Асинхронды қозғалтқыш негізіндегі электр жетегі

Асинхронды машина негізіндегі электр жетегі электр энергиясын механикалық энергияғ а тү рлендіруді қ амтамасыз ететін ө ндірістік механизмдерде кө п таралғ ан. Осығ ан байланысты оқ улық та басқ ару нысаны ретінде асинхронды қ озғ алтқ ыштың сипаттамаларының электр механикалық есептеулері қ арастырылады, сипаттама есептеулерінің бір тү рі келтірілген.

Қ ысқ а тұ йық талғ ан (3.7-сурет) жә не фазалы роторы бар (3.7-сурет) асинхронды электр қ озғ алтқ ыштары автоматты басқ ару жү йесінің бө ліктері болып табылады. Асинхронды қ озғ алтқ ыш қ озғ алтқ ыштық жә не тежеу режимдерінде жұ мыс істей алады. Қ ысқ а тұ йық талғ ан жә не фазалы роторы бар асинхронды қ озғ алтқ ыштар электр жетегінде тұ рып қ алмай жұ мыс істеу ресурсының кө птігіне, жұ мысындағ ы жоғ ары кө рсеткіштеріне, жақ сы реттеу қ асиеттеріне байланысты кең таралғ ан.

3.10-суретте активті r_m жә не индуктивті x_m кедергілері бар магниттеуші контур шамаларын есепке алғ андағ ы электр қ озғ алтқ ышының бір фазасының орын басу сұ лбасы кө рсетілген.

Орын басу сұ лбасы келесі қ ойылғ ан шарттарда дұ рыс:

а) ротордың келтірілген кедергісі r₂ ^’ жиілікке тә уелді емес;

ә) машинаның магнит жү йесінің қ анығ уы ротордың келтірілген индуктивті кедергісіне x₂ ^’ ә сер етпейді;

б) магниттеуші контур тогы I_m жү ктемеге тә уелді емес, ол тек қ оректендіретін кернеу U шамасымен анық талады;

в) жоғ ары гармоникалық қ ұ раушылардың ә сері есепке алынбайды;

г) ротор тогының сығ ылысу эффектісі есепке алынбайды.

Машинаның ротор тогының мә ні:

(3.7)

мұ нда r₁ жә не x₁ –статор тізбегінің активті жә не индуктивті кедергілері.

Машинаның кез келген сырғ у мә ні S кезінде машинаның тұ тынатын тогы I комплексті пішінде анық талады:

(3.8)

(3.7) арақ атынасынан шық қ андай, ротор тогы I₂^’ оның сырғ уына S тә уелді, яғ ни машинаның айналу жиілігіне тә уелді, ө йткені:

(3.9)

Іске қ осу кезінде сырғ у S = 1 (ағ ындағ ы айналу жиілігінің мә ні w = 0), ал айналу жиілігі w=w₀ идеалды жү ріс жиілігіне тең кезде сырғ у S =0. (3.10) арақ атынасынан анық талғ андай, іске қ осу кезінде ротор тогы максимал мә ніне I_2қ ^’@ (8¸ 10) × I_н жетеді жә не оны шектеу қ ажет.

(3.10)

Ротор тогының жиілігі f_Р желі кернеуінің жиілігі мә ні f_ж кезінде келесі арақ атынас бойынша анық талады:

f_Р = f_ж× · S (3.11)

Іске қ осу кезінде S=1 жә не асинхронды машина кернеу трансформаторы ретінде қ арастырылады, ө йткені f_p= f_ж = 50Гц. Қ озғ алтқ ыштың айналуы ө скен сайын жә не сырғ уы S_н @ 0, 1 мә нінен аспайтын нақ ты сырғ умен S_н жұ мыс істеп тұ рғ анда ротор тогының жиілігі де f_p = 5Гц –ке тө мендейді.

Қ ысқ а тұ йық талу кезіндегі индуктивті кедергіні x_қ =x₁+x₂^’ деп белгілеп алып, машинаның шамалары арқ ылы критикалық сырғ у мә нін аламыз:

(3.12)

Оң таң ба қ озғ алтқ ыш режиміне, теріс таң ба генераторлық режимге сә йкес екенін атап ө тейік. Машина статоры орамасының фаза саны m кезінде қ озғ алтқ ыштық режимдегі жұ мыс кезінде қ озғ алтқ ыштың критикалық иін кү шінің мә ні M_кр.қ келесі формула бойынша анық талады:

(3.13)

Генераторлық режим жұ мысы кезіндегі қ озғ алтқ ыштың критикалық иін кү шінің M_кр.г мә ні:

(3.14)

Бұ л иін кү штер арасындағ ы қ атынасы:

(3.15)

Иін кү штер арақ атынасы мұ ндай: ½ M_кр.г ½ > M_кр.қ . Коэффициентті x келесі формула бойынша анық таймыз:

(3.16)

Ірі машиналарда r₁ @ r₂^’ жә не x @ S_k.

Жоғ арыда кө рсетілген шарттарды есепке ала отырып, қ озғ алтқ ыштың механикалық сипаттамасының тең деуін аламыз:

(3.17)

Коэффициенттің x мә нін есепке алмай, яғ ни статордың активті кедергісін r₁=0 нолге тең деп, қ озғ алтқ ыштың механикалық сипаттамасының қ ысқ артылғ ан тең деуін аламыз. Асинхронды қ озғ алтқ ыштың сипаттамалары 3.10 суретте кө рсетілген.

(3.18)

Жалпы ө неркә сіп ү шін орындалғ ан ү ш фазалы қ ысқ а тұ йық талғ ан электр қ озғ алтқ ыштары ү шін максималды айналу иін кү шінің дү ркін мә ні:

Электр қ озғ алтқ ышының механикалық сипаттамасына желі кернеуінің U ә серін талдай отырып, (3.12)-(3.13) арақ атынастары негізінде критикалық сырғ у S_к кернеу тө мендеген кезде тұ рақ ты болып қ алатынын, ал критикалық иін кү ші M_кр.қ қ оректендіру кернеуінің квадратына пропорционал кемитінін анық таймыз (3.11 сурет).

Желі кернеуі 0, 9× U_н мә ніне дейін тө мендеген кезде, яғ ни U_н мә нінің 10% - ы, критикалық иін кү ші M_кр.қ 19% - ғ а тө мендейді. Қ оректендіру кернеуі тө мендеген кезде, иін кү штің бастапқ ы мә ніне жету ү шін қ озғ алтқ ыш ү лкен ротор токтарымен жұ мыс істеу керек.

Электр қ озғ алтқ ышын жобалау кезінде іске қ осу (S=1) жә не критикалық иін кү штер (S=S_к) мә ні минималды мү мкін кернеу кезінде жұ мысшы машинаның талаптарын қ анағ аттандыруына кө з жеткізу қ ажет.

Ротор тізбегіне енгізілетін активті кедергінің ә серін талдай отырып, (3.12)-(3.13) арақ атынастары негізінде алатынымыз, ротор кедергісі (r₂^’ + R_{қ ос}) кө бейгенде критикалық сырғ у мә ні ө седі, бірақ қ озғ алтқ ыштың критикалық иін кү шінің мә ні M_кр.қ ө згеріссіз қ алады. Механикалық сипаттамалары 3.12 суретте кө рсетілген. Ротор тізбегіне қ осымша кедергілерді енгізу ә дісі машинаны жү ргізіп жіберу ү шін қ олданылады, іске қ осу уақ ытында ротор тізбегіне мә ні ү лкен кедергі R_{қ ос} қ осылады. Машина жү рісінің шамасы бойынша R_{қ ос} мә ні автоматты тү рде айналу жиілігі, ток жә не уақ ыт функциясында азайып ө зіндік сипаттамада ол толық ротор тізбегінен алынып тасталынады. Жү ргізіп жіберу диаграммасы тә уелсіз қ оздырылатын тұ рақ ты ток қ озғ алтқ ышын жү ргізіп жіберу диаграммасына ұ қ сас. Ротор тізбегіне кедергіні R_{қ ос} енгізу кезінде жасанды механикалық сипаттамаларды есептеу ү шін келесі арақ атынас қ олданылады:

(3.13)

мұ нда S_жас жә не S_{ө з} – жасанды жә не ө зіндік сипаттамалардағ ы сырғ у мә ндері.

Арақ атынасты қ олдану ү шін машинаның ө зіндік сипаттамасын білу қ ажет (S_{ө з} нү ктелері жә не r₂ мә ні ^’). (1.19) арақ атынасы бойынша сол нү ктелер ү шін ротор тізбегіне енгізілетін R_{қ ос} мә нін біле отырып, жасанды сипаттамадағ ы сырғ удың S_жас есептеулері жү ргізіледі.

Машинаның белгілі жасанды сипаттамасынан (R_{қ ос1}) басқ а жасанды сипаттамасы (R_{қ ос2}) есептелінеді. Бұ л кезде есептеу арақ атынасы мына тү рде жазылады:

(3.20)

Бұ л арақ атынаста S_жас1 сырғ уы жасанды сипаттамадағ ы қ осымша кедергі R_{қ ос1} мә ніне сә йкес.

Активті - индуктивті кедергіні машинаның ротор тізбегіне енгізу (3.15-сурет) машинаның ө зіндік сипаттамасымен салыстырғ анда іске қ осу иін кү шін тұ рақ ты ұ стап тұ ру ү шін қ олданылады, сырғ удың 1< S< S_к аралық тарында машинаның механикалық сипаттамасы жұ мсақ қ исық пен ұ сынылады. Машинаның критикалық иін кү ші M_кр.қ мен критикалық сырғ у мә ні S_к (3.22)-(3.23) арақ атынастарына сә йкес ө згереді.

Активті жә не индуктивті кедергілерді машинаның статор тізбегіне енгізу (3.15 сурет) машинаның іске қ осу тогының секіруін азайту ү шін қ олданылады, ө йткені тікелей статордағ ы кернеу ток функциясында болады жә не іске қ осу тогы азайғ ан сайын кернеу ө се бастайды жә не U мә ніне жақ ын мә нге дейін кө теріліп, қ алпына келеді. Активті жә не индуктивті кедергілерді машинаның статор тізбегінен шығ ару релелі - тү йіспелі жә не тү йіспесіз сұ лбалармен жү зеге асырылады.

Іске қ осу тогының секіруін тө мендету ү шін статор орамасын жұ лдызшадан ү шбұ рышқ а ауыстыру ұ сынылады. Бұ л жағ дайда іске қ осу тогының секіруі тө мендегенде машинаның іске қ осу иін кү ші ү ш есе азаяды.

(3.21)

Қ ысқ а тұ йық талғ ан жә не фазалы роторы бар қ озғ алтқ ыштың рекуперативті, қ арсы қ осу, динамикалық тежеу режимдері бар. Рекуперация режиміне ө ткен кезде –1< S< 0 (II квадрант) ротор w₀ жылдамдығ ынан ү лкен жылдамдық пен айналады жә не қ озғ алтқ ыштық режиммен салыстырғ анда электр магниттік қ уат ө з таң басын ө згертеді (сырғ у мә ні теріс), яғ ни қ озғ алтқ ыш энергиясын желіге береді.

Рекуперация режимінде реактивті қ уат ө з таң басын сақ тайды, бұ л машинаның айналдырушы магнит ө рісін туғ ызуғ а жұ мсалатын реактивті энергияны желіден рекуперация жә не қ озғ алтқ ыштық режимдерінде тұ тынатынын кө рсетеді.

(3.22)

Мұ ндай режим жү кті тө мен тү сіргенде, сонымен бірге машинаның полюстерінің санын аздан кө пке ауыстыру кеінде орын алады. Механикалық сипаттамалары 1.16 суретте келтірілген. Сипаттама екінші жә не тө ртінші квадранттарда орналасқ ан.

Қ арсы қ осумен тежеу кезінде қ озғ алтқ ыш оның иін кү шіне қ арама-қ арсы жақ қ а айналады, яғ ни машина роторы магнит ө рісінің айналу бағ ытына қ арсы бағ ытта айналады. Аталғ ан режим ротор тізбегіне кедергі енгізумен жү зеге асырылады. Қ арсы қ осумен тежеу режимінің сипаттамасы IV квадрантта, ал қ арама-қ арсы бағ ыттағ ы айналуда II квадрантта орналасқ ан (3.17-сурет).

Динамикалық тежеу режимінде статор орамасы айнымалы ток желісінен ағ ытылады жә не орамағ а ә ртү рлі қ осылу сұ лбасымен (тежеу тиімділігіне байланысты) машинаның қ озғ алмайтын ағ ынын тудыратын тұ рақ ты ток беріледі.

Машина роторы инерциямен айналғ андық тан, онда ток тудыратын ротор тізбегінде э.қ.к – сі индукцияланады. Статор мен ротор ағ ынының ө зара ә рекеттесуі тежеу иін кү шін тудырады. Статор орамасының мү мкін болатын қ осылу тү рлері 3.18 суретте келтірілген.

3.18-сурет.

Қ озғ алтқ ыштың ротор тізбегіне енгізілетін ә ртү рлі кедергілер (R₂> R₁) кезінде машинаның статор тізбегіне беретін екі тұ рақ ты ток I_т1 жә не I_т2 мә ні ү шін механикалық сипаттамасы 3.19 суретте келтірілген. Магниттеуші ток ( I_т2 > I_т1 ) кө бейген сайын тежеу тиімділігі ө се бастайды.