Сиихронды қозғалтқыштың механикалық және бұрыштық сипаттамалары

4.5. Сиихронды қозғалтқыштың механикалық және бұрыштық сипаттамалары

ω₀ = = const

4.15- сурет. Механикалық (а) және жүргізіп жіберу (б) сипаттамалары

Синхронды қозғалтқыштың (СҚ) роторында жұмысшы орамасынан басқа тұрақты токтан қоректенетін, арнайы жүргізіп жіберу орамасы болады. Осы орамның көмегімен қозғалтқыш асинхрондық қозғалтқыш сияқты жүргізіледі, сондықтан қозғалту режимдерінде асинхрондық сипаттамаға ұқсайды. Жүргізу ораманың кедергісі үлкен болса, онда жіберу моментте жоғары болады. Қоздыру орамасын тұрақты токқа қосқаннан кейін қозғалтқыш синхрондыққа енеді.

4.16- сурет. СҚ-тың векторлық диаграммасы

4.17-сурет R₀ = 0 кезіндегі СҚ-тың векторлық диаграммасы

Р = ЗUІcosφ - С_қ - активтік қуаты.

Қозғалтқыштың тұрақты жұмыс істеуін қарастырсақ, моменттің М ЭҚК пен кернеу арасындағы θ бұрышынан тәуелді екенін білу керек. СҚ-тың моментінің θ бұрыштан тәуелділігін бұрыштық сипаттама деп атайды, яғни

М = ƒ(θ).

Векторлық диаграммадан (4.17 - сурет) шығады:

U cosφ = E cos(φ-θ) (4.31)

АВС үш бұрышынан көрінетіні:

Cos ( φ-θ) = AB / AC = Usinθ /IX₁

U cosφ = EU

Бұл табылған көріністі ( 2.26) қойсақ онда шығатыны:

Р = (4.32)

Ал электромагниттік моменттің теңдеуі:

М = (4.33)

Бұрыш q = 90^° болса, момент максималды болады:

М_макс = , яғни M= М_максsinq (4.35)

q_ном =25°-30°.

l ₌ = 2-2,5.

4.18-сурет. СҚ-тың бұрыштық сипаттамасы

4.7.Айнымалы ток электр жетектерінің бұрыштық жылдамдығын реттеу

Айнымалы ток қозғалтқыштардың кеңінен қолдану себебі - олардың тұрақты ток қозғалтқыштарға қарағанда арзандығы, қарапайымдылығы, сенімділігінің жоғарғылау болатындығы және салмағы мен габаритінің аздығы. Сонымен қатар, бұрыштық жылдамдықты реттеудің кейбір тәсілдері арнайы түрлендіргіш құралдарды қажет қылмайды .

Асинхронды қозғалтқыштың бұрыштық жылдамдығын реттейтін тәсілдердің ең көп қолданылатын түрлері:

а) реостаттық реттеу;

б) полюстер санын өзгерту;

в) қоректендірілетін кернеудің жиілігін өзгерту;

г) басқа машиналармен және түрлендіргіштермен асинхронды қозғалтқышты каскадқа қосу.

4.7.1.Реостаттық және импульстік реттеу

Тұрақты ток қозғалтқыштары сияқты ротор тізбегіне резисторды қосу арқылы бұрыштық жылдамдықты реттеуге болады. Реттеу негізгі бұрыштық жылдамдықтан төмен болады.

Егер де механикалық сипаттаманың бөлігін сызықты деп есептесек, онда реостаттық сипаттаманың қаттылық коэффиценті:

(4.36)

мұнда s_ном.р-номиналь моментке сәйкес реостаттық сипаттамадағы сырғанау.

Егер де реттеу диапазоны мынаған тең деп есептесек

(4.37)

онда,

Неғұрлым реттеуші резистордың сатылары көп болса, соғұрлым реттеудің ырғақтылығы жоғары болады.

Өзін-өзі салқындататын фазалы роторы бар АҚ-тың рұқсат етілетін моменті бұрыштық жылдамдығы азайған кезде мына теңдеумен анықталады:

(4.38)

Қозғалтқьштың тұрақты шығындары (статормен ротордың өзекшелеріндегі шығындар, механикалық және сейілу өрістерімен тудырылатын шығындар) жүктемеге тәуелді емес.

Ауыспалы шығындардың (статормен ротордың орамаларындағы шығындары) мынаған тең

(4.39)

мұнда s_т –табиғи сипаттамадағы сырғанау.

Сонымен, жүктеме моменті тұрақты кезінде ротор тізбегіндегі шығындар тайғанауға пропорционал, ал статор тізбегіндегі шығындар тайғанауға тәуелді емес.

Негізгі қуат резисторда реттеуде жоғалады. Мысалы, егер де қозғалтқыштың жылдамдығы номинал жылдамдыққа қарағанда екі есе азайса, онда желіден тұтынатан қуаттың жартысы реттеу резисторларында жоғалады.

Реостаттық реттеудің кемшіліктері:

а) жылдамдық реттеудің сатылығы, ал бұл жағдай бекітілген автоматты басқару жүйелерді қолдануға жағдай туғызбайды;

б) жылдамдықтың аздығы;

в) энергияның үлкен шығындары.

Бірақ өзінің қарапайымдылығының арқасында реостаттық реттеу дағдылы қолданылуы орын алып отыр, мысалы кіші немесе орташа қуатты (100 кВт-қа дейінгі) сораптардың, желдеткіштердің, көтеру-тасымалдау құралдардың жетегінде қолданылады. Статордың немесе ротордың тізбектеріне резисторларды кіргізу арқылы ырғақты сатысыз бұрыштық жылдамдықты реттеу автоматтандырылған ЭЖ-терде жүктеме момент өзгерген кезде берілген бұрыштық жылдамдықты тұрақты ұстауға немесе ЭЖ-нің тоқтау алдында жылдамдықты алдын ала төмендетуге қолданатын импульстік параметрлік реттеуді іске асыруға болады.

Қосымша кернеулерді статор тізбегінде (барлық үш фазада) импульстік реттеудің АҚ-ты қосу сұлбасы 4.19а-суретте, ал әр түрлі қуыстылық кездегі механикалық сипаттамалар 4.19б-суретте көрсетілген.

4.19-сурет. Роторы қысқа тұйықталған АҚ импульстік параметрлік реттеу кездегі басқару сұлбасы (а) және механикалық сипаттамалар (б)

ε =1 кезде ( екі жаққа өткізетін жартылай өткізгіш немесе түйіспелі кілттер К-үздіксіз бекітілген) қозғалтқыш резистор R_қос тұрақты қосылуына сәйкес жасанды сипаттамада жұмыс істейді ( кілттер К ажыратылған).

Статордың активтік кедергісі өскен кезде максималды моменттің және критикалық тайғанаудың, механикалық қаттылық коэффициенттің және бұрыштық жылдамдықтың тұрақтылығының азаюы шығады.

Егер де фазалы роторы бар қозғалтқышты қолдансақ, онда қозғалтқыштың пайдалануы дұрысталады. Бұл жағдайда бұрыштық жылдамдықты реттеу салдарынан туатын қосымша шығындар машинаның сыртындағы қосымша резисторларда бөлініп шығады, ал сондықтан тәуелсіз желденетін қозғалтқыштың рұқсат етілетін момент номиналды моментке тең болады. Импулъстік параметрлік жылдамдықты реттеу кезіндегі фазалы роторы бар АҚ-тың қосу сұлбасы 4.20-суретте көрсетілген.

Қосымша резистор R_қос түзеткіш Т арқылы ротор тізбегіне тегістеуші реактор L -мен тізбектеп қосылады. Резистор К кілт арқылы (түйіспелі немесе тиристорлы) мезгіл-мезгіл қосылып және ажыратылып тұрады.

Кілт К бекітілген кезде (ε =1) қозғалтқыш R_э= 0 сәйкес сипаттамада жұмыс істейді, ал кілт К ажыратылған кезде (ε =1) және R_Э=R кезде қозғалтқыш реостаттық сипаттамада жұмыс істейді. Жұмыс зонасы екі сипаттаманың арасында жатады.

4.20- сурет Фазалы роторы бар АҚ импульстік параметрлік реттеу кезіндегі басқару сұлбасы (а) және механикалық сипаттамалары б)

4.7.2. Асинхронды ЭЖ-нің бұрыштық жылдамдығын полюстер санын өзгерту арқылы реттеу

Асинронды қозғалтқыштың бұрыштық жылдамдығының формуласынан

шығады: егер де қоректендіретін желінің жиілігі тұрақты болса, ал тайғанау s аз өзгерсе, онда бұрыштық жылдамдықты полюстердің р жұп санын өзгерту арқылы реттеуге болады.

Полюстердің жұп саны бүтін сан болғандықтан, бұрыштық жылдамдықгың реттеуі сатылы болады. Полюстерді өзгерту статор орамасында жасалады және оны орындау үшін әрбір фазалық орамада бөлек жартысында токтың бағытын өзгерту арқылы орындалады. 2:1 қатынасқа полюстер санын өзгертуге арналған жартылай орамаларды қосу сұлбалары 4.21а-в-суретте көрсетілген.

4.22 а-д-суретте ең көп қолданылатын статор орамалардың аудару сұлбалары көрсетілген. Бір полюс сандардан басқа полюстер санға аударған кезде айналу бағыты өзгермейді. 3.1-кестеде статор орамалардың әртүрлі үшін магниттік индукциялардың қатынастары келтірілген 4.21а-д сурет бойынша біркелкі полюс саны 1 деп белгіленіп, ол қос полюс саны II деп белгіленген.

4.21-сурет. 2:1 қатынасқа полюстер санын өзгерту сұлбалары

Асинхронды қозғалтқыштың электр магниттік моменті

(4.40)

4.22-сурет. Статор орамаларын ауыстырып қосу сұлбалары

Сурет

№

Қос полюс саны (4.19-суретте II белгіленген)

Біркелкі полюс саны (4.19-суретте I белгіленген)

В_П/В₁

қатынасы

Жартылай орамалардың қосылуы

Фазалардың қосыуы

Жартылай орамалардың қосылуы

Фазалардың қосыуы

4.22а 4.22б 4.22в 4.22г 4.22д

Тізбектеліп -//- тізбектеліп немесе параллел тізбектеліп немесе параллел

У У немесе Д У У немесе Д У немесе Д

Параллел -//- тізбектеліп немесе параллел Параллел тізбектеліп немесе параллел

УУ немесе Д Д У немесе Д У немесе Д

0,58 1,0 1,16 1,73 2,0

Демек, әр полюстер санына жауап беретін, статор орамаларының әр түрлі қосылу сұлбалары бар қозғалтқыштардың моменттері, әрбір магнит индукцияларына сәйкес жатады.

4.23-суретте 4.22-суреттегі сұлбаларға сәйкес механикалық сипаттамалар көрсетілген.

АҚ бұрыштық жылдамдығын қоректендіретін кернеудің жиілігін өзгертуарқылы реттеудің мүмкіншілігі мынадан шығады

жиілік өзгерген кезде магнит ағыны да өзгеруі керек, себебі жиілік азайғанда магнит ағыны үлкейеді де, қозғалтқыштың магнит тізбегі қанығады, оған сәйкес АҚ-тың тоғы және температурасы кенет өседі, ал жиілік үлкейген кезде магнит ағыны азаяды да рұқсат етілетін момент азаяды.

Жиілік түрлендіргіштердің шығысында жиілік жене кернеудің амплитудасы өзгертіледі. Жиілік түрлендіргіштер электр машиналық және вентилді болып екі түрге бөлінеді.

4.23 Асинхронды электр жетегілерінің жиіліктік реттеу әдісі

4.24-суретте тұрақты токтың аралық көзі бар электр машиналық жиілік түрлендіргіш (ЖТ) сұлбасы келтірілген.

Түрлендіргіш желілік кернеудің тұрақты жиіліктегі айнымалы тоғын реттелетін тұрақты кернеуге түрлендіретін агрегаттан (Қ1, Г1) құралады. Тұрақты кернеуді реттеу үшін Г1 генератордың қоздыру тоғын өзгертіп тұру керек.Қ2 қоғалтқыштың бұрыштық жылдамдығы Г1генератордың кернеуі өзгерген кезде ырғақты реттеледі, ал онымен бірге Г2 синхронды генератордың бұрыштық жылдамдығы реттеледі. Г2 генератордың бұрыштық жылдамдығы өзгерген кезде, оның қоздыру тоғы тұрақты болған кезде, генератордың жылдамдығын, кернеудің жиілігін және амплитудасын өзгертеді. Г2 генератордан ҚЗ - Қ5 асинхронды қозғалтқыштар тобы қоректенеді. Генератордың қоздыру тогының бағытын өзгерткен кезде, АҚ-тардың айналу бағыты өзгереді. Г2 генератордың және Қ2 қозғалтқыштың қоздыру тоғы тұрақты болғанда, оның бұрыштық жылдамдығын өзгерту арқылы шығу кернеуі U₂ / f₂ = constзаңы бойынша автоматтық түрде реттеуге болады.

4.24-сурет. Тұрақты токтың аралық көзі бар электр машиналық жиілік түрлендіргіштің сұлбасы

К2 тұрақты ток қозғалтқыштың бұрыштық жылдамдығын Г1генератордың ЭҚК-і номиналды болғанда, резистор R2 арқылы қоздыру токты азайтуға да, үлкейтуге де болады, бұл жағдайда Г2 генератордың кернеуінің жиілігі және амплитудасы да өседі.

Егер де АК-тардың жиілігі реттеліп тұрған түрлендіргіштен тұтынатын қуаты Р_ном тең болса, онда ЖТ-тің жалпы орнатылған қуаты тең:

Бұл жағдай электр машиналық ЖТ-тің кемшілігіне жатады.

Екінші кемшілік – бөлек машиналардың ПӘК-ердің көбейтіндісімен белгіленетін ЖТ-тің ПӘК-інің төмендігі. Мысалы, егер де әрбір машинаның толық жүктеме кезінде ПӘК — 0,9 болса, онда ЖТ-тің коминалды ПӘК-і тең 0,9⁴= 0,66. Асинхронды ЖТ ретінде 4.25-суретте көрсетілген сұлба қолданады. Мұнда негізгі түрлендіргіш ретінде фазалы роторы бар АҚ қолданылады

4.25-сурет. Асинхронды ЖТ-тің сұлбасы

АЖТ-тің статоры АТ автотрансформатор арқылы айнымалы ток желісіне қосылады. Бұл АЖТ-тің кірісіндегі кернеудің амплитудасын реттеуге жағдай туғызады. АЖТ-тің роторы білік арқылы Г-Қ жүйе бойынша бұрыштық жылдамдығы реттелетін Қ2 қозғалтқышпен байланысқан. Екінші реттік (роторлық) тізбек жиілігі f₂ және амплитудасы U₂ реттелетін кернеу көзі болады.

АЖТ-тің шығысындағы жиілік тең

(4.41)

Мұнда: , -Қ2қозғалтқыштың бұрыштық жылдамдығы;

f₂ - қоректендіру желісінің жиілігі.

(3.23) теңдеуге "+" таңба ротордың айналу бағыты статордың магнит өрісінің айналу бағытына сәйкес кезінде, ал "-" таңба - кері кезіңде алынады. Олай болса, ротор өріске кері айналғанда f₂ > f₁ , бірдей айналса f₂ = f₁. Ротордың қозғалысы кезінде f₂ = f₁'.

Ротор өріске кері айналған кезде, жүктемеге АЖТ-тен берілетін энергия, М2 қозғалтқыштың білігінен түсетін механикалық энергиямен АТ автотрансформатор жағынан АЖТ-тің тұтынатын энергиясының қосындысына тең. Ротор өріспен бірдей айналған кезде статорға түсетін энергияның бір бөлігі жүктемеге, ал бұл жағдайда генератор режимінде жұмыс істейтін М2 қозғалтқышқа беріледі. Бұл бөлік Қ1 машина арқылы желіге қайтарылады.

М2 қозғалтқыштың білігінен түсетін Р_м және қоректендіретін желіден түсетін Р₂ активтік қуаттардың бөлінуі статормен ротордың жиіліктеріне пропорционалды, яғни

(4.42)

(4.43)

немесе

мұнда - АЖТ-тің шығысындағы тұтылатын қосынды қуат. Егер де АҚ-тардың орнатылған қуаты Р_ном болса, онда ЖТ-тің орнатылған қуаты (f₂ = 100 Гц, f₁ = 50Гц кезде) тең.

P_ЖТ = P_қ1+P_Г+P_қ2+P_АЖЖ+P_АТ = 0,5P_ном+0,5P_ном+0,5P_ном+P_ном+0,5P_ном = 3P_ном

Вентилді - электр машиналық жиіліктік түрлендіргіштің сұлбасы 4.26-суретте көрсетілген.

Мұнда тиристорлардан жиналған статикалық басқарылатын түрлендіргіш (түзеткіш) БТ тұрақты жылдамдықты айналдырушы түрлендіргіш агретаттың орнына қолданылады. Басқарылатын түрлендіргіштен ауыспалы жылдамдық агрегаттың Қ1 қозғалтқышы қоректенеді.

Бұл жағдайда ЖТ-тің ПӘК-ті аздап өседі, бірақ та сенімділігі жоғары емес, ЖТ-тен басқа екі машинаның (Қ1 қозғалтқыш және Г генератор) қажеттілігі кемшіліктерге жатады, сол себептен электр машиналық түрленгіштердің қолданылуына шек қойылады және тиристорларды немесе транзисторларды қолдану негізінде статикалық түрлендіргіштерді құруға қажеттілік туылады.

4.26-сурет. Синхронды генераторы бар вентилді – электр машиналық жиіліктік түрлендіргіштің сұлбасы

Статикалық жиіліктік түрлендіргіштердің екі негізгі түрі бар:

а) тікелей байланыспен; б) тұрақты токтың аралық көзімен.

Тікелей байланыспен түрлендіргіш жоғары жиілікті төмен жиілікке түрлендіреді. Ол қарсы-параллельді топтарға қосылған бөлек басқарылатын 18 тиристордан құрылады (4.27-сурет).

Түрлендіргіштің негізіне түзетудің үш фазалы нөлдік сұлбасы жатады, әрбір фазалы екі қарсы қосылған түзетушілерден кұралады.

4.27-сурет. Тікелей байланысы бар жиіліктік түрлендіргіш

Түрлендіргіштің шығу кернеуінің бірінші жарты период кезінде токты түзету топтары, алекінші жарты период кезінде - инверторлы топтары өткізеді. Түрлендіргіштің шығысындағы кернеудін реттеуі вентилдердің қосу бұрышын өзгерту арқылы әрекеттенеді.

Мұндай түрлеңдіргіштің түрінің құндылықтарына жатады:

а) энергияны бір дүркін түрлендіру, сол себептен жоғары ПӘК-і (0,90-0.98 маңында);

б) шығысында жиіліктен тәуелсіз кернеудің амплитудасын реттеудің мүмкіншілігі;

в) реактивтік және активтік энергияның желіден қозғалтқышқа және кері ауыстыруға болатындығы;

г) коммутациялық конденсаторлардың жоқтығы.

Ал кемшіліктеріне жатады:

а) шығыстық жиіліктің (0 ден 40% желінің жиілігіне дейін) реттеуіне шек қойылады;

б) вентильдердің саны көп;

в) қуат коэффициентінің аздығы(0.8-ден аспайды)

Өнеркәсіп ЭЖ-лер үшін ең кең қолданылатын статикалық жиіліктік түрлендіргіш түрі — тұрақты токтың аралық көзі бар түрлендіргіш (4.28-сурет).

4.28-сурет. Тұрақты токтың аралық көзі бар статикалықтүрлендіргіштің

құрылымдық сұлбасы.

Түрлендіргіш екі күштік элементтерден-басқарылатын түзеткіш БТ және инвертор И-ден құралады. БТ-тің кірісіне жиілігі 50 Гц-ке тең айнымалы ток реттелмейтін кернеу беріледі; БТ-тің шығысынан И инверторға тұрақты реттелетін кернеу беріледі, ал инвертор тұрақты кернеуді амплитудасы және жиілігі реттелетін кернеуге түрлендіреді. Түрлендіргіштің ішіне түзеткіштің басқару ТББ және инверторлық басқару ИББ блоктары кіреді. Бұл сұлбада шығысындағы кернеудің амплитудасы және жиілігі бөлек реттеледі. Бұл жағдайда ЖТБ тапсырылған жылдамдықтың блогі арқылы АҚ - тың қысқыштарындағы кернеудің әсер етуші мәнімен жиіліктің керекті арақатынасын сақтауға болады.

Бұл түрлендіргіш қоректендіретін желінің жиілігінен жоғары да, төмен де реттеуге рұқсат етіледі, оның ПӘК-і жоғары (0.95-ға дейін) болады, габариттері кіші, сенімділігі жоғары және жұмыс істегенде дыбыссыз болады.

Жиіліктік басқаруды таңдау үшін 4.29-суреттегі көрсетілген алмастыру сұлбасын қолданайық.

Сұлбада келесі белгілеулер алынған:

а) статордың кернеуінің салыстырмалы жиілігі ;

б) абсолюттік тайғанаудың параметрі немесе ротордың салыстырмалы

жиілігі , ;

в) статордың салыстырмалы кернеуі .

Қозғалтқыштық момент

(4.44)

4.29-сурет. Жиіліктік реттеудегі АҚ алмастыру сұлбасы

Екінші ораманың тоғы және кедергілері:

, (4.45)

мұнда

Түрлендірілгеннен кейін табамыз:

мұнда

және - статормен ротордың сейілу коэффициенттері

және

- жалпы сейілу коэффициенті

Абсолюттік критикалық тайғанау

Максималды момент:

(4.46)

Бұрыштық жылдамдықтың жиілікті реттеу тәсілі-өте үнемді және реттеу қасиеттері бойынша қысқа тұйықталған АҚ (ең қарапайым, сенімділігі зор және арзан ) тұрақты ток ЭЖ кем түспейді.

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒