Асинхрон машиналарнинг тузилиши ва ишлаш принципи. Асинхрон машина хакида тушунча

1 МАВЗУ: АСИНХРОН МАШИНАЛАРНИНГ ТУЗИЛИШИ ВА ИШЛАШ ПРИНЦИПИ.

1. 
   
2. 
   Асинхрон машина хакида тушунча.
   
3. 
   Асинхрон двигателларнинг роторлари хакида тушунча.
   

3. Асинхрон двигателнинг ишлаш принципи.


1. Асинхрон машина хакида тушунча.
Узгарувчан ток машиналаридан асинхрон машиналар асосан асинхрон двигателлар сифатида халк хужалигининг турли сохаларида машина ва механизмларни харакатга келтириш учун ишлатилади. Уч фазали асинхрон двигателни 1889—91 йилларда рус инженери М. О. Доливо-Добровольский ихтиро килган. Асинхрон двигателлар асосан бир фазали ва уч фазали булади. Бир фазали асинхрон двитателлар кичик кувватли (10 ... 600 Вт) булиб, асосан уй-рузгор электр приборларида ишлатилади. Халк хужалигининг турли сохаларида асосан уч фазали асинхрон двигателлар ишлатилади. Бошка хил электр двигателларга караганда асинхрон двигателлар катор афзалликларга эга, жумладан, тузилиши оддий, ишда ишончли, таннархи арзон, осон бошкарилади ва хоказо. Асинхрон двитателнинг ишлаш принципи магнит майдонига киритилган токли утказгичнинг шу майдон билан узаро таъсирига асосланган. Асинхрон машиналарда асосий магнит майдонини статор чулгамларидан утувчи уч фазали ток хосил килади. Бу майдон айланма магнит майдони булади.
Уч фазали асинхрон двигателнинг тузилиши
Асинхрон двигатель асосан икки кисмдан: кузгалмас кисм — статор ва айланувчи кисм — ротордан иборат. Статор двигатель корпуси 1, асос 4, корпус ичига урнатилган ферромагнит узак 2 ва шу узак пазларига жойлаштириладиган учта чулгам 3 дан ташкил топган (1-расм). Двигателнинг кузгалмас кисмида подшипниклар урнатиладиган ва икки томондан статорга махкамланадиган ён шчитлар хам булади. Статор ичига урнатиладиган ферромагнит узак, уюрма токларни камайтириш максадида, калинлиги 0,35...0,-5 мм ли ва махсус электротехника пулатидан (пулат маркаси: 2013, 2312, 2411 ва хоказо) тайёрланган юпка пластинкалардан йигилади. Статор пулат узагининг пластинкалари маълум шаклда (пазли) штамплаб тайёрланади. Статор пулат узаги нинг айрим пластинкалари 2-расм, а да, 2-расм, б да эса катта кувватли машиналар статори узагининг айрим сегментлари курсатилган. Пластинкаларнинг икки томонига изоляцияловчи махсус лок суртилади. Пластинкалар маълум тартибда йигилади. Бунда статорнинг ички сиртида валга параллел булган пазлар хосил булади. Бу пазларга статор чулгамлари жойлаштирилади.
Узгарувчан ток машиналарининг статор чулгамлари, уларни хисоблаш ва ураш усуллари билан олдинги булимда танишдик. Статор пазларига учта статор чулгами жойлаштирилади. Чулгамларнинг бош ва охирги учлари машина корпусининг ён ёки уст томонига урнатилган клеммалар кугисига чикарилади. Статор чулгамларининг бош учлари С1, С2, СЗ билан ва охирги учлари С4, С5, С6 билан белгиланади. Статор чулгамлари юлдуз ёки учбурчак усулида уланади. Чулгамларни бундай усулларда улаш ушбу двигателни киймати буйича марта фарк киладиган икки хил кучланишда (380/220 В ёки 220/127 В) ишлатишга имкон беради. Купинча асинхрон двигател 380/220 В кучланишга мулжаллаб тайёрланади. Агар тармок. кучланиши 380 В булса, статор чулгамлари юлдуз усулида, тармок. кучланиши 220 В булса, чулгамлар учбурчак усулида уланади. Ишлатиш давомида статор чулгамларини турли усулда улашни осонлаштириш максадида клеммалар кутисида айрим чулгамларнинг бош ва охирги учлари маълум тартибда урнатилади. 3-расмда клеммаларни урнатиш тартиби ва чулгамларнинг уланиши курсатилган. Агар тармок. кучланиши двигатель паспортида курсатилган кучланишга мое келмаса, бундай двигателни шу тармок.ка улаб ишлатиш мумкин эмас.
Асинхрон двигателнинг ротори унинг статори ичига урнатилади. Ротор асосан вал, ферромагнит узак ва унинг пазларига жойлаштирилган киска туташган симлардан ёки учта чулгамдан иборат булади. Роторнинг ферромагнит узаги хам махсус электротехника пулатидан тайёрланган юпка пластинкалардан йигилади. Ротор узагининг пластинкалари хам маълум шаклда штамплаб тайёрланади. Ротор чулгами хам пулат узак пазларига урнатилади. Ротор узагининг айрим пластинкаси 4-расмда курсатилган. Пазлар очик, ярим очик ёки ёпик килиб тайёрланади. Пластинкалар ротор валига кийдирилганда роторда узунасига пазлар хосил булади.
2. Асинхрон двигателларнинг роторлари хакида тушунча
а) киска туташтирилган роторли асинхрон двигателлар роторининг ферромагнит узаги пазларига изо ляцияси булмаган мис ёки алюминий симлар ёхуд стерженлар жойлаштирилади. Бу стерженларнинг учлари икки томондан мис ёки алюминий халкаларга кавшарланади. Агар ротор пазунга урнатилган ферромагнит узакдан иборат булиб, узакнинг пазларига изоляцияланган мис симдан уралган учта чулгам, фазода бир-бирига нисбатан 120° га силжитилган голда жойлаштирилади. Купинча ротор чулгамлари юлдуз усулида уланади.


Чулгамни ва стержень учларини бирлаштирувчи халкаларни ротордан чикариб олинса, катакли халка хосил булади (5-расм, а). Катакли халканинг стерженлари роторнинг киска туташтирилган чулгами, бундай ротор эса киска туташтирилган ротор дейилади (5-расм, б). киска туташтирилган ротор узагининг пазлари овалсимон булиб, унга Купинча эритилган алюминий куйилади ва яхлит «олмахон халкаси» хосил килинади. Ротор танасининг икки ён томонидан совитувчи канотлар хам чикарилади (6-расм). Катакли халканинг стерженлари пулат узакдан изоляцияланмайди, чунки киска туташтирилган мис ёки алюминий симларнинг электр утказувчанлиги пулат узакнинг электр утказувчанлигидан ун ва ундан ортик. марта катта булади, бундай шароитда стерженларни изоляциялашнинг ахамияти булмайди. Умуман, стерженлари ва халкалари куйма алюминийдан


Бу халкалар машинанинг темир кдомларидаи ва бир-биридан пухта изоляцияланган. Машинанинг кузгалмас кисмига урнатилган махсус туткичларда юпка мис пластинкалардан ёки кумирдан ясалган чуткалар урнатилган. Чуткалар пружина ёрдамида халкаларга тегиб туради, ротор айланганда чуткалар халкаларда сирпанади ва электр токини яхши утказадиган контакт хосил килади. Шундай килиб, ротор чулгамларининг бош учлари халка ва чуткалар оркали ташки клеммаларга чикарилади. Ротор чулгамининг клеммалари Р1, Р2 ва РЗ билан белгиланади. 9-расмда фаза роторли асинхрон двигателнинг айрим кисмлари курсатилган. Асинхрон двигателни юргизиш учун унинг статор чулгами уч фазали ток тармогига уланиши лози м. Фаза роторли двигатель махсус юргизиш реостати ёрдамида юргизилади. Юргизиш реостати ротор чулгами билан кетма-кет уланади. Юргизиш реостати юлдуз усулида уланган уч фазали реостатдир. Юргизиш реостатининг каршилиги 4...6 боскичли. Двигатель юргизилаётганида юргизиш реостатининг хамма каршилиги ротор чулгамига бутунлай уланган булиши лозим. Статор чулгамлари тармокка уланганда двигателнинг ротори айлана бошлайди. Унинг тезлиги ошган сари юргизиш реостатининг каршилиги унинг сургичи ёрдамида бир боскичга камайтириб борилади ва юргизиш охирида реостат каршилиги схемадан бутунлай чикарилади. Бунда двигателнинг айланиш частотаси валдаги нагрузка киймати билан аникланади.


Юргизиш реостатининг каршилиги нолга тенг булганда ротор чулгамлари киска туташиб колади. Халка ва чуткалар машинанинг нозик кисмлари хисобланиб, чуткалар халкаларда сирпанавериб ейилади ва тез ишдан чикади. Асинхрон двигателда статор занжири ротор занжири билан электр жихатдан узаро богланмаган. Статор чулгамлари тармок кучланишига уланганда чулгамлардан утадиган уч фазали ток энергияси роторга магнит майдони воситасида узатилади. Бу жихатдан асинхрон двигатель трансформаторга ухшайди. Статор чулгами трансформаторнинг бирламчи чулгами, ротор чулгами эса трансформаторнинг иккиламчи чулгами урнида ишлайди. Шунинг учун асинхрон двигателлар баъзан индукцион машиналар дейилади. Саноат корхоналарида асосан, киска туташтирилган роторли асинхрон двигатель урнатилади. киска туташтирилган роторли асинхрон двигателларнинг тузилиши оддий, ишда ишончли, уларни бошкариш осон. Лекин уларда юргизиш моментининг кичиклиги ва юргизиш токининг катталиги киска туташтирилган роторли двигателларнинг камчилиги хисобланади. Шунинг учун юргизиш моменти унча катта булмаган механизмларда киска туташтирилган роторли асинхрон двигателлар кулланилади. Фаза роторли асинхрон двигателда юргизиш моментини юргизиш реостата ёрдамида максимал моментгача ошириш мумкин. Шунинг учун фаза роторли асинхрон двигателлар катта нагрузка билан юргизилиши лозим булган ва роторнинг айланиш частотасини ростлаш талаб килинадиган механизмларда кулланилади. 10-расмда киска туташтирилган роторли (а) ва фаза роторли асинхрон двигателнинг {6) электр схемаси курсатилган. Х,ар бир асинхрон двигателнинг техник характеристикаси унинг паспортида ёзилган булади. Унда куйидагилар курсатилади

3. Асинхрон двигателнинг ишлаш принципи

Асинхрон двигателнинг ишлаш принципи статор чулгамларидан уч фазали ток утганда статорда айланма магнит майдонининг хосил булишига асосланган. Асинхрон двигателнинг ишлаш принципини урганиш учун ичига магнит кутблари махкамланган ва уз уки атрофида эркин айланадиган халка 1 олинади (11-расм). Бу халка айланганда, унинг ичидаги магнит майдони хам айланади, натижада айланма магнит майдони хосил булади. Энди бу халка ичига енгил айланадиган киска туташган ротор 2 урнатамиз. Агар магнитли халка маълум бир тезликда, масалан, ^тезликда айлантирилса, магнит майдонининг куч чизиклари роторнинг киска туташтирилган симларини кесиб утади ва бу симларда ЭЮК хосил булади. Бу ЭЮК ротор симларида ток хосил килади. Роторнинг киска туташган симларида (ёки ротор чулгамларида) хосил булган шу токнинг айланма магнит майдони билан узаро таъсири натижасида ротор симларига электромагнит кучлар F_c таъсир килади.


11-расм
Бу кучларнинг йуналиши чап кул коидаси билан аникланади. Роторнинг айрим симларига таъсир этувчи кучлар уни айлантирадиган электромагнит моменти хосил килади. Натижада ротор хам кндайдир, масалан, п₂ тезлик билан айланма магнит майдони йуналишида айлана бошлайди. Демак, асинхрон двигателнинг ишлаш принципи айланма магнит майдони билан роторнинг киска туташтирилган симларида (ёки ротор чулгaмларида) хосил буладиган токларнинг узаро таъсирига асосланган экан. Реал уч фазали синхрон двигателларда статор чулгамларидан уч фазали ток утганда статор ичида айланма магнит майдони уз-узидан хосил булади.
Айрим фазаларни бир-бирига нисбатан 120° га силжиган статор чулгамларининг токи, фазода бир-бирига нисбатан 120° га силжиган магнитловчи кучларни ва статор ичида маълум бир тезликда айланадиган айланма магнит майдони (магнит окими) ни хосил килади.
Энди айрим фаза чулгамлари икки урамдан иборат булган уч фазали асинхрон двигатель статорида айланма магнит майдонининг хосил булишини куриб чикамиз. 12-расмда айрим фаза чулгамлари икки урамдан, яъни статор узагининг пазларида жойлашган туртта симдан иборат булган статор схемаси чизилган. Статор чулгами юлдуз усулида уланган. Узакнинг 1, 2, 7 ва 8-пазларидаги симлар А фазага; 5, 6, 11 ва 12-пазларидаги симлар В фазага; 9, 10, 3 ва 4-пазларидаги симлар С фазага тегишлидир. Чулгамнинг бош учидан охирги учига йуналган ток мусбат, тескари томонга йуналган ток манфий деб кабул килинади. Маълумки, токли хар бир чулгам Узгарувчан магнит майдонини хосил килади. Уч фазали токнинг учта Узгарувчан магнит майдони кушилиб умумий йигинди магнит майдонини хосил килади.


.
Йигинди магнит майдонининг йуналиши хам доим узгариб туради. Лекин вактнинг исталган айрим моментлари учун унинг йуналишини аниклаш мумкин. 12-расм, б да чулгамлардан утадиган уч фазали токнинг вакт ичида узгариш графиги курсатилган. Унда вактнинг бошлангич моментида (/ к О булганда) ток А фазада мусбат ва максимал кийматига эга булсин. Бунда В ва С фазаларда ток манфий, киймати эса /_Атокнинг ярмига тенг булади (13-расм, а). Чулгaм симларида ток йуналиши мусбат булса (к) билан, манфий булса нукта билан курсатилган. Учта чулгам симларидаги токнинг йуналишига караб йигинди магнит майдонининг йуналишини аниклаш мумкин. 13-расмда фазаларда ток максимал булганда йиринди магнит майдонининг йуналиши, шу майдоннинг куч чизиклари ва магнит индукциясининг узгариш шакли (штрихланган юза) хам курсатилган. А фазада ток максимал булганда йигинди магнит майдонининг куч чизиклари статор пулат узагининг унг томонида пулат узакдан хавога, чап томонида эса хдводан пулат узакка йуналади. Демак, шу моментда пулат узак ярмининг унг томони — шимолий магнит кутб; чап томони — жанубий магнит кутб вазифасини бажаради. t к 7/3 Тбулганда В фазада ток мусбат ва максимал кийматга; А ва С фазаларда эса манфий ва киймати 1_в токнинг ярмига тенг булади. Бунда йигинди магнит майдони янги вазиятни олади ва олдингига нисбатан 120° га бурилади. t к 2/3 Т булганда С фазада ток максимал булади ва хоказо. Демак, айрим фаза чулгамларида ток узгарганда магнит майдонининг шакли узгармайди ва майдон уки соат стрелкаси харакати йуналишида узлуксиз айланади. Шундай килиб, асинхрон двигатель статорининг чулгамларидан уч фазали ток утганда статор ичида уз-узидан айланувчи а й л а н м а магнит майдони хосил булар экан.
Чулгамларни тармок,ка улайдиган учта симдан иккитасининг урни узгартирилса, айланма магнит майдонининг айланиш йуналиши узгаради.
Статор чулгамининг хар бир фазаси факат битта галтакдан иборат булса, уч фазали ток системаси асинхрон машинада икки кутбли магнит майдонини хосил килади. Агар машина икки кутбли булса, узгарувчан токнинг бир даври ичида магнит майдони 360° га бурилади, яъни бир марта айланади. Уч фазали чулгамдан утувчи ток куп кутбли айланма магнит майдонини хам хосил килади. Масалан, р к 2, яъни 4 кутбли магнит майдонини хосил килиш учун статорнинг хар бир фаза чулгами иккита галтакдан иборат булиши ва бурчак эса икки марта кичик булиши, яъни урам симлари 180°/2к90° даги пазларда жойлашиши керак.
Статорда хосил буладиган магнит майдонининг айланиш частотаси узгарувчан ток частотасининг кийматига тугри пропорционал ва жуфт кутблар сони (р) га тескари пропорционал булади. Айланма магнит майдонининг айланиш частотаси я, билан белгиланади ва куйидагича аникланади:

Айланма магнит майдонининг айланиш тезлиги (частотаси) синхрон тезлик дейилади, у баъзан «_сбилан хам белгиланади. Агар Узгарувчан ток частотаси /к 50 Гц булса, айланма магнит майдонининг айланиш частотаси факат жуфт кутблар сонига боглик булади. Жуфт кутблар сонига караб айланма магнит майдонининг айланиш тезлиги хам хар хил булади, масалан: агар р к 1 булса, пк 3000 айл/мин, р к 2 булса, пк 1500 айл/мин, р к 3 булса, пк 1000 айл/мин, р к 4 булса пк 750 айл/мин булади.


13-расм.


Асинхрон двигателнинг статор чулгамлари тармокда уланганда унинг ротори айлана бошлайди. Роторнинг тезлиги п₂ аста-секин усиб боради, лекин магнит майдонининг тезлигига ета олмайди. Асинхрон двигателда роторнинг айланиш тезлиги магнит майдонининг айланиш тезлигидан доимо кичик (n₂1) булади. Бу хусусият факат асинхрон двигателларга хос булган хусусиятдир. Чунки, роторнинг айланиш тезлиги айланма магнит майдонининг тезлигидан кичик булганида магнит майдонининг куч чизиклари ротор симларини кесиб утади ва бу симларда ЭЮК ва ток хосил килади, роторга айлантирувчи момент таъсир этади ва ротор айлана бошлайди. Агар роторнинг айланиш частотаси магнит майдонининг айланиш частотасига тенг булса, ротор симлари магнит майдони куч чизиклари билан кесишмайди, симларда эса ЭЮК хосил булмайди, роторга айлантирувчи момент таъсир этмайди. Реал шароитда двигатель юргизилганда роторнинг тезлиги ошиб боради ва синхрон тезликдан камрок. тезликда тургун ишлай бошлайди. Роторнинг айланиш частотаси п₂ билан белгиланади. Двигатель нормал шароитда ишлаганда айланма магнит майдонини роторга нисбатан (n₁— п₂) тезлик билан айланади. Бу нисбий тезлик сирпаниш тезлиги дейилади. Сирпаниш тезлигининг айланма магнит майдонининг тезлиги нисбати асинхрон двигателнинг сирпаниши дейилади. Сирпаниш s харфи билан белгиланади ва асинхрон двигатель учун мухим параметр хисобланади. Сирпаниш куйидагича аникланади:

Асинхрон двигателнинг сирпаниши, унинг ишлаш шароитига караб 0 дан 1 гача узгариши мумкин. Двигатель салт ишлаганда унинг ротори синхрон тезликка якин тезликда айланади. Бунда сирпанишнинг киймати нолга якин булади. Асинхрон двигателни юргизишнинг бошлангич пайтида унинг сирпаниши 1(100%) га тенг булади. Двигатель номинал нагрузка билан ишлаганда сирпаниш хам номинал кийматга (s_H) эга булади. куввати 1 дан 1000 кВт гача булган асинхрон двигателларнинг номинал сирпаниши 0,01 дан 0,06 гача, яъни 1 дан 6% гача; баъзи машиналарда 0,12 ... 0,15 (12 ... 15%) гача булиши мумкин. Кичик кувватли двигателларнинг номинал сирпаниши 4—6% ва катта кувватли двигателларники 1—2% булади.
Асинхрон двигателнинг нагрузкаси ортган сари роторининг айланиш частотаси камая боради, сирпаниш киймати эса орта боради. Сирпаниш купайса, ротор симларида хосил буладиган ЭЮК ва ток киймати ортади. Ротор токи купайса, роторга таъсир этувчи айлантирувчи момент хам купаяди. Шундай килиб, нагрузка моменти ва айлантирувчи моментларнинг динамик мувозанати вужудга келади. Сирпаниш формуласидан роторнинг айланиш частотаси куйидагича аникланади:


14-расм
Агар асинхрон двигатель уланган тармокда кучланиш ва частота номинал кийматга ва двигатель нагрузкаси хам номинал кийматга тенг булса, двигатель ротори номинал тезлик (я_2н) билан айланади. Асинхрон двигатель паспортида роторнинг айланиш частотаси курсатилади. Олдин айтиб утилганидек, ротор тезлиги айланиш магнит майдони айланиш тезлигидан 1... 6% га кичик булади.
Асинхрон двигателларда статор билан ротор орасидаги хаво оралиги канча кичик булса, улар орасидаги магнит богланиш хам шунча кучли булади. Шунинг учун бу оралик асинхрон двигателларда мумкин кадар кичкина килинади. Асинхрон двигатель нормал шароитда ишлаганда унинг статорида асосий магнит юритувчи куч, роторида эса роторнинг айланма магнит юритувчи кучи хосил булади (14-расм). Бу расмда статор ва ротор магнит майдонларининг бир-бирига нисбатан вазияти ва магнит майдонлари индукциясининг узгариш шакли курсатилган. Роторнинг айланиш частотаси п₂ га, лекин ротор МЮК ининг айланиш частотаси n, га тенг булади.
Бундай схема асинхрон двигателнинг ишлаш принципини яхши тушунишга имкон беради. Двигатель ишлаши учун статор чулгамларига манбанинг уч фазали симметрик кучланиши берилиши керак. Бунда статор чулгамларидан ток I₁ (яъни токлар I_А I_в I_с) утади; бу ток статорнинг магнитловчи кучи I_lW_l ни хосил килади. Бу магнитловчи куч статор ичида тезлик n, билан айланадиган айланма магнит майдони хосил килади. Айланма магнит окими статор ва ротор чулгамлари симларини кесиб утади ва уларда, электромагнит индукцияси (ЭМИ) крнунига биноан E_t ва Е₂ лар ЭЮК ни хосил килади. Статор чулгамининг Е_х ЭЮК тармок. кучланиши U₁ билан бирга статор токи I, кийматини аниклайди. Е₂ ЭЮК таъсирида ротор чулгамидан ток I₂ ута бошлайди. Магнитловчи куч I₁ W₁ ни хосил килади. Магнитловчи кучлар I_[W_l ва I₂ W₂ биргаликда двигателнинг йигинди магнит окимини аниклайди. Ротор токи /₂ магнит окими билан узаро таъсирланиб электромагнит куч (ЭМК) конуни асосида двигателнинг айлантирувчи моменти М ни госил килади. Двигатель айлана бошлайди. Бу момент статик каршилик (нагрузка) моменти М. билан бирга двигателнинг айланиш тезлигини аниклайди.