Электр машиналар. Асинхрон машиналар. Ўзгармас ток машиналари

Асинхрон двигателлар

Барча машиналар каби асинхрон машина ҳам генератор, ҳам двигатель режимларида ишлаши мумкин. Лекин у генератор сифатида қатор сезиларли камчиликларга эга ва деярли двигатель сифатида ишлатилади. Асинхрон двигателлар бир фазали, икки фазали ва уч фазали бўлади. Машинанинг статори ярим ёпиқ ариқчалар ўйилган электротехник пўлат пластиналардан йиғилади. Бу ариқчаларга чўлғам жойлаштирилади. Дастлаб синхрон двигательни кўриб чиқамиз. Уларда статор чўлғамлари ўзаро 120⁰ га сурилган мос равишда уланган учта чўлғамдан иборат ва уч фазали тизимни ташкил қилади. Станинанинг клеммалар қутичасига 6 та ҳар бир фазанинг боши ва учлари чиқарилади, яъни чўлғамларни ҳам юлдуз, ҳам учбурчак шаклида улаш мумкин. Асинхрон машиналарнинг роторлари фаза чўлғами ва қисқа туташтирилган бўлиши мумкин.

Қисқа туташтирилган ротор тўлиқ ёпиқ ариқчали пўлат пластиналардан йиғилади, уларга учлари металл ҳалқачаларга маҳкамланган стерженлар жойлаштирилади. Стерженлар кўпинча алюминийдан тайёрланади ва босим остида ротор ариқчаларига қуйилади. Бундай роторларнинг занжирга чиқишлари бўлмайди. Қисқа туташтирилган роторли двигателлар фаза чўлғамли роторли двигателлардан кўра арзон, содда ва ишлатишда ишончли, лекин уларнинг ростлаш тавсифлари ёмон. Фаза чўлғамли роторнинг чўлғамлари статорники каби уч фазали бўлиб, уларнинг охирлари юлдуз схемада уланади, учлари эса ротор валидан ва бир-бирларидан изоляцияланган ҳолда ротор валига маҳкамланган контакт ҳалқачаларига уланади. Станинага кўмир ёки мис чўткалар маҳкамланган бўлиб, вал айланганида улар ҳалқачалар билан сирпанма контакт ҳосил қилади. Чўткалар ёрдамида ротор чўлғамлари қисқа туташтирилиши ёки ташқи қаршиликка уланиши мумкин. Фаза чўлғамли роторлар қисқа туташтирилган роторлардан кам ва фақат юқори қувватли асинхрон двигателларда ишлатилади.
Асинхрон двигателнинг ишлаш принципи. Статорнинг уч фазали чўлғамини уч фазали ток бериладиган фазода ўзаро 120°га сурилган учта ғалтаклар кўринишида тасаввур қиламиз (4.2−расм).

4.2−расм. Фазаларнинг силжиш диаграммаси (а) ва А, В, С чўлғамларнинг айланиш схемаси (б)

Ток йўналишини рамканинг бошидан охирига мусбат, рамканинг охиридан бошига эса манфий деб қабул қиламиз. Т1 вақт моментида А-Х рамкада ток йўқ, В-У ва C-Z рамкаларда эса ток бор. Бу рамкалар кўрсатиган йўналишдаги магнит оқимини ҳосил қилади (Парма қоидасиги биноан).

Шундай қилиб, таъминот кучланишининг ярим даврида статор майдони 180° га бурилади, яъни 360° да тўлиқ айланиб чиқади. Агар статорнинг уч фазали чўлғамига уч фазали ток берилса, унда n=60 айлмин. тезликда айланадиган ¦₁p магнит майдони ҳосил бўлади (4.3−расм), бу ерда ¦₁−частота (чунки ¦₁ ва р−const , у ҳолда n−const).
Бу майдон ротор чўлғамларини кесиб ўтиб, унда Е₂ ЭЮКни ҳосил қилади:


(4.1)

бу ерда К_ч–ротор чўлғамининг жойлаштириш усулига боғлиқ бўлган чўлғам коффициенти; W₂–ротор чўлғамининг ўрамлари сони.

4.3 – расм. Вақтнинг Т1-Т4 моментлари учун А, В, С чўлғамларнинг айланиш схемалари

Ротор чўлғамлари қисқа туташтирилган бўлганлиги учун ундан I₂ ток оқиб ўтади. Бу ток айланувчан магнит майдони билан ўзаро таъсирлашиб роторни айланувчан магнит йўналишида айланишга тортадиган F_ψ кучни ҳосил қилади. Ўз навбатида F_ψ куч роторни айланишига мажбурлайдиган М_айл айлантирувчи моментни ҳосил қилади. Унинг таъсирида ротор n₂ тезликда айлана бошлайди (ротор чўлғамлари кўп бўлганлиги учун двигателнинг айлантирувчи моменти барча чўлғамлар айлантирувчи моментлари йиғиндисига тенг бўлади). Двигатель режимида n₁>n₂ , яъни ротор майдони статорнинг айланувчан магнит майдонидан орқада қолади. Агар n₁=n₂ бўлса, ротор статор майдонига нисбатан ҳаракатланмайди, демак унинг чўлғамларида ЭЮК ва токлар вужудга келмайди, яъни айлантирувчи момент бўлмайди ва роторнинг айланиши тўҳтайди. n₁ синхрон тезлик дейилади, асинхрон двигателларда роторнинг тезлиги ундан кичик бўлади. Статорнинг магнит майдони роторга нисбатан n_s=n₁–n₂ айл/минга тезроқ айланади.

Асинхрон двигателларда роторнинг статор майдонидан орқада қолишини сирпаниш катталиги S=n_s/n₁ билан нисбий бирликларда ёки фоизларда ифодалаш қабул қилинган:


, (4.2)

Агар ротор тўхтаган S=1 ёки 100 фоиз бўлса, ва двигатель синхрон тезликка етса S=0, яъни двигатель режимида S 0 дан 1 гача ўзгаради.

Агар ташқи айлантириш манбаи орқали ротор статор магнит майдони йўналишига қарама-қарши йўналишда айлантирилса, у ҳолда


(4.3)

Бу режим электромагнит тормоз режими дейилади.

Агар роторни статор магнит майдони йўналишида n₂>n₁ тезликка билан айлантирилса,
, (4.4)

Бу режим генератор режими дейилади, лекин асинхрон двигатель одатда бу режимда ишламайди.

Двигателнинг иш жараёнида чўлғамларидаги ЭЮК ва ток частотаси қуйидагига тенг бўлади:


, (4.5)

ЭЮК эса қуйидагига тенг бўлади:

, (4.6)
Ротор чўлғамининг Z₂ қаршилиги актив ва индуктив ташкил этувчиларга эга. Индуктив ташкил этувчи частотага боғлиқ, у ҳолда ротор чўлғамининг қаршилиги қуйидагига тенг бўлади:

, (4.7)

У ҳолда асинхрон двигатель иш жараёнидаги ротор занжиридаги ток қуйидагига тенг бўлади:

, (4.8)

Двигателнинг айлантирувчи моменти магнит оқимига, ротор токига боғлиқ ва қуйидагича аниқланади:

, (4.9)

бу ерда, Y_2s−ротордаги I_2S ток ва E_2S ЭЮК орасидаги бурчак, ротор чўлғамларининг қаршилиги S катталикка боғлиқ бўлганлиги учун Y_2s ҳам S катталикка боғлиқ бўлади; Ф_m–статорнинг магнит оқими; С–фазалар сонини, жуфт қутблар сонини, чўлғам ўрамлари ва унинг конструктив тузилишини ҳисобга оладиган конструктив коэффициент.

Шундай қилиб, М_айл айлантирувчи момент S сирпанишга боғлиқ бўлган мураккаб функциядир. Асинхрон двигатель учун М_айл=f(S) боғлиқликни билиш муҳимдир (4.4-расм).

4.4-расм. Айлантирувчи моментнинг сирпанишга боғлиқлиги чизмаси

Асинхрон двигатель М_айл айлантирувчи момент юкламанинг М_т тормозловчи моментига тенг бўлганида ўзгармас тезликда барқарор ишлайди.

Юклама қанчалик катта бўлса, n₂ шунчалик кичик ва М_айл шунчалик катта бўлади. Асинхрон двигателнинг барқарор иш соҳаси 0...S_m оралиқ ҳисобланади. Номинал юкламада S=0,03...0,05, яъни 3-5 фоиз, юклама ортиши билан S ортади, салт ишлашда эса нолга яқин бўлади. S_m...1 оралиқ двигателнинг барқарор иш соҳаси, яъни М_айл моментнинг жуда кичик камайишида сирпаниш кескин ортади ва двигатель тўхтайди.
Асинхрон двигателнинг иш тавсифлари роторнинг n₂ айланишлар сонини, М_айл айлантирувчи моментини, I₁ истеъмол токини, cosφ₁ қувват коэффициентини ва η фойдали иш коэффициентини машина валидаги фойдали Р₂ қувватга боғлиқлигидан иборат (4.5−расм). n₂=f(P₂) боғлиқлик қуйидагича характерланади: салт ишлашда (Р₂=0) n₂~n₁, юклама тўлиқ ортса, n₂ нинг қиймати 2…6 фоизга камаяди. Шунинг учун М_айл айлантирувчи момент двигатель юкламасига деярли пропорционал бўлади. Лекин, n₂ тўлиқ катта юкламаларда камайганлиги сабабли, М_айл эгри чизиқли бир оз юқорига кўтарилади. n₂ кам ўзгарганлиги учун S сирпаниш ҳам 2...6 фоизга ортади. I₁ ток салт ишлашда катта реактив ташкил этувчига (оқимни ҳосил қилиш учун) ва жуда кичик актив ташкил этувчига эга бўлади. Юкламанинг ортиши билан актив ташкил этувчи ортади, реактив ташкил этувчи эса деярли ўзгармайди. Шунинг учун кичик юкламаларда актив ташкил этувчи кучсиз ортади, I₁ ток кам ўзгаради, катта юкламаларда эса I₁ ва I₂ токлар актив ташкил этувчилари кескин ортади ва I₁ токнинг ўзгариши катта бўлади.

4.5−расм. Асинхрон двигателнинг иш тавсифлари чизмаси (М₀ – механик йўқотишлар моменти)
сosφ₁ қувват коэффициенти U₁ кучланиш ва I₁ ток орасидаги бурчакни характерлайди. Салт ишлашда I₁ токнинг реактив ташкил этувчиси катта бўлади, шунинг учун φ₁ бурчак катта, cos φ₁ эса кичик (0,2 атрофида) бўлади. Юкламанинг ортиши билан токнинг актив ташкил этувчиси ортади ва φ₁ бурчак камаяди, яъни cos φ₁ ортади, номинал юкламада у каттароқ қийматларга (0,75–0,85) эришади.
Жуда катта юкламаларда эса Ф оқимни орттиришга тўғри келади, шунинг учун яна I₁ токнинг реактив ташкил этувчиси ортади, яъни φ₁ бир қанча ортади, cosφ₁ эса бир оз камаяди. Трансформатордаги каби ФИК ўзгаради, яъни салт ишлашда η=0, юклама ортганда эса ўзининг қандайдир максимал қийматигача (ўзгармас ва ўзгармас исрофларда тенг бўлганда) ортади, кейин эса камая бошлайди.