Жүктеме астындағы процесстер

Білікті жүктеген кезде ; w және w₀ жылдамдықтарының айырмашылығын сырғанаумен сипаттайды.

(5.5)

Енді ротордың тізбегінде электромагниттік индукция заңымен шығатын ЭҚК пайда болады:

=E_1¢s (5.6)

Мұнда және әрі қарай штрихпен келтірілген шамалар белгіленеді, олар статордың және ротордың орамаларының бірдей еместігін ескереді. Шыққан ЭҚК-інің жиілігі:

f₂=f₁s (5.7)

Кедергісі R₂^¢ және индуктивтілігі L₂^¢ ротордың тізбегінде ток I₂^¢ келесідей анықталады:

немесе қарапайым түрлендірулерден кейін

(5.8)

мұндағы Х₂^¢ – f₁ жиілігі кезіндегі екінші ретті ораманың шашырауының индуктивті кедергісі.

Асинхронды қозғалтқыштың фаза алмастыру дәстүрлі сызбасына сәйкес теңдеуді алдық (5.5-сурет), онда статордың да шама-шарттары R₁ және Х₁ ескерілген. Бұл қарапайым модель арқылы орныққан режимдерді симметриялы қоректенілетін симметриялы қозғалтқыш кезінде талдауға болады.

5.5-сурет. Асинхронды қозғалтқыштың фаза алмастыру сызбасы

Дәріс конспектісі

Дәріс тақырыбы: Асинхронды машиналар. Жұмыс режимдері. Сырғу мен айналу саны. Ротор айналып және айналмай тұрған кездегі үш фазалы асинхронды машина. Электрлік алмастыру схемасы.

6.1-суретте тәуелділігі графигі көрсетілген. Бұл қисықтың негізгі учаскелері мыналар болып табылады: 1) қозғалтқыштық режим; 2) кері қосылу режимі; 3) генераторлық режим.

болғанда немесе тәуелділіктері механикалық сипаттама болып табылады.

Механикалық сипаттаманың кескініне қарап асинхронды қозғалтқыштың төмендегідей жұмыс режимдерін ажыратуға болады:

- іске қосылу режимі (қысқа тұйықталу режимі);

- бос жүріс режимі;

- номиналь режим;

- тежелу режимі (генераторлық режим).

Қозғалтқышты іске қосудың басында n=0, ендеше s=1, бұл кезде айналдырғыш моменттің шамасы іске қосу моментіне ( ) тең болып табылады.

Қозғалтқыштық режимді толығырақ қарастырамыз. Айналдыру моментінің максималь мәні фазалық кернеудің квадратына пропорционал және ротордың келтілілген кедергісіне тәуелді емес. Сондай-ақ қатынасы неғұрлым үлкен болса, сырғанауда соғұрлым үлкен болып табылады.

Қозғалтқышты жүктемемен қосқанда оның іске қосылу моменті максималь моментке тең болғаны дұрыс, ол үшін s_m = 1, яғни немесе . Әншейінде , сондықтан іске қосу кезінде ротор тізбегіне іске қосу реостатын жалғайды және оның кедергісі мына теңдік бойынша анықталады: .

Бұл жағдайда механикалық сипаттамасы 6.2-суреттегі 1-қисыққа сәйкес болады. Егер қозғалтқыш айналу жиілігін дамытқаннан кейін іске қосу реостатын шығарып тасталмаса, онда айналдыру моменті 1-қисыққа сәйкес өзгереді, ал жүктемесіне сәйкес келетін бірқалыпты жұмыс а- нүктесіне сәйкес келеді.

Егер, болса, онда . болғанда айналдыру моментінің максималь мәні s_m = 0,7 (б-нүктесіне сәйкес келетін 2-қисық), болғанда қалыптасқан жұмыс режимі 3-қисыққа сәйкес келеді. Іске қосу реостаты жоқ қозғалтқыштың жұмыс режимі 4-қисық арқылы сипатталады. Бұл қисықтардың жиынтығы іске қосу процессінің бірізді жолмен жүргізілетіндігін көрсетеді. Іске қосу реостаты іске қосу моментін жоғарлатумен қатар іске қосу тогын шектеуге де мүмкіндік береді.

Айналдыру моментінің есептік формуласын алу үшін қозғалтқыштың екінші ретті тізбегі үшін веторлық диаграммадан алынған теңдігін қоямыз, бұл кезде:

,

мұндағы

Соңында

, (6.1)

мұндағы .

Асинхронды қозғалтқыштың айналдыру моменті екінші ретті токтың активті құраушысы арқылы пайда болатын толық МҚК пен машинаның ( ) толық магнит ағыны арқылы анықталады.

Жүктеме бос жүрістен номиналь шамаға дейін өзгергенде (6.1) өрнегі қарапайым түрге келеді:

, (6.2)

6.1-сурет. Асинхронды машинаның айналдыру моментінің сырғанауға тәуелділігі

Роторы қозғалыссыз асинхронды қозғалтқыш

Ротор қозғалыссыз кезде асинхронды қозғалтқышты трансформатор деп қарастыруға болады. Егер фазалы роторлы асинхронды қозғалтқыштың ротор орамдарын ажыратсақ қозғ,алтқыш бос жүріс режимінде деп есептеледі, қозғалтқыштағы бұл кездегі физикалық процесстер трансформатордың бос жүріс режиміндегі прпоцесстерден еш айырмашылығы болмайды.

Кирхгофтың екінші заңына сәйкес қозғалыссыз ротор кезіндегі асинхронды қозғалтқыштың статорының теңдеуі мына түрде болады:

6.2 – Сурет- Ротор тізбегінің кедергісі әртүрлі болғанда тәуелділігі

мұндағы .

Асинхронды қозғалтқыштың бос жүріс режимі трансформатордағыдан айырмашылығы, оның магниттендіру тогы I₀трансформатордың тогынан үлкен, және статор мен ротор арасындағы бос ауа қуысының болуына байланысты қозғалтқыштың номиналь тогының 20-50% құрайды, r₁ және х_s1 кедергілері де трансформатордыкінен үлкен. Сондықтан тек жуықтап қана:

(6.3)

деп есептеуге болады.

Статор мен ротор орамдарында пайда болатын ЭҚК:

(6.4)

(6.5)

(6.6)

қатынасы асинхронды қозғалтқыштың ЭҚК трасформациялану коэффициенті деп аталады. К_е коэффициентін эксперимент жолымен, яғни бірінші ретті кернеудің фазалық мәнімен екінші ретті орамдары ажыратылған күйдегі екінші ретті кернеудің фазалық мәндерінің қатынасы арқылы анықталады ( и ):

или

мұндағы - ротор ормадарына енгізілген ЭҚК келтірілген мәні.

n = 0, болғандықтан қозғалтқышқа берілген қуат , келесі шығындарды жабуға кетеді: а) статор мысындағы ; б) статор болатындағы ( );в) ротор болатындағы ( ).

Сәйкесінше:

Қысқаша тұйықталған режим кезінде қозғалтқыштың орамдары өз-өздеріне тұйықталған және ротор қозғалыссыз күйде болады. Бұл кездегі қозғалтқыштағы физикалық процесстер трансформатордағы процесстерден еш айырмашылығы жоқ, қозғалтқышқа төмендетілген кернеу беріледі , яғни қысқа тұйықталудың тогының қалыптасқан мәні .

Келтірілген ротор орамдар дегеніміз, фазалар және фазалардағы тармақтар саны олардың орналасуы да статор орамдарындай болатын орам.

Қысқа тұйықталу режимі кезінде қозғалтқыштың магнит ағыны өте аз, сондықтан I₀ тогы мен F₀ МҚК ескермеуге болады, ендеше статор мен ротор МҚК тепе-теңдігінен:

,

өрнегін алуға бролады, мұндағы m₁ және m₂ – статор мен ротор орамдарының фаза саны.

Асинхронды қозғалтқыштың токты трансформациялау коэффициенті:

(6.7)

, мұндағы -ротордың келтірілген тогы.

Келтірілген кедергілерді және анықтау үшін, ротор орамдарындағы шығын мен Е₂ ЭҚК мен I₂ тогы арасындағы фазалық ығысу өзгеріссіз болады деп есептейміз, ендеше:

,

бұл теңдіктен

,

мұндағы - асинхронды қозғалтқыштың трансформациялау коэффициенті.

Ротор орамдарындағы ток пен ЭҚК арасындағы бұрышты ψ₂ деп белгілеп келесі шамаларды анықтаймыз:

Трансформатордағы секілді:

и

мұндағы r_k және x_sk - қозғалтқыштың қысқа тұйықталу кезіндегі активті және индуктивті кедергілері.

Қысқа тұйықталу қуаты статор мен ротор орамдарындағы шығындарға жұмсалады, яғни:

.

Роторы қозғалыстағы асинхронды қозғалтқыш

Жүктемесіз қозғалу кезінде қозғалтқыш болмашы ғаны статикалық момент бос жүрісМ₀ моментін ғана жеңеді, сондықтан ротордың n айналу жиілігі статор өрісінің айналу жиілігіне n₁ өте жақын болады.

Қозғалыссыз және жүктемесіз қозғалмалы қозғалтқыштағы физикалық процестерді қарастырамыз, екі жағдайда да қозғалтқышқа жиілігі f ток көзінен U₁кернеуі беріледі.

Статорда тепе-теңдік заңдылығынан ЭҚК E₁ мен негізгі магнит ағыны Ф_m тек кернеуге ғана тәуелді және ротордың күйіне тәуелсіз, яғни f мен U₁ мәндері үшін деп есептеуге болады.

Ф_m магнит ағыны бос жүріс тогының магниттендіргіш құрашысы арқылы пайда болады, сәйкесінше , бос жүріс тогының активті құраушысы да өзгеріссіз, себебі ротордың қозғалыссыз күйінде бос жүріс шығыны және шығындарынан құралады.

магниттену өте аз жиілікпен жүреді, сондықтан , бірақ бұл кезде және Р_Д шығындары пайда болады, олардың шамасы n = 0 кездегі шығындарына шамамен тең.

Сонымен f мен U₁мәндері үшін қозғалыссыз ротор мен қозғалмалы бос жүріс режимі кезіндегі асинхронды қозғалтқыштағы процесстер бір – біріне ұқсас деп қабылдауға болады.

Роторда. Статор өрісі мент ротор бір бағытта және n₁ > n. Жиілікпен айналады. Егер ротор қозғалыссыз деп есептесек, статор өрісі қозғалыссыз роторға қарағанда айналу жиілігімен қозғалады., болғандықтан ротор орамдарындағы ЭҚК пен ток жиілігін (сырғанау жиілігі) мына формуламен анықтауға болады:

(6.8)

Асинхронды машина қозғалтқыш режимінде жұмыс жасаған кезде f₂ жиілігі f₂ = f ден f₂ = 0 дейінгі аралықта өзгереді, әншейінде s = 3 ÷ 6 %., сәйкесінше сырғанау жиілігі де аз шама, егер f = 50 Гц; s = 4%, болса, f₂ = 50 · 0,04 = 2 Гц.

Ротордағы жиіліктің өзгеріуі кезінде оған тәуелді барлық шамаларда өзгереді, айналмалы ротордың орамындағы ЭҚК :

(6.9)

Индуктивті кедергі:

(6.10)

мұндағы L₂ – ротор орамының индуктивтілігі.

Қозғалтқыштың активті кедергісін жиілікеке тәуелсіз деп есептеуге болады, яғни .

Айналмалы ротордағы ток ротор орамдарынан өте отырып роторға қарағанда мына жиілікпен айналатын магнит ағынын туғызады :

(6.11)

Ал ротор n жиілікпен айналуда, ендеше ротор өрісі статорға қарағанда n₂ және n айналу жиіліктерінің қосындысына тең жиілікпен айналады. Егер ескерсек, теңдеуін аламыз, яғни ротор өрісі кеңістікте статор өрісінің бағытымен бағыттас және онымен бірдей жиілікпен айналады. болғанда n₂ оң таңбалы,яғни ротормен бір бағытта айналады, егер n > n₁ болса, n₂ теріс таңбалы, яғни роторға қарама*қарсы бағытта айналады.

Бос жүріс кезінде қозатқышқа берілген қуат мына шығындарды жабуға жұмсалады:

және өрнектері тек бос жүріс емес сонымен қатар жүктеме режимі үшінде дұрыс болып табылады, ендеше қандайда бір сырғанаумен жүктеме режимінде жұмыс жасап тұрған асинхронды қозғалтқышты қозғалыссыз күйдегі эквивалентті режимге ауыстыруға болады.

Ротордағы ток:

Кирхгофтың екінші заңы негізінде статор мен ротор фазасы үшін кенеу теңдеулері былай жазылады:

(6.12)

Келтірілген ротор үшін:

(6.13)

(6.13) теңдеуін (6.9) және (6.10) өрнектерін ескере отырып қайта жазсақ:

(6.14)

(6.14) теңдеуінің барлық мүшелерін sсырғанадың мәніне бөлсек:

(6.15)

Қозғалмалы және қозғалыссыз ротор кезінде негізгі магнит ағыны статор мен ротор орамдарының МҚК әсеріне пайда болатындықтан, асинхронды қозғалтқыштың МҚК теңдігі мына түрде болады:

(6.16)

(6.16) теңдеуін шамаға бөліп, жүктемелік режимдегі трасформатордың ток теңдеулеріне ұқсас теңдеу аламыз:

(6.17)

(6.12), (6.15), (6.17) теңдеулері трансформатордың теңдеулеріне ұқсас. Сәйкесінше роторы қозғалмалы асинхронды қозғалтқыш үшін де трансформатордікі секілді Т-тәрізді ауыстыру схемасы (6.3-сурет) мен векторлық диаграммасын (6.4-сурет) салуға болады.

6.3 сурет. Асинхронды қозғалтқыштың ауыстыру схемасы

Ротор орамдарының кедергісін оның айналмалы қозғалыста екендігін ескеріп, мына түрде жазуға болады:

Ендеше ротор орамдарындағы қуат шығынына сәйкес келсе, механикалық энергияға түрленетін электрлік қуатқа сәйкес келеді.

Т- тәрізді ауыстыру схеманы есептеулерді жеңілдету үшін Г- тәріздіге ауыстырған тиімді. Т-тәріздіден Г-тәріздіге ауысу үшін ортақ кедергі, яғни схеманың кез-келген тармағындағы ток басқа тармақтағы кернеу мен осы кедергі арқылы байланыста болады деген тұжырымды қолданамыз.

Т-тәрізді схемада тогын статор кернеуі мен тармақтар арасындағы өзара кедергі арқылыанықтауға болады:

и

мұндағы ; Z_m– магниттендіру тізбегінің толық кедергісі;

Көбінесе v бұрышын ескермеуге болады, ендеше есептеулер үшінскоэффициентінің абсолют мәнәін қолданамыз. Олай болса, өзара кедергі , ток

10.3-суреттегі ауыстыру схемасына сәйкес тогын анықтаймыз:

Бұл теңдеуден

6.4-сурет. Келтірілген асинхронды қозғалтқыштың векторлық диаграммасы

6.5-сурет. Асинхронды қозғалтқыштың магниттендіру контуры шығыңқы ауыстыру схемасы (Г-тәрізді ауыстыру схемасы)

Қозғалтқыш тұтынатын ток:

немесе

ендеше

(6.18)

мұндағы - бос жүріс тогы s = 0.

Іс жүзінде асинхронды машиналар үшін с = 1,03 ÷ 1,08, бірақ есептеулер кезінде с = 1 деп есептеуге болады. Асинхронды қозғалтқыштың (6.18) теңдеуіне сәйкес келетін Г-тәрізді ауыстыру схемасы 10.4-суретте көрсетілген, бұл схема бойынша қозғалтқыштың барлық параметрлері жүктемеге тәуелсіз, яғни тұрақты болып есептеледі, жүктемеге байланысты өзгеретін жалғыз параметр ол s сырғанау болып табылады.