Асинхрон машиналарнинг тузилиши ва ишлаш принципи. Асинхрон машина хакида тушунча

6- МАЪРУЗА: АСИНХРОН ДВИГАТЕЛНИНГ АЙЛАНИШ ЧАСТОТАСИНИ УЗГАРТИРИБ БОШКАРИШ.


РЕЖА:

1. 
   Асинхрон двигателнинг айланиш частотасини ростлаш усуллари
   
2. 
   Жуфт кутблар сонини узгартириш усули.
   
3. 
   Сирпанишни узгартириш билан тезликни узгартириш.
   

1. Асинхрон двигателнинг айланиш частотасини ростлаш усуллари
Укка уланган механик нагрузка узгарганда двигатель айланиш частотасининг бир хилда колиши ёки нагрузка киймати узгармаганда унинг айланиш частотасини узгартириш мумкинлиги хар кандай двигателларнинг мухим курсаткичларидан хисобланади. Нагрузка кийматининг узгариши билан асинхрон двигателнинг айланиш частотаси жуда оз булса хам узгаради (1 ... 6%). Сирпаниш формуласидан роторнинг айланиш частотаси куйидагича аникланади:

Демак, асинхрон двигателнинг айланиш частотасини узгартириш учун двигателга берилаётган кучланиш частотасини ёки жуфт кутблар сонини, ё булмаса двигатель сирпанишини узгартириш керак.
а) Манба кучланиши частотасини узгартириш йули билан двигателнинг айланиш частотасини узгартириш.
Таъминловчи кучланишнинг частотасини узгартириб, асинхрон двигателнинг тезлигини ростлаш усули тезликни ростлаш усуллари ичида иктисодий жихатидан хам, имкониятлари жихатидан хам энг самарали усул хисобланади. Частотани узгартириб тезликни ростлашда, тезлик диапазони оралигида двигателнинг сирпаниши деярли узгармаслиги натижасида двигателнинг сарф куввати катта булмайди. Тезлиги частотани узгартириб бошкариладиган асинхрон электр юритмалар статик ва динамик хусусиятлари билан узгармас ток электр юритмаларидан асло колишмайди. киска туташтирилган роторли асинхрон двигателларнинг узгармас ток двигателларига нисбатан деярли икки марта енгил булиши ва уч баробар арзонлигини эътиборга олсак келажакда частота буйича бошкариладиган асинхрон двигателли электр юритмалар кенг кулланиши имкониятини курамиз.
Биринчи частота узгартиргичлар электромеханик курилмалар асосида юзага келди. Бундай частота узгартиргичда синхрон генератор СД дан олинадиган кучланиш киймати ва частотаси бир-бирига богланмаган холда бошкарилади. Синхрон генераторнинг кучланиш киймати кузгатиш занжирига уланган реостат ёрдамида бошкарилади; частотаси эса узгармас ток генераторининг кузгатиш чулгам занжиридаги реостат билан бошк.арилади. Бундай узгартиргичда частотани узгариш диапазони катта булса хам унинг техника-иктисодий курсаткичлари юкори эмас. Узгартиргичнинг урнатилган куввати катта (туртта ёрдамчи машиналар тула кувват билан ишлайди) ФИК ва электр юритманинг тезкорлиги паст.
Кейинги вактларда такомиллашган ярим утказгичларнинг яратилиши ва узлаштирилиши тиристорли ва транзисторли частота узгартиргичлар кашф килинишига олиб келди. Тиристорли ва транзисторли частота узгартиргичлар (ТЧУ) лар икки гурухга: билвосита ва бевосита ЧУ ларга

булинади.

Билвосита ТЧУ ларда тармок; кучланиши БВ да тугриланади ва автоном инвертор БИ га узатилади ва унда узгармас кучланиш частотаси ростланадиган Узгарувчан кучланишга узгартирилади.
42-расмда ТЧУ нинг функционал схемаси берилган, унда ТУ бошкарилувчи тиристорли узгартиргич; БВБТ унинг бошкариш тизими, ростлаш блоки РБ нинг вазифаси, частота ростлашнинг кайси конуниятга амал килинаётганига караб ТЧУ нинг статик ва динамик режимларида кучланиш ва частота узгаришини узаро мослаштиришдир.
куйида функционал схемаси — расмда берилган узгармас ток звеноли частота узгартиргич (ЧУ) ни куриб чикамиз. Частота узгартиргичнинг катта токли кисми иккита асосий блокдан: бошкариладиган вентил (БВ) ва бошкариладиган инвертор (БИ) дан тузилган. Стандарт частотали (f₁) тармок. кучланиши U₁ БВ нинг киришига берилади. БВ Узгарувчан кучланиш U₁ ни узгармас кучланиш Е_о га айлантириб беради. Бу кучланишни бошкариладиган вентилнинг бошкариш тизими (БВБТ) нинг бошкариш схемаси ёрдамида кенг диапазонда ростлаш мумкин. Тугриланган ва ростланган Е_о кучланиш БИ нинг киришига берилади. БИ узгармас ток кучланиши Е_о ни ростланадиган кучланиш U ли ва частота f_poc ли уч фазали Узгарувчан кучланишга айлантиради. БИ нинг чикиш кучланишининг частотаси f_рос бошкариш сигнали функциясига караб БИБТ нинг бошкариш схемаси томонидан берилади.
Ростланадиган частотани олиш принципини — расмда келтирилган схема мисолида куриб чикамиз.
БИБТ нинг бошкариш схемаси оркали VS1—VS6 тиристорлар талаб кшшнган тартибда ва турли вакт оралигада очилишлари мумкин. Купинча амалда ЧУ схемаларида хар бир тиристорнинг очик холати λ чикиш частотаси f_рос нинг давр Т_рос нинг ярми ёки учдан бирига тукри келади. VS1—VS6 тиристорларнинг очилиш моментларининг силжиши шу даврнинг олтидан бир кисмини ташкил килади.
Асинхрон двигателда айланма магнит майдонининг айланиш частотаси (n₁) тармок. кучланиши частотасига тугри пропорционалдир. Амалда тармок. кучланишининг частотаси узгармас f¹=50Гц. Шунинг учун кучланиш частотасини узгартириш йули билан двигателнинг айланиш частотасини узгартиришда махсус ярим утказгич ёки электр машина частота узгартиргичлардан фойдаланилади. Асинхрон двигателга турли частотали кучланиш бериб унинг айланиш частотасини катта чегарада текис узгартириш мумкин. Амалда асинхрон двигателнинг айланиш частотаси (тезлиги) ни бу йул билан узгартириш анча мураккаб ва киммат. Шундай булса хам, баъзи механизмларда бу усул кулланилади. Манба частотасини узгартириш йули билан асинхрон двигатель тезлигини ростлашда двигателнинг каби параметрлари номинал кийматида колиши учун М. П. Костенко аникдаган куйидаги богланишга риоя килиш керак:

бу ерда: U_H ва М_ст-н — номинал частота f_н га тегишли номинал кучланиш ва номинал каршилик моменти; U ва М_ст — частотанинг бошка кийматига тегишли кучланиш ва каршилик моменти.
Агар тезлик узгарганда М_ст = М_ст-н = const булса, у холда булиб, асинхрон двигателга бериладиган кучланишни частотага пропорционал равишда узгартириш лозим булади. Бунинг учун, масалан, бирламчи двигателнинг тезлигини узгартириш билан частотаси узгартириладиган синхрон генераторнинг кузгатувчи токини узгартирмаслик лозим. Агар тезлик узгариши билан М_ст п₂² булса, булади ва демак, n₂ f булгани учун
булиб, двигателга бериладиган кучланиш кийматини частотанинг квадратига пропорционал равишда узгартириш керак булади. Бунинг учун кузгатувчи ток кийматини синхрон генераторнинг айланиш тезлигига пропорционал равишда узгартириш лозим. Ифодани олишда асинхрон двигателнинг магнит системаси туйинмаган ва статор чулгамининг актив каршилиги R≈0 деб кабул килинган. Амалда R_{ > 0 булиб, частотани узгартиришда. Демак, асинхрон двигатель асосий курсаткичларининг киймати бир оз пастрок. булади. 42-расмда тезлиги ифодага биноан ростланадиган асинхрон двигателнинг турли частоталарда ва:
а) М_ст=М_ст-н=const хамда б) М_ст f² п² булгандаги механик характеристикалари курсатилган.
Частота узгартиргичлар сифатида синхрон машиналардан ва фаза-роторли асинхрон машиналардан фойдаланиш мумкин. Бу усул бир неча киска туташган роторли асинхрон двигателларнинг айланиш тезлигини бир вактда бир хил узгартирилиши талаб килинадиган механизмларда кулланилади. Бундай ростлаш системаси прокат станининг рольганг механизмида кулланилади. Рольгангдаги хар бир ролик асинхрон двигатель билан айлантирилиб, бу роликлар тезлигини бир вактда бир хилда ростлаш талаб килинади. Бу максадда синхрон машина (генератор) частота узгартиргичидан фойдаланилади. 43-расмда синхрон генератори частота узгартиргичи ва ундан таъминланадиган асинхрон двигателлар системасининг принципиал схемаси берилган. Частота узгартиргичдаги синхрон машина генератор-двигатель системасидаги узгармас ток двигатели билан айлантирилади. Схемада кувватлари тахминан бир-бирига тенг булган туртта электр машинасидан фойдаланилади.
43-расм
Кейинги вактларда частота узгартиргичлар сифатида кремнийли вентиллар, конденсаторлар ва трансформаторлардан тузилган бошкариладиган ва бошкарилмайдиган статик частота узгартиргичлардан фойдаланилмокда.


2. Жуфт кутблар сонини узгартириш усули.
Тармок. кучланишининг частотаси узгармас (f₁=50 Гц) булса, айланма магнит майдонининг айланиш тезлиги жуфт кутблар сонига тескари пропорционал булади. Бунда синхрон тезлик жуфт кутблар сонига караб 3000, 1500, 1000, 750, 600, 500 айл/мин булиши мумкин. Бу усул билан роторнинг айланиш тезлиги боскичли узгартирилади, яъни жуфт кутблар сони канча кичик булса, двигателнинг айланиш тезлиги шунча катта булади. Бу усул асосан киска туташтирилган роторли асинхрон двигателларда кулланилади. Двигателнинг айланиш тезлигини бу усул билан узгартириш учун двигатель статорига кутблар сони турлича булган бир неча чуетам ёки кутблар сони узгартирилиши мумкин булган махсус чулгам урнатилиши лозим. Двигателда жуфт кутблар сонини узгартириш йули билан тезлиги ростланадиган асинхрон двигателлар Куп тезликли двигателлар дейилади.
Одатда, статор фаза чулгамининг айрим булакларини кайта улаш ва улардаги ток йуналишини узгартириш йули билан чулгамнинг жуфт кутблари сони узгартирилади. 44-расмда статор чулгамининг икки булаги чизилган. Агар чулгам булаклари узаро кетма-кет уланса, улардан утаётган ток чулгамда турт кутбли (р = 2) магнит окимини хосил килади (44-расм, а). Агар шу булаклар параллел уланса, икки кутбли (р = 1) чулгамга эга буламиз (44-расм, б). Маълумки, чулгам 4 кутбли булса, синхрон тезлик n₁ =1500 айл/мин ва чулгам икки кутбли булса, n₁=3000 айл/мин булади. Демак, роторнинг тезлиги хам боскичли узгаради. Чулгамнинг айрим булакларини кетма-кет улаб хам икки кутбли чулгам хроил килиш мумкин. Бу-нинг учун иккинчи булакда токнинг йуналиши узгартирилиши лозим булади (44-расм, в). 48-расмда статор чулгамларининг амалда кулланиладиган кайта улаш схемаларидан бири келтирилган. Бу схемалардан р = 4 ва р = 2 жуфт кутблар олиш мумкин, бунда синхрон тезлик п_{ =750 ва n₁ = 1500 айл/мин булади.
45-расм
44-расм
Агар статорга иккита шундай чулгам урнатилса,двигатель 4 хил тезликли булади. кутблар сонини узгартиришга имкон берадиган статор чулгами булакларининг кисмалари оддий статор чулгами кисмалари каби ифодаланади, фацат шу булакнинг кутблар сони кисмада биринчи ракам билан курсатилади (44-расм, а ва б). 44-расм, а да чулгамнинг икки булаги кетма-кет уланган, лекин уч фаза чулгамлари манбага учбурчак усулида уланган. 44-расм, б да чулгамнинг икки булаги узаро параллел уланган, параллел уланган фаза чулгамлари эса юлдуз усулида уланган. Хозирги вактда икrи, уч ва турт тезликли махсус двигателлар Т серияда ишлаб чикарилади. Масалан, Т—42/8-8-6-4-2 маркали двигатель статори 8, 6, 4 ва 2 кутбга кайта уланадиган битта чулгамга эга.
Куп тезликли асинхрон двигатель, унинг укидаги нагрузка турига караб икки хил режимда ишлаши мумкин: а) двигателнинг тезлиги узгарганда унинг айлантирувчи моменти узгармас булади, лекин куввати тезликка пропорционал узгаради (узгармас моментли двигатель); б) двигателнинг тезлиги узгарганда унинг куввати бир хилда колди, айлантирувчи моменти тезлик узгаришига мое узгаради (узгармас кувватли двигатель). Бундай ишлаш шароитларини статор чулгамларини турли схемаларда улаб олиш мумкин. Куп тезликли двигателлар улчамларининнг катта булиши, кайта улаш курилмасининг Купол ва нархининг киммат булиши уларнинг камчилиги хисобланиди. Асинхрон двигателнинг айланиш тезлиги кенг диапазонда жуда текис узгартирилиши лозим булган машина ва механизмларда шу вактгача параллел кузгатишли узгармас ток двигателлари ишлатилади.
3. Сирпанишни узгартириш билан асинхрон двигателнинг тезлигини узгартириш.
Бу усул факат фаза-роторли асинхрон двигателларда кулланади. Уларда ротор чулгамининг актив каршилиги узгарса, сирпанишнинг узгариши бизга маълум. Актив каршилик ортиши билан сирпаниш хам ортади (бунда нагрузка моменти бир хилда колади), роторнинг айланиш тезлиги эса камаяди. Двигатель сирпаниши (айланиш тезлиги) нинг ротор чулгамининг актив каршилигига богликлиги ифодадан куйидагича аникланади:

Амалда ротор чулгамининг актив каршилиги бу занжирга кушимча каршилик улаш йули билан (масалан, юргизиш реостатининг каршилиги) узгартирилади. Бу каршилик ротор чулгамига кетма-кет уланади. Сирпанишни узгартириш йули билан факат нагрузкали двигателнинг тезлигини узгартириш мумкин. Двигатель салт ишлаганда, ротор чулгамининг актив каршилиги узгарса хам унинг айланиш тезлиги деярли узгармайди. Олдин айтиб утилганидек, ротор занжирида электр исроф сирпанишга тугфи пропорционал Δр_э2=sP_эм шундай экан, сирпанишнинг ортиши ротор занжирида кувват исрофини оширади, бунда двигателнинг фойдали иш коэффициенти камаяди. Масалан, нагрузка моменти узгармас, яъни М₂ = const булганда, двигателнинг сирпаниши 0,02 дан 0,5 гача ортса, роторнинг айланиш тезлиги тахминан икки марта камайиб кетади. Бу холда двигателда кувват исрофи электромагнит кувватнинг деярли ярмига тенг булади. Шунинг учун двигателнинг айланиш тезлигини узгартиришда бу усул жуда тежамсиз хисобланади. Бундан ташкари, ротор занжирига кушимча каршилик уланса, механик характеристикада двигатель тургун ишлайдиган кисмининг киялиги ортади. Натижада нагрузка моментининг озгина узгариши айланиш тезлигининг анча узгаришига сабаб булади. Буни яхши тушуниб олиш учун 46-расмдаги механик характеристикаларни куриб чикамиз. Агар ротор занжирида кушимча каршилик булмаса ва нагрузка моменти ΔМ_ст = М'_ст - М"_т га узгарса, унинг айланиш тезлиги Δn₂¹ га узгаради (1-характеристика). Агар ротор занжирига кушимча каршилик уланса, двигателнинг механик характеристикаси бошкача (2-характеристика) булади. Бу холда статик нагрузка моменти ΔМ_ст га узгарса, двигателнинг айланиш тезлиги Δn₂¹¹ га узгарди, Δn₂¹¹ эса Δn₂¹ дан катта. Кдйд килинган камчиликлардан катъий назар, фаза-роторли асинхрон двигателларнинг айланиш тезлиги асосан ротор занжирининг актив каршилигини узгартириш йули билан узгартирилади. Бу усул билан роторнинг айланиш частотасини синхрон тезликка якин тезликдан унинг номинал айланиш частотасининг 70 % гача оралигада жуда текис узгартириш мумкин булади.

Асинхроон двигателнинг айланиш йуналишини узгартириш. Асинхрон двигателнинг айланиш йуналишини узгартириш, яъни реверслаш учун статор магнит майдонининг айланиш йуналишини узгартириш керак. Бунинг учун статор чулгамини тармоккд улайдиган симларнинг исталган иккитасини узаро урнини алмаштириш кифоя. Асинхрон двигателнинг айланиш йуналишини амалда уч кутбли кайта улагич ёрдамида осон узгартирилади (47-расм, а). Агар ишлаб турган двигатель тармокка тескари уланса, статорнинг айланма магнит майдони айланиб турган роторга нисбатан тескари айлана бошлайди. Бунда s > 1 булади, яъни двигатель тормозланади. Бу шароитда ротор занжирида ток Купайиб кетади. Бунда ротор чулгами токининг частотаси катта, яъни ротор чулгамининг индуктив каршилиги катта булгани учун двигателнинг айлантирувчи моменти кичик булади. Ротор токини камайтириш ва моментни эса катталаштириш учун ротор занжирига кушимча каршилик уланади. Бунда тормозлаш механик харакгеристиканинг тугри чизикли кисмида бажарилади (47-расм, б). Олдин айтилганидек, характеристиканинг киялиги ротор занжирининг актив каршилиги киймати билан аникланади. 1-эгри чизик, ротор занжирида кушимча каршилик булмагандаги тормозлашга; 2 ва 3-эгри чизиклар эса ротор чулгамига кушимча каршилик