8-ДӘРІС
1.Құрлысы, жұмыс принципі.
2. Асинхронды машинаның кернеулер және тоқтар теңдеулері, алмастыру схемасы және асинхронды машинаның векторлық диаграммасы.
3. Асинхронды қозғалтқыштардың арналымы.
1.Құрлысы
Үшфазалы асинхронды электрқозғалтқыштың 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.
2.1-сурет. Қысқа тұйықталған роторлы асинхронды қозғалтқыш: а – орамасы бар статор; в – орамасы бар ротор; с – айгөлек қалқаны; d – желдеткіш
Асинхронды қозғалтқыштардың статор ойықтарындағы орамаларының латын алфавиттерінің С1, С2, С3 және С4, С5, С6 қарыптарымен таңбаланған үштары сәйкес қысқыш қалыптарына шығарылады да Y немесе ∆ етіп, 2.2 –суреттегідей бекітіледі.
2.2-сурет. Асинхронды қозғалтқыш статоры орамасы ұштарының шығатын ұштарын қалқанда ораналастыру және оларды сұлбалар бойынша орналастыру: а – жұлдызша; в – үшбұрыш.
Роторлардың қысқа тұйықталған орамаларда ротор ойықтарына балқыған алюминний құйып бекітіледі. Сонымен қатар түп жағында қысқа тұйықталған сақина мен желдеткіш қалақтар пайда болады, олар қосымша суытуды қамтамасыз етеді. (2.3-сурет).
2.4-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.
2.3-сурет. Асинхронды қозғалтқыштың қысқа тұйықталған роторы.
Фазалық роторлардың 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 басқы ұшы да түйісу сақинасымен жалғасады. Сондықтан мұндай қозғалтқышты фазалы роторлы асинхронды қозғалтқыш деп атайды. (2.4-сурет).
Статор асинхронды қозғалтқышты қаңқасына мықтап тығыздалады. Қаңқа шойыннан немесе салмағы жеңіл арнайы қортпалардан құйылады және жұмыс жағдайына арналған ірге тасқа немесе арнайы тірекке бекітіледі. Статордың тісті қаңылтырлардан құрастырған кезде оның ішкі бетінде белгілі пішінді ойық пайда болады.
Асинхронды қозғалтқыштардың статорындағы ойықтары негізінде тік бұрышты болады. Ойықтардың ашықтығына қарай олар жартылай жабық (2.5-сурет) қуаттылығы 100 кВттан төмен мәшинелер үшін, жартылай ашық (2.5.в-сурет) қуаттылығы 100 кВт-тан жоғары машинелер үшін және ашық (2.5.а-сурет) қуаттылығы өте жоғары машинелер үшін.
2.5-сурет. Асинхронды қозғалтқыш статорының ойығы: а – ашық; в – жартылай ашық; с – жартылай жабық;
2.6-сурет. Асинхронды қозғалтқыш роторының ойықтары.
Үшфазалы асинхронды электрқозғалтқыштарда статор мен ротор орамаларының бірнеше түрі, олардың ішінде тұзақты (2.7 а -сурет), толқынды (2.7 б — сурет) және қысқа тұйықталған (тек қысқа тұйықталған роторлар үшін) орамалар қолданылады.
Қуаттылығы кіші машинелер үшін тұзақты орамаларының бір түрі ретінде, тіркеспелі орамаларда қолданылады. Асинхронды машиненің қуаттылығына кернеуінің мөлшері мен ойықтарының пішініне қарай орамаларының түрін таңдап алады. Бір қабатты тізбекті орамалар қуаттылығы 7 кВтқа дейінгі асинхронды қозғалтқыштарда қолданылады. Қуаттылығы жоғары болса, екі қабатты тұзақты орамалар қолданылады. Толқынды орамалар негізінде, фазалық роторлы асинхронды қозғалтқыштардың роторларында қолданылады.
2.7-сурет. Асинхронды қозғалтқыштың 2.8-сурет. Асинхронды қозғалтқыштың
тұзақты (а) және толқынды (b) қысқа тұйықталған роторы
орамаларының бірорамды және
екіорамды шарғылары.
Жұмыс принципі.
Асинхронды қозғалтқыштардың электр энергиясын механикалық энергияға түрлендірудің электрфизикалық процессі. Асинхронды қозғалтқыш электр энергиясын механикалық энергияға айналдыру 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;
— орама статордың ойықтарындағы кеңестікке геометриялық біріне бірі қиғаш орналасуы;
— орамалардағы тоқтар, уақыт жағынан бірі-бірінен ығысқан болуы;
Сонымен айнымалы магнит өрісін туғызуы үшін статордың орамалары аумақтық (геометриялық) ығыса орналасуы, ал ондағы тоқтар уақыт жағынан бір-бірінен ығысуы болуы тиіс. Үш фазалы асинхронды электр қозғалтқыш статорының орамасы үшфазалы электр желісіне қосылғанда айнымалы электр өрісін туғызудың үш шартын орындайды және ротор орамасымен бірігіп электр энергиясын білікті айналдыратын механикалық энергияға айналдырады. Мұндай өзгертудің электрфизикалық процессі мына ретпен іске асырылады. Статор фазаларының Y немесе Δ сұлбалары бойынша жалғанып үш фазалы электр желісіне қосылады. Олардың әрқайсында уақыт жағынан бір-бірінен ығысқан синусойдалы айнымалы тоқ пайда болады, ол айнымалы үш магнит ағынын туғызады. Тоқтар сияқты уақыт жағына бір-бірінен ауытқулы айнымалы үш магнит ағынының өзара әрекеттесуінен 50Гц жилікте t = φ/ω =(2/3)/ 2 ƒ = (2/3) /250 = 0,00667 0,007 секунд өзгермейтін қорытындылаушы толықсушысы магнит өрісін туғызады, ал асинхронды қозғалтқыштың бір фазасының орамында толықсушы магнит ағынының біржарым еселік амплитудалық мәніне тең болады:
Ф = Ф1m (2.25)
Статордың үшфазалы орамасы жасаған магнит өрісінің ерекшелік сипаты, ол ал уақыттың өзгеруіне қарамастан мөлшері жағынан тұрақтылығын сақтайды, статордың ішкі ойығының бетінің ұзын бойымен бір қалыпты айналады. Бұл магнит өрісі тұрақты магнит өрісі сияқты жылжымайтын статордың маңында бір қалыпты, n1 жылдамдық пен айналады. Статор орамасының айналмалы магнит өрісі, өзінің айналу процессіне асинхронды қозғалтқыш роторының орамасын қиып өтіп, электрмагниттік индукция заңы бойынша онда ЭҚК индукциялайды:
е2 =-w2 (2.26)
мұндағы w2 –ротор орамасындағы орам саны.
Қысқа тұйықталған роторлы асинхронды қозғалтқыштардың роторының орамасы барлық кезде тұйықтаулы, онда индукцияланған ЭҚК е2-нің әсерінен синусойдалы айнымалы тоқ туындайды. Ол статор орамасы сияқты айнымалы магнит өрісін жасайды. Статор мен ротордың магнит ағындарының өзара әсерлесуі бір жағындағы секция орамасында магнит өрісін күшейтеді (статор мен ротордың магнит күш сызығының бағыты біріне бірі дәл келеді) және сол секцияның екінші жағындағы магнит өрісін әлсіретеді (статор мен ротордың магнит күш сызықтары бір-біріне қарсы бағытталған). Осының нәтижесінде магнит ағынының симметриясыздығынан секция орамасы жағынан электрдинамикалық күш F күш әсер етеді, ол статордың да ротордың да орамаларына бірдей дәрежеде әсер ететін электрмагниттік момент туғызады. Статор қозғалмайтындай етіп орнатылып бекітілген, ал білікке бекітілген ротор айгөлектер арқылы мықтап корпусқа бекітілгендіктен, ол n 2 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.
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».
Мұнда ротордың айналу жылдамдығынан ылғи да аз болады. (n2 < n) себебі олардың жылдамдықтары бірдей болған жағдайда ротор орамасының орамдары статор орамасының магнит өрісін қиып өтпейді де, онда ротордың ЭҚК индукцияланбайды. Ротордың орамасында тоқ пен магнит өрісі болмайды, демек, айналдыру моменті де болмайды. Ротордың айналу жылдамдығы төмендейді, ораманың магнит өрісі ротор орамасын қайтадан қиып өте бастайды да ЭҚК, тоқ, 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 орамасының магнит өрісіне қарама-қарсы бағытта сырғитын сияқты көрінеді. Ротор мен статор орамасы өрістерінің салыстырмалы айырмасы сырғанау шамасымен S сипаталады.
(2.27)
Мұдағы n1 статор орамасы магнит өрісінің айналу жылдамдығы n2 – ротор орамасындағы магнит өрісінің айналу жылдамдығы; n1- n2 – сырғанау жылдамдығы.
Әдетте жылдамдық n1-ді, ал nс синхронды айналу жылдамдығы делінеді. Қалыпты жұмыс жағдайында асинхронды қозғалтқыштың сырғанауы аса жоғары емес, синхронды жылдамдықтың (2…6)% дай: Sн= 0,002… 0,06. Қуаттылығы жоғары қозғалтқыштарда сырғанау аз. Арнайы мақсатқа арналған қозғалтқыштардың сырғанауы синхронды жылдамдықтың (10…15) % на дейін жетуі мүмкін. Статордың магнит өрісінің синхронды айналу жылдамдығы тоқтың жиілігі ƒ1 мен статор орамасының жұп полюсының санына Р1 байланысты:
(2.28)
2. Асинхронды машинаның кернеулер және тоқтар теңдеулері, алмастыру схемасы және асинхронды машинаның векторлық диаграммасы