2.8. Әдебиет.

2.8.1. Негізгі. «Электр машиналар»

1.Костенко М.П., Пиотровский Л.М. «Электрические машины», ч. 1,2. М.: Энергия, 1972. 1973.;

2. Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978;

3. Электротехнический справочник. В трех томах. М.: Энергия, 1980;

4. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. М.: Энергия, 1970;

5. Жерве Г.К. Расчет асинхронного двигателя при перемотке. Л.: Энергия, 1967;

6. Сергеев П.С., Виноградов Н.В., Горяинов Ф.А. Проектирование электрических машин, М.: Энергия, 1969;

7. Сылкин М.И. Калыков Б.Р. Электрические машины 2004

2.8.2. Қосымша.

8. Копылов И.П. «Электрические машины», М.: Энергоатомиздат, 1986;

9. Брускин Д.Э., Зохорович А.Е., Хвостов В.С. «Электрические машины», ч. 1,2. М.: Энергия, 1987;

10. Александров Н.Н. «Электрические машины и микро машины» М.: Колос, 1983.

2.8.1. Негізгі. «Электр жетегі»

1. Москаленко В.В. Электрический привод. М: Энергоатомиздат, 2000. – 415 с.

2. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода. – М: Энергия, 1981. – 1981 г.

2.8.2. Қосымша.

1. Басов А.М., Шаповалов А.Т., Кожевников А.С. Основы электропривода и автоматическое управление электроприводом в с.х. – М: Колос, 1972. – 344 с.

2.8.3 Әдістемелік.

1. Шичков Л.П. Автоматизированный электропривод. Методические указания и задания. – М.: ВСХИЗО, 1986.

2.9. Курс саясаты.

• Сабаққа кешікпеу;

• Дәріс сабақтары кезінже сөйлеспеу.

• Ұялы телефондарды қолдануды тоқтату;

• Сабақты босатпау;

• Оқу үрдісінде активті қатысу;

• СӨЖ тақырыптары мен берілгендерін, аралық және аралық бақылауды уақытында тапсыру;

• Бағаны жақсарту мақсатындағы қайта тапсыру жіберілмейді.

2.10. Білім бағалары туралы ақпарат.

Екі модульбойынша (ТП) ағымдық (А) және аралық (А)балл-рейтингінің, өздік жұмыс балл-рейтингінің, өздік жұмыс бағасы мен емтихандық балл-рейтингінің (Е) орташасының қосындысынан алынатын, 100- балл-рейтингі жүйесі (БРС) негізінде құрылған шкала бойынша студенттер білімінің соңғы бағасы, қорытынды рейтинг (Қ), қойылады, яғни Қ_% = (АА_1% + АА_2%):2*0,6 + Е_%*0,4.

Студенттер білімі бағасының шкаласы

Әріптік жүйе бойынша баға	Баллдардың сандық эквиваленті	Баллдардың пайыздық құрылымы	Әдеттегі жүйе бойынша баға
А	4.0	95 - 100	Өте жақсы
А-	3.7	90 - 94
В+	3.3	85 - 89	Жақсы
В	3.0	80 - 84
В-	2.7	75 - 79
С+	2.3	70 - 74	Қанағат
С	2.0	65 - 69
С-	1.7	60 - 64
D+	1.3	55 - 59
D	1.0	50 - 54
F	0.0	0 - 49	Қанағатсыз

3 Дәрістін қысқаша курсы

3.1. Тақырып 1. Трансформаторлардың ќұрылғысы және әсер ету принципі, типі және ұсынылуы бойынша трансформаторлардың түрлері. Өзекшелі және брондалған, бірфазалыќ және үшфазалыќ, топтыќ трансформаторлар.

Ұсынылатын әдебиет:

- Брускин Д.Э.,Зохорович А.Е.,Хвостов В:С. Электрические машины ч.1,2 .М.:Высшая школа 1987.

- Костенко М.П,Пиотровский Л.М., Электрические машины, ч.1,2. М.: Энергия 1978.

- Кацман М.М. Электрические машины . М.: Высшая школа,1990.

- Тихомиров А.С. Расчет трансформаторов М: Энергия,1986

Трансформаторлардың қызметі. Трансформатор кернеудің өзгеретін өлшемдер шамаларын өзара электрлік байланыссыз реттеуге арналған электр құрылғы. Трансформаторлар электртехникада, электроникада, автоматтандыруда, техникада, байланыс құрылыстарында телевидениеде, ЭЕМ мен техниканың басқа салаларында кең қолданыс тапты.

Олардың бір бірінен қызметі мен құрылысы жағынан айырмашылықтары болады. Дегенмен, оларға бір құрылғының түрлері деп қарап, электр энергиясын тасымалдаудың физикалық процестерін мысалдары арқылы зерттейді.

Электр энергиясында күш трансформаторлары елеулі орын алады. Олардың көмегінсіз электрэнергиясын беру, тарату мен қолдану мүмкін емес. Электр энергиясын шығаратын көздердің кернеуі 20...30 мың Вольттан артпайды. Мұндай кернеумен электр энергиясын жүздеген километр қашықтыққа жеткізу мүмкін емес, себебі оның барлығы электр тасымалдау желісінде ЭТЖ, ток күшінің квадратына тура пропорциялық электр шығыны ретінде жоғалады.

ЭТЖ электр энергиясының шығынын айтарлықтай төмендетуді бір мезгілде кернеуді жоғарылата отырып, ток күшін азайту арқылы іске асыруға болады.

Осы жағдайда берілетін электр қуаты күйінде қалады да оның шығыны P= R квадраттық деңгейде төмендейді. Энергетиканың қазіргі өркендеген кезеңінде электр қуаты миллион Вольттық кернеулермен мыңдаған километр қашықтықтарға тасымалданады. Мұндай жоғары кернеуді тек трансформаторлар көмегі арқылы ғана алуға болады.

Басқа тұрғыдан алып қарағанда, жүздеген мың Вольттық кернеуді тұрғын үйлерге кіргізу, техникалық қауіпсіздік тұрғысынан көңілге сыйғысыз.

Күштік және тұрмыстық жабдықтарды жұмысы үшін көп жағдайларда 380 және 220 Вольтты кернеу пайдаланады, ондай кернеуді трансформаторлар арқылы алады.

Кернеуді жоғарылату және төмендету трансформатордың тамаша қасиеті. Егер желіге трансформатордың орам саны көп орамасын қосса кернеуді төмендетеді, ал орам саны аз орамасын электр энергия көзіне қосса кернеуді жоғарылатады.

Кернеу трасформаторының құрылысы. Трансформатор негізгі екі бөлшектен: магнитөткізгіштен және екі орамнан тұрады (1.1.-сурет)

Магнитөткізгіш. Магнитөткізгіштің негізгі қызметі оған бекітілген орамдар арасында мүмкіндігінше жоғары магниттік байланысты қамтамасыз ету. Олар өзара жалғасқан болат өзекше мен орамдардан тұрады.

1.1.-сурет. Бір фазалы кернеу трансформаторының құрылысы.

а – магнитөткізгіш; в – орамалар.

Трансформатордың магнитөткізгішін арнайы электр техникалық болаттан жасалады, ондай болаттың электрмагниттік өткізгіштігі жоғары, сондықтан да тұйықталған желіле оның электрмагнит ағынына кедергісі төмен.

Ол электр энергиясын трансформациялау кезінде электр өткізгіштігі жоғары (кедергісі аз) мыс немесе алюмин өткізгіштерді пайдалану мен бірдей. Сонымен қоса, электр техникалық болата, кәдімгі конструкциялық болатқа қарағанда, гистерезис құбылысынан пайда болатын магниттік шығыны әлдеқайда төмен.

Магнитөткізгіштің өзегі тұтас болаттан емес, екі жағына электр оқшаулағыш лак жағылған қалыңдығы 0,35 немесе 0,5мм қаңылтырлардан құрастырып жасалады. Магнит өткізгіштердің қимасы, жасанды түрде, қимасы кіші көптеген қаңылтырға бөлшектеледі, себебі айнымалы магнит өрісінде орналасқан магнитөткізгіштегі құйынды тоқтың (фуко тоқтары) өтуіне кедергіні арттыру. Ом заңы бойынша құйынды тоқтың күші азаяды, бұл магнитөткізгіштегі электр шығынын азайтады.

Сонымен, стержендер мен жарманы:

• Магнит ағынына кедергі аз болу үшін арнайы электро магниттік болаттардан жасайды;

• Құйынды тоқты мейілінше төмендету арқылы электр шығынын азайту мақсатымен болат құймадан емес, электрлітехникалық болаттан даярланып екі жағынан оқшаулағыш лак жағылған жұқа қаңылтырдан жасайды.

• 

• 1.2-сурет. Кернеу трансформаторы магнитөткізгіш өзегінің қималарының түрлері

Магнитөткізгіштің стержендері мен жармасының пішіне 1.2-суретте көрсетілгендей болып келеді. Магнитөткізгіштердің стержендері мен орамдарының орналасуына қарай трансформаторлар стерженді және броньды деп бөлінеді. Олар магнитті жүйемен байланыстырылған симметриялы емес және симметриялы және байланыстырмаған топталған болып келеді. Ең көп тарағандары бір жазыққа орналасқан стерженді симметриялы магнит жүйесімен байланыстырылған болып табылады.

Кернеу трансформаторының орамдары. Трансформатордың орамдары кернеулері (ЭҚК) өзара электрлі байланыссыз трансформациялауды өамтамасыз етуге арналған. Олар кем дегенде екеу болады. Олардың бірі электр энергиясының көзіне жалғанады да электр энергиясын магнит энергиясына айналдырады. Екінші орам- магнит энергиясын электр энергиясына айналдырып, берілген ЭҚК бар электр энергиясын көзіне айналады.

Трансформатордың орамдары цилиндрлі жарғы түрінде сымдарының кима ауданы дөңгелек немесе тік болып жасалады. Олардың орам саны әдетте, әр түрлі болып келеді. Орам саны көп орама жоғарғы кернеулік (Ж.К) орам саны аз төменгі кернеулік (Т.К) деп аталады. Жоғары кернеу орамасының орам талшықтарын ал төмен кернеу орамасының орам талшықтарын деп белгілейді. Төменгі кернеу орамасы өзекшеге жақын, ал жоғарғы кернеу орамасы төмен кернеудің орамдарының сыртынан оралады. Орамдарды стержень орама арасындағы төсемінің қалыңдығын азайту үшін әдейі орналастырады. Орамдардың шығу ұштары латын әріптерімен белгіленеді. Жоғары кернеулі орамның басы мен аяғы ретінде А және Х әріптерімен белгіленеді. Төмен кернеулі орамдарының ұшының басы а және аяғы х әріптерімен белгіленеді. Үш фазалы трансформаторлар орамдары кемінде 6. Оларды таңбалау үшін латынның 6 бас және кіші әрібін пайдаланады А-Х; В-У; С-Z және а-х; в-у; с-z. Олар өздеріне сәйкес үш фазалы тоқтың жоғары және төмен кернеуін көрсетеді.

Магнитөткізгішпен орамдардың жақсы сууына және оқшаулануына жағдай жасау трансформатор майы толтырылған арнайы бақтың ыдыстың ішіне орналастырылады. Ондай трансформатор майлы, қалғандары құрғақ деп аталады.

Электр энергиясын трансформациялаудың электрлік-физикалық процесстері. Электр энергиясын трансформациялау бірінен соң бірін, әуелі электр энергиясын магнит энергиясына, бірінші орамада содан соң екінші орамада магнит энергиясын электр энергиясына қайта түрлендіру арқылы трансформациялауға негізделген. Энергияны түрлендіру кезінде орамадағы омдық кедергіден жіне магнит өткізгіштерінің болаттарындағы құйынды тоқтардан және магнит энергиясына түрлену кезіндегі гистерезис құбылысынан энергия шығындары болады. Олар орамалардың және трансформаторлардың магнитөткізгіштердің қызуы түрінде білінеді.

Трансформатор жұмысы қалыптасқан кезде энергия трансформатордың ішіндегі электрлік және магниттік шығындарды жабуға, сондай-ақ екінші орамды қоректендірудің жаңа көзінде электр қозғаушы күш туғызуға жұмсалады.

Бұл процесс сандық жағынан трансформатор орамдарындағы электрлік тепе-теңдіктің математикалық теңдеуі арқылы өрнектеледі.

Электр энергиясын трансформациялау кезінде жүктелмеген кернеу трансформаторында болатын электрофизикалық процесстер. Трансформациялау электромагниттік индукция заңдылығына негізделген: Өзгермелі магнит өрісіндегі кез-келген тоқ өткізіп денеде электр қозғаушы күш индукцияланады да, оны электр энергиясының көзіне айналдырады. Төменде, 1.3-суретте көрсетілгендей, бір фазалы трансформатормен кернеуді трансформациялауға мысал келтіреміз. Онда бірінші орамаға оралым саны және оралым саны екінші орамасы бар трансформатордың әр магнитөткізгіштің өзекшесінде болатын физикалық процесс көрсетілген.

1.3-сурет. Кернеу трансформаторының жүйемесіз жұмысының негізгі телсімі.

Екінші орама ажыратулы тұрған кезде бірінші ораманы айнымалы кернеу желісіне қосады.Ом заңы бойынша бірінші орамада айнымалы тоқ пайда болады, ол магнит ағынын туғызады. Тоқ пен магнит ағыны, бірінші жуық мәнінде синусойдалы деп саналады. Пайда болған магнит ағынының негізгі бөлігі болат магнитөткізгіште тұйықталады.

Бұл магнит ағыны негізгі магнит ағыны деп аталады да, арқылы таңбаланады. Оның басқа бөлігі магнит өткізгішке соқпастан өткізгіштің айналасындағы ауа бойынша тұйықталады, магнит ағынының бұл бөлігі шашыранды ағын деп аталып, арқылы таңбаланады.

Күш трансформаторларында негізгі магнит ағыны , шашыранды магнит ағынынан әлдеқайда көп, себебі болаттың магнит өткізгіштігі, ауаныкінен әлдеқайда артық. Қазіргі трансформаторлардың шашыранды ағындары өте аз, ол негізгі ағынның 0,5%-нен аспайды. Сондықтан трансформатордың жұмысын қарастырғанда шашырау ағынын елемеуге болады.

Бос жүріс режимі. Трансформатордың бос жүріс режимі- трансформатордың екінші орамасы ажыратулы, ал бірінші орамасының қалыпты кернеуге қосылған болуы кездегі жұмысы 1.3-сурет. Бұл кезде:

U _1х = U _1н

J_2x = O

Трансформатордың бос жүріс режим кезінде екінші орамадағы ток нөлге тең (ораманың қысқыштары ажыратулы) және тек қана бірінші орама бойынан ток I _iх өткен кезде онда магнит ағыны пайда болады. Екінші орамнан магнит ағынын магнитсіздендіруі әсері болмайтындығынан трансформатордың бос жүріс режиміндегі тоқ, трансформатордың қалыпты тоғынының 10%-нен артпайды: I _1х =(0,1...0,03) I _1н . Трансформатордың қуаттығы артқан сайын, бос жүріс тоғы пайыздық қатынас бойынша азаяды, ал трансформатордың қуаттығына тең қалыпты кернеу шамалы ғана өседі. Трансформатордың екінші ораманың қысқыштарындағы бос жүріс кернеуі ондағы индукцияланған ЭҚК-ке тең:

U _{2 х} = Е₂

Трансформатордың бос жүріс режимі кездегі тұтынатын қуаты, оның қалыпты қуатының 1% - нан артпайды Р=(0,01...0,003) Р_н

Ол қуат трансформатордың бірінші орамында сымдарда электрлік және магниттік және болат өткізгіштің магниттік, құйынды тоқтардан, гистерезис құбылысынан шығындарды түзеуге кетеді.

Трансформатордың қуаттылығы жоғары болған сайын, бос жүріс жұмыс шығынының оның қалыпты қуатына үлесі, соғұрлым аз болады. Трансформатордың жүксіз жұмысының тәртібі оның тасымалдау коэффициентін жуықтап есептеуге пайдаланады. (К_mU₁/U_2х), бұлмагнитөткізгіш болатта, тармақтардағы магниттену өлшемдері, олардың физикалық мәндері келесі тараулардың тармақтарында қарастырылады 1.5.2.

Трансформатордың қалыпты жұмыс тәртібі. Қалыпты жұмыс режимі – трансформаторды қалыпты кернеу желігіне қосқанда, шексіз ұзақ уақыт төлқұжатында кқрсетілген жүктемемен қызуы белгіленген мөлшерден аспайтын жұмысын қамтамасыз ететін негізгі экстплуатациялау режимі.

Төлқұжат - дегеніміз трансформатордың қалыпты жұмысына сай келетін барлық негізгі өлшемдері жазылған метал қаңылтыр. Мұнда толық қуат S, кВА; бірінші U_1н және екінші U_2н орамалардың желілік кернеуі, В; бірінші және екінші орамаларды жалғаудың электрлік сұлбалары; жалғастыру топтары; фазалар саны; тоқтың жиілігі; қысқа тұйықтау кернеуі; И_к %; жұмыс тәртібі; суыту тәсілі және трансформаторды жинау және эксплуатациялау кездерінде қажет болатын кейбір қосымша мағлұматтар жазылады.

Трансформатордың ПӘК өте жоғары сандықтан екі орамадағы қуат бірдей деп алады. Трансформатордың төлқұжатында қуат коэффициенті көрсетілмейді және жүктеменің cosφ-іне тең деп есептеледі:

I_1н = S_н /3U_1н ;

I_2н = S_н /3U_2н

1.4.2. Бос жүріс режимі. Трансформатордың бос жүріс режимі- трансформатордың екінші орамасы ажыратулы, ал бірінші орамасының қалыпты кернеуге қосылған болуы кездегі жұмысы 1.3-сурет. Бұл кезде:

U _1х = U _1н

J_2x = O

Трансформатордың бос жүріс режим кезінде екінші орамадағы ток нөлге тең (ораманың қысқыштары ажыратулы) және тек қана бірінші орама бойынан ток I _iх өткен кезде онда магнит ағыны пайда болады. Екінші орамнан магнит ағынын магнитсіздендіруі әсері болмайтындығынан трансформатордың бос жүріс режиміндегі тоқ, трансформатордың қалыпты тоғынының 10%-нен артпайды: I _1х =(0,1...0,03) I _1н . Трансформатордың қуаттығы артқан сайын, бос жүріс тоғы пайыздық қатынас бойынша азаяды, ал трансформатордың қуаттығына тең қалыпты кернеу шамалы ғана өседі. Трансформатордың екінші ораманың қысқыштарындағы бос жүріс кернеуі ондағы индукцияланған ЭҚК-ке тең:

U _{2 х} = Е₂

Трансформатордың бос жүріс режимі кездегі тұтынатын қуаты, оның қалыпты қуатының 1% - нан артпайды Р=(0,01...0,003) Р_н

Қысқа тұйықталу дегеніміз трансформатордың екінші орамасы қысқа тұйықталып, бірінші ораманың қысқыштарына, бірінші орамадағы тоқтың шамасы қалыпты жағдайдағы мәніне тең болатындай кернеуге жалғануы.

Оның екі түрі: апаттық, мұнда алғашқы кернеу қалыпты кернеуге тең және лабораториялық, онда бірінші ораманың қысқыштарына бірінші орамадағы тоқтар қалыпты мөлшерде болатындай мөлшерде кернеу беру.

I_1кз= I _1н

I_2кз = I _2н

Апатты жағдайда трансформатордағы тоқ қалыпты тоқтан (15...20) есе артық болады, эксплуатациялау барысында оған жол беруге болмайды.Ондайда трансформаторды желіден «дереу» ағыту қажет.

Лабораториялық қысқаша тұйықталу кернеуі қалыпты кернеудің 5...10% болады: u_k=(0,05…0,1) U_н , Ол неғұрлым аз болса трансформатордың төлқұжатында %-бен беріледі:

u_k % = U _к 100% / U _н

Қысқаша тұйықталу режимде трансформаторда өтетін физикалық процестер, жүкпен жұмыс істеу кезіндегідей, тек айырмасы екінші ораманың қысқыштарындағы кернеу нөлге тең, ал қорытынды магнит ағыны соған жуық.Сондықтан қалыпты кернеудің бірлік пайызын құрайтын кернеу кезінде де орамадағы тоқтың мәні қалыпты шамасына Ом заңына сәйкес жетеді.

Қысөа тұйықталу кезінде, негізгі ағын өте аз болғандықтан, магнит өткізгіштердегі шығынды тәжірибеде инженерлік дәлдікпен екі орамадағы Омдық кедергіге тең деп алып және қысқа тұйықталудың қосынды шығынын екі ораманың Омдық кедергісіне теңеп алуға болады.

Р_к = Р_м1 + Р_м2

Күш тік трансформаторларында қысқа тұйықталу қуаты I_к=I_н кезінде қалыпты қуаттылықтың (3...0,5%) құрайды, демек

Р_к= (0,03… 0,005) Р_н

Қысқаша тұйықталу қуаты, жүксіз жұмыс қуатынан 2,5...4,0 есе артық:

Р_к= (2,5… 4,0)Р_х

Қысқа тұйықталудың тәжірибе кезінде алынған мәндері орамадағы электр шығындарын және трансформатордың өлшемдерін анықтауға арналған кейбір тәжірибелік есептерді шығару кезінде пайдаланады.

1.5. Трансформаторлар мен оның өлшемдерін эквивалентті алмастырудың электрлік телсімі. Нақты трансформатор жұмысын аналитикалық және тәжірибелік талдауда электромагнитті байланыс жоқ деп алып эквивалентті желілік электрлі алмастырма сұлбасы ретінде қарасақ, векторлы-топографиялық диаграммасын тұрғызу айтарлықтай жеңілдейді. Сұлбада берілетін қуаттылық тоқ пен кернеудің фазалық қатынастары сұлбасы мен нақты трансформаторда бірдей болатындай етіп жасайды.

3.2. Тақырып 2. Негізгі ЭҚҚ өрнектер және векторлыќ диаграмма. Трансформатор бірінші және екінші орамаларын тендеулері. Активті және индуктивті шашырау кедергелерін физикалық мазмуны.

Ұсынылатын әдебиет:

- Брускин Д.Э.,Зохорович А.Е.,Хвостов В:С. Электрические машины ч.1,2 .М.:Высшая школа 1987.

- Костенко М.П,Пиотровский Л.М., Электрические машины, ч.1,2. М.: Энергия 1978.

- Кацман М.М. Электрические машины . М.: Высшая школа,1990.

- Тихомиров А.С. Расчет трансформаторов М: Энергия,1986

Электр тепе-теңдік теңдеуі 1.28 электр энергиясын бірінші орамадан екінші орамаға трансформациялау кезіндегі электр процесстреді сипаттаған I₁ мен I₂ токтарының арасында айқын тәуелділіктің жоқтығынан оларды сандық талдауға мүмкіндік бермейді. Бұл қиындықты орамалары магнит байланысты нақты трансформаторда, олардың элементтерін электрлі байланыстармен жалғастыратын эквивалентті алмастыру электр сұлбасы арқылы өрнектеу жолымен жеңуге болады.

Эквивалентті алмастырудың бұлжымас шарты нақты трансформатормен оның эквивалентті алмастыру электр сұлбасындағы электр процесстерінің дәл келуі.

Мұнда алмастырудың күрделілігі, трансформатордың жалпы жағдайда сызықтық емес элементі және өзара индуктивтіленетін орамамен феромагнитті өзекшесінің болуына байланысты. Нақты трансформатордан эквивалентті алмастыру электр сұлбасына тікелей өту мүмкін емес. Дегенмен электротехника теориясының курсында, шынайы трансформатордан эквивалентті электр сұлбасына өту орамадағы орам санының, өткізгіштердің ұзындығынының, материалдың, олардың қималарының бірдей болуына байланысты.

Нақты трансформаторларда жалпы алғанда бірінші және екінші орамның орамаларындағы өткізгіштердің көлденең қимасы, Омдық және индуктивтік, шашырау кедергілері бірдей емес, сондықтан, алдымен шынайы трансформатордан, келтірілген трансформаторға, содан кейін ғана эквивалентті алмастыру сұлбасына өту керек. Трансформатордың екі орамасының саны бірдей, әдетте бірінші ораманың орам санына келтіріледі. Оны былай жасайды: екінші ораманы бірінші орамаға келтіру әрекеті трансформаторды тұтас алғанда, және жекелеп алғанда, бірінші ораманың энергетикалық процесіне әсер етуі тиіс емес. Келтірілген екінші ораманың барлық өлшемдері келтірілген делінеді және нақты трансформатордағы таңбалармен белгіленеді, бірақ шекелерінде таңба болады:

Е^,₂ ¹_{, ,} И₂ ¹, I₂ ¹_,R_2,¹ Х₂¹ және Z₂.

Келтірілген трансформаторды бірінші және екінші орамасы біріне-бірі тізбектеле жалғанған электр тізбегі деп қарастыруға болады, ал олардың бірін магнит өткізгішке оралған шашыранды магнит ағыны, және Омдық кедергісі жоқ екінші элементін магнит өткізгіштн сырт орналасқан темір өзекшесі жоқ Ом кедергісі және индуктивтік кедергісі бар шарғы болады 1.5-сурет. Сонымен қатар екінші орамадағы орам саны келтірілген трансформатордың бірінші орамасының санына теңестіріледі (w₂=w₁). 1.5 а-суретте көрсетілген келтірілген трансформатордан 1.5 в суретте көрсетілген темір өзекшесі бар индуктивті шаршыға көшуге болады. Мұнда келтірілген трансформатордың орамаларының арасындағы магниттік байланыс оларды қосу арқылы жасалған.

1.5-сурет. Келтірілген кернеу трансформаторы мен эквивалентті индуктивті шарғының сұлбасы.

Егар трансформатор орамасындағы тоқ қорытушы магнит ағыны әсерінен пайда болса нақты трансформатордың индуктивті шарғысындағы энергетикалық процесс сандық қатынас жағынан келтірілген трансформатордағы сәйкес процесспен бірдей болады. 1.23. Индуктивті шарғыдағы жалған ток 1.5 в-сурет магниттендіргіш ток I_ деп аталады, негізгі магнит ағынын туғызуға және құйынды тоқтар ме гистерезис әсерінен магнитөткізгіш болаттағы электрлік және магниттік шығындардың орнын толтыруға жұмсалады:

I_ = I_cm j I_хм ,

Мұндағы I_cm - магниттегіш тоқтың болаттағы шығынның орнын толтыратын активті құраушысы; I_хм - магниттегіш тоқтың негізгі магнит ағынын туғызатын рактивті құраушысы. Іс жүзінде магниттегіш ток I_ жүктелуге тәуелсіз, тұрақты болып саналады.

Эквивалентті алмастыру орындалғаннан соң, индуктивті үш шарғыны аралас жалғастырған, оның екеуі темір өзекшесіз және біреуі идеалдандырылған темір өзекшелі, бірақ өткізгіштерінде Омдық кедергісі жоқ болу, болаттан жасалған электр желісі теориясына сәйкес толық кешенді кедергісі бар, эквивалентті электр тармағы болған жағдайда ғана орындалады:

Z_ = R_cm + j х_м

Мұндағы R_cm – магниттендіру желісінің активті кедергісі, ол нақты трансформатордың болат магнит өткізгіштерінде электрлік және магниттік шығындарға пропорционал болады; х_м - магниттендіру желісіндегі тізбегіндегі индуктивтік кедергі, сандық жағынан олар нақты трансформаторлар орамаларының өзара индукциялау кедергісіне тең:

х_м= 2 fМ

Екінші ораманың келтірілген өлшемдерінің келтірілгенге дейін және келтірілгеннен кейін де, тұтас алғанда трансформатордағы энергетикалық процестерінің сақталуы арқылы анықталады. Екінші орамадағы келтірілген тоқтың анықтау үшін магнит тоқтарын сәйкес магниттендіргіш күштермен (I _w)- ауыстыру арқылы 1.23. өрнекті пайдалануға болады:

I _ w = I₁ w₁ + I₂w₂

Мұндағы I _ - магнит өрісін және магниттендіргіш күшпен (I_ w) қорытынды магнит ағынын туғызатын магниттендіргіш жалған тоқ ол нақты трансформатордың екі орамасы туғызатын магниттегіш күштердің қорытынды мәніне тең. 1.46. – теңдеудің екі жағында w₁–ге бөлу арқылы мынадай өрнек аламыз:

I _ = I₁ + I₂ w₂/ w₁

теңдеуді

I₂ w₂/ w₁ = I₂

деп белгілеп магниттендіргіш тоқты I _ , бірінші I₁ және трансформатор орамасындағы келтірілген екінші I₂ тоқтармен байланыстыру арқылы мына теңдеуді жазамыз:

I _ = I₁ + I₂

Мұндағы I₂ жалған тоқты тасымалдау коэффициенті К_m = 1,0 нақты трансформатордың екінші орамасындағы I₂ тоғына сан жағынан тең, демек бірінші және екінші орамадағы орам сандары тең болғандағы(w₂=w₁) шарты орындағанда келтірілген тоқ деп атауға келісілген. Солай ете отырып, магниттеуші күші сақталған болса, орамадағы оралым саны нақты трансформатордың бірінші орамасының орам санына тең, магниттеуші тоғы I _ нақты трансформатордың теңдігін қанағаттандыра алатын 1.46 жалған индуктивті катушкамен алмастыруға болады. Келтірілген параметрлерінің қалғандарын келтіргенге дейінгі және келтірілгеннен кейінгі теңдіктерге сүйене отырып анықтауға болады:

Е₂ ¹_, ; U₂ ¹; I₂ ¹_,R_2,¹ х₂ және Z₂¹;

• активті қуаттылық Е₂¹ R₂ = (I₂¹)² R_2,¹ ескере отырып,

R_2,¹ = R₂ (w₂/ w₁)²

• реактивті қуаттылық I₂ ² х₂ = (I₂¹)² х₂¹

х₂¹ = х₂ (w₂/ w₁)²

• тұтынатын толық жүктемелік қуаттылығы I₂ ² Z₂ = (I₂¹)² Z₂ ¹

ескерсек:

Z₂¹ = Z₂(w₂/ w₁)²

Желінің беретін толық қуаттылығы

Е₂I₂ = Е₂¹I₂¹ (1.48.)-ді ескерсек

Е₂ = Е₂ (w₂/ w₁) = Е₁

ЭҚК пен кернеу Е₂ = U_2х жүктеусіз жұмыс кезінде 1.53-ті ескерсек:

U ₂¹ = U ₂ (w₂/ w₁)

Мұндағы Е₁ трансформатордың бірінші орамадағы және келтірілген екінші орамаларындағы индукцияланған ЭҚКтер.

Келтірілген трансформатордың екінші орамадағы электрлік тепе-теңдікті алынған өрнектерді ескере отырып былай жазуға болады:

U ₂¹ = Е₂¹ - I₂¹ R₂¹ – I₂¹ j Х₂¹

Нақты трансформаторды соған парапар келтірілген трансформатормен 1,5а сурет эквивалентті ауыстыру барысында және екінші ораманың w₁ = w₂ жағдайында бірінші ораманың Омдық кедергісі R₁ және шашыратқыш индуктивті кедергі Х₁ ораманың өзінен шықандықтан келтірілген трансформатордың электрлік тепе-теңдік теңдеуі былай өрнектеледі:

U ₁ = - Е_1ì +I₁ R₁ + I₁ j Х₁

1.55 пен 1.56 теңдеулердегі R₂ мен R₁ сәйкес орамалардың болат магнит өткізгіштеріндегі лектр кедергілерін ескермегенде Омдық кедергілері. 1.28 теңдеудегі электр тепе-теңдігінің құраушылары I₁*R_cm кернеудің төмендеуі I₁ r₁ = I₁ R₁ +I₁ R_cm болат магнит өткізгіштерінде құйынды тоқтар мен гистерезистер әсерінен болатын электр шығындары енді Е_1м жатқызылады:

Е_1м = Е₁ – I_м¹ R_cm

Инженерлік есептеулерде 1.57 теңдеуіндегі I_м¹R_cm кернеуінің азаюы аз шама болғандықтан Е_1μ Е₁, ал I_ ≈ I_ ескерілмейді.

Енді келтірілген трансформатордың электрлік теңдеуінің өрнегі қабылданған ұйғарым бойынша мұндай жүйе түрінде жазылады.

U ₁ = -Е₁ + I₁ R₁ + I₁ j Х₁ ;

U ₂ ¹= Е₁¹ – I₂ ¹ R₂¹ – I₂ ¹ j Х₂¹;

I_=I₁+I₂

1.58 теңдеу жүйесінің графикалық шешімі, келтірілген трансформатордың кернеуінің, тоғының және ЭҚК-нің векторлық диаграммасын тұрызу мүмкіндік береді.

Векторлық диаграмма олардың шамасын жүктелу сипаттарының өзгеруіне байланысты олардың арасындағы уақыттық ығысу бұрыштары туралы көрнекті қорытынды жасауға мүмкіндік береді. Инженерлі есептеулерге, ораманың қысқыштарындағы кернеу мен олардың электрлік кедергілеріне түсетін кернеулердің шамалары бірдей еместігінен U₁>>I₁Z₁,

1.7-сурет. Келтірілген кернеу трансформаторының эквивалентті электр сұлбасы.

Эквивалентті орынбасудың электрлік сұлбасы нақты трансформаторда энергетикалық процесстерді тоқ күшін қуат және т.б. сандық жағынан талдағанда дұрыс, бірақ өтпелі және тұрақталған кездегі процесстердің физикалық мәндеріне талдау жасауға пайдалануға болмайды.

3.3. Тақырып 3. Тұраќты ток машиналарының негізгі элементтері және әсер ету принципі. Физиќалыќ және геометриялыќ нейтральдің аныќтамасы. МТП ќалќанындағы кернеу пульстелуі.

Ұсынылатын әдебиет:

- Брускин Д.Э.,Зохорович А.Е.,Хвостов В:С. Электрические машины ч.1,2 .М.:Высшая школа 1987.

- Костенко М.П,Пиотровский Л.М., Электрические машины, ч.1,2. М.: Энергия 1978.

- Кацман М.М. Электрические машины . М.: Высшая школа,1990.

- Тихомиров А.С. Расчет трансформаторов М: Энергия,1986

Тұрақты тоқ электр машиналарының міндеті мен қолдану аймағы. Тұрақты тоқ машиналары өзара қайтымды электрлі техникалық құрылғы. Олар ешқандай құрылыстық өзгерістерге түспей – ақ генератор немесе қозғалтқыш ретінде істей алады. Тұрақты тоқ генераторлары, әдетте шағын қуатты электр энергиясының желілік көзі ретінде, мысалы: синхронды генераторлардың қоздыру орамаларын қоректендіруге қолданылады. Генератор құрылысында электр энергиясын алатын щеткалы – түйіспелі құрылғының болуы оның, қуаты мен кернеуінің шамаларына шектеу қояды. Сондықтан электр энергиясын өнеркәсіптік өндіру синхронды генераторлар арқылы атқарылады. Олардың қуаттылығын теория жүзінде шексіз етіп жасауға болады. Тұрақты тоқ қозғалтқыштары, негізінде айналу жылдамдығын кең ауқымда ақырындап реттеу мүмкіндігі болғандықтан, біртіндеп өзгертуді қамтамасыз ететін электр жетектерінде, сондай – ақ арнайы құрылыстағы есептеу және басқару машиналарына қолданылатын шағын жүргізгіштер ретінде қолданады.

4.1 – сурет. Тұрақты ток мәшинесі бөлшектенген күйде: а-статор; в-ротор (якорь) коллекторымен; с-айгөлек қалқаны; d-щетка құрылғысы; е-щеткі.

Ауылшаруашылығы өндірісінде тұрақты тоқ машиналары іс жүзінде қолданылмайды десе де болады. Сырғымалы щеткелі түйіспелі тетіктері ауылшаруашылығының ылғалды және шаңды орталарда (сиыр, шошқа, тауық қораларда және т.б. орындарда) олардың қарқынды қажалуына соқтырады. Мұндай жағдайларда тұрақты тоқ қозғалтқыштары трамвайларда және басқа да көлік түрлерінде де кең қолданыс тапты, олардың айналу жылдамдығын бояу, үнемді, кең ауқымда реттеу мен орнынан қозғалу кезінде жұмысқа қосу моменттерінің жоғарылығы, оларды кеңінен пайдалануға мүмкіндік береді. Тұрақты тоқ қозғалтқыштарының жүргізу моменті кішкене айналым жиілігін реттеу шегі мейілінще аз асинхронды қозғалтқыштарға қарағанда, зор артықшылығы олардың реттелетін электр жетекте теңдесі жоқ етеді.

Тұрақты тоқ машиналарының құрылысы. Тұрақты тоқ генераторы мен қозғалтқышы құрылымдық тұрғыдан бірдей машинналар болғандықтан құрылыстарын бірге жұмыс жасау принциптерін жеке – жеке қарауға болады. Тұрақты тоқ машинасы статор жармасынан (статина), якорьден (статор), негізгі және қосалқы полюстерден, коллектордан, щетка құрылғысынан, полюс ұштамаларынан, якорь орамасынан қоздыру орамасынан және т.б. құрылғы көмекші арналымды бөлшектерінен тұрады. Машина құрылысының негізгі элементтері 4.1. және 4.2 – суреттерінде көрсетілген.

Статор жармасы. Статор табаны тұрақты тоқ машинасының қозғалмайтын бөлігі, ол полюстер мен машинаның өзін іргетасқа бекітуге қызмет етеді.

4.2 – сурет. Тұрақты ток мәшинесі негізгі бөлшектерінің сызба көрісіні.

4.3 – сурет. Тұрақты ток мәшинелері якорінің ойықтары

Статинаның полюстер бекітілетін бөлігі жарма деп аталады. Ол магнит өткізгіштің бөлігі болып табылады, сондықтан ол арқылы тоқ өтетін магнит ағынына қолайлы жағдай жасау үшін, оны жоғары магнит өткізгіштігі бар болаттан болмаса арнайы шойыннан жасайды. Жарманы жасау технологиясы құйма болаттан немесе тұтас тартылған болат құбырдан даярлайды (4.2 – сурет). Негізгі полюстердің магнит өрісі тұрақты болғандықтан, мұнда гистерезис құбылысы мен құйынды тоқтар болмайды.

Якорь (ротор). Якорь машинаның айналатын бөлігі, ол қалыңдығы 0,5 мм қалыпты, тиісті дөңгелек электрлітехникалық болат қаңылтырдан жиналған цилиндр (4.8 б-сурет). Қаңылтырларды жинаған соң, арнайы тетікпен қысады, якордың сыртқы бетін бойлай ойықтар мен тістер қалыптасады. Якорьдің ойықтары, әдетте ашық болады, ал шағын машиналар үшін асинхронды машиналар роторының ойықтары сияқты жабық болады (4.3 – сурет). Жинағаннан кейін пайда болған бойлық ойықтарға якорьдың орамаларын төсейді (4.4 – сурет).

4.4 – сурет. Ішіне орама өткізгіштері салынған, тұрақты ток мәшине якорінің жартылай жабық (а) жзәне ашық (б) ойықтары.

4.5 – сурет. Тұрақты ток мәшинесінің негізгі (бас) полюсті: 1-өзекше; 2-полюс ұштамалары; 3-қоздырғыш орама; 4-катушканың қаңқасы; 5-станина; 6-бекіткіш болт.

Якорьдың қаңылтырлары арнайы электро техникалық болаттан істеледі, оның магнит өткізгіштігі, кәдімгі конструкциялық болаттыкінен айтарлықтай жоғары. Бұл магнит ағынының магнит өткізгіш темірінен өтуіне қолайлы жағдай туғызады және магнит өткізгіште гистерезис құбылысы артық магниттелу шығындарын азайтады. Якорьдегі құйынды тоқтарға (фукотоғына) электр кедергісін көбейту үшін тұтас емес, қаңылтыр жиынтығынан жасайды. Электр кедергіні көбейту үшін қаңылтырдың қалыңдығын, оның механикалық бекемдігін сақтау шегіне дейін жұқартады. Якорьды жинағаннан кейін электр тұрғысынан қаңылтырлар қатарласа жалғасқан болмау үшін, оны оқшаулағыш лақпен жағады ол қаңылтырдың саны қанша болса сонша есе азайтқан болар еді. Оны оқшаулағыш лакпен жағады. Осының бәрі ФУКО тоғының әсерінен болатын электр шығынын айтарлықтай азайтады. Сонымен, магнит кедергісін азайту үшін арнайы электр болатынан, электр кедергісін көбейту үшін болатты қаңылтыр етіп тіліп, жинап, лакпен жауып жасайды. Осының бәрі гистерезис құбылысы мен құйынды тоқтардан болатын магнит және электр шығындарын азайтады.

Негізгі (бас) полюстер. Негізгі бас полюстер машинада негізгі магнит ағынын жасауға және өткізуге арналған Полюс өзектен және полюстік ұштамадан мұны кей жағдайда «башмак» деп атайды, себебі мұның конструкциясы темір жол башмағына ұқсайды, (4.2 – сурет) полюс ұштамаларына мұндай пішін ауа саңылауы арқылы магнит ағынын өткізуді жеңілдету мен оның якорь бетінің полюсіне бір тегіс орналасуын қамтамасыз ету үшін берілген. Әдетте, полюстер қалыңдығы 1 мм электротехникалық болаттан жасалып, оқшауланған қаңылтырдан жинайды, мақсаты полюс ұштамаларының беткі қабаттарында якорьдің тістілігінен пайда болатын магнит индукциясының үзіктеуінен (соғуынан) туындаған құйынды тоқтан келетін шығынды азайту негізінде, индукцияның үзіктенуі (соғуы) қабаттардың жоғарғы бетіне енеді, ендеше ұштамалары ғана қабаттап жасауға болар еді. Алайда, технологиясы бойынша барлық полюсті қаңылтырдан тұтас жанау тиімді. 4.5 – суретте негізгі полюс көрсетілген.

Қосымша полюстер. Қосымша полюстер қосымша магнит өрісін жасауға арналған, ол якорь реакциясының орынын толтырады және машина жұмысының түрлі тәртібінде, коллектордегі щеткінің ұшқынсыз жұмысын қамтамасыз етеді. Оларды соғылған болаттан немесе электр болатының қаңылтырынан жанайды. Қосалқы полюстер, негізгі полюстердің арасында орналасады және жармаға болаттармен бекітіледі 3.6 – суретте қосымша полюстер көрсетілген.

4.6 – сурет. Тұрақты ток мәшинесінің қосымша полюсі 1-өзекше; 2-қоздырғыш орама.

4.7 – сурет. Тұрақты ток мәшине коллекторының қаңылтырларының құрылысы.

Коллектор. Коллектор механикалық түзеткіштің құрамдық бөлігі, ол якорь орамасында индукцияланатын айнымалы синусойдалы ЭҚК – ін генератордан шығатын тұрақты (үзбелі) ЭҚКке айналдырады. Коллекторды сына тәрізді етіп, мыс қаңылтырдан жасайды, оларды бір – бірінен сондай – ақ коллектордың сыртынан миконит төсеніштермен және манжеттер арқылы оқшаулайды.

Коллектордың қаңылтырларын ыстық кезінде цилиндр корпусқа оның қисық беттері дәл цилиндр сияқты болу үшін айналдыра жонылады. Коллектор қаңылтырларының құрылысы 4.7 – суретте көрсетілген. Жылдам айналатын машиналарда айналу жылдамдығы жоғары кезінде, щеткелер дірілдемеуі үшін, диск тәрізді коллектор қолданылады, олардың жанасу беті айналу білігіне тік орналасқан. Типті коллектор, якорьмен бірге 4.8а – суретте көрсетілген

4.8 – сурет. Тұрақты ток мәшинелері коллекторының жиналғандағы түрі (а) және якорь қаңылтыры (б).

4.9 – сурет. Тұрақты ток мәшинесінің щетка аспабы: 1-щеткі ұстағыш; 2-щеткі; 3-қаңылтыр серіппе.

Щеткілік аспап. Щеткелі аспап электр энергиясын коллекторден алуға немесе беруге қолданылады. Ол көмірден, графиттен немесе металлграфитті щеткіден, серппелері бар щеткі ұстағыштан, щеткі шыбығынан, щеткі траверсінен және тоқ алатын шиндерден тұрады. Щеткі щеткі ұстағышқа салынып коллекторға серппемен қысылып тұрады. Щеткі ұстағыш щеткі шыбығына бекітіледі де, коллекторға белгілі жағдайда орнатылады. Щеткі мен щеткі ұстағыш 4.9 – суретте көрсетілген.

Щеткі ұстағыштар айгөлек қалқанына, болмаса қаңқаға жалғанады. Траверстерді бұру арқылы машина полюстеріне қарағанда, барлық щеткі жүйесінің орналасуын өзгертуге болады. ЭҚК – тің ең көп шамасы алу үшін щеткілер геометриялық бейтарапта демек полюс өсіне тік түсетін сызықта орнатылады. Щеткі болттары оқшауландырғыш төсемелермен төлкелер арқылы траверстен оқшауланады. 4.2 – суретте траверс пен щеткі ұстағыш көрсетілген.

Қоздыру орамасы. Қоздыру орамасы машинаның якорь айналатын полюс аралық кеңістігінде магнит өрісін туғызуға арналған. Қоздыру орамасы полюс өзекшесіне кигізілетін, каркасқа оралған шарғы түрінде жасалған (4.5 – сурет). Шағын және орта қуатты машиналарда қоздыру орамасы карқассыз шарғылар жиі қолданылады. Ылғал өткізгіштігін азайтып, жылу өткізгіштігін арттыру үшін қоздыру орамасы шарғысын, лакпен көпқайтара қанықтырады. Негізгі және қосалқы полюстердің қоздыру орамаларын дайындау технологиясы бірдей. Электр сұлбаларында негізгі полюстердің орамалары «ОВ», ал оның қысқыштары Ш₁ және Ш₂ әріптерімен белгіленген. Қосалқы полюстерінің орамалары «ОВД», ал оның қысқыштары Д₁ және Д₂ деп белгіленген.

Якорь орамасы. Якорь орамасы тұрақты тоқ машинасының маңызды құрамдық бөлігі, ол электр энергиясын магнит энергиясына (қозғалтқыш) немесе магнит энергиясы электр энергиясына айналдырады (генератор). Якорь орамасының орамдарының өткізгіштері якордың бойлық ойықтарына орналасады, ал олардың ұштары коллектордың қаңылтырларына жалғанады.

4.10 – сурет. Тұрақты ток мәшинесі якорінің шамалы (а) және толқынды (в) орамаларының екі орамды бөлімдері.

4.11 – сурет. Тұрақты ток мәшинесі якорінің бір орамды (а) және үшорамды (в) бөлімдері.

Электр сұлбаларында якорь орамасын «ОЯ», ал олардың ұштарын Я₁ және Я₂ арқылы белгіленеді. Тұрақты тоқ машиналардың якорының орамасы, айнымалы тоқ машиналарынікі сияқты тұзақтық және толқындық болып бөлінеді (4.10 – сурет), олардың ұштары коллектор қаңылтырларына жалғанады. Орамалар өздеріне тұйықталған өткізгіштер жүйесіне байланысты, қарапайым немесе күрделі болып келеді. Якорь орамасының негізгі элемент (бөлім) секция болады. Секцияның якорь орамасының, бірінен – бірі жалғасқан екі коллектор қаңылтырларына ұштарымен жалғасқан бөлігі.

Секция бір немесе бірнеше орамдардан тұруы мүмкін (4.11 – сурет) секцияның ені мүмкіндігінше, якорь полюсінің бөліктеріне бірдей етіп таңдап алынады:

мұндағы – көршілес полюстер өсінің арасындағы якорь шеңбері бойынша, қашықтыққа тең паолюстік бөліну; 2р – тұрақты тоқ машинасының полюстер саны; D – якорьдің сыртқы шеңбері. Секцияның жақтары якорь ойықтарына, әдетте екі қабат болып, оның бір жағы ойықтың жоғарғы қабатында, ал екінші жағы төменгі қабатта орналасады, ол 4.12 – суретте төрт бұрыш болып, әртүрлі түске боялған.

4.12 – сурет. Бөлімдерге екі қабатты етіп төсеу: а-орамды; б- екі орамды; в-үшорамды.

Секциялар өзара тізбектей немесе қатарласып орналасуы мүмкін. Мұнда тұйықталған ораманың параллель тармақ саны екіден аз болмауы қажет:

2à 2

Орамалардың симетриялылығын сақтау үшін бөлімдердің жалпы саны қатарлас тармақтардың әр қайсысына олардың бүтін саны келетіндей етіп алады, демек:

ñ/à =ê/à=á¾òií ñàí,

мұндағы с – секция саны; к – коллектор қаңылтырының саны; а – якорь орамасының параллель тармағындағы жұптар саны; жалпы жағдайда:

Ñ=ê=Z_ý

мұндағы Z_ý – секция жақтарының жұп қатары санына тең, элементарлық ойын саны (4.12 – сурет).

4.13 – сурет. Тұрақты ток мәшинесі якорінің шамалы (а) және толқынды орамалардың қадамдары.

Орамалар қадамдарымен сипатталады (4.13 – сурет). Бірінші қадам У₁ – бөлімнің ені немесе бөлімнің бас және аяқжақтарының арасындағы қашықтығы. Екінші қадам У₂ – біріншінің аяқ жағы мен келесі бөлімнің бас жағы арасындағы қашықтық.

Қорытынды қадам У – бірінен кейін бірі орналасқан бөлімдердің бас жақтары арасының қашықтығы. Коллектор бойынша қадам У_к – коллектор шеңбері бойынша, бөлімнің басы мен аяғы арасындағы қашықтығы. Бұл қашықтық әдетте коллектордың бөліну санымен өлшенеді. Арасындағы қадамдардың қатынасына қарай орама оң және сол қарапайым және күрделі болып бөлінеді. Тұрақты орамалар үшін, қорытынды қадам, 4.13 – суретте көрсетілгендей: Ó=Ó₁-Ó₂=Ó_ê. Ó > 0 болса, онда орама оң (айқаспайтын) (4.14а – сурет). Егер Ó<0 болса, онда орама сол (айқасатын) (1.14в-сурет). Сол орама, іс жүзінде қолданылмайды. Ó=Ó₁ болса тұзақты орамасы қарапайым делінеді (4.14а-сурет). Егер Ó=Ó_ê>1 болса, онда шамалы күрделі орама болғаны (4.15-сурет) оны біріне қарағанда екінші ығысқан қарапайым екі орама деп қарауға болады. Бұлар қуаты аз (50кВтқа дейінгі) аса төмен кернеулі (24 Вольтқа дейінгі) және қалыпты кернеулі қуаты жоғары қалыпты (110...120) Вольтты төмендетілген (60...80) Вольтты және төмен (24 Вольтқа дейін) кернеулі машиналарда қолданылады. Толқынды ораманың қорытындылаушы қадамы 4.13в – суретте көрсетілгендей мынаған тең: Ó=Ó₁+Ó₂=Ó_ê. Барлық бөліктері орамаға кіру үшін бөліктердің ені осындай болғанда, якорь шеңберін бір орап шыққан соң, ораманың басы мен аяғы бірінен бірі "n" қарапайым ойықтарға ығысады.

4.14 – сурет. Тұрақты ток мәшинесі якорінің қарапайым шамалы ормалары: а- оң (қиылыспайтын); в-сол (қиылысатын).

4.15 – сурет. Тұрақты ток мәшинесі якорінің күрделі шамалы ормасының бөлігі у=ук=2.

Қорытындылаушы қадамдар жұп полюстер санына теңелуге тиіс болғандықтан, толқынды орамның қорытындылаушы қадамы былай өрнектеледі:

Ó=(ñ ± n) /P

мұндағы « - » айқаспайтын (оң) орамға; « + » айқасатын (сол) орамға сәйкес келеді. 4.16 – суретте қарапайым оң және сол орамалар көрсетілген. Толқынды орамалар үшін қатарлас жұп тармақтар санына қарапайым ойықтар санына n тең, демек: a=n. Осыны ескерсек (4.5) теңдеуі мына түрге келеді:

ó=(ñ±n)/ð=(ê±à)/ð=ó_ê

болғанда толқынды қарапайым орамы болады. a=1 болса толқынды күрделі орамашығады. Толқынды қарапайым орама үшін (a=1) теңдеуі мына түрге келеді:

ó=(ñ±1)/ð

қорытындылаушы қадам (у) тұтас емес, бөлшек саны болуы мүмкін, ол технологиялық жағынан орындалмайтын іс. Мұндай жағдайда коллекторға қосылмаған немесе жасанды түрде «орамаға тұйықталған» «өлі» секцияны пайдалану делінетін жасанды тәсілге барады. Толқынды қарапайым орама, қуаты төмен (50 кВт-қа дейін) кернеуі қалыпты (110...120) Вольттық және орташа қуаты (50...500) кВт, қуаты жоғарылатылған (440...600) В және жоғарғы кернеулі машиналарда қолданылады.

4.16 – сурет. Толқынды қарапайым орама: а-сол; в-оң.

Толқынды қарапайым орамдар, якорьлық орамалардың ішінде ең көп тараған түрі, олар қуаты аз, орташа қуатты, кернеуі 110-нан 600 Вольтқа дейінгі машиналарда қолданылады. Оның қарапайым жылу орамаларынан артықшылығы, оның полюс саны қанша болса да, тек қана екі тармақты және жұп полюстер саны бірден артық P>1 болғанда, өткізгіш аз жұмсалады. Олардың қимасы үлкен болғанына қарамастан, өткізгіш саны аздығы ораманы жасауды жеңілдетеді. Оның маңыздығы одан кем емес, тағы бір артықшылығы, теңестіргіш жалғаманы керек етпейтіні, ол тұзақты қарапайым орамада мүмкін емес. Тексергіш жалғама дегеніміз, ораманың теориялық потенциялы бірдей нүктелерін қосатын өткізгіштер. Олар орамының астында жатқан би полярлы тармағында потенциалдар туғызуға арналған. Ораманың жеке тармағындағы ЭҚК – тің теңсіздігі, полюстер арасындағы ауа саңылауның біртегіс болмауын шақырады, ол коллектордағы щеткінің орналасу симетриясыздығынан, якорьдің эксцентритетінен, құйма қаңқадағы бедерлерден және т.б. болады. Теңестірме тоқторы орманы, якорді және щеткіні қосымша жүктейді, содан машинаның жұмыс жағдайын нашарлатады, шығынын арттырады, қызуы жоғарылайды және ЭҚКі төмендейді.

Толқынды күрделі орама a>1 дегеніміз толқынды «а» қарапайым орамалар, олар якорьге ойық саны мен коллектор қаңылтырларының саны қарапайым толқынды бір орамаға қажетті санынан «а» рет артық салынуы. Тәжрибеде олар салыстырмалы түрде аз кездеседі және кернеуі жоғарылатылған қуаттылығы орташа машиналарда кездеседі.

Тұрақты тоқ машиналары жүктелгенде оның магнит өрісі негізгі полюстер мен якорь орамасындағы магнит өрістерінің өзара әрекеттесуінің нәтижесі болып табылады. Якорь магнит өрісінің, полюстердің магнит өрісіне әсері – якорь реакциясы делінеді. Якорь реакциясы нәтижесінде машина полюстер білігімен салыстырғанда симметриясы бұзылады (4.17 – сурет).

4.17 – сурет. Тұрақты ток мәшинесінің қорытынды магнит өрісінің суреті:

а-жүктемесіз жұмыста; в-якорь өрісі; с-жүктелгенде; n-n геометриялық бейтарап m-m физикалық бейтарап.

Егер нөлдік индукциясы бар нүкте арқылы өтетін сызықты физикалық бейтарап (m=m) деп атасақ онда, якорьдың магнит өрісінің әсерінен геометриялық бейтарапқа қарағанда (n=n’) белгілі бір бұрышқа бұрылады (4.17с – сурет). Бұл бұрыштың шамасы машинаның жүктелу шамасына, демек якордағы тоқ шамасына тәуелді, ол щеткіден алынатын ЭҚКтің мөлшеріне әсер етеді. Якорь орамасында тоқ жоқ кезінде (жүктемесіз жұмыс) машинаның физикалық және геометриялық бейтараптары сәйкестеледі (4.17а – сурет). Сонымен, егер щеткі геометриялық бейтарапқа орналасса, онда, бос жүріс кезінде ЭҚК – тің, мүмкін болған, ең көп мөлшерін алады, ал жүктемеленгенде, егер щеткі геометриялық бейтарапта тұрса, онда ЭҚК, жүктеусіз жұмыс кезіндегі ЭҚКпен салыстырғанда азаяды. Бұл машинаның қорытынды магнит өрістері полюстерінің генератор якорінің айналған жағына қарай ығысқандығынан болады (4.17с-сурет), ол геометриялық және физикалық бейтараптар арасындағы орналасқан өткізгіштер бөлігінде, бос жүріс кезіндегі ЭҚК – ке қарама – қарсы бағыттағы ЭҚК – тің индукциялануына әкеледі. 4.17 – суретте якорь орамасын өткізгіштеріндегі ЭҚК – тің бағыттары, крестермен және нүктелерімен көрсетілген.

Сонымен қоса, якорь реакциясы құбылысы, егер олар машинаның жұмыс режимі кезінде, геометриялық бейтарапта орналасатын болса, щеткінің астынан ұшқындау күшейеді, машинаның магнит өрісінің ауытқуы якордағы тоққа тікелей тәуелділікте болады (демек машинаның жүктелуінен). Демек, якорь реакциясының жағымсыз әсерін болдырмау үшін, щеткіні физикалық байтарапқа орналастыру керек, оның ығысуы жүктемеге байланысты болғандықтан, щеткіні коллектор бетімен жүктеме байланысты жылжытып отыру керек: коллекторларда, якорь айналуына қарай, ал қозғалтқыштарда, якорь айналуына қарама – қарсы. Бұл қолайсыз ғана емес, іс жүзінде орындалмайды. Щеткінің геометриялық бейтарапта бекітілген жағдайында ондағы ЭҚК жүктемелге тәуелді болмауы, якорь реакциясының әсерінен орнын толтыру үшін, физикалық бейтарапты, геометриялық бейтарапқа қайтару керек. Тұрақты тоқ машиналарында щеткілер геометриялық бейтарапқа бекітіледі, жүктеменің өзгеруіне қарамастан, бір орнынан ауыстымау үшін қосымша полюстер орнату арқылы, якорь реакциясының орнын толтырады, олардың қоздыру орамасын якордің орамасымен тізбектей жалғастырады, ол жүктемеленуге қарай якорь орамасындағы тоқтың өзгеруіне толық сәйкес келетін магнит өрістерінің мөлшерін, автоматты түрде реттеуге мүмкіндік береді. Қосымша полюстер машина жармасына негізгі полюстер мен полюстік кезектелу арасына, якордың айналу барысына қарай генератор ретінде істегенде, негізгі полюстен қосымша, ал қозғалтқыш ретінде істегенді, қосымшаға полюстен негізгі полюске қарай (4.18 – сурет) жылжытып бекітіледі.

Қуаттылығы 0,3 кВт және одан жоғары машиналарда әдетте, қосымша полюстер қойылады. Қосымша полюстер болмаған кезде, щеткі геометриялық бейтараптан, физикалық бейтарапқа қарай мынадай шамаға жылжытылады:

4.18 – сурет. Тұрақты ток мәшинесінің негізгі және қосымша полюстерінің өзара орналасуы.

Тұрақты тоқ машиналарындағы коммутация. Коммутация — дегеніміз бөлімдердің якорь орамасының бір тармағынан екіншісіне секіріп қосылуы, ол дискретті қаңылтырлардан тұратын коллектордың айналу кезінде щеткілер арқылы ауық – ауық бірде жанасып, бірде ажыратуының қайталануынан болады. Коллекторлы электр машиналарындағы коммутация күрделі процесс болып саналады, ол көптеген факторларға байланысты, олардың кейбірін талдау теориялық тұрғыдан қаралатын, ғылыми қағидаларға жатады. Сондықтан электр машиналарындағы коммутация процесстері теориясында бірқатар жорамалдаулар бар, олардың негізгілері:

- коллектор мен щеткілер кез келген айналу жылдамдығында механикалық тұрғыдан алғанда толық жетілген деп қарау;

- щеткі мен коллектор арасындағы меншікті кедергі тұрақты және қаңылтырдың жанасу бетінің аумағына түйіспедегі тоқ тығызды байланыс емес;

- коллектор қаңылтырлары арасындағы оқшаулағыш төсеніштердің қалыңдығын елемеу;

- бірінші жуықтауда, щеткінің ені мен коллектор қаңылтырларының ені бірдей деп қарау.

Төменде тұрақты тоқтың коллекторлы машиналарындағы коммутация процессінің физикалық құбылысы қарастырылған.

3.4. Тақырып 4. Ќалќандардың геометриялыќ нейтралымен ығысќан кездегі якорь реакциясы. Машинаның жұмысына якорь реакциясының әсері.Тұраќты ток машиналарындағы коммутация.Ќалќан астындағы шоќтану себептері.

Ұсынылатын әдебиет:

- Брускин Д.Э.,Зохорович А.Е.,Хвостов В:С. Электрические машины ч.1,2 .М.:Высшая школа 1987.

- Костенко М.П,Пиотровский Л.М., Электрические машины, ч.1,2. М.: Энергия 1978.

- Кацман М.М. Электрические машины . М.: Высшая школа,1990.

- Капылов И.П. Электрические машины. М. Высшая школа, 2000

Коммутациялық процесс. Якорь орамасы бөліміндегі тоқтың шамасы мен бағытының өзгеру процессі коммутация процессі деп аталады. Коллектор қаңылтырынның щеткі мен тұйықталуының ұзақтығы секундтық мыңдық үлесіне тең болғанымен, щеткі астындағы ұшқындау арқылы болатын коммутация процессі машинаның жұмысына айтарлық әсер етеді. Егер щеткінің астына ұшқындамаса машинаның коммутациясы жақсы деп саналады, ал щеткінің астынан ұшқындап тұрса, коммутациясы нашар делінеді. Щеткінің ұшқын шығарудың себептері:

- электрлік себептер, щеткі мен коллектор пластинасы арасындағы ажырау сәтінде, ондағы кернеудің жоғары және тоқтың тығыз болуы;

- механикалық себептер, щеткі мен коллектр арасындағы жанасудың бұзылуы, сондай – ақ, олардың ластануы мен зақымдануы.

Электрлік сипаттағы коммутация процессінің, оның өту сипатына көптеген факторлардың әсер етуі, олардың ЭҚК өзіндік индукциялануы мен өзара индукциялануы және коммутациялану секциясының сыртқы ЭҚК өрісімен байланыстылығымен ерекшеленеді. Өздік индукциямен өзара индукцияның қорытынды ЭҚК реактивті ЭҚК (e_r) деп аталады, ал коммутацияланған бөлімде сыртқы өріспен индукцияланған электр қозғаушы күш коммутациялаушы ЭҚК (e_k) деп аталады. Коммутацияға идеалды жағдай туғызу үшін бұл екі ЭҚК өзара тең және бір біріне қарсы бағытталған болуы тиіс.

Реактивті ЭҚК коммутацияланатын бөлімнің эквивалентті индукциялылығы мен коммутация кезінде тоқтың өзгеру жылдамдығына байланысты:

мұндағы L_ý=L+M- коммутацияланатын бөлімнің өздік индукциясының қорытынды ЭҚК; di/dt- коммутацияланатын бөлім тоғының, шеткі коллектор қаңылтырымен сырғанаған кездегі жылдамдығының өзгеруі. Коммутацияланатын ЭҚК сыртқы магнит өрісіне тәуелді және былай өрнектеледі:

Коммутацияны жақсарту тәсілдері. Эквивалентті индуктивтік бөлімнің индуктивтілігі мен щеткімен тұйықталатын якорь орамасы, бөлімінің өзара индукциялануынан тұратындықтан, ал коммутациялаушы ЭҚК сыртқы өріске тәуелді болғандықтан, олардың мөлшерін азайтуды тиісінше, щеткінің ені мен қосымша полюстердің магнит өрісінің шамасын таңдап алумен сәйкестендіріп іске асыруға болады, коммутацияланатын бөлімнің ЭҚКі (å_ê), (å_r) ке тең және оған қарсы бағытталуына әкелуі тиіс, бұған негізгі және қосымша полюстерді белгілі кезектілікке қою арқылы жетуге болады (4.18 – сурет). Щеткінің енін коллектор қаңылтырларының енінен үлкен етіп алады: толқынды орамалар үшін (2.2.7) есе, ал тұзақты орамалар үшін (3...4) есе.

Іс жүзінде реактивті (å_r) және коммутациялаушы е_к ЭҚК дәл теңдігіне жету, әсіресе жүктеменің өзгеріп тұрған кезінде, ондай мүмкіндік жоқ. Коммутациялаушы бөлімдегі тоқты азайтудың тағы бір мүмкіндігі, щеткінің материалын таңдап алу. Қуаттылығы аз, кернеуі төмен машиналар үшін жұмсақ (графит) щеткілерді, ал қуаттылығы орташа және жоғары машиналар үшін көмір – графит немесе металло – графитті щеткілерді пайдаланады. Жақсы щеткі деп электрлі графиттелген, көмірді электрлі ошақтыққа қыздырып жасалғандарды айтады. Коммутацияға коллектор бойынша потенциялды бөлу үлкен әсер етеді. Қатар орналасқан коллектор қаңылтырларының арасындағы ең көп кернеу 0,5...1,5 Вольттан артпауы тиіс. Қуаттылығы 0,5 кВт тан аспайтын, шағын машиналарда қалыпты коммутациялық өрісте қосымша полюстер болмауынан, генераторларда щеткіні айналу бағытына қарай, ал қозғалтқыштарда айналу бағытына қарсы жылжыту арқылы алады. Мұндай тәсілдің тиімділігі белгілі жүктемеде ғана көрінеді. Одан ауытқыса коллектор бойынша ұшқындау артады.

Тұрақты тоқ машиналарында негізгі магнит өрісін қоздыру жүйесі. Негізгі магнит туғызатын қоздыру орамасын жалғау тәсіліне қарай тұрақты тоқ машиналары былай бөлінеді:

- тұрақты магниттен қозатын машиналар;

- тәуелсіз қоздырушы машиналары;

- паралель қоздыру өзін – өзі қоздыру машиналар;

- тізбектей қоздыру машиналары;

- аралас қоздыру машиналары.

Тұрақты тоқ машиналарының электр сұлбалары: тәуелсіз (а), паралель (в), тізбектей (с), және аралас қоздыру көрсетілген.

Тұрақты магниттерден қоздыру жүйесі. Қоздыру жүйесі магниттен жасалған полюстердің негізгі магнит ағынынан болатын тұрақты тоқ машиналары магнитті электрлі машина деп аталады. Оларда қоздыру орамалары болмайды.

Тәуелсіз қоздыру жүйесі. Мұндай машиналардың негізгі полюстерінің қоздыру орамалары тұрақты ЭҚКі бар сыртқы көзден қоректенеді (аккумулятор батареясы, тұрақты тоқ генераторы және т.б.) (4.19а – сурет). Тәуелсіз қоздыру жүйесі электр сұлбаларында «ОВ» (обмотка возбуждения) ал олардың қысқыштары Ш₁ және Ш₂ деп белгіленеді.

Параллель қоздыру жүйесі. Мұндай машиналардың қоздыру орамалары шунттық деп аталады, щеткі арқылы якордің орамасына параллель жалғасады (4.19в-сурет). Мұндай орамалы машиналар өздігінен қозу машиналары немесе шунттық машиналары делінеді. Параллель қоздыру орамасы жүйесі электр сұлбаларында «ШОВ» (шунтовая обмотка возбуждения), ал олардың қысқыштары Ш₁ және Ш₂ деп белгіленеді.

Тізбектей қоздыру жүйесі. Мұндай машиналардың қоздыру орамалары сериесті делінеді якорь орамасына тізбектей жалғанады (4.19с – сурет). Оны электр сұлбасында «СОВ» (сериесная обмотка возбуждения), ал олардың қысқыштары С₁ және С₂ арқылы белгіленеді.

4.19 – сурет. Тұрақты ток мәшинелерінің қоздыру жүйелерінің негізгі сұлбалары: а-тәуелсіз қоздырғыш; в- параллель қоздырғыш; с-тізбектей қоздырғыш; d-аралас қоздырғыш.

Аралас қоздыру жүйесі. Аралас қоздыру жүйелі айнымалы тоқ машинасы, компаудты делінеді, негізгі полюстерінде екі орамасы — шунтты және сериесті болады. Шунттық орама қимасы жіңішке өткізгіштен жасалады, орам саны өткізгішінің қимасы якорь орамасымен бірдей, аз орамды сериес орамасына қарағанда, айтарлықтай көп болады. Шунттық орамалар, якорь орамаларымен параллель, ал сериестік тізбектай жалғанады (4.19d-сурет). Шунттық орама арқылы қоздыру тоғы аз бөлігі өтеді, ол якордің қалыпты тоғының (1...5)%іне тең, қоздырудың сериесті орамасы арқылы якорь тоғы өтеді. Параллель және аралас қоздыру машиналары ең көп тараған олар тәуелсіз қоздырғышы барлар сияқты негізгі магнит ағынын туғызу үшін тоқ көзін керексінбейді.

Тұрақты тоқ генераторы. Өркениеттің қазіргі дамыған кезеңінде электр энергиясын өндіру үшфазалы синусойдалы ЭҚКі бар электрмеханикалық генераторлармен өндіріледі. Өндіріс жағдайына байланысты тұрақты тоқ қажеттілігі туындағанда оны айнымалы тоқты тұрақты тоққа (түзеткіш) айналдыру арқылы алады. Тұрақты тоқ генераторы алғашқы тоқ көзі ретінде, негізінде жеке қондырғыларда (электрмен пісіру кезінде синхронды машиналардың қоздырғышы ретінде және т.б.) қолданылады. Ауылшаруашылық өндірісінде ол іс жүзінде қолданылмайды. Сондықтан мұнда генератордың негізгі қасиеттері ғана қарастырылады.

Өздігінен қозатын тұрақты ток генераторы. Тұрақты ток генераторлары арасында ерекше кең тарағандары, параллель және аралас қоздырғыштары бар генераторлар, олар магнит ағынын туғызу үшін жеке тұрақты тоқ көзін талап етпейді. Мұндай генераторлардың қоздыру орамалары машинаның өздігінен қозуы есебінен қоректенеді, оның алғашқы себепшісі ретінде машинаның полюстері мен жарнасындағы магнетизм қалдықтары әсер етеді. Якордің магнетизм қалдықтары өрісінде айналған кезінде онда магнетизм қалдығының азырақ ЭҚКі индукцияланады. Ол қалыпты мәннің 5…10% құрайды. Якорь орамасында индукцияланған магнетизм қалдығынан якорь орамасына параллель жалғанған қоздыру орамасында (4.19в-сурет) шамалы тоқ пайда болады, ол қоздыру орамасы мен якорь орамаларыныңкелісімді жалғасуынан полюстердің магнит ағынын көбейтеді. Енді магнетизм қалдықтарынан пайда болатын магнит өрісімен тоқ қоздыру орамасы арқылы өткенде пайда болған магнит өрістерінің қорытынды магнит өрісімен машинаның якорі айналады. Соған байланысты якордің магнит өрісінің шамасына тәуелді болып келетін ЭҚК-і артады. Ол қоздыру орамасында үлкен тоқ туғызады, сол тоқ машинаның магнит өрісін және соған лайықты якордің ЭҚК-і артады. Бұл өздігінен қоздыру процессі машинаның магнитөткізгіші қаныққанша жүреді, қоздыру орамасында тоқтың одан ары артуы магнит өрісін арттырмайды, демек якордің ЭҚК-ін молайтпайды. ЭҚК-тің өсуі әуелі баяулай бастайды, одан соң тіпті қоздыру орамасын тұрақты тоқ көзінен қоректендірсең де мүлде тоқталады. 4.20- суретте қоздыру орамасындағы тоқтың өзгеруінен, өздігінен қозатын тұрақты тоқ генераторының бос жүріс кезінде ЭҚКтің өсуі мен бәсеңдеу қисығы көрсетілген.

Тұрақты тоқ генератор тепе-теңдігінің теңдеуі. Генератордың білігіне берілетін механикалық энергияны, электр желісіне берілетін электр энергиясына айналдыру, ЭҚК туғызу үшін энергия жұмсауымен және машиналардың орамаларында, магнит өткізгіштерінде және механикалық сипаттағы кедергілерді жоюға кететін электр шығындарына байланысты. Жалпылама түрде бұл процесті генератор якоры орамасының электрлік тепе-теңдік теңдеуімен көрсетуге болады:

U = E_я– I_яR_я

(4.18)- теңдеуден көрсетілгендей генератор қысқыштарындағы кернеу генератордың желіге беретін электр энергиясымен мәндес оның электр қозғаушы күшінің механикалық энергияны электр энергиясына айналдыру барысында, щеткі түйіспесінде және якорь тізбегінде болатын энергия шығынына шамалас келетін, генератор якорда кернеудің төмендеу мөлшеріндей аз.

Тұрақты тоқ генераторларының негізгі сипаттамалары.

Генераторды электр энергиясының көзі ретінде сипаттайтын маңызды өлшемдері кернеу, оның өзгеруін талдауды электр техникалық сипаттамасы арқылы орындауға болады. Тұрақты тоқ генераторының негізгі сипаттамалары:

-сыртқы сипаттама U=ƒ(I) мұнда n = Const және I_в= Const ;

-реттеу сипаттамасы I_в=ƒ(I) мұнда U= Const және n = Const;

-жүктемелік сипаттамасы U=ƒ(I_в) мұнда I=Const және n=Const.

Қосымша сипаттамаларға бос жүріс пен қысқа тұйықталу сипаттамалары жатады.

Сыртқы сипаттама. Якордың айналу жылдамдығы мен қоздыру орамасының тұрақты кезінде жүктеме тоғының артуына байланысты генератор қысқыштарындағы кернеудің өзгеру дәрежесінің сипаты- сыртқы сипаттама болады, оның тәжірибелік маңызы зор. Жүктеменің артуынан кернеудің төмендеуі, якорь реакциясының әсерінен магнит өрісінің ағыны азаюынан, якордың электр қозғаушы күші кемуіне сондай-ақ, якорь орамасында ішкі кернеудің құлдырауын артуынан болады. Кернеудің азаюы қалыпты мәнінің проценті арқылы мына өрнекпен беріледі:

U = (U_хх – U_н) 100% /U_н

Ол (5...10%) болады.

4.21- суретте қоздыру жүйелері әртүрлі генераторлардың сыртқы сипаттамалары келтірілген.

4.20 – сурет. Тұрақты ток генераторының бос жүріс жұмысының тәжірибе арқылы алынған сипаттамасы.

4.21 – сурет. Қоздыру жүйесі арқылы тұрақты ток генераторларының сыртқы сипаттамалары: 1-тәуелсіз қоздырғыш; 2- параллель қоздырғыш; 3-тізбектей қоздырғыш; 4-аралас қоздырғыш (қоздырғыш орамаларын қарама-қарсы қосу); 5- аралас қоздырғыш (қоздырғыш орамаларын үйлестіре қосу).

Тәуелсіз қоздырғышы бар генераторлардың сипаттамасы ең “қатаң” жүктемені арттырған кезде, оның қысқыштарындағы кернеу якорь реакциясының әсері мен оның орамасындағы кернеудің азаюынан, болар болмас кемиді (4.21-сурет 1-қисық).

Параллель қоздырғышы бар генераторларда, тәуелсіз қоздырғышы бар генераторлармен салыстырғанда, кернеудің қосымша теңдеуі орын алады, ол кернеудің азаюына пропорционалды түрде қоздыру тоғының азаюынан болады. Якорь тоғының одан ары артуы және соған лайықты кернеудің төмендеуі генератордың магнит жүйесін қанықпаған күйге ауыстырады (B=U), ол оның магнит сіңірімілігін күрт арттырады және якорь реакциясының магнитсіздендіру әрекетіне әкеледі. Енді кернеудің төмендеуіне якорь орамасындағы кернеудің азаюы емес (I_яR_я) ЭҚКтің (U=E_я-I_яR_я) азаюының мәні басым болады. Якорь тоғы шарықтау шегіне жеткеннен кейін магнит кедергісінің өсу себебімен жүктеменің бұрынғы шамасына I_êîдейін төмендейді, бұл магнетизм қалдығының ЭҚКі мен якорь кедергісінен анықталады және бұл режимде қоздыру орамасының кернеуі мен тоғы нөлге тең (4.21-сурет 3-қисық)

I_ко=Е_о/R_я

Тізбектей қоздырғышты генератордың сыртқы сипаттамасы. Қоздырғыш жүйесі басқа генератордың сыртқы сипаттамаларына ұқсамайды. Тізбектей қоздырғышы бар генераторлардың якорь тоғы, жүктеме тоғы және қоздыру орамасының тоғы- сол бір тоқ, демек кернеу жүктеменің өсуімен бірге өседі. Жүктеме тоғының өсуімен бірге генератор қысқыштарындағы кернеу азаймай керісінше, айтарлықтай тез өседі, ол полюстердің магнит ағындарының өсуі есебінен болады(4.21-сурет 3-қисық). Дегенмен, қоздыру орамасының магнит ағыны есебінен кернеудің артуы, белгілі бір шекте, қоздыру тоғының көбеюі есебінен, магнит ағынының өсуін тежейтін магнит жүйесі қанығу жағдайына жеткенге дейін артады. Мұндай жағдайда тоқтың артуы машинаның магнит ағыны мен якорь ЭҚК-нің қандай да бір өсуіне әкелмейді. Кернеу якорь реакциясы мен әсіресе якорь тізбегі кедергісіндегі кернеудің азаюы есебінен одан ары төмендей бастайды (4.21-сурет 3-қисық) тізбектей қоздырғышы бар генераторлар жүктеменің өзгеруіне қарай кернеудің күрт өзгеруінен, әдетте іс жүзінде қолданылмайды.

Аралас қоздырғышы бар генераторларда, генератордың қорытқы магнит өрісін құрайтын екі қоздыру орамасы болады. Мұндайда сериесті қоздыру орамасы шунттық орамамен екі түрлі болып: ол жасалған ағын шунттық орама жасаған ағынымен қосылатындай (келісімді қосу) немесе керісінше алынып тастайтындай (қарама қарсы қосу) жалғасады. Бұл жүктеменің артуымен кернеудің әр дәрежеде төмендеуін ғана емес, сондай-ақ өсу дәрежесінде қамтамасыз ететін сыртқы сипаттама тобын алуға мүмкіндік береді (келісімді қосу) бұл жүктемеге қарамастан, электр тұтынушылары қысқыштарындағы кернеуді, автоматты түрде, тұрақты ұстап тұруға мүмкіндік береді (4.21-сурет 4...5 қисықтар). Құрылысы жағынан кейбір күрделілігіне қарамастан, аралас қоздырғышты генераторлар әмбебаптығынан ең көп тараған.

Реттеу сипаттамасы. Генераторлардың маңызды эксплуатациялық қасиеттерінің бірі, ондағы жүктеме өзгергенімен, кернеуді өзгеріссіз сақтап қалуға қабілеттілігі. Генератордың бұл қасиетін реттеу сипаттамасымен бағаланады. . I_в=ƒ(I) мұнда U = Const, n = Const, болса бұл тұтынушы жүктеме өзгергенде кернеудің шамасын қалай тұрақты қалпында сақтау керектігін көрсетеді. Жүктеме тоғы артқан кезде, генератор қысқыштарындағы кернеудің төмендеуі табиғи нәрсе. Оны демеу үшін, қоздыру тоғы есебінен ЭҚК-ті көбейту керек, бұны генератордың электрлік тепе- теңдігі теңдеуінен (4.18) анық көруге болады. Бұл тәуелсіз, сондай– ақ параллель қоздыру жүйелеріне толық жағдайда бірдей қатысады. Аралас қоздырғышы бар генераторларда қоздыру орамалары параллель және тізбектей келісімді қосылғанда, генератор қысқыштарындағы кернеуді автоматты реттеу жүктеме тоғы белгілі шекте өзгерген жағдайда, жүктеме тоғы өтетін тізбектеп қоздыру орамасы, якорь реакциясын және якорь тізбегіндегі кернеудің төмендеуінің орнын жабады. Реттеу сипаттамасы 4.22- суретте көрсетілген.

4.22 – сурет. Тұрақты ток генераторының реттеуші сипаттамасы.

Жүктеме сипаттамасы. Тәуелсіз және параллель қоздырғышты генераторларда кернеудің өзгеру сипаты абцисса осі бойыншаI_â якорь реакциясының магниттегіш күші мөлшеріне ығысқандағы жүктемесіз жұмысы сипаттамасына ұқсайды. Аралас қоздырғышты генератордың жүктемелік сипаттамасы тек күшті, тізбектей жалғасқан орамасы болғанда ғана тәуелсіз және параллель қоздырғыштары бар генератордың жүктемелік сипаттамасынан біршама жоғары орналасады.

Тұрақты тоқ қозғалтқыштары. Электр қозғалтқыштарының қоздырғыштары, жалпы алғанда, сол генераторлардың қоздырғыш жүйесі сияқты. Қозғалтқыштардың ең көп тарағандары да параллель, тізбектей және аралас қоздырғыштары барлар. Қозғалтқыштардың барлық түрлерінің де жұмыс тәртібін талдағанда, электрлік тепе- теңдік теңдеулеріне жылдамдық және механикалық сипаттамаларына сүйенеді.

Тұрақты тоқ қозғалтқыштарының айналу жылдамдығы мен бағытын реттеу тәсілдері. Тұрақты тоқ қозғалтқышының жұмысқа қосылуы, тежелуі, айналу жылдамдығы мен айналу бағытын өзгерту, жоғарыда айтылғандай “Электр жетегі” пәнінде қарастырылады. Сондықтан, мұнда айналу жылдамдығы мен бағытын реттеудің жалпы принциптеріне тоқталамыз. Тұрақты тоқ қозғалтқыштарының айналу жылдамдықтарын реттеу тәсілдері, оның жылдамдық сипаттамаларының теңдеулеріне кіретін өлшемдерін өзгертуімен байланысты (4.32). Ондай өлшемдерге жататындары:

-якорь орамасына берілетін кернеуU;

-якорь орамасының тізбегіндегі кедергі(R_ß+R_ºîñ);

-қоздыру орамасының магнит ағыны Ф.

Тұрақты тоқ қозғалтқыштарының айналу жылдамдықтарын өзгертуді, көбейту жағына қарай да, азайту жағына қарай да жүргізуге болады. Желідегі кернеу тұрақты кезінде(U=Const) айналу жылдамдығын азайтуды якорь орамасы тізбегінің кедергісі реттелетін резистор жалғау арқылы, сол якорь орамасына берілетін кернеуді азайтумен парапар жасалады. Тұрақты тоқ қозғалтқышы якорінің айналымын азайтудың бұл тәсілі, реттеуіш резисторының кедергісіндегі электр шығындарының көптігінен экономикалық тұрғыдан тиімсіз болғанымен, оған тұрарлық балама жоқ. Тұрақты тоқ қозғалтқыштарының айналымдарын арттыру әдістерінің неғұрлым тиімді және үнемдісі шунттық қоздыру тоғын, демек магнит ағынын азайту болып табылады. Мұндай әдіспен қозғалтқыштың айналу жылдамдығын азайту мүмкін болмайды, себебі реттеуші резисторды енгізу арқылы, қоздыру тоғын азайтуға ғана болады, ал оны көбейтуге болмайды. Тұрақты тоқ қозғалтқышының айналу бағытын өзгерту (реверсирование) қоздыру орамасының полюстерін ауыстыру немесе якорь орамасының полюстерінің бірінің қысқыштарына ауыстырып қосу арқылы атқаруға болады. Айналу бағытын желінің полюсін ауыстырып өзгерту тәуелсіз қоздыру немесе тұрақты магниттен қоздыру қозғалтқыштарынан басқа, мүмкін емес.

3.5.Тақырып 5. Қозғалтқыштың құрлысы жұмыс пинціпі.Асинхронды қозғалтқыштың жалпы сипаттамасы.Төменгі көрсеткіштер.Асинхронды қозғалтқыштың сериялары.

Ұсынылатын әдебиет:

- Брускин Д.Э.,Зохорович А.Е.,Хвостов В:С. Электрические машины ч.1,2 .М.:Высшая школа 1987.

- Костенко М.П,Пиотровский Л.М., Электрические машины, ч.1,2. М.: Энергия 1978.

- Кацман М.М. Электрические машины . М.: Высшая школа,1990.

- Капылов И.П. Электрические машины. М. Высшая школа, 2000

Үшфазалы асинхронды электрқозғалтқыштарда статор мен ротор орамаларының бірнеше түрі, олардың ішінде тұзақты (2.4а-сурет), толқынды (2.4б-сурет) және қысқа тұйықталған (тек қысқа тұйықталған орамалар үшін) орамалар қолданылады. Қуаттылығы кіші машиналар үшін тұзақты орамаларының бір түрі ретінде, тіркеспелі орамаларда қолданылады. Асинхронды машинаның қуаттылығына кернеуінің мөлшері мен ойықтарынң пішініне қарай орамаларының түрін таңдап алады.Бір қабатты тізбекті орамалар қуаттылығы 7кВтқа дейінгі асинхронды қозғалтқыштарда қолданылады. Қуаттылығы жоғары болса, екі қабатты тұзақты орамалар қолданылады. Толқынды орамалар негізінде, фазалық роторлы асинхронды қозғалтқыштардың роторларында қолданылады.

Орамалардың сипатталуы: -ойықтарының санымен (m) -жұп полюстарының санымен( р) -параллель жұп тармақтарының санымен (у) -фазаның қатарлас тармақтарындағы біріне бірі тізбектей жалғанған орамдарының санымен (ω); -ораманың еселеушімен К₀

К₀ =К_у К_р К_с

мұндағы К_у -орамды қысқарту коэффициенті; К_р -статордың бойымен фаза орамасының орамдары қалай бөлініп орналасуын ескеретін еселеуіш; К_с -ротордың немесе статордың ойықтарының орналасу қиғаштығы коэффициенті.

2.4-сурет. Асинхронды қозғалтқыштың тұзақты (а) және толқынды (b) орамаларының бірорамды және екіорамды шарғылары.

2.5-сурет. Асинхронды қозғалтықыштың қысқа тұйықталған роторы.

Ораманың негізгі элементтері: орам,секция және шарғы. Орам (2.5-сурет) ойықтарда полюстік бөлінуіне бірдей немесе одан кем қашықтықта бір біріне жалғастырылған,орналасқан екі откізгіштің

Орамасының орамы құрастырылуы жағынан «ажыратылмайтын» бір өткізгіштен арнайы тұрақты пішіндегі қалыпқа оралған(ораманы дайындаудың шарғылық тәсілі) немесе «ажыратылатын» екі өткізгіштен жасалып ойыққа салғаннан кейін біріне –бірін тізбектей қосқан(ораманы өзек арқылы дайындау тәсілі) болады. Орамдарды шарғы әдісімен даярлау тек қана қимасы жіңішке сымдарды пайдаланып және қуаты кіші электрқозғалтқыштардың орамалары ретінде қолданылады. Ажыратылмайтын орамалардың орамаларын орауға арнайы орауыш машиналарды пайдаланады.Секциялық әдісімен даярланған орамалардың қуаттылығы шектелмейді.Бөлім бір біріне тізбектей жалғастырылған бір немесе бірнеше орамдар (2.6-сурет). Шарғы-ортақ оқшаулағышпен біріктірілген бір немесе бірнеше секциялау(2.6...2.8 -суреттер) Мұның бәлендей айырмашылығы жоқ. Ораманың бөлімдері өзінің қадамымен сипатталады(у) деп белгіленеді.

2.6-сурет. Толық қадамды ораманың бөлек алынбайтын орамы (у=); ораманың 1 – және 2- өткізгіштері.

2.7-сурет. Ортақ оқшаулағышпен біріктірілген шарғы бөлімдерінің типтері.

Ораманың шарғының қадамы жақтарының арасындағы қашықтық. Ол толық, егер у=r немесе қысқарған, егер y<r болса (2.5-сурет). Ораманың орамдары статордың ойықтарының барлық бетіне бірдей тегіс төселеді (2.9-сурет) мұндайда өткізгіштер бір ойықта бір немесе бірнеше қабат болып түсуі мүмкін, осы белгілері бойынша орамалар бір қабатты және көп қабатты болып бөлінеді(әдетте екі қабатты) олар бір немесе бірнеше қатар орналасуы мүмкін. 2.10-суретте статор ойығына екі қабат орналасқаны көрсетілген.

2.8-сурет. Асинхронды қозғалтқыштың толқынды орамасының бөліктері (шарғы).

2.9-сурет. Асинхронды қозғалтқыш статоры ойықтарында орамдардың бөлінуі.

Орналасу сұлбасының нұсқаларын таңдағанда маңдайшасын қасбетін және шарғы аралық жалғастыруда өткізгіш аз кететін шарғыны машинамен орлаған ораманы ойықтарға орналастыру ыңғайлы және зақымданғанның шарғыны ауыстыру жеңіл болатындай етіп, орналастырғанда оның бір жағы ойықтың жоғарғы қабатына, ал екіншісі басқа ойықтың төменгі қабатында орналастырылады (2.10-сурет). Екі қабатты ораманың артықшылығы оның шарғысын электр машинасынан тыс жерде даярлау, оларды жақсылап оқшаулау және ойыққа дайын күйінде орналастыру мүмкіндігінің болуы. Бірақта мұндай орналастыру тек қана ойықтар ашық түрінде болғанда ғана болады. Жартылай жабық және жартылай ашық ойықтарға бөлімнің өткізгіштерін саңлау арқылы бір-бірлеп жатқызады.Екі қабатты орамадан тағы бір артықшылығы қадамын қысқарту арқылы мыстың шығынын қысқарту мүмкіндігі.2.10-суретте қадаи қысқарған екі қабатты статор орамасын орналасуы туралы мысал келтірілген. Кернеуі 500Вольтқа дейінгі қуаттылығы 60кВттан аспайтын асинхронды қозғалтқыштарды жартылай жабық ойықтар және секциялары жұмсақ ойыққа жататын бөлімдері оқшауланған орама қолданылады. Мұндай орамалар тығындау тәсілімен төселеді. 250кВтқа дейінгі қозғалтқыштарға екі қабатты қатқыл катушка орамалар қолданылады, оларды жартылай жабық ойықтарға салады. Қуаттылғы жоғары кернеуді 500 ден 6000 Вольтқа дейінгілерде екі қабатты тұзақты орама қолданылады, олар қысқа қадамды және қатқыл шарғылы болып келеді, ашық ойықтарға орналасады. Асинхорнды қозғалтқыштардың статор ойықтарындағы орамаларының латын алфавиттерінің С₁, С₂, С₃ және С₄, С₅, С₇ қарыптарымен таңбаланған ұштары сәйкес қысқыш қалыптарына шығарылады да Y немесе ∆ етіп, 2.11-суреттегідей бекітіледі. Роторлардың қысқа тұйықталған орамаларда ротор ойықтарына балұыған алюминий құйып бекітіледі. Сонымен қатар түп жағында қысқа тұйықталған сақина мен желдеткіш қалақтар пайда болады, олар қосымша суытуды қамтамасыз етеді (2.12-сурет). Фазалық роторлардығ орамалары, статордың орамаларымен бірдей. Фазалық роторлы асинхронды қозғалтқыштың роторлық орамасы фазасының басжақ ұшы біліктің қуыс ұшы арқылы шығарылады және электроқшауландырылған төлкеге мықтап отырғызылған үш түйіспе сақинасына жалғанады.Щетка ұстағыштар мен серіппелер реттегіш резисторларды жалғап тұруға арналған графит щеткаларды сақиналарға қысып тұрады. Ротор орамалары оларды Y сұлбасы бойынша қосқанда бейтараппен бірігеді де ұштары шығарылмайды.Орамаларды ∆ сұлбасы бойынша қосқанда фазаның басқа ұшы да түйісу сақинасымен жалғасады. Ондықтан мұндай қозғалтқышты фазалы роторлы асинхронды қлозғалтқыш деп атайды.(2.13-сурет)

	2.13-сурет. Фазалық роторлы асинхронды қозғалтқыштың бөлшектенген түрі: а – статор; в – ротор; с – подшипникты қорғаныс; d – желдеткіш; е – желдеткіш тесіктер; f – қорап ұстағыштары (клемма); g – жанасу сақинасы; h – щеткі құрылғысы.
2.12-сурет. Асинхронды қозғалтқыштың қысқа тұйықталған роторы.

Асинхронды қозғалтқыштардың электр энергиясын механикалық энергияға түрлендірудің электрофизикалық процесі. Асинхронды қозғалтқыш электр энергиясын механикалық энергияға айнадыру үшін статор орамасында білікті айналдыратын айнымалы магнит өрісі пайда болуы керек. Ол үшін қажетті және міндетті түрде үш шарт орындалуы тиіс: -статорда кемінде екі орама болу кер -орама статордың ойықтарындағы кеңістікке геометриялық біріне-бірі қиғаш орналасуы керек; -орамадағы токтар уақыт жағынан бір бірінен ығысқан болуы; Сонымен айнымалы магнит өрісін туғызу үшін статордың орамалры аумақтық (геометриялық) ығыса орналасуы, ал ондағы токтар уақыт жағынан бір-бірінен ығысуы болуы тиіс. Үш фазалы асинхронды электр қозғалтқыш статорының рамасы үш фазалы электр желісіне қосылғанда айнымалы электр өрісін туғызудың үш шартын орындайды және ротор орамасымен бірігіп электр эенргиясын білікті айналдыратын механикалық энергияға айналдырады. Мұндай өзгертудің электрфизикалық процесі мына ретпен іске асырылады. Статор фазаларының Ү немесе ∆ сұлбалары бойынша жалғанып үшфазалы электр желісіне қосылады. Олардың әрқайсысында уақыт жағынан бір-бірінен ығысқан синусоидалы айнымалы ток пайда болады, ол айнымалы үш магнит ағынын туғызады. Токтар сияқты уақыт жағынан бір-бірінен ауытқулы айнымалы үш магнит ағынының өзара әрекеттесуінен 50Гц жиілікте t=φ/ω=(2π/3)/2πf=(2π/3)/2π50=0,00667 =0.007 секунд өзгермейтін қорытындылаушы толықсушысы магнит өрісін туғызады, ал асинхронды қозғалтқыштың бір фазасының орамында толықсушы магнит ағынынң біржарым еселік амплитудалық мәніне тең болады:

Ô =Ô_1m

Статордың үшфазалы орамасы жасаған магнит өрісінің ерекшелік сипаты, ол уақыттың өзгеруіне қарамастан мөлшері жағынан тұрақтылығын сақтайды, статордың ішкі ойығының бетінің ұзын бойымен бірқалыпты айналады. Бұл магнит өрісі тұрақты магнит өрісі сияқты жылжымайтын статордың маңында бірқалыпты жылдамдықпен айналады. Статор орамасының айналмалы магнит өрісі, өзінің айналу прцесіне асинхронды қозғалтқыш роторының орамасын қиып өтіп, электромагниттік индукция заңы бойынша онда ЭҚК индукциялайды:

Мұндағы ω₂ –ротор орамасындағы орам саны, қысқа тұйықталған роторлы асинхронды қозғалтқыштардың,егерротордың орамасы барлық кезде тұйықтаулы, онда индукцияланған ЭҚК е₂-нің әсерінен синусоидалы айнымалы ток туындайды. Ол статор орамасы сияқты айнымалы магнит өрісін жасайды.Статор мен ротордың магнит ағындарының өзара әсерлесуі бір жағындағы секция орамасында магнит ағынын күшейтеді (статор мен ротордың магнит күш сызығының бағыты бір біріне дәл келеді) және сол секцияның екінші жағындағы магнит өрісін әлсіретеді (статор мен ротордың магнит күш сызықтары бірі біріне қарсы бағытталған). Осының нәтижесінде магнит ағынынң симметриясыздығынан секция орамасы жағынан электрдинамикалық күш Ғ әсер етеді, ол статордың да ротордың да орамаларында бірдей дәрежеде әсер ететін электромагниттік момент туғызады. Статор қоозғалмайтындай етіп орнатылып бекітілген, ал білікке бекітілген ротор айгөлектер арқылы мықтап корпусқа бекітілгендіктен, ол n₂ жылдамдығымен айналысқа түседі. Егер роторды бекітіп статорды босатса, онда айналысқа статор түседі. Сонымен статор орамасына берілген электр энергиясы магнит энергиясы арқылы ротордың білігін айналдыратын механикалық энергияға түрленеді. Мұнда ротордың айналу жылдамдығынан ылғи да аз болады ( n₂<n) себебі олардың жылдамдықтары бірдей болған жағдайда ротор орамасының орамдары статор орамасының магнит қрісін қиып өтпейді де, онда ротордың ЭҚК инджукцияланбайды. Ротордың ормасында ток пен магнит өрісі болмайды, демек, айналдыру моменті де болмайды. Ротордың айналу жылдамдығы төмендейді, ораманың магнит өрісі ротор орамасын қайтадан қиып өте бастайды да ЭҚК, ток, магнит ағыны және айналдыру моменті қайтадан пайда болады, автоматты түрде ротордың айналу жылдамдығы мен статор орамасының магнит өрісі арасындағы айырмашылықты автоматты түрде ұстап тұрады. Сөйтіп асинхронды электрқозғалтқыштың роторы барлық уақытта статор орамасының магнит өрісімен синхронды емес, үнемі асинхронды айналады. Осыдан асинхронды қозғалтқыш деп аталған. Ротор статор орамасынң магнит өрісіне қарама қарсы бағытта сырғитын сияқты көрінеді. Ротор статор орамасы өрістерінің салыстырмалы айырмасы сырғанау шамасымен сипатталады:

Мұндағы n₁ -статор орамасы магнит өрісінің айналу жылдамдығы; n₂-ротор орамасындағы магнит өрісінің айналу жылдамдығы; n₁-n₂-сырғанау жылдамдығы; Әдетте жылдамдық n₁–ді, ал n_с синхронды айналу жылдамдығы делінеді. Қалыпты жұмыс жағдайында асинхронды қозғалтқыштың сырғанауы аса жоғары емес, синхонды жылдамдықтың (2...6) % дай: S_н =0,002…0,06. Қуаттылығы жоғары қозғалтқыштарда сырғанау аз. Арнайы мақсатқа арналған қозғалтқыштардығ сырғанауы синхронды жылдамдықтың (10...15) % на дейін жетуі мүмкін. Статордың магнит өрісінің синхронды айналу жылдамдығы токтың жиілігі f₁ мен статор орамасының жұп полюсының санына Р₁ байланысты:

2.14-сурет. Асинхронды қозғалтқыштың айнымалы электр магниттік моменті пайда болуының дерексіз көрінісі: а – статор (1) мен ротор (2) орамаларының магнит өрістері;

в – асинхронды қозғалтқыш магнит өрісінің «қорытындылаушы».

Жиілігі ( ƒ_{1 =} 50Гц) өндірістік токтың статор орамасы магнит өрісінің синхронды айналу жылдамдығының мүмкін болатын жоғарғы шамасы: n_с=60ƒ50/I=3000 айн/мин. Асинхронды қозғалтқыштың статоры орамасының жұп полюстері саны артқан сайын кәдімгі жағдайда бестен көп болмайды, оның синхронды жылдамдығы еселі қатынаста төмендейді, 3000,1500,1000,750,600 және т.б. айн/мин. Шындығында магнит өрісінің бір полюстен екіншісіне ауысу уақыты тұрақты болып қалуы тиіс болғандықтан, полюс санының өсуімен олардың арасы жақындайды, демек екі жағдайда да магнит өрісінің бірінен екіншісіне ауысу уақыты бірдей болуы үшін жылдамдық та азаюы тиіс. Асинхронды қозғалтқыштар роторының айналу жылдамдығы әдетте синхронды жылдамдық пен сырғанау арқылы (2.9) арқылы өрнектеледі:

n₂ =n₁ (1−S)

Көпжағдайда айналу жылдамдығы айн/мин емес рад/с пен жазылады және айналудың бұрыштық жиілігі де ɷ делінеді. Олар өзара мына теңдік арқылы беріледі:

Онда сызуды, статор мен ротор орамалы магнит өрісінің бұрыштыұ айналу жиіліктері ɷ₁ жәнк ɷ₂ арқылы көрсетуге болады:

ал ротордың бұрыштық айналу жиілігін

ω₂=ω₁(I−S)

Асинхронды қозғалтқыштардың техникалық төлқұжаты болады, онда қызу температурасы қалыптан шамадан асырмай, керегінше ұзақ жұмыс істеуге болатын қалыпты өлшемдері келтіріледі. Қозғалтқышта жапсырылған қаңылтырда көрсетілген номиналь параметрге: біліктегі механикалық қуат Р₂ ротор мен статорды жалғауды мүмкін болған сұлбалары, сызықтық және фазалық кернеулер мен токтар, біліктің айналымы n, ПӘК,cosφ және кейбір басқа да қосалқы мәні бар мағлұматтар болады.

Асинхронды қозғалтқыштың магниттеуші күштері. Асинхронды қозғалтқыштағы электрлік процестерді талдауға магнит ағындарының орнына оған пропорционал болатын орама орамдары санының токқа көбейтіндісін I"ɷ пайдалану қолайлырақ. Мұнда ауу саңылауы шеңберінің бойын қуалай қозғалатын магниттеуші күш қисығының шарықтау шегі сл ораманың фаза симметриясының сұлбалары әрқашанда дәл келеді, бұл кезде ток амплитудалық мәніне жетеді. Асинхронды қозғалтқыштың магниттеуші күші статоры және ротор орамаларының магниттеуші күштерінен Ғ₁ мен Ғ₂ құрылады. Асинхронды қозғалтқыштың статоры орамаларының магниттендіргіш күштері. Статор орамаларының магниттендіргіш күштерін, ток амплитудасының (I_m=√2I) ол өтетін ораманың бір фазасының орам санына (w₁ )көбейтіндісі ретінде анықтай отырып, орама коэффициентін (ê₀₁) қозғалтқыштың полюстілігін және ауа саңылауындағы ( ) синуоидалды ескере отырып мынадай теңдеу арқылы көрсетуге болады:

үшфазалы асинхронды қозғалтқыш үшін (m₁=3) стаор орамасының магниттендіруші күші былай түрленеді:

Статор орамасы магнит өрісінің магниттендіргіш күші ілгегінде көрсетілгендей, синхронды жылдамдықпен айналады:

Ассинхронды қозғалтқыш роторы орамасының магниттендіргіш күші. Ротор орамасының магниттендіргіш күші статор орамасының магниттендіргіш күші сияқты (2.15) былай жазылады:

мұндағы «2ң өлшемнің ротор параметріне жататыны көрсетеді. Ротор орамасының магниттендіргіш күшінің айналу жылдамдығы ондағы токтың жиілігіне байланысты және мынадай өрнекпен анықталады:

Орама ротор ойығында орналасқандықтан және жылдамдығымен айналағандықтан,ротор орамасының магниттендіргіш күшінің абсолют жылдамдығына қосылып, статор орамасының магниттендіргіш күшінің синхронды жылдамдығының мәніне дейін, демек статор орамасының магниттендіргіш күшінің жылдамдығына дейін ұлғаяды:

n₂ +n₂ =sn₁+n₂=sn₁+n (1-s) =n

мұндағы n_F2+n₂-ротор орамасының магниттендіргіш күшінің абсолют айналу жылдамдығы. Соынмен ротордың және статор орамасы магнит өрісінің айналу жылдамдықтарының асинхронды болуына қарамастан статор мен ротор орамдарының магнит ағындарының айналу жылдамдықтары синхронды, демек статор мен ротордың магнит ағындары (магниттендіргіш күштері) синхронды айналады (бірдей жылдамдықпен) және қозғалтқыш жұмысынң тәртібіне қарамастан біріне қарағанда екіншісі жылжымайды.

Асинхронды қозғалтқыштың қорытынды магниттендіргіш күші. Ротор мен статор орамасының магниттендіргіш күші біріне қарағанда екіншісі жылжымаған қалпында өзара байланысып біріккен магнит ағынын және біріккен магниттендіргіш күшін Ғ түзеді. Статор және ротор орамасының магниттеліші күшінің векторлық қосындысына тең болады:

F_μ = F₁ + F₂

Сырттай қарағанда асинхронды қозғалтқыштың магниттендіргіш күші,статор орамасы арқылы жалған магниттендіргіш ток І өткенде пайда болады, оның сандық мәні сырттан берілетін механикаллық күштің әсерінен ротордың синхронды айналу жылдамдығына өткенде жеткендегі статор орамасының тогына тең, демек статордың болаты мен оның орамасындағы шығынды есептемегенде n₂ = n_ñ деп қарауға болады. Бұл жағдайда ротор орамасында ток болмауынан рның магниттендіргіш күші нөлге тең (Ғ= 2) және жұмыс тәртібі жасанды түрде синхрондылыққа әкелінген асинхронды қозғалтқыштың магниттендіргіш күшін статордың орамасы мен ол арқылы өтетін магниттендіргіш ток I_μ ғана туғызады:

Асинхронды қозғалтқыштардың жүктемесіз істеген кезде роторларының айналу жылдамдығы n₂ синхронды жылдамдықтан аса айырмасы болмайтындықтан (n_2õ ≈n_ñ) инженерлік тәжірбиеде жеткілікті дәлдікпен есептеуге магниттендіргіш токты бос жүріс тогына (I_μ =I_1õ) тең деп алады. Асинхронды қозғалтқыштың жұмыс тәртібін магниттендіргіш күштермен емес, тікелей ток арқылы талдау ыңғайлы. Электрмагнит процестері бойынша асинхронды қозғалтқыштар трансформаторларға ұқсас болғандықтан, бұл жағдайда трансформатордың келтірілген екінші орамасын(ротор орамасы) бірінші орамаға (асинхронды қозғалтқыш статорының орамасы) келтіру теориясын қолдануға болады. (2.15),(2.18) және (2.22) нің мәндерін (2.21) теңдеуіне қойып және алынған теңдеудің екі жағын коэффициентіне бөлу арқылы мынадай теңдеуге келтіреміз:

_{қысқарған соң мынандай түрге келеді:}

,

Асинхронды қозғалтұыштың магниттендіргіш тогының теңдеуін екі токтыі векторлық қосыныдысы ретінде аламыз:

İ_μ = İ₁ + İ₂¹

мұндағы İ₁ – статор орамасының тогы, İ₂¹ - ротор орамасының келтірілген тогы. Асинхронды қозғалтқыштың білігінде жұмыс кезінде жүктеменің ауытқу ауқымына қарай оның магниттену тогы İ_μ мен магниттендіргіш күші F_μ іс жүзінде өзгеріссіз қалады, ал бұл кезде ротор мен статор орамасындағы токтар жүктеменің өзгеруіне қарай өзгеріп отырады. I₂¹ тогының физикалық мәні мынада оның шамасы , I₂ тогының нақты шамасына тең болу үшін ротор орамасы сол фаза санымен және орама коэффициентімен бірдей болуы тиіс. Ротор мен статор орамасларынң фаза саны бірдей болған

• 

• түрге келтірілуі дұрыс. Қысқа тұйықталған роторлы үшфазалы асинхронды қозғалтқыштар үшін бұл мәндер былай аталады: -ротор орамасының орам саны w₂ = 0,5; -ротор орамасының фазаларының саны оның ойығының санына тең m₂ =Z_ïð; -ротор орамасының орамдылық еселеуіші ê₀₂=1,0; -статор орамасы фазаларының саны m₂ =3,0 ендеше қысқа тұйықталған роторлы үшфазалы асинхронды қозғалтқыштың келтірілген тогының өрнегі мына түрге келеді:

Асинхронды қозғалтқыштың орамаларында индукцияланатын электр қозғаушы күштері. Асинхронды қозғалтқыштың магнит өрісі ротор мен статор орамаларының бірігіп өзара қарым қатынасынан жасалады. Жоғарыда көрсетілгендей олар бірдей жылдамдықпен айналады және бір біріне салыстырғанда өзара қозғалмайды.Асинхронды қозғалтқыштың магнит өрісі трансформатордағы сияқты, негізгі және шашырау өрісінен құрылады, жасалған кейбір кемшіліктерді есепке аламасақ бұлар өзара ажыратылған және бір біріне тәуелсіз деп саналады, мұнда негізгі магнит ағыны, электромагниттік индукция заңы бойынша статор мен ротор орамаларында индукциялнық ЭҚК ал шашырау ағыны индукцияның ЭҚК -ні индукциялайды, ал шашырау кедергісіндегі кернеудің IŁÕ_δ азаюына ұласады.

Асинхронды қозғалтқыш ротор орамасының электрлік тепе-теңдік теңдеуі. Асинхронды қозғалтқыштың роторының орамасының электрлік тепе-теңдігі жұмыс жасаған кезде трансформатордың екінші орамасы, егер ол қысқартылған және айналатын болса (U₂=0) теңдеуімен бірдей:

0 = Å_2S – I₂ r₂ –I₂ jõ_2S

теңдеуінде U₂=0, себебі ротор орамасы ажыратулы кезінде асинхронды қозғалтқыш айнала алмайды, (2.53) теңдеуі тәжірибеде қолдануға ыңғайсыз, себебі ротор орамасы ажыратулы кезінде асинхронды қозғалтқыш айнала алмайды. (2.53) теңдеуін тәжірибеде қолдануға ыңғайсыз, себебі ондағы ЭҚК Е_2s пен шашыранды индуктивтік кедергі Х_2s асинхронды қозғалтқыштың білігіне түсетін жүктеменің өзгертуімен бірге өзгеріп отырады. (2.53) теңдеуіндегі Е_2s ті (2.42) және Х_2s ті (2.49) sLx₂мен алмастырып мынадай түрге келтіреміз:

Î =sE₂ – I₂ r₂ – I₂sjõ₂

теңдеуінің екі бөлігінде сырғанауға S бөлсек, бір айнымалы S сырғанауы бар теңдеуін аламыз:

мұндағы Е₂-мен Х₂ – тоқталған ротор орамасының кезіндегі ЭҚК-мен шашыранды индуктивті кедергісі.Олардың мәндері тұрақты болады. Ротор тогы сырғанауға байланысы ғана өзгеретін болады:

2.6.3. Нақты және келтірілген трансформаторға тежелген асинхронды қозғалтқыш статоры мен роторы орамаларының электрлік тепе-теңдік теңдеулерінің жүйелері. (2.55) теңдеу тежелген актив кедергісі және шашыранды индуктивті кедергісі х₂ ротор орамасы бар трансформаторша жұмыс істейтін, асинхронды қозғалтқыштың теңдеуі. Сонымен, шынайы асинхронды қозғалтқыш статоры мен роторы орамаларының электрлік тепе-теңдігі теңдеулер жүйесін құрады:

,

ал трансформаторша істейтін тежелген асинхронды қозғалтқыш үшін:

3.6. Тақырып 6. Асинхронды қозғалтқыштың энергеткалық диатраммасы.Асинхронды қозғалтқыштың моменті.Асинхронды машинаның жалпы моментін білдіру. Асинхронды машинаның механикалық сипаттамасы;Асинхрондық қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамасы және қосымша сипаттамалары.

Ұсынылатын әдебиет:

- Брускин Д.Э.,Зохорович А.Е.,Хвостов В:С. Электрические машины ч.1,2 .М.:Высшая школа 1987.

- Костенко М.П,Пиотровский Л.М., Электрические машины, ч.1,2. М.: Энергия 1978.

- Кацман М.М. Электрические машины . М.: Высшая школа,1990.

- Капылов И.П. Электрические машины. М. Высшая школа, 2000

Асинхронды машиналар айнымалы ток машиналарына жатады және олардың жалпы өндірістік орындалуы асинхронды қозғалтқыш түрінде жасалынады. Асинхронды машиналар электротехникалық құрылысы бойынша энергияны түрлендіргіш болып табылады,асинхронды генератор ретінде қосымша конструкциялық және сұлбалық өзгеріс кіргізбей жұмыс істей алмайды.Асинхронды қозғалтқышты ойлап тапқан орыс инженері М.О.Доливо-Добровельский болып саналады.(№51083 1889 жылы герман потенті) 2.1.Асинхронды қозғалтқыштардың арналымы.Асинхронды қозғалтқыштар құрылысының қарапайымдылығы мен жұмысының сенімділігі арқасында адамзат тіршілігінде,иінді біліктерді айналдыруға механикалық энергияны керек ететін қызметтердің бәрінде пайдаланылып келеді.

2.1-сурет. Қысқа тұйықталған роторлы асинхронды қозғалтқыш: а – орамасы бар статор; в – орамасы бар ротор; с – айгөлек қалқаны; d - желдеткіш

Ауыл шаруашылығында шаңды орта мен химиялық зиянда орталарда жұмыс жасай алатын бірден-бір электр қозғалтқыш осы асинхронды машина ғана. Асинхронды қозғалтқыштарды,үшфазалы және бірфазалы электр желілеріне қосу үшін үшфазалы немесе бірфазалы етіп жаайды. Үшфазалы асинхронды қозғалтқыштар роторларының орамаларының түрлеріне қарай фазалық немесе қысқа тұйықталған роторлары асинхронды қозғалтқыштар деп бөледі. Ауылшаруашылығында негізінде механикалық энергияның ең арзан әрі сенімді көзі ретінде тұйықталған роторлы асинхронды электроқозғалтқыштар қолданылады.

2.2.Үшфазалы асинхронды электрқозғалтқыштың құрылысы. Үшфазалы асинхронды электроқозғалтқыштың негізгі құрлыс бөлшектеріне статор, ойықтарға орналасқан үшфазалы екі орама және 2.1-суретте көрсетілген басқа да қосалқы элементтер.Жақсы суыну үшін оның (кіндігіне) білігіне желдеткіш орнатылып, қаңқасы көп қырлы етіп құйылған. Құрастыру,орнату,ажырату кездерінде алып салуға қолайлы болу үшін қорабының жоғарғы жағынан ілгекті болт болады. 2.2.1.Асинхронды қозғалтқыштың статоры. Асинхронды қозғалтқыштың статоры арнайы электротехникалық болаттан қалыпқа құйып жасалған тісті қаңылтырлардан жасалған ішкі қуыс цилиндр,оның магнит өткізгіштігі кәдімгі конструкциялық болаттан жоғары. Бұл айнымалы магнит өрісті статор темірінде артық магниттелуден (гистерезис) болатын шығындарды айтарлықтай азайтуға мүмкіндік береді. Статорды құйып жасамайды,қалыңдығы 0,35мм тісті қаңылтырдан жинайды,мақсаты ол арқылы Фуко құйынды тогының өтуіне кедергіні көбейту. Қаңылтырдың арасында электрлік түйіспе болдырмау үшін қаңылтырларды электрлік оқшауландырғыш лакпен бояйды. Осының барлығын бірге алғанда, статор болатында құйынды токтармен гистерезистен болатын электрлік және магниттік шығындарды азайтуға әкеледі,қорытындысында оның қызуын азайтады.Құйынды токтармен гистерезистен болатын электрлік және магниттік шығындар, ақыр соңында, ПӘК-нің мөлшеріне әсер етеді. Болаттың магнит өткізгіштігі неғұрлым жоғары және қаңылтыр неғұрлым жұқа механикалық бекемдігі жеткілікті болса, соғұрлым асинхронды қозғалтқыштың шығыны аз және ПӘК жоғары болады.98%-ке дейін және одан жоғары болады. Іштен жанатын қозғалтқыштардың бірде-бірінде мұндай көрсеткіш жоқ. Статор асинхронды қозғалтқышты қаңқасына мықтап тығыздалады. Қаңқа шойыннан немесе салмағы жеңіл арнайы қорытпалардан құйылады және жұмыс жағдайына арналған ірге тасқа немесе арнайы тірекке бекітіледі. Статордың тісті қаңылтырлардан құрастырған кезде оның ішкі бетінде белгілі пішінді ойық пайда болады.

2.2-сурет. Асинхронды қозғалтқыш статорының ойығы: а – ашық; в – жартылай ашық; с – жартылай жабық; d – жабық (роторлар үшін ғана).

2.3-сурет. Асинхронды қозғалтқыш роторының ойықтары.

Асинхронды қозғалтқыштардың статорындағы ойықтары негізінде тік бұрышты болады. Ойықтардың ашықтығына қарай олар жартылай жабық (2.2-сурет) қуаттылығы 100кВттан төмен машиналар үшін,жартылай ашық (2.2в-сурет) қуаттылығы 100кВттан жоғары машиналар үшін және ашық(2.2 а-сурет) қуаттылығы өте жоғары машиналар үшін.

Статор фазаларының жалпы саны Z_пс деп белгіленеді және полюстер мен фазаларға сай ойықтар саны деп аталатын q фаза сандары мен машиналардың полюстері арқылы байланысады.

Мұндағы m₁-статор орамасының фазалар саны; 2р-статор орамасының полюстарының саны. Үшфазалы қозғалтқыштар статорының ойықтарының саны жұп және алтыға еселенетін болуы тиіс,оны 2.1 анық көруге болады:

Z=q*ml2p=6lk

мұндағы k=q h p=1,2,3 және т.б. Асинхронды қозғалтқыштардың роторлары қалыпталып жасалған тісті дөңгелек қаңылтырдан құрастырылады. Қаңылтырлар гистерезис құбылысынан болатын магниттік және электрлік шығындарды азайту үшін арнайы электртехникалық болаттардан жасалып,құйынды токтың өтуіне кедергіні арттыру үшін лакпен оқшауландырылады, ол туралы 1-бөлімде «Трансформаторлар» қарастырылған ротордың қаңылтырлары цилиндр түрінде престеледі, оның қажет пішінде ұзына бойында ойығы болады. Роторды білікке мықтап отырғызып шпонкамен бекітіледі, ол жүктеме кезінде айналып кетпеу үшін сақтандырады. Айналған кездегі ортадан тепкіш күштердің әсерінен, ротордың ойықтары статордың ойығынан қарағанда жабықтығы жоғары болғандықтан, оның орамаларына әсер етеді. Қысқа тұйықталған роторлар үшін ойықтың жабық түрлерін де қолдануға болады (2.3-сурет). Қозғалтқыштың жұмыс кезіндегі шуын азайту және оның іске қосу сипаттамасын жақсарту мақсатында ойықтың тайқылығын да (қиғаштығын) пайдаланады. Қысқа тұйықталған ротордың ойықтарының саны Z_пр асинхронды қозғалтқыштардың жұмысын нашарлататын зиянды сәттерді азайту үшін, статор ойықтарының санымен Z_пр сәйкес келуі тиіс және мына шарттар сақталуы тиіс:

Мұндағы к-кез келген оң сан, р-статор орамасының жұп полюстері саны.Ойықтары қиғаш болса статор мен ротордың ойықтары санының қатынастарын таңдау кеңейеді.

Асинхронды қозғалтқыштың орнын басатын электрлік тепе-теңдік теңдеуінің теориялық сипаты ғана бар және оның тікелей жұмыс тәртібіне талдау жасауға және жұмыс сипаттамаларын есептеуге пайдалануға қолданыла алмайды:

-бірінші теңдеуден токтың мәнін анықтау мүмкін еместігі себебі Л₁-дің сан мәні жоқ және векторлар U₁мен Л дің арасындағы ығысу бұрышы көрсетілмеген; -статор мен ротор орамаларындағы токтардың арасындағы байланыс жоқ, ол асинхронды қозғалтқыштағы электромагниттің физикалық болмысына қарсы келеді. Бұл мәселе нақты асинхронды электрқозғалтқыштың магнит өткізгіші бар және статор мен ротор орамаларының өзара индуктивтігі мен болат магнит өткізгіші бар өзара индукцияланбайтын сызықтық эквивалентті электр тізбегі бар құрылғы электротехникалық тізбекпен алмастыру арқылы шешіледі. Ол үшін айналатын асинхронды қозғалтқыш әуелі қозғалмайтын (тежелген ) трансформаторша істейтін активті тең екінші кедергісі бар екінші (ротордың) орамалы және шашыраңқы индуктивті кедергімен х2 алмастырылады. Ал одан соң, 1- «Трансформатор» бөлімінде, трансформаторға қолданылған әдістеме бойынша, екінші ораманың (ротор орамасы) өлшемдері бірінші орамаға (статор орамасына) келтіріледі. Мұнда электрлік тепе-теңдіктің (2.58) теңдеуіндегі асинхронды қозғалтқыш орамасынң активті кедергісі r₁ мен роторы орамасының r₂ Омдық кедергімен алмастырылады (R₁ және R₂)оған магниттендіру тізбегі болатын кедергісі R_cm қосылады, ол активті және реактивті құрамынан тұрады:

,

мұндағы I^'_µà гистерезис құбылысы мен құйынды токтардан болатын шығынды жабуға кеткен магниттендіргіш токтың активті құраушысы; I_µð^' - асинхронды қозғалтқыштың магнит ағыны Ф туғызатын магниттендіргіш тогының реактивті құраушысы. Осындай ауытқулардан магниттендіргіш токтың I^'_µ магнит ағынымен уақыт жағынан үйлеспеуі магнит өткізігш болатындағы магниттік шығын бұрышындай болады.Оның сан мәні былай анықталады:

,

Мұндағы

;

сонымен, егер нақты асинхронды қозғалтқышта ЭҚК Е1 ті өзара индукцияланудың кедергісіне түскен кернеумен теңестіруге болатын болса, (Å₁=¦_µjX_µ), ал трансформаторға келтірілген тежелген (тоқтатылған) қозғалтқышта ЭҚК болаттағы электр шығынына пропорционал болатын болат кедергісіне түскен кернеудің I_µ^'R_ıcò шамасына қарай өзгереді. Дегенмен, нақты асинхронды қозғалтқыштың келтірілгенге өту кезіндегі өлшемдерін өзінше түсіндіру бірін-бірі сандық жағынан айтарлықтай өзгеріс туғызбайды. Осыдан шығатын, асинхронды қозғалтқыш роторы орамасы өлшемдерін қозғалтқыш статоры орамаларының өлшеміне эквивалентті өзгерту, нақты қозғалтқыш роторы орамасының электрлік тепе-теңдік теңдеуіндегі қатынасын сақтау шарты бойынша іске асырылады (2.55) . Егер теңдеудің екі жағын коэффициентіне ні көбейтсек, оң жағының соңғы қосылғышын тағы көбейтсек, ал онда мынадай түрге келеді:

0 = - егер:

;

;

;

, белгілесек, онда тежелген асинхронды қозғалтқыш роторы орамасының статор орамасына келтірілгендегі электрлік тепе-теңдік теңдеуіне аламыз:

, мұндағы Е₂¹, I₂¹; R₂¹; õ₂¹- сәйкес, трансформаторша жұмыс істейтін тежелген асинхронды қозғалтқыштың статор орамасына келтірілген ротор орамасының ЭҚК, тогы, омдық және шашыраңқы индуктивтік кедергісі (2.31),(2.43) және (2.64) теңдеуінде көрсетілген қозғалтқыштарға Е2 Е1 тән, бұл табиғи нәрсе, себебі ротор орамасының келтіру барысының нәтижесінде статор орамасымен w₁=w₂ және Ê₀₁=Ê₀₂ болып бірігісіп кетті.(2.25) пен (2.58) теңдеулерін ескере отырып, ротор орамасына келтірілген тежелген асинхронды қозғалтқыштардың электрлік тепе-теңдік теңдеулер жүйесін құрады:

теңдеулер жүйесіне сүйене отырып, магнит байланысы бар нақты асинхронды қозғалтқыш магнит байланысы жоқ сызықтықө алмастырма эквивалентті электр сұлбасымен ауыстырылады. Мұнда ротор орамасында индукцияланатын ЭҚК Å_2S=SÅ₂ және индуктивті шашырандық кедергісі õ_2S=Sõ₂ сияқты сырғанауға тәуелді өлшемдер, олардың қозғалмайтындай тұрақты мәндерімен R₂ сырғанауға тәуелді саналатын, ауыстырылады. Мұндайда тұтынылған қуат электр шығындары және электрлік прцестерді нақты қозғалтқышпен орнын басатын эквивалентті электр сұлбасында жағдайлар жағынан бірдей болады, бұл айналып тұрған қозғалтқыштың жұмыс тәртібін қозғалмай тұрған қозғалтқыш арқылы талдауға мүмкіндік береді. Асинхронды қозғалтқыштың алмастырма эквививалентті электр сұлбасы электр тепе-теңдіктің толық теңдеулер жүйесі негізінде құрылады (2.69) ондағы электрлік кедергілері мен оларды жалғау сұлбалары, ол үшін Кирхгофтың бірінші және екінші заңдары бойынша құрылған теңдеулер, электрлік тепе-теңдік теңдеуімен (2.69)дәл келуі тиіс. Ол келтірілген трансформатордың келтірілген сұлбасымен бірдей. 2.15-суретте көрсетілегн асинхронды қозғалтқышты ауыстыратын Т-тәрізді сұлба делінеді, онда: Z₁ =R₁ jx₁

-статор орамасының омдық R₁ және шашыранды индуктивті кедергісінен x₁ тұратын толық электр кедергісі; ротор орамасының омдық кедергінің келтірілген мәні R₂¹ Мен тежелген ротордың шашыранды индукциялық кедергісі;

келтірілген асинхронды қозғалтқыштың болат кедергісі R_ñò мен өзара индукцияланудың индуктивті кедергісінен õ_ì тұратын магниттену тізбегінің толық кедергісі; Асинхронды қозғалтқыштың жұмысын зерттеу үшін Т тәрізді орынбасар сұлбасы ыңғайсыз, себебі сырғанаудың өзгертуінен барлық үш тармағындағы ток, тіпті U₁=ñînst болғанның өзінде, өзгереді. Аса күрделі емес бірнеше түрлендірулер жасау арқылы асинхронды қозғалтқыштың орын басу Т тәрізді сұлбасынан Г -тәрізді эквивалентті сұлбасына өтуге болады. Егер ауысу (түрлендіру ) процесін былай деп қарасақ :

;

;

;

,

Онда Г-тәрізді орынбасу сұлбасы 2.16-суреттегідей түрге келеді.

2.15-сурет. Асинхронды қозғалтқыштың алмастырма эквивалентті Т-бейнелес электр сұлбасы.

2.16-сурет. Асинхронды қозғалтқыштың орнын басудың Г-бейнелес эквиввалентті анық электр сұлбасы.

Түзе коэффициенті кешенде реактивті құраушының аздығынан оның заттық бөлімі ғана есепке алынады:

оның сандық мәні Ñ1,05…1,02 аралығында алындаы. Есептегенде, инженрлік тәжірибеге қолайлы болу үшін С-тың мәнін 1,0деп алады, бұл Т және Г тәрізді сұлбалардың екінші тармағындағы токтар, кешендерінің теңесуіне әкеледі (I₂^»= I₂¹). Бұл жағдайда х₁ кедергісін (), елемеуге тура келеді, бұл қуаттылығы кіші асинхронды қозғалтқыштарға тиімсіз, себебі олар үшін (х₁>0). Орынының басудың Г тәрізді сұлбасында Т тәрізді сұлбада байқалған кемшіліктер жоқ. Соның көмегімен сызықтық электр тізбегінің теориясының белгілі өрнекті пайдаланып асинхронды қозғалтқыштың әр түрлі жұмыс тәртібіндегі жұмыс сипаттамаларын есептеу жеңіл. І0 синхрондылық тогы болып табылады, оның сандық мәні асинхронды қозғалтқыш роторының синхронды айналу жылдамдық (n2=n1) кезінле тұтынылған тогына тең, мұнда статор орамасы мен оның болаттарындағы ток шығындары ескеріледі. Мұндай режимді орнату, асинхронды қозғалтқыш білігін механикалық энергияның басқа көзіне, мысалы онымен полюстері тең синхронды қозғалқышқа қосу арқылы айналдырғанда ғана мүмкін. Бұл кезде

, òå» (2.75) ол асинхронды қозғалтқыштың жұмыс режиміне (біліктегі кедергі моментіне ) тәуелді болмайды, І0 мен І2 токтары өзгерген кезде де өзгеріссіз кетеді

2.17-сурет. Асинхронды қозғалтқыштың орнын басудың Г-бейнелес эквивалентті анықталған электр сұлбасы.

Егер 2.16-суретте көрсетілген сұлбадағы С кешенін оның модуліне С1, ал àë Ñ₁Z₁ =Z¹ ìåí C²₁ ŁZ_2S¹ = Z^"_2Sêå алмастырса онда 2.17-ші суретте көрсетілген сияқты орнын басудың дәлденген сұлбасына өтуге (ауысуға) болады:

Онда

Асинхронды қозғалтқыштың эквиваленті алмастыру электр сұлбаларының параметрлері жіне оларды анықтау әдістері. Нақты асинхронды қозғалтқыштарда оның эквиваленті электр сұлбасымен орын ауыстыру нақты асинхронды қозғалтқыштың (2.57),(2.58) және эквивалентті алмастыру сұлбасының (2.69) электрлі тепе теңдік теңдеуіне кіретін электр кедергісімен ЭҚК –і анықтауға әкелді. Нақты асинхронды қозғалтқыштардың электрлі тепе теңдік теңдеулерінде (2.57) және (2.58) статордың r1және r2орамаларының активті кедергілері деп аталатын, олардың орамаларына қолданылған өткізгіштердің омдық кедергілері R1 мен R2 ден және ротор мен статордың болаттарының кедергілерінен құйынды токтармен гистерезис тағы басқалардан болатын ток шығындарына пропорционалды шығыедар жиынтығы қолданылады, демек:

,

Асинхронды қозғалқыш алмастыру электр сұлбасында (2.15-сурет) болаттардың кедергілері ротор мен статор орамаларының активті кедергілері қатарына шығарылып магниттену тізбегіне оның толық кедергілерінің құраушысы ретінде енгізген :

,

мұндағы ,

ал хм –ротор мен статор орамалары арасындағы индукцияланудың индукциялыө кедергісі.

Шынайы асинхронды қозғалтқыштың ЭҚК Е1 мен Е2 (2.31 )және (2.38) теңдеулерімен анықталады. Асинхронды қозғалтқыштың эквивалентті электр сұлбаысг құру негізіне салынған электрлік тепе-теңдік жүйелеріндегі (2.69) ЭҚК, (2.62) тегіден өзінің мөлшері жағынан да, физикалық мағынасы жағынан да ерекше (өзгеше) :

Е₁ = Е₁¹ – І_µ^' R_1cm

Мұндағы Е1-асинхронды қозғалтқыш статоры орамасында индукцияланған нақтылы ЭҚК (2.31); Е₁¹ - асинхронды қозғалтқыштың сұлбасындағы (2.16-сурет) эквивалентті магниттену тізбегіндегі Z₀=Z₁+Z_µ түскен кернеудің I₀ Z_µ құрамдас бөлігі сияқты болып жасалған ЭҚК.

Асинхронды қозғалтқыштардың эквивалентті алмастыру электр сұлбасында жасалған кейбір елемеушіліктерді ескерсек онда статор орамаларының электр кедергілері мынадай математикалық өрнектер мен физикалық мағынаға ие болады:

,

мұндағы Z₁ статор орамасының толық электр кедергісі; R₁ статор орамасы өткізгішінің омдық кедергісі; õ₁ статор орамасының индуктивті шашырау кедергісі;

,

мұндағы Z_2S¹ орамасының келтірілген толық электр кедергісі: R₂¹-ротор орамасының кедергісі; õ₂¹ ротор орамасының келтірілген индуктивті шашырау кедергісі; S асинхронды қозғалтқыштың сырғанауы:

,

Мұндағы Z₀ — магниттену тармағының эквивалентті кедергісі; Z₁ –(2.82) мен Z_µ - (2.79). Нақты асинхронды қозғалтқыштардың эквивалентті алмастыру электр сұлбасының кедергісін анықтау өлшемдері де болып табылатын. Бір мезгілде нақты асинхронды қозғалтқыштың да өлшемдері болып табылатын эквивалентті электр сұлбасының кедергісін анықтау аналитикалық немесе тәжірибелік жолмен, эмприкалық өрнектерді немесе катологтағы мағлұматтарға пайдалану арқылы жүзеге асырылады.

Асинхронды қозғалтқыштардың эквивалентті алмастыру электр сұлбасының аналитикалық есептеу жағынан анықтау, қозғазлтқыштың геометрикалық өлшемдерін, ойықтар санын, статор мен ротор тістерінің санын, статор мен ротор орамаларының өлшемдерін білудің керектігінен қиындық туғызады. Асинхронды қозғалтқыш пен эквивалентті алмастыру электр сұлбасымен элементтерінің өлшемдерін анықтаудың есептеп шығару тәсілінің күрделілігі, оны «Электр машиналары» пәнінің арнайы бөлімдеріне жатқызады. Асинхронды қозғалтқыштардың эквивалентті орнын басу электр сұлбасын анықтаудың ғылыми тәжірибелік жолы асинхронды бос жүріс пен қысқа тұйықталудың тәжірибеден алынған мәліметтері болуын талап етеді. Синхронды бос жүріс пен қысқа тұйықталу тәжрибесінде асинхронды қозғалтқыш қалыпты кернеулі ??? үшфазалы желіге қосылады, ал оның айналу жылдамдығы механикалық басқа энергия көзінің көмегі арқылы синхрондылыққа келтіреді (n₂ =n₁).

Осы күйде синхронды бос жүріс кезінде тұтынылған тоғы І₀ мен активті қуат Р₀ өлшенеді. Көп жағдайда, қорытындының дәлдігіне ерекше талаптар қойылмайтын кездерде, синхронды жүктеусіз жұмыс тәртібін мұнда n₂ = n_2õ n_ñ; I₁= I_1õ I₀; Ð₁= Ð_1õ Ð₀ деп алып асинхронды қозғалтқыштың жүктеусіз жұмысымен ауыстыруға болады. Қысқа тұйықталу тәжірибесі кезінде асинхронды қозғалтқыштың роторы тежелген (ротордың фазалық орамасы қысқа тұйықталғанда) кернеуі статор орамасындағы тоқ қалыпты жағдайдағыға жететін мөлшерге I_1ê= I_1í дейін төмендетілген үш фазалы тоқ көзіне жалғайды. Статор орамасына берілген кернеу U_1ê және қозғалтқыш тұтынған активті қуат Рк өлшенеді. Бос жүріс пен қысқа тұйықталу тәжірибесінен алынған мағлұматтарды пайдаланып, асинхронды қозғалтқыштың орнын эквивалентті басатын электр сұлбасының өлшемдерін сызықтық электр тізбектері теориясынан белгілі өрнектер арқылы есептейді.

Магниттену тізбектері кедергісі Z₀:

,

Мұндағы Z₀ -магниттену тізбегі кедергісінің кешенді модулі;

U _1õ = U_1í асинхронды қозғалтқыштардың статор орамасындағы қалыпты кернеуі І₀ = І₀e^¯jФ0 синхронды бос жүріс жұмыстық кешенді тоғы I₀ ;

- òîº I₀ пен кернеу U_1í

арасындағы геометриялық градуспен берілген, уақытша ығысу бұрышы:

R=R+R_ñm=Z₀Cosφ₀ -

магниттену тізбегінің активті кедергісі.

-

магниттену тізбегінің реактивті кедергісі.

Асинхронды қозғалтқыштың статоры мен роторы болаттарының жалған кедергілері R_cm мен статор орамасының Омдық кедергісінің R₁ сандық мәндерін анықтау былай атқарылады. Статор орамасының Омдық кедергісі R₁ тұрақты ЭҚК көзін пайдаланып жүргізілген амперметр – вольтметр тәжрибесінен алынған мағлұматтар бойынша немесе каталогтардан алынған мағлұматтарды пайдаланып Ом заңы бойынша есептеп шығарылады. Болаттың жуықталған кедергісі мына теңдеумен анықталады:

R_cm= R_ñ- R₁

Статор орамасының индуктивті шашыраңдылық кедергісінің х1 және статор мен ротор орамаларының өзара индуктивтену кедергісінің хм сандық мәндерін бос жүріс тәжірибесі мағлұматтары бойынша жеке есептеп шығару мүмкіндік жоқ. Дегенмен пен теңделуерін х_м мен х₁ ге қатысты бірге шешу арқылы мынадай өрнектер алуға болады:

Қысқа тұйықталу кезінде асинзхронды қозғалтқыщтардың қортынды магнит ағыныныңмагниттендіргіш әрекеті салдарының іс жүзінде нөлге дейін азаятындықтан (I= 0) эквиваленті электр кедергісін Z_k мына өрнекпен көрсетуге болады:

Кедергілердің активті және реактивті құраушыларыфн жеке қосылғыштарға біріктіргенде:

;

Тежелген ротор үшін (S=1,0), (2.93)- теңдеу мына түрге өзгереді:

;

Мұнда: R_k X_k асинхронды қозғалтқыштың қысқа тұйықталу жағдайына эквивалентті электр сұлбасының эквивалентті активті және реактивті кедергілері, ал олардың құраушылары:

; ; ;

Ом заңы бойынша сұлбасының эквивалентті электр кедергісі әсер етуші мәндері кешенді түрде мына өрнекпен анықталады:

,

мұндағы

; ;

;

;

ротор мен статор орамаларының индуктивті шашырандылық кедергісі:

Қуаттылығы 1,0кВттан аз қозғалтқыштар үшін коэффициент C1>1,05

және оны елемеуге болмайды.

Қуаттылығы жоғары қозғалтқыштар үшін коэффициент C₁1,0деп алуға болады.

Асинхронды қозғалтқыштың алмастырма эквивалентті электр сұлбасы өлшемдерінің мәндерін тәжірибе жолымен анықтау мүмкін емес жағдайда инженерлік тәжірибеде оларды жеткілікті дәлдікпен тәжірибеден алынған өрнектермен есептеуге болады.Ротор мен статордың Ом кедергісі:

ротор мен статор орамаларының индуктивті шашыраңдылық кедергісі.

магниттену тізбегінің жалғану кедергісі:

тәжірибеден алынған өрнектердегі асинхронды қозғалтқыштың қалыпты толық электр кедергісінің модулі:

Каталог мәліметтерінде электр кедергілерінің шамалары Ом мен емес, салыстырмалы бірлікпен беріледі, онда түбегейлі өлшем ретінде тиісті толық электр кедергісінің қалыпты мәндері алынады Z_1H. Мысалы, статор орамасының кедергісінің мәнін Оммен алу үшін катологтағы салыстырмалы бірліктегі мәнін Z_1H көбейту керек:

Эквивалентті электр сұлбалары кедергісінің мәндерін біле отырып, қарапайым өрнектердің көмегімен, асинхронды қозғалтқыштардың әр түрлі жұмыс тәртібі кезіндегі энергетикалық және механикалық негізі сипаттамаларын, көп электр энергиясын шығындайтын нақтылы жүктемеге жүгінбей – ақ аналитикалық есептеу жүргізуге болады.

Алмастырма сұлбасы өлшемдерінің сандық мәнінсіз, асинхронды қозғалтқышты ЭЕМ-ді пайдаланып жан – жақты зерттеу жүргізу де мүмкін емес.

Асинхронды қозғалтқыштың энергетикалық диаграммасы. Асинхронды қозғалтқыш статоры орамасына берілген электр энергиясының білікті айналдыратын механикалық энергияға айналуы, оның машинесінің әртүрлі бөлшектерінде шығын болуымен байланысты. Бұл асинхронды қозғалтқыштың жұмыс қасиеттерін білуде зор маңызы бар процесс.

2.18-суретте асинхронды қозғалтқыштың статоры орамасына берілген электр энергиясының білікті айналдыратын механикалық энергияға айналу сатылары бойынша анық қадағалауға, ондағы электр шығындарын білуге мүмкіндік береді.

Үш фазалы асинхронды қозғалтқыштың электр желісінен алған активті қуаттылығы ЭТН курсынан белгілі өрнек бойынша анықталады:

Бұл қуаттың бір бөлігі статор орамасының өткізгіштері арқылы өткенде жұмсалады. Қуаттың бұл шығындары мыстағы электр шығындары деп аталады:

,

Электр қуатының мыстағы шығыны жылуға айналады да, статор орамасын қыздырады. Желіден тұтынылған қуаттың енді бір бөлігі асинхронды қозғалтқыш статорының болаттарында пайда болған айнымалы магнит өрісінің әсерінен болатын құйынды тоқтар мен гистерезис құбылысына шығындалады. Олар статор болатындығы электр шығындары делініп мына өрнекпен анықталады:

Құйынды ток Р мен гистерезис Р шығындары статор теміріндегі магнит индукциясының В жиілігінің өзгеруіне тәуелді.Олардың қорытынды мәні мына өрнекпен есептеледі:

,

мұндағы Ð₍₅₀₎ =(1,7…4,0); Â=1,0 және f=50Гц кезінде статор болатының сортына және қаңылтырдың қалыңдығына байланысты болатын меншікті шығын; В-статор болатындағы есепті индукция; G- статор массасы.

2.18-сурет. Асинхронды қозғалтқыштың энергетикалық диаграммасы.

2.19-сурет. Қысқа тұйықталған роторлы асинхронды қозғалтқыштың механикалық шығындары (Рмех).

Статор болатындағы шығын статорды қыздыратын жылу ретінде де көрінеді. Мыстағы шығындар Р_м мен статор орамасындағы және ротор болатындағы шығындарды алып тастаған соң қалған қуат электр магниттік қуат делінеді.

Ол магнит өрісі арқылы ауа саңылауы бойынша асинхронды қозғалтқыштың роторына шығынсыз беріледі, ротордың орамасы тұйықталғанда онда және статорда қуаттың бір бөлігі орама өткізгіштерінде Р_м(а)2 және ротор болатындағы Р_с2 құйынды тоқтар мен гистерезистен электр шығындары ретінде жұмсалады.

Ротор орамасы мысындағы (алюминийде) шығындар сандық тұрғыдан мына өрнекпен анықталады:

,

мұндағы m₂– ротор орамасының фазалар саны; I₂-ротор орамасы фазасының тогы; R₂ -ротор орамасы фазасының өткіщгіштерінің кедергісі. Жұмысшы сырғанау шегі S<0,1 болғандықтан ротор болатындағы шығындарды, әдетте елемейді(Ð_ñ2Î). Қажет кезінде Ð_ñ2=Ð_(1/50) S^β Â_ð² G_ð оны өрнегі бойынша есептемейді, мұндағы G_ð – ротордағы индукция; Â_ð -ротор болатының массасы; S- сырғанау β=(1,2…1,5) -ротор болатының сортына байланысты дәреже көрсеткіші. Ротор мысындағы шығынды Ð_ì(À)2 алып, тастағаннан кейінгі қуат, асихронды қозғалтқыштың роторы дамытатын механикалық қуат Ð_ìåõ, оған статор орамасының магнит өрісі берген электрмагниттік қуаттан,ротор орамасындағы электр шығындарындай шамаға аз болады.

Асинхронды қозғалтқыштардың біліктеріндегі механикалық қуат қозғалтқыш роторындағы механикалық қуаттан қосымша шығындар Р_қос шамасындай аз болады. Қосымша шығындарға қозғалтқыштың айналатын бөліктерінің ауамен үйкелісіне, айгөлектердің үйкелісіне, шашыраңқылық ағынына, статор мен ротордың тістеріне магнит ағындарының жоғары горманикасына және басқа да себептерден болатын үстеме шығындар Ð_¾ жатады.

Қосымша шығындарды есептеу деңгейінің дәлдігі іс жүзінде аса жоғары емес. Сондықтан олар қозғалтқыштың желіден алған активті қуатының пайыздық қатынас шамасында мөлшерлеп алынады. Қалыпты жүктемеде қосымша шығындар қозғалтқыш тұтынған қуаттың (1,8…0,8)% ін құрайды:

Асинхронды қозғалтқыштың жұмысшы сипаттамасы.

Асинхронды қозғалтқыштың жұмысшы сипаттамасы дегенде желідегі кернеу U₁ және оның жиілігі тұрақты болғанда оның білігінде тұтынатын тоқтың активті қуаттың Ð₁ моментінің М шарықтауын, ротор білігінің айналу жылдамдығы n₂, сырғуды S мен ПӘК () , жұмысшы дипазонда жүктеменің өзгеруін Ð₂ (2.19-сурет) айтады:

I₁,Ð₁, Ì,n₂,S,ŋ,Cosφ=ƒ(Ð₂),U₁=Cosφ ìåí ƒ₁=Ñînst (2.132) болғанда.

Асинхронды қозғалтқыштың жұмысшы сипаттамасын, инженерлік тәжірибеде жеткілікті дәлдікпен, эквивалентті алмастырма электр сұлбасы арқылы (1.17 – сурет) олардың өлшемдері белгілі болса, (2.7.1 – сурет) айтылған әдістеме бойынша, есептеу жолымен анықтауға болады. Сырғанаудың мына шектегі S=(0,2…1,2)S_í бірнеше мәндерін алып, тең аралық ∆S арқылы есептеу мына ретпен жүргізіледі. Асинхронды қозғалтқыштың орнын басудың эквивалентті электр сұлбасынан Ом заңы бойынша желіден тұтынатын тоқты I₁ анықтайды:

,

мұндағы U ₁=U₁l^j0 — асинхронды қозғалтқыштың қалып сызықтық кернеуінің кешені (бастапқы фазалық бұрышы шартты түрде нөлге тең φ₁=0 деп алынған I₁ мен φ₁дің алынған) мәнінен қозғалтқыштың желіден тұтынған активті электр қуаты Ð₁есептеп шығарылады.

Қозғалтқыш білігінде дамитын қуат Ð₂=P₁-P_òì анықтау үшін, барлық шығын қосындысын P анықтау қажет. Ол үшін асинхронды қозғалтқыштың синхронды жүктеусіз жұмыс кезінде тұтынған магниттену тоғын I₀ және ротор орамасының келтірілген тоғын I₂ алдын ала есептеп алу керек:

,

мұндағы Z₀ =Z₁+Z_µ = (R₁ +R_ñm) + j (õ₁ +õ_ì) =Z₀å^-jφ0 орамасына келтірілген ротордағы тоқ 2.17 – суреттен алып анықталады.

содан кейін қозғалтқыштағы электр шығынын есептейді статор орамасының мысындағы электр шығыны (2.110): ротор орамасының мысындағы алюминий электр шығындары:

=

статор болаттарындағы электр шығындары

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

ω₂ =.

Асинхронды қозғалтқыштың білігіндегі айналдыру моменті

Алынған мағлұматтар бойынша жұмыс сипаттамасы тұрғызылады

I₁/I_1í ,Ð₁/Ð_1í ,Ì₂/Ì_2í , η және Ñîsφ біліктегі қуаттың Р₂ функциясында, қатынастық бірлікте:

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

2.20 – суретте қысқа тұйықталған шығын қуатты асинхронды қозғалтқыштың жинақта жұмысшы сипаттамасы көрсетілген. Жұмысшы сипаттамасын талдау мынадай жинақтағыш қорытынды жасауға мүмкіндік береді. Асинхронды қозғалтқыштың білігіндегі жүктеме жүктемесіз жұмыстан қалыпты жұмысқа дейінгі аралыққа өзгерсе:

— айналу жылдамдығы n₂ тұрақты дерлік шамада қалады;

— моменттің М ұлғаюы түзу сызыққа жуық;

• — білікке жүктеме түспеген кезде (жүктемесіз жұмыс) қозғалтқыш тұтынатын тоқ І₁ бір қалыпты мәнінің (35...40)пайызын құрайды: I_1õõ=(0,35..0,4)I_í;

— ПӘК η , біліктегі жүктеме 50 пайызға жеткенде, шырқау шегіне дейін жетіп тез өседі және ісжүзінде одан ары өзгермейді;

— қуат коэффициенті Ñîsφ өсуі Ñîsφ_õõ =0,1 бастап, қалыпты жүктеленген кезде қалыпты мәніне жетеді, асыра жүктелген кезде аздап өзгереді;

— сырғанау S жүзінде түзу сызықпен өседі;

— қалыпты сырғанау S шамасы қозғалтқыштың қуатына тәуелді өзгереді және S 0,05....0,01 шегінде ауытқиды.

2.22-сурет. Қысқа тұйықталған роторлы асинхронды қозғалтқыштың қорытынды ортақ жұмысшы сипаттамасы.

2.23-сурет. Қысқа тұйықталған роторлы асинхронды қозғалтқыштың қуаттылығына қалыпты сырғанаудың (S) тәуелділігінің қорытынды қисықтары.

Сырғанау шамасы қозғалтқыштың қуаттылығының өсу ретіне қарай көрсетілген. Эксплуатациялаушылардың назарын аударуы керек ететін өзіндік ерекшеліктерге жүктеме болмағанның өзінде анық тұтыну тоғының үлкен болуы. Қуаты аз қозғалтқыштардағы бос жүріс тоғы қалыпты тоқтың (40...45)жетуі I_õõ=(0,4…0,5)I_í, ал қуат коэффициенті өте төмен. Сондықтан асинхронды қозғалтқыш қалыпты жүктемемен пайдалануы керек, сонда Ñîsφ η –ге көбейтіндісі шырқау шегінде болады. Үш фазалы асинхронды қозғалтқыштардың айналу бағытын өзгерту статор орамасының кез – келген екі фазасын желіге ауыстырып қосу арқылы атқаруға болады (екі фазаны ауыстыру).

3.7. Тақырып 7. Синхронды машинаның құрлым мен типін белгілеу. Анық полюсті және анық емес подюсті Синхронды машина.Синхронды генератордың сипаттамасы. .

Ұсынылатын әдебиет:

- Брускин Д.Э.,Зохорович А.Е.,Хвостов В:С. Электрические машины ч.1,2 .М.:Высшая школа 1987.

- Костенко М.П,Пиотровский Л.М., Электрические машины, ч.1,2. М.: Энергия 1978.

- Кацман М.М. Электрические машины . М.: Высшая школа,1990.

- Капылов И.П. Электрические машины. М. Высшая школа, 2000

Синхронды машиналар өзара қайтымды электр машиналары болып табылады. Олар құрылыстық өзгеріске түспей – ақ механикалық энергияны электр энергиясына айналдыратын генератордың немесе электр энергиясын механикалық энергияға айналдыратын қозғалтқыштардың орнына да қолданылады.

Синхронды машинаны қолдану аймағы. Синхронды машиналар электр энергиясының генераторы ретінде де, қозғалтқыштар ретінде де қолданылады. Дегенмен, ол ЭҚК үшфазалы жүйесінің электромеханикалық көзі ретінде кеңірек тараған. Дүниежүзінде электр энергиясын өндіруді айнымалы тоқтың синхронды машинасы – үшфазалы синхронды генератор атқарады. Синхронды айналысқа түсетін алғашқы қозғалтқыштың түріне қарай, турбогенераторлар (механикалық энергия көзі бу трибунасы), гидрогенераторлар (механикалық энергия көзі гидравликалық турбиналар) және дизельгенераторлар (механикалық энергия көзі – іштен жанатын қозғалтқыш – дизель). Жылу электр станцияларында (ЖЭС) және атом электр станцияларында (АЭС) турбогенераторлар, ал гидростанцияларда (ГЭС) – гидрогенераторлар орнатылады. Дизель генераторлар негізінде жұмысында электр энергиясы апатты жағдайда да, болмай қалуы тиіс нысандарда қосалқы энергия көзі (банктер, әскери нысандар және т.б.) ретінде қолданылады. Аз және орташа ауқымды электр энергияларын тұтынатын жерлерде, оларды пайдалану, асинхронды қозғалтқыштарды пайдалануға қарағанда экономикалық жағынан тиімділігіне қарамастан, синхронды машиналар қозғалтқыш ретінде сиректеу қолданылады. Сондықтан қозғалтқыштар, арнайы жасалатындарынан басқа, қуаттылығы 100 кВт және одан жоғары етіп конструкцияланады. Қуаттылығы жоғары синхронды қозғалтқыштар (СҚ) қуат коэффициенті Ñîsφ және пайдалы әсер коэффициенті (ПӘК) сондай – ақ, олардың тұтыну кезіндегі (желідегі) кернеудің төмендеуіне аса сезімтал еместігінен, асинхронды қозғалтқыштармен бәсекелесе алады. Синхронды қозғалтқыштардың айналдыру моменттері бірінші дәрежелі кернеуге (Ì Ξ U),, ал АҚ-екінші дәрежелі кернеуге пропорционал (Ì Ξ U²) ал технологиялық жұмыс тәртібінің сапасына әсер етеді.

Синхронды машиналардың құрылысы. Синхронды генератор мен синхронды қозғалтқыштар құрылысы жағынан бірдей болғандықтан, олардың құрылыстарын бірге қарастырамыз. Синхронды машина (генератор мен қозғалтқыш) үшфазалы орамалы статордан және тұрақты қоздырғыш орамасы бар ротордан тұрады.

Синхронды машинаның статоры. Синхронды машинаның статоры конструкциялық құрылымы жағынан үшфазалы асинхронды қозғалтқыштарының статоры мен бірдей (2.2.1).

Синхронды машина статорының орамасы. Синхронды машинаның статорының орамасы үшфазалы ЭҚК жүйесін индукциялауға (үшфазалы синхронды генератор) немесе тұрақты айнымалы магнит өрісін туғызуға арналған (үшфазалы синхронды қозғалтқыш). Ол үшфазалы асинхронды қозғалтқыш статорының орамасымен бірдей (2.2.3) дегенмен, синхронды генераторлардың раторы орамасы тек «жұлдызша» сұлбасымен жалғасады. Синхронды генератордың орамасы «үшбұрыш» сұлбасымен қосылуы ісжүзінде қолданылмайды. Себебі, статор орамасын «үшбұрыштап» қосқанда онда сызықтық кернеу болады, ал «жұлдызшалап» қосқанда фазалық кернеуде болады, ол сызықты кернеуден есе аз. Демек, орамаға оқшаулатқышы жұқа өткізгішті қолдануға болады. Ол қуаттылығы бірдей машиналардың тұрқына әсер етеді. Одан басқа, егер синхронды генератордың статоры орамасын «үшбұрыш» сұлбасы бойынша жалғаса, мұндай жағдайда статор орамасында ЭҚКке индукцияланатын магнит ағынының сәл ғана симметрясыздығынан өз – өзіне тұйықталған орамада, генератордың бос жүріс жұмысы кезінің өзінде шамасы 3 есе гармоникалық құраушы пайда болып, теңестіруші тоқ өтетін болады, ол қосымша шығынға соқтырып генератордың қуаты төмендейді. Статор орамасын «жұлдызша» сұлбасы бойынша жалғағанда фазалардың орамалары ажыратулы болғандықтан, жүктемесіз жұмыс кезінде теңестіргіш тоқ болмайды. Синхронды генератордың үшфазалы орамасын «жұлдызша» сұлбасымен жалғағанда, одан бірмезгілде, шамасы жағынан екі түрлі кернеу алуға болады: сызықтық және фазалық(). . Синхронды генератордың үшфазалы орамасын «үшбұрыш» сұлбасы бойынша жалғағанда, синхронды генератор бір шамадағы кернеулі электр энергиясының көзі болады: сызықтық кернеу фазалық кернеуге тең болады (U^∆_c =U^∆_ô ).

Синхронды машинаның роторы. Статорды машинаның роторы құрылысы бойынша екі нұсқада орындалады: айқынполюсті және айқындалмаған полюсті.

Айқынполюсті машинада ротор полюстері айқын көрінетін, болат цилиндр (3.1 – сурет).

Ротордың мұндай конструкциясы оны полюсінің саны көп етіп конструкциялауға мүмкіндік береді, олардың саны бірнеше ондыққа жетуі ықтимал. Айқын полюсті ротор гидрогенераторларға орнатылады. Гидрогенераторлар роторының полюс сандары, стандартты жиіліктегі f=50, ЭҚКтен электр энергиясын алудың технологиялық процессіне негізделеді. Қазіргі кездегі диаметірі үлкен қуаты гидро-трубиналардың дөңгелектерінің айналу жылдамдығы 100 ай/мин-тан артпайды. Статор орамасында индукцияланатын ЭҚКтің жиілігі, ротор айналымының жылдамдығына және полюсті жұбының санына байланысты. Бұл байланыс (тәуелділік) мына теңдеумен көрсетіледі:

Pn=60ƒf

3.1-сурет. Айқынполюсті синхронды мәшиненің роторы: а – полюс; в – қоздырғыш орама.

3.2-сурет. Айқынсыз полюсті синхронды мәшиненің роторы: а – полюс; в – қоздырғыш орама.

Гидротрубина дөңгелегінің айналу жылдамдығы төмен кезде және ЭҚК өнеркәсіптік жиілікте өндірілгенде синхронды генератордың айқынполюстері роторының жұп полюстері ðn= 60ł50=300 саны болатындай болуы тиіс. Егер, гидротурбинаның айналу жылдамдығын 100 ай/мин-ке деп алсақ, синхронды генератордың айқынполюсті ротордың жұп полюстері саны ð=3000/100=30 , ал полюстер саны 2ð=60 қа тең болуы тиіс.

Айқындалмаған полюсті ротор. Айқындалмаған полюсті ротор (3.2-сурет) өте жоғары сапалы. Оның бетінің 2/3 бөлігіне бойлық ойықтар фрезделіп тілінеді, олар баржоғы екі полюс түзіледі. Оның бу трубиналарымен айналатын турбогенераторларға орнатады, олар 3000 ай/мин жылдамдықпен жұмыс жасайды. Стандартты өнеркәсіптік жиілік 50 Гц алу үшін, ротордың бір жұп полюсы болуы тиіс: Ð=60ƒ/n=60ł50/3000=1,0, , демек екі полюс(2ð=2). . Егер турбогенераторға екі полюсі бар айқынполюсті ротор орнатса, онда, сәл симметриясыздық кезінде, ол технологиялық жағынан болмай қоймайды, осындай жылдамдықта, роторда қауіпті шамада діріл пайда болуы мүмкін. Сондықтан қазіргі кездегі турбогенераторлардың роторлары айқындалмаған полюсті, болаттан тұтас соғылған 200 м/с жететін үлкен айнымалы сызықтық жылдамдыққа төтеп бере алатын механикалық бекемдікті қамтамасыз ете алатындай етіп жасалады.

Синхронды машинаның қоздыру орамасы. Синхронды машинаның қоздыру орамасы тұрақты тоқтың магнит өрісін тудыруға арналған. Айқынполюсті ротордың қыздыру орамасы, цилиндр, шарғы түрінде жасалып полюстер өзектеріне орналасады. Шарғы арнайы түрдегі полюстік ұштықтармен бекітіледі.

Айқындалмаған полюсті роторларда қоздыру орамасы, ротор бетінің 2/3 фрезделіп жасалған бойлық ойықтарында жанасу шеңбері бар асинхронды қозғалтқыш раторы орамасы сияқты орналасады. Айқындалмаған полюсті ротордың қоздыру орамасының орамдары, ойықтарда мықты металл сыналарымен бекітілді. Қоздыру орамасының алдыңғы бөлігі ротордың қазіргі қуатты турбогенераторларда, секундына 200 м және одан жоғары жылдамдықпен айналуы кезінде олардың жарылып кетпеуі үшін, аса бекем болатын сымдардан даярланған шеңбер белбеулермен бекітіледі.

Үшфазалы асинхронды генератормен, механикалық энергиясына айналдырудың электрофизикалық процесстері. Үшфазалы синхронды генератормен механикалық энергияны электр энергиясына айналдырудың электрофизикалық процестері, генератордың жүктемемен немесе бос жүріс кезіндегі тәртіппен істелгендіктен нақты ерекшеліктері бар. Сондықтан олар жеке қаралады.

Синхронды генератордың бос жүріс жұмысы. Синхронды генератордың роторы сырттай механикалық энергия көздерінен айналады (бу – гидротурбина немесе іштен жанатын қозғалтқыш). Ротордың магнит полюстері туғызған магнит өрісі (немесе қоздыру орамасы, осы тұрақты ЭҚК көзіне қосқанда) ротормен бірге айналып, статор орамаларына еніп, косинусойда заңы бойынша өзгертуді: (Ô=Ô_mCosωt) және оның әр орамасында синусойда тәрізді айнымалы å_â индукциялайды, ол электромагниттік индукция заңына сәйкес келеді:

å_â=dô/dt=-d(Ô_mCosωt)/dt=ωÔ_mSinωt

мұндағы ωÔ_m=Å_ì(â) статор орамында индукцияланған ЭҚК – інің тербелмелі шарықтау (амплитуда) мәні. Синхронды генератор статоры орамасының орамасында индукцияланған ЭҚК – інің әсеретуші мәні Å=Å_m/2 тең екенін ескере отырып, мына теңдеумен өрнектеледі:

Синхронды генератор статорының бір шарғысы үшін фазалық ораманың орам саны w_ê онда индукцияланатын ЭҚК мәндерінің қосындысы былай анықталады:

(

3.3-сурет. Синхронды мәшиненің статор орамасының р=1 және q=3 кезіндегі сызба көрінісі.

Іс жүзінде статор фазасының орамалары бірнеше шарғыдан тұрады, олардың жақтары статордың ішкі беттерінде өздерінің аумағындағы ойықтарда, бірқалыпты таралып орналасады (3.3-сурет). Онда индукцияланатын ЭҚКтер фаза бойынша, бір – біріне қарағанда, а, бұрышына ығысады да, мынаған теңеледі:

мұндағы t_ñ – ойықтық бөліну (көрші ойықтар арасының қашықтығы) (3.3-сурет); α – ойықтық ЭҚК – тің векторлық диаграммасындағы көрші шарғылар жақтарындағы ЭҚК – тің векторлар арасындағы, электрлік градуспен алынған ығысу бұрышы (3.4а-сурет); р – синхронды генератордың роторының жұп полюстер саны; Z_nñ – синхронды генератор статорының ойықтар саны; – синхронды генератор статорының полюстік бөлінуі:

мұндағы D_ñ – статордың ішкі диамметрі.

Мұндай ораманың фазалық ЭҚК шамасы ойықтық ЭҚК – і векторлық диаграммасындағы векторлар жиынтығы ретінде анықталады, ол 3.4а – суретте көрсетілген.

Ойықтың ЭҚК жұлдызшасы және синхронды генератордың статор орамдарының фазалық ЭҚК – нің жинақталған мәндерінің векторлық диаграммасы орамалардың орналасуына және қарама – қарсы бағытта индукцияланған аттас шарғы жақындағы ЭҚК-не байланысты 3.3 – суретке сәйкес тұрғызылған, 3.4в – суретте келтірілген векторлық диаграммадан көрінгеніндей ойықтық ЭҚК – тің геометриялық қосындысымен анықталған фазалық ораманың ЭҚК-і; ойықтық ЭҚКтің арифметикалық қосындысымен анықталған сондай ЭҚК – тен, демек шарғының (3.3) бір орамдағы ЭҚК – тің олардағы орамаға көбейтіндісінен (3.4) аз болады.

3.4-сурет. 3.3-суретте көрсетілген орамасы бар синхронды генератордың фазалық ЭҚК туғызуының векторлық диаграммасы.

Фазалық ЭҚК шамасының азаюы (3.4) теңдеуіне ораманың таралу коэффициентін К_р енгізу арқылы ескеріледі (2.3.3 тармақшасы). Әдетте статор орамалары толық емес қысқартылған ó< қадаммен орындалады, ол да шарғыда индукцияланған ЭҚК-тің азаюына әкеледі (3.5б, в – сурет), ол (3.4) теңдеуіне қысқар коэффициентін К_к енгізумен ескеріледі (2.3.3). Онда ісжүзінде синхронды генератор статорының орамасында индукцияланып бірінен кейін бірі орналасып жалғанған орамдардан w тұратын ЭҚК – тің әсер етуші мәні, былай анықталады:

мұндағы Ê₀=Ê_ðÊ_ó индукцияланған ЭҚК – тің шамасын азайтқанмен, оның синусойдалық болу шарттарын қамтамасыз ететін орамалық коэффициент (2.3.2). Орамалық коэффициент сан жағынан синхронды генератор статоры орамасында индукцияланатын ЭҚКтің геометриялық қосындысының (3.5г-сурет), оның арифметикалық қосындысының (3.5в) шамасының қатынасына тең.

3.5-сурет. Синхронды генератор статоры орамасының орамында индукцияланған ЭҚК-і (а) толық (b, c) және қысқарған (b, d) қадамда.

Егер айналым n тұрақтылығы есебінен өзінің тұрақтылығын сақтайтын ЭҚК – нің жиілігінің теңдеудегі орнына f=pn/60 мәнін қойса, онда, статор орамасында индукцияланатын ЭҚК Е тек асинхронды генератор роторындағы магнит ағынының шамасына ғана тәуелді болады:

Å=ÊÔ

мұндағы

Ê=4,44ðnKw/60

(3.8) бен (3.9) – өрнектерден көрінгендей, индукцияланған ЭҚК ротордың магниттік полюстері тұрғызған ораманың орамдарының санына w₁ магнит ағынының мөлшеріне Ф және оның өзгеру жылдамдығына, демек синхронды қозғалтқыш роторының айналу жылдамдығына тәуелді. Статор орамасы орамының саны ротор айналымы жылдамдығының конструкциялық элементі индукцияланған ЭҚК жиілігінің мемлекеттік стандарттық мәндерін демеуші шартты ретінде, айнымайтын параметр саналады. Демек, индукцияланған ЭҚК тек қана ротор полюстеріндегі туындаған қоздыру орамасы бойымен өтетіні магнит ағынына тәуелді (3.8).

Синхронды генератордың жүктемеленгендегі жұмысы.

Синхронды үшфазалы генератордың қосқыштарын жүктемемен жалғастырғанда, жоғарыда атап өтілгендей, оның статоры орамасынан тоқ өтеді және айналмалы магнит ағыны пайда болады. Сонымен, жүктемесіз жұмыс жасаған кездегі машинаға полюстерді қоздыру орамасында пайда болған бір ғана магнит өрісі әсер ететін болса, жүктелген кезде, полюстердің айнымалы магнит өрісіне статор орамасының айнымалы магнит өрісі қосылады. Машинаның қорытынды магнит өрісі осы екі магнит өрісінің өзара бірлесе әрекеттесуінен пайда болады.

Ротор полюстерінің магнит өрісі тұрақты тоқтан, ал статор орамасының магнит өрісі айнымалы тоқтан туындауына қарамастан, ол екеуі бір жылдамдықпен және бір бағытта айналатын тұрақты магнит өрісі сияқты өзара бірлесе әрекеттесетін болады. Шын мәнінде, полюстер магнит өрісі пайда болуы табиғатынан тұрақты бола тұра, ротордың айналу жылдамдығымен айналып, статор орамасында жиілігі f=pn/60 айнымалы үшфазалы ЭҚК-ті индукциялайды, ол қосылған жүктеме бар кезінде, шамасы тұрақты және орама бойымен n_c=pn/60 жылдамдықпен айналатын магнит өрісін тудыратын, үшфазалы айнымалы тоқты шақырады: f=pn/60 n_c=pn/60 салыстыра отырып, n_ð=n_ñ деп аламыз былайша айтқанда, статор орамасымен полюстердің қоздырғыш орамасының магнит ағындары бірдей. Сонымен, екі магнит ағыны да бірдей жылдамдықпен айналып синхронды генератордың жұмыс тәртібіне қарамастан, бір – біріне қарағанда қозғалыссыз қалады. Бір магнит өткізгіште екі магнит өрісінің болуы, олардың «якорь реакциясы» деп аталатын, бірлесіп қимылдауына және синхронды машинаның бірегей қорытындылаушы магнит өрісінің пайда болуына сөзсіз әкеледі. Синхронды машина үшін «якорь реакциясы» деу тұрақты тоқ машиналарына ғана келеді оны дұрысында «статор реакциясы» деп атауы оң болар еді, шындығында, статор орамасының магнит ағыны статор полюстері орамасының магнит өрісімен «реакцияға» түседі. Якорь сөзі теңіз терминдерінен ауысқан және магнит полюстерінің түрі теңіз якорын еске түсіретін роторды солай атаған. Сондықтан синхронды машинаның статорын якорь деп атау заңсыз. Жалпы жағдайда, машинаның қорытындылаушы магнит өрісі Ф ротор полюстері Ф_р мен статор орамасы Ф_с магнит өрістерінің векторлық жиынтығымен анықталады:

Ô=Ô_ð+Ô_ñ

Бұл өзара әрекеттесуі физикалық жағынан өте күрделі процесс. Ол ротордың магнит полюстерінің синхронды машиналардың статоры орамасының біліктеріне қарай орналасуы мен олар арқылы өтетін, уақыт жағынан алғанда, онда индукцияланған ЭҚК пен таза активті жүктеме кезінде үйлесетін, индуктивті жүктеме кезінде одан қалып қоятын немесе сиымдылық жүктеме кезінде озатын тоқтардың сипаттамасына тәуелді. Статор орамасына индуктивті жүктеме түскенде статор магнит ағынының «реакциясы» магнитсіздендіруші, сиымдылық тоғында – магниттеуші, ал активті – полюстың бір жағынан магниттеуші және екінші жағынан, сол полюсті, магнитсіздендіргіші болады. Активті индуктивті жүктеме болған кезде, синхронды генератор статоры орамасының магнит ағыны Ф_с уақыт жағынан ротор полюстерінің магнит өрістерінен Ө бұрышына, сондай – ақ статор орамасының қысқыштарындағы кернеуде индукцияланған ЭҚК Е қарағанда, қалып қоятын болады. Уақыттың жылжуына машинаның қорытындылаушы магнит өрісі білігі мен ротор полюстері арасындағы кеңістікте жылжу бұрышы сәйкес келеді.

Еркін жүктемелеу жағдайында статор орамасындағы тоқ І кернеудің U уақыт жағынан φ бұрышына және ротор полюстерінің магнит өрісі индукциялаған ЭҚК Е₁-ден ψ бұрышына жылжыған болса, статордың магнит ұрышына жылжыған болса, статордың магнит өрісінен екі құраушыға жіктеуге болады:

• ротор магнит полюсінің бойлық білігі бойымен;

• ротор магнит полюсінің көлденең білігі бойымен.

Мұнда магнит полюстері бойымен кететін білікті бойлық деп, ал оған перпендикуляр өсті – көлденең деп атау қабылданған. Соларға тура келетін магнит ағындарының тоқтар мен ЭҚК – тердің құраушыларына сәйкес индекс алады:d – бойлық және q – көлденең. Сонымен ротор полюстерінің магнит ағындарына Ф_р қарағанда уақыт жағынан жылжыған статор орамасының магнит ағынын Ф_с бойлық Ô_cd және көлденең Ô_ñq құраушыларданм тұратын, өзара бірімен бірі байланысқан деп қарап, өрнегін былай жазуға болады:

мұндағы

ψ бұрышы ЭҚК пен статор орамасы тоғы векторлары арасындағы жылжу бұрышы болып табылады. Бойлық біліктегі магнит ағыны Ô_cd магнитсіздендіргіш (активті – индуктивті жүктемеде) немесе магниттендіргіш (активті – сыйымдылық жүктемеде) магнит өрісін ротор айналымы бағытына, ал көлденең білік бойындағы магнит ағыны Ô_ñq кері бағытқа қарай жылжытады. Синхронды машинаның магнит ағындарын бойлық және көлденең құраушыларға жіктеуді 1895 жылы француз электртехнигі А.Блондель алғаш ұсынған, ол екі «реакция» әдістемесі деп аталады. Айқынполюсті синхронда машиналардың жұмыс тәртіптеріне талдау жасағанда, кеңінен қолданылады. Айқын полюсті машиналардың жұмысын зерттеу француздың басқа бір электр – технигі А.Потье 1900 жылы ұсынған әдістемелікке негізделеді.

Синхронды машинаның электрлік тепе – теңдігінің теңдеулері. Жалпы синхронды машиналардың және жекелеп алғанда, генераторлардың жұмысын зерттеу, асинхронды машиналардың жұмыс тәртібіне талдау жасауға қарағанда, айтарлықтай қиыншылықтармен байланысты. Бұл электромагниттік процесстердің күрделілігіне байланысты. Ол әртүрлі екі магнит ағындарының ротор магнит полюстерінің, айнымалы магнит өрісінің әсер етуінен пайда болған, статордың үшфазалық орамасының синусоидты тоқтарының өзара бірлесе әрекеттесуіне байланысты. Айқын көрінетін полюстері бар роторлардың құрылысы ауа саңылауларының айқын көрінетін бір тегіс еместігіне, ол синхронды машинаның магнит өткізгіштерінің магнит кедергілерінің бірдей болмауына соқтырады. Құрылысы мұндай ротордың өзара индукциялануы процесс барысында оның айналуына байланысты, белгілі периодтылықпен, шамасы жағынан, өзгеріп отырады. Дегенмен, инженерлік тәжрибеде ротор полюстерінің қоздыру орамалары арқылы тұрақты тоқ өткенде болатын процесстерді ойша дерексіздендіруге толығымен болады, ол үшін «статор реакциясы» өрісімен шашырау өрісі бір – бірінен және ротор полюстерінің магнит өрісінен, тәуелсіз өмір сүреді деп есептеу керек. Сонда, статор орамасының өрісінің толық ағын тізбегін алып, синхронды индуктивті кедергі деп аталатын, бір ғана индуктивті кедергіні қарастыруға болады. Синхронды машиналарда өтетін электрофизикалық процесстер, оның роторының конструкциялық орындалуына сәйкес айтарлықтай тәуелді болады. Айқын полюсті роторлы синхронды машинаның жұмыс процессі, ауа саңылауындағы түрі ЭҚК – пен статор орамасы тоғының арасындағы бұрыштың ψ өзгеруімен бірге өзгеріп тұратын, индукция қисығының айқын көрінетін синусойдалық сыздығына байланысты бірқатар ерекшеліктермен сипатталады. Сондықтан, айқын полюсті және айқындалмаған полюсті роторлы синхронды машиналардың жұмыс тәртібін зерттеуді бөліп қарау, әдістемелік көзқарас тұрғысынан, орынды.

Айқын емес полюсті синхронды машиналардың генератор электрлік тепе – теңдік теңдеуі. Цилиндр пішінді ротордың арасындағы айқындалмаған полюсті синхронды машиналардың ауа саңылаулары мен ондағы магнит ағындарын бойлық және көлденең құраушылары деп білудің қажеті жоқ. Ендеше статор орамасының синхронды индуктивті кедергісін, индуктивті екі кедергінің қосындысы деп қарауға болады:

Õ_ñ=Õ_îñ+Õ₁

мұндағы Х_С – статор орамысының синхронды индуктивті кедергісі; Х_ОС – статор орамасының негізгі магнит ағынан Ф_с пайда болған индуктивті кедергісі; Х₁ — статор орамасының шашыранды магнит ағынынан Ф₁₈ пайда болған шашыранды индуктивті кедергі. Демек, егер ротор полюстерінің магнит ағындары Ф_р статор орамасында ЭҚК Е-ні индукциялайтын болса, онда, статор орамасының негізгі магнит ағыны Ф_с шашыранды ағынмен бірге Ф₁₈, синхронды машинаның синхронды индуктивті кедергісінің шамасын қамтамасыз етеді. Кейбір шектеулерді ескере отырып, айқындалмаған полюсті синхронды машина статоры орамасының электрлік тепе – теңдік теңдеуін, былай жазуға болады:

мұндағы U синхронды генератордың қысқыштарындағы кернеу; Е₁₀ синхронды генератордың жүктемесіз жұмысының ЭҚК; І₀ синхронды генератор статоры орамасының тоғы; r- статор орамасының активті кедергісі; x-(3.12).

Айқынполюсті синхронды машинаның (генератор) электрлік тепе – теңдігінің теңдеуі. Айқынполюсті роторлы синхронды машинаның жұмыс процессі, жоғарыда айтылғандай, ауа саңылауында айқын көрінетін индукцияның таралуы, түрі ЭҚК пен статор орамасы тоғының арасындағы бұрыштың өзгеруімен бірге құбылып отыратын біркелкіеместігімен сипатталады.

А.Блондельдің қос «реакция» теориясын пайдалана отырып статор орамасының негізгі магнит ағынын Ф_с ротор полюстері білігімен сәйкес келетін магнит ағынын бойлық Ô_ñd және оның перпендикуляр келетін көлденең Ô_cq тармақтарға ажыратпай, айқынполюсті синхронды машина статоры орамасының электрлік тепе – теңдік теңдеуін былай жазуға болады:

бұл теңдеудегі

бойлық білікпен өсетін синхронды индуктивті кедергі:

• көлденең білікпен өтетін синхронды индуктивті кедергі:

-статор тоғының бойлықы білігі өтетін құраушысы:

Статор тоғының көлденең білігімен өсетін құраушысы:

õ_d — статор реакциясының бойлық ағыны негіздеген индуктивті кедергі;

õ_q — «статор реакциясы» ендік ағыны негіздеген индуктивті кедергі;

õ₁— статор орамасының индуктивті шашыраңқылық кедергісі;

Ψ=φ+θ Ý²Ê Å₁₀ мен синхронды генератор тоғының І₁ векторлары арасындағы ығысу бұрышы;

Θ — синхронды машинаның ЭҚК Е₁₀ мен кернеуівекторлары арасындағы ығысу бұрышына, тең, ішкі бұрышы.

3.8. Тақырып 8. Синхронды генатор сипаттамасы.Қысқа тұйықталу жүктемесін және оның сыртқы бейнесін реттеу, сипаттау.Қысқа тұйықталудың Синхронды машинаға қатынасы.

Ұсынылатын әдебиет:

- Брускин Д.Э.,Зохорович А.Е.,Хвостов В:С. Электрические машины ч.1,2 .М.:Высшая школа 1987.

- Костенко М.П,Пиотровский Л.М., Электрические машины, ч.1,2. М.: Энергия 1978.

- Кацман М.М. Электрические машины . М.: Высшая школа,1990.

- Тихомиров А.С. Расчет трансформаторов М: Энергия,1986

Синхронды машинаның алмастырма эквивалентті электр сұлбасы және оның өлшемдері. Электрлік тепе – теңдік теңдеуіне (3.14), айқындалмаған полюсті синхронды машинаның эквивалентті орнын басу электр сұлбасы мен оның 3.6 және 3.7 – суреттерде көрсетілген векторлық диаграммасы дәл келеді.

Айқын полюсті синхронды машина үшін, эквивалентті алмастырма сұлбасы бойлық және көлденең бөліктер бойымен өтетін тепе – теңдік теңдеуіне (3.14) сәйкес келетін, аралас жалғасқан электр сұлбасы ретінде қарастырылады. Синхронды машинаның алмастырма эквивалентті электр сұлбасының кедергілері, шамасы мен электрлік тепе – теңдік теңдеулері, тәжрибе жолымен анықталады, бос жүріс пен қысқа тұйықталу сипаттамалары бойынша есептеледі немесе анықтамалық мәліметтерден алынады.

3.6-сурет. Айқынемес полюсті синхронды мәшиненің орнын басудың жеңілдетілген сұлбасы.

3.7-сурет. Айқынемес полюсті синхронды мәшиненің жеңілдетілген диаграммасы.

Синхронды генератордың сипаттамалары. Синхронды генератордың жұмысы функциялды тәуелдік бойынша бағаланады да, оның сипаттамасы деп аталады. Олардың негізгілері:

- бос жүріс сипаттамасы;

- қысқа тұйықталу сипаттамасы;

- реттеу сипаттамасы;

- сыртқы сипаттамасы;

- жүктемелік сипаттамасы.

Синхронды генераторлар тұрақты айналу жылдамдығымен жұмыс жасайды, ол айнымалы ЭҚКтің жиілігін тұрақты ұстап тұру қажеттілігінен туындайды, демек барлық сипаттамалар ротордың айналу жылдамдығы тұрақты n=Const кезінде қарастырылады.

Бос жүріс сипаттамасы — бұл жүктеусіз жұмыс кезінде статор орамасында индукцияланатын Е₁₀нің айналу жылдамдығы тұрақты, қалыпты, кездегі қоздыру орамасының тоғына І_в тәуелділігі, демек, n= n_í =Const кезінде Å₁₀=fƒ(I₂).

. Бос жүріс сипаттамасы ЭҚК пен қоздыру тоғы арасындағы сызықты емес тәуелділік болып табылады. Мұның сызықсыздығы машинаның магнит өткізгіштеріндегі болат бөліктерінің қанығу құбылысына байланысты. Магниттегіш тоқтың шамасы, белгілі мөлшерге жеткенде, магнит ағынының өсуі баялайды, ал содан кейін, іс жүзінде, мүлде тоқталады. Қоздыру орамасындағы тоқтан ЭҚКтің өсу сипатының тәуелділігі, болаттағы магниттену қисығына ұқсас: . Â=fƒ(Í) Болаттың қанығуына қарай магниттендірудің өсуі баяулайды да, одан соң тоқталады. Қоздыру орамасындағы тоқтың одан кейін өсуі, магнит ағынының айтарлықтай өсуіне әкелмейді. Іс жүзінде, статор орамасында қоздыру тоғы болмағанның өзінде болат полюстеріндегі қалдық магнетизмнің магнит ағынан шамалы ЭҚК индукцияланады.

3.8-сурет. Синхронды генератордың жүктемесіз жұмысының тәжірибе жасау жолымен алынған сипаттамасы.

3.9-сурет. Синхронды генератордың жүктемесіз жұмысының қорытынды (қалыпты) сипаттамасы.

Бұл болатты жасанды магниттендіргенде, болаттың магнитизмді жарым – жартылап сақтап қалу қабілетіне байланысты. Турбогенератор статоры орамасының қысқыштарындағы кернеу (0,4...15) кВ, әдетте, гидрогенератордағыдан жоғары (0,4...10) кВ.

Бос жүріс сипаттамасын есептеу тәжрибе жолдарымен немесе магниттену қисықтарын пайдаланып алуға болады. Әр бөлімнің материалдары үшін берілген мөлшердегі магнит ағынын туғызуға қажетті, магниттегіш күш есептеледі. Магниттегіш күш полюстер орамасындағы қоздыру тоғына І_в, ал ЭҚК Е₁₀ өз кезегінде қоздыру тоғына І_в пропорционал болғандықтан Å₁₀=fƒ(I_â) қисығы масштабына сәйкес Ô=fƒ(Í) магнит сипаттамасы болып табылады.

Бос жүріс сипаттамасын, тәжрибе мәліметтері бойынша тұрғызуға болады. Есептеумен немесе тәжірибе жолымен алынған жүктеусіз жұмыс сипаттамасы, синхронды машинаның алмастырма эквивалентті электр телсімінің өлшемдерін анықтау кезінде пайдаланылады. Инженерлік тәжірибеде бос жүріс сипаттамасын анықтау үшін, өлшемдері тәжірибе мәліметтерімен жақсы үйлесетін синхронды генератордың «қалыпты» сипаттамасы деп аталатын, салыстырмалы бірлікті пайдаланады (3.9 – сурет).

Қысқа тұйықталудың сипаттамасы — бұл статор орамасының олардың қысқыштары тұйықталған кездегі, тоғының, қоздыру тоғына U₁=0 және n=Const бөлінеді тәуелділігі: I₁= fƒ(I_â). Синхронды генераторды қысқа тұйықталу тәртібінде жұмысқа қосуға пайдалану тәжірибесінде, болмайды: Генератордың орамасы қысқа тұйықталу тоғының қызуынан бүлінбеуі үшін, ол лезде ажыратылуы тиіс.

Сондықтан қысқа тұйықталу сипаттамасын статор орамасындағы тоқты ең аз деңгейіне I_1ê= I_1í келтіре отырып, оның қалыпты тоғының пайыздық үлесі ғана болып табылатын, қоздыру тоғы кезінде алынады. Статор орамасы мен қоздыру орамасы тізбегіне жалғанған амперметр көрсетуі есебінен тез орындау керек, себебі, статор орамасы әсеріне ондағы тоқ қалыпты тоқтың мәнінен жоғары болғанда, артық қызбауы керек. Әдетте, қысқа тұйықталу тәжрибесі кезінде, машинаның магнит жүйесі аса қанықпайды, сондықтан статор орамасы тоғының белгіленген аралықтағы өзгеруі, түзу сызық болады. Оның мәні өте жоғары болғанда ғана, қысқа тұйықталу сипаттамасының мәні абцисса өсіне (І_в) қарай қисаяды, ол генератордың магнит өткізгіштерінің қанығуының артуынан болады.

3.10-сурет. Синхронды генератордың қысқа тұйықталу сипаттамасы.

3.11-сурет. Жүктеме электр кедергісінің әрқилы өзгеру сипаты кезіндегі синхронды генератордың реттеуіш сипаттамасы.

Синхронды генератор статорының индуктивтік шашырандылық кедергісін және қоздыру тоғының түрлі мәндер кезінде, қысқа тұйықталу тоғының қалыпты тоққа қатынасын анықтау кездерінде, қысқа тұйықталу сипаттамасы, бос жүріс сипаттамасымен бірге пайдаланылады. Бұл қатынас қысқа тұйықталу тоғының коэффициенті болады. Қысқа тұйықталу қатынасы немесе қысқаша ҚТҚ деп аталады. Қысқа тұйықталу сипаттамасын тәжрибелік жолмен алғанда, генератордың магнит жүйесіндегі магнетизм қалдығы магнитсіздендірілуі тиіс немесе ол қалған кезде алынған сипаттама, өзіне – өзі параллель күйі координат басына ығыстырылуы тиіс. 3.10 – суреттегі қысқа тұйықталу сипаттамасын бос жүріс сипаттамасын және синхронды машинаның эквивалентті алмастырма сұлбасының өлшемдерін қолданып, есептеу жолымен де тұрғызуға болады.

Реттеу сипаттамасы — бұл генератордың жүктеме тоғы өзгеріп қуаттылық коэффициенті өзгеруіссіз қалғанда, оның қысқыштарындағы кернеу тұрақтылығын қамтамасыз ететін қоздыру тоғы деңгейінің тәуелділігі, демек U₁ = Const, жәнеCosφ = Const болғанда I_â= fƒ(I₁). Бұл сипаттама синхронды генераторды эксплатациялау кезінде, өте маңызды. Ол шамасы өзгеріп тұратын жүктеме кезінде, синхронды қозғалтқыштың қысқыштарындағы кернеу өзгеріссіз қалу үшін, қоздыру тоғын қалай реттеу керектігін көрсетеді. Реттеу сипаттамасын тәжірибе жүзінде анықтау активті және индуктивті кедергілердің қатынасын өзгертпей R/õ=Const синхронды генератор қысқыштарындағы кернеу тұрақты және қалыпты кезінде қоздыру тоғын өзгерте отырып генератор жүктемесін үнемі арттыру арқылы іске асырылады. Реттеу сипаттамасын векторлық диаграммалар тобының көмегімен, синхронды генератордың реактивті кедергілері барда, есептеу жолымен тұрғызуға болады. 3.11 – суретте реактивті кедергілердің бір тобы көрсетілген.

Сыртқы сипаттама — бұл синхронды генератордың қысқыштарындағы кернеудің қуат коэффициенті және қоздыру орамасындағы тоқ күші тұрақты кезіндегі жүктеме тоғына қатынасы: U=fƒ(I₁) á½ë I_â =Const, n =Const болғанда, бұл генератор қысқыштарындағы кернеудің өзгеру сипаттамасын көрсетеді, мұнда жүктеме қалыптыдан бос жүріске дейін өзгереді генератор қысқыштарындағы қалыпты кернеулі U₁= U_1º қамтамасыз ететін қоздыру тоғының I₁ =I_1º шамасы тұрақты болады.

3.12-сурет. Жүктеме электр кедергісінің әрқилы өзгеру сипаты кезіндегі синхронды генератордың сыртқы сипаттамасы.

3.13-сурет. Синхронды генераторды «өшу» тәсілі бойынша параллель жұмыс істеуге қосылу сұлбасы.

Сыртқы сипаттаманың көмегімен, генератор кернеуінің жүктеменің қалыпты шамадан бос жүріске дейін және керісінше жағдайдағы өзгеруін ∆U анықтайды. Синхронды генератордың қуат коэффициентінің әртүрлі мәндеріндегі сыртқы сипаттамасы 3.12 – суретте көрсетілген.

Жүктемелік сипаттамасы — генератор қысқышындағы кернеудің жүктеме тоғы, қуат коэффициенті мен генератордың айналуы өзгеріссіз кезінде, қоздыру тоғына тәуелділігі, демек: U=fƒ(I_º), Cosφ=Const n =Const

Ол қандайда болмасын эксплуатациялық тәртіппен байланысты емес және синхронды машинаның кейбір өлшемдерін мысалы статор орамасының индуктивті шашырандылық кедергісін х₁, анықтауда көмекші ретінде пайдаланылады.

Генераторлардың параллель жұмысы. Тұтынушыларды энергиямен үздіксіз қамтамасыз ету үшін, электр станцияларында бір емес, бірнеше синхронды генераторлар орнатылады, олар бір желіде параллель істейді. Тұтынушылар қабылдайтын қуаттың өзгеруіне қарай, түнгі немесе күндізгі кездерде, генераторлардың белгілі санының қосуға немесе ажыратуға тура келеді. Ондағы мақсат, олардың қалыпты жүктелуі мен ПӘК-нің жоғарғы болуына жету. Қатар реттейтін синхронды генераторларға және реактивті қуаттарды бөлу қоздыру тоғын өзгерту арқылы алғашқы қозғалтқыштың айналдыру моментін немесе ротор полюстьерінің магнит ағындарын өзгерту. Параллель істеуге қосылған генераторлардың қалыпты кернеулері мен жиіліктері бірдей болуы тиіс. Желіге қосар алдында генераторлардың қысқыштарындағы кернеу мен генератор қосылатын желінің кернеулері бірдей болуына жетуі керек. Ол қосылатын генератордың орамасындағы тоқты өзгерту мен айналу жылдамдығын реттеу арқылы атқарылады. Бұл міндетті шарт болып табылады және генераторды желіге қосқанға дейін атқарылуы тиіс. Генераторды желіге қосқан сәтте, қосылған генератор мен желінің аттас фазалары арасындағы кернеу нөлге тең болуы тиіс, ол шамды синхроноскоп деп аталатын 3.13 және 3.14 – суреттерде көрсетілген сұлба бойынша генератор мен желі қысқыштарына жалғанған үш қыздыру шамы арқылы белгіленеді. Генераторларды параллель істеуге қосудың бірнеше әдістері қолданылады. Солардың ішіндегі негізгілері үшеу:

- өшіруге қосу;

- жүгірме немесе айналатын сәулеге қосу;

- өздігінен синхрондану әдісімен қосу.

3.14-сурет. Синхронды генераторды «жүгіртпе сәуле» тәсілі бойынша қатарласа жұмыс істеуге қосу сұлбасы.

3.15-сурет. Синхронды қозғалтқыштың жұмысшы қорытынды сипаттамасы.

«Өшіруге» қосу тәсілі. 3.13 – суретте шамды өшіруге қосу көрсетілген. Желіге қосылған генераторды жүргізіп және кернеумен айналу бойынша алдынала шарттарды орындаған соң, шамдар бір мезгілде өшіп, аз уақыттан соң бірнеше секундқа жанады. Егер шамдардың жану мен сөнуі бір уақытта болмаса, онда желі мен генератор фазалары үйлеспегені, оны қалпына келтіру үшін генератордағы екі фазаның орынын (генератор қысқыштарына жалғанған екі сым) ауыстырады немесе оның айналу бағытын өзгертеді. Сөну мен жану уақытының арасы аса үлкен болмаса, қосылған генератордың айналу жылдамдығын өзгерту арқылы оның ұзақтығын реттеу керек. Генераторды қосу, шамдардың толық сөнген сәтінде атқарылады. Генератордың қосылу сәтін дәлірек анықтау үшін шамдардың біріне қатарластырып нөлдік вольтметр қосады.

«Жүгірме сәулені» қосу тәсілі. 3.14 – суретте көрсетілген. Мұнда, шамдар кезекпен жанып сөнеді де, жүгірме сәуле жасайды. Желі мен қосылған генератор фазаларының кезектесуі өшіруге қосу тәсіліндегідей шамдар бір мезгілде жанып сөнеді. Мұндай жағдайда, генератормен желі ұштарының фазалық сәйкестену үшін, екі фазаның орнын ауыстыру керек. Генераторды желіге қосу, генератор мен желінің аттас фазасына жалғанған бір шамы өшкен және айқастыра қосылған шамдар бірдей қызарып жанған сәтте (генератордың екі фазасы желінің фазасына сәйкес келмейді) атқару керек. Бұл әдіс кезінде жүгірме сәуленің жылдамдығы желімен қосылған генератордың жиілігінің айырмасына сәйкес болады. Егер қосылған генератор жылдамдығы синхрондыдан аз болса, сәуле бір жаққа қарай, жылдамдық синхрондыдан жоғары болса – басқа жаққа жылжиды. Жүгірме сәуленің қозғалу бағытына қарап, қосылған генератордың жылдамдығын көбейту және азайту қажеттілігі туралы бағалауға болады. Оны сөнуге қосу әдісі атқара алмайды. Егер шамдары шеңбер бойына бір қалыпты орналастырса шамның кезекпен жанып сөнуі, сәуле айналып тұрғандай әсер туғызады, бұл әдісті солай деп жиі атайды.

«Өздігінен синхърондау» әдісімен қосу тәсілі. Синхронды генераторларды пареллель істеуге «өздігінен синхрондану» әдісімен қосу тәсілі мына ретпен жүргізіледі. Әуелі генератор менфазаларының кездесуі сәйкестендіріледі. Содан кейін, қоздырылмаған синхронды генератор білігінің айналуының статор орамасы желіге қосылған соң пайда болатын магнит өрісінің бағытымен синхрондылыққа немесе соған жақын шамаға жеткізеді. Осыдан кейін генератор желіге асинхронды машина ретінде қосылып соның ізін ала ротордың қоздыру орамасына тұрақты тоқ беріледі. Генератор өзі автоматты түрде синхрондылыққа тартылып, басқа генераторлар мен желінің жұмыстарын бұзбастан біртіндеп жүктеледі.

Синхронды электр қозғалтқыш. Синхронды қозғалтқыштар синхронды генераторлар мен асинхронды қозғалтқыштарға қарағанда, әсіресе, шағын және орташа қуаттылары аз таралған. Олар негізінен қозғалтқыш білігіндегі жұмысшы жүктеме шегіндегі аралықта айналымын тұрақты ұстап тұруы керек ететін тетіктер мен машиналар жетегі үшін пайдаланылады (соруыштар, компессорлар, прокат стандары және т.б.). Синхронды қозғалтқыштардың 3.15 – суретте көрсетілген жұмысшы сипаттамалары әдетте, қуаттылығы бірдей асинхронды қозғалтқыштардың жұмысшы сипаттамаларынан артық болады. Алысқа таратылған, сондай – ақ көп мөлшерде реактивті қуат тұтынатын қазіргі заманғы электр желілерінде біліктеріне жүктеме түспей істейтін синхронды қозғалтқыштар кең қолданылады. Мұндай синхронды машиналарды синхронды орын толтырғыштар дейді, олар асақоздырылған синхронды машиналардың, желіге артық индуктивті қуат беру, ал жете қоздырылмаса индуктивті қуатты желіден тұтыну қасиеттерін пайдаланады. Асақоздырылған синхронды қозғалтқыщ бос жүріс кезінде (синхронды конпенсатор) желіге қосылған және қуат коэффициентін cosφ жақсартатын электр конденсаторының қызметін атқарады.

3.9. Тақырып 9. Кіріспе. Электр жетек түсінігін анықтау. Электр жетегінің құрамдық сұлбасы. Классификация.

Ұсынылатын әдебиет:

1. Москаленко В.В. Электрический привод. М: Энергоатомиздат, 2000– 415 с.

2. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода. – М: Энергия, 1981. – 1981 г.

3. Басов А.М., Шаповалов А.Т., Кожевников А.С. Основы электропривода и автоматическое управление электроприводом в с.х. – М: Колос, 1972. – 344 с.

4. Шичков Л.П. Автоматизированный электропривод. Методические указания и задания. – М.: ВСХИЗО, 1986.

Электр жетегі дегеніміз – электр энергиясын механикалық энергияға түрлендіретін электрмеханикалық жүйе.

Электр жетегі - қазіргі автоматты басқару және реттеу жүйелердің ішіндегі өте жауапты маңызы бар техниканың саласы. Ол өнеркөсіптің барлық тарауларында, транспортта, ауылшаруашылықта және т.б. қолданып, өндірілетін электр энергияның 70% тұтынады.

Автоматтандырылған электр жетегі деп - жұмысшы механизмнің (машинаның) орындаушы құралын қозғалуға келтіру үшін арналған электр қозғалту, түрлендіру, берілу және баскару құрылғылардан құрылатын электрмеханикалық жүйені атайды.

Электр жетегі туралы негізгі мағлұматтар

Электр жетегінің түрлері

Элекгр жетегінде-негізгі элемент (электр энергияны механикалық энергияға түрлендіретін) элекгр қозғалтқыш болады.

Жүйеде үш негізгі бөлікгерді ретгеуге болады:

Электр торабы

1.1 сурет - Автоматтандырылған электр жетегінің құрылымдық сұлбасы

Жүйеде үш негізгі бөлікгерді ретгеуге болады:

а) өзінің ішіне жұмысшы механизмді (ЖМ), жұмысшы машинаның орындаушы құралына электр жетегінің электр қозғалту құрылғыдан механикалық энергияны беру және жылдамдығын өзгертуге арналған беру құрылғыны (Бер. Қ) енгізетін механикалық бөлік (МБ).

б) электр қозғалту құрылғы (ЭҚК) - электр энергияны механикалық энергиясына түрлендіретін электрмеханикалық түрлендіргіш (ЭМТ).

в) күштік түрлендіргіштен (Т), баскару құрылғыдан (БҚ) тапсыру құрылғыдан (ТҚ) және кері байланыс бергіштерден (электрлік ҚБЭБ және механикалық КБМБІ, КБМБ2) құралған басқару жүйе (БЖ). Түрлендіргіш (Т) қозғалтқышты қоректендіру және басқару әрекет істеу үшін тағайындалған. Ол қозғалтқышқа берілетін токтың жөне кернеудің түрін, жиілігін немесе электр энергияның сапа көрсеткіштерін өзгертеді.

Түрленгішті басқаратын (Т), басқару құрылғы (БҚ), тапсыру құрылғыдан (ТҚ) тапсыру дабылдарды, ал электр жетегінің және технологиялық процестерінің өтіп жатқан күйінің мәліметтерін, кері байланыстардың бергіштерінен алады. Бұл бергіштердің көмегімен қозгалкыштың тоғы, кернеуі, қуаты немесе оның басқа шамалары және жылдамдық, момент, орындаушы құрылғының тұратын орыны осы шамаларға пропорционалды дабылдарға түрлендіріледі, ал олар, содан кейін басқару құралға (БҚ) беріледі. Оның ішінде электр жетегінің жөне технологиялық процестердің өтіп жатқан күйі тапсырылғанмен салыстырылады, ал егер де айырмашылық болса, онда электр жетегінің басқару құрылғысы (БҚ) арқылы айырмашылықгы талапталған дәлдікпен және жылдам әсерлікпен жоюға бағытталған басқару дабыл өндіріледі.

Әртүрлі электр жетектерді, олардың механикалық энергияны тарату әдістері бойынша негізгі үш түрге бөлуге болады: топты, дербес жөне өзара байланысты.

Топты ЭЖ бір электр машина арқылы бірнеше жүмысшы машинаның орындаушы құралдарын қозғалуға келтіреді.

1.2а сурет-Электр жетектердің топтық және дербестік өзара байланыстық сұлбалары

1.26 сурет-Конвейер жетегінің өзара байланыстық сұлбасы

Баскару дәрежесі бойынша электр жетектері:

а) реттелмейтін-бір ғана өзгермейтін жылдамдығы бар жұмысшы машинаның орындаушы құралдарын іске қосу үшін;

б) реттелетін-жұмысшы машинаның орындаушы құралына өзгеріп тұратын жылдамдықты әсер етуге келтіру үшін; в) бағдарламалық басқарылатын-тапсырылған бағдарлама бойынша басқарылады;

г) бақылаушы-белгілі дәлдікпен жұмысшы машинаның орындаушы құралдың жылжуын бақылау.

Автоматтандыру дәрежесі бойынша:

а) автоматтандырылмаған-қолмен басқарылатын электр жетегі;

б) автоматтандырылған-шамалары автоматты реттелу арқылы басқарылатын электр жетегі. Токтың түрі бойынша тұрақты және айнымалы ток электр жетегі.

Электр қозғалтқышгардың және өндіріс механизмдерінің механикалық сираттамалары. Қалыптасқан режимдер.

Өндіріс механизмдерін жұмысқа келтіретін электр қозғалтқыш жұмысын карағанда, ең алдымен электр қозғалтқыштың механикалық сипаттамалары өндіріс механизмдердің сипаттамаларына сәйкестігін анықгау керек.

Өндіріс механизмінің сипаттамасы деп, электр қозғалтқыш білігіне келтірілген жылдамдықпен механизмнің кедергі момент арасындағы әуелділікті айтады, яғни

=(М_).

Өндіріс механизмінің механикалық сипаттамасының эмпириялық формуласы

_ = ₀+ (_ном - ₀) ( /_ном)^х (1.1)

мүнда _ -өндіріс механизмнің  жылдамдық кездегі кедергі моменті, Н.м; М₀-механизмнің .жылжу бөліктерінің арасындағы қажалу кедергі моменті, Н.м; (_ном -номиналды жылдамдық _ном кезіндегі кедергі моменттің өзгеруін сипаттайтын дәреже.

Бұл (1.1) формулада өндіріс механизмдерінің механикалық сираттамаларын келесі категорияларға бөлуге:

1.3 сурет-Өндіріс механизмдерінің механикалық сипаттамалары

а) жылдамдыктан тәуелсіз механикалық сираттама (1.3-суретгегі 1 түзу сызық). Бұл жағдайда х= 0, ал кедергі моменті М жылдамдықган тәуелсіз. Мұндай сиаттамалары бар механизмдерге жататындар: көтеру крандар, лебедкалар, поршеньді насостар, конвейерлер.

б) сызықгы-өсетін механикалык сипаттама (2 түзу сызық). Бұл жағдайда х=1, ал кедергі моменті жылдамдыққа сызықгы тәуелді өзгеріп өседі. Мұндай сипаттама тәуелсіз қоздырылатын тұрақгы ток генераторда болады.

в) сызықсыз-өсетін механикалық сипаттама (3 қисық). Бүл сипаттама х=2 сәйкес, яғни кедергі моменті М жылдамдықгың квадратына тәуелді. Мүндай сипаттамалары бар механизмдерге жататындар: вентиляторлар (ауа үрлегіштер), ортадан тепкіш су сорғыштар.

г) сызықсыз түсетін механикалық сипаттама (4 қисық). Бұл жағдайда х=-1, ал кедергі моменті жылдамдыққа кері пропорционалды өзгереді және механизмнің тұтынатын қуаты тұрақты болады. Мұндай сипаттамалары бар механизмдерге жататындар: металл кескіш станоктар, металлургия өнеркәсіптерінде қолданатын орауыштар.

ЭҚ механикалық сипаттамасы деп -оның бұрыштық айналу жылдамдығымен айналу моментінің арасындағы тәуелділікті атайды, яғни =(М).

ЭЖ-нің механикалық сипаттамасының каттылығы деп, электр жетектің бұрыштық жылдамдығының айырмашылығына сәйкес келетін, электр-қозғалтқыштық құрылғылардан өндірілетін электрмагниттік моменттер айырмашылығының қатынасы, яғни

 = (1.2)

ЭҚ-дың механикалық сипаттамаларын негізгі төрт түрге бөлуге болады:

а) абсолютгік қатты механикалық сипаттамасы (  = 0) - бүл сипаттамада момент өзгерген кезде жылдамдық тұрақты болып қалады. Мүндай сипаттама синхронды қозғалтқыштарда болады (1 түзу сызық).

б) қатты механикалық сипаттама-бұл сипаттамада, момент өзгерген кезде жылдамдық аз дәрежеде төмендейді. Мүндай сипаттама тәуелсіз қозғалтқыштарда және механикалық сипаттаманың жұмысшы бөлігіндегі жүмыс істейтін асинхронды қозғалтқыштарда болады (2 түзу сызық).

1.4-сурет ЭҚ-тардың механикалық сипаттамалары

в) жұмсақ механикалық сипаттама-бүл сипаттамада жылдамдық, момент өзгергенде едәуір төмендейді. Мұндай сипаттама тізбектей қоздырылатын тұрақты ток қозғалтқыштарында болады (3 қисық).

г) абсолюттік жұмсақ механикалық сипаттама (n = 0) - бұл сипаттама кезінде, жылдамдық өзгерген кезде, қозғалтқыштың моменті тұрақты болып қалады. Мұндай сипаттама ЭЖ-нің бекітілген жүйелеріне жұмыс істейтін тәуелсіз қоздырылатын тұрақты ток қозғалтқыштарда болады.

ЭҚ және өндіріс механизм қалыптасу режимде жұмыс істейтін мехинизмнің кедергі моментімен ЭҚ айналдыру моменттері сәйкес болуы керек, яғни М=М_К.

ЭҚ-тың білігіндегі кедергі момент өзгерген кезде, оның жылдамдығы және моменті автоматты өзгеруі мүмкін, ал ЭЖ басқа жылдамдықпен және жаңа пайда болған айналдыру моментімен орныкты жұмыс істейді. Бұл жағдайда автоматты реттеуіш ретінде ЭҚ ЭКК-і қолданылады. Бұл жағдайды 1.5 - суреттегі келтірілген тәуелсіз қоздырылатын тұрақты ток қозғалтқышының механикалық сипаттамасы 3 және өндіріс механизмінің (мысалы конвейердің) 1 және 2 сипаттамалары арқылы көрсетуге болады. 1 сипаттама - конвейердің бос жүріс кезіндегі кедергі моментіне сәйкес. 2 сипаттама - конвейердің жүктелген кезіндегі кедергі моментіне сәйкес.

Бастапқы бос жүріс кезінде М = М₁, ал жылдамдық ₁ тең. Жүктеме өскен кезде жылдамдық азаяды, ал оған сәйкес ЭҚК-те азаяды.Сол себептен якорь тоғы, ал онымен бірге моментте өседі. ЭҚ-тың моменттерінің теңдігі М = М₂ - ге дейін өседі (₂ нүкте). Бұл жаңа нүкте конвейердің механикалық сипаттамасына (2) және ЭҚ-тың механикалық сипаттамасына (3) ортақ болады.

3

1.5-сурет. ЭҚ-тың және өндіріс механизмінің механикалық сипаттамалары

Статикалық тұрақтылық дегеніміз, тұрақталған режимдегі жетек жұмысы, кездейсоқ әсерден жылдамдықтың тұраұталған мәнінен ауытқуы кезінде жетек тұрақталған режим нүктесіне қайтып келуі.

Егерде тұрақталған режим нүктесінде мына шарт орындалса

< 0 (1.3) электр жетегі статикалық тұрақты немесе

 - _с  0, (1.4)

Мысал ретінде тұрақты кедергі моментпен жүктелген асинхрондық қозғалтқышты қарайық. Бұл жағдайда  нүктеде

 0, яғни режим тұрақты; ал  нүктеде

 0, яғни режим тұрақсыз.

, с^-1

₁

₂

1.6 сурет-Тұрақты кедергі момент кезіндегі ЭЖ-тің статикалық тұрақтылығын анықтау

Электр жетегінің қозғалыс теңдеулері

Көптеген жағдайда ЭЖ жылдамдығын бәсеңдеткен немесе жылдамдатқан кезде инерциялық күштер пайда болады. ЭҚ ауыспалы режимдерінде болатын бұл күштерді жою керек. Сонымен ЭЖ ауыспалы режимі деп, бір тұрақты режимнен екінші тұрақты режимге жылдамдық, момент және ток өзгеріп тұратын кездегі ауыспалы жұмыс режимін айтады.

Ауыспалы режимнің пайда болу себептері, не жүктеменің өзгеруі, не ЭЖ-ті басқарған кезде оған жасалатын әсерлердің, яғни қозғалту, тежеу, айналу бағытын өзгерту және т.б. Ауыспалы режимдер электр жабдықтаудың әдеттегі жағдайы бұзылған кезде де пайда болады (мысалы кернеу немесе желінің жиілігі өзгерген кезде).

ЭЖ-нің қозғалыс теңдеулерін қарастырғанда ауыспалы режим кезіндегі барлық күштерді және моменттерді есепке алу керек. ЭҚ-ның жылдамдығын үдеткен кезде қозғалту күші Ғ, машинаның кедергі күші F_к жене инерциялық күш m_*/t теңеледі.

Егер де дененің массасы килограммен өлшенсе, ал жылдамдық,  - м/сек, онда инерция күші ньютонмен (кг.м.с ^-2) өлшенеді.

F=F_k=m(1.5)

Айналу жылдамдық үшін моменттердің тепе-теңдік теңдеуі

M-M_k=J (1.6)

мұндағы J – динамикалық момент.

(1.6) теңдеуді талдасақ:

а)М >М_С 0 болса, онда ЭЖ жылдамдату болады;

б) М < М_с < 0 болса, онда ЭЖ-ті бәсендету болады;

в) М - М_с = 0 болса, онда ЭЖ тұрақты режимде жүмыс істейтін болады.

Егер де, жұмыс істеп тұрған ЭҚ-тың айналу моментінің бағыты ЭЖ қозғалту жағына бағытталса, онда ол оң деп алынады, ал егер де қозғалысқа кері бағытта болса, онда ол теріс деп аталады.

Кедергі моменттің алдында минус таңбасы болса, онда ол тежеу режимін білдіреді. Бұл кесуді , қажалу шығынын, жүкті көтергенді, серіппені сығымдағанда жылдамдық бағытының оң екенін білдіреді. Егерде жүк түсіру кезі болса, онда М_к алдына минус таңба қойылады, себебі бұл жағдайда кедергі момент ЭЖ-нің айналуына көмектеседі.

Динамикалық момент тек ауыспалы режимде пайда болады, яғни жылдамдық өзгерген кезде. ЭЖ жылдамдаткан кезде бұл момент қозғалысқа кері, ал тежеу кезінде ол қозғалысты қолдайды. Динамикалық момент мәні бойынша және таңбасы бойынша да ЭҚ-тың моментімен кедергі моменттің алгебралық қосындысына тең.

Жалпы жағдайда ЭЖ-нің қозғалыс теңдеуін мына түрде жазуға болады:

 M  M_с = J (1-7)

Моменттердің алдындағы таңбаларының түрі ЭҚ-тың жұмыс режимдерінен және кедергі моменттерінің сираттамаларына тәуелді.

3.10. Тақырып 10. Электр жетек динамика негіздері. ротор жылдамдығына моменттер мен күштерді келтіру. Инерция моменттерін келтіру.

Ұсынылатын әдебиет:

1. Москаленко В.В. Электрический привод. М: Энергоатомиздат, 2000– 415 с.

2. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода. – М: Энергия, 1981. – 1981 г.

3. Басов А.М., Шаповалов А.Т., Кожевников А.С. Основы электропривода и автоматическое управление электроприводом в с.х. – М: Колос, 1972. – 344 с.

4. Шичков Л.П. Автоматизированный электропривод. Методические указания и задания. – М.: ВСХИЗО, 1986.

Электр моментінің механикалық сипаттамалары

Тәуелсіз қоздырылатын тұрақты ток қозғалтқышының механикалық сираттамалары

Қозғалтқыштың якорі Я және қоздыру орамасы ҚО бір-бірінен тәуелсіз түрленгіштерден U жәнеU_қ-лардан көректендіріледі. Бұл жағдайда қоздыру ток І_қ якорь тоғынан І_я- дан тәуелсіз. Механикалық сипаттаманың көрінісі якорь тізбегінде құралған кернеулердің тепе-теңдік теңдеуінен табылады. Қозғалтқыштың байсалды режимде жұмыс істеп тұрғандағы кернеуі Uякорь тізбегіндегі кернеу құлауы ІR және якорьдің айналу электр қозғаушы күші (ЭҚК) Е-мен теңгеріледі, яғни