғни оларда тұзақты және толқынды орам элементтері бар. Әрбір орамның негізгі бөлігі – секция деп аталады, секция бір немесе бірнеше тізбектей қосылған орамдар, секцияның, яғни якорь орам ұштары, екі коллектор тіліктеріне дәнекерленеді. Ойықта жатқан орам сымдары, орамның активті бөлігі деп аталады. Секциялар саны S коллектор тіліктерінің К санына тең. Орамдардың барлық секцияларында бірдей орам саны бар.

Орам схемаларында секцияларды қарапайым түрде көрсету үшін, оны бір қабатты түрде келтіреді. Егер орам екі қабатты болса, жоғары қабатта орналасқан орам бір тұтас сызықтармен, ал төменгі қабатты орам – үзік сызықтармен көрсетіледі. (4.11.в-сурет).

Секция адымы y, шамамен полюстік бөлік τ-ға тең. Егер y=τ, болса орам адымы диаметральді, ал y₁<τ болса – орам адымы қысқартылған, y₁>τ – орам адымы ұзартылған деп аталады.

 

 

4.11-сурет. Барабан түріндегі якорьдегі өткізгіш орамдардың

орналасуы (а және б) және екі қабатты орам схемасы (в)

1, 2, 3,…, , , …,8, орам құраушы өткізгіштер

Қарапайым тұзақты орам.Бұл орамныңсекциялары көрші коллектор тіліктеріне жалғанған (4.12.а-сурет). Орамды дайындау үшін оның қорытынды орам адымын у білу керек (4.12.б-сурет), бірінші у₁ және екінші y₂ бөліктік адымдар, сонымен бірге коллекторлық адым у_к бар. Орамның қорытынды орам адымы деп екі секция орамдырының бастапқы орамдар аралығын айтамыз, орам адымы бойынша бір-бірінен кезекпен салынған, бірінші бөліктік адым (секция адымы) деп әрбір секция аралықтары аталады, екінші бөліктік адым деп бір секцияның соңғы ұштар аралығы айтылады. Коллекторлық адым деп коллектор бөліктеріндегі пластина аралықтары, яғни әрбір секцияның екі жағы қосылған аралық. Егер, у=у_к=±1 болса, орам қарапайым деп аталады (4.12.а-сурет ). Бұл орамда әрбір келесі секция оның алдындағы секция жанына орналасады, ал якорь орамы тұзақты түрде болады (4.13.а-сурет), орамның тұзақты деп аталуы сол себепті.

 

4.12-сурет. Тұзақты орамның жалпы түрі (а) және

оның секциясының жалғану схемасы (б)

1, 4 – ойықтық бөліктер; 2, 5 – маңдайшалық бөліктер;           3 – артқы басы, 6 – коллекторге дәнекерленетін секция соңы.

 

4.13-сурет. Тұзақты және толқындық якорь

катушкасының түрлері

Қарапайым толқынды орам.Бұл орамдарда әртүрлі полюстер астындағы секциялар тізбектеп жалғанады (4.14-сурет).

 

 

4.14-сурет. Толқындық орамның жалпы түрі (а)

және оның секциядағы жалғану схемасы

 

Якорь реакциясы

Тұрақты ток машинасы жүктемеде жұмыс істегенде якорь орамдарында ток пайда болады, нәтижесіне якорь орамдарында магнит қозғаушы күш МҚК пайда болады. Якорь орамдарындағы магнит қозғаушы күштің МҚК-тің машинаның магнит ағынына әсерін якорь реакциясы Ф_аq деп атайды. 4.15-суреттерде якорьдің магниттеуші күші әсерінен пайда болған магнит ағындары көрсетілген. Щеткалардың горизонталь оське орналасуына байланысты якорь өрісі көлденең өріс реакциясы дап аталады (4.15.б-сурет), яғни ол машинаның негізгі магнит ағынына перпендикуляр.

 

4.15-сурет.Тұрақты ток машинасының магнит өрісінің сипаттамасы, қоздыру орамдарының әсерінен а), якорь орамдарыныан

б) және қорытқы магнит ағынының (Ф_рез) әсерінен

Сонымен, жүктелген машинаның қорытқы магнит өрісі полюс өрістеріне қарағанда симметриялы болмайды, яғни якорьдің көлденең өріс реакциясы полюстердегі магнит өрістерінің таралуын өзгертіп, оны өрістің бір шетінің астында әлсіретеді, екінші шетінің астында күшейтеді.

Машинаның магнит ағының өзгеруі генератордағы ЭҚК-ті, сондай-ақ машина қысқыштарындағы кернеу өзгерісін береді.

 

4.6. Тұрақты ток генераторлары

Қоздыру орамдарының қоректенуіне байланысты тұрақты ток генераторлары келесі түрлерге бөлінеді:

1) тәуелсіз қоздырылған – қоздыру орамдары басқа тұрақты тоқтың қорек көзінен қоректенеді;

2) параллель қоздырылған – қоздыру орамдары якорь орамдарына және жүктемеге параллель;

3) тізбектеп қоздырылған – қоздыру орамдары якорь орамдарына және жүктемеге тізбектеп жалғанған;

4) аралас қоздырылған – екі қоздыру орамдары бар: біреуі жүктемеге параллель, екіншісі – тізбектеп жалғанған.

4.7. Тәуелсіз қоздырылған тұрақты ток генераторы

Бұл генератордағы қоздыру тоғы І_қ якорь тоғына І_а тәуелсіз, якорь тоғы жүктеме тоққа тең І_ж (4.16-сурет). Қоздыру тоғы І_қ қоздыру орамындағы реттеуші реостаттың R_рқ өзге-рісіне сай өзгереді.

Яғни,

 

І_қ = U / (R_қ + R_рқ) ,              (4.8)

 

мұнда: U – желі кернеуі; R_қ – қоздыру орам кедергісі; R_рқ – реттеуші реостат кедергісі. Қоздыру тоғы аз шама, ол якорьдің номинал тоғының 1-3% құрайды. Тұрақты ток генераторларының негізгі сипатта-малары: зая жүріс, сыртқы, реттеуші және жүктеелік сипаттамалар.

Зая жүріс сипаттамасы (4.17.а-сурет) деп зая жүрістегі якорь орамдарының қысқыштарындағы кернеудің қоздыру тоғына тәуелділігі U₀ =f(I_қ) айтылады, егер жүктеме тоғы І_ж=const және n=const болса.

Генератор кернеуінің жүктеме тоғына тәуелділігі U=f(I_ж), егер қоздыру тоғы І_қ=const және n=const болса, сыртқы сипаттама (4.17.б-сурет), деп аталады. Жүктеме режимінде генератор кернеуі:

 

U = Е – І_а∑R_а ,                                                (4.9)

 

мұнда ∑R_а – барлық орамдардағы қосынды кедергі.

Номинал жүктеме режимінен зая жүріске көшу кезіндегі кернеу өзгерісі:

 

Du = (U₀ - U_ном) / U_ном .                                         (4.10)

 

Тәуелсіз қоздырылған генераторлар үшін кернеу өзгерісі 5-15%.

Қоздыру тоғының жүктеме тоғына тәуелділігі І_қ=f(І_ж), егер U=const және n=const болса, реттеуші сипаттама деп аталады (4.17.в-сурет).

 

 

4.17-сурет. Тәуелсіз қоздырылған генератор сипаттамалары

 

Жүктеме артқан сайын кернеудің азаяюына әсер беруші себептер:

1) машинаның ішкі кедергілеріндегі ∑R_а кернеудің азаюы;

2) якорь реакциясының магнитсіздендіру әсерінен ЭҚК Е-нің азаяюы.

Генератор жүктемесі өзгерген кезде, қоздыру тоғын реттеу арқылы кернеуді қалай тұрақтандаруға болатындығын көрсетуші сипаттама.

Кернеудің қоздыру тоғына тәуелділігі U=f(I_қ), егер жүктеме тоғы І_ж=const және n=const болса, жүктеме сипаттама деп аталады.

 

4.8. Параллель қоздырылған тұрақты ток генераторы

Бұл генераторда қоздыру орамдары реттеуші реостат арқылы жүктемеге параллель жалғанған (4.18-сурет), яғни мұнда өздігінен қозу үрдісі бар, қоздыру орамдары якорь тізбегінен қоректенеді. Генератордың өздігінен қозуы үшін белгілі бір шарттар орындалуы тиіс,

яғни машинаның магнит тізбегінде қалдық магнетизм Ф_қалд. сақталуы тиіс. Қалдық магнетизм Ф_қалд. сақталған генератордың якорын двига-тель айналдырған кезде қалдық ЭҚК Е_қалд индукция-ланады, оның әсерінен қоз-дыру тоғы І_қ жүреді. Қоз-дыру орамдарындағы маг-нит қозғаушы күш І_қ ∙ w_қ қалдық магнит ағынымен бағыттас болып, машина-ның магнит ағынын Ф_m арттырады, яғни якорь орамдарындағы ЭҚК, қоздыру тоғы І_қ артады, бұдан Ф_m одан бетер артады, ЭҚК пен І_қ тағыда өседі, Ф_m тағы да артады, бұл үрдіс машинаның магнит тізбегі қаныққанша жалғасады.

 

4.9. Тізбектеп қоздырылған генератор

Қоздыру орамдары якорь орамдарына тізбектеп жалғанған (4.19-сурет). Жүктеме жоқ болса (І_ж=0), қалдық магнит ағыны әсерінен машинада аз мөлшерде ЭҚК пайда болады. Жүктеме артқан кезде генератор кернеуі де артады, ал машинананың магнит жүйесі қаныққан соң кернеу тез азаяды, якорь кедергілеріндегі кернеудің артуынан және якорь реакциясының әсерінен. Жүктеме өзгерген кезде кернеудің тез төмендеуінен бұл генераторлар соңғы жылдары қолданбайды.

 

 

4.19-сурет. Тізбектеп қоздырылған генератордың

принципиалды схемасы

4.10. Аралас қоздырылған генератор

Бұл генераторда екі қоздыру орамдары бар: бірінші орам якорьге параллель жалғанған (І_Қ1 – орам тоғы), екіншісі якорьге тізбектеп жалғанған (І_Қ2 – орам тоғы) (4.20-сурет). Орамдар бір бағыттағы магнит ағынын алуға сәйкес жалғанған, ал орам санын таңдағанда, генератордың ішкі кедергілеріндегі кернеуі мен якорь реакциясының ЭҚК-ші, параллель орамның ЭҚК-ші мен компенсацияланатын болады. Екі орамның келістіріліп жалғануы жүктеме өзгерісінде генераторда тұрақты кернеу алуға мүмкіндік береді.

Қоздыру тоғы І_қ1 өтіп тұрған параллель орамды қоссақ, генератор кернеуі жүктеме артқан сайын төмендейді (4.20.б-сурет, 1 – қисық). Ал тізбектеп жалғанған орам арқылы І_қ2=І_ж тоғы өтіп тұрған орам қосылса, генератор кернеуі артады, жүктеме тоғы І_ж артса (2-ші қисық). Бұдан генератордың сыртқы сипаттамасын U=(I_ж) екі қисықтардың қосындысы деп айтуымызға болады.

 

 

4.20-сурет. Аралас қоздырылған генератордың

принципиалды схемасы

4.11. Тұрақты ток двигательдері

Тұрақты ток қозғалтқыштары электр энергиясын механикалық энергияға түрлендіреді. Тұрақты ток генераторларындағы сияқты тұрақты ток двигательдерінің қасиеттері қоздыру орамдарының қоректенуіне байланысты анықталады. Осыған орай олар келесі түрлерге бөлінеді: қоздыру орамдары параллель, тәуелсіз, тізбектеп және аралас жалғанған болып. Бұл двигательдердің қосылу схемаларының генераторлардың қосылу схемаларынан айырмашылығы оларда жүргізуші реостаттардың болуында, себебі бұл реостаттар жүргізу кезіндегі токтарды азайтады.

Қоздыру орамдары тәуелсіз және параллель жалғанған тұрақты тоқ двигательдері генератор және двигатель режимдерінде жұмыс істейді.

Тұрақты ток двигательдері екі бөліктен – қозғалмайтын статордан 1 және айналмалы якорь өзекшесінен 5 тұрады (4.21.а-сурет).

Машинаның қозғалмайтын бөлігіне негізгі 2 және қосымша полюстер 6 бекітіледі. Негізгі полюстерге қоздыру орамдары 3, ал қосымша полюстерге қосымша 7 орамдар орналастырылады. Шығындарды азайту максатында негізгі полюстер жеке-жеке болат табақшалардан жасалынып бір-бірінен оқшауланады. Машинаның негізгі полюсі – магнит ағынын тудырушы электромагниг. Негізгі полюстегі қоздыру орамдары тұракты ток көзіне қосылып, полюстердің магнит ағынын Ф_қоз қоздырады (4.21.а-суретте үзік сызықтармен шартты түрдегі бағыты көрсетілген). Якорь мен негізгі полюстер аралығындағы бос саңылау бірдей болу үшін басты полюстерге полюстік ұштар 11 бекітіледі. Сонымен бірге полюстік ұштар бос саңылауда магнит өрісінің бірқалыпты таралуын қамтамасыз етіп, якорь орамдарында индукцияланатын ЭКҚ шамасының тұрақты болуына әсер етеді.

Айналмалы якорь өзекшесі білікке 4 бекітіліп оның беттік жағындағы ойықтарына якорь орамдары 8 орналастырылады. Шығындарды азайту мақсатыңда өзекше болат табақшалардан қаттап жиналып бір-бірінен оқшауланады. Якорь орамының ұштары бір-бірінен оқшауланған екі жарты контактілік мыс сақиналарға жалғанған. Осылайша бөлінген сақиналар коллектор 9 деп аталынып, якорьмен бірге айналып тұрады. Коллектор сырғымалы щеткалар 10 арқылы тұрақты ток көзіне қосылады.

Қозғалтқыш режимінде коллектор сырткы тізбектегі тұрақты ток шамасын якорь орамдарында айнымалы токқа түрлеңдіріп, сонымен бірге қозғалтқьшты айналдырушы моменттің тұрақты бағытын қамтамасыздандырады.

Егер қозғалтқышты щеткалар мен коллектор арқылы қоректеңдіру көзіне қоссақ қоздыру орамдары мен якорь орамдарында ток жүреді (4.21.б-сурет).

а )                                     б)

 

4.21-сурет

 

Қоздыру тоғы магниттеуші күшті W_ҚI_Қ тудырады, оның әсерінен полюстердің магнит ағыны Ф_қоз қоздырылады. Ал якорь тоғы да оның орамдарында магниттеуші күшті W_яІ_а береді, ол якорьдің магнит ағынын Ф_Я қоздырады. Осы ағындардың қосындысы:

 

                                           Ф_қоз + Ф_Я = Ф                                              (4.11)

 

машинаның қорытқы магнит ағыны деп аталады.

Физика курсынан белгілі, Ампер заңы негізінде біртекті магнит өрісіндегі тоғы бар өткізгішке электромагниттік күш:

 

F= ВℓІ                                                   (4.12)

 

әсер етеді. Оның бағыты сол қол ережесіне сай әрбір полюстерде әртүрлі бағытталынады. Осы күш әсерінен қозғалтқышты айналдырушы момент пайда болады (4.22.б-сурет):

 

М = С_МФІ_а                                                                      (4.13)

 

Айналып тұрған якорь орамдарын машинаның қорытқы магнит ағыны Ф қиып өтіп электромагниттік индукция заңы негізінде осы орамдарда ЭҚК-ті индукциялайды. Оның бағыты ток бағытына қарама-қарсы:

 

Е=С_еnФ                                             (4.14)

 

(4.13), (4.14) теңдіктердегі C_M=рN / 2a, Ce=рN / 60a машинаның конструкциялық тұрақтылары, мұндағы р – негізгі полюстер санының жұбы N – якорьдің актив орамдарының саны, а – якорьдің параллель орамдары, п – қозғыштың айналу жылдамдығы. Тұракты ток қозғалтқьштарындағы ЭҚК, кернеу, ток шамалары араларындағы байланыс белгілі Кирхгоф заңы негізінде анықталынады (4.20.б-сурет):

 

U = E + R_яI_а.                                                (4.15)

 

(4.15) өрнектен Ом заңы негізінде:

 

I_а = U – E / R_я .                                            (4.16)

 

Жұмыс істеп тұрған қозғалтқыштың якорь орамдарындағы ток шамасын анықтаймыз. Мұндағы Rя – якорь орамдарының кедергісі, ал U желідегі кернеу.

Тұрақты ток қозғатқышың бастапқы іске қосу кезінде якорь орамдарында индукцияланатын ЭҚК шамасы нольге тең, өйткені қозғатқыштың айналу жылдамдығы n=0, онда (4.15) теңдікке сай:

 

                                   I_жүрг = U/R_я                                               (4.17)

 

қозғалтқышты іске қосушы ток шамасын анықтаймыз. Мұндай жағдайда қозғалтқышты іске қосушы (жүргізуші) ток шамасы оның номинал тоғынан (10-30)I_н есе артады. Мұндай үлкен ток күші якорь орамдарын қыздырып, коллектор мен щеткаларды істен шығаруы мүмкін. Сондықтан, барлық тұрақты ток қозғалтқыштарында жүргізуші ток шамасын барынша азайту үшін якорь тізбегіне іске қосушы (жүргізуші) реостат R_жүрг жалғанады. Нәтижесінде, жүргізуші ток шамасы:

 

I_жүрг =U /(R_я + R_жүрг)                                  (4.18)

 

азаяды, яғни бұл қозғалтқыштың зая жүріс режиміндегі номинал тоғының (1-5)I_н% мәніне жуық.

 

 

4.22-сурет

Қозғалтқыштың айналу жылдамдығы үдеу алған сайын якорь орамдарында индукцияланатын ЭҚК күш шамасы өседі (4.11 формуланы қараңыз), мұндай кезде якорь тоғы кемиді:

 

I_а = U – E / (R _я + R_жүрг) = U – С_e nФ / (R _я + R_жүрг).     (4.19)

 

(4.13) теңдікке сай якорь тоғының кемуі қозғалтқышты айналды-рушы момент шамасын төмендетеді, нәтижесінде қозғалтқышты жүргізу уақыты ұзарады. Сондықтан, қозғалтқыш үдеу алған кезде жүргізуші реостаттың (4.21.б-сурет) жылжымалы тиегі арқылы оның кедергісін біртіндеп азайтып қоямыз, онда (4.19) теңдік былай түрленеді:

 

I_а = U – С_еnФ / R_я ,                                     (4.20)

 

(4.20) өрнектен тұрақты ток қозғалтқьштың айналу жылдамдығын есептеп шығарамыз:

 

n = (U - ІR_я) / С_еФ .                                     (4.21)

 

Тұрақты ток қозғалтқьштарының айналу жылдамдықтарын өте кең көлемде түрлендіруге болады. Оны (4.21) тендіктен байқау қиын емес. Егер якорьдегі кернеу мәнін, немесе негізгі полюстердегі магнит ағынын Ф_қоз, өзгертсек, я болмаса якорь орамдарына қосымша реостат жалғасақ, онда қозғалткыштың айналу жылдамдығы өзгереді.

Тұрақты ток қозғалтқышының айналу жылдамдығы оның жұмыс режиміне тікелей байланысты. Егер, қозғалтқыш зая жүріс режимінен жүктеме режиміне көшетін болса, оның жылдамдығы да түрленеді:

 

Dn =((n₀ - _H) / n₀) ∙ 100%,                             (4.22)

 

мұндағы n₀ – қозғалтқыштың зая жүріс режиміндегі айналу жылдамдығы.

 

4.12. Қоздыру орамдары параллель жалғанған

тұрақты ток двигателі

Бұл двигательдің қоздыру орамдары якорь орамдарына параллель желіге қосылған. Қоздыру орамдарының тізбегіне реттеуші реостат R_рқ, ал якорь тізбегіне жүргізуші реостат R_ж қосылған. Бұл двигатель ерекшелігі – оның қоздыру тоғы І_қ якорь тоғына І_а тәуелсіз, яғни қоздыру орамдарының қоректенуі тәуелсіз. Яғни, якорь реакциясының әсерін ескермесек, двигательдің магнит ағындары жүктемеге тәуелсіз деп айтуымызға болады, онда М=f(I_a) және n=f(I_a) (моментік және жылдамдық сипаттамалары) сызықты (4.23.б-сурет), двигательдің механикалық сипаттамасы да сызықты n=f(М) (4.23.б-сурет).

 

а)                                                   б)

 

4.23-сурет. Параллель қоздырылған двигатель және оның

моменттік және жылдамдықты сипаттамалары

 

(4.13) және (4.14) теңдеулерден двигательдің айналу жылдамдығы-ның формуласын аламыз:

 

                                 (4.23)

 

бұл теңдіктегі якорь тоғының Іа орнына (4.13) теңдеуден якорь тоғын тауып, оны (4.23) формулаға қойсақ, қоздыру орамдары параллель жалғанған тұрақты ток двигателінің механикалық сипаттамасын табамыз, яғни,

 

                                (4.24)

 

Айналу жылдамдықтың моментке тәуелділігі n=f(М), егер U=const, І_қ=const болса, двигатель білігіндегі механикалық жүктеменің айналу жылдамдыққа әсерін көрсетеді, бұл двигатель таңдауда және оны жұмысқа пайдалануда өте маңызды.

Егер якорь тізбегіне қосымша реостат жалғасақ немесе жүргізуші реостат болса, онда

 

                               (4.25)

 

мұнда  двигательдің зая жүрістегі айналу жылдамдығы.

 айналу жылдамдықтың төмендеуі, якорь тізбегіне жалғанған барлық кедергілердегі қосынды кернеулердің төмендеуінен (4.24.а-сурет).

а)                                                           б)

 

4.24-сурет. Параллель қоздырылған двигательдің

механикалық және жұмысшы сипаттамалары

 

4.13. Қоздыру орамдары тізбектеп жалғанған

тұрақты ток двигателі

 

Бұл двигатель ерекшелігі – оның қоздыру тоғы якорь тоғына тең         І_қ=І_а (4.25.а-сурет), машинаның магнит ағыны якорь тоғына І_а тәуелді функция, яғни двигательдің магнит ағыны Ф жүктеме өзгеріне байланысты өзгереді. Жүктеме артқан сайын, орам кедергілеріндегі кернеудің шамасы артады, магнит ағыны артады, айналу жылдамдық азаяды, ал жүктеме азайғанда айналу жылдамдық n артады, сондықтан бұл двигательдер үшін белдікті берілістерді қолдануға болмайды.

 

                                 (4.26)

 

 

а)                            б)

 

4.25-сурет. Тізбектей жалғанған двигательдің моментік

және жылдамдықты сипаттамалары

Якорь тізбегіне кедергілері R_ж1, R_ж2, және R_ж3 кедергілерді қосып табиғи сипаттама 1-ден басқа 2, 3 және 4 сипаттамаларын аламыз, жүргізуші реостат R_ж шамасы үлкен болған сайын, сипаттамалар өзгерісі төмендейді (4.26.а-сурет).

(4.26.б-суретте) тізбектеп жалғанған тұрақты ток двигателінің жұмысшы сипаттамалары келтірілген.

(4.26.а-суреттен) байқайтынымыз қарастырып отырған двигательдің механикалық сипаттамалары (табиғи және жасанды) жұмсақ және гиперболалық сипаттамада. Аз жүктемеде айналу жылдамдық n өте тез артып, максимал шекті шамасынан асуы мүмкін (двигатель «шашы-райды»), сондықтан мұндай двигательдерді зая жүрісте жұмыс істейтін механизмдердің жетектері ретінде қолдануға болмайды немесе өте аз жүктемеде жұмыс істейтін (әртүрлі станоктар, транспортерлер т.с.).

 

а)                                                           б)

 

4.26-сурет. Тізбектей жалғанған двигательдің механикалық

және жұмысшы сипаттамалары

 

Осы айтылған жетіспеушіліктерге қарамай қоздыру орамдары тізбектей жалғанған тұрақты ток двигательдері әртүрлі электрлік жетектер үшін кеңінен қолданылады, әсіресе жүктеме моменті кең көлемде өзгеретін және ауыр жүргізу шарттары бар болса ( жүк көтеруші және айналмалы механизмдер, тартушы жетек т.с.), себебі жұмсақ механикалық сипаттама қарастырылған жұмыс механизмдері үшін ыңғайлы, қоздыру орамдары параллель жалғанған двигательдердің қатаң механикалық сипаттамасына қарағанда.

4.14. Қоздыру орамдары аралас жалғанған

тұрақты ток двигателі

Бұл двигательдің магнит ағыны Ф екі қоздыру орамдарының әсерінен болады, яғни параллель және тізбектеп жалғанған. Сондықтан оның механикалық сипаттамалары (4.27-сурет, 3 және 4 қисықтар) қоздыру орамдары параллель:

 

 

4.27-сурет

 

жалғанған двигатель сипаттамаларының (1 түзу) және тізбектей жалғанған (2 қисық) араларында орналасады. Аралас қоздырылған двигатель қасиеті оның механикалық сипаттамасы жұмсақ, зая жүрісте жұмыс істейді.

 

4.15. Тұрақты ток двигательдерінің

айналу жылдамдықтарын реттеу

Тұрақты ток двигателінің айналу жылдамдығы:

                                              (4.27)

 

яғни, айналу жылдамдықты келесі параметрлерді өзгерту арқылы реттеуге болады:

1) якорь тізбегіне қосымша кедергі жалғау;

2) магнит ағынын Ф өзгерту;

3) қоректендіруші кернеуді өзгерту.

Параллель қоздырылған двигатель үшін айналу жылдамдықты реттеуді қарастырайық.

Якорь тізбегіне реостат жалғау.Якорь тізбегіне реостат жалғасақ жүктеме артқан сайын айналу жылдамдық күрт төмендейді, реостат қосылмаған двигательмен салыстырғанда:

 

          (4.28)

(4.28-суретте) параллель қоз-дырылған двигательдің жылдам-дықты n=f(Іа) және механикалық n=f(М) сипаттамалары көрсетілген: 1 – табиғи сипаттама (егер R_қос=0);     2 – реостатты (егер R_қос>0). Екі си-паттама үшін де зая жүрістегі айналу жылдамдық бірдей, ал жүктемедегі айналу жылдамдықтың төмендеуінен Dn әртүрлі. Қосымша реостат кедергісі R_қос көп болған сайын жүктеме артқан кезде айналу жылдамдық та күрт төмендейді.

Бұл әдіс арқылы айналу жылдамдықты реттеудегі кемшілік – қосымша реостаттардағы үлкен энергия шығындары.

Магнит ағынын өзгерту. Двигательдің қоздыру тоғын реттеп өзгерту арқылы оның магнит ағынын өзгертуге болады. Әртүрлі магнит ағындарда Ф₁ және Ф_2, айналу жылдамдықтың өзгеруі келесі формула-мен анықталады:

 

          (4.29)

 

Қарастырып отырған айналу жылдамдықты реттеу әдісі өте қарапайым және үнемді, сондықтан бұл әдіс тәжірибеде кең қолданылады. 4.29.а-суретте орта және үлкен қуатты параллель қоздырылған двигательдің айналу жылдамдығын жоғарылату үшін, машинаның магнит ағынын азайтамыз. Аз қуатты машиналарда керісінше, магнит ағынын азайтып, айналу жылдамдықты төмендетеміз. Ал якорь тізбегіндегі кернеуді өзгерту арқылы (4.30-сурет) механикалық сипаттамаларын аламыз.

 

---

Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 2208; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!