1.3.4. Синхронды қозғалтқыштарды жұмысқа қосу тәсілдері.

Синхронды қозғалтқыштарды кеңінен пайдалануға кедергі болатын, оның асинхронды қозғалтқыштарға қарағанда қымбаттылығына қоса оны жұмысқа қосу қиындығы. Қозғалтқышты тікелей өнеркәсіптік жиіліктегі желіге қосқанда, ол айналмайды, себебі электрмагниттік момент жарты период уақыт ішінде, ол ƒ=50Г жиілігіне тура келеді. t=Т/2=1/2ƒ=1/2Һ50=0,01 секунд, оның инерттілігінен роторды синхронды айналымға келтіре алмайды. 0,01 секунттан кейін электромагниттік момент, өзінің айналу бағытын өзгертеді. Ротор дірілдеп, өзорнында қалады. Синхронды қоғалтқыштың роторы айналу үшін, басқа қозғалтқыштың күшімен синхрондыға жақын айналымға келтіріп алады, содан кейін, бұл қозғалтқышты желіге қосады. Сонымен синхронды қозғалтқышты жұмысқа қосу үшін оның роторын айналдыра алатын басқа бір қозғалтқышпен айналдырып, синхронды айналымға жақындатып алу керек. Жұмысқа қосу қондырғысы күрделеді, қуаттылығы төмен және орташа қозғалтқыштар экономикалық тұрғыдан өзін ақтамайды. Мұндай жағдайдан шығу жолы жаңаланған роторлы синхронды қозғалтқыштарды қолдану,олардың жұмысқа қосуға арналған, қысқа тұйықталған орамасы болады, ол полюс өзегінің жабық ойығына орналасады. Ондай қозғалтқыштарға асинхронды жұмысқа қосу қолданылады. Қоздыру орамасы, кедергісі омдық кедергіден (10...15) есе артық резисторға тұйықталады. Синхронды қозғалтқыш содан кейін, үшфазалы желіге қосылады және айналу синхрондылыққа жақындағанда резистор қоздыру орамасынан ажыратылады да оған ЭҚК тұрақты көзден кернеу беріледі. Ротор тұрақты электрмагнитке айналады да автоматты түрде синхрондылыққа тартылады. Үшфазалы синхронды қозғалтқыштың айналу бағытын өзгерту асинхрондікі сияқты статор орамасына автотрансформатор немесе реактор арқылы берілетін кернеуді азайтады.

1.4 Асинхронды қозғалтқыштар

Асинхронды машинелер айнымалы ток машинелеріне жатады және олардың жалпы өндірістік орындалуы асинхронды қозғалтқыш түрінде жасалады. Асинхронды машинелер электротехникалық құрылысы бойынша энергияны түрлендіргіш болып табылады, асинхронды генератор ретінде қосымша конструкциялық және сұлбалық өзгеріс кіргізбей жұмыс істей алмайды. Асинхронды қозғалтқышты ойлап тапқан орыс инженері М.О. Доливо-Добровельский болып саналады. (№ 51083 1889 жыл герман потенті).

1.4.1. Асинхронды қозғалтқыштардың арналымы. Асинхронды қозғалтқыштар құрлысының қарапайымдылығы мен жұмысының сенімділігі арқасында адамзат тіршілігінде, иінді біліктерді айналдыруға механикалық энергияны керекететін қызметтердің бәрінде кеңінен пайдаланылып келеді.

1.20-сурет. Қысқа тұйықталған роторлы асинхронды қозғалтқыш: а – орамасы бар статор; в – орамасы бар ротор; с – айгөлек қалқаны; d - желдеткіш

Ауылшаруашылығында шаңды орта мен химиялық зиянды орталарда жұмыс жасай алатын бірден-бір электр қозғалтқыш осы асинхронды мәшине ғана. Асинхронды қозғалтқыштарды, үшфазалы және бір фазалы электр желілеріне қосу үшін үшфазалы немесе бір фазалы етіп жасайды. Үшфазалы асинхронды қозғалтқыштар роторларының орамаларының түрлеріне қарай, фазалық немесе қысқа тұйықталған роторлары асинхронды қозғалтқыштар деп бөледі. Ауылшаруашылығында, негізінде механикалық энергияның ең арзан әрі сенімді көзі ретінде қысқа тұйықталған роторлы асинхронды электроқозғалтқыштар қолданылады.

1.4.2. Асинхронды қозғалтқыштардың электр энергиясын механикалық энергияға түрлендірудің электрофизикалық процессі. Асинхронды қозғалтқыш электр энергиясын механикалық энергияға айналдыру үшін статор орамасында білікті 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 кеңестікке геометриялық біріне бірі қиғаш орналасуы;

• орамалардағы тоқтар, уақыт жағынан бірі-бірінен ығысқан болуы;

Сонымен айнымалы магнит өрісін туғызуы үшін статордың орамалары аумақтық (геометриялық) ығыса орналасуы, ал ондағы тоқтар уақыт жағынан бір-бірінен ығысуы болуы тиіс. Үш фазалы асинхронды электр қозғалтқыш статорының орамасы үшфазалы электр желісіне қосылғанда айнымалы электр өрісін туғызудың үш шартын орындайды және ротор орамасымен бірігіп электр энергиясын білікті айналдыратын механикалық энергияға айналдырады. Мұндай өзгертудің электрфизикалық процессі мына ретпен іске асырылады. Статор фазаларының Y немесе Δ сұлбалары бойынша жалғанып үш фазалы электр желісіне қосылады. Олардың әрқайсында уақыт жағынан бір-бірінен ығысқан синусойдалы айнымалы тоқ пайда болады, ол айнымалы үш магнит ағынын туғызады. Тоқтар сияқты уақыт жағына бір-бірінен ауытқулы айнымалы үш магнит ағынының өзара әрекеттесуінен 50Гц жилікте t =φ/ω =(2/3)/ 2 ƒ = (2/3) /250 = 0,006670,007 секунд өзгермейтін қорытындылаушы толықсушысы магнит өрісін туғызады, ал асинхронды қозғалтқыштың бір фазасының орамында толықсушы магнит ағынының біржарым еселік амплитудалық мәніне тең болады:

Ф =Ф_1m (1.18)

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 жылдамдық пен айналады. Статор орамасының айналмалы магнит өрісі, өзінің айналу процессіне асинхронды қозғалтқыш роторының орамасын қиып өтіп, электрмагниттік индукция заңы бойынша онда ЭҚК индукциялайды:

е₂ =-w₂ (1.19)

мұндағы w₂ –ротор орамасындағы орам саны. қысқа тұйықталған роторлы асинхронды қозғалтқыштардың, егер ротордың орамасы барлық кезде тұйықтаулы, онда индукцияланған ЭҚК е₂-нің әсерінен синусойдалы айнымалы тоқ туындайды. Ол статор орамасы сияқты айнымалы магнит өрісін жасайды. Статор мен ротордың магнит ағындарының өзара әсерлесуі бір жағындағы секция орамасында 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 бір-біріне қарсы бағытталған. Осының нәтижесінде магнит ағынының симметриясыздығынан секция орамасы жағынан электрдинамикалық күш F күш әсер етеді, ол статордың да ротордың да орамаларына бірдей дәрежеде әсер ететін электрмагниттік момент туғызады. Статор қозғалмайтындай етіп орнатылып бекітілген, ал білікке бекітілген ротор айгөлектер арқылы мықтап корпусқа бекітілгендіктен, ол n ₂ жылдамдығымен айналысқа түседі. Егер роторды бекітіп статорды босатса, онда айналысқа статор түседі. Сонымен статор орамасына берілген электр энергиясы магнит энергиясы арқылы ротордың білігін айналдыратын механикалық энергияға түрленеді. Мұнда ротордың айналу жылдамдығынан ылғи да аз болады. (n₂ < n) себебі олардың жылдамдықтары бірдей болған жағдайда ротор орамасының орамдары статор орамасының магнит өрісін қиып өтпейді де, онда ротордың ЭҚК индукцияланбайды. Ротордың орамасында тоқ пен магнит өрісі болмайды, демек, айналдыру моменті де болмайды. Ротордың айналу жылдамдығы төмендейді, ораманың магнит өрісі ротор орамасын қайтадан қиып өте бастайды да ЭҚК, тоқ, магнит ағыны және айналдыру моменті қайтадан пайда болады, автоматты түрде ротордың айналу жылдамдығы мен статор орамасының магнит өрісі арасындағы айырмашылықты автоматты түрде ұстап тұрады. Сөйтіп асинхронды электрқозғалтқыштың роторы барлық уақытта статор орамасының магнит өрісімен синхронды емес, үнемі асинхронды айналады. Осыдан, асинхронды қозғалтқыш деп аталған. Ратор статор орамасының магнит өрісіне қарама-қарсы бағытта сырғитын сияқты көрінеді. Ротор мен статор орамасы өрістерінің салыстырмалы айырмасы сырғанау шамасымен S сипаталады.

(1.20)

Мұдағы n₁ статор орамасы магнит өрісінің айналу жылдамдығы n₂ – ротор орамасындағы магнит өрісінің айналу жылдамдығы; n₁- n₂ – сырғанау жылдамдығы.

Әдетте жылдамдық n₁-ді, ал n_с синхронды айналу жылдамдығы делінеді. Қалыпты жұмыс жағдайында асинхронды қозғалтқыштың сырғанауы аса жоғары емес, синхронды жылдамдықтың (2…6)% дай: S_н= 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 тоқтың жиілігі ƒ₁ мен статор орамасының жұп полюсының санына Р₁ байланысты:

(1.21)

1.21-сурет. Асинхронды қозғалтқыштың айнымалы электр магниттік моменті пайда болуының дерексіз көрінісі: а – статор (1) мен ротор (2) орамаларының магнит өрістері;

в – асинхронды қозғалтқыш магнит өрісінің «қорытындылаушың.

Жиілігі (ƒ_{1 =} 50Гц) өндірістік тоқтың сатор орамасы магнит өрісінің синхронды айналу жылдамдығының мүмкін болатын жоғарғы шамасы: n_с=60ƒ50/І=3000 айн/мин. Асинхронды 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 полюстен екіншісіне ауысу уақыты тұрақты болып қалуы тиіс болғандықтан, полюс санының өсуімен олардың арасы жақындайды, демек екі жағдайда да магнит өрісінің бірінен екіншісіне ауысу уақыты бірдей болу үшін жылдамдық та азаюы тиіс. Асинхронды қозғалтқыштар роторының айналу жылдамдығы әдетте синхронды жылдамдық пен сырғанау арқылы (1.20) бойынша өрнектеледі.:

n₂ =n₁ (1−S) (1.22)

Көпжағдайда айналу жылдамдығы айн/мин емес, рад/с пен жазылады және айналудың бұрыштық жиілігі ω делінеді. Олар озара мына теңдік арқылы беріледі:

(1.23)

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

(1.24)

ал ротордың бұрыштық айналу жиілігін

ω₂=ω₁(І−S) (1.25)

арқылы.

Асинхронды қозалтқыштардың техникалық төлқұжаты болады, онда қызу температурасын қалыпты шамадан асырмай, керегінше ұзақ жұмыс істеуге болатын қалыпты өлшемдері келтіріледі. Қозғалтқышта жапсырылған қаңылтырда көрсетілген номиналь параметрге: біліктегі механикалық қуат Р₂ ротор мен статорды жалғаудың мүмкін болған сұлбалары, сызықтық және фазалық кернеулер мен тоқтар, біліктің айналымы n‚ ПЭК, cоsφ және кейбір басқа да қосалқы мәні бар мағлұматтар болады.