Тақырып 1. Айнымалы тоқ машинасының теориясынан жалпы сұрақтар.
7-ДӘРІС
1. Электр энергиясын өндіру және тұтынудағы айнымалы тоқ машинасының ролі.
2.Айнымалы тоқ машинасының орамасындағы индукцияланатын ЭҚК.
3. Орамалық коэффициент.
1.Электр энергиясын өндіру және тұтынудағы айнымалы тоқ машинасының ролі.
Асинхронды машинелер айнымалы ток машинелеріне жатады және олардың жалпы өндірістік орындалуы асинхронды қозғалтқыш түрінде жасалады. Асинхронды машинелер 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 жыл герман потенті).
Асинхронды қозғалтқыштар құрлысының қарапайымдылығы мен жұмысының сенімділігі арқасында адамзат тіршілігінде, иінді біліктерді айналдыруға механикалық энергияны керекететін қызметтердің бәрінде кеңінен пайдаланылып келеді.
Ауылшаруашылығында шаңды орта мен химиялық зиянды орталарда жұмыс жасай алатын бірден-бір электр қозғалтқыш осы асинхронды мәшине ғана. Асинхронды қозғалтқыштарды, үшфазалы және бір фазалы электр желілеріне қосу үшін үшфазалы немесе бір фазалы етіп жасайды. 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 қысқа тұйықталған роторлы асинхронды электроқозғалтқыштар қолданылады.
Асинхронды машиналар — электрлік машинаның көп тараған түрi. Олар электроқозғалтқыш ретiнде кеңiнен қолданылады және электрлі энергияны механикалық энергияға түрлендiредi. Қазiргi уақытта асинхронды қозғалтқыштар бүкіл әлемде өдірілетін электрэнергиясының жартысына жақынын тұтады. Бұл қарапайым құрылымның сенімдiлiгi мен осы электрлiк машиналардың ПЭК-тiң жоғарлығымен түсіндіріледi.
Асинхронды құрылымдары 1000 В кедергісіне дейiн таралуын алды. Кернеуi 1 000 В дейiнгі асинхронды қозғалтқыш кең таралған.
Асинхронды машиналар өткен ғасырдың 80-ты жылдарда ашылды.
Асинхронды қозғалтқышты М.О.Доливо-Добровольский ойлап шығарды. Айнымалы магниттік өрiсті алу үшін, ең бiрiншi рет 1889 жылы үш фазалы тоқты пайдаланып, таратылған үш фазалы орамды және ротор орамын тин торына ұқсатып қолданады. Ол сонымен бірге үш фазалы ротор орамын, яғни түйiспелiк сақинаға шығарылған ротор орамын ас жене қозғалтқыштыңіске қосуға сақина арқылы реостат.
Бір ғасырға жақын қолданылған асинхронды қозғалтқыштың жеке түйіндерi және бөлшектерінде қолданған материалдар жетiлдiрiлді, бiрақта М.О. Доливо-Добровольский ұсынған принциптік құрылымдық шешімі негізінен өзгермей қалды.
Алдағы уакытта бiр фазалы асинхронды қозғалтқыштар электрлітұрмыстық аспаптар үшін көп машиналар шығарылды.
Сондай-ақ асинхронды орындау қозғалтқыштар, тахогенераторлар, бұрылғыш трансформаторлар және тағы басқалары пайда болды. Асинхронды генераторларда көп қолданылатын болды. Бірақ бүкіл одақтық асинхронды қозғалтқышты (А,АО) бiрiншi сериясы (қуаты 100 кВт-қа дейін) Ұлы Отан соғысынан кейін өндірілді.
Екiнш сериясы (А2,А02) 1958-1960 жж. өндiрiлдi.
80-шы жылдары жаңа әмбебап асинхронды қозғалтқыштардың сериясы АИР өндiрiлді. Бүкiл әлемде шығарылатын АИР сериялы машиналар сенімдiлiгiнiң жоғарылау мен артық жүктеу қабiлеттiлiгiмен ерекшеленедi. Бірдей сериялы сенiмдiлiгi жоғары және тиiмдiлiгi өте жоғары АҚ құрастыру — күрделі ғылыми-техникалық мiндет.
Асиихронды машинаның құрылысы.
Қозғалтқыштардың негiзгi түрлерi. Асинхронды қозғалтқыштар 2 негiзгi түрге бөлiнедi: қысқа тұйықталған және фазалы роторлы. Қарастырылып отырған қозғалтқыштарда статор құрылымы бірдей және айырмашылығы ротордың орындалуында. Қысқатұйықталған роторлы көп таралған асинхронды қозғалтқыштың қысқа тұйықталған роторлы түрi 2.1 суретте. көрсетілген Статорда үш фазалы орам орналасқан. Орам тиін торы түрінде орындалған, яғни қысқа тұйықталған болып табылады.
2.1-сурет. Қысқа тұйықталған роторлы асинхронды қозғалтқыш: а – орамасы бар статор; в – орамасы бар ротор; с – айгөлек қалқаны; d — желдеткіш
Қабықтың құрылымы таңдалған суыту жүйесі және қорғау дережесі байынша машинаның орындалуына байланысты. Қарастырып отырған машина корпусының құрылымы жақсы суыту үшін қабырғамен қамтамасыз етілген.
Машинаның қабығының сыртында қозғалтқыш бiлiгiнде орналасқан ортадан тепкiш желдеткiш қозғалтқыш қабырғасының корпусын үреді. Желдеткіш ауа-бағыттағыш қабықпен жабылады. Машинаның iшінде тұйыкталған сақинамен құйылған желдеткiштiң қалақтармен ауа араласады.
2.Айнымалы тоқ машинасының орамасындағы индукцияланатын ЭҚК. Орамалық коэффициент.
2.1. Асинхронды қозғалтқыштың орамаларында индукцияланатын электрқозғаушы күштері. Асинхронды қозғалтқыштың магнит өрісі статор мен ротор орамаларының магнит өрістерінің 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 алмасақ бұлар өзара ажыратылған және бір біріне тәуелсіз деп саналады, мұнда негізгі магнит ағыны, электр магниттік индукция заңы бойынша статор мен ротор орамаларында индукциялық ЭҚК ал шашырау ағыны-өзіндік индукцияның ЭҚК ні индукциялайды, ал шашырау кедергісіндегі кернеудің ІŁХδ азаюына ұласады.
2.2 Асинхронды электр қозғалтқыш статоры орамасында индукцияланатын электр қозғаушы күштері. Бізге Э.Т.Н курсынан белгілі, үш фазалы симметриялы электр желісіне қосылған үшфазалы орама магнит өрісі амплитудасының біржарым еселік мәніне тең шамасы өзгермей бірқалыпты айналатын бір фазалы магнит ағынын Ф1m жасайды (2.7). Магнит ағыны Ф өз айналасында статор орамасы фазасының катушкасына мөлшерінің өзгеруіне косинусойдалы тәуелділікпен енеді және онда синусойдалы түрдегі ЭҚК индукцияланады.
(2.1 28)
мұндағы
(2.2 29)
; ал ω1 =2ƒ екенін ескере отырып асинхронды қозғалтқыш статоры орамасындығы фаза шарғысында индукцияланған ЭҚКтің осы кездегі жұмысшы мәнін аламыз:
Е1= 4,44 wкω1Ф (2.3 0)
мұндағы wк — статорфазасындағы тізбектеп жалғанған орама бөлімдерінің орам саны, ƒ1- статор фазасының орамасы, әдетте, қысқа қадамды және өзінің фазалық аумағындағы ойықтарында бір қалыпты орналасқан бірнеше шарғылардан тұрады. Магнит орамада индукцияланған ЭҚКтің мөлшері аз (2.30) теңдеуі бойынша есептелгеннен аз болады, оны статор орамасының коэффициентін к01ді енгізу арқылы ескереді. Сонда:
Е1 = 4,44 w1 ƒ1к01Ф (2.4 31)
мұндағы
к01 = ку к ркс (2.5 32)
w1 –статор орамасы фаза шарғысындағы тізбектеп жалғанған орам санының қосындысы. Орама коэфициенті қысқарған ку ораманың тарату кр және статор ойықтарының қиғаштық коэффициентті кс көбейтіндісімен анықталады. Оларды мына өрнектермен анықтайды:
; ; (2.6 33)
мұндағы у–секция қадамы: — статор полюске бөлінуі; q–полюс пен фазаға бөлінген ойықтар саны; -көрші ойықтарда орналасқан электрлік градуспен көрсетілген (2р/ Z1п) орама орамдарындағы ЭҚК-тің уақыттық бұрышының жылжуы (ауысуы); – статордың ішкі бетін құрайтын сызық пен ойық сызығы арасындағы қиғаштық бұрышы.
Индукцияның шамасы стандартталғандықтан, ал магнит ағынын анықтау үшін магнит кедергісінің мөлшерін есептеп шығару керектігінен сонда ЭҚК (2.4 31) теңдеуін индукция арқылы көрсету тиімді:
E1=4,44W1ƒ1k01BδQ1 (2.7 34)
мұндағы Q1 – статор темірінің ұзындығы мен ені шектелген ауа саңылауының қимасы. Статор орамасында трансформатордағы сияқты негізгі магнит ағынымен қоса шашыраңқылық магнит ағыны бар. Ол онда өзіндік индукциялау ЭҚКін индукциялайды:
(2.8 35)
оның әрекеттік мәні, электр тізбектері теориясына сәйкес кешенді түрде мына түрде көрінеді:
Ė1δ = јİ1х1 (2.9 36)
мұндағы L1δ статор орамасындағы шашырату индукциялығы, сан мәні темір өзекшесіз, ораманың индуктивтігіне тең; х1 — статор орамасы фазасының индуктивті шашырау кедергісі оны ЭТН курсынан белгілі өрнекпен есептеп шығарады:
Х1=2 ƒ L1δ (2.10 37)
Шашыраудың индуктивті кедергісі Х1 асинхронды қозғалтқыштың жұмыс тәртібіне тәуелсіз, тұрақты шама деп саналады.
2.3 Асинхронды қозғалтқышы роторының орамасында индукцияланатын электр қозғаушы күші. Асинхронды қозғалтқыш роторының орамасында статор орамасындағы сияқты негізгі Ф магнит ағынынан және ротор тоғы мен түзетін шашыраңқы ағыннан индукцияланатын ЭҚК болады. Негізгі магнит ағыны Ф-ке қарағанда ротор орамы кейбір сырғанаумен айналатындықтан, онда негізгі магнит ағынынан индукцияланған ЭҚК тың жиілігі ƒ2 желінің жиілігінен ерекшеленіпқана қоймай сырғанаудың (жүктеменің) өзгеруіне қарай өзгеріп те отырады. Негізгі магнит ағынынан ЭҚКтің әрекеттегі мәнін мына теңдеумен көрсетуге болады:
E2S=4,44 k02 ƒ2 Ф (2.11 38)
мұндағы w–мен k02 орама саны мен ротор орамасының орамалық коэффициенті ƒ2 ротор орамасындағы статор орамасының жиілігіне байланысты ЭҚК-тің жиілігі, мына өрнекпен өрнектеледі:
ƒ2= ƒ1ּS (2.12 39)
Егер айырма (n1-n2) сырғу жылдамдығы n, S десек, онда
n1 – n2 = n1 S (2.13 40)
(n1-n2)нің орнына 60 ƒ2/р-ны, ал n1 łS орнына 60 ƒ2/р-ны қойсақ (2.12 39) теңдеуді аламыз ƒ2= ƒ1S (2.12 39) болғандықтан ротор ЭҚК-нің негізгі магнит ағынының сырғанау функциясына тәуелділігі былай жазылады:
E2S=4,44 ƒ2SW2K02 Ф (2.14 41)
одан
E2S=SЕ2 (2.15 42)
мұндағы
E2S=4,44 •W2ƒ2K02 (2.16 43)
мұнда: Е2 –ротордың тежелгенде орамада индукцияланғанған ЭҚК, бұл кезде асинхронды қозғалтқыш кернеу трансформаторына ұқсайды. (2.16 43) өрнекте магнит ағыны Ф-ны индукциямен ауыстыру тиімді, себебі оның шамасы стандартталады, сондықтан ЭҚКтің Е2 сандық мәнін анықтау айтарлықтай жеңілдейді:
E2 = 4,44 W2ƒ1K02 BδQ2 (2.17 44)
мұндағы Q2 –ротор темірінің ұзындығымен және енімен шектелген ауа саңылауының қимасы, ротор орамасында шашырау магнит ағынымен индукцияланатын өзіндік ЭҚК статор орамасындағы өзіндік ЭҚК теңдеуі мен бірдей болады:
Ė(2S)δ =-jİ2X2S (2.18 45)
мұнда:
X2S=2 ƒ2SL2δ (2.19 46)
мұнда X2S ротор орамасындағы сырғу шамасына тәуелді шашырау кедергісі; L2δ – ротор орамасының шашыранды индукциялануы. Сан жағынан ол темір өзекшесі жоқ ораманың индукциялауына тең.
(2.19 46) да 2 ні 1s алмастырсақ мынадай теңдеу аламыз:
Х2S = 2 ƒ1SL2δ (2.20 47)
Ротор тежелгенде, ондағы n1=0, aл S= 1
Болса ротор орамасының шашыраңқы индукция кедергісі х2 арқылы өрнектеледі:
Х2 = 2 ƒ1 L2δ (2.21 48)
мұндағы х2-ротор орамасындағы шашыраңқы индукция кедергісі ротор тежелген кезде (S=1,0) сырғанаудан тәуелсіз тұрақты шама деп есептелінеді. (2.20 47) теңдеуі (2.21 48)-ні ескере отырып, былай өзгереді:
Х2sS = Х2S (2.22 49)
(2.22 49)-теңдеуді ескеріп жазатын болсақ, ротор орамасының шашырау тоғынан пайда болған ЭҚК- тің әрекеттік күшінің мәні мына түрге келеді:
Е(2S)δ=-ј І2 х2 S
2.4. Орамалық коэффициент.
Статор орамасының маңызды параметрлерінің бірі орамалық коэффициет. Статор орамасының ЭҚК негізгі гармоникасы үшін орамалық коэффициент келесідей болады
kор1=kқыс1kтар1 (2.23)
мұндағы kқыс1 – қысқарту коэффициенті, ол орама қадамының қысқартылуымен ЭҚК-ң кемуін есепке алады:
kқыс1=sin(β∙900) (2.23)
мұнда β – ораманың салыстырмалық қадамы:
β=y1 / τ (2.24)
2р=2 болғанда, β=0,5÷0,63; 2р=4 болғанда β =0,80÷0,89; kтар1- таратқыш коэффи¬циент, (q1>1) болғанда ойықта ораманы бөлумен шартталған негізгі гармониканың ЭҚК кемуін есепке алады