Файл: 11. Туелсіз оздырудаы траты тотаы озалтыштарды магнит аынын згерту кезіндегі жасанды электромеханикалы жне механикалы сипаттамалары.docx

I0

-I2’

₂




I2’

I1




-j₁₂₌ I2’r₂

₂






E2’=-j₁₀

E2’=-j₁₀







jI2’x₂’

5.13 Сурет. Орын басу сұлбасы (а) және векторлық диаграммалар; б) идеал бос жүріс режимі (сырғу S=0); в) қозғалтқыштық режим (S>0); г) рекуперативті тежелу режимі (S<0).
Генераторлық режимде бұрыштық жылдамдық артқан кезде ротор тогының жиіліг артады. Бұл кезде қуат коэффициенті азаяды, нәтижесінде энергияны торапқа рекуперациялау кезінде қуат шығыны артады. сырғу кезінде шамасы (5.1) өрнегіне сәйкес болатын ток максимум мәніне жетеді. Осыған сәйкес ротор тізбегінде таза реактивті ток ағады, ал торапқа берілетін қуат динамикалық тежелуге сәйкес нөлге теңеседі.

Тежелу процессінде ротор тогы жиілігінің ары қарай артуы (қозғалтқыш жылдамдығы) қозғалтқыш тораптан электр энергиясына түрленетін механикалық энергиямен бірге қозғалтқыштың қызуына жұмсалатын қосымша энергияны тұтынады. Бұл режим қарама – қарсы қосу тежелу режиміне ұқсас. Үлкен қуатты қозғалтқыштар үшін мәні мәнінен артық және үлкен мәнге ие болады. Сондықтан бұл режим тек жылдамдық жылдамдығынан барынша артқан жағдайда ғана мүмкін болады.

Рекуперативті тежелу режимінде кезінде қисығында максимумның болуы критикалық моменттің қозғалтқыштық режим кезіндегі критикалық моменттен артық болуына әкеледі. Мұның себебі статор орамының активті кедергісіндегі қуат шығыны. Қозғалтқыштық режимде бұл шығындар тораптан тұтынылатын қуат есебінен жабылады, ал генераторлық режимде - өндірістік механизм жағынан берілетін механикалық қуат есебінен ескеріледі. Егер статор орамының активті кедергісін ескермеген жағдайда екі режим үшін де критикалық момент мәндері теңеседі.

---

Энергияның торапқа берілуімен жүретін тежелу көтеру – транспорттық қондырғыларында қолданылады, мысалы ауыр жүкті түсіру кезінде. Жүк тудыратын момент әсерінен қозғалтқыш жылдамдығы мәнінен арта түседі. Қозғалтқыш рекуперативті тежелу режиміне өтеді, ал оның моменті тежеу моментіне айналады. Тепе – теңдік күйіне төртінші ширекте орналасқан қозғалтқыштың механикалық сипаттамасы (5.15-сурет) мен статикалық момент сызығының қыйылысу нүктесіне (w=-wc) сәйкес келеді.

Қалыпты тежелмелі төмен түсіруді қамтамасыз ету үшін стстикалық момент генераторлық режимде қозғалтқыштың критикалық моментінен аспауы қажет.

Осылайша торап кернеуінің тұрақты жиілігі кезінде рекуперативті тежелу режимі тек жылдамдық болғанда активті кедергі моменті кезінде ғана мүмкін болады.

S,




Рекуперативті тежелу




Қозғалтқыштық режим

“Көтеру”




Sк.г




_







Sк.д




Мс

Мкр.г




Мкр.д

Мкр.г

М

-М




–




_c






Қозғалтқыштық режим

“Түсіру”

Рекуперативті тежелу





5.14 Сурет. Асинхронды қозғалтқыштың рекуперативті тежелу режиміндегі механикалық сипаттамалары
Реактивті моментті кедергілі механизмдер үшін рекуперативті тежелу тек полюстер жұбы санын ауыстырып қосуға болатын қозғалтқыштар үшін ғана мүмкін болады. Бұл жағдайда қозғалтқышты жоғары жылдамдықтан төменгі жылдамдыққа ауыстырып қосқанда қозғалтқыш жылдамдығы бос жүріс жылдамдығынан артық болады, сөйтіп рекуперативті тежелу режиміне өтеді.

Жиілікті – реттелетін электр жетегі үшін рекуперативті тежелу режимін кез – келген жылдамдықта реактивті моментті кедергілі механизмдер үшін де, сондай – ақ активті моментті кедергілі механизмдер үшін де жүзеге асыруға болады. Ол үшін тек болатындай қоректендіру кернеуі жиілігін азайту қажет.

15.Тізбектей қоздырудағы тұрақты тоқтағы қозғалтқыштардың жасанды электромеханикалық және механикалық сипаттамалары.

Мұндай қозғалтқыштың қоздырғыш орамы зәкірмен тізбектей қосылған, бұл келесі схемада көрсетілген

 



 

8.1 Cурет – Тізбектей қоздырылатын тұрақты тоқ қозғалтқышының сұлбасы

 

Электромеханикалық мінездеме теңдеуі

 

(8.1)

мұндағы -  зәкір кедергісі мен қоздырғыш орамынан тұратын қозғалтқыш тізбегінің жалпы кедергісі. Әлбетте, зәкір тоғы мен қоздырғыш тоғы бір болғандықтан, салмақ  өзгерісінде ол да өзгереді,қоздырғыш  магнитті ағымы өзгереді, сонымен қатар Ф магниттік ағымы зәкір тоғының функциясы болып табылады.

Ф=f(I) тоғынан қоздырғыштың магнит ағымының тәуелділігі қисық магниттендірілу деп аталады (келесі суретте көрсетілген).

 



 

8.2 Cурет – Магниттелу қисығы

 

Магниттік тізбектегі магниттік қанығудың әсерінен Ф=f(I) тәуелділігі сызықсыз. Сызықсыздық себебінен Ф=f(I) тәуелділігінің нақты аналитикалық мәні анықталмайды.

Зәкір тоғына магнит ағымы пропорционалды, яғни  .

Мұнда қозғалтқыш сәтін былай жазуға болады.

 

(8.2)

 

Онда электромеханикалық мінездеме теңдеуі былай жазылады

 

(8.3)

 

   екенін ескере отыра механикалық мінездеменің теңдеуін аламыз

 

(8.4)

 

Бұл теңдеулер анализінен қорытынды – электромеханикалық және механикалық мінездемелер бір -бірімен гиперболалық тәуелділік құрады. Бұл теңдеулермен қодануға болмайды,себебі қанықпаған магнитті жүйесі бар машиналар құрылмайды. Шынымен де механикалық мінездемелер қисықтан айырмашылықтар бар, механикалық мінездемелер құрылымын графоаналитикалық тәсілдермен жасалады.

Каталогтарда табиғи электромеханикалық және механикалық мінездемелер былай көрсетіледі n=f(I), M=  (I). Бұл мінездемелер шартты түрде де енгізілген.

 
16.Тізбектей қоздырудағы тұрақты тоқтағы қозғалтқыштардың қоздыру орамасын шунттаған кездегі жасанды электромеханикалық және механикалық сипаттамалары.
Ротор — қозғалтқыштың айналмалы бөлігі. Ол қысқаша тұйықталған және фазалық бола алады. Қысқаша тұйықталған роторлы қозғалтқыштарда орама шеттерінен тұйықталған мыс немесе құйылған алюминий стержендер түрінде жасалған (4.1,б,в-сурет).

 

Смотреть

Фазалық роторлы қозғалтқыштарда соңғысының фазалық орамалары болады (4.2,а,б-сурет). Олар статор орамасының түріне байланысты болады және фазаларының саны да сонша болады. Орамалары «жұлдызша» жалғанады, яғни шығыстары бір нүктеге жалғанған, ал бастары білікке бекітілген мыс сақиналарға жалғанады. Мұндай қозғалтқыштарда роторлық орамалы реостатпен іске қосу кезінде тізбектей жалғауға немесе оны жұмыс істеп тұрғанда қысқаша тұйықтауға мүмкіндік беретін құрал болады.

 



4.2-сурет. Фазалық роторлы асинхронды қозғалтқыш: а — жалпы түрі;

б — қозғалтқыштың контактілі сақиналы роторы

 

Құйынды токтарға шығындарды азайту үшін асинхронды қозғалтқыштардың статорлары мен роторы жеке бір-бірінен оқшауланған, қалыңдығы 0,5мм электротехникалық болаттан қаңылтырлардан жасалған.

 

Егер қозғалтқыштың статорлық орамаларын үшфазалы айнымалы ток желісіне қосса, онда статордың ішінде айнымалы магнит өрісі пайда болады. Бұл өріс бір уақытта статор мен ротордың орамаларын қиып өтеді. Статорлық орамаларда орамның ток күшін анықтайтын теріс ЭҚК-тері индукцияланады.

 

Роторлық орамаларда ЭҚК индукцияланады, оның әсерінен орамаларда токтар өтеді. Ол токтар статордың құйынды айнымалы магнит өрісімен әсерлесіп айналу моментін тудырады, осының нәтижесінде ротор статордың өрісінің айналу жағына қарай айнала бастайды.

 

Демек, ротор айналғанда оның айналу жиілігі статор өрісінің айналу жиілігінен аз болу керек. Осыдан қозғалтқыш асинхронды деген (біруақыттылы емес) деген атқа ие болды. Статордың өрісінің айналу жиілігі п мен ротордың айналу жиілігінің п₁айырмашылығы s сырғанау деп аталатын шамамен сипатталады:

 

        (4.2)

 

Асинхронды қозғалтқыш үшін сырғанау бірден нөлге жақын шамаға дейін өзгереді.

Қозғалтқышты іске қосқанда, ротор қозғалмай тұрғанда (s=1), ротор орамасының айналатын магнит өрісімен қиылысу жиілігі ең үлкен болады. Ротордың орамаларында үлкен ток күшін әкелетін ең үлкен ЭҚК-тері индукцияланады. Ротор орамаларының токтары өзінің айнымалы магнит өрісін тудырады, ол өріс статорды айналдыратын магнит өрісіне қарсы бағытталады және оны азайтады. Нәтижесінде теріс ЭҚК-і азаяды, ал статор орамаларындағы ток артады. Іске қосу тогы номинал токтан 4-7 есе артық болады.
Қысқаша тұйықталған роторлы қозғалтқыштардың роторының айналу жиілігі полюстар жұбын ауыстырып қосу арқылы немесе кернеудің шамасын өзгерту арқылы реттеледі.

Фазалық роторлы қозғалтқыштың айналу жиілігі ротордың орамасына қосылған реостатпен реттеледі. Реостаттың кедергісін өзгерту арқылы ротордағы ток күшін өзгертеді, бұл кезде ротордың өрісі өзгереді, сонымен қатар ротордың және статордың өрістерінің әсерлесу күші өзгереді. Демек, сырғанаудың шамасы өзгереді.

 

4.2. Синхронды машиналар

 

Синхронды машиналар көбінесе генератор ретінде пайдаланылады. Синхронды электр қозғалтқыштары асинхронды қозғалтқыштарға қарағанда сирек қолданылады, оларды тек берілген қуат пен  жұмыс режимінде тиімді болғанда ғана қолданылады.

Машинаның роторының жылдамдығы статордың орамасындағы ток тудыратын айнымалы магнит ағынының жылдамдығымен бірдей болады, яғни ротордың айналуы және магнит ағынының өзгеруі синхронды болады, сол себепті бұл машинаны синхронды теп атайды.

Синхронды машинаның құрылысы.

Синхронды машина асинхронды машина сияқты қозғалмайтын статордан және қозғалатын ротордан тұрады. Статордың үшфазалы асихронды қозғалтқыштың статорынан айырмашылығы жоқ. Ротор айналатын электромагнит түрінде болады, оның орауыштары тұрақты токпен қоректендіріледі.

Құрылыс жағдайында жетегі іштен жану қозғалтқышынан болатын синхронды генераторлар жылжымалы электрлік станциялар үшін қолданылады.

Синхронды қозғалтқыштардың механикалық сипаттамасы абсолютті қатаң болады, яғни айналу жылдамдығы тұрақты болады. Өндірісте және құрылыста бұл қозғалтқыштар компрессорлық және сораптық қондырғылардың жетектері үшін, сонымен қатар тас ұнтақтау және экскаваторлардың жетегі үшін қолданылады.

4.3.Асинхронды электр жетегінің қарапайым моделдері

 

Асинхронды машинаның жалпы түрдегі жұмыс істеу принципі мынадай: машинаның элементтерінің бірі – статор белгілі бір жылдамдықпен қозғалатын магнит өрісін тудыру үшін қолданылады, ал басқа элементтің тұйықталған өткізгіш контурларында – роторда магнит өрісімен әсерлескенде күштердің (моменттердің) пайда болуын және токтардың жүруін тудыратын ЭҚК пайда болады. Бұл құбылыстар өріске қатысты ротордың синхронды емес – асинхронды қозғалысы кезінде болады, сол себепті машиналардың бұл түрін – асинхронды деп атайды.

Статор әдетте бірнеше паздарда орналасқан катушкалар түрінде орындалады, ал ротор - “ақ тиін торы” (қысқаша тұйықталған ротор) түрінде немесе бірнеше катушкалар (фазалық ротор) түрінде (катушкалар бір-бірімен жалғанған және білікте орналасқан сақиналарға шығарылып, олар арқылы сырғитын щеткалардың көмегімен сыртқы резисторларға тұйықталған) орындалады.

Құрылымдық және физикалық құбылыстардың қарапайымдылығына қарамастан асинхронды машинадағы процестердің толық математикалық сипаттамасы күрделі болады:

біріншіден, барлық кернеулер, токтар, ағын ілінісі – айнымалы шамалар, олар жиілікпен, амплитудамен, фазамен немесе сәйкес векторлық шамалармен сипатталады;

екіншіден, қозғалатын контурлар әсерлеседі, олардың кеңістікте өзара орналасуы өзгереді;

үшіншіден, магнит ағыны магниттеу тогымен бейсызықты байланысқан (магниттік тізбек қанығады), ротор тізбегінің активті кедергілері жиілікке тәуелді (токты ығыстыру эффектісі), барлық тізбектердің кедергілері температураға тәуелді және т.с.с.

Асинхронды электр жетегіндегі негізгі құбылыстарды түсіндіру үшін асинхронды машинаның қарапайым моделі қарастырылады.
17.Тізбектей қоздырудағы тұрақты тоқтағы қозғалтқыштарды шунттаған кездегі жасанды электромеханикалық және механикалық сипаттамалары.

Тізбектепй қоздырылатын ЭҚ тежеудің екі режимі болады: динамикалық тежеу және қарсы қосу арқылы тежеу.

Динамикалық тежеудің сипаттамасы, қозғалтқыштық режим сипаттамаларының жалғасы ретінде теріс бұрыштық жылдамдық аймағындағы өтетін жалғасы болады. Бұл 2.13-суретте І және ІV квадранттарда өтетін сипаттамалармен көрсетілген.

Егер де жүкті қозғалту моменті электр қозғалтқыштың қысқа тұйықгалу М_қ.т. моментінен үлкен болса ғана қарсы қосу арқылы тежеу мүмкін болады.

Якорға келтірілген кернеуді қарама-қарсы өзгерту арқылы қарсы қосу режимін құруға болады. Бұл жағдайда якорь тоғын өзгеріп, қоздыру токтың бағыты өзгермеуі керек. Кернеу қарама-қарсы езгерту кезіндегі механикалық сипаттамалар 2.14-суретте келтірілген.

Динамикалық тежеу екі әдіспен жүргізіледі: өзін-өзі қоздыру және тәуелсіз қоздыру.

Өзін-өзі қоздырып тежеу кезінде (2.15 сурет) қозғалтқыштың якорі және қоздыру орамасы желіден ажыратылып кедергіге (резисторға) жалғанады.



2.13 сурст- Әртүрлі режимдегі тізбектей қоздырылатын қозғалтқыштың механикалық сипаттамалары



2.14 сурет.Қарсы қосу арқылы тежеу режиміндегі тізбектей қоздырылатын қозғалтқыштың механикалық сипаттамалары



2.15 сурет. Өзін-өзі қоздырып динамикалық тежеу кезіндегі тізбектей қоздырылатын тұрақты ток қозғалтқыштың жалғану сұлбасы

Осындай жағдайлар үшін машинаның механикалық сипаттамалары 2.1 суреттегі II квадрантта келтірілген. Бұл тежеу әдісі кезінде ьастапқыда өте үлкен өзін-өзі қоздыру болады,ол кедергі моментініңырғақтауына апарады.Сол себептен механизмде қажетсіз соққылар туады. Осы себептен 2.16 суретте көрсетілген сұлба бойынша ЭҚ-тың тәуелсіз қоздырылатын динамикалық тежеу қолданылады.



2,16сурет. Тәуелсіз қоздырылатын динамикалық тежеу кезіндегі тізбектей қоздырылатын тұрақты ток қозғалтқыштың қосылу сұлбасы

---

2.5 Асинхронды қозғалтқыштың механикалық сипаттамалары

ЭҚ тәуелсіз коздырылатын генеретор ретінде жүмыс істегендіктен онын мінездемесі төуелсіз қоздырылатыи ЭҚ динамикалық тежелу мінездеме-сі сиякгы болады (2.3-сурет). Бүл мінездемелер сызыкты болады және бәрі де координат басында кийысады.

Мінездемелері 2,16сурет 2.5 Асинхронды козғалткыштын механикалық



2.17 с>рет - АҚ -тың алмастырма схемасы

S=  асинхронды козғалтқыштын (АҚ) сырғанауы;

₀= ; ₀=   синхронды бұрыштын айналу жиілігі;

₁ - желінің жиілігі (50Гц),

р- полюстердің жүп саны.

Бүл жағдай ұшін ЭҚ механикалық мінездемелері 2.1 суретге ІІ квадратта көрсетілген.

Бүл тежелу әдісі кезінде басыада өте үлкен өзіндік коздьфылу болады, ат ол кедергі моментін едәуір ырғақгауына апарады. Сол себептен механизмде қажетсіз соққы туады. Осы себептен 2.16 суретте көрсетілген сұлба бойынша жүйелілік қоздырылатын ЭҚ тәуелсіз қоздырылатын динамикалық тежеу қолданады.

І

ілген алмастырма схема бойынша екіншілік ток үшін мынадап ға болады:

I₂^/ =    (2.22)

ң айналдыру моменті тен

M =   (2.23)

гендеу (2.23) теңдеуге қойып, табамыз

М =  (2.24)

= 0-ге тең деп алып, қозғалтқыштың моменті максимал (критикалық) болғандағы s_к критикалық сырғанау мәнін анықтаймыз

s_к = 

---

 (2.25)

s_к мәнін (2.24) теңдеуіне қойып, М_к моменттің максимал мәні үшін өрнекті табамыз

М_макс =  (2.26)

«+» - таңбасы қозғалтқыштық режимге, ал «-» таңбасы желімен параллель істейтін генераторлық режим жұмысына жатады.

2.18 суретте асинхрондық қозғалтқыштың механикалық сипаттамасын сипаттайтын нүктелер көрсетілген.

1) s = 0; М = 0 - АҚ синхронды жылдамдықта;

2) s = s_ном; М = М_ном - номинал моментпен номинал жылдамдыққа сәйкес;

3) s = s_к; M = M_мқ - қозғалтқыштық режимдегі максимал момент;

4) s = 1,0; M = M_п =  - бастапқы жүргізу момент;

5) s = -s_к; М = М_к.г. - желімен параллель істейтін генераторлық режим жұмысына жататын максимальды момент.



2.18 сурет. АҚ-тың механикалық сипаттамалары

Максималды момент ротордың активтік кедергісінен R₂ тәуелсіз, ал ротордың кедергісі ұлғайған сайын, критикалық сырғанауда өседі. Осы себептен фазалы роторлы АҚ-тың ротор тізбегіне кедергі қосқан кезде М_макс қисығы да сырғанау өскен жаққа ығысады.



2.19 сурет. Фазалы роторлы асинхрондық қозғалтқыштың табиғи және реостаттық механикалық сипаттамалары
18.Тізбектей қоздырудағы тұрақты тоқтағы қозғалтқыштардың кедергісін өзгерткен кездегі жасанды электромеханикалық және механикалық сипаттамалары.

Электр механикалық сипаттаманың тендеуі  =  , мұндағы R - якорь тізбегі мен қоздыру орама кедергілерінің қосынды кедергісі.



2.7 сурет- Тізбектей қоздырылатын тұрақты ток қозғалтқыштың жалғану сұлбасы



2.8-сурет.Тізбектей қоздырылатын тұрақты ток қозғалтқыштың магниттелу қисығы

---

2.9 сурет - Тізбектей қоздырылатын тұрақты ток қозғалтқыштың механикалық сипаттамасы

Тәуелсіз қоздырылатын қозғалтқышқа қарағанда тізбектей қоздырылатын қозғалтқышта магнит ағыны Ф токқа тәуелді.

Егер де магнит жүйенің канығуын есепке алмасақ, онда магнит ағыны мен токтың арасындағы тәуелділік сызықты деп есептеуге болады, яғни Ф = а І.

Бұл жағдайда қозғалтқыштың моменті

М = КФІ = α K I² = m I²

Бұрыштық жылдамдықгың теңдеуіне (2.16) теңдеуден токтың мәнін қойсақ механикалық сипаттаманың формуласын табамыз:

 =   (2.17)

Бұдан шығатыны, егер де магниттік тізбек қаныққан болмаса, онда механикалық сипаттама қисық сызықпен көрсетіледі (2.9-сурет).



0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,6

2.10 сурет. Тізбектей қоздырылатын тұрақты ток қозғалтқышының моменті мен бұрыштық жылдамдықгың якорь тоғынан тәуелділігі

Табиғи механикалық сипаттамалар (2.17) теңдеумен тұрғызылған сипаттамалардан айырмашылығы болғандықтан сипаттамалар графоаналиттік әдіспен тұрғызылады. Табиғи механикалық сипаттамалар, әдетте каталогтарда келтірілетін п – f (І ) және М =Ψ (1) табиғи механикалық сипаттамалар арқылы тұрғызылады.

Жекелеген типті сериялы қозғалтқыштар үшін бұл сипаттамалар салыстырмалы бірлікте беріледі: ω^*= ƒ(I^*) және M^* = Ψ(I^*). Осындай әмбебап

деп аталатын сипаттамалар 2.10-суретте көрсетілген.

Табиғи сипаттамаларды тұрғызу үшін келесі әдісті пайдаланайық. Табиғи

сипаттаманың теңдеуі ω_т = U – I R_k / KФ,

мұндағы R_k= R_я+R_қо

немесе ω_т = U / KФ(1 – I R_қ / U) (2.18)

Егерде якорь тізбегіне қосымша кедергі R_р (реостат) қосылса, онда қозғалтқыш реостаттық сипаттамада жұмыс істейді, ол үшін

ω =  (2.19)

осы теңдеуді (2.18) теңдеуге бөлсек:



осы арадан шығатыны ω =_қ (2.20)

---