Синхронды қозғалтқыштың электромагниттік моменті

Ротор орамасы мысындағы (алюминийде) шығндар сандық тұрғыдан мына өрнекпен анықталады:

 

                                     Pm2 = m2I R2,

мұндағы m2 – ротор орамасының фазалар саны;  I2 – ротор орамасы фазасының тогы; R2 – ротор орамасы фазасының өткізгіштерінің кедергісі. Жұмысшы сырғанау шегі S < 0,1 болғандықтан ротор болатындағы шығындарды, әдетте елемейді (Pc2 ≈ O). Қажет кезінде оны Pc2 = P(1/50)  Sβ  B Gp өрнегі бойынша есептейді, мұндағы B - ротродағы индукция; Gр – ротор болатының массасы; S – сырғанау; β = (1,2…..1,5) – ротор болатының сортына байланысты дәреже көрсеткіші. Ротор мысындағы (алюминийде) шығынды Pm(А)2 алып тастағаннан кейінгі қуат, синхронды қозғалтқыштың роторы дамытатын механикалық қуат Pмех деп аталады. Сонымен синхронды қозғалтқышт роторы дамытатын механикалық қуат, оағн статор орамасының магнит өрісі берген электр магниттік қуаттан, ротор орамасындағы электр шығындарындай шамаға аз болады.

 

                                 Pmex = Pэм – Pм(А)2

Синхронды қозғалтқыштардың біліктеріндегі механикалық қуат қозғалтқыш роторындағы механикалық қуаттан қосымша шығындар Рқос шамасындай аз болады. Қосымша шығындарға қозғалтқыштың айналатын бөліктерінің ауамен үйкелісіне, айгөлектердің үйкелісіне, шашыраңқылық ағынына, статор мен ротродың тістеріне магнит ағындарының жоғары гармоникасына және басқа да себептерден болатын үстеме шығындар Рү жатады.

Қосымша шығындарды есептеу деңгейінің дәлдігі іс жүзінде аса жоғары емес. Сондықтан олар қозғалтқыштың желіден алған активті қуатының пайыздық қатынас шамасында мөлшерлеп алынады. Қалыпты жүктемеде қосымша шығындар қозғалтқыш тұтынған қуаттың (1,8 – 0,8) % - ін) құрайды:

 

                      Рдоп = Рмех + Рдоб ≈(0,018,.....0,008)Р1

 

Қосымша шығындарды толығырақ есептеу үшін олардың құраушыларын жеке – жеке, ол үшін  Рү = 0,005P деп алып PMEX – ті көрсетілген қисық сызықтар бойынша анықтайды. Сонымен, қозғалтқыш бетіндегі механикалық қуат Р2 қозғалтқыштың желіден тұтынған қуатынан Р1 жоғарыда аталған барлық шығындарды алып тастағандағы айырмасына тең:

 

                                     P2 = P1 – ΣΔP,

                      мұнда, ΣΔP = Pm1 + Pc1 + Pm2 + Py

 

Тиімді пайдаланған қуаттың (біліктегі қуат) синхронды қозғалтқыштың электр желісінен тұтынған активті қуатына қатынасы оның ПӘК – ін  анықтайтындықтан:

                                           

Бұдан синхронды қозғалтқыш білігіндегі механикалық қуат  электр өлшемдері арқылы мына теңдеумен өрнектеледі:

 

                               P2 = P1ή =

 

Синхронды қозғалтқыштың электромагниттік моменті. Синхронды қозғалтқыш білігіндегі электромагниттік моменті механикадан белгілі,  мына өрнек арқылы Ньютонмен анықталады.

                                        M2 =

мұндғы   ω2 = - ротордың бұрыштық айналу жиілігі, рад/с; Р2 – біліктегі қуат, Ватт.

ω2 - ні арқылы алмастырып, синхронды қозғалтқыш білігіндегі моментті сырғанау функциясы түрінде аламыз:

                                      M2 =

мұндағы ω1 – статор орамасының магнит өрісінің  синхронды бұрыштық айналу жиілігі. Теңдеу асинхронды қозғалтқыш білігіндегі моменттің өзгеру сипаты туралы толық мағұлмат бермейді, себебі сырғанаудың өзгеруімен бір  уақытта оның қуаты да өзгереді. Онымен қоса, жүргізіп жіберу кезінде, S = 1,0 кезінде теңдеуі анықталмаушылыққа келтіреді:

 

                                        M =

Синхронды қозғалтқыштың жұмыс қасиеттерін зерттеу үшін момент теңдеуін бір айнымалысы бар функцияға, мысалы жылдамдыққа  немесе сырғанауға келтіру керек. Электр магниттік моментті электр магниттік қуат пен қозғалтқыш статоры орамасының магнит өрісінің бұрыштық айналу жиілігі арқылы көрсетіліп, мынаны аламыз:

                                         Mэм =

 

мұндағы

                                     Рэм = m2I

Синхронды қозғалтқыш роторы орамасының Омдық кедергісі R2 иен тогы I2 эквивалентті электр сұлбасы өлшемдері арқылы....

 

                  I2 = I = [I =cI ] = c I

 

 

              R2 = R = ,

 

болғандықтан,  онда

 

       Pэм = m2c2 * (I )2 * = m1 (I )2

I тогын Ом заңы бойынша жазып Г  тәрізді орнын басу сұлбасы:

 

 

                                I

 

оны – теңдеуге қою арқылы, синхронды қозғалтқышты эквивалентті электр сұлбасы арқылы электр магниттік қуаттың түбегейлі өрнегін аламыз:

 

                          Рэм  =

 

Сонда синхронды қозғалтқыштың іздеген электр магниттік теңдеуі 2.122 сырғанау S функциясында қалған басқа өлшемдері тұрақты болғанда, былай жазылады:

 

                         Мэм =

Іс жүзінде асинхронды қозғалтқыш білігіндегі моменттің М2 электр моментінен Мэм айырмасы аз, себебі:

 

                                              М2 = Мэм – М0

мұндағы М0 – бос жүріс кедергісінің моменті, олар айгөлектегі механикалық үйкелістен, сондай – ақ  статор мен ротор тістеріндей магнит өрістерінің соғуынан құралады. Көп жағдайда оларды М2 ≈ Ммэ = M деп санап ескермеуге болады. Теңдеуі бойынша тұрғызылған M = f(S) қисығы көрсетілген. Одан сихронды қозғалтқыш  моментінің  сырғануына байланысты. Өзгеру сипаты күрделі екенін көреміз. Сырғанаудың көбеюіне қарай жүктеменің артуына сәйкес , біліктегі момент шырқау шегі мәніне дейін артады. Ммах –да 2 нүктесіне дәл келеді. Сырғудың (жүктеменің) одан ары  ұлғаюында момент азая бастайды, ол 3нүктесіне дәл келеді.

Жалпы қолданыстағы синхронды қозғалтқыштың ауыспалы кезеңдегі сырғанау S = 0.3 – 0.1 және оның мәні  қозғалтқыштың қуаттылығы неғұрлым жоғары болса, соғұрым төмен (аз) болады. Сол сияқты, тек кері ретпен, синхронды қозғалтқышты жұмысқа  қосқанда, моменті өзгереді, демек сырғанау азайса момент  шырқау шегіне  дейін өседі, сосын азаяды да, жүктеусіз жұмыс моментіне тең момент нөлдік моментке дейін жақындайды. Синхронды қозғалтқыш қалыпты жұмыс тәртібі кезінде қалыпты SH сырғанауына сәйкес келетін қалыпты МН момент дамытады. Жаппай қолданымдағы синхронды қозғалтқыштар үшін жүргізу моменті мен қалыпты МН моменті арасындағы қатынас жүргізу қосу моментінің еселілігі mn делінеді де, мына аралықта болады:

 

Mж = шырқау шегіндегі моменттің қалыпты  моментке қатынасы синхронды қозғалтқыштың артық жүктемелеу қабілеті  mk делінеді: 

mk = бұл синхронды қозғалтқыштың жағымды қасиеті делінеді. Жүргізу тобының In қалыпты токқа IH қатынасын жұмысқа қосу тогының еселігі  in  дейді, ол мына аралықта болады:

 

in   = Жүргізу қосу тогының  көп болуы, синхронды қозғалтқыштардың елеулі кемшілігі.

Синхронды электр қозғалтқыштың жұмысшы диапозонындағы механикалық сипаттамасы салыстырмалы түрде “қатаң” сипаттама, демек жұмыс істеу өрісінде оның білігіндегі жүктеменің өзгертуіне қарай айналу жылдамдығы айтарлықтай өзгермейді. Сондықтан синхронды қозғалтқыштар, негізінен, механизмдер мен машиналарды жүргізуге қолданады, мұнда айналу жылдамдығы шамамен тұрақты түрде ұстп тұру талап етіледі. Бұл туралы “электр жетек” курсында толығырақ қаралады.

Инженерлік тәжірбиеде синхрондық қозғалтқыштың жылдамдық сипаттамасын жиі қолданады, онда моменттің сырғанауына емес, ротор білігінің айналу жылдамдығына қарайды,  демек n2 = f`(M) ол қозғалтқыштың айналдырғыш моментінің сипаттамасының  өзгеруін білік айналуының функциясы ретінде айқын мағұлмат береді. Mn – жұмысқа қосу моменттері n =0; Mkp = Mmax қозғалтқыш дамытатын моментінің шарықтау шегі (ауысу шегі); МН – қалыпты момент; nH – қалыпты айналу жылдамдығы, ол қозғалтқыштың қалыпты жүктемеленуіне сәйкес келеді; nxx – бос жүріс айналу жылдамдығы; nc – асинхронды қозғалтқыштың магнит өрісінің синхронды айналу жылдамдығы. [33-140б].

Синхронды қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамасы. Синхронды қозғалтқыштың  жұмыстық сипаттамасы дегенде, желідегі кернеу U1  және оның жиілігі тұрақты болғанда оның білігінде тұтынатын токтың активті қуаттың Р1 моментінің М шарықтауын, ротор білігінің айналу жылдамдығы n2, сырғудың S, ПӘК (η) мен cosφ – тің , жұмысшы диапазонда жүктеменің өзгеруін Р2 айтады:

I1,P1, M,n2,S,η,cosφ = f (P2),U1 = cosφ мен f1 = const болғанда.

Синхронды қозғалтқыштың жұмысшы сипаттамасын, инженерлік тәжірибеде жеткілікті дәлдікпен, эквивалентті алмастыра электр сұлбасы арқылы олардың өлшемдері белгілі болса, айтылған әдістеме бойынша, есептеу жолымен  анықтауға болады. Сырғанаудың мына шектегі S = (0,2…..1,2)SH  бірнеше мәндерін алып,тең аралық ΔS арқылы есептеу мына ретпен жүргізіледі. Синхронды қозғалтқыштың орнын басудың эквивалентті электр сұлбасынан Ом заңы бойынша желіден тұтанатын токты I1 анықтайды:

                                       I1 =  

мұндағы U1 = U1Ij0 – асинхронды қозғалтқыштың қалып сызықтық кернеуінің кешені (бастапқы фазалық бұрышы шартты түрде нөлге тең Ψ1 = 0 алынған I1  мен φ – дің алынған) мәнінен қозғалтқыштың желіден тұтынған активті электр қуаты Р1 есептеп шығарылады.

 

                                     P1 =

 

Қозғалтқыш білігінде дамитын қуат Р2 = P1 – ΣPTM анықтау үшін, барлық үшін, барлық шығын қосындысын ΣP анықтау қажет. Ол үшін синхронды қозғалтқыштың синхронды  жүктеусіз жұмыс кезінде тұтынған магниттену тогын I0 және ротор орамасының келтірілген тогын I2 алдын ала есептеу алу керек:

                                      I0 =

 

         мұндағы Z0 = Z1 +Z = (R1+Rcm) + j (x1 + xM) = Z0e-jφ0

орамасына келтірілген ротордағы ток алып анықталады.

 

                                I2 = I0 – I1 = I

содан кейін қозғалтқыштағы электр шығынын есептейді. Статор орамасының мысындағы электр  шығыны: PM1 = m1I ротор орамасының  мысындағы алюминий электр шығындары:\

 

                           PM(A)2 = m2I

 

статор болаттарындағы электр шығындары:

 

                                    Pc1 = m1I

 

Ротор болатындағы электр шығындарын жұмысшы жүктемесі кезінде ротор болатынын аса магниттену жиілігінің аздығы үшін Рс2 ≈ 0

деп қабылдап оны елемеуге болады, үстеме Рү және механикалық Рмех шығындары біріктіріп Рқос қосымша шығын деп алуға болады:

 

Рқос ≈ Рмех + Рү ≈ (0,018....0,008)Р1

 

Синхронды қозғалтқыштың барлық шығыны:

 

ΣР = Pм1 + Рм(а)2 + Рс1 + Рү    

қозғалтқыш білігіндегі механикалық қуат

 

Р2 = Р1 – ΣР

Синхронды қозғалтқыштың ПЭК – і

 

η =

Синхронды қозғалтқыш роторының айналу жылдамдығы айн. мин (2.10) n2 = n1 (1-s) немесе рад/с.

 

ω2 =

Синхронды қозғалтқыштың білігіндегі айналдыру моменті.

 

М2 =

Алынған мағұлматтар бойынша  жұмыс сипаттамасы тұрғызылады.

I1/I1H ,P1/ I1H , M2/M2H  ,  η және cosφ біліктегі қуаттың Р2 функциясында, қатынастық бірлікте:

 

                                         P2.o.e =

Жұмысшы сипаттамасын талдауға ыңғайлы болу үшін η пен cosφ деп басқа барлық өлшемдері қалыпты мәндеріне тең базистік шамада салыстырмалы бірлікпен алады.

Қысқа тұйықталған шығын қуатты  асинхронды қозғалтқыштың жинақта жұмысшы сипаттамасы көрсетілген.

Жұмысшы сипаттамасын талдау мынадай жинақтаған қорытынды жасауға мүмкіндік  береді. Синхронды қозғалтқыштың білігіндегі жүктеме жүктемесіз жүктемесіз жұмыстан қалыпты жұмысқа дейінгі аралыққа өзгерсе:

• айналу жылдамдығы n2 тұрақты дәрлік шамада қалады;
• моменттің М ұлғаюы түзу сызыққа жуық;
• біліктеме жүктеме түспеген кезде (жүктемесіз жұмыс) қозғалтқыш тұтынатын ток I1 бір қалыпты мәнінің (35-40%) құрайды: I1хх = (0,35 – 0,4)IН;
• ПӘК (η) , біліктегі жүктеме 50% жеткенде, шырқау шегіне дейін жетіп тез өседі және іс жүзінде одан ары өзгермейді;
• қуат коэффициенті cosφxx = 0.1 – деп бастап, қалыпты  жүктелген кезде аздап өзгереді;
• сырғанау S жүзінде түзу сызықпен өседі;
• қалыпты сырғанау SH шамасы қозғалтқыштың қатуына тәуелді өзгереді және SH = 0,0 – 0,01 шегінде ауытқиды.

Сырғанау шамасы қозғалтқыштың қуаттылығының өсу ретіне қарай көрсетілген. Эксплуатациялаушылардың назарды аударуды керек ететін өзіндік ерекшеліктерге  жүктеме болмағанның өзінде анық тұтыну тогының үлкен болкы ескеріледі. Қуаты аз қозғалтқыштарды бос жүріс тогы қалыпты токтың (4 - 45% - ына) жетуі Iхх = (0,4 – 0,5)IH, ал қуат коэффициенті өте төмен. Сондықтан синхронды қозғалтқыш қалыпты жүктемемен пайдалануы керек, сонда cosφ – дің η- ге   көбейтіндісі шырқау шегінде болады. Үшфазалы синхронды қозғалтқыштардың айналуы бағытын өзгерту статор орамасының кез келген екі фазасын желіге ауыстырып қосу арқылы атқаруға болады (екі фазаны ауыстыру).