Синхронды қозғалтқыштың электромагниттік моменті

 

 

 

11.3 Cурет – Әр түрлі жүктемедегі векторлық диаграммалар 

 

Жүктеме жоқ болған кезде машина бос жүрісінде жұмыс істейді, магниттік өрістің пайда болуына әсер ететін жүйеден реактивті энергияны және үйкеліс пен қызуының жоғалтуын теңгеретін активті энергияны жұмсайды. Егер роторға айналу (мысалы, жүк түсірген кездегі жүктүсіргіш кран) бағытымен сәйкес келетін моментті қоятын болсақ, онда ротор жылдамдығы қайта жоғарыла бастайды. Ротор жылдамдығы статордың магниттік өріс жылдамдығына тең болған жағдайда, роторда тоғы жоқ, ал статорда магниттік өрістің пайда болуына әсер ететін оңды бос жүрісті тоғы өткен кездегі оңды бос жүрісті тәртіп орны бөлек болады.Шығымын есепке алмайтын болсақ, векторлық диаграмма келесі түрде болады. 

 

11.4 Cурет – Идеалды  бос жүріс режиміндегі синхронды қозғағыштың оңайлатылған векторлық диаграммасы 

Егер де ротор жылдамдығы әрі қарай жоғарыласа, статордың магниттік өріс ( ) айналуының жылдамдығынан көп болады, роторда ЭДС (ротор орамасының статордың магниттік өрісімен қиылысқан кезде) пайда болады, ол двигательді тәртіпте ЭДС-ке қарам-қарсы бағытта болады. Ротор бойымен ЭДС әсерімен двигательді тәртіппен салыстырғанда активті құрастырушы тоғы да қарам-қарсы жаққа бағытталып өтеді. Машинаның магниттік өрісі ротор тоғымен әрекеттескенде айналымға қарсы бағытталған, яғни ол тежеулі болып, электромагниттік момент пайда болады. Статордың активті құрастырушысы өзінің бағытын қарама-қарсы бағытқа өзгертеді, сондықтан статор тоғы  -ге қарағанда фазасында бір бұрышқа жылжытылады, демек статор жүйеге активті энергиясын беріп, және ол машинаның магниттік өрісінің пайда болуына әсер ететін реактивті энергиясын жүйеден алып отырады. Синхронды машина генераторлы тәртіпте жұмысын істейді. Статордың бір фазасының векторлық диаграммасы төменде көрсетілген. [20-354б]. 

 

11.5 Cурет – Генераторлық режиміндегі оңайлатылған векторлық диаграммасы 

Активті энергиясының жүйеге берілу реттегіші ротордың бұрыштық жылдамдығының өзгеруімен жетеді. Егер ротоға қойылатын айналма моментін жоғарылатсақ, ротор жылдамдығы жоғарылап, статор тоғы үлкейеді және жүйеге берілетін энергия жоғарылайды, ротор арқылы пайда болатын тежеу моменті де жоғарылайды, және керісінше.

Магниттік өріс пайда болу үшін жүйеге жұмсалатын реактивті қуат машинаның толық қуатынан 20...50% құрайды.

Бұл тежелу тәртібі жүк тиейтін машиналардың жетегі үшін, сонымен қатар статордың магниттік өрісінің полюстерін ауыстыратын двигательдер үшін қолданылады. 

 

2.2.Синхронды электр  машиналардың  двигателінің жұмыс жасау барысына  сипаттама

Синхронды машина басқа электр машиналары секілді негізінен екі бөліктен тұрады-статордан және ротордан.ферромагнит өзектен (1) және кеңістікте өзара 120 жасап орналасқан үш орамадан (2) тұрады.Өзек арнаулы электротехникалық бешаттан жасалған парақшалардан(3) жинастырылған. Парақшалардың ішкі шеңберінің бойында орамаларды орналастыруға арналған ойықтар (4) болады. Өзектегі энергияның шығынын азайту мақсатында паракшалар бір-бірінен лакпен оқшауланған да болттармен мен роторының (6, орамалары көрсетілмеген) тарттырылып бекітілген. [21-411б].

Статор оны ұстап тұратын және әр-түрлі сыртқы нөсерлерден сақтайтын тұрыққа (1) бекітіледі. Тұрық алюминийдің қоспаларынан, шойыннан не болаттан жасалады. Ротор өзектен (1) және орамалардан тұрды. Өзек арнаулы болаттан жасалған парақшалардан (2) бір – бірінен лакпен оқшауланып, қысып жинастырылады. Роторда да ойықтардада (3) жататын және кеңістікте бір – бірімен  жасап орналасқан (17,3 а – сурет) үш орама (1) болады. Олар жұлдызша жалғанады да қалған ұштары білікке кигізілген түйіскілік сақиналарға (2) шығарып бекітіледі. Осындай орамасы бар бар роторды ротор деп, ал қозғалтқышты фазалы роторды асинхронды қозғалтқыштар деп атайды.Түйіскілік сақиналар және оларға тиіп тұратын түкшелер (3) арқылы ротор орамаларына бірізді етіп жүргізіп жіберу реостаты (4) жалғанады. Жіберу реостаты жұлдызша жалғанады және кедергісі реттемелі болады. Жүргізіп жіберу реостаты қозғалтқыштың жүріп кету тогын азайтуға, жіберу моментін көтеруге және кем емес аралықты қозғалтқыштың айналу жылдамдығын реттеуге мүмкіндік береді. [22-365б].

Қысқа тұйықталған роторлы асинхронды қозғалтқыштың роторында әдеттегідей сымнан жасалған орама болмайды. Мұнда ораманың қызметін екі жағынан сақинамен (1) тұйықталған жасаушалары алюминий шыбықтары (2) болатын цилиндр атқарады. Мұндай орама ротор өзегінің ойықтарына балқытылған альюминийді құю арқылы алынады.Ротор (17,1-сурет) білікке (7) отырғызылады да статордың ішіне орналастырылып ішпекті (8) қақпақтар (9) арқылы тұрыққа бекітіледі. Сондықтан ол ішпектер арқылы жеңіл айналып тұрады. Машина салқындату үшін білікке желдеткіш қалақшалар (11) отырғызылады. Желдеткіш қалақшалар (6) қысқа тұйықталған роторда да болады.Орамаларды жұлдызша немесе үшбұрышша жалғау үшін олардың бастары мен аяқтары анықталған, белгілі болуы керек. Әдетте статор орамаларының бастарын С1, С2, С3 деп, ал оған сәйкесті аяқтарын С4, С5, С6 деп тұйықталған ротор (б) орамаларды белгілеу қабылдаған. Ротор орамалары жұлдызша жалғанады да, ұштары Р1, Р2, Р3 деп белгіленеді. Статор және ротор орамаларының ұштары қысқыштар қалқаншасына (қорапшасына) шығарылады.Әр қайсысы бір ғана шарғыдан тұратын статор орамалары жұлдызша жалғанып, үш фазалы кернеу көзіне қосылған болсын.Орамаларға берілген кернеу үш фазалы симметриялы кернеулер жүйесін құрайтындықтан яғни орамалардың токтары да симметриялы токтар жүйесін құрайды, яғни.Орамалардың токтары фазалары бойынша бір бірінен  - қа ығысқан және синусоидал болғандықтан олар қоздыраты магний өрістері де фазалары бойынша  ығысқан және синусойдал болады. Орамалар бірнеше тұрғыдан тұрғандықтан ораманың корыткы магнит өрісі шарғылардың магнит өрістерінің біріюкв өсерінен калыптасады.  Бірінші ораманың тогынын бастапқы фазасын нөлге тең деп алғандағы орама токтарының графиктері 17.4.6-суретте келтірілген.Егер ток оң мәнді болса,онда ол ораманың басынан аяғына қарай бағытталған,ал теріс мәнді болса керісінше аяғынан басына қарай бағытталған деп алса, онда І,0 мезетте бірінші ораманың тогы .Олай болса бірінші орама магнит өрісін тудырмайды, яғни ВА0. Екінші орамада ток теріс мәнді. Ендеше бұл ораманың басында ток оқушыға қарай бағытталған да, ал аяғында сурет жазықтығына перпендикуляр оқушыдан әрі қарай бағытталған. Оң жүрісті бұранда ережесі бойынша ораманың С2 жақтауында магнит өрісінің индукциясы сағат тілі жүрісінің бағытына қарсы, ал С5 жақтауында сағат тілімен бағыттас. Ораманың қорытқы магнит индукциясы орама жазықтығына перпендикуляр болғандықтан нақты сандар өсімен -30 жасап орналасқан,яғни Үшінші орамада ток оң мәнді, ендеше ток ораманын басынан аяғына карай бағытгалған. Ораманын корыткы магнит индукциясы накты сандар жасап орналаскан, яғни Вп,в = Вп,вехру (j30°) Орамалардын С2 және С 6 жактауларынын магнит өрістері бығыттас (сатат тілінін бағытына карсы), сондыктан олар косылып бір магнит өрісін кұрайды. Ал СЗ пен С5 жактауларында да магнит өрістері бағьттас (сагат тілінін бағытымен бағыттас) болғандыктан косылып бір магнит өрісін түзеді. Тұтас алғанда, машинанын магнит өрісі екі полюсті болып шыкты: солтүстік полюсі N (магнит куш сызыктары одан шығып жатыр) жоғарғы жағында, ал оңтүстік полюсі S (магнит күш сызыктары келіп кіріп жатыр) төменгі жағында. Өрістін корыткы магнит индукциясы

мұндагы Вт Втв - втс- ораманын магнит өрісінің индукциясының амплитудалық мәні (олар өзара тең, ойткені ораматоктарынын амплитудалары өзара тең). Т/4 мезетте, фазасынын өзгерісі 90 -ка тен болған кезде бірінші орамада ток оң мо<' j. екінші және үшінші орамадарда теріс мәнді. Бірінші ораманын магнит индукциясы накты сандар өсімен -90 , екінші ораманын магнит индукциясы -30°, ал үшінші ораманың магнит индукциясы -150 жасайды. Мұнда C1 С5 және С6 жактауларынын магнит өрістері бағыттас болғандыктан бірін-бірі күшейтіп ортақ магнит өрісін түзеді (магнит күш сызыктары сағат тілінін бағытымен бағыттас). Ал С2, СЗ және С4 жактаулары коздырған магнит өрістері сағат тілінін бағытына қарсы бағытталған ортақ магнит өрістерін құрайды. Тұтас алғанда машинанын магнит өpici екі полюсті: солтүстік полюсі N он жакта горизонталь ось бойында, ал оңтүстік полюсі S горизонталь ось бойында сол жақта.

Машинанык корыткы магнит индукциясы

Бұл өрнек токтын фазасы 90°-ка өзгергенде, яғни уакыт бойынша ширек периодтан кейін,магнит полюстермше потенциалы жоғары орамадан потенциалы төмен орамага карай статор өзегінің бойымен 90°-ка орын ауыстырғанын көрсетеді. [23-222б].

I 3 = Т/2 уакыт өткеннен кейін , яғни  бұрыш бойынша токтын фазасынын (бірінші ораманың) өзгepici 180°-кд тең  болған кезде, бірінші орамада  ток нөлге тек (магнит өрісін  тугызбайды), екінші орамада он  мәнді, ал үшінші орамада тepic мәнді  Орамалардын С2 және Ci жактаулары  күш сызыктары сагат тілімен  бағыттас магнит өpiciн тудырады  да, СЗ және С5 сағат тіліне  карсы бағыттағы магнит өрісін  тудырады. Машинаннын магнит өрісінің  солтүстік полюсі N төменгі жағында  да, ал онтустік полюсі S жоғарғы  жағында орналасады. Өрістің корыткы  магнит индукциясы

 

Бұл айтылғандардан және өрнегінен /3-772 уакыт өткенде магнит полюстерінің 180° -ка айналғаны көрінеді.

Li = 2Т/3 мезетте (17.4.6- сурет) машинанын  магнит өрісінің индукциясы (13.4, д- сурет)

 ал  мезетте магнит өpiciнің индукциясы.

 және  өрнектepi магнит полюстерінің  карастырылып отырған уакыт аралыктарында 90е -ка айналып отырғанын көрсетеді.

Сонымен, үш фазалы асинхронды козғалткыштың статор орамалары бip - бірімен 120° жасап орналасканда, онда пайда болатын магнит өpici айналып тұрады және екі полюсті машинада период ішінде ол толык бip айналып шығады деп корытындылауға болады. Машинанын магнит өpiciнің айналу ceбe6i орамалардын ста тор бойымен ығысып (бұрыш жасап) орналасуынан және орамаларға берілетін кернеулердің симметриялы үш фазалы кернеулер жуйесінің курайтындығынан деп түсіндіріледі.Үш ораманың синусоидал магнит өpici түзетін машинанын корыткы магнит өpici де синусоидал болады. Ендеше жоғарыда келтipiлгeн екі шартты орындаған кезде статор өзегінде магнит өpici айналып тұруы керек.Айналмалы магнит өрісінің жылдамдығын синхрондык жылдамдык деп атайды және оны пе орнімен белгілейді. Жоғарыда карастырған eкi полюстi магнит өрісінің айналу жылдамдығы сан мәні жағынан иган берілген кернеудің жиілігіне тең, өйткені ол период ішінде бip per айналып шығады. Яғни

Немесе

(айн/мнн) 

Жалпы алганда, синхронды машинанын синхрондык жылдамдығы жүп магнит полюстерінің санынан тауелді болады және магнит полюстерінің саны өскен кезде магнит өpісінің айналу жылдамдығы азаяды:

айн/мин  

 

мұндағы машинанын жұп магнит полюстерінің саны.Айналмалы магнит өрісінің айналу бағытын калай өзгерту үшін статор орамадарындагы токтың бағытын өзгерту керек. Өйткені орамалардағы токтын бағыты өзгерсе, онда олардагы магнит өрісінің де бағыты өзгереді. Ал токтын бағытын ф|/члардын реттігін алмастыру аркылы өзгертуге болады. Егер статор орамаларына берілген кернеулер жүйесінің А-В-С реттігінде айналмалы магнит өpici сағат тілі жүрісіні бағытымен айналып тұpca, А-С-В реттігінде ол сағат тілі бағытына карсы айналатын болады. Сонымен, айналмалы Mai «мт өрісінің айналу бағытын өзгерту ушін кез-келген екі фазанын орнын алмастыру керек. [24-222б]. Синхронды козғалткыштардың статорлык орамалары жұлдызша немесе үшбұрышқа жалғанады да үш фазалы желіге косылады.Статор орамалары бірімен-6ipi 120° жасап орналаскандықтан және оларға берілетін кернеулер бipiнен-бipi периодтын үштен бipiнe калып отыратындыктан статордын өзегінде айналмалы магнит өpici пайда болады , Ал ротордын орамасы тұракты ток көзіне.Косылатындыктан онда тұракты магнит өpici коздырылады. Ендеше осы екі магнит өpiсінің әсерлесуі және статордың магнит өpiсімен айналып тұратындығы салдарынан роторга айналдырушы момент әсер eтyi керек. Бірак ротордын магнит полюсіне карсы келетін статордың магнит полюсі тез өзгepiп кететіндіктен, яғни ротордын полюсіне. Синхронды козғалтқышының жалғану статордын бірде солтүстік оңтүстік полюсі (S) карсы келеді де, тартылыс күші тебіліс күшімен алмасып отырады. Осы себепті және инециялығынан ротор айналып үлгермейді, теңселіп орнында қалып қояды.Егер әуелі роторды айналмалы магнит өрісінін жылдамдығына жакын жылдамдыкпен айналдырып жіберсе (шамамен 0.95пс айн/мин). одан кейін коздыру орамасын қосса, онда статор мен ротордын аттас емес полюстері бірін-бірі тартып, ротор айналмалы магнит өрісінің жылдамдығындай жылдамдыкпен, яғни онымен синхронды айналатын болады. Сондыктан бастапкы айналдырушы момент тудыру үшін синхронды козғалткыштардын роторына асинхронды жіберу орамасы деп аталатын орама салады. Бұл орама ротор полюсінін полюстік үштамасының үстіңгі жағына орналастырады және кыска тұйыкталған болады. Синхронды козғалтқышты жіберген кезде қоздыру орамасы реостатқа тұйыкталған болуы керек. Өйткені, егер коздыру орамасы ашык калса, онда онын изоляциясына кауіпті үлкен ЭҚК панда болуы мүмкін. Егер коздыру орамасы өзіне ғана қысқа тұйыкталған болса, онда қозғалткыштын айналдырушы моменті азайып кетеді де, ротор синхронды жылдамдыктан аз жылдамдыкта калып коюы мүмкін.Статор орамаларын желіге косканда онда пайда болатын айналмалы магнит өрісінің әсерінен жіберу орамасында ЭКК пайда болады. Жіберу орамасы кыска тұйыкталғандыктан ЭҚК онда ток тудырады. Айналмалы магнит өрісі мен жіберу орамасынын тогы тудыратын ротордың магнит өрісінің өзара әсерлесуі нәтижесінде роторга айналдырушы момент түсіріледі. Сөйтіп синхронды козғалткышты желіге косканнан кейін ол асинхронды қозғалткыш секілді жұмыс істей бастайды. Синхронды козғалткышты былайша іске косу асинхронды жіберу деп аталады. Әдетге синхронды козғалткышының асинхронды жіберу моменті (0.7... 1,0)М» шамасында болады. Бұдан кейін ротордын жылдамдыгы 0,95iv (пс-айналмалы магнит өрісінің жылдамдығы) шамасына жеткен кезде коздыру орамасын тұракты кернеу кезіне косады. Роторда пайда болатын тұракты магнит өрісінін статордын айналмалы магнит өрісімен әсерлесуі салдарынан ротор айналмалы магнит өрісімен синхронды айналыска келеді. Келтірілген үрдістер төмендегідей логосентпен көрнекіледі: Синхронды козғалткышты токтатканда оны ауелі желіден ағытады да, одан кейін коздыру орамасын реостатпен тұйыктайды.Синхронды козғалткыштың айналу бағытын өзгерту үшін фазалардың реттігін өзгерту керек (асинхронды козғалткыштағы сеюлді). яғни кез-келген екі фазаның орнын ауыстыру керек.

Синхронды козғалткыштарды екпінділігіш, яғни роторды синхрондык жылдамдыкка жакын жылдамдыкка дейін айналдырып жіберетін козғалткыштар аркылы да іске косуға болады. Бірақ ол әдіс қосалқы машина керек кылатындьна сирек колданылады.Электромагниттік айналдырушы момент электромагнитах қуатпен белгілі өрнек бойынша байланыскан: Мұндағы w-ротордың (айналмалы магнит өрісінің)айналу жиілігі.  

Егер осы өрнекке электромагниттік қуатын және айналу жиілігінің мәндерін қойса,онда

Егер полюстің магнит ағыны үшін алынған өрнегін ескерсе,онда электромагнит айналдырушы момент

Мұндағы  тұрақты шама(  статор орамасының орам саны)

Бұл өрнек бойынша синхронды қозғалтқыштың айналдырушы моменті желінің кернеуіне,ротор полюсінің магнит ағынына және үйлесімсіздену бұрышының синусына байланысты,ал өзінің максимал мәніне бұрыш 90*-қа тең болғанда жетеді:

Айналдырушы моментгін үйлесімсіздену бұрышынан

Тәуелділігі, ягнн М = f (Ө) графигі,

сипаттамасы деп аталады.

 Графиктен көрініп тұргандай  синхронды козғалтқыш Ө ** 0... 90°  аралығында орныкты жұмыс істейді, ал кедергі момент одан әрі  көбейгенде. ярин Ө > 90 болған жағдайда  айналдырушы момент азая бастайды.

Олай болса графиктің бұл белігінд» синхронды козғалткыштын жұмысы орныксыз, ягни ол шіхронлылыктан шығып калады.

Жүктеменің шамасы өзгерген сайын айналдырушы моментте өзегеріп отырады.

 Мысалы, жүктін шамасы өскен  кезде кедергі моментте (Mk) өседі. Кедергі моменттің өсуі үйлесімсіздену  бұрышынын өсуін туызады, ал бұрыштын 90°-ка дейін өсуі айналдырушы  моменттін, өсуіне әкеліп соғады.

Ендеше айналдырушы момент өзінің максимал мәніне жеткенше кедергі моментті теңестіретіндей шамаға өзінен-өзі реттеліп отырады.

Қосылуына бөгет болатын тәртіпте синхронды двигательді екі тәсілмен келтіруге болады: жүк арту (активті) моментінің біртіндеп жоғарылау жолымен, не двигательдің реверсиясы арқылы.

 Бірінші тәсілде қосылуына бөгет болатын тәртіп кедергі (атап айтқанда активті статикалық момент) моменті айналма моментінен көп болған жағдайда ғана алынуы мүмкін.

Бұл мысалы, двигатель көтерілуіне қосылған кезде көтеру механизмнің жетегінде, ал жүкпен жетілдіретін момент жетегі жүк түсіру жағына айналуға мәжбүр болады.

Фазалық ротордың тізбегіндегі тоғына шек қою үшін реостатты іске қосу керек.

Осы тәртіпті бейнелейтін механикалық мінездемелер төменгі суретте көрсетілген. [25-242б].