Синхронды қозғалтқыштың электромагниттік моменті

 

11.6 Cурет–Қайта қосу режимдеріндегі табиғи және реостатты механикалық сипаттамалары 

 

Қосылуына бөгет болатын тежеу арқылы орнатылған тәртіпке мысалы,  = 1 және М=МС кезіндегі нүктелері мінездемеде RP2 сәйкес келеді. Қосылуына бөгет болатын тежеу тәртібінде RP1-ге арналған механикалық мінездеме тұрақты жұмысын қамтамасыз етпейді.

Екінші тәсілде синхронды машинаның двигательді тәртіптен (А нүктесі) қосылуына бөгет болатын тәртіпке (В нүктесі) ауыстыруы ротор айналған кезде жүріс кезінде біз статордың екі фазасын басқа бағытқа бұрамыз, ол статордың магниттік өріс (А нүктесінің В нүктесіне ауысуы) айналуының бағытын өзгертеді. Ротор тізбегіне бір мезгілде тоққа шек қою үшін реостат енгізіледі. Осының нәтижесінде ротор магниттік өрістің айналу бағытына қарама-қарсы айналады да, біртіндеп баяулай түседі. Ротордың бұрыштық жылдамдығы нөлге дейін түскен кезде (С нүктесі), двигательді жүйеден үзіп тастау керек, әйтпесе, ротордың қайта айналу бағыты двигательді тәртіпке қайта ауысуы мүмкін (D нүктесі). [26-356б].

Осы жағдай үшін механикалық мінездемелер төменде көрсетілген. 

 

11.7 Cурет – Қозғалтқыштық режимінен қайта қосу режиміне өткендегі механикалық сипаттамадағы жұмыс нүктесінің орын ауыстыруы  

Синхронды двигательдердегі динамикалық тежеу тәртібі екі тәсілмен жүзеге асыруға болады:

Тәуелсіз қозуы бар сызбасы бойынша;

Өзіндік қозуы бар сызбасы бойынша.  

Тәуелсіз қозуы бар динамикалық тежелу тәртібі ең көп таралған түрі деп санауға болады.

Статор орамасын үш фазалы жүйеден алып (Р1 кілтін ажыратады), тұрақты тоқ қайнар көзіне қосады (Р2 кілтін тұйықтайды), ал фазалық ротордың орамасы үш фазалы реостатқа қосылуы керек.

 Осының нәтижесінде  статорда тұрақты магниттік өрістің қозуы басталады.

Двигатель роторы айналады, сондықтан оның орамалары статордың тұрақты магниттік тасқынын қиып өтеді, ротор бойымен айнымалы тоқтың өту әсерінен айнымалы ЭДС индуктивтеледі.

Статордың магниттік өрісі мен ротор тоғының әрекеттесуі кезінде ротор айналуына қарама-қарсы бағытталған электромагниттік момент, яғни ротордың тежелу моменті пайда болады.

 Динамикалық тежелу  тәртібін қамтамасыз ететін двигательдің  түбегейлі сызбасы төменде көрсетілген. [27-214б].

Ротор тізбегіне қарапайымдылығы үшін кернеулігін реттейтін екі сатылы реостат іске қосылған. 

11.8 Cурет – Динамикалық тежелеу режиміндегі дербес қоздырулы синхронды қозғағыштың принциптік сұлбасы 

Суретте статор орамасы бойымен өтетін екі әртүрлі тоқтар үшін (І1 және І2) динамикалық тежелу тәртібіне сәйкес келетін механикалық мінездеменің екі тұқымдасы көрсетілген.

 

11.9 Cурет – Динамикалық тежелеу режиміндегі синхронды қозғағыштың механикалық сипаттамалары 

Динамикалық тежелу кезінде максималды момент статор кернеулігіне тіркелген квадратына пропорционал болады, кернеуліктің өсу шегімен жоғарылайды (қаныққандығы жоқ болғанда). Критикалық сырғанау ротор тізбегінің кернеулігінен тәуелді болады. Бірдей бұрыштық жылдамдығы кезінде ротор тізбегіне қосылған реостат кедергісінің жоғарылауымен тежелу моменті төмендейді. Демек, тежелу моментін фазалық ротор тізбегіндегі реостат кедергісін өзгере отырып, реттейді. Төменде тұрақты тоқ қайнар көзіне қосылған статор орамасының байланысу сызбасы көрсетілген. 

11.10.Cурет –Динамикалық тежелеу режиміндегі синхронды қозғағыштың статорының орамдарының байланыс сұлбасы.

 

 

 Бастапқы екі сызбаларында (а және б) статордың барлық фазалары бір мезгілде толтырылады, бірақ бұл сызбалар тежелу сызбасын қиындатып, басқарушапшаңдығын төмендететін ораманың бағытын өзгертуін талап етеді. Қарапайым және көп қолданылатын сызбалар (в) және (г) болып табылады.Индуктивті кедергісінің жоғарылауы әсерінен роторлық тізбектің бірдей кернеулігі кезінде двигательді тәртіппен салыстырғанда динамикалық тежелу тәртібіндегі критикалық сырғанау төмен болады.  Тежелудің түбегейлі сызбасы төмендегі суретте көрсетілген:  

11.11 Cурет - Динамикалық тежелеу режиміндегі өздігімен қоздырулы синхронды қозғағыштың принциптік сұлбасы 

Үш фазалы тоқ жүйесінен статор орамасын ажыратқан кезде, статор орамасындағы ротордың айналуы кезінде ротор болаттағы магниттік тасқынының қалдығы әсерінен ЭДС-ті бағыттайды.

Бұл ЭДС конденсатор мен статор орамасы арқылы өтетін үш фазалы тоқтың өтуін қозғайды.

Статор тоғы статордың ЭДС-ін және тоғының  жоғарылауына әкелетін қалдық тасқынын күшейтеді. Өзіндік қозу пайда болатын  1 двигатель жылдамдығы өзіндік қозу тізбек параметрлерінен тәуелді болады (саланың реактивті кедергісі, орнын басар сызбасының магниттелуі және конденсаторлардың реактивті кедергісі).

Өзіндік қозу процесінің басталуы айнамалы ротордағы қалдық магниттелудің әсері кезінде статор орамаларында ЭДС-тің пайда болуы болып табылады.

Өзіндік қозу мен тежелу моменті жылдамдықтары ( 0,3 - 0,5 )  0-ден жоғары болған кезде ғана пайда болады, сондықтан тежелудің бастапқы жылдамдығы  01 кезінде айнымалы тоғының бағытталған жиілігінің жоғарылауы әсерінен және статор тізбегіндегі параметрлердің сәйкесінше өзгерілуі магниттелген тоқ максималды мағынасына қарағанда аз болады. Тоқтың сәйкесінше мағынасына қарай двигатель тежелу моментін де дамытады.

Двигательде ротор жылдамдығының төмендету шамасында тоқ жиілігі мен индуктивті кедергілері төмендей бастайды, ал конденсатордың сыйымдылық кедергісі жоғарылайды.

Кейбір бұрыштық жылдамдығында тоқ пен тежелу моментінде анық көрсетілген максимумы болады.

Одан әрі жылдамдықты түсіру тоқ пен моменттің төмендеуіне әсер етеді, ал одан әрі  2 жылдамдығы кезінде қозудың тоқтатылуы басталады. Конденсатор сыйымдылығын үлкейткен кезде динамикалық тежелудің әсерлесу зонасы жылдамдықтың төмен мағыналары бар облысына ауысады. Тежелу зонасының ені двигательдің индуктивті кедергісінің конденсатор сыйымдылық кедергісіне қатынасымен анықталады.

Төмендегі суретте конденсатор батарейлердің түрлі сыйымдылықтарына сәйкес келетін механикалық мінездемелер көрсетілген. 

 

 

11.12.Cурет . Динамикалық тежелеу режиміндегі өздігімен қоздырулы синхронды қозғағыштың механикалық сипаттамалары.

 

 

 Осындай жағдайда машина конденсаторлардан магниттелген тоқ алатын синхронды генератор тәртібінде жұмыс істейді. Статор жағынан қозып, машина ротор тізбегіндегі жылу арқылы бөлінетін энергияны өндіреді.

Берілген тежелу түрінің кемшілігі: тек қана жылдамдығы (0,3 – 0,5)  0-ден жоғары болғандағы тежелу моментінің пайда болуы; жылдамдықтары критикалық жылдамдығын асырған кезде моменттің кедергі болуы; конденсаторлардың үлкен сыйымдылықтарының бар болуы.

Бұл тәртіп конденсаторлардың жоғары бағалануы болғандықтан тежелу үшін кең қолдануын тапқан жоқ.

 

2.3.Синхронды қозғалтқыштарының  қызметі

 

Синхронды машиналар айнымалы ток машиналарына жатады және олардың жалпы өндірістік орындалу синхронды қозғалтқыш түрінде жасалады. Синхронды машиналар элекетр техникалық құрылысы бойынша энергияны түрлендіргіш болып табылады, синхронды генератор ретінде қосымша конструкциялық және сұлбалық өзгеріс кіргізбей жұмыс істей алмайды. Синхронды қозғалтқышты қарастырдық.

Синхронды қозғалтқыштар құрылысының қарапайымдылығы мен жұмысының сенімділігі арқасында адамзат тіршілігінің, иінді біліктерді айналдыруға механикалық энергияны керек ететін қызметтердің бәрінде кеңінен пайдаланылып келеді. [28-147б].

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

Үшфазалы синхронды электр қозғалтқыштың құрылысы. Үшфазалы синхронды электр қозғалтқыштың  негізгі құрылыс  бөлшектеріне статор, ойықтарға орналасқан үшфазалы екі орама және басқа да қосалқы элементтер. Жақсы суыну үшін оның білігіне желдеткіш орнатылып, қаңқасы көп қырлы етіп құйылған. Құрастыру, орнату, ажырату кездерінде алып – салуға қолайлы болу үшін қорабының жоғарғы жағынан ілгекті болт болады.

Синхронды қозғалтқыштың статоры. Синхронды қозғалтқыштың статоры арнайы электр техникалық болаттан қалыпқа құйып жасалған тісті қаңылтырлардан жасалған, ішкі қуыс цилиндр, оның магнит өткізгіштігі (μ), кәдімгі конструкциялық болаттан жоғары.

Бұл айнымалы магнит өрісті статор темірінде артық магниттелуден (гистерезис) болатын шығындарды айтарлықтай азайтуға мүмкіндік береді.

Статор құйып жасамайды, қалыңдығы 0,35мм тісті қаңылтырдан жинайды, мақсаты – ол арқылы Фуко құйынды тогының өтуіне кедергіні көбейту. Қаңылтырдың арасында электрлік түйіспе болдырмау үшін қаңылтырларды электр оқшауландырғыш лакпен бояйды. Осының барлығын бірге алғанда, статор болатында 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% - ға дейін және одан жоғары болады. Іштен жанатын қозғалтқыштардың бірде – бірінде мұндай көрсеткіш жоқ. Статор синхронды қозғалтқыштың қаңқасына мықтап тығыздалады. Қаңқа шойыннан немесе салмағы жеңіл арнайы қорытпалардан құйылады және жұмыс жағдайына арналған іргетасқа немесе арнайы тірекке бекітіледі. Статорды тісті қаңылтырлардан құрастырған кезде  оның ішкі бетінде белгілі пішінде ойық пайда болады.

Синхронды қозғалтқыштардың статорындағы  ойықтары негізінде тік бұрышты болады. Ойықтардың ашықтығына қарай олар жартылай жабық қуаттылығы 100 кВт – тан төмен машиналар үшін, жартылай ашық қуаттылығы 100 кВт – тан жоғары машиналар үшін және ашық қуаттылығы өте жоғары машиналар үшін.

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

 

                                               q =   

мұндағы m1 – статор орамасының фазалар саны; 2p – статор орамасының полюстарының саны.

Үшфазалы қозғалтқыштар статорының ойықтарының саны жұп және алтыға еселенетін болуы тиіс.

 

                                       Z = q · mt2  p = 6tk

 

                       мұндағы  k = q h p = 1,2,3 және т.б.

 

    Синхронды қозғалтқыштардың роторлары қалыпталып жасалған тісті дөңгелек қаңылтырдан құрастырылады. Қаңылтырлар гситерезис құбылысынан болатын магниттік және электрлік шығындарды азайту үшін арнайы электр техникалық болаттардан жасалып, құйынды токтың өтуіне кедергіні арттыру үшін лакпен оқшауландырылады, ол туралы 1- бөлімде “Трансформаторлар” қарастырылған ротордың қаңылтырларды цилиндр түрінде престеледі, оның қажет пішінде ұзына бойында ойығы болады. Ротор біліке мықтап отырғызып шпонкамен  бікітіледі, ол жүктеме кезінде айналып кетпеу үшін сақтандырылады. Айналған кездегі ортадан тепкіш күштердің әсерінен, ротордың ойықтары статордың ойығынан қарағанда жабықтығы жоғары болғандықтан, оның орамаларына әсер етеді. Қысқа тұйықталған роторлар үшін ойықтың жабық түрлерінде қолдануға болады. Қозғалтқыштың жұмыс кезіндегі  шуын азайту және оның іске қосу сипаттамасын жақсарту мақсатында ойықты тайқылығын да пайдаланады.

Қысқа тұйықталған ротордың ойықтарының саны Znp асинхронды қозғалтқыштардың жұмысын нашарлататын зиянды сәттерді азпйту үшін, статор ойықтарының санымен Znp сәйкес келуі тиіс және мына шарттар сақталуы тиіс:

 

Znp ≠ Znc : Znp ≠ Znc ± p ; Znp ≠ Znc  ± p ; Znp ≠ Znc ; Znp ≠ Znc± 2p ;

Znp ≠ Znc ± p ; Znp≠ 2Znc ; Znp≠ 2Znc ± 2p; Znp ≠ Znc ± p ;

Znp ≠ 6pk ± 1; Znp ≠ 6pk ; Znp ≠ 6pk ± 2p; Znp ≠ 6pk ± 2p ± 2p ± 1,

 

мұндағы  к – кез – келген оң сан; р – статор орамасының жұп полюстері саны. Ойықтары қиғаш болса статор мен ротордың ойықтары санының  қатынастарының таңдау кеңейеді.

Үшфазалы синхронды электр қозғалтқыштары. Үшфазалы синхронды электр қозғалтқыштарда статор мен  ротор орамаларының бірнеше түрі, олардың ішінде тұзақты, толқынды және қысқа тұйықталған (тек қысқа тұйықталған роторлар үшін) орамалар қолданылады. [29-258б].

Қуаттылғы кіші машиналар үшін тұзақты орамаларының бір түрі ретінде, тіркеспелі орамаларда қолданылады. Синхронды машинаның қуаттылығына кернеуінің мөлшері мен ойықтарының пішініне қарай орамаларының түрін таңдап алады. Бір қабатты тізбекті орамалар қуаттылығы 7кВт – қа  дейінгі синхронды қозғалтқыштарда қолданылады. Толқынды орамалар негізінде, фазалық  ротролы синхронды қозғалтқыштардың роторларында қолданылады.

Орамалардың сипатталуы.

• ойықтарының санымен (т);
• жұп полюстарының санымен (р);
• паралелль жұп тармақтар санымен (у);
• фазаның қатарлас тармақтарындағы біріне – бірі тізбектей жалғанған орамдарының санымен (w)^
• ораманың еселеуішімен К0;