close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

3151 isembergenov n.t. sarsenbaevn.s avtomatika elementeri men khurilgilari

код для вставкиСкачать
Ш| винііі
ъ+шВі
һ
и $4
Қ А ЗА Қ С Т А Н Р Е С П У Б Л И К А С Ы Б ІЛ ІМ Ж Ә Н Е Ғ Ы Л Ы М
М И Н И С Т Р Л ІГ І
Н.Т. Исембергенов
Н.С. Сәрсенбаев
АВТОМАТИКА ЭЛЕМЕНТТЕРІ МЕН
ҚҮРЫЛҒЫЛАРЫ
Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігі
оқулы қ ретінде ұсынған
II в сопяіу I = сои!
үаг
үаг
Алматы 2009
УДК 681.5(075.8) шмаММР
ББК 32.965я73
И84
Пікір берушілер:
Казақ транспорт жэне коммуникация академиясы, «Автоматтандыру жэне басқару» кафедрасынын меңгерушісі, техника
ғылымдарының докторы, профессор,
«
Алматы Энергетика жэне байланыс институты, «Электр
жетегі жэне өндірістік кұрылғыларды автоматгандыру»
кафедрасының меңгерушісі, техника ғьшымдарының докторы,
профессор;
.
.
__
~
Қазақ-Британ техникалық университеті, «Ақпараттық жүиелер» кафедрасының меңгерушісі, техника ғылымдарының
кандидаты, доцент.
Ш.Б.Биттиев П.И.Сағитов -
Б.Қ.Құрманов -
қүрылғыАлматы
Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігінін жоспары
бойынша 2009 жылы басылған.
ІБВИ 9965-814-91-0
Оқулық он тараудан құралган. 1-тарауда тұрақты ток электр машиналарының құрылысы мен жұмыс жасау принципі, оларды басқару мен М
І Д Д
қарастырылган. 2-тарау басқарылатын түзеткіиітерге арналган.
түзеткіштерді құрастыру прищиптері мен оларды автоматика жүиелерінде р
еу
үшін қолдану сүрақпгарына баса назар аударылган.
3-тарауда трансформаторлардың құрылысы мен жұмыс жасау принципі сипаттачган және жалпы теориясы келтірілген. 4 жэне 5-тарауларда үшфазалы
қыиітар мен бір фазалы қозгашқыштар туралы мэлшеттер бар. Бұл қозгалтқьішп^Оың
құрьілысьі мен жұмыс жасау принциптері және олардың негагі сипаттамалары, Щ Ш Ш
оларды басқару әдістері қарастырылган. 6-тарау синхронды машиналарга арналган.
Синхронды машиналардың сипаттамачарына баса назар аударылган және олароаг
физикачық үдерістер толыгырақ көрсетіпген.
_
7-тарауда автоматты басқару жэне реттеу жүиелерінде қолданылатьш микромашинаіар қарастырыіган. Қозгалтқьішты дүрыс таңдау және олардың жылулық режимдері 8-тарауда келтірілген. 9 және Ю-тарауларда электромагнитті құрьуігылар мен датчиктердің құрылысы және жұмыс жасау принщттері сипатталган. Негізгі сипаттамалары,
артықшьпықтары мен кеміиіліктері, сондай-ақ оларды таңдау жэне олардың қолоанылу
аймақтары қарастырьііган.
______
л
«Автоматика элементтері мен құрылгылары» оқулыгы 050702 - Автаматтанбыру
және басқару мамандыгы бойыниіа оқитын бакаіаврларга арналган, сондаи-ақ О щ /іо
Электроэнергетика мамандыгы үиин де пайдасы зор.
2402000000
Я
СУЙ
УДК 681.5(075.8)
ББК 32.965я73
Н.Т.Исембергенов, 2009
Н.С.Сәрсенбаев, 2009
Автоматика элементтері мен құрылгылары
КІРІСПЕ
Автоматика элементтері мен қүрылғылары туралы жалпы
мағлұматтар
Қазіргі уақытта автоматты басқару жэне реттеу жүйелері өндіріске,
көлік саласына, ауыл шаруашылығына және тұрмысқа кеңінен енгізілуде.
Жыл сайын алуан түрлі станок-автоматтарды, роботтарды, автоматты
құрылғыларды өндіруге, оларды қолдануға деген сұраныс жоғарылауда,
эртүрлі технологиялық үдерістерді автоматтандыру үлкен қарқынмен
жүргізілуде. Көптеген автоматтандырылған телемеханикалық жүйелер
теңіздер мен өзендердегі кемелерде, электровоздарда, үшақтар мен
тікұшақтарда, қарапайым және атом электр станцияларында, байланыс
жүйелерінде жэне ғылыми-зерттеу станцияларында қолданылуда.
Автоматты басқару жэне реттеу жүйелері нақты заңдармен басқару
және реттеу эдістеріне сэйкес берілген функцияларды орындайтын
элементтер мен құрылғьшардан құралады. Автоматиканың элементтері
мен құрьшғьшарының атқаратын қызметтері алуан түрлі, қайсыбір
жағдайларда олар маңызды функцияларды да атқарады. Мысалы, жұмыс
механизмдерін қозғалысқа келтіреді, арақашықтықтан басқаруға, реттеуге
немесе бақылауға мүмкіндік береді, механикалық шамаларды электрлікке
немесе керісінше түрлендіруге, сондай-ақ электрлік шамаларды бір түрден
екінші түрге түрлендіруге мүмкіндік береді, ілеспелі жүйелердің жұмысьш
қамтамасыз етеді жэне координаттарды өзгертуге мүмкіндік береді.
Автоматика элементтері мен құрьшғыларының сапасы мен сенімділігі маңызды үдерістерді басқаруға арналған күрделі жэне қымбат болып
табылатын автоматтандырылған жүйенің сапасы мен сенімділігіне әсер
етеді. Автоматика элементтері мен құрылғыларының жарамсыздығына
байланысты жүйенің істен шығуы үлкен материалдык жэне қаржылық
шығындарға ұшыратуы мүмкін.
Автоматика элементтері мен құрылғылары электромашиналық жэне
электромагнитті құрылғылар мен датчиктерден құралады.
Электромашиналық құрылғылар автоматиканың негізгі элементтері
болып табылады және олардың басым бөлігі аз қуатты электр машиналары
болып табылады. Олар электр энергиясының көзі (генераторлар) ретінде
немесе эртүрлі жұмыс механизмдерін қозғалысқа келтіруге арналған
қозғалтқыпггар ретінде қолданылады. Автоматиканыіушектромашиналық
құрылғылары әртүрлі радио-электрондық аспаттардың кинематИШ*ш<
құрылғылары ретінде, нақты механика мен оптика аспЯЙтарында, диагностика жасауға (кардиографтар, центрифугтар), емдеуге (ингаляторлар, бор
машиналары) арналған алуан түрлі медициналық жабдықтарда, дыбыс
жазу немесе дыбыс шығару құрылғыларында, кино аппаратураларында,
Н. Т.Исем бергеиое, Н . С. Сэрсенбаев
2
7
- Д
П
#
- Ц
« І І і І
—
лы ры ндадапэвда^ микромашиналар тұрмыстық техникаларда қолданылады Тоңазытқыштардың, шаңсорғыштардың, кір жуу машиналарының,
магнитофондар, желдеткіштер және т.б. тұрмыстык техникалардың жұмысы микоокозғалтқыштар арқылы қамтамасыз етіледі.
А р н ^ ь ш а байланысты элекгр машиналарын екі үлкен топқа жіктеуге болады, олар: 1) жалпы өндірісте қолдануға арналған электр машин іа р ы ; 2) ^втоматгандырылған құрылғылардың электр маш иналарь.
Электр машиналарын бұлай жіктеу жалпы шартты болып есептеледі,
себеб^электрмашинасыньщ қайсысы болса да ендірісте, тұрмыста немесе
автоматты жүйелерде де бір қызмёт атақарды.
Механикалық энергияны электрлікке түрлендіруге арналған электр
машинасы генератор деп, ал электр энергиясын механикалыққа түрлендіпуге арналған электр машинасы қозгситқыиі деп аталады.
Электр машиналары сондай-ақ ток түрін түрлендіруге (мысалы,
айнымалы токгы тұрақгыға), айнымалы токтың жишіп мен фазасьш
өзгертуге, бір деңгейдегі тұрақгы ток кернеуін екінші деңгеидегі тұрақгы
ток кернеуіне түрлендіру үшін де қолданылуы мүмкін, олар электромашиналық түрлендіргіштер деп аталады.
. _
Электр машиналары қатарына трансформаторлар да кіреді. Ірансформатор айнымалы ток кернеуінің жиілігін өзгертпей, бір деңгеиден
екінші деңгейдегі айнымалы ток кернеуіне түрлендіретін статикалық
электромагнитті құрылғы болып табьшады. Дегенмен ол электр машинасы
болып табылмаса да (қозғалмалы бөлігі жоқ), оның жұмысын сипаттаитын
негізгі параметрлері мен шамаларының арасындағы қатынастарды электр
машиналарына да қолдануға болады, сондықган олардың теориясы электр
машиналарымен бірге қарастырылады.
Өндіретін немесе түгынатын ток түріне байланысты электр машиналары тұрақгы және айнымалы ток машиналарына жіктеледі.
Айнымалы ток машиналары асинхронды жэне синхронды оольіп
екіге бөлінеді. Бұлардың қайсысы болса да айналмалы магнит өрісіне
негізделіп жұмыс жасайды. Синхронды машинаның роторы статордың
магнит өрісі қандай жиілікпен айналса, сондай жиілікпен аиналады.
Асинхронды қозғалтқышта ротордың айналу жиілігі мен статордың
магнит өрісінің айналу жиілігі бір-біріне тең емес.
Айнымалы ток машиналары бір немесе көп фазалы болуы мүмкін,
тиісінше бір фазалысжәне көп фазалы (көбінесе үш фазалы) токпен жұмыс
істейді.
Электромагнитті құрылғылар автоматика жүиелерін оасқару мен
бақылауға арналған негізгі элементтер больш табылады, оларға датчиктер,
релелер жэне т.б. көмекші құрылғылар жатады.
Автоматика элементтері мен қурылгылары
1. АВТОМАТИКАНЫҢ ЭЛЕКТРОМАШИНАЛЫ Қ¥РЫЛҒЫЛАРЫ
1.1. Тұрақты ток машиналарының құрылысы
Тұрақты ток электр машиналары — генераторлар арқылы электр
энергиясын алу немесе оны қозғалтқыштар арқылы эртүрлі мақсатта
механикалық қозғалысқа түрлендіру секілді маңызды функцияларды
атқаратын ең көп таралған энергия түрлендіргіштері.
Төрт полюсті тұрақты ток машинасының сызбанұсқалық қимасы
1.1-суретте көрсетілген. Мұндай машинаның статоры болаттан түпкше
тәрізді болып жасалатын (1) станинадан қүралады. Станина қозғалмайтын
бөліктерді бекітуге арналған тұрық жэне машинаның магнит тізбегінің
маңызды учаскесі болып табьшады. Станинаның ішкі бетіне қалыңдығы
0,5 мм электротехникалық болат табақшалардан жинақталған негізгі
полюстер
ыру орамдарынан құрамагнит индукциясының
біркелкі таралуын қамтамасыз етеді. Негізгі полюстердің орамдары
қоздыру магнит ағыны пайда болатьгадай етіп жалғанады.
5
1.1-сурет. Төрт полюсті тұрақты ток машинасының құрылысы
Кейбір жағдайларда қоздыру электр магниттерінің орнына тұрақты
магниттер қолданьшады. Қуаты 1000 Вт жоғары машиналарда якорь
5
тізбегіндегі коммутацияны жақсарту үшін негізгі полюстердщ аралығьша
косымша полюстер орналастырылады.
Якорь (4) қалыңдығы 0,5 мм электротехникалық болат табақшаларДан жинақталған өзекше болып табылады. Лсорь қоздыру магнит өрісінде
айналу барысында оның магниттенуі кезінде пайда болатын құйынды
токтармен пайда болатын қуат шығындарын азайту үшін болат табақшалар
бір-бірінен лакпен оқшауланады. Цилиндр тэрізді якорь өзекшелерінің
бетіндегі оқшауланған ойықшаларға (6) орамдар орналасады, олар ойықшаларға гетинакс немесе ағаш тығындармен бекітіледі. Орамдардың өзекшеден шығыңқы бөліктерін якорға арнайы бандаждар арқылы бекітеді.
Якорь орамдарының ұштары (7) коллекторлык пластиналарға жалғанады.
Коллектор мыс пластиналардан құралатын цилиндр тэрізді дене
болып табылады. Коллекторлық пластиналар бір-бірінен миканитті
тілшелер арқылы, ал тұрықтан миканитті манжет арқылы оқшауланады.
Коллекторлық пластиналар арасындағы оқшауламаларымен қосылып
коллекторлық бөліктер түзейді. Орамдардың секцияларын коллекторлық
пластиналарға жалғау секциялардың ұшына киілетін және коллекторлық
пластиналарға пісірілетін арнайы қамыттар арқылы жүргізіледі. Коллектор да якорь өзекшесі секілді білікке мойынтіректер арқылы бекітіліп
отырғызылады.
Машинаның сыртқы тізбегін коллекторға графиттік немесе электр
графитгік щеткалар арқылы жалғайды, щеткалар щетка ұстағыштарға
орналасады жэне коллекторға серіппе арқылы бекітіледі. Щетка
ұстағыштар алдыңғы мойынтірек қалқанға орналастырылады. Алдыңғы
жэне артқы қалқандарды станинаға болтгар арқылы бекітеді. Қалқандардың ішіне шар немесе ролик тэрізді мойынтіректер орналасады.
Якорь орамдары тұрақты ток машиналарының маңызды элементтерінің бірі болып табылады. Олар якорьға бекітіледі, ал ұштары
коллекторлық пластиналарға жалғанады.
1.2. Тұрақты ток машиналарының якорь орамдары
туралы жалпы мағлұматтар
Тұрақты ток машинасының якорь орамдары келесі талаптарға жауап
беруі керек:
1) орамдар нақгылы қуатқа сэйкес келетін кернеу мен жүктеме
тогыньщ белгілі бір мэніне есептелуі қажет;
2) орамдардың машинаның ұзақ мерзімде (15-20 жыл) жұмыс
жасауын қамтамасыз ететіндей электрлік, механикалық жэне термикалық
беріктігі болуы керек;
3) орамдардың құрылысы коллектордан токты алудың сенімділігін
қамтамасыз ете алуы керек;
6
Автоматика элементтері мен құрылгылары
4) белгілі бір пайдалану көрсеткіштері үшін (пайдалы әсер коэффициенті (ПӘК) жэне т.б.) материал шығыны аз болуы керек;
5) орамдарды дайындау технологиясы қарапайым болуы керек.
Қазіргі уақытта тұрақты ток машиналарында якорь орамдары якорь
өзекшесінің сыртқы бетіне орналастырылады, мұндай орамдар барабан
(қоғыран) тэрізді деп аталады. Якорь орамдары ілмек тәрізді немесе
толқын тәрізді болуы мүмкін. Сондай-ақ осы екі орамның үйлесімі болып
табылатын орамдарда кездеседі.
Тұрақгы ток машиналарындағы якорь орамдарының негізгі элементі
секция больш табьшады және ол ұштары коллекторлық пластиналарға
жалғанған бір немесе өзара тізбектей жалғанған бірнеше тармақтан
құралады (1.2 және 1.3-суреттер)
а
б
1.2-сурет. Тұрақты ток машинасының орамдары:
а —орамдардың ойықгиага орналасуы;
б —ілмек тәрізді орамның бір жэне екі тармакрты секірмсы
Орамдарда барлық секциялардың тармақ сандары бірдей болады.
Сызбанұсқаларда орамдардың секциялары бір тармақты болып көрсетіледі.
Орамдардың ойықшалардан шығыңқы алдыңғы бөліктерін қолайлы
орналастыру үшін якорь орамдары екі қатпарлы болып жасалынады. Бұл
кезде секцияның эрбір ойықшасына екі қатардан орналасады (1.2, а-сурет):
эрбір секцияның бір беті бір ойықшаның жоғарғы қабатында, ал екінші
беті екінші ойықшаның төменгі қабатында орналасады. Сызбанұсқаларда
жоғарғы қабатта орналасқан секцияның беттері қалың сызықтармен, ал
төменгі қабатта орналасқаны үзік сызықтармен белгіленеді.
Бір қатпарлы якорь орамдарының құрылысы бойынша екі қатпарлы
якорь орамдарынан айырмашылығы жоқ жэне Рн < 0,5 кВт болғанда
қолданылады.
7
1.3-сурет. Толқын тэрізді орамның бір жэне екі тармакты секциялары
Орамдардың секциялары бір-бірімен тізбектей келесі тэртіппен
жалғанады, яғни соңғы секцияның басы (н) алдыңғы секцияның соңымен
(к) қосылып, коллекторлық пластинаға бірге жалғанады (1.4-сурет).
ч
ч
I
I
ч
к
а
"I
I
I
I
I
I
I
I
ч
к
к
б
1,4-сурет. Тұрақгы ток машиналарының орам секцияларының жалғануы:
а —ілмек тәрізді орам; б —толцын тәрізді орам
Орамдардың ілмек жэне толқын тэрізді деген атаулары тізбектей
жалғанған секциялардың сыртқы сұлбаларының кескініне қарап аталған.
Әрбір секцияның екі ұшы бар жэне эрбір коллекторлық пластинаға
секцияның екі үпгы жалғанатын болғандықтан, коллектор пластиналарының жалпы саны К орам секцияларының 8 санына тең, яғни К = 8.
1.3. Түрақты ток машиналарыныц жүмыс жасау принципі
Тұрақты ток машинасының жүмыс жасау принципін функционалдық
сызбанүсқасы 1.5-суретте көрсетілғен қарапайым түрақты ток машинасының негізінде қарастыруға болады.
8
Автоматика элементтері мен цүрылгылары
Генераторлық режим. Генераторлық режимде тұрақты ток
машинасын бір немсе уу бірнеше тармақтан құралатын, сыртқы күштердің
әсерінен п айналу жиілігімен сағат тілімен бағыттас бағытта айналатын
рамка ретінде қарастыруға болады. Бұл жағдайда бір немесе уу бірнеше
тармақтан құралатын рамка тұрақты магнит немесе электромагнит арқылы
пайда болатын магнит өрісінде айналады.
Электромагнитті индукция заңына сәйкес якорь орамдарында электр
қозғағьпп күші (ЭҚК) пайда болады:
сһ|/
с і( \ у В - 8 )
е = — — = ----- Ш-----,
п
1Л
V11;
мұндағы \|/ = •В •8 - ағындар тоғысуы; XV- тармақ саны, В - якорь мен
полюстер арсындағы бос ауа қуысьгадағы магнитгік индукция; 8 - орамдарды қиып өтетін магнит ағыны өтетін көлденең қима.
ЭҚК бағыты оң қол ережесі бойьгаша анықгалады. Бұл ережеге
сэйкес магнит ағыны алақанды қиып өтетін болса, бас бармақ айналу
бағытын көрсетеді, ал қалған саусақтар ЭҚК бағытын көрсетеді.
Бұл жағдайда орам бір тармақган немесе өткізгіштен құралған.
Орамға енгізілген ЭҚК мэні мына өрнекпен анықталады:
е„Р = В Ь у ,
мұндағы Ь — өткізгіштің активті ұзындығы, яғни машинаның магнит
өрісінде орналасқан ұзындық; V - өткізгіш қозғалысының сызықты жылдамдығы.
Екі орамға да енгізілетін ЭҚК мәндері симметриялылыққа байланысты бірдей болады және олар сұлба бойынша бір-біріне қосылатын
болғандықган, толық ЭҚК мъшаған тең:
Е я = 2 -епр = 2 - В - Ь - V ,
(1.2)
мұндағы ЭҚК Ея айнымалы шама болып табылады, яғни якорь
орамдарының өткізгіштері оң жэне сол полюстер арқылы кезек өтетін
болғандықган, өткізгіштердегі ЭҚК бағыты да өзгермелі. Өткізгіштің
бойьгадағы ЭҚК қисығының формасы уақытқа байланысты бос ауа
қуысындағы индукцияның В таралу қисығына сэйкес болады.
Екі полюсті машинада ЭҚК жиілігі ІГ айналу секундымен өрнектелетін якорьдің айналу п жиілігіне тең.
Г= п ,
ал, жалпы алғанда, егер машинаның р полюстер жұбы болса, онда:
Г = р - п .
( 1 -3 )
Егер якорь орамы щеткалар арқылы сыртқы тізбекпен тұйық тізбек
құрайтын болса, онда бұл тізбек арқылы Ія тогы өтеді. Якорь орамдарында
9
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
бұл ток айнымалы болады, бірақ коллектордың қызметіне байланысты
сыртқы тізбекте ток тұрақты болып табылады.
Сонымен, генераторлық режимде коллектор арнайы электромеханикалық түзеткіш қызметін атқарады.
(7) 1.5-суретте көрсетілгендей, коллектор машинаның білігінде
орналасқан жэне бір-бірінен оқшауланған көптеген пластиналардан жэне
оларға жанасқан щеткалардан құралады. Щеткалар кеңістікте келесі
тэртіппен орналасуы қажет, яғни ЭҚК нөл арқылы өткенде коммутация
жасайтындай болып орналасуы керек. Рамкалар саны көбейген сайын,
тиісінше коллектор пластиналарының саны артқан сайын кернеудің
пульсациясы төмендейді, мысалы, сегіз коллекторлық пластиналарда
кернеудің пульсациясы 1%-дан аспайды, яғни сыртқы тізбектегі ток
тұрақты деп есептеуге болады.
Генератордың 11я якорының ұштарындағы тұрақты ток кернеуі Ея
якорь орамдарының Кя кедергісіндегі кернеудің төмен түсу шамасына Е„
кем болады:
II Я Е Я
(1.4)
Бойынан Ія тогы өтетін якорь орамдарының өткізгіштері магнит өрісінде орналасқандықтан, оларга бағыты сол қол ережесімен анықталатын
электромагниттік кұштер әсер етеді:
Ғп р = В - Ь . І я ,
(1.5)
Бұл ережеге сэйкес, егер магнит ағыны алақанды қиып өтетін болса,
бас бармақтыц бағыты осы орамдарға эсер ететін кұштің бағытын
көрсетеді, ал басқа саусақтардың бағыты токтың бағытын көрсетеді.
1
1 N
1
|
N
б
1.5-сурет. Қарапаиым тұрақты ток машинасының жұмыс істеу принципі:
а —генератор режимі; б — қозгалтқыш режимі
10
Автоматика элементтері мен қүрылгылары
Электромагниттік күштер электромагниттік иінкүш (момент) деп
аталатын Мэм механикалық күш туғызады, ол иінкүш келесі өрнекпен
анықталады:
М э и = Ғ пр. В я = В . Ь - В я - І я ,
(1.6)
мұндағы Вя —якорь диаметрі.
Жоғарыдағы 1,5 а-суреттен көрініп тұрғандай, генераторлык режимде
бұл күш якорьдың айналу бағытына қарсы бағытталған және тежегіш
болып табылады.
Қозгалтқыиі режимі. Егер якорь орамдарына сыртқы ток көзінен
түрақты ток кернеуін беретін болсақ, түрақты ток машинасы қозғалтқыш
режимінде жүмыс жасайды. Бүл кезде якорь орамдарына Ғпр электромагнитті күштері әсер етеді, олар (1.5) и (1.6) сәйкес анықталады. Мэм мәні
жеткілікті болса, машинаның якоры қозғалысқа келеді және механикалық
күш туғызады. Бүл кезде Мэм қозғағыш болып табылады және айналу
бағытымен бағыттас болады.
Қозғалтқыштық режимде коллектор ток көзінен алатын түрақты
токты айнымалыға түрлендіріп, якорь орамдарына береді, яғни коллектор
механикалық инвертор қызметін атқарады.
Якорь орамдары магнит өрісінде айналатын болғандықган, олардың
бойында (1.2) тендігімен анықталатын Ея ЭҚК енгізіледі. Бұл ЭҚК бағыты
генератордағы ЭҚК бағытындай болады. Сонымен, қозғалтқышта Ея ЭҚК
ток Ія мен ІІ„ кернеуге қарсы бағытталған.
Якорь орамдарына берілген ІІя кернеуі якорь орамдарындағы кернеу
төмендеуі мен Ея ЭҚК теңеседі:
ІІЯ= Е Я+ І Я К Я.
(I-7)
Жоғарыдағы (1.4) жэне (1.7) теңдіктерден көрініп тұрғандай,
генераторда ІІЯ < Ея , ал қозғалтқышта ІІЯ > Ея .
Кері қайтымдылық принципі. Жоғарыда айтылғандарға сәйкес тұрақты ток машиналары генератор ретінде де, қозғалтқыш ретінде де жұмыс
істей алады. Бұл қасиет барлық электр машиналарына ортақ және кері
қайтымдылық принципі деп аталады.
Полюстер мен щеткалардың полярлығы және айналу бағыты
өзгеріссіз кезде тұрақты ток машинасын генератор режимінен қозғалтқыштыққа немесе керісінше ауыстыру үшін якорь орамдарындағы ток
бағытын өзгерту жеткілікті, сондықтан мұндай ауыстыру қарапайым
жекелеген жағдайларда автоматты түрде орындалады.
Энергия түрленуі. 1.5-суретте тұрақты ток генераторы мен қозғалтқышының якорындағы механикалық жэне электрлік шамалардың эсер ету
бағыттары көрсетілген.
11
Ньютонның бірінніі заңына сәйкес денеге әсер ететін қозғағыш жэне
тежегіш иінкүшгер бір-бірімен теңгеріледі. Сондықган генераторда қалыптасқан жұмыс режимі кезінде электромагнитті иінкүш шығындарды қоса
есептегендегі генератордың білігіне берілген иінкүшпен теңгеріледі, яғни.
М эм= М в - М тр- М с ,
0 -8 )
мұндағы: М в - генератор білігіне берілетін иінкүш; М ^, - мойьштректердің коллектор мен ауаға үйкеліс күші; М с - тежегіш иінкүш, якорь
өзекшесіндегі құйынды токтар мен гистерезис шығындарына сәйкес
келеді.
Бұл қуаттьщ шығьшдары якорь өзекшесінің қозғалыссыз магнит
өрісінде айналуына байланысты пайда болған қуат шығындарына сәйкес
келеді.
Қозғалтқыштың қалыптасқан жұмыс режимі кезінде
М эм = М В+ М тр + М С,
(1.9)
мұндағы М в - біліктегі тежегіш иінкүш.
Генераторда Мэм электромагнитті иінкүш тежегіш болса, қозғалтқыпгга айналдырғыш болып табылады жэне екі жағдайда да М в және М эм
бағыттары бойынша бір-біріне қарама-қарсы.
Электромагнитгі иінкүш Мэм туғызатын қуат Рэм электромагниттік
деп аталады жэне:
Р эм= М э м П ,
(1.10)
П = 2-Я"П,
(1-11)
мұндағы П - якорьдың айналу жиілігі, п - якорьдың айналу жиілігі, айн/с.
(1.6) жэне (1.11) теңдіктердегі М эм жэне £2 мәндерін (1.10) өрнегіне
қоятын болсақ жэне якорьдың шеңбер бойындағы сызықгы жылдамдығы.
П
,
°
я
V= ------ - = П-Т)я П ,
2
машинаның электромагниттік қуатының теңдігін аламыз:
Р ЭМ= 2 В Ь У І Я,
немесе (1.2) теңдікке сэйкес
Р ,„= Е .І,.
Якорь орамдарындағы ЭКК Е , жэне І„
якорьдағы электр қуаты:
Р Я= Е Я. І Я.
2
(112)
тогы әсері нзтижесінде
(1.13)
Автоматика элементтері мен құрылгылары
(1.12) жэне (1.13) теңдіктерден көрініп тұрғандай,
* эм
я
Бұл якордың электр қуаты электромагниттік иінкүш туғызатын
электромагниттік иінкүшпен теңесетінін көрсетеді, яғни генератордағы
механикалық энергияның электрлікке, ал қозғалтқышта керісінше үрдістің
жүретінін көрсетеді.
Егер (1.4) жэне (1.7) өрнектерін Ія якорь тогына көбейтсек, генератор
үшін қуаттың теңдігін аламыз:
' І я = Е я •!„ _ Ія ‘гя
(114)
и я -Ія = Е я - І я + І я - г я .
(1.15)
және қозғалтқыш үшін
Бұл теңдіктердің сол бөлігі якорь ұштарындағы электр куатына, оң
жақгағы бөліктің бірінші құраушысы якорьдың электромагниттік қуатын,
ал екінші құраушысы якорьдағы электр қуаты шығындарына сәйкес
келеді.
Бұп келтірілген арақатынастар қарапайым тұрақты ток машинасы
үшін алынған, бірақ жалпы жағдайда олар якорь орамдары күрделі
машиналарға да дұрыс болып табылады, себебі жекелеген орамдардың
ЭҚК мен иінкүштері бір-бірімен қосылады. Бұп өрнектер энергияның
сақгалу заңына сэйкес келеді және тұрақты ток машиналарындағы
энергияның түрлену үдерісін сипаттайды.
Магнит индукциясьга В қоздыру магнит ағыны Ф арқылы сипаттауға
болады:
В = Ф-8,
мұндағы 8 = —— -— полюс ұштарының ауданы; р - полюстер жұбының
2р
саны; Б я —якорь диаметрі.
Егер тұрақты ток машинасында N - якорьдағы өткізгіштер саны жэне
а - параллель тармақгар саны болса, онда (1.1) өрнекті ескеретін болсақ,
ЭҚК мына өрнекпен анықталады:
Ея = С е -Ф-п,
(1.16)
мұндағы С с = ^ й — машинаның орамдарына байланысты анықталатын
60-а
тұрақты коэффициент.
Сонымен, тұрақты ток машинасының ЭҚК қоздыру магнит ағынына,
айналу жиілігіне жэне орамдардың берілгендеріне байланысты.
13
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сәрсенбаев
1 ,4 .
_____________
Тұрақты ток машиналарындағы якорь реакциясы
Якорьдың магнит өрісінің
реакциясы деп аталады
қоздыру магнит өрісіне әсері якорь
жүріс
машинадағы өріс 1,6а-суретте көрсетілгендей, тек қоздыру орамдарындага
ток арқылы ғана пайда болады. Егер жүктеме жалғайтын болсақ, 1.66суретте көрсетілгендей якорь орамдарьшан отетін ток якорьдың магнит
өрісін туғызады.
.
. . .
Машинаның толық магнит агыны якорь өрісі әсерімен өзгеретшдігін
1.6в-суретген коруге болады.
І.бв-суреттен корініп тұрғандай, якорь реакциясы эсерінен
генераторлық режимде жұмыс істеп тұрған машинаның магнит орісі
полюстердің жетелеуші жартысында күшейгенін, ал жетеленуші жартысында әлсірейтінін көруге болады, яғни якорь шеңберінің индукцияның
мэні нөлге тең болатын нүктелері арқылы өтетін сызық - физикалық
бейтараптың жылжып кеткендігін көруге болады.
Бос жүріс кезінде физикалық бейтарап геометриялықпен беттесіп
жатады, ал жүктеме жалғанған кезде ол геометриялыққа қараганда орын
ауыстырады: генераторлық режим кезінде айналу бағытымен бір бағытта,
қозғалтқыштық режимде айналу бағытына қарама-қарсы бағытқа.
1.6-сурет. Якорь реакциясын түсіндіру үшін:
а - бос ж үріс кезіндегі өріс; б - якоръ өрісі, в - ж үктеме кезіндегі өріс
(пп' - геометриялық бейтарап, т т ' - физикалық бейтарап)
Қуаты 0,3 кВт жэне одан жоғары машиналарда якорь реакциясының
алдын алу үшін қосымша полюстер қолданылады. Олар негізгі полюстер
арасына орналасады жэне олардың өстері машинаның геометриялық
өсімен сәйкес келеді. Қосымша полюстердің орамдары якорь орамдарымен
14
Автоматика элементтері мен құрылгылары
тізбектей жэне оның магниттендіру күші якорь орамдарының магниттендіру күшіне қарама-қарсы бағытталатындай етіліп жалғанады.
Қуаты аз қосымша полюстер қарастырылмайтын машиналарда
олардың щеткалары физикалық бейтрапқа қатысты, яғни генераторлық
режимде айналу бағытымен бір бағытта, қозғалтқыштық режимде қарамақарсы бағытқа жылжытылады.
1.5. Тұрақты ток генераторлары
Өндірістің көптеген салаларында қуаты әртүрлі тұрақты ток генераторлары кеңінен таралған. Автоматты басқару жэне реттеу жүйелерінде,
ілеспелі жүйелерде генераторлар мен тахогенераторлар қолданылады.
Қоздыру эдістеріне байланысты олар өздігінен немесе тәуелсіз
қоздырылатын болып екіге бөлінеді. Тэуелсіз қоздырылатын тұрақты ток
генераторлары электромагниттік немесе магнитті электрлік жолмен
қоздырылатын болып жіктеледі. Өздігінен қоздырылатын генераторлар
параллель, тізбектей немесе аралас қоздырьшатын болып бірнеше түрге
жіктеледі.
Тұрақты ток машиналарының қоздырылу әдісі олардың сипттамаларына қозғалтқыштық режимде де, генераторлық режимде де үлкен эсер
етеді.
Параллель, тэуелсіз, тізбектей немесе аралас қоздырылатын тұрақты
ток генераторларының электрлік сызбанұсқалары 1.7-суретте көрсетілген.
Тұрақты ток қозғалтқыштары осы жолдармен қоздырылуы мүмкін.
1.7-сурет. Әр түрлі жолмен қоздырылған тұрақты ток машиналары:
а — парллелъ; в —тәуелсіз; б —тізбектей; г —аралас.
Механикалық энергияны электрлікке түрлендіретін тұрақты ток
генераторының энергетикалық диаграммасы 1.8-суретте көрсетілген.
15
Н. Т.Исембергенов, Н. С. С ә р с е н б а е в _________________
___________________________________
Мұндағы Рі - генераторға берілген қуат; Р в = II Ів — қоздыру
тізбегіндегі электрлік шығындарга сэйкес келетін қуат, Р мех мойынтректер мен түйіспелі щеткалардағы механикалық куат шығындары;
Р
- болат өзекшелердегі гистерезис және құйынды токтардан пайда
мг
__.
.
_ і 2п
болатын қуат шығыны; Рэм = Е ЯІЯI электромагнитгік қуат, РЭл.я - 1| К я
якорь тізбегіндегі электрлік шығындар, Кя - якорь тізбегінщ жалпы
кедергісі, барлық орамдар мен щеткалардың кедергісін қоса есептегенде,
р
_ бос жүріс қуатына сәйкес келетін қосымша шығындар, Рг — И я —
генератор шығысындағы пайдалы электр қуаты.
Энергетикалық диаграммаға сәйкес: Р 2 “ Рэм Ря,
=
(1.17)
(1.17) тевдікгі I , якорь тогына кыскартатын болсақ, генератордың ЭҚК
теңдігін аламыз:
Ч , = Е . - 1 , К >(118)
1,8-сурет. Тұрақіы ток генераторының энергегикалық диаграммасы
Магнитті-электрлік жолмен қоздырылатын генераторлар аз қуатты
болып жасалады, оларда қоздыру магнит ағыны жоғары сапалы магниттік
материалдардан жасалған тұрақты магниттер арқылы пайда болады.
Қоздыру орамдары болмағандықтан, магнитті-электрлік жолмен қоздырылатын генераторлардың салмақ жэне басқада өлшемдері төмен болады,
ПӘК жоғары. Олардың кемшілігі | оЯіЩы жасап и і ц щ і күрделі жэне
якорь реакциясының эсері тұрақты магн^ццердің магнитсізденуіне алып
келеді.
£
*
\вт*>\штика мементтер* ш * қ п ы я л ш ю ы
1.6. ТіуеікЬ, парллсль жәис ір л іс к о іііы р ш іт у іі генераіорлар
Тұрақты ток гснераторлары аатоматты басқару жүйслсріидс кснінси
қасисттсрін олардык испэгі парамстрқолланы
іып табылатын сипагтамалары арқылы
болады
Бұл парамстрлсргс: 1) гснсратордын үштарындагы ксрнсу II; 2) қо>
дыру тогы Іа; 3) якорь тогы I. нсмссс жүктсмс тогы Іи; 4) якорьдын айналу
жиілігі п жаткызылады,
Жалпы, гснсраторлар п » сопяі жагдайда жүмыс жасайды, сондыктан
олардын исгізп сипаттамалары п * пя •■ сопві шарты кезіндс алыиады.
Генсраторлардын нсгізгі сипаттамалары келссілср болып табылады: 1) бос
жүріс сипатгамасьі; 2) жүктсмслік сипаттама; 3) сырткы сипатгама; 4) рсттсу сипаттамасы; 5) кысқа тұйықталу сипаттамасы.
Тэуелсіз жэне параллель қоздырылган генераторлардын сьпбанұскалары 1.9-суретте керсстілгсн.
а)
б)
1.9-сурет. Тәуёлсй ж^яиЯЦГаллель қозйырылған генераторлардын
1
а т ы ч д а ғ ы ГІМ^арұ^ал^Ьы
]! академия С. Бейсембаев(!
I аты н д ағы ғ ы л ы м и
КІТАПХАНАСЫ
17
жүріс
кездегі шығыс кернеуінің қоздьфу тогына тэуелділігі, яғнн Ея - ҚІВ) жәңе
С О П 8 І. Бұл
0,
п
ІЯ
магниттік қасиеттерін анықтайды, Еост ЭҚК қалдық магниттендіру
ағынына Фост сәйкес келеді, ол негізгі ағынның 1—3 %-ына сәйкес келеді.
} \ 0-суретте ортадағы үзік сызықтармен сызылған сипаттама
генератордың магннттік қасиетін снпаттайтын есептік сипаттама болып
табылады. Гистерезис ілмегі полюстер мен ярманың қасиетін анықтайды
нүктесі арқылы магнит тізбегшщ қанығу деңгеюн анықгаиды
шығыс
сыртқы сипаттамасы (1.1 сурет.
ына (жүктеме) тәуелділігі
Г(Ія), Кв = СОП8І (Ів = СОП5І), және П = СОП8І.
кедергісі түрақгы
Якорь тогы жоғарылаған сайын якорь тізбегіндегі кернеудің
шығысындағы
кернеудің азаюына әсер етеді. Кернеудің өзгерісін келесі өрнек арқылы
анықтауға болады:
ДІІ н
Е"
^-100% ,
н
мұндағы ІІ„ - генератордың номинал кернеуі
V
11«
ІЯ II
1.10-сурет. Түрақты ток генераторының бос жүріс сипаттамасы
18
Ія
1.11-сурет. Тұрақты ток генераторының сыртқы сипаттамалары
1 —тэуелсіз қоздырылган;
2 - параллель қоздырылгап;
у^аралас қоздырылган
Автоматика элементтері мен құрылгылары
Жүктемелік сипаттама. II = Ғ(Ів) при Ія = соп$і и п = соп§1 (1.12сурет, қисық 1) тәуелділігіне сәйкес келеді жэне якорь тізбегінде кернеудің
төмен түсуіне және якорь реакциясының әсеріне байланысты ол (қисық 2)
бос жүріс сипаттамасынан төмен орналасады. Якорь тогы жоғарылаған
саиын жүктемелік сипаттама бос жүріс сипаттамасынан соғұрлым
төмендеи түседі.
Генератордың шығысындағы Ія - жүктеме тогы мен Ів - қоздыру
тогы арасындағы байланыс реттеу сшіаттамасы болып табылады Ів= Щя)
при II = сопзі, п = соп$(. (1.13-сурет, қисық 1). Реттеу сипаттамасына
қарап, белгілі бір жүктеме кезінде шығыстағы кернеуді бірқалыпты ұстап
тұру үшін, яғни Ц=соп8І болу үшін қоздыру тогын қаншалықты жоғарылатуға болатынын білуге болады.
Аралас қоздырылған генератордың сызбанұсқасы 1.14-суретте
көрсетілген. Параллель және аралас қоздырылатьш генераторларда қалдық
магниттендіру ағынының Ф0Ст. (1.15-сурет) болуына байланысты кернеу
пайда болады.
1.12-сурет. Тәуелсіз қоздырулы
генератордың бос жүріс
сипаттамсы
1.13-сурет. Генератордың
реттеу сипаттамалары:
1 —тәуелсіз қоздырылган; 2 —па
раллель қоздырылган; 3 - аралас
қоздырылган
Егер якорьды айналысқа келтірсек, онда осы магнит ағынының
әсерінен якорь орамдарында қалдық ЭҚК пайда болады да, қоздыру тізбегі
арқылы аздаған ток өтеді, осы токтың әсерінен қосымша ағын Фдоб пайда
болады.
Генератордың қалдық және қосымша ағындарының, яғни Фост және
Фдоб бағыттары бір-біріне сәйкес болғанда ғана қоздырылады. Бұл
жағдайда толық ағын көбейеді де, якорьдағы ЭҚК жоғарылауына әсер
етеді, ал ол өз кезегінде қоздыру тогының Ів жоғарылауына әсер етеді.
19
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сәрсенбаев
1.14-сурет. Аралас қоздырылған
генератордың сызбанұсқасы
1.15-сурет. Параллель қоздырылған
генератордың өздігінен
қоздырылуы
■
Параллель қоздырылған генератордың бос жүріс жэне жүктемелік
сипаттамалары тәуелсіз қоздьфылатын генератордьщ сипаттамаларына
үқсас болады. Сыртқы сипаттаманың өзгеше болу себебі - параллель
қоздырылған генераторда якорь тізбегіндегі кернеудің төмен түсуі көбірек
болады. Себебі, аралас қоздырылатын генератордың параллель ОВі жэне
тізбектей жалғанатын ОВ* екі қоздыру орамдары бар.
1.7. Түрақты ток тахогенераторлары
Автоматты басқару жүйелерінде кеңінен қолданылатын қүрылғылардың бірі - тұрақты ток тахогенераторлары.
Тахогенератор дегеніміз — айналу жиілігін электр сигналына
түрлендіретін аз қуатты электр генераторы. Тахогенераторлар жалпы
алғанда электромагнитгі (1.1 ба-сурет) жэне магниттіэлектрлі (1.16б-сурет)
жолмен қоздырылатын екі топқа бөлінеді.
Тахогенераторларға қойылатын негізгі шарттар: а) шығыс сипаттамасы сызықты болуға тиіс; б) шығыс сипаттамасының жоғары тіктігі
20
Автоматика элементтері мен құрылгылары
(болыиая крутизна); в) қоршаған орта температурасы мен жүктеменің
шығыс сипаттамасына әсер етпеуі; г) коллектордағы кернеу пулсациясының төмен болуы.
Тахогенератордьщ шығыс сипаттамасы V = Г(п) тәуелділігі болып
табылады. Шығыс сипаттамасының сызықтылығын қаматамасыз ету үшін
II шығыс кернеуі мен п айналу жиілігінің арасында ІІ = с,-(п ) қатаң
пропорционалды қатынасы орнауға тиіс, немесе:
Сі -а>
I]
сіа
гійГ
мұндагы Сі - тұрақты күшейту коэффициенті; <в
сіа
л •п
<11
30
бұрыпггық
аиналу жылдамдыгы.
Шығыс сипаттамасының тіктігі дегеніміз кернеу өсімшесінің аиналу
жиілігі өсімшесіне қатынасы болып табылады:
АЦ
( 1.20)
і
Дп
Бос жүріс кезінде якорь ЭҚК айналу жиілігіне тура пропорционал:
( 1.21)
с • Ф • п = с' • п ,
Е
мүндағы с' = с • Ф , Ф —қоздыру магнит ағыны.
I
I
Кн
Кн
б
1.16-сурет. Тұрақгы ток тахогенераторларының сызбанүсқалары
а —электромагнитті қоздырылган тахогенератор;
б —магнитті-электрлі қоздырылган тахогенератор
Тахогенератор шығысына жүктеме жалғанса, оның шығысындағы
кернеу төмендеиді:
(1.22)
ІІ = ЕЯ- І „ Қ ,,
21
мұндағы І я = — , Кң —жүктеме кедергісі
I
Кя
Якорь тогы мәнін (1.22) теңдікке қоятын болсақ.
ендеше:
ЕЯ
1+ К я / К ң
с______
Ф-- п--Ф
---
1+Кя/Кн
Егер Кя, Кн және Ф вшамалары тұрақты болса:
II = с, п
(1.23)
мұндағы:
с
Теңдіктен Ф, Кн шамалары қанша үлкен жэне Кя қанша кіші болса,
шығыс сипаттамасының тіктігі с^ сонша үлкен болатынын көруге
болады. Электромагнитті тахогенераторлардың пп,іғыс сипаттамасының
тіктігі магнитті-электрлі тахогенераторлардікіне қарағанда жоғары
болады.
(1.23) теңдіктен II шығыс кернеуі жүктеме кезінде де айналу
жиілігіне сызықты байланысты болатынын көруге болады, бірақ шығыс
сипаггамасы Ф қоздыру магнит ағынын әлсірететін якорь реакциясының
әсеріне байланысты сызықгылықган ауытқиды (1.17-сурет).
Якорь реакциясының магнитсіздендіру эсерінен шығыс сипаттамасының сызықгылықтан ауытқуы тахогенератордың қателігі болып
есептеледі. Оны азайту үшін тахогенератордың шығысьша Кң үлкен
жүктеме кедергісін жалғау керек жэне айналу жиілігінің шектеулі
диапазонын қолдану керек. Тағы да бір қателік коллектор мен щеткалар
арасындағы ауыспалы түйіспенің болуына байланысты, К щ ауыспалы
түйіспедегі АІІЩ кернеу түсуін шамамен түрақтьі деп есептеуге болады
жэне оны азайту үшін мысты-графитті немесе күмісті-графитгі щеткалар
қолданылады.
"
Электромагнитті
жолмен
қоздырылатын
тахогенераторларда
полюстер орамдарының қызып кетуіне байланысты болатын шығыс
сипаттамасының тұрақсыздығьш байқауға болады. Шығыс сипаттамасына
температураның эсерін азайту үшін тахогенераторлардың магниттік
жүйесі қанықгырылып жасалынады, бұл жағдайда орамдардың кедергі-
Автоматика элементтері мен құрылгылары
сінің температура әсерінен кедергісінің өзгеруі нэтижесінде қоздыру
тогының өзгерісі шығыс сипаттамасына айтарлықтай әсер етпейді.
II
1.17-сурет. Әртүрлі Кн шамалары кезіндегі тахогенератордың шығыс
сипаттамалары
Тұрақты ток генераторларының шығысьшдағы кернеу секілді тахогенератор шығысындағы кернеудің де якорьлық, коллекторлық пульсациялары болады. Шығыс кернеуінің пульсациясын тегістеу келесі әдістермен жүзеге асырылады:
а) машинаны қоздыру магнит қозғағыш күшімен МҚК анықталатын
шамаға дейін бос ауа қуысын кеңейту;
б) якорь мен коллектор беттерінің цилиндр тэрізді тегістігін
қамтамасыз ету;
в) якорь эксцентриситетін жою;
г) якорь өзекшесін арнайы құрылыспен жинақтау;
д) полюске сәйкес келетін ойықшалар мен тісшелердің (зубцы)
санын бүтін емес етіп жасау;
е) коллектор пластиналарының санын арттыру.
Тахогенераторлар: а) 0-10000 айн/мин дейінгі диапазондағы біліктің
айналу жиілігін өлшеу үшін: б) есептеу операцияларын жүргізу үшін:
в) айналу жиілігін автоматты реттеу және ілеспелі жетек жүйелерінде
айналу жиілігіне пропорционал сигнал өндіру үшін қолданылады.
Тахогенераторлардан патенциометрлер, электр машиналы немесе
электромагнитті құрылғылар мен элементтер, сондай-ақ релелер
қоректенуі мүмкін. Қайсыбір жүйелерде тахогенераторларға электронды
немесе жартылай өткізгішті күшейткіштердің кіріс ұштары да жалғанады.
23
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
Тұйыкгалған ретгеу жүйелерінде айналу жиілігі бойьшша кері
байланыс сұлбаның негізгі элементі тахогенератор болып табылады.
Тахогенераторлар уақыт түракгылығы аз ннерциялы немесе инерциялы
емес элемент сала табылады.
. -„
Мысал ретінде 1.18-сурепе айналу жиілігі бойынша кер. баиланысы
/г_/г______ .гго^т ти ап ^тп -ж-ртргіяін кшэылымдық сызбанұсқасы көрсетілген.
сызбанұсқасы механизмнің (М ) айналу жиілігін
кернеуге пропорционалдығын қамтамасыз етуге немесе бағдарламалаушы
ғ у
ғ
_________ ___
к-йтыгты реттеуді камтамасыз
етуге арналған. Ол үшін салыстырушы кұрылғы
шығысындағы кернеу мен бағдарламалаушы құрылғы шығысындағы
(У) күшеиткшіке
<*л жерде ол бір-бірімен тһбекте* жалганган (У) және (УМ)
күшейткіштерде бірнеше есе жоғарылатьшып қозғалтқышқа бершеді.
1.18-сурет. Автоматтандырылған электр жетегінің құрьшымдық
сьпбанұсқасы
Күшейткіштердің кернеу жэне қуат бойынша күшейту коэффициентері неғұрлым жоғары болған сайьга айналу жиілігі мен кернеу
арасындагы пропорционалдық соғұрлым нақгы болады.
;
1.8. Тұрақты ток қозғалтқыштары
Айналу жиілігін бірқалыпты жэне кең диапазонда ретгеуді қажет
ететін электр жетектерінде тұрақгы ток қозғалтқыштары кеңінен қолданылады. Тұрақгы ток қозғалтқыштарының қасиетгері де генераторлардағы
секілді олардың қоздырылу әдісі мен сызбанұсқасьша байланысты.
Қоздырылу әдісіне байланысты электромагнитті және магнитті-электрлі
қоздырылатын болып жіктеледі. Электромагнитті қоздырьшатын қозғалтқыштар якорь орамдары мен қоздырғыш орамдардың арасындағы
электрлік байланысқа қатысты тәуелсіз, параллель, тізбектей жэне
аралас қоздырылатын болып бөлінеді. Магнитп-электрлі әдіспен
24
Автоматика элементтері мен құрылгылары
қоздьфылатын қозғалтқыштардың магнит ағыны тұрақты магниттер
арқылы пайда болады.
Жоғарыда атап өтілгендей, тұрақты ток машиналары да қайтарымды, яғни генератор ретінде де, қозғалтқыш ретінде де жұмыс істей алады.
Құрылысы жағынан тұрақты ток қозғалтқыштары генераторлардан
айырмашылығы болмайды. Егер генераторды бірінші ретті қозғалтқыштан
ажыратып қоздыру және якорь орамдарына кернеу беретін болсақ, якорь
қозғалысқа келіп машина электр энергиясын механикалыққа түрлендіріп
қозғалтқыштық режимде жұмыс істей бастайды.
Электр энергиясының механикалыққа түрлену үдерісін 1.19-суретте
көрсетілген энергетикальщ диаграммадан анық көруге болады. 1.19-суретте
= II •(Іа + І В) = 4*1 - қозғалтқышқа берілетін толық қуат;
11 • І в —қоздьфу тізбегіндегі энергия шығыны; I а • К а - якорь тізбегіндегі
қуат шығыны; Р0 — бос жүріс қуаты; Р эм = Рмех - толық механикалық
қуат; Р эм - электромагнитті қуат; Р 2 - біліктегі пайдалы механикалық
қуат.
р
А эл.я
Р„Г
1.19-сурет. Тұрақты ток қозғалтқышының энергетикалық диаграммасы
Бос жүріс қуаты Р0= Рмеі + Рмг+ Рдоб
Энергетикалық диаграммадан
Механикалық қуат
Р эм = М ш,
2-кп
мұндағы <о = ------------ якорьдың бұрыштық жылдамдығы; п - якорьдың
60
айналу жиілігі, айн/мин.
25
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
Қозғалтқыштың электромагнитті қуаты
РЭ М
ЕЯІ Я
Энергетикалық диаграммага сэйкес
Рэм= М (0= РЭМ= Е ЯІ Я
Соңгы өрнекке сэйкес параллель қоздырылған тұракты ток
лтқышы үшін иінкүштің өрнегі мына түрде жазыл ады (1,20-сурет):
М
мұнд ағы С м
Еція
(0
60Е „1Я
2тіп
і теңдікке (1.16) теңдгктеп
иінкүшінің тендігін аламыз:
шамасын орнына қоиып
М = с м Ія ф ,
(1.24)
коэффициент.
2яа
1.20-сурет. Параллель қоздырылған тұрақты ток қозғалтқышының
сызбанұсқасы
Соңғы теңдіктен қозғалтқыштың айналдыру иінкүші якорь тогы мен
магнит ағынына тәуелді екенін көреміз.
1.9. Иінкүштердің теңдеулері
Электр машиналарының роторына әсер ететін айналдырғыш
дамытатьін
тежегіш иінкүштер
уақытта жэне қандай
да білікке түсетін барлық иінкүштердің қосындысына тең болуы қажет.
26
Автоматика элементтері мен құрылгылары
Роторға мынадай иінкүштер әсер етеді: 1) бос жүріс иінкүші М0;
2) пайдалы иінкүш М„ (жүктеме); 3) айналатын бөліктердің инерциясымен пайда болатын динамикалық иінкүш Мдин.
Аз қуатты машиналарда бос жүріс иінкүші М0 номинал иінкүштің
шамамен 20%-ын құрайды, ал динамикалық иінкүш бұрыштық жылдамдақтың өзгерісі кезінде пайда болады жэне ол төмендегіше анықталады:
<1(0
М дин= Іё Г ’
мұндағы 3 - айналатын бөліктердің инерциялық иінкүші; (О - якорьдың
.
сісо
бүрыштық айналу жиілігі. Динамикалық Мдин иінкүштің таңбасы —
йі
таңбасына байланысты.
Иінкүштердің баланс теңдігі:
м = М 0 + М 2 + М дин
мұндағы М<> + М2 = Мс; Мс - статикальщ иінкүш немесе кедергі иінкүші.
Онда:
М = М с + М дня
#
Қалыптасқан жүмыс режимі кезінде а> = соп§(; Мдин = 0; М = Мс.
Қозғалтқыш с!Мс /йп > сіМ/сіп. шарты орындалғанда ғана бір
қалыпты жұмыс жасайды. Бұл шартқа талдау жасау үшін қозғалтқыш пен
қозғалысқа келтірілетін механизмнің механикалық сипаттамалары,
тиісінше п = і(М) жэне п = Г(МС) сипаттамалары тұрғызылады.
Қалыптасқан жұмыс жасау шарты 1.21а-суретте көрсетілген қозғалтқыш үшін орындалады, ал 1.21б-суреттегі қозғалтқыш үшін орындалдмайды.
Бірінші жағдайда (1.21 а-сурет) қозғалтқыштың айналу жиілігін
(оң өсімше Д п), мәнге дейін жоғарылатуға әсер еткен жұмыс режимінің
өзгерісі кері әсер аяқталғаннан кейін қозғалтқыш А ізделінді нүктесіне
қайта келеді, себебі тежегіш иінкүш Мсі айналдырғыш иінкүштен жоғары.
Теріс өсімше Д п кезінде қозғалтқыштың иінкүші М2 тешегіш Мс2
иінкүпгген жоғары, тиісінше қозғалтқыш кері әсер етуші ықпал аяқталған
соң ізделінді А нүктесіне қайта оралады.
Екінші жағдайда (1.21б-сурет) айналу жиілігінің Пі дейін жоғарылауына әсер еткен жұмыс режимі кезінде айналдырғыш иінкүш Мі
статикалық Мс! иінкүштен жоғары, сондықтан айналу жиілігінің
жоғарылауына әсер етеді. Егер айналу жиілігі п2 дейін өзгерсе, Мс2 > М2
27
болғанда айналу жиілігі нөлге дейін төмендейді, бұл кезде қозғалтқыштың
жүмыс жасау режимі бірқалыпты емес.
М=МС
а)
м
М -М с
м
б)
1.21-сурет. Қозғалтқыштың қалыптасқан жұмыс режимін талдау үшін
1.10. Тұрақты ток қозғалтқыштарының сипаттамалары
Электр қозғалтқыштарының, оның ішінде тұрақты ток қозғалтқыштарының да қасиеттері олардың іске қосылу, жұмыстық, механикалық жэне реттеу сипаттамаларымен анықталады.
Қозғалтқышты жүргізіп жіберу кезінде оның тыныштық күйден
бірқалыпты жылдамдықпен жұмыс жасау режиміне көшкенге дейінгі
аралығы іске қосылу сипаттамасы болып табылады, ол токтардың
I
М
К . = —— немесе иінкүштердің X = — — —еселік коэффициентімен көр1 жном
I
Мн
н
сетіледі, мұндағы І„ - іске қосу тогы, І„ом - номинал ток.
Қозғалтқышты ток көзіне қосқан кезде оның якоры қозғалыссыз
күйде болады, сондықтан Е а = Се •Ф •п =0, егер якорь тізбегінің индуктивтілігін Ь,=0, онда іске қосу кезіндегі ток І п = — ,
ендеше якорь
тізбегінің Ка кедергісінің шамасы аз болғандықган, іске қосу тогы
номиналь токтың шамасьгаан 3-15 есе жоғарьшап кетуі мүмкін. Іске қосу
тогының шамадан тыс жоғары болуы қозғалтқыш үшін қауіпті, сондықган
т = (3 _ 5) I
болатын, тек қуаты аз қозғалтқыштарды ғана іске қосу ток
көзіне тікелей қосу арқьшы жүргізіледі. Аз қуатты қозғалтқыштардың
28
Автоматика элементтері мен құрылгылары
якорь тізбегінің кедергісі айтарлықтай жоғары және олардың роторының
инерциялық иінкүші аз.
Қуаты орташа жэне үлкен қозгалтқыштарды іске қосу олардың якорь
тізбегіне қосымша іске қосу кедергісін енгізу арқылы немесе қозғалтқышқа
берілетін кернеуді төмендетіп беру арқылы жүргізіледі. Іске қосу кедергісін
енгізу арқылы қосу кезінде оның шамасын іске қосу тогы номинал
шамадан 2-3 есе ғана жоғары болатындай етіп таңдайды, яғни:
Ік
5 п' * (2- іу■ •
к а+
Реостатты іске қосьшатын параллель қоздырылған қозғалтқыштың
принциптік сызбанүсқасы 1.22-суретте көрсетілген. Іске қосу кедергісі Кп
ток көзіне қосылған жэне якорь жэне қоздыру тізбектерін ток көзіне
жалғайды. Үлкен іске қосу иінкүшін алу үшін қоздыру тізбегіндегі Кв
кедергісі уақытша ажыратылып тасталынады.
Төмендетілген кернеу арқылы іске қосу арнаулы сызбанұсқалар, яғни
қозғалтқыш шығыс кернеуі реттелмелі ток көзінен қоректенетін
сызбанүсқамен жиналған кезде ғана мүмкін.
Қозғалтқышты реверстеу, яғни якорьдың айналу бағытын қарамақарсыға өзгерту үшін якорь немесе қоздыру орамдарының үштарын
ауыстырып қосу жеткілікті.
Қоздыру тогы мен якорь орамдарына берілген кернеудің номинал
шамалары кезіндегі II = ІІН0М= сопві, Кр = соп$* жэне Кд = 0 болғандағы
айналу жылдамдығының, пайдалы иінкүпггің, пайдалы әсер коэффициентінің жэне якорь орамдарындағы токтың, яғни п ,М 2,т],I параметрлерінің Р2 — пайдалы қуатқа тәуелділіктері қозғалтқыштың жүмыстық
сипаттамалары деп аталады.
Қозғалтқыштың негізгі сипатгамасы II = ІІН0М= сопхі, Кр - соп$і,
Кд = соп$1 болғанда, п =Г(М) тэуелділігі механикалық сипаттама болып
табьшады.
Якорьдың айналу жылдамдығының қозғалтқыш якорына берілетін
кернеуге, якорь тізбегінің кедергісіне жэне негізгі магнит ағынына
байланыстылығы реттеу сипаттамалары болып табылады, яғни қозғалтқыш якорының айналу жылдамдығын қандай әдістермен реттеуге
болатынын көрсетеді.
1.11. Параллель қоздырылатын қозғалтқыштар
Параллель қоздырылатын тұрақты ток қозғалтқышының электрлік
сызбанүсқасы 1.22а-суретте көрсетілген. Бұл қозғалтқыштардың қоздыру
29
Н. Т.Исембергенов, Н. С.Сәрсенбаев
орамдары
Бұл
I
өтетін ток якорь тогынан төмен болады Ів
қуаты
үлкен
қозғалтқыштарда
айтарлықтай
жоғары
айырмашылығы
7^0
Ят
козғалткыштарда
Ів=
(5-Н0
%)•!
я,
ал
қуаты
Қуаты
5^-10 кВт қозғалтқыштарда Ів = ( 3 0 5 0 %)-І яПараллель қоздырылатын қозғалтқыштардың Ів-соп8і кездеп
1,226-суретте
көрсетілген.
Бүл
жұмыстық
------------- тардың мағнит ағыны жүктеме өзгергенде якорь реакциясының әсеріне
мүмкін
Қуаты аз қозғалтқыштардың қанығу дэрежесі аз болып табьшатындықган, оларда якорь реакциясы айтарльщтай болмайды, сондықган
микроқозгалтқыштарда шамамен магнит ағыны жүктемеге тэуелді емес
деп қабылдауға, яғни Ф=соп$і тұрақгы деп есептеуге болады.
I п ; М 2; І Я;Л
п
Р
Р 2но
б
а
1.22-сурет. Параллель қоздырылған қозғалтқыштың сызбанұсқасы мен
жұмыстық сипаттамалары
теңдеулерді
тін болсақ, ол мына түрде жазылады:
II Ія
п
се Ф
(1.25)
ҚР2) тэуелділігі абсцисса өсіне
ендеше жьшдамдықгық сипаттама п
колбеу сызық болып табьшады. Р2 қуаты жоғарылағанда якорь тогы да
__^_________^ теңдіктен
^
соп 5 і болғанда айналу жиілігі Ія Кя якорь
өседі
тізбегіндегі кернеудің төмендеуіне, Ф магнит агынының өзгерісіне және
якорь реакциясына байланысты өзгеруі мүмкін. Қозгалтқьіштарды
жобалағанда айналу жиілігінің төмендеуі магнит ағынының өзгерісіне көп
^
30
К*
\ кп К '
____________ ______ ____ —
■
1 1
Ү
Автоматика элементтері мен құрылгылары
тәуелді болмайтындай етіп жасалады. Қуат бос жүріс (Р 2 = 0) мәнінен
номинал ( Р 2 »«о.ч) мәнге дейін өзгергенде айналу жиілігі номинал мәннен
2-5-8%-ына гана өзгереді. Параллель қоздырылатын қозгалтқыштың
жылдамдықтық сипаттамасы қатты болып табылады.
Айналу жиілігінің өзгеруіне байланысты М2=Г(Р2) тәуелділігі
сызықты болып табылмайды. Р2=0 болғанда қозғалтқыш ток көзінен І0
бос жүріс тогын тұтынатын болғандықтан, І=Г(Р2) тәуелділігінің сызығы
координаттар басынан басталмайды.
Т|=Ғ(Р2) тэуелділігінің сипаттамасы барлық электр машиналарындағы секілді болады, жүктеме қуаты Р2=0,5Р2 шамадан Р2=1,2Р2иом
шамаға дейінгі аралықта ең үлкен мэнге Р2 = (0,75-Н),80)-Р2номтең болады.
Егер (1.25) теңдіктегі І я орнына оның (1.24) теңдіктегі шамасын
қоятын болсақ, онда қозғалтқыштың механикалық сипаттамасының
теңдеуін аламыз:
ЦІІ
I
С, Ф
м к
- п
М К
С, -См -Ф2
0 С, См Ф2
(1.26)
Қосымша кедергі Кд= 0 болғандағы механикалық сипаттама өзіндік
деп аталады. Якорь тізбегіне Кд қосымша кедергісін қосып, жасанды
сипаттамаларды аламыз. Механикалық сипаттаманың қаттылығы қосымша
кедергінің мэні қанша жоғары болса, ол сонша жұмсақ болып табылады,
яғни сипаттаманың ординат өсіне жанасу бұрышы сүйір бола түседі.
Айналдырғыш иінкүш ток шамасына пропорционал, ендеше Ф=соп8і
болса, онда п=Г(М) жэне п=Г(І) тэуелділіктерінің қисықтары бір-біріне
ұқсас болып табылады.
Механикалық сипаттаманың (1.26) теңдеуін талдай келе, қозғалтқыштың айналу жиілігін бірнеше әдістермен өзгертуге болатынын көруге
болады, олар: якорь тізбегіне Кд қосымша кедергі енгізу, Ф қоздыру магнит ағынын өзгерту жэне берілетін кернеу II шамасын өзгерту арқылы
реттеу әдістері.
Якорь тізбегіне жалғанатын қосымша кедергі жоғарылаған сайын
кернеудің төмен түсуі де көбейеді, ал айналу жиілігі азаяды. Жылдамдықты реттеудің бұл әдісі қарапайым болғанымен, экономикалық жағынан
тиімсіз, себебі жыддамдықтың неғұрлым кіші мэнін алу үшін соғұрлым
үлкен қосымша кедергі қажет, яғни энергия шығыны көп, ПӘК төмен
болады, бұл әдіс көбінесе қуаты үлкен емес қозғалтқыштар үшін
қолданьшады.
Параллель қоздырылатын қозғалтқыштарда полюстердің магнит ағынын өзгерту арқьшы жылдамдықты реттеу қоздыру ормдарына жалғанған
(1.23-сурет) Кр реттеу реостатьгаың көмегімен жүзеге асырьшады.
31
Н.Т.Исембергенов, Н.С.Сэрсенбаев
Кд < Кд, < Кд2
ми
м
1.23-сурет. Параллель қоздырылған тұрақты ток қозғалтқышының
механикалық сипаттамалары
Магнит ағыны төмендеген сайын айналу жиілігі жоғарылайды. Бұл
эдіс экономикалық жағынын тиімді, бірақ реттеу диапазоны шектеулі,
себебі магнит ағыны шамадан тыс төмендесе, қозғалтқыштьщ асқын
жүктемені көтеру қабілетгілігі төмендейді.
1.12. Тізбектеи қоздырылатын қозғалтқыштар
Тізбектей қоздырьшған қозғалтқыштың сызбанұсқасы 1.24а-суретге
көрсетілген. Бұл қозғалтқыштарды іске қосу параллель қозғалтқыштардьі
іске қосу секілді, тек айырмашылығы —бұл қозғалтқыштарды жүктемесіз
қосуға болмайды, себебі айналу жиілігінің шамадан тыс жоғарылап кетуі
ықгимал. Сондықган бұл қозғалтқыштарды кем дегенде номинал
жүктеменің 25%-дан аз емес мэнімен іске қосу қажет, тек қуаты 100 Вт
дейінгі қозғалтқыштарды бос жүріс режимімен іске қосуға болады, себебі
олардың механикалык шығындары үлкен айналу жиілігі кезінде оның
номинал шамасымен парапар.
Жүктеменің шамасы жоғарылауымен қатар, машинаның магнитгі
жүйесі қанығады да, ток пен магнит ағыны арасындағы пропорционалдық
қатынас бұзылады.
Қозғалтқыштың жылдамдықгық сипатгамасын сараптау үшін
төмендегі теңдеуді зерттейміз:
(1.27)
С -Ф
32
Автоматика элементтері мен құрылгылары
Жүктеме шамасы аз кезде магниттік жүйе қанықпағандықтан, Ф
магнит ағыны I токқа пропорционал, сондықган II = сопзі болған кезде
жылдамдық сипаттамасы гипербола тәрізді болды, жүктеме жоғарылаған
сайын машина қаныға түседі де, сипаттама қисаяды. Тізбектей қоздырылатын қозғалтқыштың жылдамдық сипатгамасы жүмсақ болып табылады.
п0
Іо
Р 2 .ПІП
Р
1.24-сурет. Тізбектей қоздырылған қозғалтқыштың сызбанүсқасы
мен жүмыстық сипаттамалары
Тізбектей қоздырылатын қозғалтқыштың II = сопзі болған кездегі
п = Г(М) механикалық сипаттамалары 1.25-суретте көрсетілген.
V
1 25-сурет. Тізбектей қоздырылған қозғалтқыштың механикалық
сипаттамалары
Н.Т.Исембергеиов, Н.С.Сэрсенбаев
к = 0 болғандағы сипатгама өзіндік деп аталады, якорь тізбегіне Қ,
косымша кедергісін қосып, эртүрлі жасанды сипатгамалар алуға болады
жәнТоГкедер^інін мэні негүрльш үлкен болса, сипатгаманын қатгылығы
соғұрлым
---------------- '
жылдамдығын Р С ІТ С У 11
тың жылдамдығьш ретгеу эдістеріндей, бірақ магнит ағыньш өзгерту
^қы л^ьілдам ды қгы р е іе у - қоздыру не болмаса якорь орамдарынын
біР1Н Е
2 2 Г с Г І ^ ц
жұмсақ . болуьша байла=
тізбекгей қоздырьшатын қозғалтқынггар эртүрш электр жетекгерінде,
эсіресе жүктеме иінкүші үлкен аралықга өзгеретін жэне іске қосу үдерісі
1
1
____________ —
т о і/ і ш
Б і н і
тяптү
(жүк көтергіш механизмдер, бұрау
жетегі жэне т.б.).
1.13. Аралас қоздырылатын қозғалтқыш
иінкүші
г\исиіак* д и о і ш д і
■ —г і
болғанда, іске қосу барысында жоғары үдеу қажет болғащщ жэне аиналу
жиілігін айтарлықгай өзгерту қажет болған жағдайларда паидаланылады.
Сондай-ақ бұл қозғалтқыштарды жүктеме иінкүші кең аралықга өзгеретін
жағдайларда қолданады. Сондықган аралас қоздырьшатьш қозғалтқыпггар
компрессорлардың, жону станоктарының, көтергіш механизмдердщ жэне
•
.
_________ ___ ______ ___
« Г Г Л
г т т
▼
элекгр
II
п
Пі
П2
Пз
М„
1,26-сурет. Аралас қоздырылатын
қозғалтқыштың сызбанұсқасы
34
М
1.27-сурет. Аралас қоздырылатын
қозғалтқыштың механикалық
сипаттамалары
Автоматика элементтері мен құрылгылары
Аралас қоздырылатын қозғалтқыштың сызбанұсқасы 1.26-суретте
көрсетілген. Аралас қоздырылатын қозғалтқыштарда магнит ағыны екі
қоздырғыш орамдар арқылы, яғни параллель ОВі және тізбектей
жалғанған ОВ2. орамдары арқылы пайда болады. Бұл орамдар бір-бірімен
келісімді немесе қарсы жалғануы мүмкін. Орамдар бір-біріне қарсы
жалғанғанда, олардың магнит ағындары бір-бірінен азайтылады, ал келісімді жалғанғанда қосылады. Сондықтан аралас қоздырылатын козғалтқыштың механикалық сипаттамалары (1.27-сурет) параллель (1-қисық)
жэне тізбектей (2-қисық) қоздырылатын қозғалтқыштардың сипаттамаларының арасында орналасады. Параллель жэне тізбектей жалғанатын
қоздыру орамдарының МҚК арақатынасына байланысты аралас қоздырылатын қозғалтқыштардың сипаттамаларын 1 немесе 2-сипаттамаларға
жақындатуға болады (3 жэне 4-сипаттамалар).
Аралас қоздырылатын қозғалтқыштардың артықшылығы - олардың
механикалық сипаттамаларының жұмсақтығы, бос жүріс режимінде де
жұмыс жасай алады, яғни п0белгілі бір мэнге тең.
1.14. Тұрақты ток қозғалтқы ш ы ны ң қолданылуы
Іске қосу үдерісін реттеу қажет болатын қуаты орта жэне үлкен
қондырғыларда тұрақты ток қозғалтқыштарының қуатты бөлігінде релелер
жэне контакторлар қолданылады. Ол үшін, негізінен үш: ЭҚК, ток және
уақыт бойынша басқару принциптері қолданылады.
Қозғалтқышты іске қосуды ЭҚК принципі негізінде автоматты
басқарудың сызбанұсқасы 1.28-суретте көрсетілген. Якорь тізбегіне
бірнеше реле жалғанады, олардың негізгі қызметі - біліктің айналу жиілігі
жоғарылаған сайын немесе ЭҚК жоғарылағанда якорь тізбегіндегі кедергілерді азайту үшін өздерінің түйіспелерімен реостаттың жекелеген секцияларын ажьфатып отыру.
Қозғалткышты іске қосуды ток принципі бойынша автоматты
басқарудың сызбанұсқасы 1.29-суретте көрсетілген.
Ток принципін қолданған кезде токты белгілі бір мәнге төмендету
үшін өздерінің тұйықталған түйіспелері арқылы тізбектей жалғанған Кі,
К2, К3 контакторларына әсер ететін тізбектей жалғанған ток релелері РТ
қолданылады.
Уақыт принципі кезінде уақыт релесі қолданылады, олар бағдарүшін
команда беріп отырады. Барлық жағдайларда да токтың белгілі бір Іі —І2
аралықта өзгеру диаграммасы (1.30-сурет) сақталып отырады.
35
сурет ЭҚК принципі бойынша қозғалтқышты іске қосуды автоматгы
1.28басқару сызбанұсқасы:
П С - кнопка “пуска және "стоп”; Л-сызықты контактор;
К - пеостаттардың секиияларын шунттауга арналган контакторлар
”
сурет. Қозғалтқышты іске қосуды
басқарудың сызбанұсқасы
36
Автоматика элементтері мен к^рылгъиіары
Іі
І2
0
1.30-сурет. Іске қосу кезіндегі қозғалтқыш тогының диаграммасы
1.15. Бақы лау сұрақтары
1. Ток түрлеріне байланысты электр машиналары қалай жіктеледі?
2. Кері қайтымдылық принципіне сәйкес электр машинасы қандай
режимдерде жұмыс жасай алады?
3. Тұрақты ток қозғалтқышы қандай энергия түрлендіргіші болып
табылады?
4. Қоздыру орамының негізгі қызметі не?
5. Коллектор генераторлық және қозғалтқынггық режимдерде қандай
қызмет атқарады?
6. Тұрақты ток тахгенераторлары қандай қызмет атқарады?
7. Тұракты ток қозғалтқыштарьш қоздырудьгң қандай әдістері бар?
8. Якорь реакциясы дегеніміз не?
9. Тұрақгы ток қозғалтқьшггарыньщ айналу жиілігін реттеу әдістерін
атаңыз.
10. Механикалық сипаттама деген не?
37
2. БАСҚАРЫЛАТЫН ЖАРТЫЛАИ ӨТКІЗГІШТІ
ТҮРЛЕНДІРГІШТЕР
2.1. Б асқары латы н түзеткіш тер
Қазіргі заманғы автоматты басқару жүйелерінде жартылай өткізгішті
түрлендіргіштер: басқарылатын түзеткіштер, инверторлар, жиілік түрлендіргіштері кеңінен қолданылады. Басқарылатын түзеткіштер көп жағдайда
тұрақты ток қозғалтқыштарын басқару үшін қолданьшады. Ток көзі
ретінде айнымалы ток торабы қарастырылады. Басқару принципі
келесідей: айнымалы токтың оң жарты периодында вентиль ашылады да,
қозғалтқыштың якорына кернеу беріледі. Түрлендіргіштің шығысындағы
ток пен кернеу түрақты жэне айнымалы қүраушылардаң қүралады.
Қозғалтқыштың жүмыс режимдерін талдау үшін осы шамалардың түрақгы
қүраушысын анықтау қажет, ол торап кернеуінің период ішінде өзгеруіне
сәйкес келетін осы шамалардың орташа мәні болып табылады.
Вентильдің ашылу уақытын (фазасын) өзгертіп, яғни якорға берілетін кернеудің орташа мэнін өзгерте отырьш қозғалтқьшггы басқарамыз.
Вентиль ретінде ашылу уақытын өзгертуге болатын вентилдер —
тиристорлар қодцанылады. Басқарылатын түзеткіштердің бірнеше түрі
бар, жүмыс жасау принципі мен қүрылысына байланысты оларды екі
топқа бөлуге болады: бір жарты периодтты (нөлдік сымы бар сызбанүсқалар), мүндай сызбанүсқаларда айнымалы кернеудің бір жарты
периоды ғана қолданылады; екі жарты периодты (көпірлік сызбанүсқалар),
бүл сызбанұсқаларда айнымалы кернеудің екі жарты пероиодтары да
қолданьшады.
Қарапайым бір жарты периодты сызбанүсқаньщ жүмыс жасау
принципін 2.1-суреттен көруге болады. Амплитудасы Щ синусойдалы
айнымалы
кернеу көзіне жүктеме К жэне басқарушы электродқа
басқару жүйесінен берілетін а ашу бүрышына тең уақытта ашылатын Т
тиристор жалғанған.
а - 1 8 0 ° аралығында жүктемеге мына теңдікпен анықталатьш кернеу беріледі:
и = IIт хіпсоі.
Жүктеме активті сипатта болғандықтан, токтьщ қисығы (2.1в-сурет)
кернеудің қисығын (2.1б-сурет) қайталайды, <и4=180° уақытында ток нөлге
дейін төмендейді де, тиристор жабьшады жэне бүл үдеріс эрбір оң жарты
период сайын қайталанады (теріс жарты период кезінде тиристор ток көзі
кернеуі эсерінен жабық болады).
38
Автоматика элементтері мен құрылгылары
Тиристорды оның қосылу уақытынан сәл ғана ұзақ импульстармен
басқарған тиімді. Тиристордың қосылу уақыты дегеніміз - оның жабық
күйден ашылғанға дейінгі уақыт аралығы.
Қарастырылған фазалық эдіс фаза ығыстырушы құрылғы көмегімен
іске асырылуы мүмкін. Соның бір түрі ІІУ- басқару кернеуін и 0„ —тірек
кернеуімен (көбінесе ара тісі тэрізді) салыстыру эдісіне негізделген
«сатылас» басқару әдісі (2.1г-сурет).
Бұл кернеулердің ілездік мәндерінің тепе-теңдігі тиристордың
басқарушы электродына күшейтіліп берілетін импульс а фазасын
анықтайды.
Басқару импульсінің фазасын өзгерту үшін \]у - басқарушы кернеу
сигналын жоғарылату керек. Басқарудьщ құрьшымдық сызбанұсқасы
2.1д-суретте көрсетілген.
Ара тісі тэрізді генератор (ГПН) өндіретін кернеу синхрондаушы құрылғы (СУ) көмегімен ток көзі кернеуімен синхрондалып салыстыру сызбанұсқасына (СС) беріледі, бұл сызбанұсқаға сонымен қатар басқару сигналы да беріледі. Салыстыру сызбанұсқасьшан шыққан сигнал импульстерді қалыптастырғыш (ФИ) құрылғыға беріледі де, одан фаза бойынша
реттелетін ІІФИ қуатты импульс ретінде басқарушы электродқа беріледі.
(2.1) теңдеуді а -п аралықта интегралдап, жүктемедегі кернеудің
период ішіндегі орта мэнін анықтаймыз:
1 Я
у
ІІСР = — Ш м со<:йо)4 = ——( і + со8 а ) .
(2.2)
2и і
2я
(2.2) функциясы, яғни а=0 сэйкес келетін жүктемедегі кернеудің
мэні ІІСр м а х = Чм / я, ең үлкен орта мэнге қатынас ретінде 2.2-суретте
үзік сызықтармен көрсетілген.
Егер жүктеме активті-индуктивті сипатта болса, түзеткіштегі үдерістер күрделене түседі, мұндай тізбектердегі үдерістердің қалай жүретіні
2.2-суретте көрсетілген.
Бұл гарфиктер екі фазалы бір жарты периодты (2.3а-сурет) жэне бір
фазалы көпірлік сызбанұсқаларда (2.3б-сурет) ортақ. Тиристорларды ашу
2.1-суреттегідей трансформатордың екінші реттік кернеуінің оң жарты
периодында басқарушы электродқа а уақытында Т і тиристорына,
а + 180° уақытында Т і (2.3а-сурет) тиристорына басқарушы импульстер
беру арқылы жүргізіледі.
2.1-суреттен айырмашылығы һ индуктивтіліктің болуына байланысты ток бірден жоғарылап кетпейді жэне тиристорға берілетін кернеу нөл
арқылы өткенде, Ь индуктивтілігін өздік индукцияның эсерінен ток
жоғалмай қандай да бір уақыт ішінде тиристордан өте береді. Тиристор р
39
Н Т.Исембергенов, Н.С. Сэрсенбаев
суретте үзік сызықпен
көрсетілген.
етін ток нөлге теңескенде ғана жабылады, 2.3Ь индуктивтіліктегі кернеудің төмен тусуі
и
і
а)
Д>
2.1-сурет. Баскарылатын бір жарты периодты түзеткіштің сызбанұсқасы
жэне кернеу қисықтары
40
Автоматика элементтері мен ңұрылгылары
2.2-сурет. Басқарылатын түзеткіш шығысындағы кернеудің басқару
бұрышына тәуелділігі
Сонымен, жүктеменің индуктивті сипаты болғанда, түзетілген кернеу
қисығының оң жэне теріс учаскелері болады, сондықтан жүктемедегі
кернеудің орта мэні сызбанұсқаның екі фазальшығы ескеріліп, мына
түрде жазылады:
2 Э
у
ІІ^ Р = —
Ш м сэ*йш 4 = — ^ -(С 0 8 а - С 0 8 р ) .
и
2.1,а жэне 2.3,а,б-суреттеріне де қатысты 2.2-суреттегі сипаттамалардан кернеудің вентильдердің ашылу бұрышына, х = ю Ь/К қатынасы
арқылы анықталатын жүктеме тізбегінің салыстырмалы уақыт тұрақтылығына тэуелді екенін көруге болады. Сондай-ақ 2.3-сурет үшін
^ сршм = 2ИМ/ Л ’ я*™ 2.1 ,а-суретгегіден екі есе жоғары екенін көруге
болады.
Жүктеме тізбегіндегі ток айнымалы жэне тұрақгы кұраушьшар
арқылы көрсетілген. Тұрақгы құраушысы қозғалтқыштың айналдыру
иінкүшімен анықталатын болса, айнымалы құраушысы -а- бұрышынан
жэне сызбанұсқаның кернеу пульсациясын тегістей алу мүмкіншілігіне
байланысты. Ток неғұрлым үзілмелі болса, айнымалы құраушысы соғұр41
лым жоғары болады. Токтың бұл кұраушысы жүкгемедегі қосымша
шығындарды жоғарьшататын болғандықтан, қозғалткышты басқару
кезінде токтың үздіксіздігін қамтамасыз ету үшін якорь тізбепне тізбектеи
қосымша дроссель жалғанады, яғни т мэнін жоғарылатылады.
ін
а)
в)
2.3-сурет. Екі жарты пероидты көпірлік тиристорлы түрлендіргіпгпң
сызбанұсқасы мен кернеу қисықтары
■
Бұл кезде жүктемедегі кернеудің орташа мәні:
л а+180
211
2 \І2
Г іІм а>і<1а>( = — —со«а = ------ІІс о 8 а « 0 ,9 1 Іс о 8 а (2.3)
С ? п а}
п
п
||
мұндағы 11 - трансформатордың екінші реттік орамдарындағы кернеудщ
әсерлік мэні.
>
■'
. . ■' "
Ескеретін жағдай - қосымша дроссельдің индуктивтілігі элекгромагниттік, ал активті кедергісі қозғалтқыштың электромеханикалық уақыт
түрақтылықтарын жоғарылатып жібереді, яғни электр жетегінің динамикалық қасиеттерін төмендетеді.
Түрақты ток қозгалтқышын тиристорлы түрлендіргіштің көмегімен
басқару сызбанұсқасы мен кернеу және ток қисықтары 2.4-суретте көрсетілген.
Тұрақты ток қозғалтқыштары мен тиристорлы түрлендіргіпггердің
бірігіп жүмыс жасау қасиеттеріне жүргізілген зерттеулер көрсеткендей,
индуктивтіліктің айтарлықгай мәні кезінде басқару бұрышын а мына
аралықга өзгерту тиімді 0 < а < 90°.
42
Лвтоматика эпементтері мен құрыпгылары
-------
о
а
180
---------— ----------------------------------------------------------------------------------------------—
а
а
^
со*
в)
2.4-сурет. Тұрақты ток қозғалтқышын тиристорлар арқылы басқару
сызбанұсқасы
Үш фазалы басцарылатын түзеткіштер. Фазаларға келетін жүктеменің біркелкілігін жэне түзетілген кернеудің пульсациясын төмендету
үшін басқарьшатын үш фазалы түзеткіштер қолданьшады. Жүктеменің
индуктивтілігі жеткілікті дәрежеде жоғары деп есептеп, яғни токтың
үздіксіздігін қамтамасыз етеді деп есептеп, осындай бір сызбанұсқаның
жүмыс жасау ерекшеліктерін талдап қарайық.
Вентильдер басқарылмайтын, яғни кернеудің оң жарты периодының
барлық уақытында ток өткізеді деп қабьшдайық. Онда Т і тиристоры трансформатордың екінші реттік орамы иА кернеуінің эсерінен 0 < <о4 < 180°
аралығында ашық болады (2.5а жэне б-суреттер), бірақ 0-30° учаскесінде
Т3 жапқыш тиристоры аркылы ис кернеуі эсеріне жабық болады. Осындай
жолмен Ті тиристоры Т2 тиристоры арқылы ив кернеуі эсерімен
150° < < оі< 180° учаскесінде де жабық болады. Ті тиристорының өткізгіштік аралығы 2.5,б-суретте үзік сызықтар арқылы көрсетілген.
Сонымен, тиристорлардьщ ашылу уақыты соі = 30
аралықтан баста-
лады, сондықтан басқарушы импульстерді берудің а бұрышын осы
шамадан бастаған дүрыс. Тиісінше 2.5б-сурет а= 0 болғандағы жэне
жүктемедегі кернеудің ең үлкен мэніне сәйкес келеді:
3 ^
311 /
\ Зл/З
ІІСРМАХ ~ ---- Г ІІМ 8ІП(ВІЙСОІ = ---- —(-СО8І500 +СО830® ) = ------ІІМ. (2.4)
2п Л
2п '
'
2п
43
Н. Т.Исембергенов, Н.С. Сярсенбаев
В
с
2.5-сурет. Нөлдік сымы бар үш фазалы басқарылатын түзеткіштің
сызбанүсқасы, кернеу жэне ток қисыктары
Алдыңғы сызбанүсқалардағы тэрізді а мэнін өзгерте отырып
кернеудің орташа мэнін басқаруға болады, (2.4) теңдікті ескере отырып
үздіксіз ток режимі үшін:
44
Автоматика элементтері мен цүрылгылары
ІІМсоза
(2.5)
30 + а
уі2 IIф со«а
« 1,171ІФ со§а
2 71
мұндағы ІІф - трансформатордың екінші реттік орамдарындағы кернеудщ
әсерлік мәнінің фазалық шамасы.
а = 60° болғандағы кернеу мен ток қисықтары 2.5в,г-суреттерде
көрсетілген. 2.5,а-суреттегі сызбанұсқаның жүктемесі активті-индуктивті
жэне
т —> оо
болғандағы сипаттамалар 2.6-суретте көрсетілген.
0 < а < 90° учаскесінде ол (2.5) теңдігіне жэне т -> со болғанда (2.3)
теңдігінен алынған 2.2-суретте көрсетілген сипаттамамен толығымен
сәйкес келеді.
2 •я
ш
;
І
2.6-сурет. Нөлдік сымы бар үш фазалы басқарылатын түзеткіш
шығысындағы кернеудің тиристорды ашу бұрышына тэуелділігі.
2.2. Тұрақты ток қозғалтқышын тиристорлы басқару
Қозғалтқышы басқарьшатьш түзеткіш арқылы қоректенетін автоматты басқару жүйелерінде іске қосу, тежеу жэне реверстеу кезінде қажетті
өтпелі үдерістер сапасына қол жеткізуге болады.
Нөлдік сызбанұсқамен қосылған үш фазалы басқарылатын түзеткіш
арқылы тұрақгы ток қозғалтқышын басқарудың сызбанұсқасы 2.7-суретте
көрсетілген.
45
2.7-сурет. Нөлдік сызбанұсқамен қосылған үш фазалы басқарылатын
түзеткіш арқылы тұрақты ток қозғалтқышын басқарудың сызбанұсқасы
Бұл сызбанұсқада басқарылатын түзеткіштерді оасқару оұрышын
өзгерту арқьшы түзетілген кернеуді ретгейді, соның нәтижесінде
қозғалтқыштың айналу жиілігін реттеуге болады. Басқарьшатын түзеткіштермен қозғалтқыштың айналу жиілігін реттеудің бірнеше ерекшелігі бар,
солардың бірі қозғалтқыштың индуктивтілігінің жоғары болуына
байланысты үздіксіз ток режимін қамтамасыз етуге болады.
Қуатты жартылай өткізгішті техниканың дамуы айнымалы кернеуді
реттелетін тұрақты кернеуге түрлендіретін басқарылатын статикалық
түзеткіштердің кеңінен қолданылуына ықпал етті. Басқарылатын түзеткіштер іұрақты ток қозғалтқышының айналу жиілігін кең аралықта
реттеуге мүмкіндік береді.
Айнымалы кернеудің тұрақтыға түрлену үдерісін үш фазалы көпір
сызбанұсқасымен
жасалған
басқарылатын
түзеткіш
мысалымен
қарастырайқ.
Тиристорларды
ашатын
басқарушы
импульстер
Т, - Т6 - Т3 - Т2 - Т5 - Т4 тізбегімен 60° ығысып беріледі, яғни т = 6 жэне
Т^, Т3, Т5 тиристорлары фазалық кернеудің оң жарты периодында, ал
Т6,т 2 және Т4 - тиристорлары теріс жарты периодында беріледі.
Әрбір тиристордың өткізгіштік аралығы 120° болғандықтан, екі
тиристор қашанда ашық болып табылады және якорьдағы кернеу
трансформатордың екінші реттік екі орамдарындағы фазалық кернеулердің айырымы арқылы, яғни сызықты кернеу арқылы анықталады.
Жүктемедегі кернеудің орташа мәні (5.9) теңдікке сәйкес:
46
Лвтоматика элементтері мен құрылгылары
6 л /2
ср
ІІт 8Іп~со8а = 1,351Ілсо8а = 2,341ІфС08а,
(2.7)
6
71
мұндағы ІІЛ = л/зііф - трансформатордың екінші реттік орамдарындағы
сызықты кернеудің әсерлік мәні.
Басқарылатын түзеткіш сызбанұсқасымен жылдамдығы реттелетін
қозғалтқыштың механикалық сипаттамасыньщ тендігі:
со
^сргаах00801
кэм
К- ! в ? м,
кэм
акти
Кд
(2.8)
і кедергісінен Кдр жэне
құралады.
ІЯ
А
В
С
2.8-сурет. Үш фазалы басқарылатын түзеткіштің сызбанұсқасы
Түзеткіштің активті кедергісінің балама мэні
(2.9)
мұндағы Г - ток көзі жиілігі, Гц; Ь ф , К ф - түзеткіштің фазалық орамының активті және индуктивті кедергісі.
Басқарылатын үш фазалы көпірлік сызбанұсқамен жалғанған
түзеткіпггің шығысындағы кернеу мен ток қисықгарьгаың кескіні 2.9-суретте көрсетілген. Фазаларда Ь ф индуктивтіліктің болуы кернеудің орта
шамасын төмендетеді.
47
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
Негізінде, бос жүріс нүктесінің со[, мәнінен айырмашылығы болады,
себебі (2.8) теңдік үздіксіз ток режиміндегі түзеткшггер үшін жазылған.
Жүктеме иінкүші төмендегенде, бұрыштык жылдамдық жоғарьшайды,
тиісінше қозғалтқыштың қарсы ЭҚК жоғарьшайды, ал ток бүл кезде
төмендейтін болғандықган, үзілмелі ток режимі орын алады. 2.10-суретте
шынайы сипаттаманың учаскелері үзік сызықтар арқылы көрсетілген.
Басқарьшатьш түзеткіш-қозғалтқыш жүйесінің механикалық сипаттамасы түзу сызыкты жэне жүмсақ болып келеді. 2.10-суретте (2.8) теңдеуі
аркылы түрғызылған түзулер ординат өсін идеалды бос жүріс нүктелеріне
сәйкес қиып өтеді:
© °=
—
-
•
л эм
Вентильдердің біржақгы өткізгіштіғі ііср кернеуінің полярльшығын
өзгерту арқылы қозғалтқышты реверстеуге мүмкіндік бермейді, реверс
жасау үшін қоздыру орамдарындағы немесе якорь орамдарындағы
кернеудің бағытьш өзгерту керек.
II
о
II,
I.*
0
Ія
0
2.9-сурет. Басқарылатын үш фазалы көпірлік сызбанүсқамен жалғанған
түзеткіштің шығысындағы кернеу мен ток қисықтарының кескіні
48
Автоматика элементтері мен ңұрылгылары
Бірінші әдістің кемшіліп - қоздыру орамдарының уақыт тұрақтылығының үлкендігіне байланысты реверстеу уақытьшьщ ұзақгығы. Екінші
эдістің кемшілігі - якорь тізбегіндегі ток коммутациясы.
Жоғары жылдамдықгы және сенімді ревестелінуді қажет ететін
электр жетектері үшін реверсивті басқарылатын түзеткіштер қолданьшады.
(2.11-сурет). Жүйе рекуперативті тежеу режимінде жұмыс істеген кезде
түзеткіштердің бірі инверторлық режимде жұмыс істесе, екіншісі түзету
режимінде жұмыс істейді, бұл кезде (2.10) шарт орындалуы қажет.
2.10-сурет. БТ-Қ жүйесінің механикалық сипаттамалары
Түзеткіштердің бірге жұмыс істеуі кезінде (2.10) шарттың орындалуынан басқа түзеткіштер арасында пайда болатын теңгергіш токтарды да
шектеу қажет. Бұп үшін түзетілген ток тізбегіне теңгергіш дроссельдер Ьі
және Ь2 жалғанады.
Реверсивті жүйедегі түзеткіштерді басқарудың екі: бірге және жеке
әдісі бар.
Бірге басқару әдісі кезінде:
аі +а2=я
(2-10)
болғанда , 11срИНВ = ИсрВыпр теңдігі орындалуы керек.
Бірге басқарудың кемшілігі - теңгергіш токтардың болуы және
оларды шектеу үшін дроссельдің қажетгілігі.
49
Н.т Игрмбергенов, Н.С.Сәрсенбаев
Тенгергіш токгарды толыгымен ж о » үшін
™
жұмыс
д ү р ы с Т е к і н ш і түзеткіш гің вентильдарі 6=
жабық болады. Жұмыс режимі өзгерген жағдаида бгршші түзеткші
^ Г с ы н то“ а т Х н кейін импульстер екішш түзегкшшн вентильдеріне қандай да бір уақытқа кешігш бершеді.
2.11 -сурет. Реверсивті БТ-Қ жүйесінің сызбанұсқасы
2.3. Тиристорлы басқарудың қолданылуы
Қазіргі уақытта тиристорлармен басқарылатын автоматтандырьшған
түрақты ток электр жетектері іс жүзінде кеңінен қолданьшады. Инерциялы емес қуатты түрлендіргіштерді қолданудың негізгі артықшылығы
тиімді өтпелі үдерістер графигін алуға мүмкіндік береді.
Лифтінің электр жетегін басқарудың бір варианты 2.12-суретте
көрсетілген.
.
Негізгі басқару блоктары ретінде тиристорлардың екі тобы Ві жэне
В2 қолданьшады, олар қозғалтқыштың айналу жиілігінің бағытына қатысты
жүмыс істейді.
. ._
Вентильдерді ашу импульсті-фазалық тиристорлы түзеткішті басқару
жүйесі (СУТВ) арқылы жүргізіледі. Теңгергіш токгарды шекгеу үшін
50
Автоматика элементтері мен құрылгылары
қуаты бөлікке 1ДР-4ДР дроссельдері қосылады. Қажетті реттеу
диапазонын жэне тежеуді қамтамасыз ету үшін ТГ тахогенератор арқылы
іске асырылатын айналу жиілігі бойынша кері байланыс қолданылады.
Кері байланыс сигналдары СУТВ жүйесіне беріледі, ол өтпелі
үдерістер кезінде қажетті үдеу мен жылдамдықты қамтамасыз етеді.
Лифтінің автоматтандырылған электр жетегінде қорғаудың бірнеше
түрлі қолданылады: тиристорлы түрлендіргіш қысқаша тұйықталу тогынан
А1 автоматты ауыстырып қосқышы арқылы қорғалған, якорь тізбегі үлкен
токтардан РМ релесі арқылы, ал асқын жүктемеден - ТР жылу релесі
арқылы қорғалады. Якорь тізбегінде РКТ ток бақылаушы релесі қондырылған.
ідр
2др
2.12-сурет. Тиристорлы басқарылатын лифтінің электр жетегінің
сызбанүсқасы
51
т Цсембергенов, Н.С.Сәрсенбаев
2.4. Бақылау сұракгары
1. Тиристор қалай ашылады
3. Т н рю т^ іш ” т ^ т Г т а Г ж е т е к г е р ш д е реверс калай жүзеге
“ “Т т ^ я я ы
ток козгалткышынын айналу жнілігі түэеткіш аркылы
ҚаЛа*5 Ререаерснеті баскарылатьш түзеткіштерді баскарудын кандай а д іс
тері бар?
. ._ ■
6 Бгоге баскарудьщ кандай кемшіліктері бар.
7 Тиристорлы элекгр жетегінін механикалық сипаттамасының кескш
қандай?
Түэепшігтін шыгысындагы кернеуді калай басқаруға болады
8.
көпірлік
сызбанұсқамен
жалгаиган
үш
фазалы
9. Баскарылаты.. ----- г—
тиристорлы түрлендіргіште қанша тиристор қолданьшады
52
Автоматика элементтері мен құрылгылары
3. ТРАНСФОРМАТОРЛАР
3.1. Трансформатордың құрылысы мен жұмыс істеу принципі
Трансформатор - белгілі бір айнымалы ток кернеуін екінші бір
айнымалы ток кернеуіне жиілігін өзгертпей түрлендіретін статикалық
электромагнитті құрылғы.
Егер трансформатор орамдарының бірі, мысалы, бірінші орамы ііі
айнымалы ток кернеуіне қосылган болса, онда орамдардағы айнымалы іі
тогы орамдар оралған болат өзеюнеде Ф магнит ағынын туғызады.
Трансформатордың екі орамымен де байланысатын бұл магнит ағыны
электромагнитті индукция заңына сэйкес (1) және (2) екі орамға да электр
қозғағыш күшін ЭҚК енгізеді. Егер (2) орамның үштарына электр
энергиясының (4) қабылдағышын жалғайтын болсақ, онда пайда болған
ЭҚК әсерінен (2) орамнан жэне (4) қабылдағыштан құралатын түйық
тізбек бойымен айнымалы І2 ток өтеді, ал 2 орам үштарында 112 айнымалы
кернеуі пайда болады. Жүктеме қосылған кезде магнит ағыны іі жэне \і
токтары әсерінен пайда болады және жоғарыда көрсетілгендей орамдарды
(3) магнитті өзекше арқылы байланыстырып, (1) орамнан (2) орамға
электр энергиясының тасымалдануын қамтамасыз етеді.
3.1 -суретте көрсетілген трансформатор екі орамды деп аталады, ал
орамдары тиісінше ток көзіне қосылатын орам (1) —бірінші ретті орам, ал
қабылдағыш жалғанатын орам (2) —екінші ретті орам деп аталады. Сол
секілді орамдардың қандай кернеуге қосылатынына байланысты да, яғни
жоғары кернеу берілетін орам —жоғары кернеулі орам, ал кернеуі төмен
торапқа жалғанатын орам —төмен кернеулі орам деп аталады.
і
3.1-сурет. Бір фазалы екі орамды трансформатордың құрылысы
Орамдарының санына байланысты екі, үш немесе көп орамды болып,
ал қоректенетін ток жүйесіне сәйкес бір, үш жэне көп фазалы
трансформаторлар болып бөлінеді.
53
Аткаратын қызметгеріне байланысты:
1) элекгр энергиясын тасымалдайтын жэне тарататын қуатгы
трансформаторлар^ ^
түрЛендіруге немесе айнымалы ток
козғалтқыштарын іске қосуға арналған автотрансформаторлар;
Қ°ЗҒШ1ІҚЬ
И
____ ___тп^ргіир ж я ш ш аоналған өлшегіш
өлшеу
трансформаторпар^^
І Ш
ар | дзнекерлеуші| „МПуЛьсгі, жиілМ
орп
г
х
____ __ ЖІШ палИОТеХ-
І Ё І З арналған және т.6. болып бірнеше түрге бөлінеді.
Трансформатордын негізгі бөдіктері магннт өткізяш пен орамдар
^"“ 'м т м ^ ө т к і і г і ш (өзекше) орамдар арасындагы электромагннттік
байланысты күшейту үшін қолданылады. Құйынды токтар мен гистерезис
шығындарын азайту мақсатында трансформаторлардың өзеииелерш
электротехникалық болат табақшалардан немесе салқындаи болатган
дайындайды. Аз қуатгы трансформаторлардың м ™ өткізгіштерінде қа^
__________ Л а п о т та^ЯІГТИЯПЯП ІСПЛ ЛЭ.НЫЛЭ ПЫ -
Трансформаторлардың бірінші және екінші реток орамдары
көлденең қимасы дөңгелек немесе төртбүрышты болып табылатын мыс
сымлаолан жасалады. Қуаты аз трансформатордың орамдарын жасау үшін
оқшауламамен
ІМОЛЬ
--1----I
• .
•
қолданылады. Орамдарды көп тармақгы цилиндр тэрізді орама ретінде
жасап, электротехникалық картоннан немесе басқа оқшаулағыш
материалдан жасалған каркаста орналастырады.
Трансформатордың орамдарының қүрылысы электрлік жэне механикалық берік жэне жылу ұстағыш қасиеттерге ие болуы керек. Өзекті
немесе брондалған магнит өткізгіштерге орамдарды эртүрлі эдістермен
орналастырады. Үлкен кернеуге арналған трансформаторларда орамдар
екі шарғьщан құралады, бұл кезде орамдардың бір-бірінен оқшаулануы
берік болады, бірақ магнит ағынының шашырауы жоғары болады.
Брондалған трансформаторларда екі шарғының орнына бір шарғы
қолданылады. Бұл кезде орамдар механикалық ақауланудан қорғалған
болады жэне эрбір өзекке екі орамның да шарғылары орналасады.
Сонымен, трансформаторлардың қолданылатын салалары өте кең,
соған байланысты олардың құрылыстары да эр алуан болып келеді.
Дегенмен де барлық трансформаторлардағы энергияның түрлену үдерісі
мен олардағы құбылыстар ұқсас болып келеді. Сондықтан трансформаторлардың жұмыс жасау кезіндегі қасиеттерін олардың негізп түрі
болып табылатын бір немесе үш фазалы екі орамды трансформатор
негізінде қарастыруға болады.
, ]
<‘
54
Автоматика элементтері мен құрылгылары
Трансформаторлардың қасиеттерін түсіну жэне ауыстыру сұлбасының параметрлерін анықтау үшін олардың бос жүріс жэне қысқаша
тұйықталу рсжимдерін зерттеу керек.
3.2. Бір фазалы трансформатордың негізгі теңдеулері
Трансформатор теңдеулері идеалдандырылган трансформатор үшін
жазьшады, мұндай трансформаторда: 1) өзекше болаты мен орамдардағы
шығын жоқ; 2) өзекшенің магнит өткізгіштігі шексіз; 3) магнит индукциясының барлық сызықтары өзекше арқылы өтеді, сонымсн қатар бірінші,
екінші реттік орамдардың барлық тармақтарымен байланысады деп
есептеледі.
Кез келген трансформатордың жұмыс режимі электромагнитті
индукция құбылысына негізделген. Егер бірінші ретгік орамга кернеу
берсек, екінші реттік орам тұйықталмаган болса, онда бірінші реттік тізбек
арқылы бос жүріс тогы і0 өтеді. Бұл ток
тармақган құралған бірінші
реттік орамның Ғ, = і0^ і магнит қозғағыш күшін (МҚК), ал ол өз
кезегінде трансформатордың Ф магнит ағынын туғызады. Бұл магнит
ағынының басым бөлігі өзекшеге тоғысады, себебі болат өзекшенің магнит
өткізгіштігі ауаныкіне қарағанда, бірнеше есе жоғары.
Өзекшедегі магнит ағыны екі ораммен де байланысады және оларда
ЭҚК туғызады, бірінші реттік орамда:
е, = -үу, (сІФ/<іі).
(3.1)
Екінші реттік орамда
е2 = -т е 2(сІФ/<И).
(3.2)
Егер екінші реттік орамға жүктеме қоссақ, онда орам бойымен і2 ток
өтеді, ал оның і 2^ү2 МҚК Ф2 магнит ағынын туғызады, ол Ленц заңына
сәйкес Ф магнит ағынына қарсы бағытталған. Өзекшеде Ф бос жүріс
кезіндегі ағынға тең толық магнит ағыны пайда болады. Ф2 магнит
ағынының магнитсіздендіргіш реакциясы і^ ^ МҚК і2\У2 шамаға
өсуімен теңгеріледі.
Сонымен, жүктеме режимі кезінде бірінші реттік орам төмендегідей
МҚК туғьпуы керек:
= і 0^ , + ( - і 2^ 2),
мұндағы і0\ү, МҚК өзекшеде ағын туғызу үшін қажет.
Өзекшеде тоғысатын Ф магннт ағынын негізгі магнит ағыны деп
атайды (3.1-сурет). Магнит ағыны Ф синусойдалы болса да, болат
55
Н.т Иггчбергенов. Н.С.Сәрсенбаев
қанығуына байланысты і0 тогы синусойдалы емес. Болат
өзекшенің
іо тогынан фаза
өзекшедегі шығындарға
магнитгік кешігу бұрышына
ағындары
да болады Шамамен бұл магнит ағындары өздерінің орамдарымен ғана,
яғни Ф81 шашырау магнит ағыны бірінші ретгік орамдардың тармақгарын
жэне ол іі тогына пропорционал, ал Ф 82- і 2 тогына
қиып өтеді
өтеді
деп
пропорционал жэне осы орамдардың ғана тармақтарын қиып
г
г
. _
.
......... .......................
т
о
п
п
о
г
а
и
к-Р7
ПР
П1П1НІ1І1
(гі) және
жұмысын
есептеледі.
түсуін де
реттік (Г2) орамдардың
ескеру қажет
Егер Ф магнит ағыны синусойдалы болса, яғни Ф - Ф т |ід ©4, онда:
а(ф т 5шюі) I ^
1
Ді
і
со8ИІ 1 іиГлУіФи 8Іп(<оІ 1 2 ) ;
(3.3)
««(«.< - ф ) .
е2 =
Лі
(3.3) теңдікген
жэне е2 ЭҚК Ф магнит ағьшынан я /2 бұрышқа
қалып қоятынын көруге болады.
Бұл ЭҚК әсерлік мэндері, тиісінше:
Е І = ^ У 1*Фга=4,44™ 1Ф т ;
(3.4)
2
п
Е 2 = - у г ^ 2№ т = 4 ,4 4 \ у2Ф т
(3.5)
ЭҚК қатынасы
К
Е|/Е
трансформациялау коэффициенті деп аталады.
Т рансформатордағы үдерістерді сипаттайтын
теңдеулер мына түрде жазылады:
СІІ 1
дФ
+һ1
иі Үі
+ І ІГП
(1«
и
\ү
<ІФ
Ь
6\
(ІС
= >0^1 »2™2'
Немесе (3.1) жэне (3.2) өрнектерді ескерсек
56
(3.6)
дифференциалды
Автоматика элементтері мен құрылгылары
,
«
V
•
и, = - е , + Ь , — + і,г,;
і
йі2
•
и2 = е2 - Ь 2
і2г2;
»1^1 = «0^1 ~ | 2^2ЭҚК, іі жэне і2 токтары
уақыт бойынша синусойдалы функциялар болып табылса, синусойдалы
емес і0 тогын балама синусоидалы токпен ауыстырады. Онда трансформатордың теңдеулер жүйесі комплексті түрде:
й , = - Ё , + ісоЬ,І, + І,г, = - Ё , + іІ,х 8, + І,г,;
І)2 — —Ё 2 — ]сйЬ2І2 — І2*"2 = Ё 2 — ІІ2х$2 — І2г2;
(3.7)
І , ^ , = І 0> у ,- І 2лу2
мұндағы х5І = © Ь| - бірінші реттік орамның индуктавті шашырау кедергісі;
х52
= а)Ь2 - екінші реттік орамның индуктивті шашырау кедергісі.
Шашырау магнит ағындарын есептемеуге болады, ал трансформатордың активті кедергісінің мәні өте аз, олай болса V\ кернеу мен Еі
« Е| = 4,44- г -Ф т
ЭКК
Тұрақты
кернеу
мен
жиілік
ұшін
непзгі
магнит
ағыны:
Ф т = 1 ^ /( 4 ,4 4 * ^ •*), тиісінше оны туғызатын ток і0 жүктеме өзгер-
генде, яғни і2 өзгергенде тұрақгы болып қалады (бос жүрістен номинал
мәнге дейін).
3.3. Трансформатордың параметрлерін келтіру
Жалпы алғанда, \ү, ф \ү2 , Е^ ФЕ2, Ф І 2 , тиісінше орамдардағы
ЭҚК мен токтар әртүрлі болғанда олардың активті және индуктивті
кедергілері де эртүрлі. Бұл трансформатордағы үдерістерді есептеуде
қиындықгар туғызады, ол әсіресе трансформациялау коэффицйенті
жоғары болғанда айқын байқалады. Сондықган трансформатордың екі
орамы бір тармақтар санына келтіреді, көбінесе екінші реттік орамдарды
бірінші реттік орамдарға келтіру қабылданған. Ол үшін тармақгар саны \ү2
екінші реттік орамды үі \ тармағы бар бірінші реттік орамға келтіреді жэне
ол бірінші реттік тізбектің жұмыс режиміне әсер етпеуі керек.
Келтірілген екінші реттік орамға сәйкес келетін барлық параметрлер
келтірілген деп аталады.
57
Келтірілген екінші ретп к ЭҚК.
Е'2 = ( ^ , / « 2)-Е 2 = К Е2 - Е , ,
мұндағы
циентіне
келтіру коэффициенті, ол трансформациялау
коэффи-
___ прттік опамнын басқа да ЭҚК мен кернеуі
Ш
өзгереді.
.
.
_ . .
Екінші реттік орамды бірінші реттіге келтіргенде толық қуат теңдігін,
яғни 8' = $ 2 немесе Е' • I' = Е2 • І 2, тиісінше, келтірілген екінші реггік
ток:
*г = ( Е 2 / Е 2 )* 1г = ( і / К ) ' І і Келтірілген жэне накты орамдардағы қуат шығындары да өзгеріссіз
калуы керек, соядыкпм Й
| І гг: , ендеше келтірілген актнвті кедергі:
гі=
( і г/ г 2) 2 г2 = к зГі.
Екінші реттік орамның Ц индуктивтілігін бірінші реттіге келтіру
немесе
кезінде реактивті қуатгар да тең болуы керек, яғни
[2Х' = і \ ендеше келтірілген екінші реттік индуктивті кедергі.
2“ 2
—2 *
х32 ^ ( ^ і / ^ г ) 2 Х82 = К -2х82(3.7) теңдеулер жүйесі келтірілген трансформатор үшін мына түрге
келеді:
0 , = “ Ё і + І І і х §і + І і гР
й '= Ё '-І І '2х'82-І'2гі;
(3-В)
1 ,« , = І 0^ , - І ' 2\¥2.
(3.8) теңдеулер жұйесінің соңғы теңдігін Щ бөлсек, онда ток
теңдеулері
і;
=
іі
-
іі
.
3.4. Трансформатордың ауыстыру сызбанұсқасы
сызбанұсқасын салу
теңдеулерін
58
<3-9>
Автоматика элементтері мен ңүрылгылары
Иі = І 0 -Хт + І І1х$1+ І 1гР
(3.10)
І0 = І 1 + І І ,
мұндағы Е, =
= - І 0 ■Ът , 2 т - балама кедергі.
Магниттендіру тізбегінің кедергісі Ъ^, трансформатордың болат
өзекшесіндегі шығынды ескеретін гга активті құраушыдан және
орамдардың өзара индуктивтілігін ескеретін индуктивті Хт құраушыдан
құралады, яғни: 2 т = гт + іх га .
Трансформатордың ауыстыру сызбанұсқасы 3.2-суретте көрсетілген.
Бұл жерде тізбектер арасындағы магнитті байланыстар электрлікке
ауыстырылған.
Бұл сызбанұсқаға Кирхгоф заңдарына сәйкес құралған теңдеулер
(3.8) теңдеулер жүйесі секілді болады, тиісінше ауыстыру сызбанұсқасы
арқылы трансформатордьщ барлық кернеулері мен токтарының мэнін
анықтауға болады. Трансформатор жұмысы II х = соп$і шарты кезінде
зертгелетін болғандықган, ауыстыру сызбанұсқасының барлық параметрллерін тұрақты деп есептеуге болады.
3.2-сурет. Трансформатордың ауыстыру сызбанұсқасы.
3.5. Трансформатордың сыртқы сипаттамасы мен екінші реттік
кернеуін өзгерту
Трансформатор жүктемеге жұмыс жасаған кезде екінші ретгік кернеудің өзгеруін байқауға болады (көбінесе төмендеу), оның іс жүзінде маңызы зор. Екінші реттік кернеудің өзгеруі жүктеме түріне тәуелді болады.
Трансформатордың екінші реттік кернеуінің өзгерісі дегеніміз—
номинал жүктеме кезінде екінші реттік кернеу мен номинал кернеу
арасындағы аиырмашылық.
59
Н.т Исембергенов, Н.С.Сэрсенбаев
трансформатордың
өзгерісі ДИ2 салыстырмалы шамада:
2ном
V 2ном
Ғкіиші реттік кернеудін өзгерісін аныкгау үшм веісгорлык
лиапиммаяа коеымШа сызыктар жүргіземі, (3.3-еурет). А нүяесшен
7 Т к Х ы н ы н жалгасына „еРпеш,нкуляР болын табылатын АО түзуш
жүргіземіз. Пайда болган СО кнмасы 1)„„„ ж » е Ш
болып табылады, яғни
СЕ + ЭЕ = СЕ + В Ғ ,
СО
-.0 = СО*Ф2?ВҒ =
мұндағы СЕ =І1Г.к75
5ІП(Р2
Демек,
С08ф2 + І,Х 5к 8ІПф2
І,Г о
1 к75
«іи ом
анырмашылыгы
Ғ
А
ЦІ,ном
3.3-сурет. Екінші ретгік кернеудің өзгерісін анықгау үшін
Екінші ретгік кернеудің өзгерісі, %:
^ІНОМ ^2
Иі ном
немесе
60
ДІІ
\
*1Гк75 С08ф2 + 1)Х8к 8ІПф2
1 1ІОМ
ЧіІном
к н ( икясо8Ф2 + икх « Ч ф г )’
(3.11)
Автоматика элементтері мен құрылгылары
мұндағы Іі/іщ о м “ ®і/®2 ном “"^гЛіном *~^н жүктеме коэффициенті
болып табылады. (3.11) теңдіктен ДІІ2 жүктеменің мәніне ғана емес,
сондай-ақ оның түріне де ( ф2 бұрышына) тэуелділігін көреміз.
Екінші реттік кернеудің Іі2 екінші реттік токқа І2 тэуелділігі
трансформатордың сьфтқы сипатгамасы болып табьшады, бұл кезде
С0 8 <р2 = соп8< деп есептеледі. Екінші ретгік кернеудің өзгерісі жүктеменің
түріне тэуелді. Активті-индуктивті жүктеме кезінде екінші реттік кернеу
төмендейді, ал сыйымдылықты жүктеме кезінде екінші ретгік кернеу
номинал кернеуден жоғары болуы мүмкін.
Төменде 3.4-суретге эртүрлі жүктемеге сэйкес келетін трансформатордың сыртқы сипаттамалары келтірілген. II2 = Г(і2) тәуелділігі
С0 8 ф = сопві болғанда сызықгы сипатқа ие. Суреттен активті жүктеме
кезінде (2-сызық), активті-индуктивті кезде (3-сызық) 12 жоғарылаған
сайын екінші реттік кернеудің томен түсетінін, ал активті-сыйымдылықты
жүктеме кезінде жоғарылайтынын көруге болады (1-сызық).
Ауыстьфу
сызбанұсқасының параметрлерін
есептік
немесе
эдістемелік жолмен анықтауға болады, соңғы эдіс кезінде бос жүріс жэне
қысқа тұйықгау әдістерін жүргізу қажет.
3.4-сурет. Трансформатордың эртүрлі жүктемеге сэйкес келетін
сьфтқы сипаттамалары
З.б. Трансформатордың бос жүріс және қысқа тұйықталу әдістері
Трансформатордың бос жүріс режим оның бірінші реттік орамына
кернеу беріліп, ал екінші реттік орамы тұйықгалмаған кезде, яғни ( І 2 = 0)
болғанда орын алады. Бұл кезде (3.8) теңдеулер жүйесі мына түрге келеді:
Н. Т Исембеугенов, Н.С. Сәрсенбаев
II і
ё
,+
і і 0х5і
+ і огі ;
(3.12)
й-20
I 1 1осуретге
көрсетілгендей
сызбанұсқасымен
Бос жүріс әдісі
----- Я Ш
_ .
_
жүргізіледі. Бірінші ретгік орамға ІІіном номинал кернеу берілш, І0 бос
З с тогы Р0 бос жүріс қуаты жэне С » екінші ретпк кернеу өлшенеді.
ж ұ р і^
0
.
, _________л м п . . п ^ і п и А П і Р П
Я П Я М Р Т П 1 Н Я Н Һ ІК Т Я У
параметрін
мүмкіндік
трансформациялау
коэффициентін
К = Е, / Е 2 = №, / лү2 «
* ^іном ^20 >
)
100;
2) бос жүріс тогының пайыздық шамасын і0 —(І0 / І , Ноі
3) бос жүріс қуатын Р0 = 0 , - I . -с о .Фв, бос жүріс қуаты ауыстыру
есептеледі:
сұлбасының параметрлері
арқылы
мына
өрнекп<
ЯҒНИ
р0 = І20 -(г ,+ гт ), егер ( г , « г т ) ескерсек, ?о « рст = 1 о гп
жүріс қуаты трансформатордың болат өзекшесіндегі шығынға жұмсалады
өзекшесіндегі
піығынды
Аз қуатты трансформаторлардың болат
есептегенде, бірінші ретгік орамдағы электрлік шығындарда
яғни
Рст
р 0 І'о ■Г1*
Іном
3.5-сурет. Бос жүріс эдісі кезіндегі трансформатордың сызбанұсқасы
4) магниттендіру тармағының Ът , гга, хга параметрлерін.
Бұл параметрлер мына формулалармен есептеледі:
гш = Г с т 'І 2о = ( Р о - І 2о -Гі ) '1 2о;
9
1
ЯИ
Ъ0 = (Г| + іх8, ) + (гга + іх га) = (г, + гга) + і(х8І + хга) .
Аз қуатты трансформаторлар үшін х$1 = 0 деп есептесек,
62
Лвтоматика элементтері мен құрылгылары
Бос жүріс режимі кезінде Гі және Х5і кедергілерін ескермеуге болады,
сондықтан:
2 т 1 У ,„ о М/ І о | > / г 2 т + х 2 т І
гт ~ Қ г Г / ^ о > Хт = у[^~І о ~ г т •
Трансформатордың қысқаша тұйықталған режимін алу үшін оның
екінші реттік орамдарын қысқаша түйықгау керек (3.6-сурет), яғни
ІІ2 = 0 .
Бүл жағдайда (3.8) теңдеулер жүйесі мына түрде болады:
й , = - Ё , + Д 1х5і +І|Г ,;
0 = Ё І - І І І х ; 2 - І '2г ';
і, = І о - І 2 Қысқаша түйықгалған режим кезінде орамдардағы токтардың
шамасы номинал шамадан бірнеше есе асып кететін болғандықган, бірінші
реттік кернеудің номинал шамасы кезіндегі қысқаша түйықтау өте қауіпті,
сондықтан қысқаша түйықтауды төмендетілген кернеу беру арқьшы
жүргізу керек.
3.6-сурет. Қысқа түйықгау эдісі кезіндегі тарнсформатордың
сызбанұсқасы
Қысқа түйықгау эдісі арқылы трансформатордың келесі параметрлерін анықтауға болады:
1)
ауыстыру сызбанүсқасының параметрлерін: г к = Ч кном / І ІН0М;
гк = рк..ои/і2 і..ои;
х,к = V2к - гк2
б¥Л формулалардагы гк жэне гк
63
Н .Т Игрмбергенав, Ң.С.Сәрсенбаев^
■ 7соГ піяптты жұмыс температурасына
мына өрнектер
кедерплерш 75 С шартгы Ч »
, + а (7 5 --Ө « ) ];
арқылы
келтіру
керек.
к75о
кӨ° ь
Ь ----- ^ 7 7 „ұндағы гкӨ - қоршаған орта температурасы Ө
. - -П
5к
2к75° V к75°
„ • „ _ п 004 гоад" - мысқа қатысты температуралық
болған кездеп кедергі, а 1РЙД
к
7
5
V
к
/
э
_____________________
коэффициент;
_
.
2) қуаттық коэффициент сов фк - гк75о к75« »
қуат шығынын Ркном - І 2і Но м ' гі + Ь ы ои * г2 * Іном Гк >
4) қысқаша тұйықгалу кернеуінің номинал шамасын икном жэне оның
ика акгивті ж ә н Г и . реактивті құраушьшарының паиыздық мәнш
3)
анықгауға мұмкіндік береді.
3.7. Трансформатордың пайдалы әсер коэффициенті
ПӘК жүктемедегі активті қуат пен ток көзінен тұтынылатын активті
қуатгардың қатынасы ретінде анықгалады.
Р, _ Ц 2І 2 С08Ф2
4 - Р,
и ^ І, С08ф!
Көбінесе мына формула қолданылады:
Р2
Ц , 1 г С05ф2
11 - Р2 + 2 р ~ І М г « о*Ф2 + ^ сг +
рм
+
Рм
—
трансформатордағы
қуаттар
шығынының
мұндага / г = г ст
, _
Ш______ - — ^% /\т»л/П А тіоТ Л П ТОЛЫҚ ш а м а с ы , о и л а і өзекшедегіі
«.у--------г
дың қуатына байланысты бос жүріс режимі кезіндегі Р0 қуатгар шығынын
тең деп есептейді. Рст жүктемеге тэуелді емес, сондықган оны тұрақгы
Іь* •
деп есептеиді.
Трансформатор орамдарьшдағы қуат шығыны Рм токтьщ квадра
дәрежесіне
тура
пропорционал:
С08ф2 = СОП8І; ІІ2 = ^2НОМ =
Ендеше:
Рм = Рк = І і гк75°-
Әншешнде
•
ІЧном^гС^гном ^2Н О м )с05Фг
^гномЬСЬном / І 2 н ом )С08Ф2 + рст + І ?гк75о (^іном
64
1
1
іном)
Автоматика элементтері мен ңүрылгылары
Немесе:
^НМЮМ С08Ф2
^Н^НОМ С05Ф2 + ®СТ + ^Н^кНОМ
мұндағы Рңом = ^ 2 НОМ ' І 2 НОМ •
ПӘК ең үлкен мэнін болат өзекшедегі қуат шығыны электрлік
шығындарға тең болатын кездегі кн коэффициентінің белгілі бір тиімді
мәнінде алуға болады:
^Норі^кНОМ = ®СТ ’
Бұл теңдіктен к Нор, = 7 рс т /р існом •
Қуатты трансформатордың ПӘК-і т| = 0 ,9 6 -0 ,9 9 ; аз қуатты трансформаторларда: т| = 0,6 - 0 ,9 2 , жүктеме мына мәндерге сәйкес келетін
болғанда, к Нор* —0? 5 0,8 ПӘК ең үлкен мәніне қол жеткізуге болады.
3.8. Үш фазалы трасформаторлар
Қуаты орта және үлкен болатын өндірістік қондырғыларды қоректендіру үш фазалы айнымалы ток козінен қоректенетін түзеткіш сызбанүсқалар қолданылуы мүмкін. Бүл сызбанұсқаларды қоректендіру үшін үш
фазалы трансформаторлар қолданылады. Үш фазалы трансформаторлар
топтасқан болып жасалуы мүмкін (3.7-сурет), яғни трансформатор үш бір
фазалы трансформаторлардан қүралады және әрбір трансформатор кэдімгі
бір фазалы трансформатор ретінде жүмыс істейді. Екінші түрі үш өзекті
(3.8-сурет).
3.7-сурет. Топтасқан үшфазалы трансформатор
65
Н. Исембергенов, Н.С.Сәрсенбаев
Г
.
Біоінші және екінші ретгі орамдарын жұлдызша (Ү) немесе үшбұрыш
Ш сызбанұскаларының бірімен жалгауы мүмкш, кандан сызбанұскамсн
ж ш ғ а т н ™ трансформатордын П
бсршгеядер, болып табылады,
ягнн кандан сызбанұскамен жалганганы көрселледі, мысалы, Ү/Ү (3.8сүрет үшін) бөлшектің алымы бірінші реток, ал бөлші екшші р е т к
ооамдардың жалғану сызбанұсқасын көрсетеді.
Топтасқан трансформаторда магниттік жүие симметриялы болады,
олаоды зерттеу кезінде эрбір тарнсформаторды жеке қарастыруға болады,
сондыкган бір фазалы трансформатор үшін жазылған теңдіктердщ
барлығын, оның векторлық диаграммасын, ауыстьіру сызбанүсқасын
трансформатордың эрбір фазасындағы
үшін дұрыс деп есептеуге оолады.
. !
ү ш өзекгі трансформатордың жекелеген өзекшелерінщ магнит
ағындарының геометриялық қосындысы кез келген уақытга нөлге тең,
сондықган магнит тізбегінің тұйық сұлбалы болуын қамгамасыз ету үшш
қарастырылатын магнит өткізгіштің арнаиы учаскелерінщ қажеп жоқ. Үш
өзекті трансформатордың артықшылығы да - осы, яғни магнит өткізпш
массасының аздығы болып табылады. Бірақ бүл оның кемшіліп де болып
табылады, себебі ортадағы жэне шеткі өзекшелердегі магнит ағынының
жолы эртүрлі болғандықган, олардың магнитгік кедергшері де эркелкі.
Магниттік кедергілердің эртүрлілігі магнитгендіру токтарының бір-бірінен
айырмашылығына алып келеді.
Үш өзекгі трансформаторда барлық алты орам ортақ өзекшеге
орналасқан, сондьпсган есептеулер кезінде орамдардьщ бір-біріне эсерін де
ескепУ керек. Көбінесе бұл трансформаторлардың да теңдеулерін бір
тендеулеріне келтіреді, сондықган осыған дс
дың эрбір фазасы үшін алынған теңдеулер
дұрыс
3.8-сурет. Үш фазалы үш өзекті трансформатор
66
Автоматика элементтері меи құрылгылары
Бұл трансформатордың трансформациялау коэффициенті сызықты
кернеулердің қатынасы ретінде анықталады, сондықтан ол орамдардың
тармақ саны ғана емес, сонымен қатар орамдардың жалғану сызбанұсқасына да байланысты.
3.9. Автотрансформаторлар
Автотрансформатор дегеніміз - орамдарының бір бөлігі бірінші
реттік тізбекке де, екінші реттік тізбекке де қатысы бар трансформатор.
Автотрансформатордың сызбанұсқасы 3.9-суретте көрсетілген.
Автотрансформатордың бос жүріс режимінің ( І 2 = 0 ) кәдімгі транс-
форматордың бос жүріс режимінен еш айырмашылығы жоқ.
Бірінші реттік кернеу и* (17Ах ) бірінші реттік орам тармақтарында
біркелкі таралатын болғандықтан, екінші реттік кернеу:
ЦАх
Ц ах
Ці
^А Х ^аХ
^АТ
^АТ
мұндағы К АТ —автотрансформатордың трансформациялау коэффициенті.
Қысқа тұйықгалу кезінде оның бірінші реттік тізбегінен Іі тогы, ал
екінші реттік тізбектен а—X, - І2 тогы өтеді.
Егер орамдар А —X және а —X қарапайым трансформатордағы
секілді байланыспаған болса, онда магниттендіру тогын ескермей, мына
теңдеулерді жазуға болады:
о
А
67
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сәрсенбаев
Автотрансформаторда І| тогы орамның А -а бөлігінен ғана өтеді. Ал
ортақ орамнан а-Х
= І| + І 2 = І2( і —і / К Ат ) тогы өтеді. Сонымен,
төмендеткіш автотрансформаторда Іах тогы орамның ортақ бөлігімен
а-Х , 1] тогына кері, І2 тогымен бір бағытта өтеді.
Егер автотрансформатордың қысқа тұйықталу кезіндегі параметрлерін қарапайым трансформатормен салыстырсақ, мыналарды алуға болады: трансформатордың мыс сымындағы қуаттар шығыны Рм = І*г, + І 2г2.
Автотрансформаторда I тогы, А -а учаскесімен өтеді, оның активті
кедергісі:
♦
•
К Аа = Г1 ( ™ А а / " Ч Х ) = Г1 (™ А Х " ^ а х ) / ^ А Х = Г1 0
~ 1/ К АТ
Тиісінше, Рм [Аа] = І^гАа = І,г, ( і - ]/К АТ
а-Х орамдары қарапайым трансформатордың І2 тогы өтетін
- 1 / К АТ) бөлігіндей боып табылатын ІаХ тогы бар екінші реттік орам
ретінде қарастырылады.
Сонымен, автотрансформаторды
қарастыруға болады.
Бұл кезде қуаттар шығыны:
кэдімгі трансформатор ретінде
Гклт = Рк ( і - 1 / К
АТ
Осы қатынаспен автотрансформатор орамдары мысының салмоғы да
өзгереді.
Индуктивті кедергісі:
^ к А Т ^ Л 1" 1/ * АТ
Тиісінше, қысқа тұйықталу кезінде автотрансформатор кернеуі:
«кАТ = « к ( і- » /К АТ)Автотрансформатордьщ қысқа тұйықталу үшбұрышының қабырғалары қарапайым трансформатордікіне қарағанда, ( і —1 /К АТ) есе кіші.
Автотрансформаторға берілетін қуаттың Р, = 11,1, бір бөлігі екінші
реттік тізбекке А -а орамы арқылы өтетін Щ электромагнитті энергия
ретінде, ал қалған бөлігі а-Х орамы арқылы өтетін Р3 электрлік қуат
ретінде тасымалданады, тиісінше:
•
•
р,2 = а д = ( « і а д = р,(і-і/кАТ),
р.
68
=
р г р 12
= Р,/К АТ
•
А втоматика элементтері мен құрылгылары
Автотрансформатордың векторлық диаграммасы мен ауыстыру
сызбанұсқасымың қврапайым грансформатордікінен айырмашылыгы жоқ.
Автотрансформатордың ПӘК жогары мәндері к АТ = 1 ,2 5 -2 аралыққа
сәйкес келеді.
Автотрансформаторлардың кемшілігі - қарапайым трансформатормен салыстырганда, олардың қысқа тұйықгалу тогының жогарылыгы
және
реттік
кету ыктималдығы.
Қуаты аз автотрансформаторлар автоматика сызбанұсқаларында
радиоэлектроникада, байланыс жүйелерінде қолданылады. Түйіспесі
жылжымалы автотрансформаторлар лабораториялық мақсатгарда кеңінен
қолданылады. Олар екінші ретгік тізбектегі IIі кернеуді 0-ден 1,2 Ш ,
реттеуге
'Іі Ж■
Л* V 1
-
І'# 4 VVV#
ШШ
М
^ — * - *——
-
г'ШГI
*
а
-
^
3.10. Трансформаторды есептеудін үлгісі
Қуаты Р2 бірінші реттік орамдардың шыгысындагы кернеудің
номииал мәні II,н жэне екінші реттік орамдагы ІІ2и, ПӘК т| жэне қуатгық
коэффициенті созф2 трансформатор берілген.
Осы белгілі параметрлерге сэйкес трансформатордьщ трансформациялау коэффициентін, кіріс қуатын, бірінші және екінші ретгік
орамдардағы токтарды анықтаңыз.
Мысалы. Қуаты Р 2=2 кВт, бірінші ретгік орамдардың шыгысындагы кернеудің номинал мэні ІІ|Н =380 В жэне екінші реттік орамдагы
ІЬи = 220 В, ПӘК т]~ 0,95 жэне қуаттық коэффициенті со$ф2= 0,8 бір
фазалы трансформатор берілген.
Кернеу бойынша трасформациялау коэффициенті;
К . ^ И - = 2*“ .1 ,7 3 .
ІІ2Н
220
Трансформатор шығысындағы толық қуат:
Р2
2000
§2 = ---- — = —— = 2500 ВА.
со$ф2
0,8
Трансформатордың кірісіндегі активті қуат:
„
Р 2 2000
Рі = — = г ^ г = 2105Вт.
Т|
0,95
69
I
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сәрсенбаев
Трансформатордың екінші реттік орамындағы ток:
8,
2500
I, = —*- = ------ = 11,36А.
2
220
Бірінші реттік орамдағы ток:
, , = І 1 = » ^ = 6,57А.
1 К
1,73
Трансформатордың кірісіндегі толық қуат:
8, = II, 1, = 380-6,57 = 2500 ВА.
Трансформатордың кірісіндегі қуаттық коэффициент
Р,
совф, =
1 8,
—
-
=
2105 л
------ = 0,842.
2500
3.11. Бақылау сурақтары
1. Трансформатордың тұрақты тогы электр энергиясын айнымалыға
түрлендіре ала ма?
2. Трансформатор қандай энергияны түрлендіруге арналған?
3. Трансформаторда орамдар қандай қызмет атқарады?
4. Трансформатордың орныңдағы сызбанұсқасын сызыңыз.
,
5. Кернеу бойынша трансформациялау коэффициенті қалай анықгалады?
6. Ток бойынша трансформациялау коэффициенті қалай анықгалады?
7. Бос жүріс әдісі кезінде екінші реттік орамдар қалай жалганады?
8. Қысқа тұйықгау әдісі кезінде екінші реттік орамдар қалай
жалғанады?
9. Трансформатордың теңдіктерін дифференциалды түрде жазыңыз.
Ю.Трансформатор теңдігін комплексті түрде жазыңыз.
70
А втоматика элементтері мен құрылгыпары
4. АЙНЫМАЛЫ ТОК МАШИНАЛАРЫНЫҢ ТЕОРИЯСЫ
4.1, Айнымалы ток маш иналарының негізгі түрләрі
Айнымалы ток электр машиналары көп фазалы болып табылады, ал
іс жүзінде көбінесе үшфазылы машиналар кеңінен қолданылады (ш = 3).
Фазалар саны басқа машиналар (ш = 6 және ш = 2) арнайы жағдайларда
ғана қолданылады. Айнымалы ток машиналарының жұмысы айналмалы
магнит өрісі принципіне негізделген, сондықтан олардың теориясы
барлығына бірдей. Бұл тарауда, негізінен, үш фазапы айнымалы ток
машиналары қарастырылған, олар асинхронды және синхронды болып
екіге бөлінеді. Барлық айнымалы ток машиналары синусойдалы айнымалы
ток кернеуі арқылы жүзеге асады. Айнымалы ток электр машиналары
негізгі екі: қозғалмайтын және қозғалатын бөліктен құралады. Электр
машинасының қозғалмайтын бөлігі статор деп, ал қозғалмалы бөлігі ротор
Деп аталады. Статор мен ротор арасында аз ғана бос ауа қуысы болады,
оның көлденең қимасы машинаның қуатына байланысты.
Айнымалы ток синхронды машиналары көбінесе генератор ретінде
қолданысқа ие. Жекелеген жағдайларда оларды қозғалтқыш ретінде де
қолданады.
Аинымалы ток асинхронды машиналары көбінесе қозғалтқыш
ретінде пайдаланылады жэне өндірісте қолданылатын қозғалтқыштардың
басым бөлігі - асинхронды қозғалтқыштар.
Айнымалы ток машиналарының теориясы мен жұмыс істеу принципі
статорды үш фазалы айнымалы токпен қоректендіргенде пайда болатын
айналмалы магнит өрісінің пайда болуына негізделген. Синхронды
машиналарда ротордың айналу жиілігі статордың магнит өрісінің айналу
жиілігімен бірдей, сондықтан бұл машиналарды синхронды деп атайды.
Асинхронды машиналарда ротордың айналу жиілігі статордың
магнит өрісінің айналу жиілігіне тең емес, яғни ротор статордың магнит
өрісімен синхронды емес айналады, сондықтан оларды асинхронды деп
атайды.
Коллекторлы айнымалы ток машиналарының да роторы статордың
магнит өрісімен асинхронды айналады. Бірақ оларда коллектордың
болуына жэне сол себепті олардың ерекшеліктеріне байланысты олар
айнымалы ток машиналарының жеке тобы ретінде қарастырылады.
Коллекторлы айнымалы ток машиналарының басым бөлігі қозғалтқыш
ретінде пайдал аныл ады.
Көп фазалы айнымалы ток машиналары теориясының жалпы
сұрақтарын статордың айналмалы магнит өрісінің пайда болу принципі
і
Н.Т.Исембергенов, Н.С.Сәрсенбаев
жұмыс істеу
дұрыс
4.2. Айналмалы магннт өрісінің пайда болу принципі
Статордың үш фазалы орамын қарапайым орам ретінде, яғни эр
фазасы бір тармақтан немесе екі өткізгіштен құралған деп қарастыруға
болады (4.1-сурет, фаза 1 - орам (өткізгіштер) А және х, фаза 2 - орам
(өткізгіштер) В және у, фаза 3 - орам (өткізгіштер) С жэне г).
Статордың эрбір фазалық орамы бір-бірінен полюстік бөлікке тең
арақашықтықта орналасқан:
і
мұндағы
ның саны.
2р
- статордың ішкі диаметрі, р
(4.1)
жұбы-
1= І!
В)
б)
4.1-сурет. Екі полюсті айнымалы ток машинасының магнит өрісінің
кескші
•
•
Орамдардың басы А, В, С болып белгіленген жэне олар бір-бірінен
120 электрлік градусқа ығысқан. Фазалық орамдардың соңы х, у жэне г
болып белгіленген жэне олар да бір-бірінен 120° градусқа ығысқан.
суретте
жэне үш уақыт кезещндеп статордың магнит өрісінің кескіні көрсетілген
(2р = 2).
І
4.2-суретте *ь
*3 уақыттарындағы фазалық орамдардағы токтардың
бағыттары көрсетілген.
Егер А, В, С фазалардың басында токтар суретте көрсетілгендей жазықгыққа перпендикуляр болса, онда олар оң болып саналады, 4.1 -суретте
72
Автоматика элементтері мен қүрылгылары
олар (+) белгісімен белгіленген, токтар теріс болып саналады, егер олар
фазалардың соңында х, у және г ұштарында сол жазықтыққа кері багытта
перпендикуляр болса, олар 4.1-с)фетте —(о) нүктесімен белгіленген.
Белгіленген і Ц уақыты үшін (4.2-сурет) орамдардагы токтардың
багыты 4.1 а-суретіне сәйкес келеді), яғни А фазасында оң, ал В, С
фазаларында теріс бағытқа ие. * = і2 уақыты үшін (4.2-сурет) 4.16-суретгегі
орамдардағы токтардың бағыты сәйкес келеді), яғни А және В фазаларында оң, ал С фазасында теріс. * = *3уақыты үшін (4.2-сурет) 4.1в-суретіндегі токтардың бағыты сәйкес келеді), яғни В фазасында оң, А, С фазаларында теріс.
4.2-сурет. Айнымалы ток машиналарының орамдарындағы токтардың
бағытталуы.
Жоғарыда 4.1-суреттен екі полюсті машинаның статор орамдары
арқылы өтетін үш фазалы ток екі полюсті Ф магнит ағынын туғызады
және ол статор, бос ауа қуысы жэне ротор арқылы өтеді. Токтардың фазасын 60 электрлік градусқа өзгерткенде (Н жэне і2 уақыттарының
арақашыкгығы ) Ф магнит ағынының N —8 өсі фазалардың соңынан ілесе
60 геометриялық градусқа бұрылады (4.1б-сурет). Жоғарыдағы 4.1 ,а) жэне
4.1 ,б)-суреттеріндегідей і2 жэне % уақыттарындағы машинаның магнит
өрісінің кескіндерін салыстыратын болсақ, Ф магнит ағынының фазалардың соңынан ілесе 60° бұрылатынын көруге болады.
Сонымен, екі полюсті машинада статордың үш фазалы орамдарын
үш фазалы токпен қоректендіргенде, айналмалы екі полюсті магнит ағыны
пайда болатынын көруге болады жэне орамдардағы токтың бір период
ішіндегі өзгерісі кезінде магнит ағыны 360° градусқа бұрылады. Тиісінше
көп полюсті айнымалы ток машинасында статордың үш фазалы орамдарын үш фазалы айнымалы токпен қоректендіретін болсақ, айналмалы көп
полюсті магнит ағынын алуға болады.
73
Н. Т. Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
Статордың магнит өрісінің айналу жиілігі:
і»! = Р
(4.2)
немесе айналым минутына
60Г,
П, = ------(4.3)
Р
мұндағы і| - ток көзінің жиілігі, Гц.
Өндірістік и Щ 50 Гц жиілігі үшін 4.1-кестеде әртүрлі полюстер
жүбы санына сэйкес келетін статордың магнит өрісінің айналу жиілігі
келтірілген.
4.1 -кесте
р
1
2
3
4
5
6
8
10
30
50
Пь
айн/мин
3000
1500
1000
750
600
500
375
300
100
60
4.3. Асинхронды маш иналардың қүры лы сы және жүмыс жасау
принципі
жүзінде қолданылатын электр машиналарының басым бөлігі
асинхронды қозғалтқыштар болып табылады.
Асинхронды қозғалтқыштар құрылысының қарапайымдылығы,
жүмыс жасау барысындағы сенімділігі, жоғары басқарылымдылығы, бағасының төменділігі секілді және т.б. ерекшеліктеріне байланысты жүмыс
механизмдерін автоматты басқару жүйесінің негізгі элементі ретінде
кеңінен қолданылады.
Асинхронды қозғалтқыштар екі бөліктен: қозғалмайтын статор мен
қозғалатын бөлік ротордан қүралады. Үш фазалы асинхронды қозғалтқыштың статор өзекшесінің ойықшасында жүлдызша немесе үшбүрыш
сызбанұсқасымен жалғанатын үш фазалы орамдар орналасады.
Ротордың құрылысына байланысты асинхронды қозғалтқыштар қысқа тұиықталған роторлы жэне фазалы роторлы аснхронды қозғалтқыштар
болып екіге бөлінеді.
Үш фазалы асинхронды қозғалтқыиггың құрылысы 4.3-суретте
көрсетілген. Құрьшысының қарпайымдьшығына, жоғары сенімділігіне,
бағасының төмендігіне жэне ПӘК жоғарылығына байланысты бұл
қозғалтқыштар өндірістің әртүрлі салаларында кеңінен қолданылады.
Асинхронды қозғалтқыштардың кемшіліктері мыналар: ток көзінен
индуктивті токты тұтынуы со5ф —қуаттық коэффициентінің төмендеуіне
ІС
74
Автоматика элементтері мен құрылгылары
әсер етеді, реттеу сипаттамаларының қолайсыздығы, іске қосу
қасиеттерінің нашарлығы (қысқа тұйықталған роторлы қозғалтқыштарда).
Роторы қысқа тұйықталған қозғалтқыш фазалы роторлы қозғалтқышқа қарағанда, құрылысы бойынша қарапайым, жұмыста сенімді,
арзанырақ, қуаттық коэффициенті мен ПӘК жоғары, бірақ іске қосу
қасиеттері төмен.
Фазалы роторлы қозғалтқыштың роторының құрылысы күрделі,
соған байланысты олар бағасы бойынша қысқа тұйықталған роторлы
қозғалтқышқа қарағанда қымбаттау. Бірақ олар айналу жиілігін бірқалыпты кең аралықта реттеу қажет болғанда жэне іске қосылу қасиеттері
ауыр жағдайларда қолданылады.
Асинхронды машиналардың статоры мен роторының өзекшелері екі
жағынан да оқшаулағыш лакпен жабылған электротехникалық болат
табақшалардан жинақталады.
4.3-суретте статор мен ротордан жэне орамдардан құралатын
асинхронды қозғалтқыштың қимасы көрсетілген. Статордың өзекшесі (1)
тұрыққа бекітіледі, ал ротордың өзекшесі (3) қозғалтқыштың (5) білігіне
отьфғызылады. Ротордың білігі тұрыққа бекітілген мойынтірек қалқандарына орналасқан мойынтіректермен айналысқа келеді.
5
4.3-сурет. Үш фазалы асинхронды қозғалтқыштың құрылысы
Статордың цилиндр тэрізді ішкі бетінде және ротордың сыртқы
бетінде статор мен ротор (3) және (4) орамдары орналасатын ойықшалар
бар. Статор орамдары көбінес үш фазалы болып орындалады жэне ток
75
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сәрсенбаев
көзіне қосылады, сондықтан оларды бірінші реттік орам деп те атайды.
Ротор орамдары да статор орамдары секілді үш фазалы болып орындалады. Мүндай орамдардың фазаларының соңғы үштары жүлдызша
сызбанұсқасымен жалғанады, ал бастары түйіспе сақиналарына жалғанып,
металл-графиттік щеткалар арқылы сыртқы тізбекке жалғанады. Ротордың
мұндай құрылысы фазалы ротор, ал қозғалтқыш тиісінше фазалы роторлы
деп аталады.
Түйіспелі сақиналарға үш фазалы іске қосу немесе реттеу
реостаттары қосылады. Ротордың фазалық орамдары статордың полюстер
жұбы санына сәйкес орындалады.
Ротордың екінші бір түрі —орамдары қысқа тұйықгалған. Бұл кезде
әрбір ойықшада алюминий немесе мыс өзекше орналасады және барлық
өзекшелер екі жақ бүйірлері арқылы мыс немес алюминий сақиналармен
жалғанады, бұл кезде сақиналар стержньдерді қысқа тұйықтап тұрады.
Стержньдер өзекшелерден оқшауланбайды.
Қуаты 100 кВт дейінгі машиналарда стержньдер мен сақиналарды
желдетуге арналған қалақшалармен бірге ротор ойықшаларына
алиминиден құиылып жасалды. Мұндай асинхронды машина қысқа
тұиықталған ротрлы деп аталады. Қуаты аз немесе орташа машиналар
көбінесе қысқа тұйықталған роторлы болып жасалады.
Статор мен ротор арасындағы бос ауа қуысы мейлінше тар етіп
жасалады, бірақ машинаның қуаты жоғарлаған сайын оның да көлденең
қимасы ұлғаяды. Орта қуатты машиналарда бос ауа қуысының көлденең
қимасы 0,4-0,5 мм, ал үлкен қуатты машиналарда жоғарырақ.
Асинхронды машинаныц жұмыс істеу принципі келісідей. Егер үш
фазалы машинаның статор орамдарын жиілігі Г, үш фазалы айнымалы ток
көзіне қоссақ статор орамдары арқылы үш фазалы айнымалы ток өтеді.
Бұл токтар п, = 60Г, / р жиілігімен айналатын
магнит ағынын
туғызады.
магнит ағыны рото орамдарын қиып өткенде, оларға Е2
ЭҚК енгізеді, егер орамдар тұйықталған болса, онда оларда І2 тогы пайда
болады. Бұл токтың жиілігі Г2 егер ротор қозғалыссыз болса, оның мәні Гг
ге тең. Ротор орамдарындағы ток І2 мен магнит ағыны Ф^ арасындағы
өзара әсер негізінде ротор орамдарына әсер ететін механикалық күштер Ғ
пайда болады, бұлар өз кезегінде айналдырғыш электромагнитгік иінкүш
Мтуғызады.
м = > —
т у і
^
мұндағы О — ротор диаметрі.
76
2
Автоматика элементтері мен құрылгылары
Егер ротор орамдары үш фазалы болса, онда оларда үш фазалы ток
индукцияланады. Бұл ток өз кезегінде полюстер жұбының саны 2р
ротордың айналмалы Ф2 магнит өрісін туғызады, егер п = 0 болса, оның
айналу жиілігі статордың өрісінің айналу жиілігіне тең:
\ п2 = Г2 / р = Г| / р = п , .
Сондықган Ф | жэне Ф2 ағындары синхронды айналады да қозғалтқыштың толық айналмалы Ф магнит ағынын құрайды.
Егер ротор орамдары қысқа түйықталған болып орындалса, онда
ротор өзекшелеріне көп фазалы І2токтары индукцияланады, олардың фазалық ығысу бұрышы:
ү = 2тф/22,
мұндағы %2 - ротор өзекшелерінің саны.
Бұл токтар да өз кезегінде айналмалы Ф2 магнит ағынын туғызады,
оның полюстер жұбының саны, айналу бағыты мен жиілігі де фазалы
ротордың магнит ағынындай болады. Сондықтан бұл жағдайда да Ф толық
магнит ағыны пайда болады.
Жекелеген орамдарға эсер еткен иінкүштердің жиыны толық
айналдырғыш иінкүш туғызады және оның әсерінен ротор п айналу
жиілігімен қозғалысқа келеді. Қозғалтқыштық режимде ротордың айнапу
жиілігі статордың магнит өрісінің синхронды айналу жиілігінен эрқашанда
кіші, яғни п < П|. Бұл кезде статорға ток көзінен берілген электр энергиясы
біліктің механикалық энергиясына түрленеді, яғни машина қозғалтқыштық
режимде жұмыс істейді.
Статордың магнит өрісі мен ротордың айналу жиіліктерінің
арасындағы айырмашылық ығысу деп аталатын салыстырмалы шамамен
өрнектеледі:
п, - п
§ = ----(4.4)
пі
немесе (процентпен):
п, —п
8 = —------- 100 % .
пі
Ротордың айналу жиіліг п сырғанау арқылы өрнектелсе,
п = (1 -8 ) п , .
(4.5)
Қозғалтқышты іске қосқанда п = 0 және сырғанау 8 = 1, ал роторды
статордың өрісімен синхронды айналдырсақ, сырғанау 8 = 0. Бұл кезде
п = П|, яғни статордың магнит өрісі роторға қарағанда қозғалыссыз, сондықтан ротор орамдарына ЭҚК енгізілмейді, тнісінше ток пайда
болмайды, ал айналдыру иінкүш нөлге тең, М = 0. Сондықтан қозғалтқыштық режимде әрқашанда 0 < п < п, жэне 1 > 8 > 0.
77
Н.Т.Исембергенов, Н.С.Сэрсенбаев
Ротор магнит өрісінің бағытымен бір бағытта айналғанда, магнит
өрісінің ротор орамдарын қиып өту жиілігі айналу жиіліктерінің айырмасына тең Пі - п жэне ротор орамдарындағы ток жиілігі:
Г2 = р - ( п і - п ) .
Бұл теңдікке п мәнін (4.5) формуладан қоятын болсақ және Пі, онда:
Г2 = 8 - р п , =8-Г,,
(4.6)
яғни ротордың тогы мен кернеуінің жиілігі сырғанауға пропорциональ.
Қозғалтқыштық режимде ротордың магнит өрісінің роторға
қарағандағы айналу жиілігі:
П2р
Егер асинхронды машинаның роторын статордьщ магнит өрісінің
айналу бағытымен бір бағытта синхронды айналу жиілігінен жоғары
жиілікпен жетек көмегімен айналдырсақ, онда ротор магнит өрісінен озып
жүреді. Бұл кезде ротор орамдарындағы ток қозғалтқыштық режимдегіге
қарағанда кері бағытқа ие болады, соның нәтижесінде орамдарға әсер
ететін электромагниттік күштер Ғ және электромагниттік М иінкүш те
кері бағыгга болады. Бұл кезде М иінкүші тежегіш болып табылады, ал
машина генератор режиміне жұмыс істейді, яғни механикалық энергияны
активті қуатқа түрлендіріп, ток көзіне кері қайтарады. Бұл кезде п > п,
жэне онда, (4.4) өргеніне сәйкес 8 < 0.
Егер роторды статордың магнит өрісінің айналу бағытына қарсы
бағытта айналдырсақ, онда Е2, І2 жэне Ғ бағьптары сақталады. Электромагнитті иінкүш М статордың өрісінің бағытымен бір бағытта әсер етеді,
бірақ роторды тежеуге бағытталады. Асинхронды машинаньщ бұл режимі
ауыстырып қосу режимі немесе электромагниттік тежеу режимі деп
аталады. Бұл режим кезінде (4.4) теңдікке сэйкес ротордың айналу бағыты
қозғалтқыштық режимдегіге қарағанда қарама-қарсы бағытта болады, яғни
8 > 1, себебі
пі
Сонымен, асннхронды машина үш режимде, яғни
статордың
магнит өрісінің айналу жиілігі мен п ротордың айналу жиіліктерінің
арасындағы арақатынасқа сәйкес келесі режимдерде жұмыс істей алады:
1) қозғалтқыштық, бұл кезде п < Щ айналу жиіліктері бір бағыттас
( 0 < 8 < 1);
2) генераторлық, бұл кезде п >
айналу жиіліктері бір бағыттас
(0 > 8 > — оо);
3)
78
тежегіштік, бұл кезде п мен
П]
эртүрлі бағытталған
(+ 1 < 8 < +оо).
Автоматика элементтері мен құрылгьшары
Асинхронды машиналардың негізгі жұмыс режимі қозғалтқыштық
болып табылады.
I
\
4.4. Роторы қозғалыссыз асинхронды қозғалтқыш
Ротор қозғалыссыз күйде болғанда, асинхронды қозғалтқышты
трансформатор деп қарастыруға болады. Егер фазалы роторлы асинхронды
қозғалтқыиггың ротор орамдарын ажыратсақ, қозғалтқыш бос жүріс
режимінде деп есептеледі, қозғалтқыштағы бүл кездегі физикалық үдеріс, тер трансформатордың бос жүріс режиміндегі үдерістердің еш айырмашылығы болмайды.
Кирхгофтың екінші заңына сәйкес қозғалыссыз ротор кезіндегі
асинхронды қозғалтқыштың статорының теңцеуі мына түрде болады:
ІІ| + Ё | + Ё 8, = І0г,,
0,
= ~Ё, + І0г, + і І о
= —Ё, + І02 , ,
мұндағы Е8, = - і і 0х8,; 2 , = г, + іх 8, .
Асинхронды қозғалтқыштың бос жүріс режимінің трансформатордағыдан айырмашылығы оның магниттендіру тогы І0 трансформатордың
тогынан үлкен және статор мен ротор арасындағы бос ауа қуысының
болуына байланысты қозғалтқыштың номинал тогының 20-50%-ын
құрайды, г, жэне х5, кедергілері де трансформатордікінен үлкен. Сондықтан тек жуықтап қана:
й, * -Ё ,
деп есептеуге болады.
Статор мен ротор орамдарында пайда болатын ЭҚК:
Е, = 4,44-Г-\у, -к ор1 *Фт ;
Е2 = 4,44 Г \у2 к ор2 Ф т ;
К е = Еі/Е2 = ( ^ і к ор1) / ( ^ 2 к ор2)
қатынасы асинхронды қозғалтқыштың ЭҚК трансформациялау коэффициенті деп аталады. Қ, коэффициенті эксперименттік жолмен, яғни бірінші
реттік кернеудің фазальщ мәнімен екінші реттік орамдары ажыратылған
күйдегі екінші реттік кернеудің фазалық мэндерінің қатынасы арқылы
анықгалады ( II, « Е, и Е2 = ІІ20):
или Е, = К еЕ2 = Е2
мұндагы Е2 - ротор орамдарына енгізілген ЭҚК келтірілген мәні.
79
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
п = 0, болғандықтан, қозғалтқышқа берілген қуат Р0, келесі шығынболатындағы
(Рсті); в) ротор болатындағы (Рсп)Тиісінше:
2
Ро “ ЗІог, + РСТ1 4- РСТ2Қысқа тұйықгалған режим кезінде қозғалтқыштың орамдары өзөздеріне тұйықталған жэне ротор қозғалыссыз күйде болады. Бұл кездегі
қозғалтқыштағы физикалық үдерістердің трансформатордағы үдерістерден
еш айырмашылығы жоқ, қозғалтқышқа төмендетілген кернеу беріледі
тұиықталудың
^кУСТ * ^НОМ
Келтірілген ротор орамдары дегеніміз - фазалар жэне фазалардағы
орамдарындай
орам.
Қысқа тұйықталу режимі кезінде қозғалтқыштың Ф кт магнит ағыны
өте аз, сондықтан Іо тогы мен Ғо МҢК ескермеуге болады, ендеше статор
мен ротор МҚК тепе-теңдігінен:
га1™1к 0рі1і
өрнегін алуға болады, мұндағы Ші жэне т 2 —статор мен ротор орамдарының фаза саны.
Асинхронды қозғалтқыштың токты трансформациялау коэффициенті:
к і = І 2 Лі = ( гаі ^ і к „ р , І , ) / ( т 2>у2к ор2І2)
І| = І 2/К | = І 2, мұндағы І2 - ротордың келтірілген тогы.
Келтірілген кедергілерді г2 жэне х*2 анықтау үшін, ротор орамдарындағы шығын мен Е2 ЭҚК мен І^ тогы арасындағы фазалық ығысу
өзгеріссіз болады деп есептейміз, ендеше:
т 2І*г2 = т 2І 22г2 ,
теңдіктен
ш 2І2гг2
мұндағы К = К еК , - асинхронды қозғалтқыштың трансформациялау
коэффициенті.
' і щ 9ННШНК|*
'
Ротор орамдарындағы ток пен ЭҚК арасындағы бұрышты \|/2 деп
белгілеп, келесі шамаларды анықтаймыз:
НИІ
80
Автоматта элементтері мен құрылгылары
*8У * * ,2 / Һ » < 2 К
>< 2 = ( ** Һ г ) * ,2 = К •х , 2 .
Трансформатордағы секілді:
4І
\ һ шһ і 4 и Х*к = х 8і+ < 2
мұндағы Гк және х,* —қозғалтқыштың қысқа тұйықталу кезіндегі активті
жәнге индуктивті кедергілері.
Қысқа тұйықталу қуаты статор мен ротор орамдарындағы шығындарға жұмсалады, яғни:
рк = РМ1 + Р М2
+ т 2і1г2 + т , 1 ? г 1 + т , І 22г2 а ш Д ,
4.5. Роторы қозғалыстағы асинхронды қозгалтқыш
Жұктемесіз қозғалу кезінде қозғалтқыш болмашы ғана статикалық
иінкүш бос жүріс Мо иінкүшін ғана жеңеді, сондықган ротордың п айналу
жиілігі статор өрісінің Пі айналу жиілігіне өте жақын болады.
Қозғалыссыз және жүктемесіз қозғалмалы қозғалтқыштағы физикалық үдерістерді қарастырамыз, екі жағдайда да қозғалтқышқа жиілігі Г ток
көзінен Ііі кернеуі беріледі.
Статорда II, » Е, тепе-теңдік заңдылығынан ЭҚК Е^ мен негізгі
магнит ағыны Фт тек кернеуге ғана тәуелді және ротордың күйіне
тәуелсіз, яғни І мен IIі мэндері үшін Е, = соп5і,Фт = сош і деп есептеуге болады.
Ф т магнит ағыны бос жүріс тогының магниттендіргіш құраушысы
арқылы пайда болады, тиісінше І0т = с о ш і, бос жүріс тогының активті
құраушысы да өзгеріссіз, себебі ротордың қозғалыссыз күйінде бос жүріс
шығыны РМ1,РСТ1 жэне РСТ2 шығындарынан құралады.
п —> п19 Г2 -> 0 магнитгену өте аз жиілікпен жүреді, сондықтан
РСТ2 —> 0, бірақ бұл кезде Рмх жэне Рд
шығындары пайда болады,
олардың шамасы п = 0 кездегі РСТ2 шығындарына шамамен тең.
Сонымен і мен
мэндері үшін қозғалыссыз ротор мен қозғалмалы
бос жүріс режимі кезіндегі асинхронды қозғалтқыштағы үдерістер бірбіріне ұқсас деп қабылдауға болады.
Роторда статор өрісі мен ротор бір бағытта және Пі > п жиілікпен
айналады. Егер ротор қозғалыссыз деп есептесек, статор өрісі қозғалыссыз роторға қарағанда п2 = п
айналу жиілігімен қозғалады,
(п | —
=5
болғандықтан, ротор орамдарындағы ЭҚК пен ток
жиілігін (сырғанау жиілігі) мына формуламен анықтауға болады:
81
Н. Т. Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
ё _ р ( " і ~ п) _ Р « 1 п , - п
2“
-- ---------------------- = і •§.
60
60 П|
(4 7)
1 '
Асинхронды машина қозгалтқыш режимінде жұмыс істеген кезде Г2
жнілігі Г2 = Г -ден Г2 = 0 дейінгі аралықга өзгереді, эншейінде $ = 3+6 %,
тиісінше сьфғанау жиілігі де аз шама, егер Г = 50 Гц; $ = 4% болса
Г2 = 50 • 0,04 = 2 Гц.
Ротордағы жиілік өзгерген кезде оған тәуелді барлық шамаларда
өзгереді, айналмалы ротордың орамындағы ЭҚК:
Е2в = 4,44Г2\У2к ор2Ф т = 4,44Г8\У2к ор2Ф т = Е28.
(4.8)
Индуктивті кедергі:
Х52в ~
—27с£§Ь2 = х528
мұндағы Ь 2 - ротор орамының индуктивтілігі
Қозғалтқыштың активті кедергісін жии
болады, яғни г2 = соп$(.
(4.9)
есептеуге
Айналмалы ротордағы гок І 2В - Е 2В / уг2 + х*2В ротор орамдарынан
өте отьфып, роторға қарағанда мына жиілікпен айналатын магнит ағынын
туғызады:
^
П2 = 60 •Г2 / р = 60 •Г•8/ р = 11,8.
(4.10)
Ал ротор п жиілікпен айналуда, ендеше ротор өрісі статорға
қарағанда п2 және п айналу жиіліктерінің қосындысына тең жиілікпен
аиналады. Егер о = п , ( і - 8 ) ескерсек, п2 + п = п,8 + п, ( 1 - 8 ) = п, теңДеуін аламыз, яғни ротор өрісі кеңістікте статор өрісінің бағытымен
бағыттас жэне онымен бірдей жиілікпен айналады. п < п, болғанда п2 оң
таңбалы,яғни ротормен бір бағытта айналады, егер п > п, болса, п2 теріс
таңбалы, ягни роторға қарама-қарсы бағьпта айналады.
Бос жүріс кезінде қозғалтқышқа берілген қуат мына шығындарды
жұмсалады
р 0 = З І 0 Г, + Р СТ1 + Р МЕХ + р д •
Г2 Г •8 жэне п2 + п —п, өрнектері тек бос жүріс емес, сонымен
қатар жүктеме режимі үшін де дұрыс болып табылады, ендеше қандай да
бір сырғанаумен жүктеме режимінде жұмыс істеп тұрған асинхронды
қозгалтқышты қозгалыссыз күйдегі балама режимге ауыстыруга болады.
Ротордағы ток:
1 2В
82
Е 2 в / V *2 + Х*2В ~ Е 2 5/ \ г 2 + ( х 52 8 ) 2 = Е 2 / \ ( г г / $ ) 2 + х »2
Автоматша элементтері мен құрылгылары
Кирхгофтың екінші заңы негізінде статор мен ротор фазасы үшін
теңдеулері
Ёі + *ігі + і і , х5,;
й,
(4.11)
Е 2В І 2г2 + Д гх
2 А*2В
Ь^2В
Келтірілген ротор үшін:
(4.12)
2в _
+ ІІгХ52в
теңцеуін
жазсақ:
Ё28 = І 2г2 + Д 'х ' 8
(4.13)
(4.13) теңцеуінің барлық мүшелерін 8 сырғанадың мэніне бөлсек:
Е І = і і ( г '/ 8 ) + І І 'х ' .
(4.14)
Қозғалмалы жэне қозғалыссыз ротор кезінде негізгі магнит ағыны
статор мен ротор орамдарының МҚК әсеріне пайда болатындықган,
асинхронды қозғалтқыштьщ МҚК теңдігі мына түрде болады:
Ғ ,+ Ғ : Ғ0,
(4.15)
т і™ікоРі1і + т 2'ү2кор212 = т 1",,кор1І0.
(4.15) теңдеуін
т і ^ і к „„,і, шамаға бөліп, жүктемелік режимдегі
трасформатордың ток теңдеулеріне ұқсас теңдеу аламыз:
і 0’
(4.16)
іі+і;
(4.11), (4.14), (4.16) теңдеулері трансформатордың теңдеулеріне
ұқсас. Тиісінше роторы қозғалмалы асинхронды қозғалтқыш үшін де
трансформатордікі секілді Т-тәрізді ауыстыру сызбанұсқасын (4.4-сурет)
сапуға болады
ІІі
*2
4.4-сурет. Асинхронды қозғалтқышты ауыстыру сызбанұсқасы
Ротор орамдарының кедерпсін оның айналмалы қозғалыста екендігін
ескеріп, мына түрде жазуға болады:
83
Н. Т. Исембергенов. Н. С. Сэрсенбаев
г2 /* = г2 ^ г2 К 1 ~ *)/*]Ендеше г2
ротор орамдарындагы қуат шыгынына т , I',2г,' сәйкес
[ ( « - ) / » ] механикалық энергняға түрленетін
-* )/* !
электрлік
Ф У сызбанұсқасын есептеулерді жеңілдету
тиімді. Т тэоіздіден Г тэоізліге ауысу утіі
кедергі, яғни сызбанұсқаның кез келген тармағындағы ток басқа тармақтұжы
рымды қолданамыз.
Т тэрізді сызбанұсқада
тогын статор кернеуі мен тармақтар
арасындағы өзара кедергі Ъ\г арқылы анықтауга болады:
2
, =г, + іх„ и
ъ
\
= (г2/ 5)+іх; 2
-і'2 = О .г ;,,
мұндағы Ъ\г = 2 , + 2 ' +
2„
= 2 , + 2^ ( і + 2 , / 2 т ) = 2 , + 62^; 2 т - маг-
ниттендіру тіэбепнің толық кедергісі; с * 1 + 2 , / 2 Ш= сеіч.
Көбінесе V бұрышын ескермеуге болады, ендеше есептеулер үшін с
коэффициентінің абсолют мэнін қолданамыз. Олай болса, өзара кедергі
2 ',2 = 2 , + с2 2 , ток - І 2 = 0 , / ( 2 , + с2 2).
4.4-суреттегі ауыстыру сызбанұсқасына сэйкес І0
таймыз
йІ - І 12 1+І02 . ,
Бұл теңдеуден І0 = ( і і , - 1 ,2 , ) / 2 П1
Қозгалтқыш тұтынатын ток:
і*І _і
і»
“ Ів -*2 =
“
+
немесе
1 ,+ ^ Н - і,
ендеше
84
1+
I
2т
2 , + с2 2
тогын анық-
А втоматика элементтері мен құрылгылары
Vі
Iі
+
+ с 2 ')
1
2,+2 пі
+
і; і
с2, + с 2х ;
I Ос
(4.17)
I',
мұндағы І0с = ІІ| Д 2 | + 2 т ) - бос жүріс тогы 8 = 0.
Чі
4.5-сурет. Магниттендіру сұлбасы бөлек шығарылған асинхронды
қозғалтқыштың ауыстыру сызбанұсқасы
Іс жүзінде асинхронды машиналар үшін с = 1,03 1,08, бірақ есептеулер кезінде с = 1 деп есептеуге болады. Асинхронды қозғалтқыштың
теңдеуіне
ретте көрсетілген, бұл сызбанұсқа ооиынша қозғалтқыштың оарлық пар
метрлері жүктемеге тәуелсіз, яғни тұрақгы болып есептеледі, жүктеме
байланысты өзгеретін жалғыз параметр —ол 8 сырғанау болып табылады.
4.6. Асинхронды қозғалтқыш тыц энергетнкалық диаграммасы мен
айналдыру иінкүші
Қозғалтқышқа берілетін электр қуатының түрлену үдерісін энергетикалық диаграмма бойынша қарастырамыз (4.6-сурет), мұндағы:
Р_..,
=
ЗІ?г,
статор
орамдарындағы
қуат
шығыны;
Рэм
=
Р,
(Рэл1
+
Рмг)
ЭЛІ
»ісы арқылы роторға тасымалданатын электромагнитті қуат;
Рмех рэм рэл2 - толық механикалық қуат; Рмз - ротор орамдарының
мысындағы шыгындар; Р2 = Рмех (Ри + Ркос ) - қозгалтқыштын білігіне
85
Н.Т.Исембергенов, Н.С.Сәрсенбаев
берілетін пайдалы қуат; Рмх - подшипниктердегі үйкеліс жэне желдетуге
жұмсалатын
статор
қүрылысына байланысты оларда пайда
магнит өрісінің жоғары гармоникаларынан пайда болатын қосымша
шығындар
Ток көзі
Білік
ІЛІ
а)
М
І
элі
Г
Р2
Ток көзі
‘іл2
р)М
Рэл2
мсх
рмех
Р
Білік
б)
Білік
Ток көзі
в)
4.6-сурет. Асинхронды машинаның энергетикалық диаграммасы
а қозгалтцыиітъщ режим; б - генераторлық режим;
—
в —ауыстырып қосу режимі
Қозғалтқышқа берілетін қуат
Р , = 3 1 1 ,1 ! С 0 8 ф ,
мүндағы 1)и I, - кернеу мен токтың фазалық мәндері.
Қалыптасқан режим кезінде п = сопзі қозғалтқыш иінкүштерінің
тепе-теңдік теңдеуі:
•
86
•
Автоматика элементтері мен құрыігылары
м = м0+ м2.
Пайдалы иінкүшке сәйкес келетін пайдалы механикалық қуат:
Р2 = М 2со = М 2
2пп
~60
Бос жүріс моментіне сәйкес келетін қуат:
Р о = р м х + р к = М 0С0 .
Энергетикалық диаграммаға сәйкес толық механикалық қуат:
Р МЕХ = Р 2 + ( Р МХ + Р К ) = М 2 < ° + М 0 Ю = ( М 2 + М 0 ) © = М ( 0 *
Қозғалтқыштың айналдыру иінкүші статор өрісі мен ротор
орамдарындағы токтың өзара әсерлесуі негізінде пайда болады.
Магнит өрісі пг = 60Г / р жиілікпен айналады, сондықтан электромагнитті иінкүш Рэм = М ©!. Сондай-ақ, Рэм = Р МЕХ + р мг тиісінше:
Р ЭМ “ Р МЕХ =
“ ©) = Р м 2’
©, - Ш
М с01
= Р ЭМ 8 = Р М2 ’
©і
ендеше
Егер ротор праметрлері статорға келтірілген және ротор тізбегіне Гд
қосымша кедергісі енгізілген болсын, ротор тізбегінің толық активті
кедергісі К 2 = г2 + .
Айналдыру иінкүші:
РМ2
т , І І 2К '
т , І ' 2(К'2/8)
(4.19)
М
со, — со
1
со, - е>
—
I ---------- с
(о,
о
,
1
ю,
Брг формуланы Г тәрізді ауыстыру сызбанұсқасы қолдану арқылы
түрлендіруге болады. І0 тогы өзгеріссіз қалуы үшін магниттендіру
тармағына Гі және х,і кедергілерін енгізу жеткілікті.
Ауыстыру схемасынан токты анықгаймыз:
г.
2
и '
( Х8 1 + С Х 8 2 )
І 2 тогыныңмэнін (10.19) формулаға қойсақ:
87
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
М
(4.20)
со1
]
г1 +
+ ( х*і+ с < 2)
мұндағы
соі
2яп, /60 = 2 я (р п /6 0 )(і/р ) = 2яГ /р,
(4.21)
болғандықтан
шіР^ ( к ' / 5)
М
2тгГ
гі +
+(
Х 5І
+ СХ
Егер р » т 1,Г|,К.2 ,х 8І,Х5 2»Ц ,Г тұрақты
иінкүшінің сырғанауға тәуелділігін сараптауға болады.
Егер Гд = 0. Іске қосу кезінде п = 0, 8 = +1 қозғалтқьпптың іске қосу
иінкүші:
ИЧРІІМ
М
2лГ
, + с г ') + ( х«, + сх
(4.22)
Егер М п > М 0 + М 2 , онда қозғалтқыш айналмалы қозғалысқа келеді
жэне
мп=м0+м2
■теңдігі орындалғанша айналу жиілігі
жоғарылайды, тиісінше сырғанау азаяды. Әншейінде х8І +сх82 > г, +сг2,
сондықган $ - сырғанау төмендегенде (4.20) формуланың алымы мен
бөлімі де өседі, егер 8
формуланың
жоғарлайды), егер 8 0,12 - 0,2 бөлімі үлкен (иінкұш кішірейеді).
Иінкүштің М МАХ ең үлкен мәнін анықтау үшін, осы иінкүшке
сәйкес келетін сырғанаудың төңкерме (критическое скольжение) мэнін
анықтау керек, ол үшін с1М/сІ8 туындысын алып, оны нөлге теңестіру
керек: ёМ/(І8 щ 0 .
Осы теңдікті шешетін болсақ:
Ш
= ±
(4.23)
гі + ( х8 і+ сх8г)
қозғалтқыштық
генераторлық режимге сэйкес болады. 8т мэнін (4.20) формулаға қойып,
88
Автоматика элементтері мен құрылгыларм
М МАХ
р
т , Іһ
= -і-____________ !—I
гь кедергісін ескермесек, (4.23) формуласьш қарапайым түрге
келгіреміз:
= ± г2 /( х81+сх$2) = ± г2 /х,к .
(4-25>
мұндағы х,к = х5І + сх[2 - қысқа тұйықталудың индуктивті кедергісі.
п = Г(М) немесе М = Г(§) тәуелділіктері механикалық сипаттама
болып табылады (4.7-сурет).
4.7-сурет. Асинхронды машинаның айналдыру иінкүшінің
сырғанауға тәуелділігі.
Бұл сипаттаманың негізгі учаскелері мыңалар болып табылады:
1) 0 < 8 < 1 қозғалтқыштық режим; 2) 1 < 8 < ею кері қосылу режимі;
3) -оо < 8 < 0 генераторлық режим.
II 1 = 1]|НОМ = соп8І; і = Гном = соп8і болғанда, механикалық сипаттаманың кескініне қарап, асинхронды қозғалтқьшітың төмендегідей
жұмыс режимдерін ажыратуға болады:
— іске қосылу режимі (қысқа тұйықталу режимі);
89
Н. Т.Иселібергенов, Н. С. Сэрсенбаев
- бос жүріс режимі;
- номиналь режим;
- тежелу режимі (генераторлық режим).
Қозғалтқышты іске қосудың басында п=0, ендеше 8=1, бұл кезде
айналдырғыш иінкүштің шамасы іске қосу иінкүшіне ( М = М П ) тең болып
табылады.
1
(4.23) теңдіктен төңкерме сырғанаудың мәні қозғалтқыштық режим
үшін де, генераторлық режим үшін де бірдей екенін көруге болады, ал ең
Үлкен иінкүш әртүрлі, «+» таңбасы қозғалтқыштық режимге, «-» таңбасы
генераторлық режимге сәйкес келеді.
Қозғалтқыштық режимді толығырақ қарастырамыз. Айналдыру
иінкүшінің М МАХ ең үлкен мәні фазалық кернеудің квадратына
пропорционал және ротордың келтірілген г2 кедергісіне тэуелді емес.
Сондай-ақ г2 / х
соғұрлым
үлкен болып табылады.
Қозғалтқышты жүктемемен қосқанда, оның іске қосылу иінкүші ең
үлкен моментке тең болғаны дұрыс, ол үшін $т = 1, яғни К і / х . . =1
немесе К 2 = г2 + г* = х5к . Әншейінде г2 < х!к , сондықтан іске қосу
кезінде ротор тізбегіне іске қосу реостатын жалғайды жэне оның кедергісі
мына теңдік бойынша анықгалады: г2' +
= К2 = х к . *
Ротор тізбегіндегі эртүрлі кедергілер үшін М = Г(«) тэуелділігі 4.8ф
жылдамдығы өсу барысында
™ м ном
келеді.
айналдыру
жұмыс
Егер К' < х8к , ендеше М„ > М ы„ Егер К' = 0 , 7 х !к айналдыру
иінкүшінің ең үлкен мэні $т I 0,7 сэйкес келеді ( 2 қисығы, қалыптасқан
жүмыс режимі Ь нүктесіне сэйкес келеді/ Егер К 2 = 0,4х5к болса,
қалыптасқан жұмыс режимі 3 қисықтағы с нүктесіне сэйкес келеді. Іске
үшін К ' = г2 (қалыптасқан режим 4
қисықтағы йнүктесі).
Бұл сипаттамалар жиынтығы іске қосу опреациясының қалай
жүретіндігін көрсетеді. Қозғалтқышты бір қисықтан екінші қисықпен
жұмыс жасауға көшіру үшін ротор тізбегіне реостатгы біртіндеп
жоғарылатып отырады. Ротор тізбегіне реостат енгізу айналдыру
иінкүшімен қатар іске қосү тогын ла шектейлі
90
Автоматика элементтері мен қүрылгылары
4.8-сурет. Ротор тізбегіндегі эртүрлі кедергілер кезіндегі М = Г($)
тәуелділігі
4.7. Асинхронды қозғалтқыш тың механикалық және жүмыстық
сипаттамалары
Асннхронды қозғалтқыштын II, = II, ном = сопяі жэне Гном = сопяі
болғандағы п,М ,со$ф,т|,І,,8 параметрлерінің Р2 пайдалы қуатқа тэуелділіктері жұмыстық сипаттамалар болып табьшады.
Асинхронды қозғалтқыштың жұмысын сипаттайтын негізгі параметрлердің бірі - оның асқын жүктемені көтеру қабілетгілігі (иінкүш бойынша),
ол ең үлкен иінкүш пен номинал иінкүштің қатынасы ретінде анықгалады.
Ч , = М „ „ / М ио„ ,
(4.26)
Аз және орта қуатты қозғалтқыштардың асқын жүктемені көтеру
қабілеттілігі Хм =1,6+1,8; үлкен қуатты қозғалтқыштар үшін Хм=1,8+2,5;
ал арнаулы қозғалтқыштар үшін Хм =2,5+3.
Жүмыстық сипаттамалардың кескіні 13.1-суретте көрсетілген.
п = Г(Р2) жылдамдық сипаттамасы п = п, ( і - х ) ; 8 = РМ2/Р Эм
болған-
дықган қатты болып табылады.
Номинал жүктеме кезінде п * со п 5 І, сондықтан М = Г(Р2)сызықты
болып табылады.
Асинхронды қозғалтқыш түтынатын 10 тогының басым бөлігі
индуктивті құраушы болып табылады және ол Р<> ден Рг = Ргном деиінгі
аральпсга Р2 қуатына тәуелді емес, сондықган со* <р < 1. Бос жүріс кезінде
со8ф0 < 0,2,
бірақ жүктеме жалғанған
кезде
ол тез өседі
жэне
91
Н. Т.Исембергенов, Н.С.Сәрсенбаев
* Р2 ном болғанда ең үлкен мэнге жетеді, жүктеме эрі қарай өскенде,
ол біртіндеп төмендейді.
р2
4.9-сурет. Асинхронды қозғалтқыштьщ жұмыстық сипаттамалары
Асинхронды қозғалтқьшггардағы шығындар тұрақты ток қозғалтқьшітарындағы секілді, тек қосымша шығындар ғана өзіндік сипатга
болады, сондықган Л = Ғ(Р2) тәуелділігі электр машиналарына тэн
сипатта болады. ПӘК ?2 = Р 2НОІЛ/ 4
жэне Р2 = 5 /4 Р 2ном
аралықга
аздап қана өзгереді. 8 = Г(Р2) тэуелділігі жылдамдық сипаттамасына кері
түрге ие болады.
Энергияны ток көзіне қайтаратын генераторлық тежеу (рекуперативті
немесе басқа да бір себептерге
байланысты ротордың бұрыштық жылдамдығы синхрондыдан үлкен
болып кетсе, со > ю, орын алады.
Динамикалық тежеу қозғалтқышты тез арада тоқгату қажет болғанда,
қозғалтқыштың статор орамдарын ток көзінен ажыратып оларды тұрақгы
ток көзіне қосу арқылы жүзеге асырылады. Бұл кезде тұрақгы ток статор
орамдары арқылы өтіп қозғалмайтын магнит өрісін туғызады.
Кері қосу арқылы тежеу режимі көбінесе жұмыс істеп тұрған
қозғалтқыштың статорлық орамдарының кез келген екеуінің орындарын
ауыстырып қосу арқылы алынады.
4.8. Асинхронды қозғалтқышты жиіліктік басқару жэне жиілік
түрлендіргіштерінің түрлері
Қазіргі уақытга жиіліктік реттеу кеңінен қолданылуда.
92
Автоматика элементтері мен құрылгылары
Синхронды бұрыштық жылдамдық теңдігінен ток көзі кернеуінщ
жиілігін өзгерту статордың магнит өрісінің айналу жиілігінің өзгеруіне
эсер ететінін көруге болады:
(0 , = 2лі / р.
Бұл теңдіктен стктордың магнит өрісінің бұрыштық жылдамдығы ток
көзі жиілігінің мэніне тура пропорционал екенін көреміз.
Жиіліктік реттеу әдісінің ерекшелігі - ток кезінің жиілігін өзгертумен
қатар, кернеудің де шамасын өзгертіп отыру қажет, яғни II, = кГ,Ф
болғандықган, ток жиілігі өзгерген кезде кернеудің шамасы өзгеріссіз
қалатын болса, қозғалтқыштың магнит ағыны өзгеріске ұшырайды.
Сондай-ақ қозғалтқыш білігіне түсетін жүктеме тұрақгы болатын болса,
магнит ағыны ротор тогын анықгаушы болып табылады, яғни
М = к12Фсо$ф2 ■
Сондықган ток жиілігі мен кернеу арасындағы қатынасты анықгау
үшін, қозғалтқыштьщ асқын жүктемеге қабілеттілігін ескеру қажет, ол
төмендегі өрнек бойынша аныкталады:
X= ^
= С0П8І.
Мс
Қысқа тұйықталған роторлы асинхронды қозғалтқыштар электр
жетегінде кеңінен қолданылады және соңғы уақытқа дейін негізінен
жьшдамдығы реттелмейтін электр жетегінде қолданылып келді, себебі статор орамдарына берілетін кернеу жиілігін өзгерту күрделі мэселе еді.
Қозғалтқыштың магнит ағынын тұрақты ұстап тұру үшін іі жиілігін
өзгертумен қатар, кернеудің амплитудасын да өзгерту қажет, мысалы,
іі,
V.
„
1Т
ф » --------- -------- = —- тендігін ескерсек, онда Ь, « II, .
4,44Г,^,корІ
Г,
т
= соп§і.
Егер
болған жағдайда ток жиілігін жоғарылататын болсақ,
онда жоғарыдағы теңдікке сәйкес магнит ағыны төмендейді.
и.
Егер К |, ескермесек, яғни Еі»Щ, деп есептесек, онда иінкүш —
қатынасына пропорционал, ал төңкерме сырғанау 8Кжиілікке кері пропорционал болады.
Реттеуді іске асыру үшін қозғалтқышқа берілетін кернеудің жиілігі
мен амплитудасын басқаруға арналған құрылғы — жиілік түрлендіргіші
(ЖТ) қажет.
93
Электр жетектің жиілікті реттеу облысында қолданыс тапқан эртүрлі
жиілік түрлендіргіштері екі топқа бөлінеді.
активті кедергісін есептемей жэне х,к
онда
М п ,„ = А ^ 2/ / 2,
(4.27)
мұндағы А - пропорционалдық коэффициент.
Ендеше соңғы өрнекті, (4.26) қойсақ,
М піах / М н = А ІІ2 / Г2М Н = соп$і.
(4.28)
Бұл (4.28) теңдікке
тұрақты болғанда, статордың кернеуі мен оның жиіліғі арасында мына
Я
П Я І Г Я Т і л и а г ' рсақталуға
а і^ т о т ,г П —
г
^
арақатынас
тиіс:
Гу /Гн.
(4.29)
Л
?
НеУДІҢ
ЖИІЛІГІ
Эртүрлі
мэніне
сәйкес
келетін
қозғалтқыштың
п І(М) механикалық сипаттамалары 4.1 Оа-суретге көрсетілген.
I)
Пн
II
= СОП5*,
Г=
СОП8І
Басқарылатын
түзеткіш
II = уаг
Басқарылатын
инвертор
Г= уаг
V=
уяг
қозғалтқышты жиіліктік
құрылымдық сызбанұсқасы мен механикалық сипаттамасы:
а | механикалық сипаттамалар,
6 - қүрылымдық сызбанұсқа
Вентильді түрлендіргіштердің масса габариттік өлшемдері төмен
жэне ПӘК пен эрекет ету уақыты жоғары. Вентильді түрлендіргіштердің
ішінде ең көп қолданылатыны түрақты ток тармағы бар түрлендіргш тер, оның қүрылымдық сызбанұсқасы 4.106-суретте көрсетілген.
түзеткші аинымалы ток көзі энергиясын
94
А втоматика элементтері мен құрылгылары
тұрақты ток кернеуіне түзетеді, ал инвертор бұл энергияны жиілігі
реттелетін айнымалы ток энергиясына түрлендіреді. Басқарылмалы
вентильдер ретінде транзисторларды қолданған дұрыс. Олар жиілікті ток
көзі жилігінің мәніне тәуелсіз кең аралықта реттеуге мүмкіндік береді.
оо1у арқылы
жиілігіне сәйкес келетін статордың магнит өрісінің
айналу жиілігін белгілейміз.
Онда өрістің салыстырмапы жиілігі:
V = Іу / Гн = © і ү / © і і
(4.30)
бүл жерде а>і ток көзінің номинал жиілігімен (4.21) өрнек арқылы
байланысқа.
Балама сырғанау енгіземіз:
8ф = (<01ү / <0, )8 = V».
(4.31)
Гу жиілігіне сәйкес келетін ротордьщ нақты айналу жиілігі:
ш=
С0) у ( 1 - 8 ) .
(4.32)
(4.32) өрнекке ©1у мәнін (4.30) өрнектен (4.31) өрнекті ескере отырып анықтаимыз:
Ш § © ! (V - 8 ф ).
(4.33)
мәндері
= (М н / 8Н
Асинхронды қозғалтқыштарды жиіліктік басқару - кеңінен қолданылып келе жатқан әдістердің бірі. Бүл кезде механикалық сипаттамалар V
кез келген мәні үшін түзу сызықты болып табылады. Айналу жиілігін
жүктеме жалғанып тұрғанда да, бос жүріс кезінде де реттеуге болады.
Жиіліктік ретгеу әдісінің ерекшеліктері төмендегідей:
-
реттеу екі аймақты -
негізгіден төмен қарай
болғанда жэне негізгіден жоғары қарай Ші=Тіін, ГіИін) болғанда;
жүиеде
тұрақтылығы
реттеу бірқалыпты;
негізгіден төмен қарай реттеу кезінде жүктеме иінкүші М=МН,
негізгіден жоғары қарай ретгеу кезінде Р = Р„ болады (Ф < Ф„);
- ретгеу эдісі экономикалық жагынан тиімді, себебі энергия қүр
шыгынға ұшырайтын элементгер жоқ;
Жиілік түрлендіргіштерінің түрлері. Қазіргі уақытта электр жетек
жүйелерінде, негізінен алғанда, екі түрлі жиілік түрлендіргіштері:
95
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
______________________________________________
1) тікелей байпанысқан жиілік түрлендіргіш (ТЖТ);
2) тұрақты ток тармағы бар жиілік түрлендіргіш.
Бірінші түрлендіргіштерде жиілік ток көзі жиілігіне қарағанда төмен
аралықга реттеледі жэне бірінші реттік кернеудің синусойдасының
қималарынан екінші реттік кернеуді қалыптастыру арқылы түрленеді.
Екінші топқа жататын түрлендіргіштерде айнымалы ток түзеткіш арқылы
түзетіліп, ары қарай инвертордың көмегімен кернеуінің амплитудасы жэне
жиілігі өзгермелі айнымалы токқа түрленеді.
Тікелей байланысқан жиілік түрлендіргіш. Тікелей байланысқан
жиілік түрлендіргішінің сызбанұсқасы 4.11-суретте көрсетілген. Бүл
сызбанүсқаға сэйкес Гі жиілігі өзгермейтін үш фазалы айнымалы ток
жиілігі Г2. өзгермелі бір фазалы айнымалы токқа түрленеді, яғни токтьщ
жиілігі гана емес, сонымен қатар оның фазаларының саны да өзгереді. Үш
фазалы айнымалы токты жиілігі реттелмелі бір фазалы айнымалы ток
алуға немесе керісінше түрлендіруге болады. Көп жағдайларда жиілік
түрлендіргіштері үш фазалы ток көзінен қоректенеді, бүл кезде екінші
ретгік кернеудің қисығы жақсарады.
4.11-сурет. Тікелей байланысты жиілік түрлендіргіш
ТЖТ екі комплект тиристорлардан қүралатын басқарылмалы түзеткіш болып табылады. Шығыс кернеуі бірінші реттік ток көзі фазаларына
кернеудің оң жарты периоды К (катод тобы) тобы тиристорлары арқылы,
ал теріс жарты периоды А (анод тобы) тобы тиристорларының көмегімен
қалыптасады. Шығыс кернеуінің формасы 4 .12-суретте көрсетілген.
Реверсивті тұрақгы ток түрлендіргіштеріндегі секілді катодтық және
анодтық топ тиристорларын бірге немесе жекелеп басқаруға болады. Бірге
басқару кезінде теңестіргіш токтарды шектеу үшін реакторлар қажет, ол
құрылғыны күрделендіріп жібереді. Сондықтан жекелеп басқару
қолданылады, бұл кезде тиристорлардың бір топтан екінші топқа ауысуы
96
Автоматика элементтері мен құрылгылары
кезінде токсыз үзіліс енгізіледі (шамамен 0,1 мс). Кернеуді басқару осы
тиристорлар арқылы жүзеге асады. Басқару бүрышын жогарылатқанда,
кезекті тиристор сәл кеш қосылады жэне орташа кернеу төмендейді.
Тізбектей қосылган тиристорлардың басқару бүрышын өзгерту арқылы
екінші реттік кернеудің формасы синусоидага жақындатылады.
4.12-сурет. ТЖТ кернеуі формасының қалыптасуы
Үш фазалы айнымалы токты жиілігі ретгелмелі үш фазалы айнымалы
токқа түрлендіру сызбанұсқасы 4.13-суретте көрсетілген. Бүл сызбанұсқасың негізгі кемшілігі —тиристорлар санының көптігі (бұл сызбанұсқада 18).
4 .13-сурет. Үш фазалы айнымалы токты жиілігі реттелмелі үш фазалы
айнымалы токқа түрлендіру сызбанұсқасы
Шығыстағы кернеудің формасы 4.14-суретге көрсетілген. Бұл сызбанұсқада жүктеме активті-индуктивті сипатта, яғни электр қозғалтқышын
қоректендіріп тұр деп айтуға болады, суреттен көрініп тұрғандай, белгілі
бір уақыт аралығында (кернеудің таңбасы өзгергенде) тиристорлар
инверторлық режимге ауысады.
97
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
4.14-сурет. ТЖТ шығысындағы кернеу
ТЖТ жүйелерінде жиілікті ретгеу тек қана төменгі жиіліктер
аралығында ғана іске асырьшады. Екінші реттік кернеудің қисығы бірінші
реттік кернеу синусоидасының қималарынан қалыптасатын болғандықтан,
жишіктің ең жоғары мэні ток көзі жиіліғі мэнінің жартысьшан жоғары
болмаиды. Егер жиілік түрлендіргіш 50 Гц ток көзінен қоректенсе
шығыстағы кернеудің жиілігі шамамен 20 Гц 0 аралығында ретгеледі.
Тұрақты ток тармагы бар жиілік түрлендіргіш. Токтың жиілігін
тиісінше қозғалтқыштың айналу жиілігін ретгеудің кең аралығын тұрақгы
ток тармағы бар жиілік түрлендіргіштерді қолдану арқылы қамтамасыз ету
керек, бұл жиілік түрлендіргішінің құрылымдық сызбанұсқасы 4.10. жэне
-суреттерде көрсетілген. Бұл сызбанұсқаның ерекшелігі жиілік жэне
кернеу боиынша реттеуге мүмкіндік беретін бір-біріне тэуелсіз екі басқару
каналының болуы. Басқарылмалы түзеткіштің орнына жолақгы-импульсті
түрлендіргіш қолданылуы мүмкін. Шығыс кернеуін инверторлық ток
тиристорларының басқару бұрышын өзгерту арқылы да реттеуге болады.
Ьұп жағдайда басқару сызбанұсқасы біршама күрделенгенмен, басқарьшмалы түзеткшгпң орньша басқарылмайтын түзеткіш қолдануға болады.
Дербес инвертор кернеуді түрлендіргіш болып табылады. Қуаты
орташа немес үлкен қозғалтқыштарды басқаруға арналған ннверторларда
тиристорлар мен қатар транзисторлар да қолдануға болады.
Транзисторлардан құралған инверторлардың қызметі қарапайым
оолғандықтан, олардың жұмысын қарастырайық. Бұл инвертордың бір
фсізшіық сызбанұсқасы 4.16-суретте көрсетілгсн.
УТІ, УТ4 жэне УТ2, УТЗ транзисторлық кілттері кезек бойынша
жұптасып,
— бергіш құрылғысының командасына сәйкес қосылады.
ұл кезде түрлендіргіштің шығысында формасы тік бұрышты кернеу
аламыз. Жүктеме индуктивті сипатта болса, шығыстагы кернеудің
формасы 4. 7-суретте көрсетілгендей болады. Кезекті транзисторларды
ажьфатқан кезде пайда болатын электромагнитгі энергияны өткізу үшін
98
Автоматика элементтері мен құрылгылары
Ү01-Үй4 диодтары қарастырылған. Олар арқылы өтетін токтардың
қисығы да осы 4.17-суретте көрсетілген.
4.15-сурет. Тұрақты ток тармағы бар жиілік түрлендіргіштің құрылымдық
сызбанұсқасы:
РН, Р Ч - кернеу жэне жиілікреттегіштері; ЗУ —беру құрылгысы
УБ - басқарылатын түзеткіш; Ф - сүзгі; И - инвертор
4.16-сурет. Транзисторлармен орындалған бір фазалы инвертор
4.17-сурет. Инвертор шығысындагы токтар
99
Н.Т.Исембергенов, Н.С.Сэрсенбаев
Шығыстағы кернеудің формасы, әрине, синусоидадан көп айырмашылығы бар, бірақ тұрақты ток тармағы бар түрлендіргіште кернеудің
гармоникалық қүрамы ТЖТ қарағанда жақсырақ. Үш фазалы кернеу алу
үшін үш бір фазалы инверторлар қолдану қажет.
4.9. Асинхронды қозғалтқы ш тарды ң айналу жиілігін полюстер
жүбын ауыстырып қосу арқы лы реттеу
Өндіріс орындарындағы бірқатар механизмдердің айналу жиілігін
технологиялық үдерістің жүру барысында эртүрлі деңгейдегі айналу
жиілігімен қамтамасыз ету қажет жэне бүл кезде айналу жиілігінің бір
деңгейден екіншісіне көшуі сатылы немесе дискретті түрде болса да
жеткілікті. Мүндай жағдайларда айналу жиілігінің өзгеруін қысқа
түйықталған роторлы асинхронды қозғалтқыштың статор орамдарының
полюстер жүбы санын ауыстырып қосу арқылы қамтамасыз етуге болады.
Полюстер жүбы санын өзгерту әдісі, негізінен, қысқа түйықталған
роторлы асинхронды қозғалтқыштар үшін қолданылады, себебі бүл кезде
тек статор орамдарының полюстер жүбы санан р өзгерту жеткілікті.
Полюстер жүбы санын екі әдіспен өзгертуге болады:
1) статор ойықшалармна әртүрлі полюстер санына
есептелген
бірнеше орамдар орналастыруға болады;
2) жалғану сызбанұсқасын өзгертуге болатын, сол арқылы эртүрлі
полюстер жұбын алуға мүмкіндік беретін арнайы орамдар қолдану
арқылы.
*
Полюстер жұбы санын өзгертудің бірнеше эдісі бар, бірақ олардың
ішінде санаулылары ғана кеңінен қолданылады. Статорда бірнеше орамдар
қолдану тиімсіз, себебі ойықшалардағы орынның шектеулі болуына
байланысты бұл кезде орамдардың көлденең кимасын төмендетуге тура
келеді, ал бұл өз кезегінде қозғалтқыштың қуатын төмендетуге алып
келеді. Әртүрлі полюстер жұбы санына ауыстырылып қосьшатын орамдарды қолдану коммутациялық аппараттардың жұмысының күрделене
түсуімен сипатталады, бұл эсіресе бір ораммен екі түрлі айналу жиілігін
алу кезінде байқалады. Сонымен қатар қозғалтқыштың энергетикалық
көрсеткіштері де төмендейді.
Полюстер жұбы саньш өзгертуге болатын қозғалтқыштар көп
жылдамдықты деп аталады. Олар көбінесе 2, 3, немесе 4 жиілікке арналып
шығарылады. Екі жылдамдықгы қозғалтқыштар статорда полюстер жұбы
саны р2 : рі = 2 : 1 қатынаста өзгеретіндей болып жасалған бір ораммен
үш жылдамдықты қозғалтқыштар статорда әрқайсысы р2 : рі = 2:1 қатынаста өзгере алатын екі ораммен қамтамасыз етіледі. Мысалы, жиілігі
^і=50 Гц синхронды айналу жиіліктері 1500/1000/750/500 айн/мин
100
Автоматхлка эпементтері меи құрылгылары
қозғалтқышта бір орамдар 2р = 4 және 8, ал екінші орамдары 2р = 6 және
12 полюстерге ауыстырып қосылады.
Жүктеме иінкүші тұрақгы болған кезде орамдарының полюстер
санын р2:рі=2:1 қатынаста өзгертуге болатын сызбанұсқа 4.18-суреттегідей ал қуаты түрақты болғанда 4.19-суреттегідей көрсетілген.
Бұл сызбанұсқаларда екі жылдамдық үшін де Іф мәні бірдей болғанда, қуаттық коэффициенттері мен ПӘК шамамен бір-біріне тең деп
есептеуге болады.
Демек, 4.18-суреттегі сызбанұсқа үшін қозғалтқыш білігіндегі куат
тиісшше
Р2 = ч/ з і і лі -1* •т]-со8ф1; Р2 = уіЗ\} л і - 2 - і л ц - С05 ф |
Ендеше,
Р ,/Р 2 =2.
Олай болса төмен жылдамдыктан жоғарыға көшкенде білікке түсетін
қуат екі есе жоғарылайды. Айналдыру иінкүші бұл кезде тұрақты боып
қалады, сондықтан Ү/ҮҮ ауыстырып қосу сызбанұсқасы М = сопхі
сызбанұсқасы деп аталады.
Iлі
1л2
Ү 2рг = 4р
Ү Ү 2р
б)
а)
4.18-сурет. Тұрақты иінкүш үшін полюстер жүбы саны 2:1 катынаспен
орамдары ауысып косылатын сызбанүска
4.19 суреттегі сызбанүсқа үшін:
Р2 =л/ЗИЛІ Іл2 -п сояф, =л/зі1я1 -л/ЗІф ті •С08 ф , ;
Р, = >/ЗІІЯІ Ія2•трсояфі = > /зі)л1 -2-Іф 'п-совф,.
101
Н. Т. Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
ендеше
А
В
А
с
ІЛ.
В
С
х
А 2 р 2= 4 р ,
ҮҮ 2Рі
а)
б)
4.19-сурет. Тұрақты қуат үшін полюстер жүбы саны 2:1 қатынаспен
орамдары ауысып қосылатын сызбанүсқа
4.19-суреттегі сызбанүсқаларды қолданғанда, екі айналу жиілігі үшін
де Р, = Р2 деп есептеледі, сондықтан бүл сызбанұсқалар Д/ҮҮ Р = сопзі
сызбанұсқасы деп аталады.
4.18 және 4.19-сызбанұсқаларға сәйкес келетін механикалық сипаттамалардың кескіні 4.20-суреттерде көрсетілген.
п
2р = 4
п
2п
4.20-сурет. Полюстер жұбы эртүрлі санға ауыстырылып қосылатын
асинхронды қозғалтқыштың механикалық сипаттамалары:
а —тұрақты куат үшін; б —тұрақты иінкүш үшін
Көп жылдамдықты асинхронды қозғалтқыштардың салмақ жэне
басқа да өлшемдері қарапайым қозғалтқыштарға қарағанда жоғарырақ.
102
А втоматика э.іементтері мен қүрылгылары
4.10. Статор кернеуін өзгерту арқылы айналу жиілігін ретгеу
Статор кернеуін өзгерту арқылы айналу жиілігін реттеу үшін кернеу
реттеуіші қажет, статордың ІІі кернеуін жиілігін өзгертпей реттеу арқылы
айналу жиілігін ретпуге болады. 4.21-суретте көрсетілгендей, кернеу
реттеуіші ток көзі мен қозгалтқыш аралыгына қосылады, сондықтан
кернеу реттеуішінің қуагы қозғалтқыштың қуатына есептелуі қажет.
Статордың бірінші ретті II і кернеуін өзгерткенде, қозғаптқыштың
иінкүші кернеудің IIі2 мәніне пропорционал өзгереді, тиісінше механикалық сипаттамада осыншама өзгереді. Бірақ IIі кернеуі тек төмен бағытта
ғана өзгеруі қажет, демек жұмыс барысындағы § сырғанауда төмен бағытта
өзгереді.
4.22-суретте статордың әртүрлі кернеуіне сәйкес келетін Мст = Г (5)
механикалық сипаттамалары көрсетілген. Әрине, 8 сырганауды реттеу
0 < 8 < 8кр аралықта ғана болады. Айналу жиілігін реттеудің аралығын
кеңейту үшін, ротор тізбегінің кедергісі және төңкерме сырғанау 8кр
жоғары болуы керек.
\] =
С О П 5 І,
Г=
СО П8І
4.21-сурет. Статор кернеуін
өзгерту арқылы аиналу жиілігін
реттеудің құрылымдық
сызбанұсқасы
Ескеретін жағдай: екінші реттік тізбекте сырғанау энергиясына пропорционал Р5 шығындар орын алады, олар ротордың қызуына эсер етеді.
Айналу жиілігін реттеудің бұл эдісі фазалы роторлы қозғалтқыш
үшін де қолданылады, бұл кезде ротор тізбегіне кедергі қосуға болады.
ПӘК төмен болуына жэне кернеуді реттеудің күрделілігіне
байланысты бул эдіс аз қуатты жүйелерде ғана қолданылады. Бұл кезде
кернеуін өзгерту бірінші реттік тізбекке тізбектей жалғанған
автотрансформаторлар
103
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
Соңғы кездерде бұл мақсатта тұрақгы ток пен магниттелетін қанығу
реакторлары қолданылып жүр. Магниттендіргіш тұрақты ток өзгергенде
реактордың
индуктивті
кедергісі
өзгереді
де,
қозғалтқыштың
ұштарындағы кернеудщ өзгеруіне әсер етеді.
Магниттендіру тогын автоматты түрде реттеу арқылы реттеу
диапазоньш өзгертуге жэне қатты механикалық сипаттамалар алуға
мүмкіндік бар (4.22,б-сурет).
СІІ = Ын
1], = 0,851І„
= 0,71і„
М
А
М
II, = 0,8511,
м „ ------ -/-УІ
М„ .
5 і »28з 5кр
1,0
а)
8,
§2 83
8 кр
1,0
б)
4.22-сурет. Статор кернеуінің эртүрлі шамасы кезіндегі механикалық
сипаттамалар.
Айналу жиілігін импульсті реттеу қозғалтқышты ток көзінен
периодты қосып-ажыратып отыру арқылы жүргізіледі. Фазалы роторлы
қозғалтқыштарда ротор тізбегіне тізбектей қосылған кедергіні берілген
импульстардың жиілігіне байланысты түйіспелер немесе жартылай өткізгішті кедергі вентильдері мен шунттау арқылы жүзеге асырылады.
Бұл кезде қозғалтқыш белгілі бір жылдамдықпен тұрақты айналып
тұрады және
мұндаи реттеу әдісі қуаты аз қозғалтқыштар үшін
қолданылады.
4.11. Фазалы роторлы асинхронды қозғалтқыштардың айналу
жиілігін реттеу
Фазалы роторлы асинхронды қозғалтқыштардың айналу жиілігін
реттеу әдістері ротор тізбегіне реттегіш құрылғыларды қосуға болатындығымен ерекшеленеді. Айналу жиілігін ротор тізбегіне реостат қосу
арқылы да реттеуге болады, бұл кезде олар ұзақ уақытты жұмыс режиміне
есептеліп таңдалуға тиіс.
104
\
Автоматика элемемттері мем құрылгылары
4.23-суретге реостатты ретгеу сызбанұсқасы мен ротор тізбегіне
эргүрлі кедергі жалғангандағы асинхронды қозғалтқыштардың механикалық снпатгамалары көрсетілген.
Ротор тізбегіндегі активті кедергіні жоғарылатқан сайын сипатгама
неғұрлым жұмсақ бола түседі, сырғанаудың мэні жүктеме иінкүші тұрақты
М „ болса да, жоғарылай түседі.
Жұмыстық сырғанау 8 жүктеме М„ = сопві болғанда 8кр төңкерме
сырғанауга пропорционал болады, тиісінше ротордың активті кедергісіне
тэуелді. Сондыктан гк = 0 жэне гк, ф 0 жағдайларға сэйкес келетін 8 жэне 8
сырғанаулары, мына қатынаста болады:
8' гк| + г2
*2
Бұл тендіктен 8, сырғанауын алу үшш қажетп гкі кедерпсш келесі өрнек
арқьшы анықгаиды
ГДІ
I I — СОП$(«
І=
V
СОП8І
ПЧ
М„
М
а)
в)
4.23-сурет. Реостатты реттеу сызбанұсқасы мен ротор тізбегіне эртүрлі
жалғанғандағы
сипаттамалары
Бүл эдіс қосымша кедергідегі энергия.шығындарымен сипатталатын
болғандықтан, экономикалық жағьшан тиімсіз. Бүл эдіс жұмыс режимі
қысқа уақытты немесе қайталанбалы-қысқа уақытты және желдеткіш
тэрізді механизмдердің айналу жиілігін реттеу үшін қолданылады.
105
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
Сондай-ақ реостатты реттеу эдісінің кемшілігі ретінде механикалық
сипаттаманың жұмсақтығы және реттеу диапазонының жүктемеге
тэуелділігін де айтуға болады.
4.12. Қозғалтқыштың айналу жиілігін екі жақтан қоректенген
режимде реттеу
Екі жақтан қоректенетін машиналарда (ЕЖҚМ) энергия статор жэне
ротор орамдарына да беріледі. Статор орамдары ток көзіне тікелей қосылса, ротор орамдары реттелмелі жиілік түрлендіргіші арқылы жалғанады
(4.24-сурет).
Энергия жүйесі
4.24-сурет. Екі жақтан қоректенетін машинаның сызбанұсқасы
Екі жақтан қоректенетін машина (ЕЖҚМ) дегеніміз - статоры мен
роторы көп фазалы болып табылатын, магниттік қасиеттері бойынша
симметриялы электр машинасы жэне оның роторлық тізбегіне жалғанған
басқарылатын жиілік түрлендіргіш пен синтезі.
ЕЖҚМ — ротор тізбегіндегі (ЖТ) жиілік түрлендіргіштен, (Тр-р)
трансформатордан, (Р) реттегіштен, ток көзі (ТҚД) жэне (РКД) ротордың
күй датчиктерінен құралатын күрделі жүйе.
Жиілік түрлендіргіштің негізгі мақсаты - ЕЖҚМ жұмыс режиміне
сәйкес роторға қарағанда белгілі бір амплитудалы, жиіліктегі жэне фаза106
Автоматика элементтері мен құрылгылары
лық ыгысу бұрышындағы реттелмелі аиналмалы магнит өрісін қалыптастыру. Басқарудың негізгі тармагы (Р) ретгегіш, оның көмегімен реттеу
функциясына сэйкес амплитудасы мен фазасы өзгермелі жиілігі ротордың
сырғанау жиілігіне тең болатын реттелмелі кернеу қалыптастыру. Басқарудың негізі тармағы реттегіш (Р) жиілігі ротордың статор өрісіне қарағанда, ығысу жиілігіне тең болатын, амплитудасы мен фазасы қажетгі реттеу
функңиясына сэйкес өзгеретін кернеу қалыптастырады. Ретгеу функциясына реттегіш жиілік түрлендіргіш арқылы ЕЖҚ машина роторының
өрісін басқарады. Реттегіш ротор өрісін басқару заңдарын тораб кернеуінің
датчигі (ТКД) мен ротордың айналу жиілігі датчигінен (РКД) келіп түсетін
сигнапдарға сүйеніп қалыптастырады. Тораб кернеуінің датчигі (ТКД) ток
көзі кернеуінің модулі, фазасы жэне жиілігі туралы ақпарат беретін болса,
ротордың айналу жиілігі датчигі (РКД) ротордың статорға қарағанда,
бұрыштық орналасуы мен айналу жиілігі туралы ақпаратгар береді.
ЕЖҚ-машина келесі ретпен жұмыс істейді. Ротор орамдарына
берілетін кернеудің жиілігі жиілік түрлендіргішке эсер ететін реттегіш
арқылы қажетті шамаға өзгереді. Егер ротордың айналу жиілігі
синхрондьщан кіші болса, онда ротор орамдарының магнит өрісінің
айналу бағыты ротордың айналу бағытымен бағытгас болады, ал егер
ротордың айналу жиілігі синхрондыдан жоғары болса, ротор орамдарының
магнит өрісінің айналу бағыты ротордың айналу бағытына қарсы бағытта
айналады. Айнымапы ток электр машинасының қалыптасқан режимде
жұмыс істеуі үшін орындалуы қажет негізгі шарт - ол машинаның ішкі бос
ауа қуысында екі өрістің әсерлесуі жэне бүл ерістердің бір-біріне
қарағанда қозғалыссыз күйде болуын қамтамасыз етудің керектігі, яғни
статор мен ротордың магнит қозғағыш күштері (МҚК) векторларының бірбіріне қарағанда қозгалыссыз күйде болуын қамтамасыз етудің керектігі.
Фазалы роторлы асинхронды қозғалтқыш екі жақган қоректенетін
сызбанұсқаменн жұмыс істегенде, жоғарыда аталған шартты орындау үшін
статор мен ротор өрістерінің жэне ротор денесінің айналу жылдамдықгары
арасында, тиісінше (со,) мен (йһ) жэне (©) айналу жиіліктері арасында
төмендегі қатынас орындалуға тиіс:
Иі=а>2+в>,
(435)
мұндагы: Ю| = 2 •п •Г, / р ; © = 2 • п • п; <о2 = 2 •те•Г2 / р;
Гі - торап жиілігі;
р —асинхронды машинаның полюстер жұбының саны,
Г2 —ротор орамдарындағы ток жиілігі;
п —ротордың айналу жиілігі.
ЕЖҚ-машиналарда (4.35) шартгың орындалуы автоматгы басқару
жүйесімен қамтамасыз етіледі. Реттегіштің кірісіне жоғарьща аталған
сигналдарға сәйкес екі сигнал: жиілігі <0 і ток көзі датчигінен жэне ротор107
Н.Т.Исембергенов, Н.С.Сэрсенбаев
дың орналасу датчигінен со сигналдар келіп түседі. Реттегіш ©| жэне со
сигалдарын салыстырып жиілігі
со2 =(0 —10,
(4.36)
шартымен анықталатын сигнал шығарады, ал бұл сигнал (4.35) шартының
орындалуын қамтамасыз ететін жиілік түрлендіргішке эсер етеді.
ЕЖҚ-машинаның қарапайым сызбанұсқамен қосьшған асинхронды
қозғалтқышқа қарағандағы ерекшелігі - жоғарыда көрсетілген шартгарды
эртүрлі заңдылықтармен орындай отырып, ротордың айналу жиілігін
синхрондыдан жоғары да, төмен де бағытта өзгертуге болатындығы.
Осыған сэйкес екі жақган қоректеніп жұмыс істейтін асинхронды қозғалтқыш қарапайым сызбанұсқамен қосьшатын асинхронды қозғалтқышқа тэн
емес екі режимде жұмыс істей алады, оның бірі жалпыландырылған
асинхронды режим болып табылса, екіншісі жалпыландырылған синхронды режим деп аталады.
Жаппыландырылған асинхронды режимде ЕЖҚ-машина кэдімгі
асинхронды қозғалтқыш секілді жұмыс істейді, яғни қозғалтқыштың
сырғанауы оның білігіне түсетін жүктемеге тәуелді өзгеріп отырады.
Екінші реттік орамдар жалғанған ток көзі кернеуінің жиілігі ішкі реттеу
сұлбасының көмегімен эрқашан сырғанау жиілігіне тең болып тұрады, бұл
кезде басқарушы орамдар* а берілетін кернеудің шамасы мен фазасы ғана
реттеледі.
Жалпыландырылған синхронды режимде сырғанау жиілігі ротордың
айналу жылдамдығына тәуелсіз түрде беріледі, яғни эрбір басқару
сигналына белгілі бір жиілік сэйкес келеді. Бұл режимде ЕЖҚ-машина
синхронды машина секілді жұмыс істейді.
Сонымен, басқарушы орамдарға берілетін кернеудің, яғни ротор
орамдарына енгізілетін кернеудің амплитудасын, жиіліғін жэне фазасьш
белғілі заңдылықпен реттей отырып, машинаның электромеханикалық
қасиеттеріне эсер етуге, тиісінше, қозғалтқыштың айналу жиілігін эртүрлі
жүктемелерге сэйкес келетін заңцьшьщтармен реттеуге болады.
4.13. Үш фазалы асинхронды қозғалтқышты есептеудің үлгісі
Техникалық берілгендері бойынша үш фазалы асинхронды қозғалтқыштың механикалық сипаттамасын салуды үйрену.
Тапсырма: құжаттық берілгендері бойынша үш фазалы асинхронды
қозғалтқыштың механикалық сипаттамасын салыңыз.
1. Жиілігі Г, = 50 Гц ток козінен қоректенетін, номннап қуаты Р2,
синхронды айналу жиілігі пс,, ПӘК т| жэне қуатгық коэффициенті со*ф,
үш фазалы асинхронды қозғалтқыш берілген.
108
А втоматика элементтері мен қүрылгылары
2. Асчнхронды қозғалтқыштың орамдарының кедергісін анықгаңыз.
3. Асинхронды қозғалтқьшітың механикалық сипаттамасын есептеңіз
және салыңыз.
М ысалы. Жиілігі Г, = 50 Гң ток көзінен қоректенетін, номинал қуаты
Р2=30 кВт, синхронды айналу жиілігі пс = 1500 айн/мин. Орамдардың
кедергісі салыстырмалы бірлікте берілген: Кі=0,034;
= 0,018;
Х = 3,9; Х^ = 0,068
Х'2 = 0,12 , ПӘК ті = 0,91, қуаттық коэффициенті
со*ф = 0,89, номинал сырғанауы 8Н = 0,019 ; статордың фазалық кернеуі
и іФ=220 В.
Статордың номинап тогы:
I
_
Ргном
_
30000
_
^ д
ф 3 - ІІ)Ф-,п -со8ф 3-220-0,91-0,89
Кедергілер сапыстырмалы бірлікте берілгендіктен, оларды өлшем
бірліктері арқьшы орнектеу үшін, ауыстыру коэффициентін анықтаймыз:
= ЕіНОМ = _220_ = з 92 Ом,
Н
1Ф
56,12
ендеше қалған кедергілер абсолют шамада, Ом:
хм = Хц - 2 н = 3 ,9 2 -3 ,9 = 15,29 х, = Х , -2ІН =0,068-3,92 = 0,267 ;
ъ
х2 = Х2 -2.н =0,12-3,92 = 0,47; г'г =
- 2 Н = 0,018-3,92 = 0,071;
г. = К , - 2 Н =0,034-3,92 = 0,133;
сі
1 + ^ = 1 + 2 ^ 6 7 = 1,017; а = ^ - = 3,74.
х„
15,29
сг'
Өзіндік сипаттаманы есептеу жэне салу үшін мына шамаларды
анықтаимыз:
Статор өрісінің синхронды айналу бүрыштық жылдамдығы
г ^ , = 2.3.14_ 5 0 = 3і 4 с- ;
©о =
Р
1
С
Төңкерме сырғанау: 8К =
■
в
=
= 0,095 .
у/ г 2, + ( х , + с х ' 2 )
Ең үлкен иінкүш: м , = - т = = ^ = Н = = — = 261,08 Нм.
7г2, +(Х, + с • і 'і )2
Клосс формуласына сэйкес номинал иінкүш:
109
Н. Т.Исембергенов§ Н. С. Сэрсенбаев
111,19 Нм
Іске қосу иінкүші:
М „ --------------,
2-Я-Ғ-л/Сг2! +
55,67 Нм.
С•
)2 + (х, +С-Х2 )2
Бұрыпггық жылдамдықтың номинал мэні:
®і« =©в • (!-* „ ) = 308,03 с*\
Төңкерме бұрыштық жылдамдық
Яо - ( 1 - 0 —284.3 с’1.
Жоғарыдағы координаттар арқылы асинхронды қозғалтқыштың
механикалық сипаттамаларын құруға болады.
4.14. Бақы лау сұрақтары:
1. Айнымалы ток машиналарының қандай түрлерін білесіз?
2. Асинхронды машиналар роторының құрылысына байланысты
қалай жіктеледі?
3. Айнымалы ток машиналарының айналу жиілігі қандай параметрге
тура байланысты?
4. Егер полюстер жұбы саны р = 4 болса, онда I = 50 Гц болғанда
синхронды айналу жиілігі қалай анықталады?
5. Үш фазалы айнымалы ток қандай магнит ағынын туғызады?
6. Асинхронды және синхронды машиналардың қандай айырмашылықтарыбар?
7. Іске қосу кезінде асинхронды машинаның сырғанауы нешеге тең?
8. Жиілік түрлендіргішінің қызметі не?
9. Жиіліктік басқарылатын асинхронды қозғалтқыштың
құрылымдық сызбанұсқасын салыңыз.
10. Жиілік түрлендіргішінің қандай түрлері бар?
11. Асинхронды қозғалтқыштың айналу жиілігін реттеу әдістерін атап
беріңіз.
12. Асинхронды қозғалтқыштың айналу жиілігін екі жақтан қоректенетін режимде басқару қалай жүзеге асырылады?
110
Автоматика элементтері мен құрылгылары
5. АЗ ҚУАТТЫ АСИНХРОНДЫ ҚОЗҒАЛТҚЫШТАР
5.1. Ж алпы маглүматтар
Аз қуатты асияхронды қозғалтқыштар (1,5-600 Вт) автоматгы
құрылғыларда, электрлі тұрмыстық аспаптарда, желдеткіштер жетектері
үшін, сорғыларда жэне басқа да айналу жиілігін реттеу қажет етпейтін
жабдықтарда пайдаланылады. Электрлі тұрмыстық құралдарда бір
фазалық микроқозғалтқыштар қолданылады, себебі олар бір фазалық
айнымалы токпен қоректенеді. Кейбір жағдайларда үш фазалы микроқозғалтқыштар қолданылады. Аз қуатты үш фазалы асинхронды қозғаптқыштар құрылысы бойынша автоматты құрылғыларда қодцанылатын
жалпы қолданыстағы үш фазалы асинхронды қозғалтқыштардан айырмашылығы жоқ және қысқа тұйықгалған роторлы болып орындалады.
Олардың үлкен жэне орташа қуатгы асинхронды қозғалтқыштардан
салыстырмалы ерекшелігі - оларда ротор орамдарының кедергісі жоғары
жэне номиналды режимде жоғары сырғанаумен жұмыс істейді.
Бір фазалы қозғалтқыштардың үш фазалы қозғалтқыштардан айырмашылығы - олардың статорында бір фазалы орам орнатылғандығы, ол
ойықтың 2/3 бөлігін алады. Аз қуатты асинхронды қозғалтқыштар бір
фазалы болып орындалады. Бұл қозғалтқыштардың статорында бір ғана
орам болғандықган оларда іске қосу иінкүші болмайды, сол себептен
мұндай қозғалтқыштар статорларында қосымша көмекші орамдар немесе
іске қосуға арналған арнайы орамдар қолданылады.
Статорында көмекші орамдары бар бір фазалы асинхронды
қозғалтқыштар келесі түрлерге бөлінеді:
1) бір фазалы конденсаторлы - көмекші орам тізбегіне үнемі
қосылып тұратын конденсаторы бар;
2) бір фазалы іске қосқыш конденсаторлы - іске қосу уақытында
ғана көмекші орам тізбегіне жалағанатын конденсаторы бар;
3) бір фазалы реостатгы іске қосқыш - іске қосу уақытында ғана
көмекші орамға қосымша активті кедергіні қосу;
4) бір фазалы ыдыратушы немесе экрандалған өрісті, олар қысқа
тұйықталған роторлы орамдары біркелкі таралып орналасқан жэне полюстер бөлігінде қысқа тұйықталған іске қосу орамдарымен орындапады.
Статордағы көмекші орамы бар бір фазалы қозғалтқыштарда негізгі
жэне қосымша орамалары статордың ойықгарында бекітілген және статордың өрістік бөлігінің жарты бөлігіне бірыңғай айналдыра немесе 90
электрлік градусқа жылжытылған. Мұндай қозғаліқышгардың роторлары
қысқа тұйықгалған немесе қуыс түрде (алюминий ерітіндіден стакан
тәрізді іші қуыс түрде) орындалады.
111
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сәрсенбаев
Энергетикалық көрсеткіштер шешуші рөл атқармаитын аз қуатты
жетектерде екі фазалы қозғалтқыштар қолданылады. Бұл екі фазалы
қозғалтқыиггарда бір орам (қоздыру орамы) бір фазалы айнымалы ток
желісіне жалғанады, ал екінші (басқарушы) орамға басқарылатын кернеу
беріледі. Басқарушы орамньщ тогы қоздырушы орамның тогы туғызатын
магнит өрісін озып немесе одан қалып жүретін магнит өрісін туғызады,
соның нәтижесінде айналу жиілігін реттеуге немесе оның айналу бағытын
өзгертуге болады. Мүндай аз қуатты асинхронды қозғалтқыштар
орындаушы деп аталады. Орындаушы қозғалтқыштар автоматты басқару
және бақылау қондырғыларында, есеп-қисап қүрылғыларында, бақылаушы
жүйелерде жэне басқа да өндірістік қүрылғыларда пайдаланылады.
5.2. Бір фазалы асинхронды козғалтқы ш тар
Бір фазалы қозғалтқыштардың жүмыс істеу принципі келесідей. Егер
статордың бір фазалы орамына айнымалы кернеу беретін болсақ, (5.1сурет), онда бүл орам бойымен өтетін айнымалы ток лүпілдеуіш магнит
өрісін тудырады. Бүл лүпілдеуіш магнит өрісті Пі синхронды жиілікпен
қарама-қарсы бағыттарға айналатын екі бірдей дөңгелек өріске бөліп
қарастыруға болады.
ҚО
5.1-сурет. Бір фазалы асинхронды қозғалтқыштың сызбанұсқасы
Ротор қозғалыссыз күйде болғанда екі өрістер де роторға қарағанда
бірдей П| жиілікпен айналады. Әр өріс ротор орамдарына бір-біріне тең
ЭҚК енгізеді, егер ротор орамдары қысқа тұйықталған болса, оның
бойында ток пайда болады. Осы ток пен магнит ағындарының өзара
әрекеттесуінен екі бірдей, бірақ бір-біріне қарама-қарсы бағытталған
112
Автоматика элеліенттері мен құрылгылары
айналдвіру Мі жэне М» иінкүштері пайда болады (5.2). Бір фазалы
қозғалтқыштың нәтижелеуші айналдыру иінкүші осы екі иінкүштердің
айырмашылықтарына тең болады М= Мр-Мц . Нэтижелеуші іске қосу
иінкүші 8 = 1 болғанда нөлге тең, сол себептен ротор іске қосу кезінде
қозғалысқа келмейді. Бір фазалы қозғалтқыштардың негізгі кемшілігі іске қосу иінкүшішң болмауы. Егер роторды қандай да бір бағытта
айналдыратын болсақ, онда бір айналу иінкүші екінші айнапу иінкүшінен
асып түседі де қозғалтқыштың роторы қарапайым үш фазалы асинхронды
қозғалтқыштардағы сияқгы айнала бастайды.
Қозғалтқыштың айналу жиілігінің жоғарлауына байланысты 8 сырғанау азаяды, ал иінкүш (мысалы, Мі) белгілі бір шекке дейін өсе түседі
(Мі қисығы бірінші квадрантта 5.2-сурет). Осылайша бір фазалы
асинхронды қозғалтқыш үш фазалы қозғаптқыштар сияқты жүмыс істейді.
5.2-сурет. Бір фазалы қозғалтқыштың М = Г(в) сипаттамасы
МӘНІ
сырғанауының
қатысты
өріске
тура
Ротордың
= (Пі - п ) / п , =8, тең, ал осы өріс туғызатын ротор орамдарындағы
ток жиілігі І2т =
Кері бағытта айналатын магнит өрісі электромагниттік
тежеуіш режимін тудырады, соның эсерінен роторда жоғары жиілікті ЭҚК
пайда болады, ол ротордың индуктивті кедергісін жоғарылата түседі, ал
М„ иінкүші азаяды (Мц қисығы 5.2-суреттің төртінші квадрантында). Кері
өріске қатысты ротордың сырғанауы
пі
кср
(-п )
П1
кер
П.+П
П1
П, + П, (1 —8)
п1
2 -8 ,
Г(2-8).
113
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сәрсенбаев
Роторды кері айналдырғанда да осындай үдеріс орын алады, бірақ ол
қарма-қарсы бағытта жүреді. Сондықтан мұндай асинхронды қозғалтқыш
роторының айналу бағыты роторды айналдыруға жұмсалған басқару
күшінің бағытымен анықталады.
Бір фазалы қозғалтқыштың магниттендіру тогы үш фазалы
қозғалтқыштың тогынан жоғары. Бүл қуатгық коэффициенттің - со8<р
төмендеуіне алып келеді. Бір фазалы қозғалтқышты үш фазалымен
салыстырғанда, оның ПӘК ц жэне асқын жүктемеленуге қабілеттілігі
төмен болады. Сол себептен бір фазалы қозғалтқыштың іске қосу,
жүмысшы жэне басқарушы сипаттамалары үш фазалымен салыстырған
мүлдем төмен. Бір фазалы қозғалтқыштарды іске қосу статорда қоздыру
орамдарына қарағанда 90° бүрыш пен ығыстырылып қойылған көмекші
орам арқылы жүргізіледі.
Бүл екі орамдарды бір-бірінен фаза бойынша Т/4 ығысқан токтармен
қоректендендіргенде айналмалы магнит өрісі пайда болады. Мүндай
ығысу іске қосу орамасына (ЖО) сыйымдылық қосқанда ғана орындалады
(конденсаторлы іске қосу). Жұмыс кезінде іске қосу орамасы ажыратылады (5.3-сурет). Яғни іске қосу кезінде қозғалтқыш екі фазалы қозғалтқыш сияқты жұмыс істесе, ал қалыпты айналу жиілігінде бір фазалы
болады.
5.3-сурет. Іске қосу орамы бар бір фазалы асинхронды
қозғалтқыштың сызбанұсқасы
Айналмалы магнит өрісін алу шарты қозғалтқышқа тек белгілі бір
сыйымдылықты қосқанда ғана орындалады. Бүл сыйымдылықтың,
сәйкесінше конденсатордың габариттері айтарлықтай үлкен (мысалы, 50200 Вт қозғалтқыштар үшін 20-30 мкф сыйымдылық қажет), сондықган ол
осындай бір фазалы қозғалтқыштардың қолданылу айясын шектейді.
Қазіргі кезде активті кедергісі жоғары, индуктивті кедергісі айтарлықтай емес, іске қосу орамы бір фазалы қозғалтқыштар пайдаланылады.
114
Автоматика элементтері мен құрылгылары
Орамдардың кедергілерінің арасындағы айырмашылықтар МҚК фазалық
ығысуын қамтамасыз етеді, ол іске қосу иінкүшінің пайда болуына әсер
етеді М„ = (1+1,5) М н. Қуаты 15-тен 600 Вт-қа дейін болатын бір фазалы
қозғалтқыштар кеңінен таралған.
Асинхронды конденсаторлы қозғалтқыштарды қысқа тұйықталған
роторлы етіп жасайды. Статор ойықтарына екі А жэне Б орамдары
қойылады (5.4-сурет). Конденсаторлы қозғалтқыш бір фазалы ток көзінен
коректенсе де, ол екі фазалы болып саналады. А жэне Б орамдарында МҚК
ҒА жэне Ғв тең болған жағдайда жэне осы МҚК уақыт бойынша бірбірінен 90° ығысқанда дөңгелек өріс пайда болады, яғни
немесе к._г<вБІ
Б = Ік ооАшАІ А ,
ғ, ІҒ
орБ
бұдан
I
мұндағы
. к орАЮА і
]
------
-----------
(5.1)
1
^орБ^Б
•^орБ^Б^орА^А =к “ статордың орамдарының трансформа-
циялау коэффициенті.
С II
5.4-сурет. Конденсаторлы қозғалтқыштың қосылу сызбанұсқасы
Дөңгелек айналмалы өрісті алу үшін қажет жұмысшы сыйымдылық
шамасы Ср, келесі түрде анықгалады
(5.2)
( І Б /Ш І)А )С05фБ = ( І Б /2 я Ш ) С 0 8 ф А ,
С Р ІБ /<оіі
мұндағы і§ф = ^ б / ^ а
Сонымен, Ср конденсатор көмегімен мұндай қозғалтқышта белгілі
бір режим үшін ғана дөңгелек айналмалы өріс алуға болады.
т а ң д а у кезінде ондағы кернеудің 11 ток көзі кернеуінен
-
2
V
Б
\]уІ1 + к 2 жоғары болуы да мүмкін екенін ескеру керек.
115
Н. Т. Исембергенов, Н. С. Сәрсенбаев
Сж конденсаторлы қозғалтқышты іске қосқанда, өріс элипстік
пішінде болады жэне іске қосу иінкүші М„ 30%-ды құрайды.
Конденсаторлы қозғалтқыиггардың іске қосу сипаттамасын жақсарту үшін,
Сж конденсаторларымен қатар конденсаторлы фаза тізбегіне іске қосу
кезеңінде ғана қосылатын қосу конденсаторын Ск қосады (5.4-сурет). Бұл
конденсатордың сыйымдылығын іске қосу иінкүшінің Мп=(1,5-*-2,5) М н
қажетті мэнәін алу шартына байланысты есептейді. Қозғалтқышты қосу
аяқталғаннан кейін конденсатор Сп өшіріледі және қозғалтқыш тек Сж
конденсаторымен жұмыс істейді.
Үш фазалық қозғалтқыштардың көбі бір фазалы жэне үш фазалы ток
көздерінен жұмыс істей алады жэне бұл қозғалтқьшітарда статордың
орамдарының барлық ұштары сыртқы тізбекке шығарылады.
5.3. Асннхронды орындаушы қозгалтқы ш тар
Асинхронды орындаушы қозғалтқыштар аз қуатты жетектерде
кеңінен қолданылады. Ротор құрылысына қарай асинхронды орындаушы
қозғалтқыштар келесі түрлерге бөлінеді:
1) магниттік емес іші қуыс роторлы;
2) тор тэрізді қысқа тұйықгалған роторлы;
3) қуыс ферромагнито роторлы;
4) массивті ферромагнитті роторлы.
Қозғалтқыш статорында кеңістікте бір-бірінен 90° электрлік градуста
ығысқан екі орамдар орналасқан (5.5а-сурет).
с
б)
5.5-сурет. Асинхронды орындаушы қозғалтқыштардың қосылу
сызбанұсқасы
Олардың бірі - қоздыру орамы (ҚО) - ток көзіне қосылады, ал екіншісі - басқару орамына (БО) IIБ басқару сигналы беріледі. Айналмалы
#
116
Автоматика элементтері мен құрылгылары
өріс алу үшін қажетті й Б және й қ кернеулерінің арсындағы фазалық
ығысу сыйымдылыктың көмегімен алынады.
Асинхронды орындаушы қозғалтқыштардың статор орамдары көпір
схемасымен қосылады (5.5б-сурет) жэне орамдардың тармақтар саны
бірдей, сонымен қатар олар өзара электрлік байланысты болады.
Орьшдаушы қозғалтқыштардың роторының айналу бағыты фазадағы
берілген кернеулердің ( ІІқ немесе ІІБ) қайсысы фаза бойынша озып
жүруіне байланысты.
Орындаушы қозғалткыштарға қойылатын негізгі талаптардың бірі сигнал алынған уақытта ротор ешқандай тежеуіш құрылғының көмегінсіз
тоқгауы тиіс, яғни өздігінен жүру болмауы қажет. Ол үшін ротордың
активті кедергісінің шамасын көтеру қажет, бүл кезде төңкерме
сырғанаудың мәні бірден үлкен. Төңкерме сырғанаудың шамасы үш
фазалы (симметриялы) асинхронды машинаның сырғанау мэніне тең
болады:
мұндағы І2
8ш = Г2^Х8К’
- ротордың активті кедергісі,
х8к - қысқа тұйықталу
режиміндегі ротордың индуктивті кедергісі.
Өздігінен жүріп кету критериінің мәні
Өздігінен жүру және орындаушы қозғалтқыштардың сипаттамаларының сызыкты болатынын ескере отырып төқкерме сырғанаудың
мәнін 5 ГО= 2-5 аралығында тандап алады.
Тек қоздыру орамасын қосқанда ротор өздігінен айнала бастауы
мүмкін. Бұл құбылыстың себебі - элипстік өрістің пайда болуы, яғни
«қысқа тұйықталған тармақ эффектісі» болады. Мұндай тармақ шынында,
кездейсоқ тұйықгалған статор орамасы болып табылуы мүмкін, бірақ
осындай жағдай статор пакеттерінде де болуы мүмкін, сонымен бірге
статордың беттерінің нашар оқшалануында болады. Мұндай өздігінен
жүру технологиялық деп аталады және аз қуатты қозғалтқыштарда пайда
болады, олардың роторы аз инерциялы болғандықтан өрістің формасы
лүпілдеуіш формадан сәл ауытқығанда пайда болуы мумкін. Мұндай
технологиялық өздігінен жүруді жою үшін орамдарды тиянақты дайындау
қажет, яғни ешқандай қысқа тұиықталулар болмауы керек.
Асинхронды орындаушы қозғалтқыштар ротордың айналу жиілігінің
өзгеру диапазонының кең аралығында механикалық сипатгаманың
қалыптасқан бөлігінің кең аралығында жұмыс істеуі қажет. Оған қол
жекізту үшін ротордың активті кедергісін жоғарылату қерек, бұл кезде
117
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сәрсенбаев
айналдыру иінкүшінің максимумы айналу жиілігінің теріс бағытында
болуы мүмкін (5.6-сурет, 3-қисық).
Салыстыру үшін 5.6-суретте қарапайым асинхронды қозғалтқыштьщ
механикалық сипаттамасы көрсетілген, түрақгы жүмыста аЬ ауданы бар,
мүмкін болатын жиілік диапазонының 10-20%-ын қүрайды жэне
роторының кедергісі жоғарылатылған (2-қисық) қозғалтқыштардың
сипаттамалары бар. Сондықтан активті кедергі жоғарьшаған сайын
қозғалтқыштың қалыпты жүмыс механикалық сипаттаманың сызықгы
бөлігінде ротордың айналу жиілігінің кең реттелу диапазонымен
қамтамасыз етіледі, ал бір фазалық режимде оның сызықгылығы мен
өздігіне жүрудің болмауы қаматамасыз етіледі.
п
М
5.6-сурет. Роторының активті кедергісі эртүрлі асинхронды
қозғалтқыштардың механикалық сипаттамалары
Асинхронды орындаушы қозғалтқыштардың жылдам әрекеттілігін
қамтамасыз ету үшін олардың айналатын бөлігінің инерциялылығын
төмендету қажет.
Магниттік емес қуыс роторлы асинхронды қозғалтқыш 5.7-суретте
көрсетілген. Сыртқы статор (1) электротехникалық болаттан жасалған
табақшалардан жиналған және қарапайым асинхронды қозғалтқыштардың
статорларынан ешқандай айырмашылығы жоқ. Статордың ойықгарында
орналасқан қоздыру және басқару орамдары (2) екі қабатты, қысқартылған
қадаммен орындалады. Ішкі статорда (3) электротехникалық болаттан
жасалған табақшалардан жинақгалады жэне саңылау арқылы өтетін
ағынның магниттік кедергісін азайту қызметін атқарады. Қуыс ротор (4)
алюминий қорытпадан жасалған жүқа қабьфғалы стакан тәрізді болады.
Өзінің түбімен ол мойынтіректерде еркін айналатын білікке (5) бекітіледі.
118
Лвтоматика элементтері мен құрылгылары
қалыңдығы
дейін барады.
Қуаты 1,5 Вт дейін жететін қозғалтқыштарда орамдар ішкі статордың
ойықгарына орналастырылады, ал сыртқы статор магниттік кедергіні
азайту үшін қолданылады. Бір орамды сыртқы, екіншісін ішкі статорға
орнатады.
\
Ротор мен статор араларындағы саңылаулар мөлшері 0,15-0,25 мм-ден
аспайды. Өйткені ротор магнитті емес жэне өзі де саңылау секілді, ішкі жэне
сыртқы статорлардағы саңылаулардың жалпы шамасы 0,5-1,5 мм құрайды.
5.7-сурет. Магниттік емес қуыс роторлы қозғалтқыштың кескіні
Саңылау үлкен болғандықтан қозғалтқыштың магниттендіру тогы
номаналь токтың 90%-ға жетеді. қозғалткыштың қуат коэффициенті мен
ПӘК төмен болады.
Бұл қозғалтқыштардың негізгі артықшылығы олардың жылдам
әрекет ететіндігі, айналу кезінде шудың болмауы жэне радио бөгеуілдердің жоқтығы.
Қысқа тұйықталған роторлы екі фазалы асинхронды қозғалтқыштар
тез әрекет жасау үлкен рөл атқармайтын автоматика жүйелерінде
қолданылады. Ротор орамын кедергісі жоғары материалдардан (жез, қола)
жасаудың себебі - ол жұмыс істеу аумағын үлкейтеді, басқарудың
сызықтьшығын қамтамасыз етеді жэне өздігінен жүруді жояды. Олардың
төңкерме сырғанауының мәні 8т = 3-4 тең.
Қысқа түйықгалған роторлы асинхронды орындаушы қозғалтқыштарды аз ауалы саңылаулармен 0,15 мм орындайды. Ауалық саңылауларды
азайту магниттендіру тогын азайтады, ал ол ПӘК-ті, қуат коэффициентін,
айналу иінкүшін жоғарлатуға мүмкіндік береді.
Ферромагнитті қуыс роторлы асинхронды қозғалтқыштар автоматика жүйелерінде орындаушы және көмекші қүрылғьшар ретінде пайда119
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сәрсенбаев
ланылады. Роторы цнлнндр тэрізді болатган жасалған, қабырғаларының
қалыңдығы 0,5-3 мм. Ішкі статоры жоқ, магниттік ағын ротор арқылы
тұйықталады. Осы токгы шығару нәтижесінде жэне болаттың меншікті
активті кедергісімен салыстырғанда ротордың ферромагниттік кедергісі
көп, бұл өздігінен жүруді жойып, қозғалтқыштың дұрыс жұмыс істеуін
қамтамасыз етеді. Бұл қозгалтқыш инерцияның үлкен иінкүшіне ие, ол
оның тез әрекеттілігін жоғалтады. Іске қосу иінкүшін үлкейту үшін, кейбір
қозгалтқыштарда ротордың цилиндрлік беті қалыңдығы 0,05- Імм дейінгі
мыс қабатымен жабьшады, ал шеткі жақ беті - 1 мм қалыңдықгағы мыспен
жабылады.
,.у
Ферромагнитті роторлы асинхронды қозғалтқыштар жогары айналу
жиіліктері қажет аз қуатты құрылғыларда қолданылады. Қозғалтқыштың
роторында орам болмайды, ол болаттан жасалған цилиндр түрінде
жасалған жэне инерцияның үлкен мэніне ие. Оның да сипаттамасын
жақсарту үшін ротор бетін мыспен қаптайды.
Асинхронды орындаушы қозғалтқыштардың жұмыс істеу принципі
келесідей. Басқару орамына (БО) ІГБ кернеуін бергенде (5.5а-сурег) орам
бойымен жүретін ток дөңгелек немесе элипс тэрізді магниттік өріс
туғызады. Бұл өріс қуыс роторды кесіп өтіп, ЭҚК индукциялайды, ол онда
ток тудырады, осы екі токтың айналмалы магнит өрісімен әрекеттесуі
нәтижесінде ротордың айналуына әсер ететін айналдырғыш иінкүші пайда
болады.
5.4. Асинхронды орындаушы қозғалтқыштардың айналу иінкүші
және ауыстыру схемасы
Екі фазапы асинхронды орындаушы қозғалтқыштарда қоздыру
орамы (ҚО) мен басқару орамына (БО) берілген кернеу (5.8-сурет) ср
бұрышына ьныстырылған және орамдардың тармақтар саны тең емес, яғни
мұндағы \уБ жэне \үк - тармақтардың саны, олар тармақтар саны
жэне орам коэффициенті арқылы анықгалады.
Екі фазалы асинхронды орындаушы қозғалтқыштардың негізгі
қасиеттерін анықгау үшін симметриялық қүраушылар әдісі қолданылады.
Бүл эдіске сэйкес кез келген симметриялы емес екі фазалық уақыттық
векторларды екі бөлек симметриялық қүраушыларға бөлуге болады,
олардың эрқайсысы бірдей шамада жэне өзара 90° бүрышқа ығысқан екі
вектордан түрады. Кернеудің вектор жүйелерінің тура бірізділігінде й Қі€
#
жэне II Бі^
фазаларының реті де симметриялық емес жүйелердегідей
Автоматика элементтері мен құрьілгылары
бірдей болмақ, ал екінші кернеу векторларының жүйесі кері (теріс)
бірізділігшде 0 Қк6 жэне ІІБкб фазаларының реті қарама-қарсы болады
с
қо
Б О
5.8-сурет. Екі фазалы асинхронды орьшдаушы қозгалтқьіштар
Әр фазадағы токтар тура жэне теріс бірізділікте кернеудің төмендеуі
болады, олардың қосындысы берілетін кернеуге тең.
й қ ® ^Қтв + ^Қкб = ІҚтб ' ^Қтб + РҚкб ’ ^Қкб’
мұндағы
(5
= рБтб + ^Бкб = ^Бтб ■^Бтб + ^Бкб ‘ ^Бкб >
(5-4)
2 Қт6, 2 Қк6, 2 Бт« ,2 Бкб - қоздыру орамасына жэне басқару
орамсының тура жэне кері бірізділігіне сәйкес кедергі.
МҚК үшін көбейту жүйесіндегі тура жэне кері бірізділіктер келесі
түрде болады:
Іқ « қ = ІҚі« -^ қ + Іқкв ^ қ (5-5)
.^Р
Амплитудалық басқаруда басқару кернеуі ИБ басқару сигналына а
0
сәйкес өзгеріп отырады жэне қоздыру кернеуіне байланысты ІІҚ фаза
бойынша 90°-та ығысады, сондықтан
ЧБ = —І<хІІ қ деп аламыз.
Соңғы теңдеулерді шешу қоздыру жэне басқару орамдарындағы тура
жэне кері бірізділікті токтарын береді:
ІКтв = 0 , 5 й қ(1 + а э ) / 2 қі6;
Іқ^ = О ^ й қ Ц + а э У г қ ^ ;
(5.6)
і Бт6 = - о , 5 і й қ а + о э ) / ^ ^ ) ;
121
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
І бкчі = М і й қ ( 1 + а э ) / ( к - 2 БіСб ),
(5.7)
мұндагы
а - к • басқару коэфициентінің әсері, к = «'қ/^Б.
2тб және Ъ кб кедергілерін ауыстыру схемасының тура және кері
бірізділіктің кедергілері ретінде анықтаймыз:
Ъ
(5.8)
Бкб
^Қкб
Тура жэне кері бірізділіктің сызбанұсқасын бөлек жасалады, өйткені
олардың роторларындагы активті кедергі шамалары әртүрлі. 5.9-суретте
үшін тура
ізбанұсқасы көрсетілген, мүнда қүраушы
өріс
ротордың айналу багытына қарсы айналады дегенді көрсетеді.
и ,т
5.9-сурет. Тура кернеу бірізділігіне сәйкес келетін ауыстыру
сызбанұсқасы
ік б
5.10-сурет. Кері кернеу бірізділігіне сэйкес келетін ауыстыру
сызбанұсқасы
Ротордың активті кедергісі магниттік өрістердің тура жэне кері
сырғанауына байланысты болады. Тура жэне кері бірізділікті токтардагы
кедергі мэндері:
122
Автоматика элементтері меи құрш гылары
\* 2
8^
- Г2 -
Г2
5
1 — П/П|
Г2
_
1 -
у
.
Г2 _
’
5^
Г2
Г2
_
2 -8
Г2
__
І + П/П,
(5 9 )
1+ V
мұндағы V = п / П| - ротордың салыстырмалы айналу жиілігі.
Ротордың активті кедергісінен басқа кедергілердің барлығын
ескермейтін болсақ, екі фазалы асинхронды қозғалтқыштардың
қасиеттерін талдаудьі қарапайымдандыруға болады. Бұл екі фазалы
асинхронды қозғалтқыштардың роторының активті кедергісін жоғарылату
өздігінен жүруді болдырмау және механикалық сипаттамаларының
сызықтылығын жақсартумен сипатталады.
Тура және кері бірізділік өрістері үшін екі фазалы асинхронды
орындаушы қозғалтқыштардың электромагниттік қуаты:
р
=—
(1 + а э )2(1 -V );
2к г2у
(510)
= - ^ _ ( 1 - а э )2(1 + ү ).
2к г|у
(5-11)
Кері бірізділікті өрістердің қуаты тежеуіш иінкүші түзейді, яғни ол
қозгалысқа кері багытталған. Сәйкесінше, асинхронды орындаушы
қозғалтқыоггардың нәтижелеуші электромагниттік қуаты:
Нто л = Р ...
* І Ркб = -Т
РЧРТ -» 2аэ 1 1 1 1 1 3
к г2у
(5 12)
Асинхронды орындаушы қозғалтқыштардың айналу иінкүші:
М
оа,
и 2Қ ;- [ 2 а э -(1 + а | ) у ] .
09|К г^у
(5.13)
Асинхронды орындаушы қозғалтқыштардың қоздыру жэне басқару
орамаларьшьщ қуаты
оиіііг • ІС
8 Б = Р Б -------------- ; 8 Қ = Рқ = ііқ іқ к
Фазалык баскаруда басқару кернеуінің й Б эсерлік мэні тұрақты,
•
•
бірақ фазасы Р бойынша өзгереді, мұндағы р қоздьфу II қ жэне II
басқару кернеулерінің арасындағы бүрыш.
Фазалык баскаоү кезінде асинхронды орындаушы қозғалтқыштың
айналдырғыш иінкүші:
123
Н.Т.Исембергенов, Н.С.Сәрсенбаев
м.V
<а,
-
Ф <»,г2
&' Т Ч).
(5.14,
э.э. /\синхронды орындаушы қозғалтқыш тардың сипаттамалары
және оларды басқару
Асинхронды орындаушы қозгалтқыштарда айналу жиілігін, айналдыру иінкүшін жэне кернеулерді салыстырмалы бірлікте қарастырған
ТИІМДІГ
-•
М
т =—
мп
;
п
Ү= — ;
п,
ІЬ
а =—
уқ
і
а::И4Г—
(5. 15)
'
Қозғалтқышта IIв = 1*к болғанда дөңгелекті айналмалы өріс жэне
сигналдың тиімді коэффициенті қалыптасады:
а э = к а = 1,
мұндағы к = ууб/ үуқ - трансформациялау коэффициенті.
ЬІб кернеу бағыты өзгеруімен бірге а э сигналдың эффективті
коэффициенті бірге тең болмайды, ал өріс —элипстік түрде болады.
а э = 0 болғанда, яғни басқарудың сигналын алып тастағанда, өріс
лүпілдеуіш болады.
Асинхронды орындаушы қозғалтқыштардың негізгі сипаттамалары:
а) механикалық сипаттама: у = Г (т) болғанда а ^ с о п в і ;
б) ретгеу сипатгамасы: V = Г(аэ ) немесе у = Г(хіпр) болғанда
ш = соп5і;
в) басқару қуатының сипатгамалары:
РБ = Г (аэ ) болған да V = сопзі, Р Б = Г(у) бол ған да а э = сопзІ;
г) қозды ру қуатының сипаттамалары:
Рқ = Г(аэ ) болғанда V = сопзі, Р қ = Г(у) болғанда а э = сопзі
5.1 Оа-суретте қозғалтқыштарды 1) амплитудалық (1-қисық), 2) фазалық (2-қисық) жэне амплитудалы-фазалық (3-қисық) басқарудағы
механикалық сипаттамалары көрсетілген.
5.106 жэне а-суретге қозғалтқыштарды 1) амплитудалық (1-қисық),
2) фазалық (2-қисық) жэне амплитудалы-фазалық (3-қисық) басқарудағы
реттеу сипаттамалары көрсетілген.
Қозғалтқыштардың 1) амплитудалық (1 -қисық), 2) фазалық (2-қисық)
амплитудалы-фазалық (3-қисық)
тамалары
индуктивті
124
Автоматика элементтері мен құрылгылары
ротордын айналу жиілігіне қатысты оның сызықгы байланыстылыгын
бұзатыныь көрсетеді.
Орындаушы асннхронды қозғалтқыштардың айналу жнілігін ретгеу
келесі әдістермен жүргізіледі. ІІБ кернеуін өзгертумен бүл кезде оның
фазасы түрақгы (амплитудалық басқару) немесе фазаның өзгерту арқылы,
бұлкезде й Б кернеу шамасы тұрақгы (фазалық басқару) болады.
Көбіне амплитудалы-фазалық басқару пайдаланылады, бұл кезде
басақару кернеуінің фазасы мен амплитудалық мәнін бір уақытта қоздыру
кернеуіне қатысты өзгертеді.
а)
б)
5.11-сурет. Асинхронды орындаушы козғалтқыштардың реттеу жэне
механикалық сипаттамалары
V
5.11 -суретте айналу иінкүшінің сырғанауға қатыстылығы көрсетілген. 1-қисығы ротордың активті кедергі мәніне сәйкес, мүнда сырғанау
(жоғары иінкүшке сәйкес сырғанау) 8т і = (г2 / х,к)<1; 2-қисыгы - роторцың активті кедергісіне сэйкес, мұндағы 8 ^ >1. Асинхронды қозғалтқыш
жұмысының статикалық орнықгылығы тек бір ауданда 0<8<$т
қамтамасыз етіледі.
0<8<1 диапазонда орнықтылықты жұмыс 2 сипаттамага ие орындаушы қозғалтқыштарға ғана тэн. Статордың орамдарындағы кернеуді
өзгерту әдісі арқылы ротордың айналу жиілігін басқару, сипаттамасы 2
қисыққа сэйкес келетін орындаушы қозғалтқыштарда ғана тиімді.
Орындаушы асинхронды қозғалтқыштардың айналу жиілігінің
барлық диапазонында тұрақтылығының жэне басқарымдылығының негізгі
шарты 8Ш> 1 болып табылады. Қозғалтқыштардың төңкерме сырғанауы
5 т мэні 3-4 аралығында алынады.
125
Н.Т.Исембергенов, Н.С.Сэрсенбаев
5.12-сурет. Асинхронды қозғалтқыштардың айналдыру иінкүшінің
сырғанауға тәуелділігі
Асинхронды орындаушы қозғалтқыштарда амплитудалық, фазалық,
амплитудалы-фазалық басқару әдістері қолданылады.
Амплитудалық басқаруда (5.13а-сурет) қоздыру орамын (ҚО) номиналь кенрнеуі II, айнымалы ток көзіне қосады. Басқару орамына (БО) ііб басқарушы кернеу сигналы беріледі, ол ток көзі кернеуіне қатысты
фаза бойынша 90° ығыстырылған. Ротордың айналу жиілігін реттеу ІІБ —
басқару кернеуінің амплитудасын өзгерту арқылы жүзеге асады (5.136сурет), бүл кезде фазалық ығысу түрақты.
КР ~ кернеуді реттеуші,
фаза ығысуларының аралығындағы
бүрыш 90° болғанда, II’Б —басқару кернеуін амплитуда бойынша өзгеруін
қамтамасыз етеді.
Фазалық басқаруда (сурет 5.13, а) қоздыру орамын ҚО номиналь
кернеу көзіне қосады. Орамаға берілетін кернеу мәні бойынша номиналь,
ал қоздыру кернеуіне қатысты фазалық ығысуы бойынша өзгермелі.
Ротордың айналу жиілігін реттеу фазалық ығысу 1 (3 бүрышын өзгерту
арқылы жүзеге асады (сурет. 5.13, б). ФЫҚ —фазоығыстырушы қүрылғы,
ол ііб жэне І | арасындағы фазалардың өзгеруін қамтамасыз етеді.
віпр = 1 болғанда ротордың айналу жиілігіне тэуелсіз айналатын өріс
дөңгелек пішінді болады, ал зіпр = 0 болғанда лүпілдеуіш өріс аламыз.
Амплитудалы-фазалық басқаруда (5.14а-сурет) БО басқару орамын
Ыб кернеу реттегіш арқылы ток көзіне қосады, ол ЬІс ток көзі кернеуінің
фазасымен бірдей болып келеді. Токтардың фазалық ығысуын жэне ҚО
қоздыру орамы кернеуінің БО басқару орамы кернеуіне қатысты фазалық
ығысуы қоздыру орамы тізбегіне қосылған конденсатор С арқылы жүзеге
асады.
126
Автоматика элементтері мен құрылгылары
ІІБ=уаг, ІІк=соп8І;
5.13-сурет. Амплитудалық басқарудың сызбанұсқасы жэне
векторлық диаграммасы
II ь= ІІк=СОП5І
(3=үаг
а)
5.14-сурет. Фазапық басқарудың сызбанұсқасы және векторлық
диаграммасы
ІІк=СОП8І
УБ= ү аг
Р=уаг
5.15-сурет. Амплитудалы-фазалық басқару жэне оның векторлық
диаграммасы
127
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
КТ - кернеу түрлендіргіш, ііб -ДЫ амплитуда бойынша, сонымен бірге
фаза бойынша өзгеруін қамтамасыз етеді.
Асинхронды орындаушы қозғалтқыштардың әртүрлі басқарудағы
(амплитудалық, фазалық, амплитудалы-фазалық) механикалық сипаттамалары өзара жақын болады. Реттеу сипаттамаларының сәл ғана
өзгешеліктері бар ( I, 2 жэне 3-қисықтар 5.10,б-сурет).
5.6. Үш фазалы асинхронды қозғалтқыш тарды бір фазалы
желіге қосу
Іс жүзінде бір фазалы жүйеде жұмыс істеу үшін үш фазалық
асинхронды қозғалтқыштар қолданылады. Бұл жағдайда айналмалы
магнит өрісін тудыру үшін үш фазаның да орамалары пайдаланылады
жэне активті, һ индүктивтілік. С сыиымдылық кедергілері арқылы
симетриялық емес үш фазалы ток жүйесі құралады. 5.15-суретте сыйымдылықты пайдалана отырып,
асинхронды
бір фазалы желіге қосу сызбанұсқалары көрсетілген.
Жұмысшы жэне іске қосу сыйымдылықтары бар конденсаторлы
қозғалтқыштар ауыр іске қосылатын жетектерде қолданылады.
Бір фазалы қозғалтқыштарда конденсатордың болуы ПӘК жэне қуат
8-0,95 жэне 0.5-0
деиін жетеді.
а)
б)
в)
і)
5.16-сурет. Үш фазалық асинхронды қозғалтқыштарды бір фазалы
желіге қосудың сызбанұсқалары
5.15-суретге а) статор орамдарының А және С фазалары тізбектей
жалғанып негізгі орам болып табылады, ал үшіншісі - В іске қосушы
128
Автоматика элементтері мен құрылгылары
(көмекші) орам қызметін атқарады және қозғалтқышты іске қосқанда С к
конденсаторымен бірге ажыратылады. Бір фазалық режимде қозғаптқыштын дамытатын қуаты үш фазалы режнмдегі номнналды қуаттың 60%ын құраиды.
Егер қозғалтқышты іске қосқаннан кейін Сқ конденсатор сыйымдылықты ажыратып, В орамы тізбегіндегі тек бір Сж конденсаторды
қосулы қалдырсақ, оііда қозғаптқыш конденсаторлы болып жұмыс істейді
және үш фазалы режнмдегі номиналды қуаттың 75-80%-ға жуық иінкүшін
қамтамасыз етеді.
\
5.15-суретте в) жэне г) үш фазалы қозғалтқышты бір фазалы ток
көзіне қосудың басқа да сызбанұсқалары келтірілген.
5.7. Бақылау сүрақтары
1. Бір фазалы асинхронды қозғалтқыштардағы айнапу иінкүші мен
айналу жиілігінің арасында қандай байланыстылық бар?
2. Бір фазалы асинхронды қозғалтқыштарды басқарудың қандай
тәсілдерін білесіз?
3. Бір фазалы асинхронды қозғалтқыштардың механикалық қасиеттері ротордын активті кедергі мәніне қалай байланысты болады?
4. Бір фазалы асинхронды қозғалтқыштың басқарылатын орындаушы асинхронды қозғалтқыштан айырмашылығы неде?
5. Орындаушы асинхронды қозғалтқыштарды фазалық басқару
қалай жүргізіледі?
6. Орындаушы асинхронды қозғалтқыштарды амплитудалық басқару қалай жүргізіледі?
7. Орындаушы асинхронды қозғалтқыштарды амплитудалы-фазалық басқару қалай жүргізіледі?
8. Үш фазалы асинхронды қозғалтқышта бір фазалы ток көзіне
қалай қосады?
129
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
6. СИНХРОНДЫ МАШИНАЛАР
6.1. Синхронды генератор құрылысы және жұмыс жасау принципі
Синхронды машина деп роторының п айналу жиілігі статордың
магнит өрісінің П] айналу жиілігіне тең болатын айнымалы ток электр
машинасын айтады.
Синхронды машиналар қоздыру тәсіліне қарай электромагнитті
(электромагниттер көмегімен) жэне магнитті-электрлі (тұрақты магниттер
көмегімен) болып екіге бөлінеді. Синхронды машина генераторлық жэне
қозгалтқыштық режимдерде жұмыс жасай алады.
Ротордың құрылысына қарай синхронды машина айқын емес полюсті
(6. Іа-сурет) немесе айқын полюсті (6.16-сурет) болады.
Синхронды машиналар көбінесе айнымалы ток генераторы ретінде
қолданылады. Электрлік станцияларда бірінші реттік қозғалткыш ретінде
бу турбинасы мен гидравликалық турбинадан қозғалысқа келтірілетін
гидрогенераторлар мен турбогенераторлар қолданылады.
Турбогенератор-жылдам, айқын емес полюсті машина (б.іа-сурет),
олар ЖЭО бойымен орналасқан. Олардың диаметрі кіші болса да, ұзындығы үлкен болады.
Гидрогенераторлар жай жүретін, айқын полюсті машиналар (6.16сурет), олар ГЭС тігінен орнатылған. Олардың биіктігі кіші болсада
диаметрі үлкен болып келеді.
Синхронды машинаның құрылысы (б.іа-сурет) асинхронды машинаның құрылысы секілді электротехникалық болат табақшалардан құралған
өзекше статордан (1), олардың ойықшаларына орналасқан үш фазалы
орамдардан (2) құралады. Статордың ішінде құрылысы бойынша анық
емес полюсті (б.іа-сурет) немесе анық полюсті (6.16-сурет) ротор (3)
орналасады. Ротор орамдарын (4) қоздыру орамы деп атайды, өйткені бұл
орам машинада қоздыру магнит өрісін туғызады және бұл орам тұрақты
ток көзінен қоректенеді. Ротор әрдайым қозғалыста болғандықган, түйіспелі сақиналар (5) мен щетка (6) арқылы ротордың қоздыру орамы сыртқы
тұрақты ток көзіне қосылады.
Синхронды генератордың жұмыс жасау принципі. Егерде синхронды
генератордың роторын құрылған п айналу жиілігі бар қозғалтқыш ҚҚ (6.2)
жэне тұрақгы ток көзінен Қ қоздыру орамына кернеу беріп, соның
көмегімен айналысқа түсірсек, онда қоздыру магнит өрісі статордың
орамымен қиылысып, оның фазаларында Гі=60п/р жиілікпен өзгеретін
айнымалы ЭҚК индукциялайды.
130
>
Лвтоматика элементтері мен құрылгылары
Ёгер генератор статорының орамын жүктемеге қоссақ, онда осы
ораммен өтетін үш фазалы ток Пі=60Гі/р айналу жиілігі бар айналмалы
магнит өрісін тудырады.
Осылайша, ротор статордың магнит өрісі жиілігі сияқты айналады,
яғни п=пі. Осыған байланысты бүл машинаны синхронды деп атайды.
Бірінш ретті қозғалтқыштың айналу жиілігін тұрақты қалыпта ұстау үшін
арнайы реттеуіштер қарастырылған.
Синхронды машинада ЭҚК индукцияланатын жэне жүктемелік ток
өтетін орамды якорь орамы деп атаймыз. Ал машинаның қоздыру орамы
орналасқан бөлігі индуктор деп аталады.
Электромагнитті қоздырылған машиналарда қоздыру орамына
тұрақты ток қоздырғыштардан беріледі, олар синхронды машинамен бір
білікке орналасқан тұрақты ток машинасы болып табылады.
а)
б)
6.1-сурет. Үш фазалы синхронды машинаның құрылысы.
а —анық емес полюсті ротор; б —анық лолюсті ротор
Жоғары коэроцитивті қорытпалардың тұрақты магниттерді жасау
үшін қолдануды игеру магнитті-электрлік жолмен қоздырылатын
синхронды машиналардың кеңінен қолданылуына мүмкіндік берді.
Мұндай машинаның құрылысының қарапайымдылығы олардың жоғары
сенімділігіне жэне машинаның ПӘК жоғарылығына қол жеткізді. Жоғары
жиілікте жэне аз қуатга магнитгі-электрлік қоздырғыштарды қолдану
синхронды машинаның өлшемдерін, массасын жэне бағасын азайтуға
мүмкіндік береді. Мұндай синхронды машиналар дербес түрде жоғары
жиілігі аз жэне орташа қуатты генератор ретінде жұмыс жасайды.
Магнитті-электрлік қоздьфуы бар синхронды қозғалтқыштар жіберу
қасиетінің нашарлығына байланысты жеткіліксіз қолданьшады. Синхронды машинадағы электромагнитті үдеріс электромагнитті жолмен қоздырылған қарапайым синхронды машинадағыдай болып келеді. Ерекшелігі
тек қана якорь реакциясында.
131
Н. Т.Иселібергенов, Н.С.Сэрсенбаев
Қарапайым синхронды машинада жүктемені алып тастағанда
магниттік өріс толығымен қалпына келеді, ал магнитті-электрлік машинада якорь реакциясы арнайы шарттарда тұрақты магниттерді магнитсіздендіруге әкеліп соқтырады.
6.2-сурет. Синхронды генератордың сызбанүсқасы
Магнитсіздендіргіш якорь реакциясын азайту үшін, полюстік
үштықтардың қүрылысын өзгерту арқылы полюстер арасындағы ағынның
шашырауын үлғайтады. Бүл якорь реакциясының м&гнитсіздендіруін
төмендетеді жэне машина осындай қайталанбас үдеріске нық болып
түрады. Осындай мақсаттарда ротордың түрін «жүлдызша» жэне «ілмек
түріндегі» полюстер түрінде жасайды.
6.2. Синхронды машинаның якорь реакциясы
Синхронды машинаны жүктемеге қосқанда, статор орамы бойымен
ток өтеді, ол статорда өзінің магнит өрісін тудырады жэне де ол ротордың
магнит өрісіне әсер етеді. Бүл қүбылысты синхронды машинада якорь
реакциясы деп атаиды.
Синхронды машинаның якорь реакциясы орнатылған жэне ауыспалы
жүмыс режиміндегі машинаның жүмысы мен сипаттамасына өте қатгы
ықпалын тигізеді. Статордың магниттік өрісі негізгі магнит өрісінің
қоздыруымен бірге толық өріс тудырады, негізінен, формасы мен мағынасымен ерекшеленеді. Симметриялы үш фазалы машинада статордың
магнит өрісі ротордың магнит өрісі сияқгы, сондай жиілікпен жэне сол
132
Автоматика элементтері мен құрылгылары
багытта, ягни онымен бірге синхронды түрде айналады. Осыган қарап, екі
магнит эрістерді бір-біріне қатысты қозгалыссыз деуге болады.
Якорь реакциясы жүктеменің сипатына байланысты. Таза активті
жүктемеде якорь тогы якорьдің Ф а магнит агынын тудырады, ол негізгі
- М
■
Ф0 қоздыру агынына перпендикуляр багытталган (б.За-сурет) мұндай
якорь реакциясы кө^:денең деп аталады.
Таза индуктивтік жүктемеде (6.36-сурет) статор тогы I ЭҚК Е0 90°
•В Ү *
я г
*<7 I
^ к ^ ^
■
■
қалып отырады. Осындай жагдайда якорьдің Фа магнит агыны негізгі
щ
Ф0 қоздыру агынына багытталган. Якорь реакциясы бойлай магнитсіздендірілген түрде болады.
Сыйымдылықты жүктемеде (б.Зв-сурет) якорьдің Фа магнит агыны,
негізгі Ф0 қоздыру агынымен багыттас болуы керек. Якорь реакциясы
бойымен магниттелген түрде болады. Бірдей МҚК реакцияның магниттік
агыны анық полюсті машинада анық емес полюстікке қараганда аз болуы
керек. Сондықтан, анык полюсті машинаны арнайы азайтылган якорь
реакциясының МҚК көлденеңдігіне байланысты анык емес полюсті
ретінде қарастырамыз.
Егер Ғач анық емес полюсті машинанын якорь реакциясының
і
л Аі
көлденең МҚК амплитудасы болса, онда
Ғ'
=
к
Ғ
г ач к яг ац*
Мұндағы кц =0,4^0,5 көлденең якорь реакциясының коэффициенті.
Ұқсас түрде анық полюсті генератордың якорь реакциясының
МҚК
мұндағы к а = 0,85 бойлық якорь реакциясының коэффициенті, Ғагі анық
емес полюсті генератордың якорь реакциясының бойымен жүретін МҚК.
Жалпы жағдайда активті-индуктивті жүктеме кезінде статор тогы
фаза бойынша негізгі ЭҚК Ё0 байланысты бір у бүрышқа бүрылады,
■
осыган орай якорьдің магнит агыны Фа(Ға) осындай бұрышқа Ф0(Ғ0)
•Н
қоздыру агынына байланысты бұрылады. Якорь реакциясының Ға МҚК
негізгі Ғ0 МҚК полюстеріне әсерін векторлық диаграмма арқылы
анықтауға болады (б.Зг-сурет).
133
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сәрсенбаев
I.'
'
. / I
Vх - т
•
,
Ш Г
.
II
І тогы фаза бойьшша ЭҚК Е0 у бұрышка қалсын. I тогы МДС Ғ,
тогын тудырады, оны екі кұрамаға бөледі: Ғ>ч көлденең, Ғай бойымен.
Диаграммадан Ғ
= к чҒа со* у ;Ғ а(І = к аҒ, віпу
тең болатынын көруге
болалы. Якорь реакциясынын ұқсас МҚК болуын I тогы ЭҚК Е0 фаза
бойынша у бұрышқа озса да жасауга болады. Егер генератор тогы 1 ЭҚК
Ес фаза бойынша қалса, МҚК Ғ,а машинаны магнитсіздендіреді, ал егер
керісінше ток ЭҚК фаза бойынша озса, МҚК Ға(і оны магниттендіреді.
Ф
1
Ф
Ф.
I ф . Фо
Ғід
ф . (Ғ„)
ф»( Ғ.)
Ф.
I
Ғ*я
Е„
Е
Е
а)
в)
б)
Е
г)
6.3-сурет. Синхрондь* машинаның вскторлык диаграммалары:
а - акпшнпи жүкшеме ; б - индукіпивті жүктеме;
в —сыиымдылықты жүктеме; г —актинті-индуктивті жүктемеде
н
Синхронды машинада статор тогы Ф,, шашырау згынын тудырады,
ол ЭҚК шашырауына әкеліп соқтырады Е5І * —]Іх5І, мұндагы х
шашыраудың индуктивті кедергісі.
^
Синхронды машинаның х5І шашыраудын индуктивті кедергісін
салыстырмалы бірлікте көрсетед». Түрлендіруді мына формуламен іске
асырады:
х
Фном
іі Фмом
номинал
фазалы
ток
пен
кернеу.
I
мұндағы ж9|
Фном * *Фном
Қарапайым синхронды генераторларда хв,г0ві = 0,1 +0,14
6 3 . Синхронды генераторлардын негізгі сипаттамалары
Синхронды генераторлардың негізгі сипаггамалары - бос жүріс,
сырткы және реттеу сипаттамалары. Бұл сипатгамалар синхронды гене134
Автоматика элементтері мен құрылгылары
қасиеттерін
тамаларь:н тәжірибе жолымен алу сызбанұсқасы 6.4-суретте көрсетілген.
Бос жүрістің сипаттамасы і*= соп$((п = соп$і),І = 0 болганда
0 = г ( і қ ) қатынасын көрсетеді (6.5-сурет). Синхронды генератордың
магниті жүйесі түрақты ток генераторының магниті жүйесінен еш
айырмашылыгы болмагандықтан, бүл сипаттама түрақты ток генераторының бос жүріс сипаттамасына үқсас болып келеді.
13 ( Е о )
+
6.4-сурет. Синхронды генератордың сызбанұсқасы
6.5-сурет. Синхронды генератордың бос жүріс сипаттамасы
Сыртқы сипаттамасы
Г = еоші, I қ = сопхі, сох ф = сопхі
болғанда
у = £(і) қатынасын береді және жүктеменің өзгеруіне байланысты
генератордың кернеуі II қалай өзгеретінін көрсетеді, бірақ та ол тұрақты
ток қоздырушысында ғана болады.
135
Н. Т. Исембергенов, Н. С. Сәрсенбаев
Түрлі жүктемеге байланысты сыртқы сипаттаманың түрі б.ба-суретте
көрсетілген. Синхронды генератордың сыртқы сипаттамасындағы түрлі
қатынастар якорь реакциясының сипаттамасымен түсіндіріледі. Таза
активті жүктеме кезінде якорь реакциясының бойымен магнитсіздендіруі
(1-қисық) орьш алады, оның қозғалысы элсіз жэне кернеуді 11 азайтуы
статор I тогын көбейткенде баяу болады. Якорь реакциясының бойымен
магнитсіздендіруі (2-қисық) таза индуктивті жүктемеде көрінеді. Қызығушылықты таза сыйымдылықгы жүктеме кезіндегі (3-қисық) сипаттамасы
тудырады. Мүндай жағдайда бойымен магниттелген якорь реакдиясы
туады және сондықтан да статор тогын I көбейткенде II статор кернеуінің
үлғаюы байқалады.
Мынадай жағдайға назар аударған жөн: барлық жағдайларда
индуктивті кедергілердің шашырауы х5І кезінде жэне статор орамьшың п
активті кедергісінде кернеудің төмендеуі болады.
Синхронды генератордың реттеуіштік сипаттамасы (6.66-сурет)
^ = ^ н о м = СОП8І,
Г = СОП8І, С08 ф = соп8І кезінде Іқ = Г ( і ) қоздыру
тогының якорь тогына қатынасын көрсетеді. Реттеу сипаттамасынан
берілген жүктемеде қалыпты номинал кернеуді сақтау үшін қоздыру тогын
қандай тәуелділіклен өзгертуге болатынын көруге болады. 1, 2 жэне
3-қисықгарының сипатгамасы жүктеменің түріне байланысты жэне де
якорь реакциясының эсерімен түсіндіріледі.
6.6-сурет. Синхронды генератор сипаттамасы:
а сыртқы сипаттама; б —реттеу сипаттамасы;
1 - активті; 2 индуктивті; 3 сыйымдылықты жүктемеде
—
-
-
6.4. Синхронды генераторлардың векторлық диаграммалары
Синхронды машиналарды жобалау немесе пайдалану кезінде қажетті
жұмыс режимін қамтамасыз ету үшін қоздыру тогын анықтау керек
болады.
136
I
||
|
Автоматика мементтері мен құры.ыылары
Сйлхронды генератордыц ЭҚК негізп векторлық диаграммасын
салганда лкорь реакциясының көлденең жэне бойлық агындарын
Ф^, .
шашырау ағынын Ф,, , негізгі магнит ағынынан Ф 0 тэуелсіз пайда
болғандай жэне олар статор орамында сэйкес ЭҚК тудыратындай болып
қарастырылады, магнит ағындары машииада келесі ЭҚК тудырады:
Сондай-ақ, статор орамындағы г, активті кедергідгі кернеудің I • г,
төмендеуін екенін ескеру керек.
Диаграмманы құрғанда, барлық ЭҚК белгілі болуы керек (6.7-сурет).
Активті-индуктивті жүктемеде І тогы ЭҚК Ё0 фаза бойынша \\і бүрышқа
қалып отырады. І тогы мен Ё0 ЭҚК кейінге қалдырып, ток векторын екі
қүраушыға бөліп орналастырайық: активті Іч = Ісо*у жэне индуктивті
Я
І . = І 8Іп V . Токтың активті І_ қүраушысы көлденең МҚК Ға4) жэне
ф
ағынын, ал токтың индуктивті Іа қүраушысы бойымен МҚК Ға(,
'
-7
' ■
1
: і', ^
• ]
-
.
^
?
I1'
:
*
Г
•:
!
жэне Фай ағынын тудырады. Фяч жэне Ф ,гі ағындары Ё,ч жэне Еай
ЭҚК әкеліп соқгырады, олардың эрбіреуі сэйкес магнит ағынымен жэне
токтан 90° - бүрышқа қалып отырады. Шашырау ағыны Ф,, I тогымен
#
туындайды және онымен бағытгас болады. Ё5І ЭҚК шашырауы Ф 5,
ағынынан және І тогынан 90° қалып отырады.
Барлық ЭҚК векторларын және І - гх түсу кернеуінің векторын
қосқанда, й кернеу векторын аламыз, ол генератордың сыртқы тізбегінің
жүктемесіне қатысы бар І вектор тогын ср бұрышқа озьш отырады.
й = Ё0 + Ё,ч + Ё,а + Ё,, - Іг, = Ё0 - ІІЧХ,„ - ]1ахаа |
| Іг
(6Л)
ф бұрышы генератордың активті қуатын сипаттаиды.
Р = ш^Шсохф.
мұндагы піі статор орамындағы фазалар саны.
й кернеуі мен Ё0 ЭҚК фазаларының арасындағы фазалық ығысу Өбұрышы арқылы көрсетілген, ол полюстер мен маишнаның нэтижелі
агыны өстері арасындағы кеңістіктегі
ығысуын көрсетеді. Оны
машинаның шікі бұрышы деп атаиды,
137
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сәрсенбаев
А
ЧГ
Е І5
6.7-сурет. Синхронды генератордың негізгі ЭҚК векторлық
диаграммасы
(6.7-сурет)
экк векторлық диаграммаға сәйкес аздаған
түрлендірулерден кейін якорь реакциясының әсерімен түсіндірілетін Ё аа
және Е
ЭҚК анықтауға болады:
Е ач
І*ЧХаЧ =
С08\|/,
ІІХ аа 5ІІЩ/
Еаа = - Д С^І асі
Мұндағы хач,х а(| і якорь реакциясының көлденең және бойлық
ш
индуктивті кедергісі. Е5І ЭҚК (6.7-сурет) тұрлендірілген векторық
диаграммасын құру үшін оны екі құраушыға бөледі және бұл кезде тек
абсолютті шаманы ғана ескереді, сонда
С ^ = ВҒ = Е5І 8ІП\|/ = 1х , 5ІП\|/
= Е5і С08\(/ = 1х5, со$ і|/ = 1_х
Одан
АҒ = АВ + ВҒ = Іахаа +
ҒВ = Ғ ^ +
Х5| = І„ ( Хаа + Хі, )
= 1чХач + 1чХі, = 1ч ( Хач + х„ ) = І„Хч = Еч.
Статор орамының активті кедергісін ескермей, активті-индуктивті
жэне активті-сыиымдылықты жүктемелер үшін түрлендірілген векторлық
диаграмма қүрайық (6.8а,б-суретгер).
Кернеудің және ЭҚК теңдеулері мынадай түрде болады:
ІІ = Ё0 + Ё а + Ё = Ё0 - Д „Х(1 - ІІ Х
138
Лвтоматика пементтепі мем құрьпгыіары
мұндағы *„ = ха{1 + х ,,, хц = х,ч + х,, бойымен жэне көлденең осьтерінің
синхрондЬ; индуктивті кедергілері.
Бұл кедергілер синхронды машинаның негізгі параметрлері болып
х,і
сияқты
салыстырмалы
шамаларда беріледі.
келеді жэне
Сыйымдылықты жүктсмеде Ёи ЭҚК Е0 ЭҚК бір бағытталган, себебі бұл
жагдайда якорь рсакциясының бойлык МҚК генераторды магниттендіреді,
ал индуктивті жүктсмсде карама-қарсы багытта болады.
I
I
б)
а)
6.8-сурет. Синхронды генератор ЭҚК қарапайым векторлық диафаммасы
а
—
активті инд\’ктивті. б
—
активті сыйымдылықты жүктемеде
6.5. Синхронды тахогенераторлар
Синхронды тахогенератор роторы тұрақгы магнитген жасалган бір
фазалы синхронды машина болып табылады. Тәменде 6.9-суретге төрт
полюсті тахогенератордың құрылымдық сызбанұсқасы көрсетілген.
Электротехникалық
болат
табақшалардан
жиналган
статор
ойықшаларында (2) бір фазалы орам (1) орнатылган. Статордың ішкі
қуысында
тұрақты магнит ротор (3) орналасқан.
ЭҚК
рп
Е0 = 4,44кор«*Ф0 = 4,44кор^ — Ф 0 = с,п,
•
•
. .
^
—
^
<"
ЧГ
Ш
к
Р Ф
С| = 4,44—^-і*рФ 0;к х = 4,44кор\у
о
мұндағы
2п
60
беріліс коэффициенті
^
Т
? Г Т
ГТ Т
Ж
Жш
I
» Ж1 | « I I
I
тахогенератордың
139
Н.Т.Исембергенов, Н.С.Сәрсенбаев
Осылайша тахогенератордың бос жұріс режиміндегі шығыс кернеуі
^шыг = Е0 жэне оның айналу жиілігіне пропорционал. Бірақ та тахогенератордың жиілігі — айналу жиілігінің функциясы. Осыған қарап,
жүктелген тахогенераторда реактивті 2 Н (индуктивті және сыйымдылықты) қүраушыға жэне х5| машинаның индуктивті кедергісінің орамы
жиіліктің өзгеруімен өзгереді, сондықтан да шығыс сипаттамасы
^ ш ы г = Ч П) СЫЗЫҚСЫЗ.
3
п
6.9-сурет. Төрт полюсіі синхронды тахогенератордың құрылымдық
сызбанүсқасы
Шығыс кернеу жиілігінің айналу жиілігіне қатынасы және шығыс
сипаттаманың сызықсыз болуы синхронды тахогенератордың накты
жүмыс істеуін төмендетеді. Сондықтан қүрылғының қарапайымдылығына
жэне сырғымалы түйіспелердің жоқтығына қарамастан, бүл тахогенератор
автоматты жүйелерде жиі қолданылмайды. Олар, негізінен, тек кана
шкаласы бар вольтметрге қосылған, айн/мин градуирленген түрлі
механизмдер мен машинаның айналу жиілігін өлшеу үшін қолданылады.
6.6, Синхронды қозғалтқыш тар және олардың сипаттамалары
Синхронды қозгалтқышгпардың жұмыс жасау' принциптері. Синхронды қозғалтқыштың статорын жиілігімен үш фазалы желіге қосады,
бірақ та статор орамдарымен п, жиілікпен айнымалы магнит өрісін
тудьфатын ток өтетін болады. Егер қозғалтқыштың роторын қосымша
қозғалтқыштың көмегімен п = Пі айналу жиілігімен айналысқа келтірсек
жэне түрақты ток көзінен қоздырғыш орамына кернеу берсек, онда
140
Автоматика элементтері мен құрылгылары
қосымшь қозғалтқышты ажыратқанда ротор Пі синхронды жиілікпен
айналады. Ол желіден активті қуат алады жэне электромагнитті айналу
иінкүшін демытады.
Осылайша ротор статордың магнит өрісінің айналу жиілігіне тең
жиілікпен айналады жэне айналу жиілігі тұрақты болып қалады, яғни
п = П і = С0П5І. Синхронды қозгалтқыш со§ф = 1 кезінде жұмыс істеуі
мүмкін жэне осыған қарамастан, желіден реактивті қуатты алмауы да
мүмкін, ал асқын қоздырылған жұмыс режимі кезінде (озатын совф = 0,8 )
желіге реактивті қуатты беруі әбден мүмкін. Синхронды қозғалтқыштың
ең үлкен иінкүші кернеуге тура пропорционал, ал асинхронды
қозғалтқыштарда кернеудің квадратына пропорционал. Синхронды
қозғалтқыштар, негізінен, бос ауа қуысы үлкен, анық полюсті болып
жасалады. Оларда статор мен ротор өзекшелеріндегі қосымша шығындар
асинхронды қозгалтқыштарга қараганда аз, сондықтан синхронды
қозғалтқыштарда ПӘК, негізінен үлкен болып келеді.
Қозғалтқыштың статоры синхронды генератор статорының құрылысына ұқсас. Қозғалтқыштың жіберілуін жеңілдету үшін, оның бос ауа
қуысы генераторга караганда кішкентай болып жасалады. Қозгалтқыштың полюстік ұштықтарына арнайы жіберу орамын орнатады.
Қоздыргышты, әдетте, қозгалтқыштың білігіне орнатады, ал үлкен қуатты
қозғалтқыштарды бөлек орындайды.
Синхронды машиналардың кері қайтымдылык қасиеті бар. Егер
желімен параллель жұмыс істеп жатқан синхронды генераторга
механикалық энергияны беруді тоқтатсақ, онда машина желіден қуатты
пайдаланып қозғалтқыштық режимге өтеді.
Синхронды
қозғалтқыштагы
электромагниттік
үдерістерді
зерттегенде, генераторды зерттеу эдістеріндей әдістер қолданады.
Қозгалтқыштың векторлық диаграммасын құрганда ескеретін жайт —
егер Кирхгофтың II заңы бойынша қозгалтқышқа берілген II кернеуі кез
келген уақытта қозғалтқыштың Е Ё Қ теріс ЭҚК теңестірілсе:
й = ? - І Ё к = - ( Ё 0 Ёч -ь Ёа) = —Ё0 ІІХЧ ІІйха
(6.2)
й 9І,со$ф параметрлері, мұндагы <р>0, а хч,хгі берілген шамалармен өлшенеди
Ё„ және
Ёч
векторларын
векторын аламыз. Жүктеменің
соя ф = сопДі якорь реакциясы
І)
векторымен қосып,
Е0
ЭҚК
индуктивті түрінде ( ф > 0 ) және
генераторды магнитсіздендіреді, ал
141
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
§|
қозғалтқышты магниттендіреді. Бұл I тогынан пайда болған МҚК якорь
реакциясы генераторда жэне қозғалтқышта негізгі ағынымен Ф 0 пайда
Зі' :
болған ЭҚК Е0 бағытына қарама-қарсы.
Синхронды қозғалтқыштардың негізгі сипаттамалары - жұмыстық
сипаттамалар, оларға: айналу жиілігі, иінкүш, ПӘК жэне қуат
коэффициентінің қозғалтқыштың білігіндегі қуатының қатынасы, яғни
п,М,т|,со8ф = Г(Р2) егер II = соп§і,Г = соп8*,Іқ = соп§! (6.10а,б-суретте)
жатады. Барлық режимде айналу жиілігі п = п, = 60Г/р = соп8*. Айналу
иінкүші
М = М 0 + М 2 . Бос жүріс иінкүші
М 0 =соп8і, ал пайдалы
иінкүш М 2 = Р 2 / С0 | пайдалы қуатқа пропорционал түрде өзгереді және
М = і (¥2) қатынасы сызықты сипатта болады.
л = Ш*2)
қатынасы барльщ электрлік машинадағыдай сипатта
болады. ПӘК жүктеменің өзгеруінің 0,5-Р2|ІОМ дан Р2пом дейін шектерінде, әдетте, тұрақты болып қалады. Синхронды қозғалтқыш со§ф = 1,0
кезінде жұмыс істеуі мүмкін, бірақ та, әдетте, олар озатын токтың
со8ф = 0,8-0,9 номинал жүктемеде жұмыс істейді. Осындай жағдайда
желіде жиынтық со8ф жақсара түседі.
со8 ф = I ( Р2)
қатынасының өзгеруі (6.1 Об-сурет) қозғалтқыштың
қоздыру тогына байланысты. Егер бос жүріс режимінде со8ф = 1 (1-қисық) кезінде қоздыру тогын реттесек, онда С08ф = 1 алу үшін жүктеме
кезінде қоздыру тогын ұлғайту керек. Бірақ шарт бойынша 1в = с о п 8 І,
онда жүктемеде II қалып отыратын реактивті токтар пайда болатын
қоздырылмаған режим пйда болады.
* П, М, Т| , С05 ф
С08ф
6.10-сурет. Синхронды қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамасы
142
А втоматика элементтері мен құрылгылары
Егер номинал жүктемеде со$ф = 1 (2-қисық), жүктемесі аз
қозғалтқііш желіден реактивті (сыйымдылықгы) озатын со*(-ф), ал асқын
жүктеме кезінде қалып отыратын (индуктивті) токтарды қолданалм.
Жүктеме кезінде қуаттық коэфициенттіңсохф аз өзгеруін қамтамасыз ету
үшін қалыпты қоздыру орнату қажет, ол 0,5- Р2иом тең (3-қисық).
6.7. Синхроіідь# машинаның электроіиагнитті қуаты және
аииалдыру иінкүші
Синхронды машинаның негізгі ерекшелігі болып Р, активті қуаттың
Е0 ЭҚК мен желі кернеуі I) векторлары арасындагы Ө бұрышына
тәуелділігі. Синхронды машинада статор орамының активті кедергісі өте
аз, сондыктан да бүл шаманы ескермеуге де болады. Онда қозғалтқыштың
желіден түтынатын активті қуаты Р ,= т ,ІЛ с о $ ф электромагнитті
қуатпен Рэм шамалас болады.
Рэм « Р, » Ш,ІІІ СО$ф .
ф = у -Ө
(6.3)
болгандағы (6.7-сурет) векторлық диаграммадан анық-
таимыз:
1Ч = IС0 8 у = Е„/х„ = (и *іп Ө )/хч ,
Іа = І8 Іп у = Ёа/ ха = ( Е0 - 1)С0 8 Ө)/х,, .
(6.4)
(6.4) ті (б.З)-ке койсак
Р, = Щ| ІЛ С08 (\|/ —Ө) = ІП| Ш С08 С08 Ө+ ІП, ІЛ 8ІП 8ІПӨ=
. ДШзіпӨ
л
іт Е0 -исо$Ө .
= т , II-----------С08 Ө+ т , У — ------------ «п Ө=
х„
2(
Л
11 1
1
8ІП2Ө = Р„ег + Ркос
т ' Ш * 5і о в + т ' 1’
^ ХЧ х« ;
2
мұндағы
2
'
т , II
*
Р = ——
кое
2
х-
Рнег = Ш|1? 0 8іп Ө
х«і
-
негізгі
электромагнитті
қуат,
$іп 2Ө - қосымша электромагнитті қуат
х„ '
143
Синхронды қозғалтқыштың электромагнитті иінкүші
Р,„ ш,11Е0 . л т . Ч г ( 1
М = -2!!- = —----- » 5ІпӨ + —і—
(0,
х^со,
2со,
мұндағы
М НСГ,М
негізгі
жэне
1
$іп 2Ө = М нег + М К0І, (6.5)
қосымша
айналу
иінкүші.
Электормагнитті иінкүш екі қүраушыдан тұрады. Ротор өрісі мен статор
өрісшщ өзара эсерлесуі негізгі құраушыны құранды.
М нег = т —
8ІпӨ.
(6.6)
Х „(0,
Иінкұштің қосымша құраушысы М қос,
х^^х^
болғанда якорь
реакциясы өрісінің қисықтануынан пайда болады. Бұл құраушыны
реактивті иінкүш деп атайды. Реактивті иінкүш
2( 1
1
$іп2Ө.
(6.7)
Ч х ч
Р = Г(Ө)
және М = Г(Ө)
Х« у
қатынастарын синхронды машинаньщ
қалыпты жұмыс істеуін анықтайтын бұрыштық сипаттамалар деп атайды.
6.8. Синхрондьі қозғалтқыш тың асинхронды жіберілуі
Синхронды қозғалтқыш бастапқы жіберу иінкүшіне ие емес,
сондықтан асинхронды жіберу эдісін қолданамыз. Көп жағдайда
синхронды қозғалтқьші анық полюсті болып орындалады, олардың
полюстік ойықтарына арнайы жіберу орамын орнатады. Асинхронды
жіберу кезінде синхронды қозғалтқышқа берілетін кернеу реакторлар
немесе автотрасформатор (0,3-0,5) ІІн«м арқылы төмендетіліп беріледі.
Желідегі толық кернеуге тікелей қосылу аз кездеседі (6.11-сурет).
Синхронды қозғалтқыштың асинхронды жіберілуі келесіге экеліп
соқтырады. Желіге статордың үш фазалы орамын қосқанда, синхронды
жиілік пен айналатын магнит өрісі пайда болады. Бұл магнит өрісі жіберу
орамдарында ЭҚК тудырады, ол роторда токтың пайда болуына әсер етеді.
Магнит өрісінің осы токпен арақатынасының нэтижесінде электромагнитті иінкүш туады. Иінкүш роторды қозғалысқа келтіріп, оны белгілі
бір жиілікпен қозғалысқа келтіреді (6.11-сурет).
Ротордың қоздыру орамында аса көп кернеудің пайда болуьша жол
бермеу үшін, оны іске қосу реостатына Кп жалғау керек, оның кедергісі
орамның активті кедергісінен 10-15 рет жоғары.
144
Аётоматика тементтері мен құрьшылары
Жібсру рсті келесідей (6.11-сурет): алдымен П ауыстырып қосқыіігты
п , түрше қояды және В| қосқьпхггы түйықтайды Бүл кезде ропгор п айиалу
жиілігімен айиалады, оның мәні сиихронды айналу жиілігіне жақын
болғанда щ, яғни п=0,95пі, П ауыстырып қосқышты П2 күПге
ауыстырамыз және В| ажыратып В2 қосадьі.
Ус
6.11-сурет. Синхроонды қозғалтқыштың асинхронды жіберілуінің
сызбанұсқасы
Ротордың айналу жнілігі синхрондыға өте жақын мэнге тен болғанда,
яғни п = 0,95пь қозғалтқыиггың қоздыру орамына тұрақты ток беру керек,
бүл кезде электромагнитгі иінкүш роторға үдеу береді. Соньщ әсерінен
ротордьщ айналу жиілігі статордың өрісінің айналу жиілігінің шамасьша
дейін жетеді жэне қозғалтқыш синхрондалады. Бүл кездекоздьірушы
түрақты ток аркылы пайда болған магнит өрісі қозғалтқыштың орісін
жоғарылатуға үлес қосуы керек. Керісінше жағдайда магнит өрісі білікхе
қатты механикалық толқу береді.
Айналмалы өріс тек қана іске қосу жэне қоздыру орамдарына ғана
емес, сондай-ақ барлық металл бөліктерде де ток туғызады. Жіберу орамы
асинхронды иінкүш М тудьфуына қажетгі жіберу шартгарьга қаматамасыз
ететіндей болып есептелуі керек.
145
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
6.9. Жел-энергетикалық қондыргының синхронды генераторын
есептеу мысалы
Электрлік генератордың түрі мен қүрылысын кірістегі механикалық
энергияның қуаты мен айналу жиілігіне және энергетикалық көрсеткішіне
байланысты анықтаймыз. Сондай-ақ шығыстағы электр энергиясыньщ
сапасымен де.
Энергияны өзгерткенде электр машиналық генератор жақсы
энергетикалық көрсеткіштерге салыстырмалы қуат, ПӘК, соз ф жэне т.б.
ие болу керек жэне шығыс электр энергиясының сапасымен де.
Жел энергиясына өзгертулерді жел доңғалағының көмегімен
механикалық энергияға түрлендіргенде біліктің салыстьфмалы төмен
жиілігі пайда болады (50—300 айн/мин). Айналу жиілігінің жоғарылауы,
мысалы, жел доңғалағында, қазіргі уақытта мүлдем жасалмайды.
Заманауи айнымалы ток электрлік генератор ротордың өте жоғары
айналу жиілігіне ие (500—3000 айн/мин), сондықтан да айналу жиілігін
келістіру үшін механикалық редукторлар қолданылады. Механикалық
редуктордың өте үлкен өлшемді болғандығы, бағасы, үзақ мерзімде
сақталуы және сенімділігі редукция коэффициентіне байланысты.
6.12-суретте автоматты жүктемеде жүмыс істейтін синхронды
генераторы бар жел-энергиялық қүрылғы көрсетілген. Жел доңғалағы
(ЖД) жел энергиясын механикалық энергияға, ал синхронды генератор
(СГ) механикалық энергияны электр энергиясына түрлендіреді. Жел
доңғалағы мен синхронды генератор арасында айналу жиілігін үйлестіру
үшін редуктор Р қосылған.
6.12-сурет. Синхронды генераторы бар жел-энергиялық қүрылғының
сызбанүсқасы
146
Лвтоматика элемеиттері меи құрылгылары
Жел жылдамдығының үздіксіз өзгерісі салдарынан (ВЭУ) желэнергияпық кұрылғының шығысында ток жиілігін тұрақгы түрде сақгау
керек. Осындай жағдайда кернеудің жиілігін тұрақгы ұстау жүйесі
өңделген. Синхронды генератордағы шығыс кернеу түзеткішпен В
түзетіледі, содан инвертормен И түрленеді, ол фильтр арқылы Ф өтіп Н
жүктемеде негізгі өндіріс жиілігі қалыптасады.
Желдің жылдамдығы Уж=12,6 м/с, жел доңғалағының диаметрі
Вж = 24 м, жел доңғалағының қуаты
•
^
ш
\ А
=
ү
ж
-ЕО
ж
2
•
V
3
=
Ц
---1,2•
0,42•
242
•
12.63
=
250
кВт.
Ж
£Х п • Ж ^ Ж А
О
Жел доңғалағы білігінің айналу жиілігш анықтайық:
с-ү
7-12 6
п = ----- — = --------— 60 = 70,22 айн/мнн.
ж я Б ж 3,14-24
Генератор ретінде 250 кВт қуаты бар синхронды машина аламыз.
Олардың айналу жиілігі эртүрлі болуы мүмкін, бірақ та көрсетілген қуатқа
ең аз айналу жиілігін алу керек, сондықган синхронды машинада келесі
параметрлерді аламыз: рі = 3 және пс= 1000 айн/мин.
Қазіргі жагдайда жел доңғалағының айналу жиілігі синхронды
генератордың жиілігіне сэйкес келмейді, сондықтан да редукторды жел
доңғалағы мен генератор арасьшда қоямыз. Оньщ беріліс саны мынаған
тең:
1000
=14,24.
пж 70,22
Соңғы амалға қарап мынаны айтуға болады: редуктордың беріліс
саны өте үлкен, сондықган да полюстер саны көп жэне айналу жиілігі аз
басқа генераторды аламыз, яғни рі —6 жэне пс = 500 аин/мин. Осылайша,
редуктордың беріліс саны мынаған тең:
=
і
=
пж
_
5
0
0
_
70,22
Редуктордың
Қуатгың өзп
ЖИ1Л1ПН1Ң
7.
Осыған қарап каталогтан қуаты
жоғарырақ генератор таңдап аламыз
147
Н.Т.Исембергенов, Н. С. Сәрсенбаев
6.10. Бақылау сұрақтары:
1. Ротордың курылымына қарай сннхронды машиналар кандай
түрлерге бөлінеді?
2. Егер полюстер саны р = 4 болса, онда синхронды машинадагы
ротордың синхронды айналу жиілігі неге тең Г= 50 Гц?
3. Синхронды машинадагы якорь реакцнясы дегеніміз не?
4. Синхронды тахогенератор қалай жұмыс жасайды?
5. Не үшін синхронды қозгалтқышты асинхронды іске қосады?
6. Айнымалы ток машинасының полюстер саны өзгерсе, не озгереді?
7. Синхронды қозгалтқыштың асинхронды қозгалтқыштан айырмашылығы неде?
8. Қоздыру орамы қандай қызмет атқарады?
9. Синхронды машинаның тұрақты жұмыс істеуі неге байланысты?
10. Синхронды ге не раторлардың сигіаттамаларын атап берініз.
148
Автоматика элементтері мен құрылгылары
7. АВТОМАТИКА ЖҮЙЕСІНІҢ МИКРОМАШИНАЛАРЫ
7.1. Айналмалы (бұралмалы) трансформаторлар
Айналмалы трансформаторлар АТ автоматтандырылган электр
жетектерде, аз қуатты ілеспе жүйелерде, автоматты кұрылғыларда кеңінен
қолданыс тапты. Айңалмалы трансформаторлар деп осы бұрышқа немесе
кейбір басқа функцияларға, мысалы, зіпа, соза, пропорционал а-ротордың
бұрылыс бұрышын кернеуге түрлендіретін айнымалы токты электрлік
машиналар аталады. АТ сонымен қатар геометриялық жэне тригонометриялық есептерді шешу үшін құрастырушы ретінде қолданылады.
Автоматика жүйесінде АТ белгілі бір шектелген бұрыш шегінде
ротордың бұрылу режимінде, сондай-ақ үзіліссіз айналу режимінде де
жұмыс істей алады. Барлық жағдайларда, орамдары эртүрлі жолмен
қосылған бір ғана АТ қолданылуы мүмкін.
Кұрылысы бойынша АТ фазалы роторлы асинхронды қозғалтқыш
сияқгы. Айналмалы трансформатордың статоры мен роторында, өзара 90
электрлік градусқа ығыстырылған екі орамдар орналастырылады. Ротор
дэл редукторлық механизм көмегімен бұрылуы мүмкін. Шықпалы қысқыштар санын 8-ден 6-ға кеміту үшін 7.1б-суретке сәйкес, машина ішінде
статорлық жэне роторлық орамдардың бір бағытта бірігіп жалғануы
қолданылады.
АТ құрылысы статор жэне ротор орамдарының арасындағы өзара
индуктивтілік синусоидалы өзгерісін қамтамасыз ету қажет. Дэлдік өлшеу
шкаласы бар редукторды АТ корпусына орнатады немесе оны бөлек
жасап, АТ білігімен біріктіреді.
Айналмалы трансформатордың жұмыс істеу принципі ротордьщ
бұрылуы кезінде статор және ротор орамдарының арасындағы өзара
индуктивтілік тиісінше қоздьфушы ағын арқьшы АТ орамдарына
енгізілген ЭҚК ротордың бұрылу бұрышына а қатаң тэуелді синусоидалық
заң бойынша өзгеруіне негізделген. Ол үшін машинаның ауа саңылауындағы индукцияның идеалды синусоида заңы бойынша таралуын алу
қажет. Бірақ статор мен ротор тістерінің бар болуы МҚК орамдарының
сатылы үлестірілуін шарттайды. Статор мен ротордың тісті құрылысы
нәтижесінде АТ магнитгік тізбектің өткізгіштігі кезенділікпен өзгереді,
бұл тістік гормоникалардың пайда болуын тудырады. Сонымен қатар
сызықгы емес қисық магниттелу нэтижесінде гормоникалық қанығу
туады. Бұл факторлардың барлығы индукцияның синусоидалы таралуына
кері әсер етеді.
АТ дэлдігін арттыру үшін жоғарғы гормоникалар мүмкіндігінше
элсіретіледі немесе жойьшады. Статор мен ротор орамдарында
149
Н. Т.Исембергенов, Н. С Сэрсенбаев
қысқартылған қадамды жоғарғы дэлдіктің орындалуы орамды
гармониканың әлсіреуіне немесе жойылуына әсер етеді. Әдетте, роторда
полюстік бөлгіштігі т 1/3 қадамдық қысқартылған орамдар орналастырылады, ал статорда 1/5-ке, бұл 3-ші жэне 5-ші гармониканы жояды.
св,
М
■
7 .1-сурет. Орамдарының Ы лгіленуі және айналмалы трансформатордың
қосылу сызбанұсқасы
СГг СГ 2 негізгі статорлық орам. СВ - С В қ о с ы м ш а і ы статорлық орам;
Б г Б2- косхтусты роторлық орам
—
АТ сгатор жэне ротор озекшелері жогаргы гармониканы азайту үшін,
пермаллоя табақшаларынан дайындалады. Сонымен қатар, магниттік жүйе
өте аз канығу негізінде жұмыс істейді жэне АТ айтарлықтай үлкен ауа
саңылауымен жасайды. Дайындау технологиясында муның барлығын
орындау дэлдік классы жоғары айналмалы трансформатор жасауға
мүмкіндік береді.
Статор орамын АТ айнымалы ток желісіне қосқан кезде Фгі бойлық
магниттік ағын туады. Бос жүріс кезінде ротор орамында Аі - А2 және
Б) - Б2 бүл агын Еао және Есо ЭҚК индукциялайды, бүлардың жиілігі
желі жиілігіне / тең болады, ал ЭҚК-тің әсерлік мэні ротордың статорга
қатысты орналасуына тәуелді.
'
һ'
Егер Фа магниттік ағыны ауа саңылауында синусоидалы үлестірілген
болса, онда бұл жагдайда статор жэне ротор айналасындагы иидукция
мына гармоникалық заңы бойынша өзгереді:
150
Автоматика элементтерімен құрылгылары
,
Вх = В0со$(тсх/т)$іпа>(,
мұндагк' В0 - ауа саңылауындағы индукция; т - статордың полюстік
бөлінісі.
Статор орамында Фд магниттік ағыны ЭҚК индукциялайды:
(7.1)
Есг = 4,44 Г ^к ор1Фа т ,
мұндағы үу, жэне к ор1 - орамдар саны жэне статор орамының орамдар
коэффициенті; ф
- статордың магниттік ағынының ең жоғары мэні.
Ротордың орамдарының өсі Аі—А2 статордың ограмдарының өсше
СВ,-СВ2 қарағанда қандайда бір бұрышқа а = лх0 /т ьц-ысқан деп
есептейік. Бұл кезде ағынның ең жоғары мэні, А, - А2орамымен:
ал бұл орамған индукцияланған ЭҚК-і:
Е ао = 4,44-Г\У2кор2Ф,іІІ,со8а = кЕв со«а,
(7.2)
мұндағы к = ^^-Гуу^Кдр^Ф^щ; ^ 2 жэне кор2 — орамдар саны жэне
ротор орамдарьшың орамдар коэффициенті.
Ротор орамдары Б ,-Б 2 орамдарының А, - А2 п і 2 бұрьппына, яғни,
шығыс кернеу орамдарьша
Е бо = 4,44 • Г\угКдргФ^тСОв^а - я / 2) = кЕв віп а,
Осылайша ротор орамында бос жүріс кезінде магнит ағынына
қатысты ротордың бұрылу бұрышының синусы немесе косинусына
пропорционал болатын ЭҚК индукцияланады. АТ-дэлдік класы, пайызбен
өрнектелген Ли, салыстырмалы қателік арқылы анықталады. Айналмалы
трансформаторлар төрт дэлдік класына бөлінеді: нөлдік (Аи — 0,05 /о),
бірінші (Аи = 0,05-0,1%); екінші (Аи = 0,1-0,25%); үшінші (Аи -0,25 %-тен
жоғары).
АТ жұмыс істеу режиміне тэуелді келесі типтерге бөлінеді: синусты,
косинусты, сызықгық жэне АТ құрастырғыш.
7.2. Синусты-косинусты айналмалы трансформаторлар
Айналмалы трансформатордың синустық режимде жұмыс істеуі
кезінде негізгі статорлық орам СГ,—СГ2, кернеуі ІІ=соп8І байланысты
айнымалы ток көзіне қосылады. Ротордың синустық орамы А,-А2 сьфтқы
жүктемені қамтиды (7.2а-сурет). Қосымша (көмекші) статорлық (СВ,СВ2) жэне косннустық роторлық (Б,—Б2) орамдар ажыратылған.
151
Н. Т. Исембергенов, Н. С. Сәрсенбаев
Бос жүріс кезінде ротордың сннусты А, - А2 және косинусты Бі - Б
орамдарындагы кернеу тиісінше ЭҚК-не тең:
Е АО кЕ в со $ а ; Е БО кЕ в $іп а ,
(7.3)
т.с.с. қажетгі заңдар арқылы өзгереді.
Егер синустық орамға А| - А2 қандай дабір 2 жұк жүктемені қосатын болсақ, онда орамнан
I
Ев /(2 а + 2 нагр ),
мүндағы 2 Д - тұрақты А]-А2, синустық орамның кедергісі.
V
ЛУег
: Фэ
>¥Азіпа
>ҮАзіпа
І'I
< Ф,
\ҮА соза
I
Ф
7
ЖүК
в)
7
^жүк
б)
а)
7.2-сурет. Орамды белгілеу жэне айналмалы трансформаторды қосу
сызбанұсқасы
ІА - тогы, өсі Аі - Аг орамдарының өсімен сәйкес келетін ротордың
ҒА МҚК туғызады. Бұл ҒА МҚК екі: ҒАіІ - бойлық және ҒАч көлденең
қүраушыдан тұрады. Бойлық МҚК ҒАч, А!~А2 орамында:
Е Дсі
кЕ в$іп а,
эқк
МҚК
(7.4)
пайда етеді
Аі - А і орамында
Е АЧ = к ,Е всо$а,
ЭҚК-ін индукциялайтын көлденең
магниттік ағын, мұндағы
к, = 4,44 Гмг2к 2Ф
152
(7.5)
Автомсітика элемеиттері меи қүрылгылары
ЭҚК-і
\
- V'
ө зд ік
индукция ЭҚК-і болып табылады және келесі түрде
Г Т ^ іТ г Г
> 2 1 '- '
>
*
М 1 ,
берілу?у4үмкін:
1
-
’•
+ * *
-і
; іІГ
Ш
Ё Асо82 а
Е д ,= - І Х л
А
,
жүк ^
А
мұндағы Х Ач- көлденең өсі бойынша А і-А 2 орамының индуктивті
кедергісі.
у
Көлденең және бойлық магниттік ағындар жүктемесі кезінде А і-А 2
синустық орамдарьгада:
= ^АсІ + ^Ац •
тең болатын толықс ЭҚК индукциялайды.
Соңғы теңдікті шешу нәтижесінде біз толық ЭҚК-ті аламыз:
к Е .з іп а
Ед = ----- Щ-----г— ,
1 + А а со8 а
мұндағы Аа = іХАч /(2жүк + 2 А) - қандайда бір жинақгы коэффициент.
Осылайша АТ жүктемеленуі кезінде соңғы теңдіктен көріп
тұрғанымыздай, қажетті ЭҚК синусоидалы тэуелділік өзгерісі бұзьшады,
тиісінше шығыс кернеуінің ротордың бұрылу бұрышына тәуелділігі де
белгілі бір қателікке ұшырайды. Тәжірибе кезінде ротордың көлденең
ағынынан туьшдайтын қажетгілікті жою үшін, көмекші статорлық
(біріншілік симметрлеу) немесе косинусты роторлық (екіншілік симметрлеу) орамдарға қяндайда бір кедергілер жалғайды. Біріншілік симметрлеу
үшін көмекші СВі—СВ 2 қосымша орамдарға қандайда бір аз ғана 2 .2Жүк
кедергісін қосады, нэтижесінде ротордың көлденең өсі бойынша МҚК
нөлге тең емес СВ,-СВ2 орамдары Ф ч келденең ағынға катысты
щ
трансформатордың тұйықгалған екіншілік орамын Ғч МҚК-ке қарсы
ш
бағьпталған және нэтижесіндегі
Ғч
МҚК сондай-ақ Ғч МҚК-нен
айтарлықгай азаяды. Сондықган Ф„ көлденең ағын жэне одан туындаған
қателік бірден төмендейді. Бірақ а ротор бұрылу бұрышының өзгерісі
кезінде қоздырушы орамдағы I ток өзгереді жэне берілген ІЛ кернеу
кезінде ЭҚК өзгеретін болады. Нэтижесінде синусты жэне косинусты
орамдар ұштарындағы ІІА жэне
шыгыс кернеулерінің шамасында
қосымша қателік туындайды. Осы себепке байланысты айналмалы
трансформаторларда, әдетте, біріншілік жэне екіншілік симметрлеу эдісі
қатар қолданылады.
153
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
II
У
св,
св,
1
2
I
һ-
б)
7.3-сурет. Синусты-косинусты айналмалы трансформатордың
қосылу сызбанұсқасы
а —бірініиілік симметрлеу; б —екініиілік симметрлеу
7.3. С ы зы қты айналмалы трансформаторлар
Ротордың бұрылу бұрышы мен шығыс кернеуінің арасындағы
байланыс сызықгы айналмалы трансформаторлар қолданылады.
Синусты-косинусты АТ көмегімен тек а-ның аз мэнді (0-ден екі
бағытта да 4+-50 жуық) өзгерісі кезінде ғана шығыс кернеудің сызықгы
тэуелділігін ала аламыз. Бірақ АТ қосылу сызбанұсқасын өзгерту арқылы
бұл шектерді айттарлықтай арттыруға болады.
Егер шығыс кернеуді
(7.6)
^шығ (а ) = к и 8ІПа /(1 + С со8 а ) ,
функциясы түрінде беретін болсақ, шығыс сипаттама жеткілікті дэлдікпен
сызықты болып саналғандағы шекте а бұрышының кең диапазонда
өзгерісін алуға болады, онда С = 0,52 болған кездегі жэне бұрыштардың —
55°-тан +55°-қа дейінгі шектерінде шығыс кернеудің сызықтығы 0,1 %-ға
дейінгі дэлдікпен қамтамасыз етіледі.
Көрсетілген тэуелділікті алу үшін сызықты АТ-тың екі түрлі қосылу
сызбанұсқасы, біріншілік симметрлеу (статорда) және екіншілік симметрлеу (роторда) қолданылады.
154
Автоматика элементтері мен құрылгылары
Біоінші симметрлеудің сызықты АТ-тың сызбанұсқасы 7.4а-суретте
келтірілген, мұнда Аі~А2 орамдары қысқа тұйықгалады, ал статордың
негізгі СГ 1-С Г 2 орамын тиісінше Бі“ Б2 косинусты ораммен біріктіреді
жэне желіге қосады.
Синусты роторлық орамға Аі - А2,
жүктеме кедергісі қосылған.
СГ,-СГ2 қысқа тұйықталғандықтан, көлденең ағын нөлге тең: СГі-СГ2
жэне Б і- Б 2 орамдар тізбегі үшін ЭҚК теңдеуін жазуға болады:
(
й = Ёсг + ЁА,
(7.7)
ал Аі - А2 орамдар тізбегі үшін ЭҚК-інің теңдеуі мына түрде беріледі:
Е с г + Е д = (к + кі ) ' ф аш-
Бұдан
Ест + Ед
к + к,
шығад ы.
СГі - СГ2 жэне Бі
эқк
түрде
Сондықган (7.1) жэне (7.2) есептеу нэтнжесінде
ЕСр + ЕА
(7.8)
4,44Г(\у,кор1 +те2к0р2С08а)
-------------------------------------------------------------------- ------------- --------------------------—
і жағдайда (7.4), (7.6) жэне (7.7) теңдікгерге сэйке
рамдагы келтірілген ЭҚК-і:
8ів а (®ііг + Е а )
ЕА = 4 ,4 4 Г -№ 2кор2Фаю8 і п а -
„ іКвр, +үу2коргсо5а
к“ !іпа (ЕСГ+Е4 )
1 + С •со«а
й
ғ = ЁА, былай жазуға болады:
«
ш
ы
г
=
Е
А
=
к
и
»
п
а
/
(
1
+
С
с
0
5
а
>
(
7
9
)
Егер коэффициенті С —0,52"Ю,56 болатын трансформатор жасайтын
болсақ, онда Ъ ^ к жүктемемен түйьшталған шығыс кернеуінің сызықТЫҒЫН -_3«3
приінгі
блтытптап ш егінле 0.1% -ға дей ін дәлдікте
қамтамасыз
қажет
симметрлеу
статорлық орамды (СГ, - СГ2) желіге қосады, ал қосымша статорлық
(СВі —СВ2) синусты роторлық (Аі—А2) орамдарды тізбектеи қосады. Бұл
155
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сәрсенбаев
орамдардың тізбегіне 2 жук, жүктемелік кедергісі қосылған одан шығыс
кернеу алынады.
а)
б)
7.4-сурет. Сызықты айналмалы трансформатордың
біріншілік а жэне екіншілік б симметрлеу әдісімен қосьшу
сызбанүсқасы
Екіншілік симметрлеу сызықтық АТ 2 ^ жүктемелік кедергісі
қосылған қүрьшғьшарда қолданьшмайды. Сондықган тәжірибеде эдетте
сызықты АТ біріншілік симметрлеу эдісі қолданьшадьг.
7,4. Қадамды қозғалтқыштар
Қазіргі уақытта цифрлық электронды қүрылғылар электр жетектерін
басқару үшін кеңінен қолданьшады. Электронды цифрлық құрылғылар
сигналды цифрлық түрде береді. Басқару сигналдарьш цифрлық түрде
беру қозғалтқыштардың жаңа түрі — қадамды қозғалтқыштардың пайда
болуына әсер етті, олар басқарушы сигналды унитарлық кодқа, яғни
тізбектей әсер ететін импульстерге түрлендіруге мүмкіндік береді. Бүл
жағдай жетектің сызбанүсқасын қарапайымдандырады, яғни түйықгалған
ілеспелі жетек жүйесін 7.5-суретте көрсетілгендей түйықталмаған жүйеге
ауыстыруға мүмкіндік береді. Бүл жүйенің негізгі қасиетгері қүрылсы
қарапайым (элементтері аз) жэне сигнал импульстері болмаған жағдайда
қадамдық қозғалтқыш роторының фиксациясының дэлдігі.
156
Автоматика элементтері мен құрылгылары
Ьгрілген екілік код
7.5-'
қозғалтқышы
құрылымдық
1 — коммутатор, екілік кодты циклдыққа түрлендіреді; 2 - импулъсті
күшеиткіиі; 3 - қадамды қозгалтқыиі; 4 - жүктеме
7.6-суретке сәйкес бір фазалық қадамды қозғалтқыштың қарапайым
мысалымын қадамды қозғалтқыштың (ҚҚ) жұмыс істеу принцнпін
қарастырайық. Жұмсақ магнитгі материалдан жасалған екі полюсті ротор
(2), төрт полюсті статор (1) қуысьгада айналады. Статор полюсінің бір
жұбы тұрақгы магнитті сипаттайды, полюстің басқа жұбында шү басқару
орамы орналасқан. Жұмсақ магнитгі материалдан жасалған ротор
реаюгивті болып табылады. Басқару орамында ток жоқ кезде ротор
полюстерде тұрақты магнитпен тұрақгалады. Басқарушы сұлбаның
кірісіне импульстер түскен кезде, өз басқару орамасы тұрақты токтың
кернеу көзіне қосьшады жэне тұрақгы магниттің магнит ағынына
қарағанда екі есе көп Фэ магнит ағынын тудырады.
%
7.6-сурет. Бір фазалық қадамды қозғалтқыш
Осы ағын көмегімен пайда болған электромагниттік күш әсерінен
ротор бұрылады. Басқарушы жүйенің кірісіне келіп түскен келесі импульс
басқару орамының кернеу көзіне қосады жэне тұрақгы магнит ағындарының эсерінен ротор келесі қадамға қарай бұрылады. ҚҚ анықгаитьін
ротор
қадамының
шамасы
(ұзындығы),
бір
параметрлерінің бірі
жағдаида
қозғалтқыш
157
Н.Т.Исембергенов, Н.С.Сәрсенбаев
а = 360°/2рт, немесе а = я /р т ,
(7.11)
мұндағы р - ротордың полюстер жұбының саны немесе статордың әрбір
фазаларының жұп саны; т - фазалар саны.
7.6-суретте көрсетілген қозғалтқыш үшін р = 1, т = 2, бір тактіге
бір қоздырушы орама сәйкес келеді, тиісінше қозғалтқыш қадамы а=90°.
Статор немесе роторды тұрақгы магниттері бар бір фазалы қадамдық
қозғалтқыштың қасиеті —оның басқарушы сызбанұсқасының және құрылымының қарапайымдылығы.
Іс жүзінде көп фазалы және көп орамды қадамдық қозғалтқыштар
қолданылады. (7.7-сурет). Мұндай көп фазалы қадамдық қозғалтқыштың
жұмыс істеу үдерісі келесідей. Якорь орамына электронды коммутатордан
кернеу импульстері беріледі. Осындай әрбір импульстің әсерінен қозғалтқыш роторы қадам деп аталатын белгілі бір бұрышқа орын ауыстырады.
а)
б)
в)
7.7-сурет. Якорь орамының эртүрлі фазасы кезіндегі
қадамды қозғалтқыш
Егер т орамының фазаларын 1,2,3,... кезек-кезек бір полярлы кернеу
импульстерімен қоректендіретін болсақ, онда қозғалтқыш роторы өсі фаза
өсімен 1,2,3,....ш сәйкес келетін жағдайда секірмелі түрде орын ауыстырады.
Қорытынды МҚК-ті арттыру үшін тиісінше магнит ағынын арттыру
үшін, әдетте, бір уақытта екі, үш немесе одан да көп фазаларға ток береді.
Егер бір уақытга екі фазаны қоректендіретін болсақ, онда МҚК Ғқ қортынды векторының шамасы жэне ротордың өстері, екі көршілес фазалар
өстерінің ортасынан өтетін сызьщпен беттеседі. (7.7б-сурет). Үш көршілес
фазаны бір уақытта қоректендірген жағдайда, ротор ортаңғы фазаның
158
Автоматика элемеиттері меи құрылгылары
өсімен сәйкес келетін орынға орын ауыстырады (7.7в-сурет). Егер бірде
жұп (екі), бірде тақ (үш) фазалар санына кезекпе-кезек қорек беретін
болсақ, снда ротор 2ш орнықтылық күйді қамтитын болады және қадам
л/т-ге тең. Электромагнитті қадамды қозғалтқыш екі бөліктен тұрады:
МҚК якорь орамы өстерінің арасьшдағы бұрышқа Ө тэуелді синхрондаушы иінкүш, ёӨ / й* болатьш асинхронды тоқгату иінкүші:
М = М син + М^, = М иакс 8ІПӨ+ БЙӨ/ й* .
(7.12)
Э параметрі ішкі демпферлеу коэффициенті деп аталады. Ішкі
демпферлеудің физикапық мағынасы - бұл қадамды қозғалтқышта
ротордың айналмалы ағыны мен якорь орамындағы токтың өзара әсерлесу
нәтижесінде туындайтын тежеу иінкүші. Ішкі демферлеудің жеткілкті
коэффициенті кезінде ротордың тербелісі өшеді.
ҚҚ қойылатын негізгі талап, олардың жүктеме жалғанған кезде
орнықгы жүмыс істей алуы. ҚҚ орнықгы жүмыс істеуі, ол импульстерді
жоғалтпай роторды айналдыруға қабілеттілігі.
Екі орнықтылық режимді атап өтуге болады: статикалық жэне
динамикалық.
Статикалық орньщтьшық — орньпсгы тепе-теңдік зонасымен сипатталады, яғни ротор орнықты тепе-тендік нүктесінен ауытқыса да (Мс = 0
болғанда), кері әсерлерді алып тастаған соң сол нүктеге қайтады.
Динамикалық орнықтылық —орнықты тепе-теңдік зонасымен сипатталады, бұл кезде орнықты тепе-теңдік нүктесінен ауытқыған ротор басқа
орнықты тепе-теңдік нүктесіне орын ауыстырады.
7.5. Қадамды қозғалтқыштардың жұмыс істеу режимі және
сипаттамалары
Берілген басқару импульстерінің жиілігіне тәуелді ҚҚ жұмыс режимдері келесіге бөлінеді: статикалық, квазистатикалық, орнатылған және
өтпелі.
Статикалық режим жылжымайтын магнитті өріс тудыратын фазалық
орамдардың біреуінде тұрақгы токтың ағуымен сипатталады.
Квазистатикалық режим - бұрыштық қадамның жұмысын қолдайтын
өтпелі үдеріс, келесі қадамньщ бастамасы кезінде аяқгалады.
Бұл режим эр қадамнан кейін ротордың орналасу күйін фиксациялау
қажет болатын әртүрлі механизмдерде қолданылады.
Орнатылған режим қадамдық қозғалтқыштардың жұмысы басқарушы
импульстердің тұрақты жиіліпне сәйкес келеді.
159
Н.Т.Иселібергенов, Н.С.Сэрсенбаев
Өтпелі режим қадамдық қозғалтқышты іске қосқанда, тежегенде,
реверстеу кезінде жэне бір айналу жиілігінен екіншіге өткен кезде орын
алады. Бұл режимдер ҚҚ негізгі жұмыс режимдері болып табылады.
ҚҚ іске қосу ротордың жылжымайтын күйі кезінде жүзеге асады.
Айналу жиілігі 0-ден жұмыстық режимдегі мәнге дейін секірмелі түрде
артуы алғашқыда ротордың өрістен қалып айналуымен одан кейін
жылдамдығының артып, өрістің айналу жылдамдығына жетуімен, сонан
кейін бірқалыпты мәнге ие болуымен сипатталады. Іске қосу режимінде
ротор динамикалық орньщтылық аймағында болуы қажет.
Тежелу - басқарушы импульс жиілігінің 0-ге дейін төмендеуімен
жүзеге асады.
Реверс орамдағы токтың коммутациясын өзгерту арқылы жасалады,
яғни өрістің бағытын ауыстырумен.
Қадамдық қозғалтқыштардың құрылысының, жұмыс режимдерінің
эртүрлі болуы бұл қозғалтқыштарды келесі: статикалық, шектік
динамикалық, шектік механикалық сипаттамалары бойынша бағалау
қажеттілігін туғызады.
Статикалық сипаттама — бұл электромагниттік күйдің бұрышқа
тэуелділігі. Бұл сипаттама бос жүріс жэне жүктеме түсірген кезде
квазистатикалық режимде бұрыштық қателіктің шамасын анықтауға
мүмкіндік береді.
.,
Шектік динамикалық — жүктеменің инерция иінкүші мен кедергі
иінкүшінің шамасының үйлесу жиілігіне тәуелділігімен сипатталады. Бұл
сипаттама іске қосудың шектік динамикалық сипаттамасы деп атапады.
Шектік механикалық - қозғалтқыштың мүмкіч болатын жүктеме
иінкүшінің орнатылған жұмыс режиміндегі басқарушы импульстер
жиілігіне тәуелділігімен анықталады. Бұл сипаттамалардың кескіні 7.8суретте көрсетілген, мұндағы ГІІР- үйлесу жиілігі:
ал Кб және Ь б - басқарушы орамының активті кедергісі жэне индуктивтілігі; Кқос - қосымша кедергі;
Қозғалтқыш
жұмысының орнықтылығы басқарушы импульстер
жиілігімен / ротордың еркін тербелу жиілігі арасындағы қатынасқа
байланысты:
Мшх — ең үлкен статикалық синхрондаушы иінкүш; «Ік и
инерция иінкүші.
160
•Гс -
Автоматика элементтері мен цұрылгылары
7.8-сурет. Әртүрлі жүктеме иінкүші инерциясына сәйкес келетін төрт
фазалы қадамды қозғалтқыштың шеткі динамикалық сипатгамалары
</жүк (кг см2), (1 - Ужүк = 0,012; 2 -/ж ү к^
Басқарушы импульстердің жиілігі кезінде і- > Г0 ротордың әрбір
^амы | еркін тербелістермен сипатталады, олардың амплитудасы I
ғаоылаған сайын біркелкі төмендейді. Қадамды қозғалтқыш тұрақгы
<0.3-Ю.5
жэне
(3\И
К
)<\^2
шарты
орындалуы
т
а
х
жұмыс
керек.
7.6. Тұрақты ток вентильді қозғалткышының құрылысы мен
жумыс істеу принцииі
Жартьшай өткізғішті техниканың дамуы нәтижесінде щеткалыколлекторлы бөлігі транзисторлар немесе басқа жартылай откізгішті
түйіспесіз аспаптармен ауыстырьшған, кілттік режимде жұмыс істеитін
козғалткыштарды жасауға мүмкіндік береді. Олар тұрақгы тоқпен жұмыс
тұрақгы ток қозғалтқыштары вентильді
болып табылады.
жұмыс
мұндағы 2 жарты сақиналар коллекторлары Т1-Т4 кшп транзисторлармен
алмастьфылады жэне 7.9а-суретке сай орналасу ротор датчигімен
баскарылады (ротордың орналасу датчигі РКД) Т1 жэне Т4 ашық, ал Т2
жэне ТЗ тұйықгалсын (ашық транзисторлар үзік сызықгармен бершген)
жэне тұрақты тоқ көзінен Ф,-якорьдің магнит ағыНы эсершен бұранда
ережесі бойынша тоқ өтеді. Ротордың орналасуы Ф„-негізгі ағын қоздыру
ағыны жоғары бағытгалған кезде қалыпты болады. Магнит ағыны
161
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
векторларының орналасуы кезінде роторға айналу иінкүші М роторға әсер
етеді және ротор Фн негізгі және Фя якорь агындары бір жаққа
бағытталатындай етіп бұрылуга тырысады. (7.9б-сурет)
Егер осы уақыт мезетінде РКД транзисторларды ауыстырып қосады
Т2 және Т4-ті ашып Т1 жэне Т4 -ті тұйықгасақ, орамдагы токтың багыты
қарама-қарсыға өзгереді, яғни Фя ағынын 180° градусқа бұрады.
)
Д)
7.9-сурет. Вентильді қозғалтқыштың жұмыс жасау принципі:
1 якорь орамы; 2 ротор; 3 ротордың орналасу датчигі
—
—
—
Сонымен қатар, ротор инерция бойынша 7.9 в-суретке сай Фя жэне
ф о ағындардың жаңа бағытына байланысты сағат тіліне қарсы бұрылып
М-айналу иінкүшінің эсерінен айналуын жапғастырады.
Ротор ағындар 7.9г-суретте көрсетілгендей бағытқа сәйкес келетін
күйге орьш ауыстырғанда РКД орамдардағы токтьщ бағытын бұрынғыға
7.9а-суретіне сэйкес жағдайға өзгертеді жэне ротор айналуын жалғастыра
береді.
Мұндай құрылғының кемшіліктеріне мыналар жатады: айналу
иінкүшінің біркелкі еместігі Фя ағынының 180° бағытқа секірмелі орын
аустыруы, ротордың тоқтап қалу мүмкіндігі немесе іске қосу иінкүшінің
болмауы жэне іске қосу кезінде ротордың айналу бағытының белгісіздігі.
Бұл жетіспеушіліктерді жою үшін көп секциялы орамдарға көшу керек.
162
Автоматика элементтері мен құрылгылары
Бұл транзистор санының көбеюіне және сызбанұсқаның күрделене
түсуі ^ен сипатталады.
Тііімді шешім ол, алты трнзисторлы коммутаторы бар үш секциялы
орамды қолдану, оның сызбанұсқасы 7.10-суретге көрсетілген.
Статор орамдары (1) жұлдызшалап немесе үшбұрыштап жалғанған
асинхронды немесе синхронды машиналардың орамына ұқсас үш фазалы
болып жасалады. Ротор (2) тұрақгы магниттен жасалады (ротор электромагнит арқылы қозДырылады). Суретте бейнеленген қозғалтқыштың 1 жұп
полюстері бар, (2 жэне 3 жұпты полюстілері де бар).
Жартылай өткізгішті коммутатор негізінде басқарьшатын инвертор
болып табьшады. Ол статордың фазалық А, В жэне С орамдарына РКД
ротордың орналасу датчигінен келіп түсетін сигналдарға сэйкес кернеу
береді. Ротордың орналасу датчигі жалпы жағдайда ол трансформаторлы,
сыйымдылықгы, оптикалық жэне Холл датчиктерінің бірі болуы мүмкін.
Ротордың күй датчигі РКД 3 кірісіне коммутатормен бір блокта
жасалған көмекші аз қуатгы генератордан жиілігі 5-30 кГц айнымалы
кернеу берілетін трансформатор ретінде жасалған. Бүл кернеу РКД екінші
ретгік орамдарына тасымалданады, бірақ ондағы ЭҚК ротордың бұрылу
бұрышына сәйкес күрт өзгереді.
Коммутатор транзисторы кілттік режимде жұмыс істейді. РКД
орамындағы ЭҚК 5 қалыптастырғыштардың аттас кірістеріне келіп түседі, мұндағы жоғары жиілікті сигнал коммутатордың сәйкес транзисторларын жабатын импульстерге түрленеді.
Егер (7.10-сурет) Та, Т„ жэне Тс транзисторларын ашсақ, онда статор
орамдарына олар арқылы тұрақгы ток желісінен Іі кернеуі беріледі. Бұп
кезде А жэне С орамдарында кернеудің 1/3 бөлігі төмендейді, ал В
орамында берілген кернеудің 2/3 бөлігі оғалады. Орамдар жанындағы
тілшелер орам кернеуінің багытын білдіреді, ал олардың ұзындығы осы
кернеулердің салыстырмалы мэнін көрсетеді.
7.10-суретке сәйкес 2-ротордың бұрылуы және РОД 30-электрлі
градусты, бағыттағы транзистор Тс’ сигналдардан жабылады. РКД келетін
Тс яіпыпяпы 11 кернеу орам араларында кернеу озара жіктеліп бөлінеді, 2жағдайда көрсетілгендей 7.11-суретке сай күйде болады. Мұндай жіктелу
ротордың 60° бұрылу кезінде болады, бұл жағдайларға 1-2-3-4-5-6-7, яғни
7.12-суретке сэйкес келеді. Статор орамындағы бірінші гармоникалық
кернеу үзік сызықгармен көрсетілгенін байқау қиын емес, осьшайша үш
фазалы жүйе пайда болады, нәтижесінде статор орамы айналмалы магнит
өрісін тудьфады.
163
Н. Т. Исембергенов, Н. С. Сәрсенбаев
V
+
2
7.10-сурет. Ротордың орналасу датчигі бар вентильді қозғалтқыштың
сызбанұсқасы:
1 - якорь орамы, 2 -ротор, 3 - ротордың орналасу датчигі
Сонымен, қарастырылып отырған қозғалтқыш жұмыс істеу үдерісі
бойынша синхронды қозғалтқышқа ұқсас, бірақ көптеген артықшылықтарға ие.
Бұл қозғалтқыштардың бірінші ерекшелігі ротордың қандай күйде
болмасын орналасуына тәуелсіз іске қосу моментінің болуы.
Ротордың айналу жиілігінің жоғарылауына байланысты статор
орамдарына енетін ЭҚК жоғарылайды. Бұл ЭҚК орамдарға берілген
кернеуге қарама-қарсы әсерлесетін болғандықтан орамдардағы токты
төмендетеді, тиіснше айналдыру иінкүші де төмендейді. Қозғалтқыштың
айналдыру иінкүші жүктеме иінкүшімен теңескенде ротордың айналу
жиілігі қалыптасқан мәнге жетеді. Жүктеме иінкүшінің өзгерісі тұрақты
ток қозғалтқыштарынадағы секілді айналу жиілігінің өзгеруіне әсер етеді.
Бұл кезде орамдардағы ЭҚК айналу жиілігінің жаңа мәніне сәйкес
келетіндей болып өзгереді.
Айналу жиілігінің өзгеруі коммутатордың транзисторларының
ауысып қосылуына жаңадан әсер етеді, тиісінше статор өрісінің айналу
жиілігі және онымен әрқашанда бірге синхронды айналатын ротордың
айналу жиілігінің өзгеруіне әсер етеді. Бұл айналу жиілігі де ток көзі
кернеуінің мәніне тәуелді: кернеу 0 өссе ол да жоғарылайды және
орамдарға енетін ЭҚК көбейеді.
164
Автоматика элементтері мен құрылгылары
Сонымен, қарастьфылып отырған қозғалтқышта ротордың айналу
жиілігі п және токтың жиілігі Г ток көзі кернеуінің, білікке түсетін
жүктемснің функциясы болып табылады жэне синхронды машиналардағы
секілді олармен келесі қатынаспен байланысты:
п(ІІ,М с) = 60Г/р.
(7.13)
Бүл (7.13) тәуелділігі түйіспесіз түрақгы ток қозғалтқышының ТТҚ екінші
ерекшелігі болып табылады.
7.11-сурет. Фазалық орамдардағы кернеулердің уақытқа тәуелділігі
Мүндай қозғалтқыштың үшінші ерекшелігі Ө — фазалық ығысу
Ротор мен ротордың күй
тұрақгылығы
жэне
II«
РКД
векторлары арасындағы фазалық ығысу да тұрақты. Е0 векторы Ф0
веторынан 90° қалып жүретіндіктен бұл өстердің ығысуы Ө бұрышының
тұрақтылығын көрсетеді.
7.7. Сельсиндер
Қазіргі уақытта өндірістің эртүрлі салаларында жэне автоматты
басқару немесе реттеу жүйелерінде, сондай-ақ ілеспелі жүйелерде
синхронды байланыстың индукциялық жүйелері кеңінен қолданыс табуда.
Ол екі немесе одан да көп бір-бірімен механикалық байланыспаган
біліктердін бұрыштық орьш ауыструьш өлшеуге, оны арақашықгыққа
тасымалдауға арналған құрылғылардың жүйесі.
165
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
Синхронды байланыстың индукциялық жүйелерінің негізгі көрсеткіштері келесілер больш табылады, яғни олар жиілігі тұрақгы айнымалы ток
көзінен қорекгенеді жэне біліктің бір бұрылысының аралыгында өздігінен
синхрондала алады. Мұндай жүйелердің артықшылықгары: 1) жүйе жұмыс
жасау кезінде ұшқын туғызатын коммутацияның жоқтығы; 2) жоғары дэлдік
класы (дэлдігі ең төмен махшшалар үшін қателік 2,5° жоғары емес); 3) датчикгің бұрылу бұрышьга қабылдағыш бірқальпггы орындайды; 4) түйіспесіз
датчик пен қабылдағыштарды қолдану мүмкінділігі; 5) датчик пен қабылдағыштың бірдейлігі.
Индукциялық жүйелерде датчик және қабылдағыш ретінде қолданылатьга микромашиналар сельсиндер деп аталады.
Датчик пен қабылдағыштың өзара жалғанған орамдарын синхрондағыш желілер деп, ал ток көзіне қосылған, магнит ағынын туғызушы
орамдарын —қоздыру орамдары деп атайды.
Сельсиндер бір жэне үш фазалы болып екіге бөлінеді. Сәйкесінше үш
фазалы сельсиндер қуаты үлкен жүйелерде қолданылады. Құрылысы
бойынша олар әдетте фазалы роторлы асинхронды қозғалтқыштар секілді
жасалады.
Бір фазалы сельсиндерде қоздыру орамдары бір фазалы, ал
синхрондаушы орамдары жұлдызша схемасымен жалғанған, фазалары бірбірінен кеңістікте 120° ығысып орнапасатын үш фазалы орам тэрізді
жасалады. Бұл фазалық орамдар арқылы өтетін токтар уақыт бойынша
бірдей фазаларға тең болатынын ескеру қажет. Ротор орамдарынан ток тек
қана біліктің бұрылысын орындау кезінде ғана өтеді. Бір фазалы
сельсиндер түйіспелі жэне түйіспесіз болып екіге бөлінеді.
Түйіспелі сельсиндердің ішінде ең көп таралғандары магниттік
жүйелері айқын полюсті сельсиндер. Қоздыру орамдарын (ҚО) біркелкі
таралатындай қылып жасайды, оларды статор мен ротор полюстеріне
7.12-суретте көрсетілгендей етіп орналастырады.
Бір бұрылу уақытында өздігінен синхрондалуды қамтамасыз ету үшін
сельсиндер эрқашанда екі полюсті болып жасалады. Полюстердің полюс
ұштықгары болады, олардың роторды қамтыу бұрышы 120°. Магнит өрісінің
таралу формасын синусойдаға жақындату үшін бос ауа қуысын біркелкі етіп
жасамайды, яғни полюс ұнггарьгаа қарай оларды ұлғайтады.
Жүйенің сипаттамаларына байланысты алганда қоздыру орамы
қандай бөлікте, яғни статор мен ротордың қайсысында орналасса да
бірдей. Бірақ, қоздыру орамдары статорда орналасқан сельсиндердің
синхрондаушы орамдарының тізбегінде үш сырғымалы түйіспелер
болады, ол өз кезегінде жүйенің нақытылығын төмендетеді. Мұндай
құрылыстьщ негізгі артықшылығы, ол, индикаторлық жұмыс режимі
кезінде сырғымалы түйіспелар арқылы ток тек қана үйлеспеушілік
бұрышы болғанда ғана өтеді.
166
Автоматика элементтері мен құрылгылары
Қорздыру орамдары роторда орналастын сельсиндерде сьфғымалы
түйіст. лердің саны екіге дейін азяды. Бірақ, бұл кезде щеткалар және
сақиналар арқылы қоздыру тоғы үнемі өтіп тұрады жэне жүйе ұзақ уақыт
бойы қагіыпты режимде орналасса түйіспелердің жану ықтималдығы
жоғарылайды. Қоздыру тогының мэні өте үлкен болмаған жағдайда
мұндай құбылыс өте сирек кездеседі.
ҚО
7.12-сурет. Сельсиннің сызбанұсқасы
і
•
•
•
Түйіспелі сельсиндердін елеулі кемшілігі - олардың сеншділігш
төмендететін сьфғымалы түйіспелердің болуы. Түйіспелер щеткаларға
тьпыз қысылмаған болса, олардың өтпелі кедергілері біркелкі емес жэне
үлкен болуы мүмкін, бұл кезде түйіспелердің сенімділігі төмен жэне
қателікті жоғарылатуы мүмкін. Егер щеткаларға оларды тығыз
орналастырса түйісу жақсарады, бірақ үйкеліс иінкүші жоғарылайды да
бүрышты тасымалдау қателігі жоғарылайды және түиіспелердің тозу
уақыты қысқарады.
Өтпелі кедергілерді төмендетіп және сельсиндердің жұмысының
сенімділігін артгыру үшін сақиналар мен щеткаларды күміс қоспаларынан
дайындайды.
. . . .
Дегенменде, бұл эдіс түйіспелі сельсиндердің кемшшпсгерінщ
барлығын жоймайды, сондықган қазіргі кезде түйіспесіз сельсиндер
қолданылады. Оларда түйіспелердің болмауына байланысты жоғары
нактылыққа жэне тұрақты сипаттамаларға қол жеткізуге болады.
167
Н. Т.Иселібергенов, Н. С. Сэрсенбаев
7.8. Сельсиндердің индикаторлы режимдегі жумысы
Индикаторлық режимнің негізгі мақсаты қабылдағыштың жүктемесі
айтралықтай жогары болмаган кезде бұрышты арақашықтыққа тасымалдау. Бұл кезде сельсин-қабылдагыш (СҚ) сельсин-датчик (СД) беретін
бұрышты қосымша күшейткіш немесе орындаушы құрылғылардың көмегінсіз өздігінен орындайды. Индикаторлы байланыс жүйесінің сызбанұсқасы
суретте
режимде
болады және олардың қоздыру орамдары статорда, ал роторында
фазалы орамдары бар. Егер СД роторын а бұрышқа бұрсақ, онда
бағытта
шамамен
бұрыштардың арасындағы айырмашылық
а' 9 үйлеспеушшік бұрьппы
немес бұрылыс кезіндегі қателік деп ;
Индикаторлық байланыс
жүйелерін дистанционды деп атайды.
Талдау жасау кезінде, индукция
таралған, машина қаныққан жэне оның магнит ағынын тұрақгы деп есепБұл
бұрыш
синусойдалы функциясы болып
табылады жэне датчик үшін мына түрде жазылады:
Е,
Е,
Е
т
Ещ С08
0
120
Ет С08
0
240
ал қабылдағыш үшін;
Е| = Ет со$а';
Е2 = Ет С08
120°);
Ез = Ет со8
о
240
СД пен СҚ бірдей орамдары қарама-қарсы қосылған (7.13-сурет), ендеше аттас
орамдардың ұштарьшдагы ЭҚК айырмасы:
а+а
. а -а
ДЕ, = Еі - Е| =Ет (со8 а - сов а ') = 2Ет 8Іп --------- 81П—
2
2
Автомсітика элементтері мен құрылгылары
ДЕ, = Е т [с о 8 (а -1 2 0 )-с о $ (а '-1 2 0 )] = 2Е„т «іп| а + - — 120 Івіп—;
2
2
л . ө
81П
—
^
1
^
2
4
0
°
^соз^а
—
240°
^
—
соз^а'
—
2
4
0
°^
=
2Ет
8Іп
АЕ3 = Е т
2
2
2’
3
7.13-сурет. Индикаторлы режимдегі сельсиннің жұмыс сызбанұсқасы
Сельсиндердің эр фазалық орамдарының кедергісін 2 арқьшы
белгілеп жэне байланыс сымдарының кедергісін ескермей байланыс желісі
өткізгіштеріндегі жэне датчик пен қабылдагыш роторларындағы токтарды
анықгаймыз, бұл кезде а *= а — Ө жэне Іга= Еш2 болатынын ескерсек:
1і
ДЕ,
22
Еш
а+а . Ө
---- 8111—
8ІП
2
2
2
I , = І т 8ІПІ а - 1 2 0
I , = І т 8ІпІ а - 2 4 0
г
*т'
а
5ІП
81П
V
•
—
2)
(7.14)
2
ө
(7.15)
2
шӨ
§т—
•----
2
$111
Ө
і
(7.16)
2
тоқгардың алгебралық қосындысы:
I* + І 2 + І 3 - 1 т
8ШІ а —120—~1+8іпГ а
—240°
• Ө
2
81П — =
2
п
0.
169
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сәрсенбаев
үйлеспеу бұрышының
^ а -1 2 0 °
) + 8ІпГ а-240°
ч
ч
2,
Кеңістікте шр-оіршен 120 ығысқан ротордьщ үш фазалы орамдары
арқылы өтетін токтар бір-бірінен осындай бүрышқа ығысқан магнит
қозғағыш күштерін (МҚК) туғызады. Бүл МҚК мәндері:
81ПІ а ------І + 8 ІП
Ғ , = 1 , 8 І , ( о к ор; Ғ2 = 1 , 8 І 2(вкор. Ғ3 = 1 , 8 І 3юкор
(7.17)
Бүл МҚК геометриялық қосындысы толық МҚК береді, оньщ
кеңістіктегі бағыты ротордың орналасу күйіне байланысты. Толық МҚК
екі қүраушыға жіктейді: қоздыру орамы өсімен бағытгас бойлық (Ға) жэне
оған перпендикуляр Ғ„ —көлденең қүраушьшарға.
Сельсиннің синхрондаушы иінкүші қоздыру орамының магнит ағыны
мен МҚК көлденең Ғ„ қүраушысының әсерінен ғана туындайды. МҚК
бойлық қүраушысы Ғгі иінкүпггің пайда болу процессіне қатыспайды.
Сельсин қабылдағыш үшін
Ғ„ = Ғ, $іп а'+ Ғ 2 5іп(а'-120°)+ Ғ3 8Іп(а'-240в
Түрлендірулерден кейін, яғни Ғ^ Ғ2 жэне Ғ3 орьшдарына олардың (7.17)
өрнегіндегі ток арқылы табылған (7.14), (7.15), (7.16) мәндерін қоя огырып:
Зл/2
Ғ„ = ------І т 0)Кор 8ІПӨ = 8ІП6:
к
Сельсиннің Мсин, статикалық синхрондаушы иінкүші дегеніміз Ө
үйлеспеушілік бүрышы кезіндегі қозғалыссыз күйдегі ротор білігіне әсер
ететін айналдырғыш иінкүш.
Ендеше сельсин қабылдағыштағы статикалық синхрондаушы иінкүш
М си„х = к 'Ғ аФсо8ф = к'Фсо8ф8ІпӨ немесе
М синх= М т 8ІпӨ,
(7.18)
мүндағы М т = к’ к Фсов ф; ф
ЭҚК
бүрыш. Мснн, статикалық синхрондаушы иінкүштің Ө үйлеспеушілік
бүрышына тэуелділігі синусойдалы сипатқа ие жэне роторды 180°
бүрғанда сельсин орнықгы күйде болады, себебі МСНІ„ роторды бастапқы
тепе-теңцік күйге қайтаруға үмтылады. Ротор 180 0 үлкен бүрышқа
ауытқыса сельсин орнықгы емес күйде болады, себебі Мсннж ротор
алғашқы тепе-теңдік күйге келгенше бүрьшіты жоғарлатуға үмтьшады.
Сельсиндер (со = 0) статикалық режимнен басқа динамикалық
режимде де жүмыс жасай алады, яғни біркелкі («о = сопзі), немесе
өзгермелі (ш = үаг) айналу режимінде. Сондықтан динамикалық иінкүшті
170
Автоматика элементтері мен қүрылгылары
қарастырамыз
Мд
ярр
М сии. С08
120?
немесе
(0
(7.19)
М
М ских С08
4?
жиілігі оскен сайын М „ жоғарьшайды. Әдетте, сельсиндер
жнілігі 50,400 немес 500 Гц ток көздерінен қореюгенеді.
режимде жұмыс
технологиялық себептерге (кез-келген өс бойынша роторладың бірдей
өткізгіштігі, эксцентриситетгердің болмауы, орамдардың симметриялылығы және т.б.) жэне сельсиндердің жұмыс режимдеріне байланысты.
Иінкүпггердің теңдігі
М
М._ к + Л—
(ІІ
немесе
(0
М СИЯ]( С08
4?
ёсо
М жүк+ І —
йі
ж
ү
к
бірақ
М синх
..... = М ш 8Іп Ө,
Ө< 10°.
Сондықган Мснн* М ТӨ.
Ендеше
со __
т йсо
М_Өсо8—
=
М
+
Л
—
—
Щ
лс
*УК
Үйлеспеушілік бұрышы
Ө
М жүк
09
М «"
„ С08 —
АГ
+
М жүк
гісо
(0 1 7
М га
„ С08 —
4Г
Үйлеспеушілік бұрышьгаың Ө статикалық мэні жұмыс режиміне
байланысты болатын қателікті анықтайды.
1. Стагикалық режим (со = 0). Датчиктің роторыи белгілі бір бұрышкэ
бұрьш тоқгатамьо. Кэбылдағьшггың роторы да ссш бұрышкэ бұрылуы тиіс.
М
0_в Ж
-*Л
(7.20)
ст
Мш
2. Біркелкі айналу режимі (со = сопзі). Екі ротор да біркелкі айналады
жэне үйлеспеушілік бұрышы
171
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
М ЖҮК
ӨРВ
өСТ
(7.21)
со
М т С08
С08
\ 4Г
3. Біркелкі емес айналу режимі (<а = үаг). Бұл режимде үйлеспеушілік
бұрышы екі құраушыдан құралады және ең жоғары болып табылады:
Өс т
сіш
Өн.в
(7.22)
(
М т С05
М т С08
ч4Гу
7.9. Сельсиндердің трансформаторлық режимдегі жұмысы
Трансформаторлық
режимде
сельсин датчиктен қабылдағышқа
күшеитіліп орындаушы қозғалтқышқа
жағдаиында
ЭҚК
оғары. СД роторьш Ө -бұрышқа бұраті
Ендеше сельсин қабьшдағьшітағы ЭҚК
Е і Е_ГПсо«Ө;
Е
Е т С08
Е
Е щ СОв^Ө 240
120
(7.23)
Бұл ЭҚК туғызатын токтар:
I1
1
Еі
Е ІЛ
22
22
СО8 0;
ЕШ
22
СО8ІӨ-120
(7.24)
Ет
I
С08ІӨ - 240
22
Бұл токтардың эрқайсысы сельсин қабылдағышта МҚК туғызады
Ғ, = к - І і > Ғ
к I 2> ғ
к I
(2-25)
қабылдағышта
р„ бойлық құраушысы
фазалардың МҚК қоздыру орамының өсіне проекциялары ны ң
қосындысына тең ( Ғ , , Ғ2 , Ғ3). Бұл МҚК с<
орамын қиып өтіп оларға ЭҚК енгізеді. Шьн
шыг
172
к ' ( к ! | СО80° + К І 2 СО8І20° +
к і 3 СО8 2 4 0 ° |
Автоматша элементтері мен құрылгылары
Е
'*
Е
к к ——совӨсозО0 + к —®-С08
22
22
120°
+
(7.26)
£Ш
КМСО8 0,
+ к —“ -ШІӨ - 240° )со$ 240
22
Х
}
мұндагы к’ - ІІшыг және Ғ„ат арасындағы пропорционалдық коэффициенті
7.14-сурет. Трансформаторлы режимде сельсиндердің жұмыс жасау
сызбанұсқасы
Үйлеспеушілік бұрышын өлшеудің нақгылығына байланысты
сельсин-трансформаторлар үш классқа бөлінеді.
Нақгылығы жоғары 1 класс сельсиндері ±0,25 ° нақтылықпен жұмыс
жасайды. Бұрышты өлшеу нақгылығын жоғарылату үшін дөрекі немесе
нақгы өлшеу каналдарын қолданады. Сельсин-датчиктің роторлары дөрекі
(СДЦ) және нақгы (СДН) каналдар кезінде тасымалдау саны і = 1 5 - 3 5
редуктормен байланысады.
Сондықган 0 < 1° бұрышта сельсин қабылдағыштың шығысындағы
кернеу дөрекі канал кезінде волытьщ бір бөлігін құрайда, ал нақты канал
кезінде бірнеше вольтқа тең.
Индикаторлық схема немесе ілеспелі жүйе берілетін екі бұрыштардың айырмашылығына тең бұрышты орындау керек болса, дифференциальды сельсиндерді пайдаланатын синхронды байланыс жүйелері
қолданылады. Дифференциальды сельсиндер қүрылысы бойынша үш
фазалы асннхронды қозғалтқыштар сияқгы. Синхронды байланыс
жүйелерінде дифференциальды сельсиндер екі датчиктерден келген
сигналдар арқылы жүмыс жасайтын элемент ретінде немесе екінші ретті
датчиктер репнде қолданылады.
173
Н. Т. Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
7.10. Бақы лау сұрақтары:
1. Айналмалы трансформатор дегеніміз не?
2. Синусты-косинусты айналмалы трансформатор қалай жұмыс
істейді?
з
3. Қадамды қозғалтқыш дегеніміз не?
4. Қадамды қозғалтқыштың механикалық сипатгамасы деген не?
5. Сельсин дегеніміз не?
6. Вентильді қозғалтқыш қалай жұмыс істейді?
7. Индикаторлы режимде жұмыс істейтін сельсиңдердің сызбанұсқасын салып беріңіз.
8. Трансформаторлы режимде сельсиннің жұмыс істеу сызбанұсқасын салып көрсетіңіз.
"
9. Трансформаторлы режимдегі сельсин жұмысының индикаторлы
режимнен айырмашылығы неде?
10. Қадамды қозғалтқыштың динамикалық сипаттамасы деген не?
174
Автоматика элементтері мен құрылгылары
8. ЭЛЕКТР МАШИНАЛАРЫНЫҢ ЖЫЛУЛЬЩ РЕЖИМДЕРІЖӘНЕ
ҚОЗҒАЛТҚЫШ ҚУАТЫН ТАҢЦАУ
8.1. Электр машиналарын жылыту және суыту
Электр машинасы оның жұмыс істеу кезіндегі жылу алмасуға және
жылу бөлуге қатысты алғанда күрделі нысан болып саналады. Машина ток
ағып жатқан кезде орамдардың бөлінетін жылу есебінен, сондай-ақ
айнымалы магнит ағындарының әсерінен болатын болат өзекшелердегі
жылу есебінен де жылиды. Электр машиналарындағы жылу бос ауа қуысы
арқылы желдеткішпен ауа жіберу есебінен қоршаған ортаға таралады және
статор мен ротор арасындағы бос ауа арқылы арнайы бос ауа арналарына
жіберіледі.
Машина дұрыс таңдалған болып есептеледі, егер ол оған
тапсырылған қызметтерді орындайтын болса және қызып кетпейтін болса,
яғни оның орамының оқшаулағышы мүмкін болатын шектен аспайтын
қызу температурасына шыдайтын болуы қажет дегенді білдіреді. Егерде
машина температурасы жұмыс жасау кезінде мүмкін болатын шектен
төмен болса, онда бұл машинаның толықгай қолданылмағандығын
білдіреді жэне оның қуаты мен тиісінше оның көлемі мен габариттері
жоғары болғандығы. Бұл температура мен машинаның қызмет ету
мерзіміне байланысты болады және орамдарға арналып жасалған
оқшауланған материалдардың жылуға қарсы тұра алуымен анықталады.
Материалдардың жылуға қарсылығы үлкен болған сайын машина дэл
сондай көлем мен габариттер болған жағдайдағы қуатты жоғарылата
алады. Машинаны дұрыс қолдануға қол жеткізу үшін қарқынды суыту
қолданылады (қозғалтқыштардағы генераторлардағы жэне түрлендіргіштердегі желдеткіштер; трансформаторлардағы түтіктер).
Электр машиналарында қолданылатын барлық оқшаулағыш материалдарды олардың жылуға қарсылығына байланысты келесі негізгі
мынадай кластарға бөледі:
А класы — мақгадан, целлюлоза жэне жібектен жасалған, электр
оқшаулағыш сьфлармен сіңірілген табиғи талшықты материалдар (мүмкін
болатын шектік температура гшек—120 С);
Е класы - синтетикалық органикалық пленкалар, сырлар және
талшықты материалдар (гшек=125 С);
В класы - слюдадан, асбестен жэне шыны талшығынан жасалған,
құрамында органикалық байланыстырушы заттары бар материалдар
(Гше*-130°С);
175
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
Ғ класы - тура В класындағыдай құрамында синтетикалық байланыстырушы және сіңіруші заттары бар материалдар (гшек= 1550С);
Н класы - бұл да В класындағыдай құрамында кремний-органикалық
байланыстырушы жэне сіңіруші заттары бар материалдар (гшск=150°С);
С класы — слюда, шыны, кварц, органикалық байланыстырушы
құрамдары бар немесе болмайтын керамикалық материалдар (гшек>150°С,
материалдардың физикалық, химиялық және электрлік қасиеттерімен
шектеледі).
ү.
; >
Машинадан бөлінетін жылу немесе қызу температурасы жоғалтуларға, сондай-ақ ауқымды шектерде өзгеретін оның суыту жағдайларына
да байланысты болады. Егерде өнеркәсіп орындарындағы ауаның
температурасы мен тығыздығын өзгеріссіз деп санайтын болсақ, онда
температура түрлі кеңдіктегі ашық ауада жұмыс жасайтын қозғалтқыштардың температурасы -60°С-дан +50°С-ға дейін құбылып іұрады. Әсіресе
температураның кенеттен болатын құбылуына ауа тығыздығының өзгерісі
қосылатын, авиациялық жэне ғарыштық аппаратуралардағы суыту
жағдайлары қатты өзгеріске ұшырайды. Ашық ғарышта жұмыс шстеу
кезінде суыту тек сэулелену есебінен ғана болады.
Машинаның жеке бөліктеріндегі жылу алмасу біртекті болмайды,
өйткені машинаның түрлі бөліктеріндегі суыту жағдайлары да эртүрлі
болады. Соған қарамастан жылыту мен суыту үдерістерін анализдеу
кезінде машина біртекті дене ретінде қарастырылады жэне ондағы жылу
бөліну барлық көлемде біртегіс болып жүреді.
Өзгермейтін жүктеме кезіндегі қозғалтқышты жылыту үдерсін
қарастырайық, яғни кедергінің өзгеріссіз иінкүшіндегі, тиісінше бірлік
уақытында қозғалтқыштан оөлінетін жылу иінкүшіндеп процесс.
Жылытудың дифференциалдық тецдеуі мына түрге ие болады:
АтсИ + СіІт = Осіі,
(8.1)
Мұндағы г - қозғалтқыш температурасының қоршаған орта температурасына асуы; °С; * - уақыт, С; <2 - қозғалтқышта бөлінетін жоғалтулар,
кал/с; А - қозғалтқыштың жылу беруі, кал/°С с; С —қозғалтқыштың жылу
сыйымдылыгы, кал/°С.
АтсИ қосылғышы қозғалтқыштың сИ уақытта қоршаған ортаға беретін
жылуының мөлшерін анықгады, ал Ссіт қосылғышы - осы уақыттағы
қозғалтқыштың жұтатын жылуының мөлшері.
(8.1) формуласын АтсІ*-ға бөліп, теңдеуді мына түрге келтіреміз:
С сіт
О
Автоматика элемеиттері меи құрылгыіары
оның шешімі жылудың жылулық уақыт тұрақтысы бар экспонента болып
табылады Тт=С/А [с].
Уақыт бойыниі£ қозғалтқыштың температурасыньщ өзгерісі:
(8.2)
мұндағы Тқ.ж. - орнатылған қозғалтқыш температурасының қоршаған орта
температурасынан асуы, бұл кезде <2=А-тқ.ж..
8.1-суретте (8.2) теңдеуге сәйкес, түрлі жүктемелердегі температура
өзгерісінің уақытқа тәуелділігі көрсетілген. Жылытудың мүмкін болатын
температурасына тшек, сәйкес келетін деңгейлес сол немесе басқа жүктеме
кезіндегі қозғалтқыштың қосылу уақытын 1дп анықгайды. Аз немесе тең
жүктеме кезінде қозғалтқыштың жұмыс уақыты шектелмейді.
Қозғалтқышты ажыратқанда суыту үдерісінің дифференциалдық
теңдеуі келесі түрде болады:
(8.3)
А т йі + Сйт = 0,
Мұнда жылжымайтын қозғалтқыштың жылу беруі қозғалыстағы
қозғалтқыиггікінен аз болады. Сондықтан суыту уақытының жылулық
тұрақтысы жылытудікіне қарағанда көп болады, бұл кезде олардың қатысы
Ту/Т^ қозғалтқыш құрылысына тәуелді болады және желдеткіші жоқ
жабық қозғалтқыштар үшін 0,95, сыртқы желдеткіші бар жабық
қозғалтқыштар үшін 0,45-0,55 жэне ішкі желдеткіші бар жабық
қозғалтқыштар үшін 0,25-0,35-ке тең болады.
Ажыратылған күйде қозғалтқыш температурасы (8.3) теңдеуте сәйкес
экспонента бойынша (8.2-сурет) төмендейді.
т
т
8.1-сурет. Әртүрлі жүктеме кезінде
қозғалтқыш температурасының
жоғарылауы
8.2-сурет. Қозғалтқышты
ажыратқанда температураның
төмендеуі
177
Н . Т.Исембергенов, Н. С. Сәрсенбаев
Тәжірибеде қозгалтқыпггы таңдау кезінде және олардың қызуга
төзімділігін тексеру үшін шығындарды жанама бағалау әдісі қолданылады. Бұл үшін қозғалтқыштың қызуға төзімділігін балама ток, балама
иінкүш және балама қуат әдісімен тексерсе болғаны.
Бүл жағдайда қозғалтқышта бөлініп жатқан жылу ток квадратына
пропорционалды деп саналады және ток мэнінің жылулық 'шығындарға
кететін баламаны табады, ол номиналды токтан төмен болуға тиіс.
= -1
» +
!
+ ,
Г| + * 2 +
* • - . ?
+1п
<8 4 >
мүндағы Іь І 2...ІПжэне і иі2.,Л „ —ток мэні жэне осы токтар ағып өтетін,
уақыт аралықгарының үзақгығы; Іп й қозғалтқыштьщ номинал тогы.
Егер І экв < І н теңсіздігі қанағаттандырылатын болса, онда қозғалтқыш қызып кетпейді, бірақ бүл кезде аралықтар үзақтығы, әсіресе үлкен
жүктемелер кезінде і г < ( і + 2) •Т шартын қанағаттандыруға тиіс.
қозғалтқыиггарда айналу иінкүші
онда
жүктемесін балама иінкүш әдісімен бағалауға болады:
,мЛ. + м Л 2+"- + М*4„ •
м экв =, —®
—5----- --------- ^ < М н .
—
г
э
к
в
1 1
*
,
+
*
2
1
+
•
•
•
+
*
„
(8.5)
" •
Мүндағы Мі, М2.-.МП жэне і\,і2..Лп - иінкүш мэні жэне уақыт
аралықтарының үзақтығы; Мп - қозғалтқыштьщ номиналды иінкүші.
Егер қозғалтқыштың айналу жиілігі жүмыс кезінде елеусіз өзгеретін
болса (асинхронды жэне синхронды қозғалтқыштар), онда қызу балама
қуат әдісімен бағаланады, өйткені бүл жағдайда ол айналу иінкүшіне
пропорционалды болады:
р,2*, +
+ •• • + р 5^п
РЭКВ = 4Н""“----- — ------------ М - < Р„ ,
* ,+ * 2 + • " + *„
(8.6)
мүндағы Рі, Р2...Р Пжэне *і,*2...*„ - тұтынылатын қуат мэні жэне тиісінше
уақыт аралығының үзақгығы; Рп- номиналды қуат.
8.2. Қозғалтқыш жүмысының жылулық режимдері
Жылыту жэне суыту жағдаиына тәуелді болатын қозғалтқыштың жүмыс жасау кезінде оның жұмысының негізгі үш: ұзақ уақытты, қысқа
уақытты жэне қайталама қысқа уақытты режимдерін бөліп көрсетуге
болады.
178
Автоматика элемеиттері меи құрылгылары
Үзақ уақьпты деп қозғалтқыштың жұмыс уақытында оның қызу
температурасы мүмкін болатьга мәнге жетпейтін режимді айтады (8.1суреттегі С?з режимі). Мұндай режим і > (3^-4) Тт- болғанда орындалады.
Қысқа уақытгы деп қозғалтқыш жұмысының уақытында оның температурасы орнатьшған мэнге жетпейтін, ал үзіліс уақытында температура
қоршаган орта температурасына дейін томендейтін режимді айтады.
Мүндай режимдегі температуралық қисық түрі 8.3-суретге келтірілген. Әдетте, қысқа уақыттық жүмыс режимінің қозғалтқыштарына арналған каталогтарда оның қосылуының мүмкін болатын уақыты көрсетіледі.
8.3-сурет. Қысқа уақытгы режим
Егер үзақ уақытты жүмыс режиміне есептелген қозғалтқьші қысқа
уақытты режимде жұмыс жасайтын болса, онда ол жүктемелік иінкүшті
номиналдыдан асырып жібереді жэне үлкен куатты номиналдьн-а
қарағанда, қысқа уақытга тарата алады. Қосылу жағдайының ұзақгығы *в
термиялық қайта жүктемелеу коэффициентінің комегімен анықгалады, ол
қысқа уақыттық режимде (Ц, ұзақ уақытгы режимдегі номиналды жоғалтуларға
қатысты алғандағы қозғалтқыштағы жылытуға кететін
шығындардан қанша есе асуға болатынын корсетеді.
Рт = « V
= Ч * . / т дп •
(8 7 )
Ендеше
хДП = т^К.Ж.І*
(1 - е"’*'0' /Тт /I ’
(8.8)
■.
(8.7) теңдеуін (8.8) теқдеуіне қоя отырып және алынган теңцеуді хдоп
қысқартып, мынаны аламыз:
Рт = 1 / ( і - е - ,«“ '1* ) ,
(*•»)
179
Н. Т.Исемвергенов, Н. С. Сэрсенбаев
осыдан
*КОс=Тт 1 П - Ь _ .
Р т -1
Қайталама-қысқа уақытты деп қосылу жагдайының уақытында *кос
қозғалтқыш температурасы орнатылған мәнге жетпейтін, ал ұзіліс
уақытында *үі қоршаған орта температурасына дейін төмендеп үлгермейтін
режимді айтады.
8.4-суретте қайталама - қысқа уақытты режим кезіндегі температура
өзгерісінің қисығы көрсетшген.
8.4-сурет. Қайталама - қысқа уақытты режим
іқос —қосылу жагдайындагы қозгалшқыш уақыты ;
і1{—цикл үзақтыгы.
—үзіліс уақыты;
Бұл режим, эдетте, пайызбен өрнектелетін қосылу ұзақтығы (ПВ) деп
аталатын салыстырмалы коэффициентпен сипатталады:
ПВ = - ^ - 1 0 0 [ % ] .
(8.10)
Өнеркәсіптік борттық қозғалтқыштардың қосылу ұзақгығы 15,25
немесе 40%, көбінесе авиациялық қозғалтқыштар үшін үш -түрін шығарады, ПВ=10%(кейде ПВ=1,5%).
Егер жылыту мен суытудың уақыттық тұрақтыларын Тт-ға тең деп
алатын болсақ, онда термиялық жүктемелердің коэффициенті келесі
теңдеумен анықталады:
1 _ е~*^/тг
1 _ л - , КОС/Т Т
180
Автомсітика элементтері мен құрьпгылары
8.3. Жүктеме иінкүштерінің түрлері
Өндірістік механизмді қозғалысқа келтіретін қозғалтқыш жұмысын
қарастырған кезде, ең алдымен қозғалтқыштың механикалық сипаттамалары өндірістік механизмдерінің сипаттамаларына сәйкестігін
қаматамасыз ету қажет. Сондықган жобалауды дұрыс жасау және электр
жетегін дұрыс пайдалану үшін осы сипаттамаларды білген жөн.
Жүктемелік иінкүш пен (кедергі иінкүші) айналу жиілігінің арасындағы
тәуелділік Мс=£(\ү) өндірістік механизмнің механикалық сипаттамасы дегі
атапады.
Қозғалтқыш жүктемелік иінкүшті, яғни оның білігіне келтірілген
жүктемелік иінкүш пен кедергі иінкүшінен Мс жэне қозғалтқыштың өзінің
үйкеліс иінкүшінен құралатын иінкүшті жеңе алуы керек. Түрлі өндірістік
механизмдер эртүрлі механикалық сипаттамаларға ие болады. Кейбір
жағдайларда жүктемелік иінкүш кездейсоқ шама болып табылады.
Соған қарамастан жүктеменің көп түрлілігін айналу жиілігі немесе
механизмнің бұрылу бұрышына тэуелді болатын иінкүш өзгерісінің
сипаттамасы бойынша жүйелеуге болады жэне бірнеше типтік заңдылық
түрінде көрсетуге болады.
1. Айналу жиілігіне шамасы бойынша да таңбасы бойынша да тәуелді
болмайтын жүктемелік иінкүш, яғни тұрақты иінкүш (8.5а-сурет);
Мс=соп8І. Жүктеменің мұндай түріне мысалы ретінде жүктің көтерілуі мен
түсуі; жылжымалы материалдың тұрақгы көлемінің конвейерлерін алуга
болады.
2. Жүктемелік иінкүштің тағы бір түрі құрғақ үйкеліс иінкүші болып
табылады (8.5б-сурет), ол шамасы бойынша өзгеріссіз, бірақ айналу
жиілігінің бағытына қарама қарсы бағытталған: Мс=Мсзі§п\үс болады. Аз
қуатты ілеспелі жүйелерде жэне электр жетектерінде бұл түрі негізгі
болып табылады.
Вентильдер, дроссельдер, температураны автоматты реттеу жүйелеріндегі клапан, газ бен сұйықтық шығынның, кейбір станоктардың
винттері, потенциометр щеткалары және т.б. құрылғылардың жетектері
үйкеліс иінкүшімен анықталады.
3. Тұтқыр үйкеліс иінкүші деп Мс=к\үп жүктемелік иінкүшін айтамыз
(8.5в-сурет), мұндағы к - пропорционапдық коэффициент. Мұндай сипаттама, мысалы, тұрақты ток генераторының жетегінде болады.
4. Жүктемелік иінкүштің айналу жиілігіне тэуелділігі, мысалы,
желдеткіштің ортадан тепкіш насостың, эуе винтінің иінкүші 8.5г-суреттс
көрсетілгендей тэуелділікте болады. Мұндай жүктемелік иінкүшті Мс—к\ү
формуласымен сипаттайды, мұндағы п=1,7—2,05 жэне оны желдегкішгік
деп атайды.
181
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сәрсенбаев
5. Егер жүктемелік иінкүш механизмінің бұрылу бұрышына (3 және
оның орналасуына тәуелді болатын болса, онда мұндай иінкүшті
позициялық деп атайды. Сипатгамалық жүктеме ретінде радиолакационды
антеннаны алуға болады, оның кедергісі мен иінкүші желдің бағытына
қатысты орналасуына байланысты болады (8.5д-сурет). Сондықтан
механизмнің бұрылу бұрышының кейбір диапазондарында позициялық
иінкүш кері мәндерді қабылдауы мүмкін, яғни қозғалтқышқа антеннаны
айналдыруға көмектеседі. Механизмдердің осы типіне ұшу аппараттарының рульдерінің жетектері жатады, олардың кедергілік иінкүші
шарнирдегі рульдің ауытқу бұрышына тэуелді болады және шарнирлік
иінкүш деп аталады.
6. Егер автоматика жүйелерінің жетектеріндегі жүктемелік иінкүш
жылдамдыққа Мд=І(ё\ү/ё1) байланысты болатын болса, яғни өтпелі
үдерістің ұзақгығына байланысты болса, онда мұндай иінкүш динамикалық деп аталады. Динамикалық иінкүш қозғалтқыш білігіне келтірілген
барлық инерция иінкүштерінің қосындысына жэне осы біліктің р і
үдеуіне тэуелді болады. Мысал ретінде жүктемелері эртүрлі ілеспелі
жүйелерді айтуға болады.
д)
8.5-сурет. Жүктеме иінкүштерінің түрлері
182
Автоматика элементтері мен құрылгылары
Көшіру станоктары мен бөлшекті берілген профилі арқылы өндеу
бойьгаша бағдарламалық басқаруы бар ілеспелі жүйелер үшін супорттың
немесе уақыт бойынша алынған станок кареткасының сызықгы орын
ауыстыруының кестесін құруға болады, содан соң графикалық дифференциалдау арқылы орын ауыстыру мен күшейту жылдамдығының қажетті
сипаттамасын алуға болады.
8.4. Қозғалтқышты таңдау бойынша жалпы мағлүматтар
Қозғалтқышты таңдау - бүл автоматика жүйесін жобалаудың
маңызды кезеңдерінің бірі болып табылады. Қозғалтқыш, бір жағынан,
күшейткіш каскадтарының типін, параметрлерін және қуатын немесе
энергия көзінің қуатын жэне іске қосуды ретгеуші аппаратура қуатын
анықгайды, ал, екінші жағынан, осы жүйенің динамикалық қасиеттерін
анықгайды. Жүйенің қозғалтқыш секілді құрылымдық элеметінен басқа
ешқандай да басқару жүйесі, ешқандай түзеткіш құрылғылар механизмге
қажетгі айналу иінкүшін, жылдамдықты және күшейтуді тудыра алмайды.
Қозғалтқышты оньщ келесі көрсеткіштеріне: токтың түріне байланысты, номиналды кернеуіне, қуатына жэне айналу жиілігіне, сипаттамасының қатаңдығына, реттеуші қасиетгеріне жэне т.б. қарап таңдайды.
Құрьшғысы жэне басқаруы бойынша қарапайым, сенімді жэне қуаты,
көлемі, бағасы аз болатын қозғалтқышты таңдауга ұмтылу керек. Сонымен
бірге қозғалтқьші тольнымен автоматика жүйесінің жэне оның
қызметтерін орыңдауды қамтамасыз ету қажет.
Қысқа түйықталған роторы бар асинхронды қозғалтқыштар құрылысының қарапайымдылығы жэне тасымалдаудағы сенімділігі жағынан
тиімді болып келеді. Олардың көлемі тұрақгы тоқ қозғалтқыштарының
көлемінен 1,5-2 есе аз болады. Одан басқа, бұл қозғалтқыштарды
айнымалы ток көздеріне қосуға болады. Асинхронды үш фазалы
қозғалтқыштарды қосу жиілігі аз болғанда, айналу жиілігін реттеу қажет
болғанда автоматтандырылған жетек жүйелерінде қолданады. Айнапу
жиілігі терең реттейтін жетеюгерде немесе қуаты 500 Вт-тан аспайтьш
ілеспелі жүйелерде екі фазалы қысқа тұйықгалған асинхронды қозғалтқыштарды қолцанады.
Қуаты үлкен, айналу жиілігін реттеу диапазоны шектелген
құрьшғылардың жетектерінде фазалы роторлы асинхронды қозғалтқыштарды қолданады.
.
Қуаты орташа жэне жоғары автоматика жүйелеріндегі жетектер үшін,
қатаң снпатгамаға ие жэне жоғары жүктемелік мүмкіндіктер мен
энергетикалық көрсеткіштерге ие үш фазалы синхронды қозғалтқыштарды
қолданады.
183
Н. Т.Иселібергенов, Н. С. Сэрсенбаев
Айналу жылдамдығын қажет етпейтін, автоматиканың аз қуатты
аспаптары жүйелеріндегі жетектер үшін реактивті жэне гистерезисті
синхронды қозғалтқыштарды қолданады.
Тұрақты ток қозғалтқыштарын токтың негізгі түрі ретінде тұрақты
ток алынатын жағдайларда қолданады. Осыған ұқсас жағдайларда
механизмдерді қозғалысқа келтіретін қозғалтқыштар ретінде, сондай-ақ
электрогидравликалық жүйелердегі сорғы жетектері үшін тізбекті,
параллельді жэне аралас қозуы бар қозғалтқыштарды қолданады.
Тасымалдаудың ерекше қиын жағдайларында (жарылыс қаупі бар
орта, ашық космос жэне т.б.), сондай-ақ сенімділікке жэне радиобөгеуліктерге деген жоғары талаптар қатарында тұрақгы токтың түйіспесіз
қозғалтқыштарын (винтті қозғалтқыштар) қолданады.
Сандық басқаруы бар автоматика жүйелерінде токтың негізгі түрі
ретінде жиілігі 50 Гц болатын айнымалы ток алынады, бірақ жылжымалы
нысандарда жоғары жиілікті (400-500 Гц) токтарды қолданған жөн,
өйткені бұл аппараттардың көлемі мен габариттерін азайтуға көмектеседі.
500 В-қа дейінгі кернеулер диапазонында айнымалы ток қозғалтқыштары үшін біршама жоғары кернеуді қолданған жөн, өйткені бұл дәл
сондай қуаты бар токтың төмендеуіне алып келеді.
Қозғалтқыш қуатын таңдау, ереже бойынша, сатылы түрде
жақындату әдісімен жүргізілетіндігін ескерген жөн.
8.5. ¥ за қ уақы тты жүктеме кезінде қозғалтқы ш ты таңдау
Тұрақты жүктеме. Жүктеме білігіндегі кедергінің тұрақты иінкүші
М (мысалы, үйкеліс иінкүші) мен айналу жылдамдығы (\үс немесе п^)
белгілі болған жағдайда, редуктордың ПӘК-і беріледі жэне қозғалтқыш
қуаты мына формула бойынша анықталады:
Р = М се>с / тіред [Вт],
мұндағы Мс - Н-м; сос — рад/с.
Одан басқа, қозғалтқьші қуатьш келесі формула бойынша да
анықгауға болады:
Р = 1,028Мспс / т|ред [Вт],
мұндағы Мс — кГм; пс - айн/мнн.
Анықгама бойынша номиналды қуаты Р„> Р болатын қозғалтқышты
таңдайды. Оның номиналды айналу жылдамдығына байланысты редукторының жалпы беріліс қатынасын анықтайды іред=п„/пс және редуктордың
кинематикалық сұлбасын құрастыра отырып, оның ПӘК-ін есептейді.
184
Автоматика элемеиттері меи құрылгылары
Егер бұл ПӘК есептеудің басында берілгеннен ерекшеленетін болса, онда
қозғалтқьпн қуатын нақтылау қажет.
Егер таңдалған қозғалтқыш ұзақ уақыптық жұмыс режиміне
есептелетін болса, онда ұзақ тұрақгы жүктеме кезінде оның қызу және
қайта жүктемелеу мүмкіндігін тексеру қажеттілігі болмайды.
Айнымалы жүктеме. Егер жүктеме тұрақгы болып қалмаса, онда
қозғалтқыпггың қуатын жүктемелік диаграмма арқылы анықгауға болады,
ол жүктемелік иінкүштің уақытқа тәуелділігін көрсетеді. Бұл кезде
асинхронды және тұрақгы тоқ типті қозғалтқыш қуатын таңдауда
айыр машылықтар болады.
Асинхронды қозғалтқыштардың айналу жиілігін жүкгемелік иінкүш
өзгерген кезде тұрақты деп алуға болады. Онда, балама иінкүш әдісін
қолдана отырып, қозғалтқышқа қажетті қуатты мына формула бойынша
анықтайды:
Р —Мэкв ©»/ Лрел,
мұндағы М мах-ды (8.5) формула боиынша табамыз, ал қозғалтқышты
каталогтан таңдаймыз.
Қозғалтқыштың айналу жиілігі жүктемелік иінкүш өзгерісіне
байланысты кенеттен өзгереді. Сондықтан қозғалтқыштың қажетті қуатын
келесі формула бойынша есептейді:
Р = М*экв п
“ оркв
1
1
мұндағы
( 8 . 11)
сооркв —айналу жиілігінің орташа квадратгық мэні.
а>і, со2,... со„ мәндерін қозғалтқыштың механикалық сипаттары
бойынша анықтайды.
Қозғалтқышты таңдап болған соң, қозғалтқыштың ең үлкен айналу
иінкүші оның иінкүш бойынша алынған қайта жүктемелеу коэффициентінің номиналды иінкүшімен байланысты екендігін ескере отырып,
оның қаншалықты үлкен кедергі иінкүшіне қарсы тұра алатындығын
тексеру қажет.
Асинхронды қозғалтқыштар үшін X»,-1,8-2,5, синхронды қозғалтқыштар үшін К г 2,5-3,0 тұрақгы ток қозғалтқыштары үшін К = 2,0-5,0.
185
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
8.6. Қысқа уақыттық және қайталама —қысқа уақыттық жұмыс
режимдеріндегі қозғалтқышты таңдау
Қысқа уақыттық режим. ¥зақ уақыттық жұмыс режиміне арналған
қозғалтқыш, қысқа уақыттық режимде қолданылған кезде асқын
жүктемеленген болуы мүмкін. Егер (қос уақыт аралығында қозғалтқыш
айналу иінкүшін өсіру керек болса, онда қозғалтқыштың үзақ уақыттық
режиміндегі баламалық иінкүші:
Мэкв М/рь
мүндағы ре - термиялық жүктеме коэффициенті, ол (8.9) формула бойынша анықгалады.
Екінші жағынан, балама иінкүш Мэкв таңдалып алынатын қозғалтқышты оның асқын жүктемелену шартына мүмкіндіктері бойынша бағалағанжөн:
*
Мэкв М/ )»м.
Осы екі балама инкүш Мэкв-ті мәндерінің үлкенін қабылдайды және
сол бойынша М„>МЭКВтаңдау жасалады.
Егер қозғалтқыш асинхронды болса, онда міндетгі түрде оны іске
қосылу иінкүші бойынша тексеру қажет, яғни М іСке.қос>М .
Қайталама - қысқа уақыттық режгім. Бүл режлмде жүмыс жасайтын қозғалтқыштарды іқос уақытында жэне қосылу үзақгығы ПВ бойынша
айналдыру иінкүшін М қамтамасыз ететін шарт бойынша таңдайды.
Бүл шамалар қозғалтқышты каталог бойынша таңдауға мүмкіндік
береді. Егер есептелген нақгы I мэні стандартты ПВ-н ерекше болса, онда
І^экв = М^/ПВф / ПВ^р ,
жэне қозғалтқышты М„>МЭКВ шартынан анықгайды.
Егер қозғалтқыиггы қозғалтқыштар каталогынан таңдайтын болса,
онда эквивалентті иінкүшті термиялық жүктемелеу (8.7) коэффициентінің
көмегімен анықталады:
Мэкв « М/р.
Алдыңғы жағдайдағыдай, қозғалтқыштың жүктемеленуін иінкүш
бойынша жэне іске қосылу иінкүші бойынша тексереді.
8.7. Орындаушы механизмнің бүрылу бүрышына тәуелді
жүктемелік иінкүштегі қозғалтқышты таңдау
Орындаушы механизмнің бұрылу бұрышына тэуелді жүктемелік
иінкүш кезіндегі қозғалтқышты таңдауда орындаушы механизмнің бұрылу
бұрышына Мс Щ РЬ) тэуелділікті тексереміз.
186
Автоматика элементтері мен құрылгылары
Каталогты қолдана отырып, қозғалтқыиггың орташа аиналу
жылдамдығы соор қабылдайды жэне орындаушы механизмнің орын
ауыстыруының орташл жиілігін біле отырып, редуктордың жалпы берілу
қатысын анықгайды 1,*.,. Редуктордың кинематикапық сұлбасын алдын ала
белгілеп, редуктордың ПӘК-ін бағалайды жэне редуктордағы бұрылу
бұрышының Өс жоғалтуларын есепке ала отырып, қозғалтқыш білігіне
келтірілген Мс' кедергілік иінкүшінің тэуелділігін құрады:
м; (өс)= мс/(іредЛред) •
(8Л2>
Қозғаптқышты жүргізетін орташа қуатты есептейміз:
р 0Р= м ; ршор, [Вт].
Егер орындаушы механизмнің орын ауыстыруы кезінде кедергі
иінкүші таңбасын өзгертетін болса, онда (8.12) теңдеуіндегі соңғысының
орнына оның орта квадраттық мәнін қойған дұрыс.
Стандартты Р„р қуаты бар қозғаптқышты таңдайды, ол қуаты
жағынан оның жұмыс режимін есепке алғанда Рор қуатына жақын болады.
Егер қосылудың нақгы ұзақгығы каталогта көрсетілген, стандарттьщан ерекше болса, онда қозғалтқыштың есеігпк қуатын Ррасч термиялық
жүктемелеудің Рф нақгы коэффициентін ескере отьфып өзгертуге болады:
мүндағы рсг - стандартгы қозғалтқыш есептелген термиялық жүктемелеудің деңгейі.
Бүл кезде асинхронды қозғалтқыштар мен аз қуатты тұрақгы ток
қозғалтқыштары үшін міндетті түрде МСШ
Яі-тан асатын іске қосу және
жүктемелік (X,, М„) иінкүштерінің жеткілікті екендігін тексереді.
Қарастырылған жағдайда орындаушы механизмдердің бір шеткі
жағдайдан екіншісіне орьш ауыстьфу уақытын есептеу қажет. Мүндай
есепті шешуді орындау, әдетте, айналу жылдамдығы айналу иінкүішнің
өзгерісі кезінде кенеттен ауысатын, тізбекті тұрақгы ток қозғалтқыштарын
қолданған кезде өте маңызды болып табылады. Мұндай есептеуді келесі
эдістеме бойынша жүргізуге нұсқау беріледі.
Мүндай құрылғыларда қозғалтқышты іске қосу мен тоқгатудың
үзақтьны оның айналуының толық уақьпъшың тек сәл бөлігін ғана алады,
өтпелі үдерістерді ескермеуге болады жэне қозғалтқьші дамытатын
айналу иінкүші кез келген уақыт мезетінде қозғалтқыш білігіне түсетін
кедергі иінкүшіне тең болады: М =М 'С. Есептеу үшін М"с тэуелділігінен
басқа қозғалтқьшітың механикалық сипаттамасы қажет. о>—Г(М).
М 'С=€(ӨС) жэне ш=Г(М) сипаттамалары бойынша со=Г(Өс) тэуелділігін
қүрады жэне сол бойынша кері тәуелділікті (1/ю)= С(Өс) есептейді жэне
187
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
құрады. со/іред -сі Өс/ ЙІ теңдеуінен механизмнің 0 нүктесінен Өс бұрышына
орын ауыстыр>ының уақыт бөлігі келесіге тең болатындығьга анық
көреміз:
мұндағы 8-1/со қисығымен және Өс өсімен шектелген аудан; \ і х және Це оо
сэйкес өстер бойынша масштабтар.
ӨСі ,ӨС2 ?Өс3 және т*б бұрыштарының тізбекті мәндері үшін
есептеулер жүргізе отырып, і=Г(Өс) бұрыштан орын ауыстьфуының барлық
уақыттық тэуелділігін табады.
Егер есептеу нэтижесі кезінде, механизмнің орын ауыстыру уақыты
берілгенді қанағаттандырмайтын болса, онда тиісті редуктормен
қозғалтқыш қуатын қайта есептеуге кіріседі.
*=Г(ӨС) жэне М=Г(Өс) сипаттамалары бойынша айналу иінкүші
өзгерісінің М с п!(4) қисығы арқылы интегралдай отырып жэне желінің
кернеуін өзгеріссіз деп алып, энергия шамасын табамыз А=и|і(1)й(, ол
орындаушы механизмнің орын ауыстыруына қажет болады.
8.8. Ілеспелі жүйелер үшін қозғалтқы ш ты таңдаудың
қарапайым әдісі
Автоматты басқару жүйелерінде жүктеме уақыттың кездейсоқ
функциясы болып табылады. Мысалы, радиолокациялық антеннаның
ілеспелі жүйелері, көрініп тұрғандай, қозғалтқыш білігіндегі кедергі
иінкүші жел жылдамдығымен жэне оның бағытымен анқталады, ал
қозғалыстың қажетті параметрлері (бұрыштық айналу жылдамдығы және
лездік жылдамдық) ұшып бара жатқан ұшақтың бағыты мен
жылдамдығына, сондай-ақ оның стансадан шалғай орналасуына тэуелді.
Сондықтан кедергі, тоқ жэне айналу жылдамдығын сондай-ақ қозғалтқыш
қуатын есептеу жақын сипатгамаға ие. Мұндай қозғалтқыштардың
жұмысқа кеткен уақыты мен қуатының сирек емес түрдегі қоры белгілі бір
түрде орта жэне балама мәндерді жоғарылатады.
Қуаты үлкен қозғалтқыштарды таңдау
автоматиканың борттық
жүйелерінде жетектің габариттік өлшемдерінің жоғарылауына, энергияның артық жұмсалуына алып келеді. Ал, екінші жағынан, бұл жүйенің
динамикалық қасиеттеріне кері әсер беруі мүмкін, себебі қозғалтқыштың
артық қуаты оның роторын қозғалысқа әкелу үшін жұмсалады.
188
Автоматика элемеиттері меи құрылгылсіры
Төменгі қуатқа ие қозғалтқыштарды таңдау, бұл апатқа ұшырау,
жұмыстың тоқгатылуы, «шеттік» жүктеме уақытында ілеспелі жүйенің
жіберілмеген келісіміие алып келуі мүмкін.
Қозғалтқышты таңдаудың қарапайымдылығы статикалық жұмыс
режиміндегі Мс кедергі иінкүшінің шамасында жэне сос жүктеме білігінің
айналу жылдамдығы бойынша жасалуы мүмкін:
Р = (1,2 *2,5) Мс о с [Вт],
мұндағы Мс - Н*м; сос- рад/с; 1,2*2,5 - лездікті құру үшін қажет болатын
қуат қоры.
1. Табылған Р қуат жақын мәнге ие қуаты бар қозғалтқыштарды
таңдайды.
2. Қозғалтқыштың номиналды айналу жылдамдығы п„ бойынша жэне
анықтаиды
®ред
®н ^ ® с т а х ’
мұндағы (о„=0.1 п„.
таңдаиды
Іред саты бойынша орналастырады және ПӘК-і х\рел мен қозғалтқыш
білігіне келіп түсетін редуктордың инерция иінкүшін 3 реданықгайды.
4.
Редуктор (іред ; ііред және 3 ред) қозғалтқышының ( і к) берілгендрі
бойынша жүктеме білігінің орта квадраттық жылдамдығына берілген
жүктемелер (Мс жэне | с) бойынша қозғалтқыш білігіндегі балама
иінкүшті анықтайды:
М экв
у^редЛред у
^
і2редчред
..
+
+ ^ред
е- ор кв і2ред“
Егер МЭКВ<МН, қозғалтқыш дұрыс таңдалған болады, болса, мұндағы
М„ — қозғалтқьшітың номинал иінкүші.
8.9. Қуаггы есептеу мен электрқозғалтқышты таңдау мысалдары
Орташа шыгындар әдісімен айньшалы жүктеме кезіндегі қуатты
есептеу мен электр қозгалтқыштарын таңдау.
Электр қозғалтқыштарының қуатын есептеудің тәртібі келесідей
болады.
Берілген статикалық жүктеме бойынша алдын-ала электр қозғалтқыш
тандалады және жүктемелік диаграмма құрылады, ол арқылы орташа
шығындар әдісімен электр қозғалтқыштың қажетгі қуатын анықтайды.
189
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
Егер қуаттың алынған мэні алдын ала таңдап алынған шаманың мәнінен
ерекшеленбесе, онда есептеу дұрыс жэне таңдалған электр қозғалтқыш
қызу талаптарын қанағаттандырады дегенді білдіреді. Қажет болған
жағдайда электр қозғалтқышты мүмкіндіктеріне жэне іске қосу шарттары
бойынша тексереді.
Орташа шығындар әдісінің маңызы жүктеменің берілген кестесімен
орташа шығындарды Дрор табу және оларды алдын ала таңдалған электр
қозғалтқыштың номиналды шығындарымен Арном салыстыру болып
табылады жэне келесі шарт орындалу тиіс: Арор ^ 4 р ном .
Электр қозғалтқыштағы бір циклдің орташа шығындары келесі
формула бойынша анықгалады:
Д р,-*1+Др2-*2 +....Дрп - іп
ДРор = ----------- .
,
------------ •
11 + 12 +
мүндағы Ар19Ар2.... Арп - жүктемелік кесте ауданьшдағы қуаттың
шығындары.
^
•• .
Шығындарды табу үшін жүктеме функциясындағы электр қозғалтқыштың ПӘК қисығы болуы керек. Шығындар мына формула бойынша
есептеледі:
,, , .'.
Др, = Р ,(1 -Л і)/Л , . Др2 = Р 2 0 - Л 2 ) /ТІ2» ДРп -РпО -Л п^/Л п-
Қуатты есептеу мен электр қозгалтқышты таңдау. Электр
қозғалтқыштағы жүктемелік кесте Р(і) 8.6 -суретте келтірілген. Біліктегі
бүрыштық айналу жиілігі ©= 150 рад/с, механизмнің бос жүрісінің қуаты
Рхх=1кВт, бос жүріс уақыты Щ =4с, жүктеме режиміндегі біліктегі қуат
Рі=4,2 кВт жэне Р2=3 кВт, тиісінше *і=3с; 12=2с
Алдын ала қор коэффициентін кз= 1.3 есепке ала отырып, орташа қуат
бойынша электр қозғалтқыштарын таңдаймыз, к,= 1,3:
р
_ Рх.х *х.х + РГ*1
°Р
**х.х + Р2 '*2 _ 1 4 + 4 . 2 - 3 + Ь 4 ч - 3 > 2
*х.х+ *1+ 1 ж.х+ | 2
4+ 3+4+ 2
Рор = 2,73 кВт.
Каталог бойынша 4АЮ054ҮЗ сериялы, РНОм=3 кВт, пн=1435 айн/мин
немесе со=144 рад/с болатын қуатқа ие электр қозғалтқышты таңцаймыз.
Бүл мәліметтер бойынша:
Ар = Р(1 —т і)/г |.
Формуласымен 1;3;4,3 жүктемесі кезіндегі қуаттың шығынын
анықгаймыз.
190
Лвтоматика элементтері мен құрылгылары
А
Р
кВт
4,2
3,0
1
1
0
4
і
і
3 і
*г
4
13
8.6-сурет. Электр қозғалтқыш білігіндегі жүктеме кестесі
жүктеме-
Шығындар тиісінше 0,43; 0,66; »
дегі жоғалтулар 0,66 кВт-қа тең болады.
Ар ор
АРі ’
+ ^ Р 2 ' + ••••'^Рп ' *п _ 0-43 •4 +1.1 •3 + 0.43 •4 + 0.66 • 2
4+3+4+2
І| + Іг +
Ар ор 0,62 кВт
формуласы бойынша орташа шығынды табайық
Арор=0,62 кВт
электр
қозғалтқыш
жылыту
яғни
0,62<0,66,
онда
,<Арном
анда таңдалған қозғалтқынггы
жіберу мен асқын жүктемелену қабілеттілігігне тексереді.
2-мысал. Үзілісті жүктеме кезіндегі балама ток, иінкүш жэне қуат
әдісімен электроқозғалтқьпіпы таңдау және тексеруден өткізу.^
Үзілісті жүктеме кезіндегі эквиваленттік шама әдісімен қуатты
таңдау және электр қозғалтқышты тексеру.
Белгілі болғандай, электр қозғалтқыштағы толық қуат шығьгаын
түрақгы жэне үзілісті шығыңдар қосындысымен көрсетуге болады.
Үзіпісті шығындар электр қозғалтқыштың басты тізбегіндегі ток
на тең, сондықган оны келесі түрде жазуға болады.
жүктемесінщ
М үңі
экв
балама
формуласына Др мәнін жэне тұрақгы шығындар жүктемеге тәуелді
болмайтынын есепке ала отырып, түрлендіруден кейін балама ток үшін
келесі формуланы аламыз:
I экв
Х-2 + —+ Іп
п
+ ••• +
191
Н. Т.Исем6ергенов, Н. С. Сәрсенбаев
Іэкв < Іном болғанда электр қозғалтқыш жылу бойынша толық пайдалану шарттарына жауап береді.
Электр қозғалтқыш иінкүші токқа пропорционал болғандағы тұрақты
магниттік ағын кезінде оны тексеру үшін балама иінкүш әдісін қолдануға
болады. Деңгейлік кесте үшін балама иінкүшті келесі формула бойынша
анықтайды
V
і , + і .
Балама иінкүшті номиналды иінкүшпен салыстырады. Егер
Щ э і Ш болса, онда электр қозғалтқыш жылыту бойынша толық
қолданылады дегенді білдіреді.
Электр қозғалтқыш білігіндегі жүктемелік диаграмма қуат кестесімен
берілетін болса, онда оны жылыту бойынша таңдау мен тексеру балама
қуат әдісі бойынша орындалады:
р
і
экв
/ Р 12 '*1 + Р 22 ‘ *2 + -” + Р п ‘ ^п
V
і , + Ч + - + *„
8.7-суретте көрсетілген жүктемелік кесте бойьщша жұмыс істейтін,
механизм кірісі үшін электр қозғалтқыш қуатын анықтау кіріс бөлігінің
бұрыштық жылдамдығы со=145 рад/с.
8.7-сурет. Айнымалы жүктемесі бар жалғастьщ режиміндегі
жүктемелік кесте
Мьша формула бойынша балама иінкүпггі анықгаймыз:
192
Автоматика элементтері мен құрылгылары
ІМ2, - і 1 + М 22 -12 + . . . + М 2п - і п
V
‘і + * 2 + -+ * п
\
14002 • 10 + 2572 • 30 + 1002 • 50
М
10 + 30 + 50
=213 Нм.
Электр қозғалтқыштьщ есептік қуаты:
Р = М ,КЙ•юІО-3 = 213 • 145 10~3 = 30,9 кВт.
Каталог бойынша қуаты жағынан үлкен қысқа тұйықталған роторлы
асинхронды, қуаты Рвои=37 кВт жэне айналу жиілігі со=148 рад/с болатын
электр қозғалтқышын таңдаймыз. Қажет болған жағдайда таңдалған
қозғалтқьшіты іске қосу жэне жүктемелеу мүмкіндіктері бойынша
тексереміз.
8.10. Бақылау сүрақтары:
1. Электр машиналарының жьшулық режимдерін атаңыз.
2. Жүктеме иінкүштерінің қандай түрлері бар?
3. Қозғалтқыш қуатын таңдаудың қандай балама әдістері бар?
4. Орташа шығындар әдісінің маңызы неде?
5. Қозғалтқыш қуатын таңдағанда неге орташа қуат шығындарын
есептейді?
6. Орташа шығындар әдісінің шарты қандай?
7. Орташа қуат шыгындары әдісінде қандай шарт орындалуға тиіс?
8. Балама қуат әдісі арқылы қозғалтқыш қуатын тақцау қалай
жүргізіледі?
9. Балама ток әдісі арқылы қозғалтқыш қуатын таңдау қапай
жүргізіледі?
193
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
9. АВТОМАТИКАНЫҢ ЭЛЕКТРОМ АГНИТТІК ҚҮРЫ ЛҒЫ ЛАРЫ
9.1. Түрақты токты ң электромагнитті релесі
Автоматиканың электромагнитті құрылғылары өнеркэсіптің түрлі
салаларында кең қолданыс табуда.
Электромагнитті құрылғы — бұл электрлік сигналды механикалық
орын ауыстыру мен күшке айналдыратын түрлендіргіш болып табылады.
Қазіргі уақытта бұл құрылғылардың сыртқы көрінісі өзгеріске ұшыраған
жэне жетілдірілген, олар басқа да электрлік сигналдарды түрлендіргіштермен бәсекеге түсе алады.
Электромагнитгі құрылғының негізгі элементі - электромагнит
болып табылады, ол электрлік сигналды механикалық күшейтуге жэне
орын ауыстыруға түрлендіретін қарапайым түрлендіргіш. Кіріс электрлік
сигналы электромагнит орамына беріледі, ол якорь деп аталатын жылжымалы бөлікті өзіне тартады.
Орамдағы ток түріне байланысты олар тұрақгы жэне айнымалы ток
элементтері болып бөлінеді. Тұрақты ток электромагниттерін нейтралды
және поляризацияланған деп бөлеміз. Нейтралды электромагниттер
орамдағы токтың кез келген өрісінде якорьды өзіне тартады. Поляризацияланған электромагниттерде якорьға әсер ететін күшейту бағыты
орамдағы ток өрісінің өзгерісі кезінде өзгеріске ұшыргйды.
Құрылысы бойынша клапан түріндегі якорь тартпалы жэне бұрмалы
якоры бар электромагниттер болып бөлінеді.
Реле электромагниттері негізгі тартқыш элемент болып табылады.
Бірақ түйіспелі жүйемен жабдықгалған электромагниттер, яғни осыдан
ары қарай қарастырылатын электромеханикалық элементтер негізіндегі
электромагниттік релелер кең таралған.
Клапан түріндегі реле құрылымы 9.1-суретте көрсетілген. Корпустан, өзекшеден жэне якорьдан тұратын магнит өткізгіш электротехникалық болаттан жасалған. Қалыпты жағдайда якорь қайтымды
серіппенің жэне жылжымалы түйіспелердың түйіспелі серіппесінің
эсерінің есебінен өзекшеден барынша алшақтайды. Реле түйіспелер
жұбына (кей жағдайда түйіспенің бірнеше жұбына) ие болады. Егер
түйіспелер жұбы тұйықталған болса, онда олар тұйықталған түйіспе (КЗ)
деп аталады, ал егер ашық болса, онда ашық түйіспелер (КР) деп аталады.
Реле орамына кернеу берілген кезде орамдар арқылы магниттік ағынды
құрайтын ток ағады. Бұл ағын электромагниттік күпггерді жоғарылата
отырып, якорьды өзекшеге қарай тартады, бұл кезде серіппенің
механикалық күпггік әсерін жеңе отырып, электромагниттік күшейтілу
жоғарылайды.
‘
194
Элсггромвппшік күнасйтілудіц іяорі мси тжпшт шртшт»$ы бос
ауа қуыеы иммасы кі Т9у«ддшгм міеггрсневзииіівадыа
гшрту сигтттмш тры деп атаАды.
Яіорь мсм г а і к ^всітдмгм бос і у і қуъким кслпрілті
механикалық күшгердіи осы бос ауа куысы іш»«асыі<а таусдділггш
құрылгының мсханика/іық сиішггамасы деп аггаиды Элскгромапіігтк
күшсйтуга ариалгаи аиадитиаа/іық тсндауді Мдссасл фцригулаліарыиаи
аяугаболады.щ т
^
. *.
Р, • — І « В п ) В - - В гпКІ»,
* 1
2
мұнлагы В - беттш » ілемеиттін сырткы жагыидағы имлукцис аекторы,
и - « бсттік ълсменлтн бірлік сыртқы нормалі, бул кгиіс интсграшгялау
күш эсер степн дсисиі қамтнтын толык бст аркы;іы жүісгс асырыдады
П
9.1 -сурет. Клапая тзрізді рсле:
/ * тұрық пен орам; 2 - щ *о; 3 - өрачдардыц ұи*ы 4 —ібощшт штифт;
5 —түйістпі серігте; 6 -чяұйықтаучаы түшісш; 7 —жылжылнмяы түйіспс;
8 - ажыратқыш туйіспе; 9 —« р і сертпе 19 - жорь,
/ / - .жабысқыш штифт ; 12 ~ яіекше
Егер фнксацияланған бос ауа куысы реле орамы (9 2а-сурет) кернеуі
II болатын, тұракты ток кезш е косылған болса. онда орамдагы тоггын
орамдағы токтын әзгерісі келссі теңдеумен анықталады:
тШ:~шШж л а
ЁУД
1] = г і + со-------,
(9 .1 )
мұндағы г және ш — реле орамының кедергісі мен орамдар саны; Ф реленің магнит ағыны.
195
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сәрсенбаев
(9.1) формуланы ісһ-ға көбейтіп және оны 0-ден 1 уақытқа дейін
интегралдай отырып, бұл кезде ағын 0-ден Ф-қа дейін өседі, алатынымыз:
і
і
Ф
= | і 2гсІІ+ |(оі(ІФ.
0
0
(9,2)
0
(9.2)-тендеудің сол жақ бөлігі тұрақгы ток көзінің энергиясын
көрсетеді, оң жақ бөлігінің бірінші қосындысы - жылулыққа көшкен
энергияны; ал екінші қосындысы реленің магниттік өрісіндегі артық
энергияны көрсетеді.
9.2б-суретте магниттік энергия графикалық түрде көрсетілген, ол
үшбұрыш ауданымен ФСІ 5 анықталады, мұндағы І 5 —бос ауа қуысының
МҚК-н құрайтын орамдағы ток бөлігі; I — орамның толық тогы. Егер
магнит өткізгіштің болат бөлігіндегі ағынды өткізуге кететін МҚК-ті
есепке алмайтын болсақ, онда реленің барлық магнит энергиясын бос ауа
қуысына жинақгалған деп есептеуге болады, яғни >¥=>¥5 жэне (9.2)
теңцеумен 9.2б-суретке сәйкес келесі теңдеуді жазуға болады:
ІяФ
ІФ
\¥6 =<й- ^ - « ю— .
(9.3)
Орамдағы тұрақты ток I кезінде электромагнитгегі энергетикалық
баланс жэне якорьдың ДХ шамасына орын ауыстыруы негізінде 9.2,а-сурет
X координатын анықтауға болады:
50 - 5
(9.4)
Якорьдың орын ауыстыруы кезінде бос ауа қуысы, яғни магниттік
тізбектің кедергісі төмендейді, ал магниттік ағын Фрден Ф2-ге дейін
жоғарылайды (9.2в-сурет).
Бұл кезде орамдағы тұрақты ток жағдайында электр желісінен
энергия алынады, ол тікбұрыш ауданынатең болады Фі а Ь Ф2:
Д \ Ү = Ісо-(Ф 2 - Ф і ) .
(9 .5 )
Бос ауа қуысындағы магнит энергиясы якорь орын ауыстырғанша Оа
Фі үшбұрыш ауданына тең болатын, ал орын ауыстырудан кейін Оа Ф2
үшбұрыш ауданына тең болады.
Осылайша бос ауа қуысына магнит энергиясы, (9.3) шартты сақгай
отырып, желіден алынған энергияның жартысына тең шамаға өседі:
ІФ,
ІФ,
І ( Ф ,- Ф ,)
д \ү 8 = ҮУ82-\Ү 61 = 0 0 - ^ 1 - ш—- і = а>-----.
(9.6)
Осы жерден саны жағынан біріншіге тең және ОаЬ үшбұрышына
сәйкес келетін энергияның екінші жартысы якорьдың Р, күші әсерімен
болған қозғалысы кезінде жасалған жұмысты атқаруға жұмсалады:
196
Автомсітика элемеиттері меи құрылгылары
ф
Фі
Фі
Ф
і
і* 1
б)
в)
9.2-сурет. Электромагнитті күшті анықтау
АА = Р Дх * Д\Ү8 .
Электромагниттік күшейтілу үшін
теңдеуді
(9.7)
(9.8)
р
3
с іх
(15
’
мұндағы йх = й(6 0 - 8 ) = —с!8 .
төмендеуі
келетінін көрсетеді.
Магннт энергиясын (9.3) мына түрде көрсетуге болады:
№, = І ^ = І ^ 1 50 С 8 = < Ь |) 1 С 8 . < ! | І С В,
(9.9)
мұндағы С 5 - бос ауа қуысының магнит өтімділігі, Гн.
теңдеуді есепке ала отырып, Ньютонмен (Н) өрнектелетін
электромагннттік күшейтілу үшін (9.8) теңдеу
и
Р = _ (Ів>)а
2
сіб
мүндағы (Ію)б —бос ауа қуысының МҚК-і
Жазық параллельді бос ауа қуысы үшін:
мұндағы
(9.10)
С « = Т Цо 8 1* ' 10' 7’
(9Л1)
сәйкесінше қима, м2 және бос ауа қуысьшың ұзынады; До - магниттік тұрақгы, Гн/м.
197
Н. Т. Иселюергенов, Н. С. Сэрсенбаев
(9.11) теңдеуден 8 бойынша алынған туындыны (9.10) теңдеуіне қоя
отырып алатынымыз
(Іш )^ 4 я
Ю - 7 86
( і ш ) 2 47Г І 0 - 7
з8
2
б2
2
52
....... V ' ;
Практикалық есептеулер жүргізу үшін (9.12) формуланьщ басқа түрі
іілырақ болып келеді. Күрделі емес теңдеулер жүргізу нәтижесінде
і теңдеуді аламыз:
Р, = Т ^ - = ^ - 5 8 * 4 1 0 5^ - = 4 1 0 5В ^ 5,
(9.13)
2Цо88 2ц 0
мұндагы В® - бос ауа қуысы индукциясы, Тл; Ф 5 - ағын, Вб; 8 в - бос ауа
қуысы қнмасы, м";
(9.12)
теңдеуге 5-ның түрлі мэндерін қоя отырып, орамдагы тұрақты
ток кезіндегі реленің тартқыш сипаттамасын құруга болады. Теориялық
бұл сипаттама 5 —> 0 ұмтылганда
Шьш мэнінде, күшейтілу тек Р >шах
эрқашанда
К1Ш1
тю
қалуы мүмкін
I механикалық сипаттамалары ереже бойынша сынған түзулер
түрінде болуы мүмкін жэне қайтымды серіппе (ВП) мен КР
қосындысы
жесінде алынады.
Жүмыс жасау тогы (МҚК) ІК0Сылу (ҒК0СЬілу) деп орамдағы токты
айтамыз, оның әсерінен 8 о кезінде электромагниттік күшейтілу
механикалықган аса бастайды және реле якорь өзекшеге қарай тартылады.
Жіберу тогы (МҚК)
(Ғ*б) деп бос ауа қуысын 8 гаі„ кезінде
электромагниттік күшейтілуді қүрауға күші жетпейтінін және якорьды
күиінде үстап қалатьш токты айтады, нэтижесінде
қальшты
Реленің тартқыш жэне механикалық сипаттамалары дүрыс
сәйкестендірілген болуыға тиіс. Бүл үшін ІК0СЫлу жэне І ^ токтары болған
жағдайдағы тартқыш сипаттамалар, механикалық сипаттамалардың 1
жэне 2 нүктелері арқьшы өте отырып, механикалық сипатгамамен
8гаіп < 8 < 80 аймағында (9.3а-сурет) қиылыспауы қажет. Қарсы жағдайда
якорь сипаттамаларының аралық нүктелерінде «қыстырылып» қалуы
мүмкін. (9.3б-суреттегі 3 жэне 4-нүктелер).
Реленің қайтарылу коэффициенті деп келесі қатьшасты айтамыз:
^ к е р .к " Ғ ж б / Ғ ^
198
" I жб
косылу •
Автомсітика элементтері мен құрылгылары
Реленің уақыттық параметрі. Реленің іске қосылу уақыты орнынан
жылжу уақыты мен якорьдың қозғалу уақытынан тұрады:
іқосылу ітр 1 Іжылжу*
Мұндағы 1,р - орнынан жылжу уақыты, яғни ток нолден іске қосылу
тоғына (9.3б-сурет) дейін жоғарылайтын уақыт аралығы; осы аралықгың
соңында электромагнитгік күш оған қарсы келген күштен асып кетеді
жэне якорь қозғалысқа түседі; *жылжу - якорьдың қалыпты жағдайын тартыл-ған жағдайға орын ауыстыру кезіндегі қозғалу уақыты.
Жіберу уақыты
да екі құраушыдан тұрады:
І
Чп
І Г 4- і '
І тр т жылжу •
Якорьдың қозғалыс уақьггы арнайы тежегіш құрылғьшар болмаған
жағдайда, ереже бойынша орнынан қозғалу уақытынан біршама төмен
болатындығын ескерген жон. Сондықган реленің іске қосьшу уақыты,
негізінен, орнынан қозғалу уақытьша байланысты болады.
Релені уақыттың параметріне байланысты қалыпты ( і Косылу 30-50мс),
жылдам эсер ететін (іцосылу бірнеше милнсекунд) жэне баяулатылған деп
бөлуге болады.
Реленің іске қосылу жэне жіберу уақытын сүлбалы, сондай-ақ
кұрыл ымды қ әдісінен өзгертуге болады.
Л1ІП
9.3-сурет. Реленің тарту және механикалық сипаттамалары
9.2. Поляризацияланган реле
Орамдағы ток бағытына әсерін тнгізбейтін релені нейтрапды деп
атайды. Әдетте, реле тек басқару тогының шамасына ғана емес, сонымен
бірге оның таңбасына да байланысты болады. Мұндай релені поляриза199
Н.Т.Исамбергенов, Н.С.Сәрсенбаев
цияланған деп атайды. Электромагнитті реледе тұрақты магнит көмегімен
орамдағы ток өрісіне эсерін жүзеге асыруға болады.
9.4-суретте поляризацияланған реленіц құрылымы көрсетілген.
Поляризацияланған реленің магнит өткізгіші арқылы орамдардан Ф
ағыны жэне тұрақгы магниттен Ф 0 ағьшы ағып өтуі мүмкін. Якорь бос ауа
қуысында осы ағындардың қосынды әрекетіне байланысты орын
ауыстырады.
Орамда ток болмаған жағдайда якорь релесі қатаң түрде тік орналасады. Бұл жағдайда тұрақгы магнит ағыны Ф0 тура ортасынан бөлінеді
Фі
Ф
Ф./2,
жэне якорьды солға жэне оңға тартатын күштер бірдей болады:
Р сол
5
,^
4 -1 0 (Ф 0 / 2 )
р оң
1
ф 0
5
6
Берілген тепе-тендік жағдайы тұрақты болмайды. Якорь нейтралды
күйден сәл ғана ауытқитын болса, мысалы солға, магнит өткізгіштің сол
жэне оң сұлбаларының кедергісін анықгайтын бос ауа қуысы өзгере
бастайды жэне тиісінше ағындар теңеседі:
Фі
Ф 0 / 2 + ДФ
и
Ф
Ф 0 / 2 —Д Ф .
+11
9.4-сурет. Поляризацияланған реле
Сол жақ күшейтілу жоғарылайды, ал оң жақгағы күшейту төмендейді жэне қорытынды күш пайда болады.
Р
=
Р
—Р
г 0
сол
он
200
410
Ф
2
-+Д Ф
Фо
2
ДФ
410
5 2Ф0ДФ
Автомсітика элементтері мен құрылгылары
бұл күшті
ӨТКІЗГІШТІҢ
алмасақ
ұштары арасындағы оос ауа қуыстарын оіркех
онда келесіні дәлелдбуге болады:
Р0 = 4 1 0 5^ - х .
°
8*5
қысымды
гын да анықтайды.
орамындағы
күиге
Фэ = АФ
ауысады, өйткені оң жақ күшейтілу сол жақгағыдан көп болып кетеді. Бұл
кезбе ауысу иінкүшіне дейін ағындар тең болады:
= ——+ Дф —Ф
и Фоя = ~ - А ф + ф э
^свл
2
2
Егер орьш ауыстырғаннан кейін АФ таңбаны өзгертер болсақ жэне
Ф
Ф = ДФ деп алатын болсақ, онда ағындар тең болады:
ф.
___________
л
.5
Ікпеииіх тогы болғанда оң жақ жағдайда орамдағы Ф0 жэне якорьға
эсер ететін Ф0 жэне Ф агьшдарьшың қосьшды кұші келесіге тең болады
Ф2 -Ф 2 .
« 4Ф„ДФ
5 4Фо ^
. 1П5_2*—_ 2 2 . = 4 . і о 5 ——2--— = 4-10 — -®-Х
” (һ—4 і и
885
* ҚОСЫ <І Ү
.
5 8
ягни Ро -ге қараганда екі есе көп болады.
Осылайша тұрақты магнит агыны поляризацияланган реледегі ток
іске қосылу тогына ІҚ0СЫЯу жеткенге дейін қарсы эрекет ететін сершпенің
рөлін атқарады. Якорь нейтрал күйге өткенде бөлінген Ф0 агыны якорьдың
орын ауыстыруына көмектесетін қосымша күшті қүрады. Одан басқа
қосымша күштер түйіспелерді қыса отырып, басқару коэффициентін
жеткізуге мүмкіндік береді, ягни түйіспелер арқьшы өтетін қуатгың іске
қосылу қуатьгаа қатынасы, ол орамда 5000-га дейін жетеді, ал мұндаиды
бірде-бір нейтралды реле жібермейді. Поляризацияланған реле жоғары
сезімталдығымен немесе жылдам әрекет етуімен ерекшеленедк Поляризацияланған реленің ең жоғарғы сезімталдығы 10‘ Вт-қа дейінп іске
сипаттапады
ты қүраиды
201
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
9.3. Тарту электромагниттері
Автоматика жүйелерінде якорьдың бірнеше милиметр аралыққа
бірнеше ондаған ньютондардың күшімен орын ауыстыруын қамтамасыз
ету үшін орындаушы қүрылғы қажет. Мүндай орындаушы құрылғыларға
түрлі клапандар, қуат ажыратқыштарды жатқызады. Осындай қүрылғыларды іске қосу үшін тарту электромагниттері қолданады. Олар якорьдың
үлкен арақашықгықтарға орын ауыстыруымен сипатталады жэне өте үлкен
электромагниттік күшті тудырады.
Тарту электромагниттерде сауыт түріндегі электромагнитгерді жиі
қолданады (9.5-сурет). Орам (1) сауыт секілді корпуспен (4) қорғалған, ол
бір уақытта электромагнит ярмасы болып та қызмет етеді. Электромагнит
қүрылысы магнит өткізгіштің қимасы магнит желісінің үзындығы бойымен түрақтыға жақын болып қалатындай етіп орындалған. Электромагнит
якорі (6) үйкелісті азайту үшін және жабысып қалуды болдырмау үшін
қабырғасы жүқа латунды түтік (7) ішінде қозғалады. Паразитті бос ауа
қуысын төмендету үшін, ол түтік (7) қалыңдығына тең, электромагниттердің алдыңғы аузында «жағасы» (5) болады. «Жағаның» үлкейтілген
ауданы магнит агынына паразитті бос ауа қуысы арқылы өте аз индукциямен жэне тиісінше орамның аз жоғалтуларымен МҚК өтуіне мүмкіндік
береді. Тартқыш электромагнитгердің жүмыс істеу принципі келесідегідей
болады. Электромагнит орамдарына кернеу берілмеген жағдайда, якорь (6)
қайтымды серіппемен (3) шеткі оң жақ орынға апарылады. Электромагнит
орамын түрақты кернеуге қосқан уақытта орам арқылы түрақгы ток аға
бастайды және осы ток түрақгы магниттік ағынды қүрайды, ол якорьді (6)
өзекшеге (2) тарта бастайды. Егерде орамдағы ток іске қосылу Іцосылу
тогьшың мэніне жететін болса, онда якорь серіппенің (3) кедергісін жеңе
отырып жэне онымен байланысты қүрылғыны қозғалысқа келтіре отырып,
толығымен өзекшеге тартьшады.
Электромагниттік күш немесе тарту сипаттамасы 9.6б-суретге
көрсетілген. Бірақ 9.5-суретге көрсетілгендей, жазық якорь өте тік жоғары
көтеріліп бара жатқан тарту сипаттамасын береді. Сипаттаманы тегістеу
үшін конус тэрізді якорь қолданылады.
Конус тэрізді якоры бар электромагнитте бос ауа қуысының С 6
өтімділігі 9.6а-сурет нақты бос ауа қуысымен анықгалады.
Оф = бсову
(9.15)
жэне конустың бүйір бетіне тең, нақты қимамен анықгалады.
со$ү
(9.15) жэне (9.16) теңдіктерден
202
(9.16)
Автоматика элементтері мен құрылгылары
9.5-сурет. Тарту электромагнитінің құрылысы
1 - электромагнит орамы; 2 - өзекиіе; 3 - қайтымды серіппе; 4 - электромагнит
корпусы; 5 - алдынгы қақпақ; 6 - якорь; 7 - жүқа қабыргалы латунды түтіюие
(9.17) формуладагы йС 8 /й6 туындысын (9.3) теңдеуге қоя отырып
келесіні аламыз:
Г э л .т
_ (іоэ)84гс*10 7 55
2.
с2
2со$ Ү
о
^918^
9.6-сурет. Якоры конус тэрізді электромагнит құрылысы мен тарту
сипаттамалары
203
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сәрсенбаев
(9.15)
теңдігін жазық якорь жағдайындағы күшейтілумен
отырып, келесіні анық байқауға болады:
Рэл.т
р’2
(9.19)
С08 у
теңдеуден байқайтынымыз - бірдей қима
жазықтыққа қарағанда
жоғары көтерілуге тиіс, өйткені со«2у < 1. Бірақ бұл тек қатыстық
жағынан бос ауа қуысы үлкен болғанда ғана (9.6б-сурет) байқалады, яғни
мағниттік жүйе қанығудан алыс орналасқанда. Бос ауа қуысы аз болғанда
МҚК
қуысына (Іш)5
төмендеиді
аимақгарында
якорь сипаттамасынан төмен өтеді.
жүмыс істеу уақыты 20-дан 100 мс дейін
түрлі эдістермен өзғертілуі
9.4. Айнымалы ток электромагнитті релесі
Ьарлық өнеркэсіп салаларында, сонымен қатар автоматика жүйелерінде негізгі энергия көзі айнымалы ток желісі болып табылады,
сондықтан айнымалы токпен қоректенуге есеігГелген релелер жиі
қолданылады.
■ Н М Щ ЙІІІМ
Айнымалы ток релесінің өзекшесін трансформаторға үқсас етіп
электротехникалық болат табақшалардан жасайды, өйткені ол қүйынды
токтардан болатын шығындарды жэне реле өзекшесінде пайда болатын
гистерезисті азайтуға мүмкіндік береді.
Реле айнымалы токпен қоректенсін делік:
і = І т 5Іп ю*,
(9.20)
Ендеше т о к т ь щ квадраты:
і2 =
І„
8іп2 ЮІ = -=-(1 -
С05 2т1) =
І2(1 -
С05
2ш і),
мүндағы I —реле орамдарындағы әсерлік ток.
Егерде (9.19) теңдеуге (9.20) теңдеуін қояр болсақ, онда электромагниттік күш тұрақгы жэне екі есе жиілікпен ауысып отьфатьш
айнымалы құраушысынан тұратын болады:
р, = Рэ.ср(1 - С08 2<0і).
204
(9.21)
Автоматика элементтері мен құрылгылары
теңдеуден
жұмыс
кезіндеп дірілді
Магниттік жүйе
ығысқан екі ағын қажет. Бұл жағдайға екі орамды реледе қол жеткізуге
болады, егер сыртқы индуктивтілік пен сыйымдылықгың көмегімен Іі
құратын
болсақ, онда:
Рэ =
Р , і + Р э2
=
5І" 2 0)4 +
Р эт1
= Р э т і 5>П2
Р эт2
(®*
+ Р э т 2 С0*2
ұшталған
қамтитын
Сұлбаның жұмысын 9.7ггүсіндірүге болады. Қысқа
тұйықталған орам трансформатордың екінші реттік орамына сәикес келеді,
ол Фв ағынында құрылады. Трансформатордың бірінші реттік орамының
рөлін атқаратын реле орамында Іі тогы ағып өтеді, ол әдеттегідей магниттелген токтың Іав және бірінші реттік тізбекке келтірілген, қысқа
тұйықталған орам тогының
суммасына тең болады. Бірақ Фв ағынынан
басқа реле орамы ФА ағынын құрайды, ол қарапайым ораманың ағыны
болып табылады, бұл осы тогы бар ораманың фазасында орналасқан
дегенді білдіреді, яғни реле орамындағы I* тогымен.
Егер Рэт1 = Рэт2 = Рэт болса, онда якорьды тарту күштерінң жиыны
уақыт бойынша өзгермейді (9.6б-сурет):
РЭІ = РЭПІ (8ІП 2 <01 + С082 Ш І) = РЭт = СОП8І .
Осылайша ФА және Ф в ағындарының арасында фазалар ығысуы
уақытга
айналмаиды
теңдеуіне
лады. Күштердің әрқаисысы уақыт ооиынша
өзгереді:
Рі = рорі сі - с°*
Р2 = Рор2 [1 - со§ 2(0)1 - ф)1 = Рор2[1 - €05(20)1 - 2ф)1,
осы жерден жиынтық күштердің тұрақгы құраушысы
* Рорі + ®ор2 »
205
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сәрсенбаев
ал айнымалы құраушының амплитудасы косинустар теоремасына сәйкес:
Р
> . р , + Р ор2 + 2 Р о р ІР ор2 С 0 8 ( Я -
2ф)
Р ор1 + Р ор2 + 2 Р ор1Р ор2 С08 2ф.
а)
б)
9.7-сурет. Айнымалы токтың электромагннтгік релесі
конструкцияларын Ф = 60° жэне Р , в Р 2 теңдігі
дегенді білдіреді, яғни күшейтілу ешқашанда тұрақты қүраушыньщ
сынан төмен болмайды.
206
Автоматика элементтері мен құрылгылары
9.5. Электромагнитті муфталар
Муфта — бұл
ретті білікке беруге арналған, екі аиналмалы оілікп оір оірімен оіріктіруге
арналган құрылғы. КІуфта электромагнитті деп аталады, егерде механикалық иінкүшті тарату үшін электромагниттік қүбылыстар қолданьшатын
болса. Жетеленуші біліктің айналу жиілігі кіріс сингалына тәуелді
болғанда электромагниттік муфталар сигналды тарату кезінде екі біліктің
бір-біріне қатысты берік тістесуін жүзеге асыратын релелі іс эрекетті
болуы мүмкін.
Электромагниттік муфталарды автоматика жүиесінде айналуды
тарататын жэне бір валдан екіншісіне дейінгі иінкүигп электрлік басқаруға
арналған. Айналу иінкүштін тасымалдау сипатына байланысты электромагниттік муфталарды фрикциялық, мүнда иінкүш механикалық үйкеліс
есебінен беріпеді жэне үнтақтық, мүнда иінкүш электромагнитті үнтақгың
магниток
9.8-суретте фрикциялық муфтаның құрылымдық сызбанұсқасы
көрсетілген. Қуаты аз фрикциялық муфталарда (9.8а-сурет) айналу жиілігі
мен
иінкүш жетекші біліктен жетеленуші біліке
тасымалданады.
жетекші
жетеленуші
сьфғымалы шпонкаға отырғызылған. Қозғалмайтын жартылай муфта
өзекшенің
корпусқа
ды, оньщ ішінде электромагниттік муфталардың орамы да орналасқан (5).^
Жоғарыда көрсетілген аз қуатты муфталарда (9.8а-сурет) үйкеліс
күші жарты муфталардың түйісетін ұшында пайда болады. Олардың бірі
жетеленуші білік бойымен сырғымалы шпонка көмегімен қозғала алады,
ал екіншісі жетекші білікке қозғалмастай етіп бекітіледі.
Егер муфта орамына ІІГ тұрақгы кернеуін беретін болсақ, онда
орамдар арқылы Ф магнит ағынын құрайтын ток аға бастайды. Бұл ағын
өзекшенің қызметін атқаратын, қозғалып жүрген жартылай муфтаны
қозғалмайтын якорь қызметін атқаратын жартылай муфтаға қарай тарта
бастайды. Сондықтан жартылай муфталар корпус пен орам ішінде
айналып тұрады.
Мұндай муфтамен берілетін айналу иінкүші:
*"і^
М = Рк т —
Мұндагы муфтаның тартылу күші:
Р = Р Ж ^ - К 2Н) .
(9. 22)
(9.23)
207
Н. Т.Исем бергено в, Н. С. Сәрсенбаев
(9.23) теңдеуді (9.22) теңдеуіне қойып және Ворт=Квн+Лн екенін
есепке ала отырып, мынаны аламыз:
п
М
(9-24)
р
к
т
(К
н
+
к
вн )(^Н
2
Мүмкін болатын күшейтілу үйкелетін беттердің материалына байланысты болады: болат үшін ол р=40-60 н/см2-қа тең, феррада үшін р=20-25
н/см^-қа тең, жұқа болат дискілер үшін р=28-42 н/см“ -қа тең.
Үйкеліс коэффициенті материалмен және жағылатын маймен анықталады: болат үшін кт=0,08, феррадо үшін кх=0,3, шойын үшін кт=0,1-0,15.
Қуатты функционалды муфталарға арналған болат дискілі 1 құрылым
9.8б-суретте көрсетілген. Дискілердің бірі бір жақ ұшымен алдыңғы
валдың пазаларына бекітіледі, ал басқалары соңғы жартылай муфта
корпусының пазаларына бекітіледі.
Егер муфта орамына 5 1)п тұрақты кернеуін беретін болсақ, онда
орамдар арқылы Ф магнит ағынын тудыратын ток ағады. Бұл ағын
қозғалыстағы якорьды өзекшеге қарай қысады. Бұл кезде болат
дискілердің бетінде пайда болатын үйкеліс күштері айналу иінкүшін
береді. Осылайша алдыңғы валдан алдыңғы валға айналымды тарату
жүзеге асырылады. Берілген жағдайда муфта орамы айналады жэне токты
келтіру үшін түйіспелі сақиналар қажет болады. Осы түрдегі муфтаның
айналу иінкүші:
Оорт
М = Рк
(п-1),
2
дискілердщ орташа диаметрі; п - дискілер саны.
орт
і;.
Ип
а)
б)
9.8-сурет. Фрикциялық муфталардың құрылымдық сызбанұсқасы
208
Автоматика элемеиттері меи құрылгылары
¥нтақгық муфталардың қарапайым құрылымы 9.9а-суретте көрсеплген. Ол екі магнит өткізгіштен: 1 жэне 2 жартылай муфталардан тұрады.
2-ші жартылай муфтада орам 3 орналасқан. Жартылай муфталардың 1
жэне 2 жұмсақ беттері арасындагы бос ауа қуысы ферромагнитті затгармен толтьфылган. Ереже бойынша бұл темір ұнтағы мен жағушы заттардан (тальк, графит, м£й) тұрады.
Егер муфта орамына ІІП тұрақты кернеуін беретін болсақ, онда
орамдар аркьілы Ф магнит ағынын құрайтын ток ағып өтеді. Бұл ағын
темір бөлшектерін магнитгейді және тангенциалды күшті құрайтын
элементарлы магнит тізбектерін құрайды. Токты ажыратқан кезде магнит
өрісі жоғалып кетеді, элементарлы магнит тізбектері бұзылады. Ұнтақты
муфтаның бұл типінде орам айналады жэне токты келтіру үшін міндетті
түрде түйіспелі сақиналарды қарастырған жөн.
¥ нтақты муфтаның құрылымы (9.9б-сурет) цилиндрден 1 жэне
стаканнан 2 тұрады. Тегіс беттердің арасындағы бос ауа қуысы ферромагнитті затпен толтырылады. Мұндай ұнтақты муфтаның жұмыс жасау
принципінің алдыңғыдан еш айырмашылығы жоқ, оның ерекшелігі —тек
жартылай муфтаның активті бөлігінің ауданы біршама үлкенірек болып
табылатындығында.
МүАта тарата алатын шектік айналу иінкүші
шж
°орт
М = рз-----ғ 2
цилиндрлік
мұндағы и орт
муфтанікіне тең; р —жұмыстық тангенциалды күш.
Жүргізілген зерттеулер тангенциалды күштің шамасы бос ауа
қуысындағы индукцияға, ұнтақ құрамына, айналу жылдамдығына, жэне
бос ауа қуысшамасына тэуелді болатын күрделі функция екендігін көр^ к іш н ы н 0.25-тен 1,5 мм-ге дейінгі,индукцияның 0,5-тен
айналу жылдамдығы
нақгы дәлдікпен есеі
4 105ВІк
р
=
-----------------------------------------
Цб8
мұндагы В8 - бос ауа қуысывдагы индукция, Тл; 8 - бос ауа қуысы, см;
ц8 - суспензияның (темір ұнтагы мен жағушы затгардың қосындысы)
кезепвде
қатыстық магнит өтімділігі; к - олшемдік коэф(рициенті,см, ол ө.
индукцияға, бос ауа қуысына және муфтаның айналу жылдамдығына
тәуелді болады.
209
Н.Т.Исембергенов, Н.С.Сэрсенбаев
9.9-сурет. ¥нтақтық муфтаның құрылымдық сызбанұсқасы
Фрикциялық муфталармен салыстырғанда, электромагнитті ұнтақгы
муфталар жылдам әрекет етеді, МҚК-тің шамасы жэне іске қосылу
қуатының шамасы аз болады жэне фрикциялық муфталардың үйкеліс
бетгері тез тозып қалғанда қызмет ету мерзімі жоғары болады. ¥нтақгы
муфтаның қызмет ету мерзімі 400-500 сағатты құрайды, одан кейінгі
иінкүштің жылдам түсуі байқалады, ол интенсивті қышқылданумен және
ұнтақ түйіршіктерінің бұзылуымен сипатталады.
9.6. М агнитпен басқарылатын түйіспелер (геркондар)
Соңғы уақытта автоматика жүйелерінде магнитпен басқарылатын
түйіспелер және геркондар (гермитизацияланған түйіспелер) кеңінен қолданылуда. Оларда түйіспелерді гермитизациялау арқылы реле жұмысының
сенімділігі толықтай жоғарылатады. Геркондар сенімді түйіспелерге ие,
олар қоршаған ортаның әсерлеріне ұшырамайды (шаң, ылғалдылық,
газдар).
9.10а-суретте шыны колбадан 2 жэне шыны колбаға жапсырылған екі
пластинадан 1 тұратын геркон көрсетілген. Пластинкалар пермалайдан
жасалады, олар өзекше жэне серіппелі түйіспелер 3 ролін атқарады. Колба
ішіндегі кеңістік азотпен немесе инертті газбен толтырылады. Пластинканың сыртқы ұштарына сымдар 4 жапсырылуы мүмкін.
Қалыпты жағдайда пластиналар колбаға түйіспелер тұйықталатындай
етіп жапсырылады. Егер герконды магнит өрісіне орналастырсақ, онда
түйіспелер арасындағы бос ауа қуысында электормагниттік тартылыс
пайда болады жэне бұл түйіспелер электромагниттік күш пластиналарының механикалық күшінен үлкен болған жағдайда тұйықгалады.
210
Автоматика элементтері мен құрылгылары
Геркондағы түйіспелерді басқаратын магнит өрісі тұрақты мапштгер
жэне орамдағы токтар арқылы пайда болуы мүмкін. Қарапайым жағдайда
бұл ішінде геркон орналасатын соленоид болып табылуы мүмкін.
Геркондардың тағы бір ерекшелігі олардың жылдам эрекет етуі
болып табылады, ялни іске қосылуға аз уақыт кетеді. Герконның іске
қосылуы және жіберу уақыты милисекундтарды құрайды (электромагниттік релелерде ондаған милисекундгарды), өйткені оларда якорь болмайды.
Магнитпен басқарьшатын түйіспелерді жақсарту үшін пермаллойдан
жасалған пластиналарды аптынмен, күміспен, родиймен немесе сынаппен
жабады. Магнитпен басқарьшатын түйіспелерді қарапайым релелерге
ұқсас бейтарап жэне поляризацияланған, сондай-ақ тұйықталған, ашық
жэне ауыстырылып қосылатындай етіп жасауға болады.
Құрылымдық орындалуына байланысты МТ келесі артықшылықтарға ие:
1) кез келген ортадағы комутацияның сенімділігі;
2) қызмет етуінің ұзақ мерзімі (108-10° - дейін).
3) жылдам әрекет етуі;
4) дірілге жэне радиацияға қарсы тұра алуы;
5) дайындау кезіндегі бағасьшың төмендігі.
МТ кемшіліктеріне мыналарды жатқызамыз: түйіспелі топтардың аз
саны (бір колбада түйіспенің бір жұбының болуы); басқа қарапайым
электромагнитпк релелеріне қарағанда, МҚК-ның жоғары болуы, өйткені
магнит ағыны бірнеше ауа аралықгарынан өтуге тиіс; айнымалы ток көзіне
байланысты жұмыс жасаудың мүмкін болмауы; шыны колбаға
байланысты герконның өте нэзік болатындығы.
д)
е)
(
1
9.10-сурет. Магнитпен басқарьшатын түйіспелердің құрылымдық
пішіндері
211
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
Поляризацияланған геркондарды жасауды колбалар ішіне жұқа пластиналы тұрақты магнитті орналастьфу арқылы жүзеге асырады; олар МТ
да орталық пластиналардың іске қосылу және жіберу тогымен жүзеге асырылады.
"
>.» •
Реленің МТ-ын жұмыс істеу үдерісің басқа қарапайым электромагниттік реле үдерісінен айырмашылығы болады. Қарапайым реледе
якорь қозғалысы (Іор) тогына жеткенде ғана басталады, бұл кезде
электромагниттік күшейту бос ауа кеңістігіндегі нүктеде серіппенің
механикалық қарсы әркет етуінен асып кетеді.
Герконда пластиналардың қозғалысы орамда ток пайда болысымен
бірден басталады. Орамдардың магниттендіру күші жоғарылаған сайын
бос ауа қуысы (9.11-сурет) §1582 жағдайларынан өтеді. Оларда түйіспелі
пластиналардың механикалық сипаттамасы Іі жэне І2 токтарына сэйкес
келетін тарту сипаттамалармен қиылысады. МҚК тогы ең жоғары
(жоғарғы шегі) мәнге жеткенде, бұл кезде тарту сипаттамасы механикалыққа жанасады, ал бос ауа кеңістігі 8пр тең болғанда, пластиналардың
бір-біріне қарай жақындауы тоқтатьшады.
9.11-сурет. Герконның тарту және механикалық сипаттамасы.
Төңкерме мәннен төмен бос ауа қуысы үшін, тарту сипаттамасы
механикалықтан жоғары орналасады, бұл дегеніміз пластиналар орамдағы
токтьщ өзгеруінсіз де Рэ —Рм күштерінің айырмасының әсерінен бір-біріне
қарқынды түрде жақындайды дегенді білдіреді.
212
Автоматика элементтері мен құрылгылары
9.7. Бақылау сұрақтары
1. Электромагнитгі релелер қалай жіктеледі?
2. Қандай сипатгама реленің тарту сипаттамасы деп аталады?
3. Қандай сипаттама реленің механикалық сипаттамасы деп
аталады?
4. Айнымалы ток электромагнитті релелерінің қандай ерекшеліктері бар?
5. Якорь дірілін қандай әдістермен жояды?
6. Магнитті басқарылатын реле деген не?
7. Поляризацияланған реле деген не?
8. Іске қосылу және жіберу тогы деген не?
9. Ғ = (8) сипаттамасы қалай аталады?
10. Электромагнитті муфтаның құрылысын сипаттаңыз?
11. Геркондардың қандай ерекшеліктері бар?
213
Н. Т. Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
10. ДАТЧИКТЕР Ж ӘНЕ ОЛАРДЫҢ Ж АЛПЫ СИПАТТАМАЛАРЫ
10.1. Датчиктер және олардың жіктелуі
Датчик деп
сигналды электрлікке түрлендіруге
арналган құрылгыны айтамыз. Жалпы түрде датчикті (Д) (10.1-сурет)
сезгіш элемент (СЭ) жэне түрлендіргіштен (Т) қүралатын жүйе ретінде
корсетуге болады. Сезгіш элемент автоматика жэне телемеханика
мүшесі»
түрлендіруге
Т үрл ендіргіште
эл ектротүйіс пел і
(х) алдымен сезгіш элементтің көмегімен (хі) багыттамасының механикалық орын ауыстыруына, ал содан соң түрлендіргіште (у) кедергісінің
озгеруіне алып келеді.
: ' '* ' ' '
Датчиктің кірісіне электрлік сигналдармен қатар, электрлік емес
сигналдарда келіп түсуі мүмкін. Датчик шығысынан әдетге электрлік
сигнал шыгады, себебі электрлік сигналды күшейту жэне түрлі
қашықгықтарга тасымалдау жеңіл.
Датчиктің негізгі сипаттамалары мен көрсеткіштері келесілер:
статикалық; инерттілік, динамикалық (дифференциалдық) сезімталдық;
сезімталдьщ табалдырығы; қателік; қуат; иінкүш (момент) немесе кіріс
сигналы козінен қажет болатын күшейту; шығыс қуаты жэне датчиктің
шығыс кедергісі.
10.1 -сурет Датчиктің құрылымдық сызбанүсқасы
Статикалық сипаттама (у) шығыс шамасының (х) кіріс шамасына
тәуелділігін корсетеді, яғни у=Г(х) (х-датчикке әсер ететін параметр).
Инерттілік шығыс шамасының өзгерісінің (у) кіріс шамасының
өзгерісінен (х) артта қалуымен сипатталады. Ол (х) кіріс шамасын өлшеу
кезіндегі қателіктерге алып келеді жэне сондықтан да қажет емес болып
табылады.
214
Автоматика элементтері мен құрылгылары
Датчиктің динамикалық (дифференциалдық) сезімталдығы 8 немесе
датчиктің динамикалық түрлендіру коэффиңиенті К шығыс шамасы
өсімшесінің (Ау,йу ) кіріс шамасы (Ах,йх ) өсімшесінен қанша есе көп
екенш көрсетеді.
с Ау
йу
э -------- — .
Ах
<1х
Датчиктің динамикалық сезімталдығы жоғары болғаны дұрыс. Бұл
сезімталдық датчиктің сипаттамасындағы «жұмыс нүктесінің» у=Г(х)
орналасуымен анықгалады.
Қазіргі уақытта автоматика саласында электрлік датчиктер кең
қолданыс тапқан, оларды екі үлкен топқа бөлуге болады: параметрлік жэне
генераторлық (немесе ЭДС датчиктері).
Параметрлік датчиктер электрлік емес бақьшаушы немесе ретгелетін
параметрлерді электрлік тізбек параметрлеріне (К, Ь, С) түрлендіру үшін
қызмет етеді. Бүл датчиктер электр энергиясын қосымша энергия көздерінен алады. Параметрлік датчиктер активті кедергі (түйіспелі, реостатгьі
потенциометрлік, тензо датчиктер, терморезисторлар) жэне реактивті
кедергі (индуктивті, сыйымдылықты) датчиктері болып екіге бөлінеді.
Генераторлық датчиктер электрлік емес параметрлерді электрлік
сигналға түрлендіруге арналған. Бүл датчиктер басқа энергия көздерін
қажет етпейді, өйткені олардың өзі кернеу көзі болып табылады.
Генераторлық датчиктер термоэлектрлік, пьезоэлектрлік жэне тахометрлік
болып бөлінеді.
Параметрлік жэне генераторлық датчиктерге келесі жалпы талаптар
қойылады:
. .
1) шығыс шамасының (у) кіріс шамасына (х) үздіксіз жэне сызықгы
тэуелді болуы;
2) жоғары дннамикалық (дифференциалдық) сезімталдылық,
3) аз инерттілік;
4) датчиктің өлшенетін жэне ретгелетін параметрге аз мөлшердегі
эсері;
5) жұмыстағы сенімділік;
6) өлшеуіш аппарат және басқа да қорек көздеріне қолдануға мүмкіндігі;
7) өзіндік құнының төмендігі;
8) минимальды салмағы мен габариттік өлшемдерь
Датчикті таңдау кезінде зертгелетін процесстің ерекшеліктерін
есепке алу қажет, оларға: эсерлердің периодтылығы немесе максималды
жиілігі, атмосфералық жағдайлар (ылғалдылық жэне ауа температурасы)
жатады.
215
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сәрсенбаев
10.2. Активті кедергінің параметрлік датчиктері
Параметрлік датчиктер автоматикада, телемеханикада және есептеу
техникасында кеңінен қолданылады. Параметрлік датчиктерге реостатты,
потенциометрлік және түйіспелі датчиктер жатады.
Түйіспелі датчик дегеніміз —бір немесе бірнеше электрлік тізбектерді
басқаратын түйіспелердің механикалық орын ауыстыруы, олардың тұйық
немесе ашық күйіне түрленетін датчик. Түйіспелерді түйықтаған кезде
олардың арасындағы активті кедергінің мэні шексіздіктен бастап аздаған
мэнге дейін, ал түйіспелерді ажыратқанда ол кері бағытта өзгереді, яғни аз
мәннен шексіздікке дейін.
10.2-суретте түйіспелі датчик кескінделген, мүндағы 1-басқарылатьш
обьект (айналатын лента), 2-щуп, 3-түйіспелер, 4-оқшаулағыш материал
(текстолит). Лента қозғалған кезде түйіспелер түйықгалады, бүл дегеніміз,
айналыстағы лентаның бақыланатын қалыңдығына сәйкес сигнал өтіп
жатыр дегенді білдіреді.
Түйіспелі датчиктер көмегімен өлшеу жүргізудің ерекшелігі
өлшеулердің дискреттілігі болып табьшады, өйткені түйіспелер шуптың
анықгалған жағдайында түйықталады жэне ажыратылады.
777777777777777
б)
10.2-сурет. Қарапайым түйіспелі датчик:
а) түйіспелер ажыратылған; б) түйіспелер түйықгалған
Түйіспелер датчиктің ең маңызды бөлігі болып табылады. Датчик
жұмысының сенімділігі мен дэлдігі көп жағдайларда түйіспелер дайындалатын материалға жэне оларды дайындау сапасына байланысты болады.
Датчик түйіспелері ажырататын қуат аз болған сайын, түйіспелердің
жануы аз болады және датчик жұмысының дэлдігі соғұрлым жоғары
болады. Түйіспелерді жасауға арналған материалды датчик жұмысының
жағдайын есепке ала отырып таңдайды, нақгырақ айтсақ: түйіспелерге
берілетін кернеу, тізбектегі басқаратын қуат, түйіспедегі қысым жэне тағы
басқалары. Түйспе материалы үшін күміс, вольфрам, алтын, платина,
платинаның иридимен қосылысын қолданады. Түйіспелі датчиктер
машина жасау өнеркэсібінде, автоматты бақьшау мен бұйымды сызықгы
216
I
Автоматика элементтері мен құрылгылары
өлшемдері бойынша сұрыптау кезінде кеңінен қолданады. Өлшеу дэлдігі
1-2 мкм-ді құрайды.
Бұл датчнктің артықшьшықтарына: құрьшысының қарапайымдылығы
жэне 1-2 мкм-ге дейінгі салыстырмалы жогары дәлдігі. Ал кемшіліктеріне:
түйіспелердің күйуі (түйіспелерді кезең сайын тазарту қажеттілігі) жэне
түйіспелерді реттеу Қажеттілігі.
Реостатты және потенциометрлі датчиктер.
Реостатты жэне потенциометрлі датчиктер бұрыштьщ немесе сызықты орын ауыстыруларды электрлік сигналдарга түрлендіруге арналган. ^
Реостатты датчик айнымалы кедергі түрінде орындалған қарапайым
реостат түрінде болады, оның жылжымалы түйіспесі механикалық түрде
түрленетін элементпен байланысқан. Әдетте олар сымды реостат түрінде
болады, олардың белдемшелері бақьшаушы немесе реттеуші параметрлер
әсерінен жылжиды.
Құрьшысы жағынан реостатты жэне потенциометрлі датчиктер сым
оралған және жылжымалы белдемшесі бар каркастан құралады. Датчиктің
каркасы текстолиттен, шьшы текстолиттен, пластмассадан жэне^ оқшаулағыш лакпен немесе оксидті жабындымен жабьшған алюминий ерітінділерінен жасалады. Алюминий ерітінділерінен дайьшдалған каркастар
басқа каркастармен салыстырғанда біршама жылу сақгай алады, бұл
орамдағы тоқ тығыздығын жоғарылатуға және түрлендіргіштщ сезімталдьнын жоғарылатуға мүмкіндік береді. Каркастар цилиндрлік немесе
жазық пластина түрінде, сондай-ақ сақина жэне сегмент пішіндес болуы
мүмкін. Каркасқа оралатын сымның үлкен жұмыстық кедергісі жэне
кедергінің аз температуралық коэфиценті болуы керек. Реостатгы жэне
потенциометрлі датчиктердің орамдары үшін константалы, манганилі,
нихромды, жаңа константалы жэне басқа да сымдар қолданылады. Аз
қысымы бар түйіспелі датчиктер үшін күміс, платина жэне алтын
ерітінділерінен дайындалған сымдар қолданылады. Реостатгы жэне
потенциометрлі датчиктің сипатгамасы сатыльі болып табылады, өиткені
бақылаушы және ретгеуші параметрлердің үзіліссіз өзгерісіне бір орам
кедергісінің мэніне тен болатын кедергінің сатыльі өзгерісі сәйкес келеді.
Бұл жағдай өлшеу қателіктеріне алып келеді, оны сымньщ диаметрін
азайту есебінен төмендетуге болады. Әдетге диаметрі аз сым қолданылады: датчикті жасау кезінде бақылаушы немесе ретгелетін параметр
бірлігіне датчиктің көп орамы сәйкес келетіндей етіп жасауға ұмтылады,
бұл сипатгаманың сатьшығының жэне олшеу қателігінің (ереже боиынша
100-200 кем емес) томендеуіне алып келеді. Жылжымалы белдемшенін
ораммен қосылатын бөлігін көп жағдайларда күмістен немесе платинаның
күміспен қосылған ерітіндісінен дайындайды. Белдемшенщ орнына
датчикте щетка қолданылуы мүмкін, ол параллель байланысқан бірнеше
сымдардан тұрады.
217
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
Іс жүзінде потенциометрлі датчиктер де кеңінен қолданылады, ол
кернеу бөлгіш
оөлпш схемасы ооиынша
бойынша қосылған активті кедергі түрінде
жасалады (10.3 а-сурет). Бос жүріс режимінде потенциометрлі датчиктің
шығыс кернеуі, яғни жүктеме қосылмаған кездегі кернеу мэні келесі
формула бойынша анықгалады
Кх
V иіыг ІКх=ІІ
( 10. 1)
К
мұндагы I - датчик тогы; Кх - датчиктің қосылған бөлігіне сәйкес келетін
кедергісі; II - датчиктің қоректендіру кернеуі; К - датчиктің толық кедергісі.
Датчик орамы біркелкі орындалған және ұзындық бірлігіндегі сымның кедергісі тұрақгы деп есептесек, онда келесі теңдеуді жазуға болады:
К
( 10.2)
К
мұндағы х —датчиктің жылжымалы белдемшесінің орын ауыстьфуы; Ь
ұзындығы
теңдеуше
аламыз
«шыг = ^
£
мұндағы К:
Ь
=кх
(Ю.З)
тасьшалдау коэфиценті.
формуладан потенциометрліх датчиктің стати-сурет) бос жүріс режиміндегі датчиктің шығыс
кернеуінің II
ілы белдемшенің орын ауыстыруы X арасындағы
сызықгы тәуелділік түрінде
датчик біртактылы болып табылады, себебі ол белдемшенің орын
і өлшеуге мүмкіндік береді.
І1ІЫГ
V
Ъ
к*
шыг
потенциометрлік датчик
сипаттамасы
218
Автомсітика элементтері мен құрылгылары
жұмыс
Мұндай
тер екі тактылы немесе реверсивті деп аталады (10.4-сурет).
I
шыг
~|к,+х
ж/2
Ііш ы г = Г ( х )
' I к, - X
I
2/2
I) 111ыг
І^шығ
а)
б)
10.4-сурет. Екітактылы потенциометрлік датчик:
а - қосылу сызбанүсқасы; б - бос жүріс кезіндегі статикалық сипаттамасы
Автоматикада, телемеханикада жэне есептеу техникасында потенмеханизмдер
циометрлік
бұрыштарын өлшеу үшін жиі қолданады. Бұл датчиктердің шығыс
ұштарьшан алынатын тұрақгы немес айнымалы ток кернеуі потенциометрдің жылжымалы белдемшесінің бұрылу бұрышына пропорционал
болады. Кейбір жағдайларда потенциометр белдемшесінің^бұрылу бұрышына байланысты синусоидалы немесе ло
қолданылады.
Мұндай
ретін кернеу алынатын потенциометрлік даг
потенциометрлік датчиктер функционалдық деп аталады.
Реостатты және потенциометрлі датчиктің артықшылықгарына
келесілерді жатқызуға болады: құрылысының қарапайымдылығы салмағы
жэне габариті аз; тұрақты және айнымалы токпен қоректену мүмкіндіп,
реттеудің қарапайымдылығы және жоғары түрақтылық
жұмысының
мерзімін
төмендететін
жылжымалы
түйіспенің
болуы
қьпмет ету
жүкгеменщ аз кезіндеп
сының сызыкты еместігі жэне сипатгаманың сатылы болуынан паида
болатын қателіктердің болуы. Қортындылай келе, реостатгы және
потенцнометрлік датчнктердің реактивті кедергісінің үлкен болмантындыгын айта кеткен жөн жэне оны бірнеше ондаған килогерцке денінп
жнілікпен жүмыс жасау кезінде есепке алмауға да болады.
219
Н. Т.Исембергенов, Н. С Сэрсенбаев
Тензодатчик деп детальдардағы статикалық немесе динамикалық
деформацияларды өлшеуге жэне оны активті кедергінің өзгерісне түрлендіруге арналған арнайы құрастырылған датчикті айтады. Тензодатчиктің
жұмысы кейбір материалдардың оларға күш түскенде активті кедергісінің
өзгеру қасиетіне негізделген.
Қазіргі уақытта сым, фольга немесе жартылай өткізгішті тензодатчик
түрлері кеңінен қолданыс тапқан. Сым тензодатдик 10.5-суретте көрсетілгендей 2 қағаз немесе пленкадан жасалған бетке зигзаг тэрізді
жапсырылған 1 жіңішке сым (диаметрі 0,02-0,5 мм) өткізгіштен қүралады.
Сым өткізгіштің жоғарғы бетіде қағаз немесе пленкамен жабылған.
Тензодатчикті схемаға қосу үшін сым өткізгіштің үпггарына 3 мыс
өткізгіштер пісіріліп жалғанады. Тензодатчик 4 детальға желім арқылы
қатаң жапсырылады.
|
Детальді сым өткізгіш орналасқан бағытта созып немесе қысқанда
онымен бірге сым өткізгіште деформацияға үшырайды. Нәтижесінде
сымның үзындығы Ь, көлденең қимасының ауданы 8 немесе сым жасалған
материалдың меншікті кедергісі р өзгереді.
Мысалы, созылғанға дейін сымның электрлік кедергісі К. = —— болса,
$
созылудан кейін ол К+ДК тең болады. Сым тензодатчиктерді дайындау
үшін р меншікті кедергісі жоғары және температуралық коэффициенті
төмен, яғни кедергісі температураға көп тэуелді болмайтын материалдар
қолданылады. Оларға константа немесе нихромды жатқызуға болады.
10.5-сурет. Сым тензодатчик:
а —қурылысы; б —сипаттамасы
Сым тензодатчиктердің негізгі сипаттамалары: номиналь кедергісі К,
тордың үзындығы (база) Ьб жэне тензо сезімталдық коэффициенті Кт. Бүл
коэффициент келесі формуламен анықталады
220
Автоматика элементтері мен құрылгылары
V
кт = ^ 5 -,
(Ю.4)
т АЬ/Ь
мұндағы АЬ - сым ұзындығының абсолют өзгерісі; АЬ/Ь - сым ұзьшдығының салыстырмалы өзгерісі; АК/К - тензодатчик кедергісінің салыстырмалы өзгерісі.
\
Сым тензодатчшстердің тензо сезімталдық коэффнңентінің мэні
көбінесе 1,8-2,5 тең, ол сымның материалына жэне оны дайындау
технологиясына тэуелді. Сым тензодатчиктердің кедергісі эншейінде 50
мен 400 Ом аралығында жэне оларға беруге болатын жұмыс тогыньщ
номиналь мэні 30 мА. Салмағының төмен жэне габариттік өлшемдерінің аз
болуьша байланысты (тордың ұзындығы 15-45 мм; ені 7-10 мм) сым
тензодатчиктерді детальдардың эртүрлі бөліктеріне орналастыруға
болады.
Олардың негізгі артықшылықгары: детальдың деформациялануына
эсер етпеуі, сипаттамасының сызықгылығы жэне бағасының төмендігі.
Фольгалы тензодатчиктерде сым тензодатчиктер сияқгы, бірақ
оларда сымнан жасалған тордың орнында пленкаға желімделетін металл
фольгалардың (қалындығы бірнеше микрон) өте жіңішке жолақгары
болады (10.6-суретге көрсетілген).
Фольгалы тензодатчиктің құрылымы түрлі конфигурацияларға ие,
яғни кез-келген пішіндегі торды дайындауға болады. Техникада торлардың келесі конструкциялары жиі қолданылады түзу сызықгы деформацияларды өлшеу үшін (Ю.ба-сурет); розеткалы - дөңгелек біліктердегі
айналдыру иінкүштерін өлшеу үшін (10.66-сурет); мембранды —
мембранаға әсер ететін күштерді өлшеуүшін (Ю.бв-сурет);
а)
б)
в)
10.6-сурет. Фольгалы тензодатчиктер торының құрылымы.
Фольгалы тензодатчиктің сым тензодатчикке қарағанда бөлшекпен
жанасу ауданы үлкен болады, сэйкесінше оның жылу беруі соңғыға
221
Н. Т. Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
қарағанда жоғары болады. Осының арқасында фольгалы тензодатчик
арқылы өтетін ток мэнін 0,2 А-ге дейін жоғарлатуға болады.
Фольгалы тензодатчиктің кедергісі 50 ден 200 Ом тең. Тензосезімталдық коэффициентінің мэні Кт сым тензодатчик-тердегідей болады.
(К т=1.8-2.5). Салыстырмалы деформацияларды өлшеу шегі 0,3%-га тең,
жұмыс жасауға қабілеттілік температуралық диапазоны - 40° С-тан
+70° С-ге дейін.
^
Жартылай өткізгішті тензодатчиктер техникада салыстырмалы түрде
жақыннан бері ғана қолданылуда. Олар сым және фольгалы тензодатчиктермен салыстырғанда көптеген артық-шылықтарға ие. Тензо сезімталдық коэффициентінің мәні 60 есе көп; өлшемдері аз (тор ұзындығы
3-тен 10 мм-ге дейін) шығыс сигналының үлкенмэні.
Жартьшай өткізгішті тензодатчиктің сым тензодатчиктен негізгі
ерекшілігі деформация кезіндегі датчик кедергісінің үлкен өзгерісі (50%-ға
дейін) жэне температураға деген жоғары сезімталдығы (сым датчиктеріне
қарағанда 10-20 есе көп) болып табылады. Құрылымы жағынан жартылай
өткізгішті тензодатчик қағазға жапсырылған германиден немесе кремниден жасалған пластина түрінде болады. Датчикті қосу үшін пластина
металл шығыстармен жабдьщталады. Датчиктің номиналды кедергісі
эдетте 40-1000 Ом-ға тең. Датчик жұмысының температуралық диапазоны -160-тан +300 с-ді құрайды. Кедергінің сызықгы өзгерісі салыстырмалы деформациялар кезінде ±0,1%-ға дейін сақталады. Жартылай
өткізгішті тензодатчиктің негізгі кемшіліктері: икемділігі төмен, механикалық төзімділігі аз, параметрлерінің тұрақсыздығы, бір типтес датчиктердің сипаттамапарының алуан түрлілігі жэне сипаттамаларының
сызықты еместігі.
10.3. Параметрлік индуктивті және сыйымдылықты датчиктер
Реактивті кедергінің параметрлік датчиктері айньшалы ток көзінен
қоректенеді. Оларға индуктивті және сыйымдылықгы датчиктер жатады.
Индуктивті датчиктер электромагнитті дросселдің жылжымалы бөлшектерінің бірі, әдетте якорь орын ауыстырған кездегі индуктивті кедергінің
өзгеруіне негізделген. Олар аздаған бұрыштық немес сызықгы механикалық орын ауыстыруларды, деформацияларды, бөлшек өлшемдерін
бақьшауға, өлшеуге, сондай-ақ ілеспелі жүйелер құрылғыларын басқаруға
арналған.
Индуктивті датчик орамы 1 жүктеме кедергісімен 2* тізбектей
жалғанған бос ауа қуысы 8 өзгермелі электромагнитті дроссель болып
табылады (10.7а-сурет). Магнит өзекшесі 2 жэне якорь 3 магнитті-жұмсақ
222
Автоматика элементтері мен цұрылгылары
материелдан жасалады. Бос ауа қуысы 8 (кіріс шама) өзгергенде дроссель
орамның индуктивтілігі Ьдр және орамның кедергісі 2.др өзгереді.
Дроссель орамының индуктивтіліп
•
•
-Зв-Ио
һ др
2-8
дроссель орамдарының тармақ саны; 8В жэне 8 - бос ауа
мұндагы
қуысы қимасының ауданы мен оньщ ұзындығы; Цо —вакуумның
ӨТ1МД1Л1Г1.
Дроссель орамының толық кедерпсі
'
Ъдр
2 _2
«> • * У Ш
2-8
V
**Др2 +со2Ь2др
дроссель
орамыньщ
активті
кедергісі;
со
кернеудщ
мұндағы
др
бұрыштық жиілігі.
I
2Т2
К.н + со һ н жүктеме•
•
V
дегі кернеу түсуін (шыгыс кернеуі) келесі формуламен анықгауға болады
Vн
2н
І н -2„
К ,.
Гдр
+ ео
(^И
>
^-*др
мұндағы К.„ - жүктеменің актнвті кедергісі; Ь н - жүктеменің нндуктивті
кедергісі.
А
V»
2
„
о-Ч
»)
10.7-сурет. Бос ауа қуысы өзгермелі реверсивті емес индуктивті датчик
а - қосылу сызбанұсқасы; б - статикалық сипаттамалары;
ОА - идеапьды; ВС - нақты
223
Н. Т.Исембергенов, Н. С. Сэрсенбаев
Айта кететін жәйт, ауа қуысының ұзындығы 8 қысқарғанда дроссель
орамының индуктивтілігі Ьдр жоғарылайды, ал өз кезегінде жүктемедегі
кернеу түсуінің төмендеуіне 11„ әсер етеді.
Жоғарыда 10.7, б-суретте реверсивті емес индуктивті датчиктің ОА
идеальды жэне ВС нақты статикалық сипаттамалары көрсетілген.
Индуктивті датчиктің нақты сипаттамасының идеальдыдан айырмашылығы, яғни онда сәл сызықты емес учаскенің бар болу себебі, бос ауа
қуысының ұзындығы нөлге тең кезде дроссель орамының индуктивтілігі
ЬдР?ьоо, сондықтан жүктемедегі кернеу түсуі
жэне ол белгілі бір
мэнге тең (бос жүріс кернеуі Р б.ж). Ауа қуысы үлкен болғанда ВС нақгы
сипаттамада ІІнас қанығу кернеуімен сипатталатын қанығу учаскесі
болады.
Реверсивті емес индуктивті датчиктердің артықшылықгары: жоғары
сезімталдығы; сенімділігі жэне ұзақ уақыт жұмысқа жарамдылығы;
түйіспелердің болмауы; шығыс қуатының айтарлықгай мэнге ие болуы
жэне құрылысынын қарапайымдылығы мен пайдалануға ыңғайлылығы.
Кемшіліктеріне: бос ауа қуысы болмаған кезде бос жүріс кернеуінің
болуы Чб.ж; нақгы сипаттаманың сызықсыздығы; якорь мен дроссель
өзекшесінің арасында үлкен күштердің пайда болуы (бірнеше килограммға
дейін).
Қазіргі кезде сезімталдылығы ревесивті емес датчиктердікінен 2 есе
жоғары болатын реверсивті датчиктер қолданылуда. Олар ортақ якоры бар
1 екі реверсивті емес датчиктерден құралады жэне олар дифференциальды
схемамен қосылған ( 10.8а-сурет).
а)
б)
10.8-сурет. Бос ауа қуысы өзгермелі реверсивті индуктивті датчик
а —дифференциалъді қосылу схемасы\ б —статикалық сипаттамалары
224
Лвтоматика элементтері мен құрылгылары
Якорьға әсер ететін күш 2 өзекшелердің тарту күштерінің айырмасына тең, якорьдьш орта жағдайьгада және толық симметрия кезінде
қортынды күш нольге тең, ал басқа жағдайларда аздаған мэнге тең болады.
Реверсивті датчиктің нақгы статикалық сипаттамасы 10.8б-суретге
көрсетілген (ІП-кисық). Ъүл сипаттама реверсивті емес датчиктер
сипаттамаларының ординаталарының алгебралық қосындысы арқылы
салынады (I және П қисықтар). Есептеулердің басы ретінде якорьдың
орта жағдайы алынады, бұл кезде схема теңгерілген жэне жүктемедегі
кернеу түсуі нольге тең, яғни ІІН = 0. Якорь тепе-теңціктен сэл ауытқыса
ІІВ сызықгы қатынаспен жоғарьшайды. Орын ауыстырудың бағыты
өзгергенде ІІН кернеу фазасы 180° бұрышқа ауысады.
Автоматикада, эсіресе гироскопиялық құрылғьшарда трансформаторлық индуктивті датчиктер қолданылады (10.9-сурет). Олардың жұмыс
жасау принципі ферромагнитгі өзекше 1 орын ауыстьфғанда датчикгің
орамдарындағы ЭҚК пен ағьшдар тоғысуының өзара индуктивтіліктерінің
өзгеру құбылысына негізделген. Ортаңғы өзекшеге оралған <ав орамға ток
көзінен V кернеуі беріледі, ал оларға енгізілген ЭҚК бір-біріне қарамақарсы бағытталатындай схемамен қосылған шеткі өзекшелерге оралған
жэне \у2 орамдарынан жүктеме кернеуі Ч„ (шығыс кернеуі) алынады.
Якорь 1 симметриялы күйде орналасқанда үу, жэне \у2 орамдардағы ЭҚК
өзара тең, сондықган шьныс кернеуі ІІ„ = 0. Якорь симметриялы күйден
ауытқыса !Ц жэне ү/2 орамдарда мэндері эр түрлі ЭҚК туады, нәтижесінде
кернеуі өзгереді.
10.9-сурет. Трансформаторлык
индуктивті датчик
Іін
Трансформаторлық индуктивті датчиктерде якорьдың орын ауыстыру аралығы үлкен жэне жүктеме тізбегі ток көзімен электрлік баиланыспаған, яғни бұл датчиктерде олардың арасында тек магнитгік баиланыс
бар. Мұндай индуктивті датчиктер негізінен 3000-5000 Гц жиіліктерде
225
V
Н. Т.Иселібергенов, Н. С. Сэрсенбаев
қолданылады. Одан жоғары жиіліктерде олар сирек қолданылады, себебі
ферромагнитті материалда магниттендіру шығындары жоғарылайды жэне
орамдардың реактивті кедергісі өседі.
Сиымдылықты датчиктер. Жалпы алғанда сиымдылықты датчик
сиымдылығы өлшенетін электрлік емес шаманың өзгерісіне тэуелді болып
табылатын конденсатор.
Конденсатордың сиымдылығы келесі параметрлерге тэуелді: пластиналардың бір-бірінен арақашықтығына (беттер); пластина ауданына;
пластиналар аралығының диэлектрлік тұрақгысына. Мысалы, жазық
конденсатордың сиымдылығы келесі формуламен анықгалады, пФ:
С = 0,088— ,
(і
мұндағы 8 - ортаның салыстырмалы диэлектрлік өтімділігі, пФ/см; 8 конденсатор пластиналарының ауданы (беттер), см 2; й - пластиналардың
бір-бірінен арақашықтығы (беттер), см.
Өлшенетін электрлік емес шаманың түрленуі конденсатордың сі, 8
және 8 праметрлерінің өзгерісіне тэуелді болатындай бірнеше сиымдылықты датчиктер жасауға болады..
10.10,
а-суретте сыйымдылықты датчик көрсетілген, онда өлшенет
шама пластиналар арасындағы қашықгықгың өзгёрісін тудьфады.
Жылжымалы пластинаның бір орнынан жоғарыға қарай ауыстырған кезде
қашықгығының мәні жоғарлайды, бұл датчик сыйымдылығының төмендеуіне алып келеді. Егер жылжымалы пластина төмен қарай орын
ауыстырса, онда датчик сыйымдылығы жоғарлайды. Датчиктің статикалық
сипаттамасы (10.10б-сурет) пластиналар арасындағы қашықтықтын
салыстьфмалы өзгерісі мен сыйымдылықгың салыстырмалы өзгерісі
арасындағы тәуелділікті көрсетеді.
10.10-сурет. Пластиналар арасындағы ара қашықгығы айнымалы
сыйымдылықгы датчик:
а —қүрлысы; б —статикалық сипаттамасы
226
Лвтоматика элементтері мен құрылгылары
Сыйымдылықты жоғарлату үшін көп сатылы сыйымдылықгы
датчиктер қолданылады, олар бірінің астына бірі орналасқан және
жылжымалы пластиналары бар бірнеше датчиктерден жасалады, бұл
жағдайда датчиктін жылжымалы пластиналары ортақ оське бекітіледі.
Мұндағы датчиктердің сыйымдылығы
құрылысына байланысты
бірнеше ондаған бірнеше жүздеген пикофарадқа тең болады.
Сыйымдылықгы датчиктін кемшілігі: ішкі кедергісі үлкен; паразитті
сыйымдылықгардын әсер етуі; алынатын сигналдың қажетті түрде
күшеитіліуі; жоғары жилікті кернеу кезгащ қажеттілігі; температура жэне
қоршаған орта ылғалдылығының өзгерісінің күшті эсері.
Сыйымдылықгы датчиктер автоматикада сызықгы және бүрыштық
орын ауыстьфуларды, бөлшектер арасындағы қашықгықтарды, физикалық
қосындыпар құрамын, температураның, сұйықгық деңгейін, қысымды,
диэлектрлік материалының ылғалдылығын жэне т.б. шамаларды бақылау
үшін қолданылады.
10.4. Бақылау сұрақтары
1. Датчиктерге қойылатын негізгі талаптар қандай?
2. Параметрлік датчиктер қандай физикалық құбылысқа негізделіп
жұмыс жасайды?
3. Индуктивті датчиктер не үшін қолданылады?
4. Реверсивті емес индуктивті датчиктің қандай ерекшеліктерін
білесіз?
5. Датчик деген не?
6. Тензодатчиктің жұмысы қандай принципке негізделген?
7. Сиымдылықты датчиктер не үшін қолданылады?
8. Тензо сезімталдық коэффициент деген не?
9. Реверсивті индуктивті датчиктердің қандай ерекшеліктерін
білесіз?
227
I
Әдебиеттер
тізімі
1. Волков Н.И., Миловзоров В.П. Электромашинные устроиства автоматики. М.: Высшая школа, 1988 .
2. Сабинин Ю.А. Электромашинные устройства автоматики. Л.:
Энергоиздат, 1988 .
3. Мшовзоров В.П. Электромагнитные устройства автоматики. М.:
Высшая школа, 1974.
4. Хрущев В.В. Электрические машины систем автоматики: Учебник
для вузов. - 2 —изд., перераб и доп. Л .: Энергоатомиздат, 1985. 368 с.
5. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины: Учебник для вузов. М.: Энергия, 1980. 928 с..
6. Копылов И.П. Электрические машины. М.: Энергоатомиздат,
1986. 360 с.
7. Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник дпя студентов
высших технических учебных заведений. 3-е изд., перераб. Л.: Энергия,
1978. 832 с.
8. Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. Электромех. и
электроэнерг. спец. вузов: Учебник. М.: Высшая школа, 1990.416 с.
МАЗМҮНЫ
Кіріспе
Автоматика элементтері мен құрылғылары туралы
жалпы мағлұматтар.....................................................
3
1. Автоматиканың электромашиналы құрылғылары.................................5
1.1. Тұрақты ток машиналарының құрылысы....................................5
1.2. Тұрақты ток машиналарының якорь орамдары туралы
жалпы мағлұматгар........................................................................ 6
1.3. Тұрақты ток машиналарының жұмыс жасау принципі.............. 8
1.4. Тұрақгы ток машиналарындағы якорь реакциясы..................... 14
1.5. Тұрақгы ток генераторлары........................................................... 15
1.6. Тәуелсіз, параллель және арлас қоздырылатын
генераторлар.................................................................................... 17
1.7. Тұрақгы ток тахогенераторлары .................................................. 20
1.8. Тұрақты ток қозғалтқыштары ...................................................... 24
1.9. Иінкүштердің теқцеулері............................................................... 26
1.10. Тұрақты ток қозғалтқыштарының сипаттамалары..................... 28
1.11. Параллель қоздырылатын қозғалтқыштар...................................29
1.12. Тізбектей қоздырылатын қозғалтқыштар.....................................32
1.13. Аралас қоздырылатын қозғалтқыш...............................................34
1.14. Тұрақгы ток қозғалтқышының қолданылуы................................35
1.15. Бақылау сұрақгары..........................................................................37
2. Басқарылатын жартылай өткізгішті түрлендіргіштер.......................... 38
2.1. Басқарылатын түзеткіштер............................................................ 38
2.2. Тұрақгы ток қозғалтқышын тиристорлы басқару...................... 45
2.3. Тиристорлы басқарудың қолданылуы..........................................50
2.4. Бақылау сұрақтары.........................................................................52
3. Трансформаторлар..................................................................................... 53
3.1. Трансформатордың құрылысы мен жұмыс істеу принципі....... 53
3.2. Бір фазалы трансформатордың негізгі теқдеулері...................... 55
3.3. Трансформатордың параметрлерін келтіру.................................57
3.4. Трансформатордың ауыстыру сызбанұсқасы .............................58
3.5. Трансформатордың сыртқы сипаттамасы мен екінші
ретгік кернеуін өзгерту...................................................................59
3.6. Трасформатордың бос жүріс және қысқа тұйықгалу әдістері....61
3.7. Трансформатордың пайдалы әсер коэффициенті........................64
229
3.8.
3.9.
3.10.
3.11.
Үш фазалы трнасформаторлар ..................................................... ..65
Автотрансформаторлар.................................................................. ..67
Трансформаторды есептеудің үлгісі............................................ ..69
Бақылау сұрактары.......................................................................... ..70
Айнымалы ток машиналарының теориясы........................................... ..71
4.1. Айнымалы ток машиналарының негізгі түрлері........................ ..71
4.2. Айналмалы магнит өрісінің пайда болу принципі.................... ..72
4.3 Асинхронды машиналардың құрылысы және жұмыс
жасау принципі................................................................................ ..74
4.4. Роторы қозғалыссыз асинхронды қозгалтқыш.......................... ..79
4.5. Роторы қозгаллыстагы асинхронды қозгалтқыш....................... ..81
4.6. Асинхронды қорзгалтқыштың энергетикалық диаграммасы
мен айналдьфу иінкүш і................................................................. ..85
4.7. Асинхронды қозгалтқыштың механикалық және жұмыстық
сипаттамалары................................................................................. ..91
4.8. Асинхронды қозғалтқышты жиіліктік басқару
жэне жиілік түрлендіргіштерінің түрлері.................................... ..92
4.9. Асинхронды қозғалтқыштардың айналу жиілігін полюстер
жұбын ауыстырьш қосу арқылы реттеу....................................... ..100
4.10. Статор кернеуін өзгерту арқылы
айналу жиілігін реттеу................................................................... ..103
4.11. Фазалы роторлы асинхронды қозғалтқыштардың
айналу жиілігін реттеу................................................................... ..104
4.12. Қозғалтқыиггың айналу жиілігін екі жақган
қоректеген режимде ретгеу............................................................ ..106
4.13. Үш фазалы асинхронды қозғалтқышты
есептеудің үлгісі.............................................................................. ..108
4.14. Бақылау сұрақтары.......................................................................... ..110
5. Аз қуатты асинхронды қозғалтқыштар....................................................111
5.1. Жалпы мағлұматтар...........................................................................111
5.2. Бір фазалы асинхронды қозғалтқыштар.......................................112
5.3. Асинхронды орындаушы қозғалтқыштар.....................................116
5.4. Асинхронды орындаушы қозғалтқыштардың
айналу иінкүші және ауыстыру схемасы.......................................120
5.5. Асинхронды орындаушы қозғалтқыпггардың сипаттамалары
және олардың басқару..................................................................... 124
5.6. Үш фазалы асинхронды қозғалтқыштарды бір фазалы
желіге әдістері.................................................................................... 128
230
5.7. Бақылау сұрақтары.......................................................................... 129
6. Синхронды машиналар..............................................................................
6.1. Синхронды генератор құрылысы жэне жұмыс жасау
принципі........................................................................................... .
6.2. Синхронды машинаның якорь реакциясы....................................132
6.3. Синхронды генераторлардьщ негізгі сипатгамалары................. 134
6.4. Синхронды генераторлардьщ векторлық диаграммалары........ 136
6.5. Синхронды тахогенераторлар....................................................... 13 9
6.6. Синхронды қозғалтқыштар жэне олардың сипаттамалары...... 140
6.7. Синхронды машинаның электромагнитті
қуаты жэне айналдыру иінкүші....................................]................143
6.8. Синхронды қозғалтқыштың асинхронды жіберлуі.................... 144
6.9. Жел-энергетикалық қондьфғының синхронды
генератордын есептеу мысалы...................................................... 146
6.10. Бақылау сұрақтары..........................................................................148
7. Автоматика жүйесінің микромашиналары............................................ 149
7.1. Айналмалы (бұралмалы) трансформаторлар..............................149
7.2. Синусты-косинусты айналмалы трансформаторлар.................. 151
7.3. Сызықты айналмалы трансформаторлар......................................154
7.4. Қадамды қозғалтқыштар............................................................... 156
7.5. Қадамды қозғалтқыштардың жұмыс істеу режимі
және сипаттамалары.......................................................................159
7.6. Тұрақты ток вентильді қозғалтқышының құрылысы мен
жұмыс істеу принципі....................................................................161
7.7. Сельсиндер....................................................................................... 165
7.8. Сельсиндердің индикаторлы режимдегі жұмысы ..................... 168
7.9. Сельсиндердің трансформаторлық режимдегі жұмысы............ 172
7.10. Бақылау сұрақтары.........................................................................173
8. Электр машиналарының жылулық режимдері жэне
қозғалтқыш қуатын таңдау...........................................................................175
8.1. Электр машиналарын жылыту жэне суыту..................................175
8.2. Қозғалтқыш жұмысының жылулық режимдері..........................178
8.3. Жүктеме иінкүшінің түрлері ........................................................ 181
8.4. Қозғалтқышты тақдау бойынша жалпы
мағлұматтар..................................................................................... 183
8.5. ¥зақ уақытты жүктеме кезінде қозғалтқышты таңдау............... 184
231
і
8.6.
Қысқа уақыттық және қайталама —қысқа уақыттық жұмыс
режимдеріндегі қозғалтқышты таңдау.......................................... 186
8.7. Орындаушы механизмнің бұрылу бұрышына тәуелді
жүктемелік иінкүштегі қозғалтқышты таң д ау .............................186
8.8. Ілеспелі жүйелер үшін қозғалтқышты таңдаудың
қарапайым әдісі.................................................................................. 188
8.9. Қуатты есептеу мен электроқозғалтқыпггы таңдау
мысалдары..........................................................................................189
8.10. Бақылау сұрақтары...........................................................................193
9. Автоматиканың электромагнитгік құрылғылары ..................................194
9.1. Тұрақгы токтың электромагнитті релесі ......................................194
9.2. Поляризацияланған р е л е ................................................................. 199
9.3. Тарту электромагниттері................................................................. 202
9.4. Айнымалы ток электромагнитті релесі......................................... 204
9.5. Электромагнитті муфгалар............................................................. 207
9.6. Магнитпен басқарылатын түйіспелер (геркондар)..................... 210
9.7. Бақылау сұрақтары...........................................................................213
10. Датчиктер және олардың жалпы сипаттамалары..................................214
10.1. Датчиктер және олардың ж іктелуі..................................................214
10.2. Активті кедергінің параметрлік датчиктері...................................216
10.3. Параметрлік индуктивті және сыйымдылықгы датчиктер..........222
10.4. Бақылау сұрақгары ........................................................................... 227
Әдебиеттер тізім і..............................................................................................228
Н.Т.Исембергенов
Н.С.Сәрсенбаев
АВТОМАТИКА ЭЛЕМЕНТТЕРІ
МЕН Қ¥РЫЛҒЫЛАРЫ
ІЗВЫ 9965-814-91-0
Баспаға 09.2009 ж. ұсынылган.
Пішіні 60x84 1/16. Көлемі 14,75 баспа табақ.
Тапсырыс № 293. Тарапымы 685 дана.
Қазақстан Республикасы
Білім және ғылым министрлігі берген мемлекеттік лицензия № 0000036.
«Бастау» баспасы ЖШС-і
(т. 266 54 59, 266 54 58)
«Полиграфсервис» ЖШС баспаханасы
Тел. 233 32 53
I
Исембергенов Налик Төрегалиұяы - техника
ғылымдарының докторы, Мәскеу энергетикалық
институтын аяқтағаннан кейін осы оқу орнында
аспирантурада оқып, кандидаттық диссертация
қорғаған.
Қазіргі уақытта Қ.И.Сәтбаев атындағы Қазақ
Үлттық техникалық университетінде
Радиотехника, электроника жөне
телекоммуникациялар кафедрасының
меңгерушісі. Автоматика элементтері мен
құрылғылары пәні бойынша 26 оқу-әдістемелік
нұсқаудың, оқу-әдістемелік кешендердің авторы.
Осы пән бойынша оқу зертханасын қурған. 71
ғылыми жұмыстың авторы, олармен бірге КСРО
және ҚР енертапқыштыққа берілген 22 авторлық
куәліктің иегері. Бір техника ғылымдарының
кандидатын дайындады және аспиранттардың
ғылыми-зерттеу жумыстарына жетекшілік етеді.
А .А
ЦЗЬИ
г
ІЙМ
.
Сәрсенбаев Нурлан Сәдуақасулы 1997 жылы
Ө.А.Байқоңыров атындағы Жезқазған
университетін «Өндіріс орындарын электрмен
жабдықтау» мамандығы бойынша аяқтаған.
2001 жылы Қ.И.Сәтбаев атындағы Қазақ ¥лттық
техникалық университетіне аспирантураға түсіп,
оны 2003 жылы аяқтағаннан кейін осы
университетте оқытушы болып қалдырылды.
2008 жылы 05.09.03 - «Электротехникалық
кешендер мен жүйелер» мамандығы бойынша
кандидаттық диссертация қорғаған.
Қазіргі уақытта Қ.И.Сәтбаев атындағы Қазақ
¥лттық техникалық университеті, Радиотехника,
Iш ш
электроника және телекоммуникациялар
Ш ш § кафедрасының аға оқытушысы.
«Автоматика элементтері мен құрылғылары»
пәні бойынша қазақ және орыс тілдерінде жарық
керген әдістемелік нусқаулардың авторы. Жалпы
ғылыми-педагогикалық етілі - 12 жыл оның
ішінде 6 жыл Қаз¥ТУ-да жумыс істейді.
Ш
І5ВЫ 9965-814-91-0
789965п814914
.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
85
Размер файла
14 122 Кб
Теги
sarsenbaevn, men, avtomatiki, elementen, isembergenov, khurilgilari, 3151
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа