Асинхронды электрқозғалтқыш

Асинхронды электрқозғалтқыш

Асинхронды  қозғалтқыштар айнымалы ток машиналарына жатады және олардың жалпы өндірістік орыңдалуы асинхронды қозғалтқыш түрінде жасалады. Асинхронды машиналар 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-Добровольский болып саналады. (№ 51083 1889 жылы герман потенті).

Асинхронды қозғалтқыштардың арналымы. Асинхронды қозғалтқыштар құрлысының қарапайымдылығы мен жұмысының сенімділігі арқасында адамзат тіршілігінде, иінді біліктерді айнал-дыруға механикалық энергияны керекететін қызметтердің бәрінде кеңінен пайдаланылы Ауылшаруашылығында шаңды орта мен химиялық зиянды орталарда жұмыс жасай алатын бірден-бір электр қозғалтқыш осы асинхронды машина 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 тұйыкталған роторлары асинхронды қозғалтқыштар деп бөледі. Ауылшаруашылығында, негізінде механикалық энергияның ең арзан әрі сенімді көзі ретінде қысқа тұйықталған роторлы асинхронды электроқозғалтқыштар қолданылады.  

Үшфазалы  асинхронды электр қозғалтқыштың құрылысы.                        

  а- орамасы бар статор; в — орамасы бар ротор; с-айгөлек қалқаны; д-желдеткіш

Үшфазалы асинхронды электрқозғалтқыштың  негізгі құрылыс бөлшектеріне статор,ойықтарға орналасқан үшфазалы екі орама және 2.1- суретте көрсетілген басқа да қосалқы элементтер. Жақсы суыну үшін оның (кіндігіне) білігіне желдеткіш орнатылып, қаңқасы көп қырлы етіп құйылған. Құрастыру, орнату, ажырату кездерінде алып-салуға қолайлы болу үшін қорабының жоғарғы жағынан ілгекті болт болады.  

Асинхронды қозғалтқыштың  статоры. Асинхронды қозғалтқыштың статоры арнайы электротехникалық болаттан қалыпқа құйып жасалған тісті қаңылтырлардан жасалған ішкі қуыс цилиндр, оның магнит өткізгіштігі ( ), кәдімгі қонструкциялық болаттан жоғары. Бұл айнымалы магнит өрісті статор темірінде артық магниттелу-ден (гистерезис) болатын шығындарды айтарлықтай азайтуға мүмкіндік береді. Статорды құйып жасамайды, қалындығы 0,35 мм тісті қаңыл-тырдан жинайды, мақсаты ол арқылы Фуко құйынды тоғының өтуі-не кедергіні көбейту. Қаңылтырдың арасында электрлік түйіспе болдырмау үшін қаңылтырларды электр оқшауландырғыш лак-пен бояйды. Осының барлығын бірге алғанда, статор болатында құйынды тоқтармен гистерезистен болатын электрлік және магнит-тік шығындарды азайтуға әкеледі,қортындысында оның қызуын азайтады. Құйынды тоқтармен гистерезистен болагын электірлік және магниттік шығындар, ақыр соңында, ПӘК-нің мөлшеріне әсер етеді. Болаттың магнит өткізгіштігі неғұрлым жоғары және қаңылтыр неғұрлым жұқа механикалық бекемдігі жеткілікті бол-са, соғұрлым асинхронды қозғалтқыштың шығыны аз және ПӘК жоғары болады. 98%ке дейін және одан жоғары болады. Іштен жана-тын қозғалтқыштардың бірде-бірінде мұндай көрсеткіш жоқ. Статор асинхронды қозғалтқышты қаңқасына мықтап тығызда-лады. Қаңқа шойыннан немесе салмағы жеңіл арнайы қортпалардан құйылады және жұмыс жағдайына арналған ірге тасқа немесе арнайы тірекке бекітіледі. Статордың тісті қаңылтырлардан құрастырған кезде оның ішкі бетінде белгілі пішінді ойық пайда болады. Үшфазалы қозғалтқыштар статорының ойықтарьшың саны жұп және алтыға еселенетін болуы тиіс, оны 2. 1 .анық  көруге  болады:    

                                        Z=q.ml2p=6lk                    (2.1)    

Мұндағы       к=q ћ р = 1,2,3 және т.б. Асинхронды қозғалтқыштардың роторлары қалыпталып жасалған тісті дөңгелек қаңылтырдан құрастырылады. Қаңылтырлар гистерезис құбылысынан болатын магниттік және электрлік шығындарды азайту үшін арнайы электрлітехникалық бо-латтардан жасалып, құйынды тоқтың өтуіне кедергіні арттыру үшін лакпен оқшауландырылады, ол  ротордың қаңылтырлары цилиңцр түрінде престеледі, оның қажет пішінде ұзына бойында ойығы болады. Роторды білікке мықтап отыргызып шпонкамен бекітіледі, ол жүктеме кезінде айналып кетпеу үшін сақтандырады. Айналған кездегі ортадан тепкіш күштердің әсерінен, ротордың ойықтары статордың ойығынан қарағанда жабықтығы жоғары болғандыктан, оның орамаларына әсер етеді. Қысқа тұйықталған роторлар үшін ойықтың жабық түрлерінде қолдануға болады. Қозғалтқыштың жұмыс кезіндегі шуын азайту және оның іске қосу сипаттамасын жақсарту мақсатында ойықты тайқылыгын да (қиғаштығын) пайдаланады. Үшфазалы асинхронды электрқозғалтқыштар. Үшфазалы асинхронда электрқозғалтқыштарда статор мен ротор ора-маларыньң бірнеше түрі, олардың ішінде тұзақты (2.45- сурет), толқынды (2.46- сурет) және қысқа тұйықгалған (тек қысқа тұйық-талған роторлар үшін) орамалар қолданылады. Қуаттылығы кіші машиналар үшін тұзақты орамаларының бір түрі ретінде, тіркеспелі орамаларда қолданылады. Асинхронды машинаның қуаттылығына кернеуінің мөлшері мен ойықтарының пішініне қарай орамаларының түрін таңдап алады. Бір қабатты тізбекті орамалар қуаттылығы 7кВтқа дейінгі асинхронды қозғалтқыштарда қолданылады. Қуаттылығы жоғары болса, екі қабатты тұзақты ора-малар қолданылады. Толқынды орамалар негізінде, фазалық ротор-лы асинхронды қозғалтқыштардың роторларында қолданылады. Орамалардың сипатталуы:

- ойықтарының санымен (m);

- жұп полюстарының санымен (р);

-. параллель жұп тармақтар саны  мен (у);

- фазаның қатарлас тармақтарындағы біріне бірі тізбектей жалғанған орамдарының санымен (w); ораманың еселеушімен К₀;             

 К₀=К_уК_рК_с                                                              (2.2) 

мұндағы К_у-орамды қысқарту коэффициенті; К_р-статордың бойы-мен фаза орамасының орамдары қалай бөлініп орналасуын ескереті-неселеуіш; К_с-ротордың немесе статордың ойықтарының орналасу қиғаштығы коэффициенті. Ораманың негізгі элементгері: орам, секция және шарғы. Орам (2.5. сурет) - ойықтарда полюстік бөлінуіне бірдей немесе одан кем қашықтықта (r) біріне-бірі жалғастырылған, орналасқан екі өткізгіштің жиынтығы.                       

                                                                 (2.3) 

мұндағы D -жонылған статордың  ішкі диаметрі; 2р-орама полюстарының саны.  Орамасының орамы құрастырылуы жағынан «ажыратылмайтын» бір өткізгіштен арнайы тұрақты пішіндегі қалыпқа оралған немесе «ажыратылатын» екі өткізгіштен  жасалып ойыққа салғаннан кейін біріне-бірін тізбектей қосқан (ораманы өзек арқылы даярлау тәсілі) болады..Орамдарды шарғы әдісімен даярлау тек қана қимасы жіңішке сымдарды пайдаланып және қуаты кіші электрқозғалтқыштардың орамалары ретінде қолданылады. Ажыратылмайтын орамалардың орамаларын орауға арнайы орауыш машиналарды пайдаланады. Секциялық әдісімен даярланған орамалардың қуаттылығы шектелмейді.  Шарғы ортақ оқшаулағышпен біріктірілген бір немесе бірнеше секциялау (2.2.. .2.8-суреттер). Мұның бәлендей айырмашылығы жоқ. Ораманың бөлімдері өзінің қадамымен сипатталады (у) деп белгіленеді.Ораманың шарғының қадамы жақтарының арасыдағы қашықтық. Ол толық, егер у=r немесе қысқарған, егер у<r болса (2.2-сурет)  Ораманың орамдары статордың ойықтарының барлық бетіне бірдей тегіс төселеді (2.5-сурет) мұндайда өткізгіштер бір ойықта бір немесе бірнеше қабат болып түсуі мүмкін, осы белгілері бойын-ша орамалар бір қабатты және көп қабатты болып бөлінеді (әдетте екі қабатты) олар бір немесе бірнеше қатар орналасуы мүмкін. 2.6-суретте статор ойығына екі қабат орналасқаны қөрсетілген.

    2.6-сурет.Асинхроды қозгалтқыш статоры ойықтарына екі қабатпен салынган үшфазалы орама

 2.7-сурет. Асинхронды қозгалтқыш статоры орамасы ұштарының  шыгатын ұштарын қалқанда ораналастыру  

Орналасу  сұлбасының нұсқаларын таңдағанда маңдайшасын қасбетін және шарғы аралық жалғастыруда өткізгіш аз кететін шарғыны машинемен оралған ораманы ойықтарға орналастыру ыңғайлы және зақымданғанның шарғыны ауыстыру жеңіл бола-тындай етіп, орналастырғанда оның бір жағы ойықтың шарғы қабатына, ал екіншісі басқа ойықтың төменгі қабатында орналастырылады (2.6-сурет). Екі қабатты ораманың артықшылығы оның шарғысын электр машинасынан тыс жерде даярлау, олар-ды жақсылап оқшаулау және ойыққа даяр күйінде орналастыру мүмкіндігінің болуы. Бірақта мұндай орналастыру тек қана ойықтар ашық түрінде болғанда болады. Жартылай жабық және жартылай ашық ойықтарға бөлімнің өткізгіштерін саңлау арқылы бір-бірлеп жатқызады. Екі қабатты орамадан тағы бір артықшылығы қадамын қысқарту арқылы мыстың шығынын қысқарту мүмкіндігі. 2.7-суретте қадам қысқарған екі қабатты статор орамасын орналасуы туралы мысал келтірген.Кернеуі 500 Вольтқа дейінгі қуаттылығы 60 кВттан аспайды асинхронды қозғалтқыштарды жартылай жабық ойықтар және сек-циялары жұмсақ ойыққа жататын бөлімдері оқшауланған орама қолданылады. Мұндай орамалар тығындау тәсілімен төселеді. 250 кВтқа дейінгі қозғалтқыштарға екі қабатты қатқыл катушкалы ора-малар қолданылады, оларда жартылай жабық ойықтарға салады. Қуаттьлығы жоғары

кернеуді 500 ден 6000 Вольтқа дейінгілерде екі қабатты тұзақты орама қолданылады, олар қысқа қадамды және қатқыл шарғылы болып келеді, ашық ойықтарға орналасады                         

Роторлардың қысқа тұйыкталған  орамаларда ротор ойықтарына балқыған алюминий құйып бекітіледі. Сонымен қатар түп жағында қысқа тұйықталған сақина мен желдеткіш қалақтар пайда болады, олар қосымша суытуды қамтамасыз етеді. Фазалық роторлардың орамалары, статордың орамаларымен бір-дей. Фазалық роторлы асинхронды қозғалтқыштың роторлық орама-сы фазасының басжақ ұшы біліктің қуыс ұшы арқылы шығарылады және электроқшауландырылған төлкеге мықтап отырғызылған үш түйіспе сақинасына жалғанады. Щетка ұстағыштар мен серіппелер реттегіш резисторларды жалғап тығыздауға арналған графит щеткаларды сақиналарға қысып тұрады. Ротор орамалары оларды Ү сұлбасы бойынша қосқанда бейтараппен бірігеді де ұштары шығарылмайды. Орамаларды А сұлбасы бойынша қосқанда фазаның басқы ұшы да түйісу сақинасымен жалғасады. Сондықтан мұндай қозғалтқышты фазалы роторлы асинхронды қозғалтқыш деп атайды. (2.8, 2.9-сурет). 

Асинхронды  козғалтқыштардың электр энергиясын механикалық энергияға түрлендірудің электрофизикалық про-цессі. Асинхронды қозғалтқыш электр энергиясын механикалық энергияға айналдыру үшін статор орамасында білікті айналдыратын айнымалы магнит өрісі пайда болуы керек. 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 білік-ті айналдыратын механикалық энергияға айналдырады. Мұндай өзгертудің электрфизикалық процессі мына ретпен іске асырылады. Статор фазаларының Ү немесе А сұлбалары бойынша жалғанып үш фазалы электр желісіне қосылады. Олардың әрқайсында уақыт жағынан бір-бірінен ығысқан сину сойдалы айнымалы тоқ пайда бола-ды_э ол айнымалы үш магнит ағынын туғызады. Тоқтар сияқты уақыт жағына бір-бірінен ауытқулы айнымалы үш магнит ағынының өзара әрекеттесуінен 50Гц жиілікте өзгермейтін қорытындылаушы толықсушысы магнит өрісін туғызады, ал асинхроңды қозғалтқыштың бір фазасының орамында толықсушы магнит ағынының біржарым еселік амплитудалық мәніне тең    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,  жылдамдық пен айналады. Статор орамасының айналмалы магнит өрісі, өзінің айналу процессіне асинхронды қозғалтқыш роторының орамасын қиып өтіп, электрмагниттік индукция заңы бойынша онда ЭҚК индукциялайды.Сөйтіп асинхронды электрқозғалтқыштың роторы барлық уақытта статор орамасының магнит өрісінің синхрорнды емес,үнемі асинхронды айналады.осыдан,асинхронды қозғалтқыш деп атаған.Ротор статор орамасының магнит өрісіне

қарама-қарсы бағытта  сырғитын сияқты көрінеді. Ротор мен  статор орамасы өрістерінің салыстырмалы айырмасы сырғанау шамасымен сипаталады.             

                                                     _{(2.4)               )}

Мұндағы  статор орамасы магнит өрісінің айналу жылдамдығы  - ротор орамасындағы магнит өрісінің айналу жылдамдығы;  -сырғанау жылдамдығы.

Әдетте жылдамдық  ді, ал  синхронды айналу жылдамдығы делінеді. Қалыпты жұмыс жағдайында асинхронды қозғалтқыштың сырғанауы аса жоғары емес, синхронды жылдамдықтың (2... 6)% дай: 0,002... 0,06. Куаттылығы жоғары қозғалтқыштарда сырғанау аз. Арнайы мақсатқа арналған қозғалтқыштардың сырғанауы синхронды жылдамдықтың (10... 15) % на дейін жетіуі мүмкін. Статордың магнит өрісінің синхронды айналу жылдамдығы тоқтың жиілігі  мен статор орамасының жұп полюсының санына , байланысты:

2.2  Асинхронды қозғалтқыштың  магниттеуші күштері 

Асинхронды қозғалтқыштағы электрлік процесстерді талдауға магнит ағындарының орнына оған пропорциянал болатын орама орамдары санының тоққа көбейтіндісін  пайдалану қолайлырақ. Мұнда ауа саңылауы шеңберінің бойын қуалай қозғалатын маг-ниттеуші күш қисығының шарықтау шегі сол ораманың фаза сим-метриясының сұлбалары әрқашанда дәл келеді, бұл кезде тоқ ам-плитудалық мәніне жетеді. Асинхронды қозғалтқыштың магниттеу-ші күші статоры және ротор орамаларының магниттеуші күштерінен мен құрылады.  Статор орамасы магнит өрісінің магниттендіргіш күші ілгегінде көрсетілгендей, синхронды жылдамдықпен айналады (2.10):                

                                           (2.9)

Асинхронды қозғалтқыш роторы орамасының магниттендіргіш күші.Орама роторын ойығында орналасқандықтан және жылдамдығымен айналатындықтан, ротор орамасының магниттендіргіш күшінің абсалют жылдамдығына қосылып, статор орамасының магнитгендіргіш күшінің синхронды жылдамдығының мәніне дейін, демек, статор орамасының магниттендіргіш күшінің жылдамдығына дейін ұлғайады. Сонымен ротордың және статор орамасы магнит өрісінің айналу жылдамдықтырының асинхронды болуына қарамастан статор мен ротор орамаларының магнит ағындарының айналу жылдамдықтары синхронды, демек, статор мен ротордың магнит ағындары (магниттендіргіш күштері) синхронды айналады (бірдей жылдамдықпен) және қозғалтқыш жұмысының тәртібіне қарамастан біріне қарағанда екіншісі жылжымайды.   Ротор мен статор орамасының магниттендіргіш күші біріне қарағанда екіншісі жылжымаған қалпында өзара байланысып біріккен магнит ағынын және біріккен магниттендіргіш күшінің түзеді. Статор және ротор орамасының магниттелуші күшінің векторлық қосындысына тең болады: