Синхронды қозғалтқыштың электромагниттік моменті

мұндағы Ку  - орамды қысқарту коэффициенті; Кр  - статордың бойымен фаза орамасының орамдары қалай бөлініп орналасуын ескеретін еселеуіш; Кс – ротордың немесе статордың ойықтарының орналасу қиғаштығы коеффициенті.

Ораманың негізгі элементтері: орам, секция және шарғы. Орам – ойықтарда полюстік бөлінуіне бірдей немесе одан кем  қашықтықта біріне – бірі жалғастырылған, орналасқан екі өткізгіштің жиынтығы.

                                              τ =  

 

мұндағы D – жонылған статордың ішкі диаметрі; 2р – орама полюстерінің саны. Полюсті бөлінуді ойық саны Znc арқылы көрсетуге болады:

                                           τ =

Орамасының орамы құрастырылуы жағынан “ажыратылмайтын” бір өтізгіштен арнайы тұрақты пішіндегі қалыпқа оралған (ораманы дайындаудың  шарғылық тәсілі) немесе  “ажыратылатын” екі өткізгіштен жасалып ойыққа аслғаннан кейін біріне – бірін тізбектей қосқан (ораманы өзек арқылы даярлау тәсілі) болады. Орамдарды шарғы әдісімен даярлау тек қана қимасы жіңішке сымдарды пайдаланып және қуаты кіші электр қозғалтқыштардың орамалары ретінде қолданылады. Ажыратылмайтын орамалардың орамалырын орауға арнайы орауыш машиналарды пайдаланады. Секциялық әдісімен  даярланған орамалардың қуаттылығы шектелмейді. Бөлім бір – біріне  тізбектей жалғастырылған бір немесе бірнеше орамдар.

Шарғы – ортақ оқшаулағышпен біріктірілген бір немесе бірнеше секциялау. Мұның бәлендей айырмашылығы жоқ. Ораманың бөлімдері өзінің қадамымен сипатталады (у) деп белгіленеді.

Орама шарығының қадамы жақтарының  арасындағы қашықтық. Ол толық егер y= r немесе қысқарған, егер y < r болса.

Ораманың орамдары статордың ойықтарының барлық бетіне бірдей тегіс төселеді, мұндай да өткізгіштер бір ойықта бір немесе бірнеше қабат болып түсуі мүмкін, осы белгілері бойынша орамалар бір қабатты және көп қабатты болып бөлінеді олар бір немесе бірнеше қатар орналасуы мұмкін.

Орналасу сұлбасының нұсқаларын таңдағанда маңдайшасын, қасбетін және шарғы аралық жалғастыруда өткізгіш аз кететін шарғыны машинамен оралған ораманы ойықтарға орналастыру ыңғайлы және зақымданғаннан шарғыны ауыстыру жеңіл болатындай етіп, орналастырғанда оның бір жағы ойықтың жоғарғы қабатына, ал екіншісі басқа ойықтың төменгі қабатында орналастырылады. Екі қабатты раманың артықшылығы оның шарғысын электр машинасынан тыс жерде даярлау, оларды жақсылап оқшаулау және ойыққа даяр күйінде орналастыру мүмкіндігінің болуы. Бірақ та мұндай орналастыру тек қана ойықтар ашық түрінде болғанда болады. Жартылай жабық және жартылай ашық ойықтарға бөлімнің өткізгіштерін саңылау арқылы бір – бірлеп  жатқызады. Екі қабатты орамадан тағы бір артықшылығы қадамын қысқарту арқылы мыстың шығынын қысқарту мүмкіндігі.

Кернеуі 500 Вольтқа дейінгі қуаттылығы 60 кВт – тан аспайтын асинхронды қозғалтқыштарда жартылай жабық ойықтар және секциялары жұмсақ ойыққа жататын бөлімдері оқшауланған орама қолданылады. Мұндай орамалар тығындау тәсілімен төселеді. 250 кВт – қа дейінгі қолзғалтқыштарға екі қабатты қатқыл катушкалы орамалар қолданылады, оларды жартылай жабық ойықтарға салады. Қуаттылығы жоғары кернеуді 500 – ден 6000 Волтьқа дейінгілерде екі қабатты тұзақты орама қолданылады, олар қысқа қадамды және қатқыл шарғылы болып келеді, ашық ойықтарға орналасады.

Синхронды қозғалтқыштардың статор ойықтарындағы орамаларының латын алфавиттерінің С1, С2, С3 және С4, С5, С6  қаріптерімен таңбаланған ұштары сәйкес қысқыш қалыптарына шығарылады да, Ү немесе ∆ етіп, бекітіледі. Роторлардың қысқа тұйықталған орамаларда ротор ойықтарына балқыған алюминий құйып бекітіледі. Сонымен қатар түп жағында қысқа тұйықталған сақина мен желдеткіш қалақтар пайда болады, олар қосымща суытуды қамтамасыз етеді. [30-457б].

Фазалық роторлардың орамалары, статордың орамаларымен бірдей. Фазалық роторлы асинхронды қозғалтқыштың роторлық орамасы фазасының бас жақ ұшы біліктің қуыс ұшы арқылы шығарылады және электр оқшауландырылған төлкеге мықтап отырғызылған үш түйіспе сақинасына жалғанады. Щетка ұстағыштар мен серіппелер реттегіш резисторларды жалғап тұруға арналған графит щеткаларды сақиналарға қысып тұрады. Ротор орамалары оларды Ү сұлбасы бойынша қосқанда бейтараппен бірігеді де, ұштары шығарылмайды. Оларды ∆ сұлбасы бойынша қосқанда фазаның басқы ұшы да түйісу сақинасымен жалғасады. Согдықтан мұндай қозғалтқышты фазалы роторлы асинхронды қозғалтқыш деп атайды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Синхронды  қозғалтқыштың электромагниттік  моменті

3.1 Синхронды қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамасы

 

Синхронды қозғалтқыштардың  электр  энергиясын механикалық энергияға  түрлендірудің  электр  физикалық  процесі.  

Синхронды қозғалтқыш электр энергиясын механикалық энергияға айналдыру үшін статор орамасында біліктік 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 кеңістікке геометриялық біріне бірі қиғаш орналасуы;
• орамалардағы токтар, уақыт жағынан бір-бірінен ығысқан болуы;

Сонымен айнымалы магнит өрісін туғызуы үшін статордың орамалары аймақтық (геометриялық) ығыса орналасуы, ал ондағы токтар уақыты жағынан бір-бірінен ығысуы болуы тиіс. Үшфазалы синхронды электр қозғалтқыш статорының орамасы үшфазалы электр желісіне қосылғанда айнымалы электр өрісін туғызудың үш шартын орындайды және ротор орамасымен бірігіп электр энергиясын білікті айналдытарын механикалық энергияға айналдырады. Мұндай өзгертудің электр физикалық процесі мына ретпен іске асырылады. Статор фазаларының Ү немесе Δ сұлбалары бойынша жалғанып, үшфазалы электр желісіне қосылады. Олардың әрқайсысында уақыт жағынан бір-бірінен ығысқан синусоидалы айнымалы ток пайда болады, ол айнымалы үш магнит ағынын туғызады. Токтар сияқты уақыт жағынан бір-бірінен ауытқулы айнымалы үш магнит ағынының өзара әрекеттесуінен    50Гц жиілікте   t =  φ/ω  =  (2π/3)/  2π  ƒ  =  (2π/3)   /2π50  = 0,00667  ≈  0,007  секунд өзгермейтін қорытындылаушы толықсушысы магнит өрісін туғызады, ал асинхронды қозғалтқыштың бір фазасының орамында толықсушы магнит ағынының бір жарым еселік амплитудалық мәніне тең болады:

Ф = Ф1m                                       

 

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 жылдамдықпен айналады Статор орамасының айнымалы өрісі, өзінің айналу процесіне синхронды қозғалтқыш роторының орамасын қиып өтіп, электр магниттік индукция заңы бойынша онда ЭҚК индукциялайды:

 

                                      e2 = w2

мұндағы w2 – ртор орамасындағы орам саны қысқа тұйықталған роторлы асинхронды қозғалтқыштардың, егер ротордың орамасы  барылқ кезде тұйықтаулы, онда индукцияланған ЭҚК e2 – нің әсерінен синусоидалы айнымалы ток туындайды. Ол статор орамасы сияқты айнымалы магнит өрісін жасайды. Статор мен ротордың  магнит ағындарының өзара әсерлесуі бір жағындағы секция орамасындағы 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 біріне – бірі қарсы бағытталған. Оның нәтижесінде магнит ағынының симетрясыздығынан секция орамасы жағынан электр  динамикалық күш F  күш әсер етеді, ол  статордың да, ротордың да  орамаларына бірдей дәрежеде әсер ететін электр магнитттік  момент туғызады. Статор қозғалмайтындай етіп орнатылып бекітілген, ал білікке бекітілген ротор айгөлектер арқылы мықтап корпусқа  бекітілгендіктен, ол n2 жылдамдығымен айналысқа түседі. Егер роторды бекітіп статорды босатса, онда айналықа статор түседі. Сонымен статор  орамасына беріогн электр энергиясы магнит энергиясы арқылы ротордың білігін  айналдыратын механикалық   энергияға түрленеді. [31-240б].

 Мұнда  ротордың айналу жылдамдылығынан  ылғи да аз болады. (n2 < n) себебі олардың жылдамдықтары бірдей болған жағдайда ротор орамасының ормдары статор орамасының  магнит өрісін қиып өтпейді де, онда ротордың ЭҚК индукцияланбайды. Ротродың орамасында ток пен магнит өрісі болмайды, демек айналдыру моменті де болмайды. Ротордың айналу жылдамдығы төмендейді, раманың магнит өрісі ротор орамасын қайтадан қиып өте бастайды да ЭҚК, ок, магнит ағыны және айналдыру моменті қайтадан пайда болады, автоматты түрде ротордың ауналу жылдамдығы мен статор орамасының магнит өрісі арасындағы айырмашылықты автоматты түрде ұстап тұрады.  Сөйтіп синхронды электрқозғалтқыштың роторды барлық уақытта статор орамасының магнит өрісімен асинхронды емес, үнемі синхронды айналады. Осыдан келіп, синхронды қозғалтқыш деп аталған. Ротор статор орамасының магнит өрісіне қарама – қарсы бағытта сырғитын сияқты көрінеді. Ротор мен статор орапмасының өрістерінің салыстырмалы айырмасы сырғанау шамасымен S сипатталады.

 

                            S =  

 

мұндағы, n1 – статор орамасы магнит өрісінің айналу жылдамдығы ,  n2  - ротор орамасыныдағы 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): SH = 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 токтың жиілігі f1 мен статор орамасының жұп полюсінің санына Р1 байланысты:

 

                                                   nc =

Жиілігі (f1 = 50Гц) өндірістік токтың статор орамасы магнит өрісінің синхронды айналу жылдамдығының мүмкін болатын жоғарғы шамасы: nс = 60f50/I = 3000 айн/мин. Синхронды қозғалтқыштың статоры орамасының жұп полюстер саны артқан сайын кәдімгі жағдайда бестен көп болмайды, оның синхронды жылдамдығы еселі қатынаста төмендейді: 3000, 1500, 1000, 750, 600 және т.б. айн/мин. Шындығында магнит өрісінің бір полютен екіншісіне ауысу уақыты тұрақты болып қалуы тиіс болғандықтан, полюс санының өсуімен олардың арасы жақындайды, демек екі, жағдай да магнит өрісінің бірінен екіншісіне ауысу уақыты бірдей болуы үшін жылдамдық  та азаюы тиіс. Синхронды қозғалтқыштар роторының айналу жылдамдығы әдетте синхронды жылдамдықпен сырғанау арқылы бойынша өрнектеледі:

 

 

                                   n2 = n1 (1 - S)

 

Көп жағдайда айналу жылдамдығы айн/мин емес, рад/ с-пен жазылады және айналудың бұрыштық жиілігі  ω делінеді. Олар өзара мына теңдік ақылы беріледі:

 

                                          ω =

 

Онда сызуды, статор мен ротор орамалы магнит өрісінің бұрыштық айналуы жиіліктері ω1 және ω2 арқылы көрсетуге болады:

                                        S = 1

ал ротордың бұрыштық айналу жиілгі

 

             ω2 = ω1 (I - S) арқылы  беріледі.

 

Синхронды қозғалтқыштардың техникалық төл – құжаты болады, онда қызу температурасын қалыпты шамадан асырмай, керегінше ұзақ жұмыс істеуге болатын қалыпты өлшемдері келтіріледі. Қозғалтқышта жапсырылған қаңылтырда көрсетілген номинал параметрге: біліктегі механикалық қуат Р2 ротро мен статорды жалғаудың мүмкін болған сұлбалары, сызықтық және фазалық кернеулер мен токтар, біліктің айнымалы n, ПӘК, cosφ және кейбір басқа да қосалқы мәні бар мағұлматтар болады.

 

 

3.2.Синхронды қозғалтқыштың энергетикалық айналуы

 

  Синхронды қозғалтқыш статоры орамасына берілген электр энергиясының білікті айналдыратын механикалық энергияға айналуы, оның машинаның әр түрлі бөлшектерінде шығын болуымен байланысты. Бұл синхронды қозғалтқыштың жұмыс қасиеттерін білуде зор маңызы бар процесс.

Синхронды қозғалтқыштың статоры орамасына берілген электр энергиясының білікті айналдыратын механикалық энергияға айналу сатылары бойынша анық қадалауға, ондағы электр шығындарын білуге мүмкіндік береді. [32-547б].

Үшфазалы синхронды қозғалтқыштың электр  желісінен алған активті қуаттылығы ЭТН курсынан белгілі өрнек бойынша анықталады:    

                                   P1 =

Бұл қуаттың бір бөлігі статор орамасының өткізгіштері арқылы өткенде жұмсалады. Қуаттың бұл шығындары – мыстағы электр шығындары деп аталады:

 

                                    Pm1 = 3 R1,

мұндағы, R1 – статор орамасы фазасындағы Ом кдергілері; I1 –  статор орамасы фазасындағы ток.

Электр қуатының мыстағы шығыны жылуға айналады да, статор орамасын қыздырады. Желіден тұтынылған қуаттың енді бір бөлігі асинхронды қозғалтқыш статорының блаттарында пайда болған айнымалы магнит өрісінің әсерінен болатын құйынды токтар мен гистерезис құбылысына шығындалады. Олар статор болатындағы электр шығындары делініп, мына өрнекпен анықталады:

 

                                       Pс1 = P1 күй + P1ге

Құйынды ток Рқұй  мен гистерезис Pгс шығындары статор теміріндегі магнит индукциясының Вс жиілігінің өзгеруіне тәуелді. Олардың қорытынды мәні мына өрнекпен есептеледі:

                                  Pс1 = p(50)B Gc,

мұндағы P(50) = (1.7 – 4.0);  B = 1.0 Тл және f = 50Гц кезінде статор болатына сортына  және қаңылтырдың қалыңдығына байланысты болатын меншікті шығын; Вс – статор болатндағы есепті индукция, Тл; G – статор массасы, кг.

Статор болатындағы шығын статорды қыздыратын жылу ретінде де көрінеді. Мыстағы шығындар Pm мен статор орамасындағы және ротор болатындағы шығындарды алып тастаған соң қалған қуат – электр магниттік қуат делінеді.                     Pэм = P1 – (Pm1 – Pc1)

Ол магнит өрісі арқылы ауа саңылауы бойынша асинхронды қозғалтқыштың роторының шығынсыз беріледі, ротордың орамасы тұйықталғанда онда және статорда қуаттың бір бөлігі орама өткізгіштерінде Pm(a)2 және ротор болатындағы Pc2 құйынды токтар мен гистерезистен электр шығындары ретінде жұмсалады.