Asinchroninės elektros mašinos


Asinchroniniai varikliai pagal rotoriaus konstrukcija skirstomi. Rotoriaus apvijos parametrų perskaičiavimas į statoriaus parametrus.

Elektronikos konspektas. Trifazės asinchroninės mašinos darbo principas ir konstrukcija. Įžanginės pastabos. Asinchroninės mašinos darbo principas. Asinchroninių mašinų konstrukcijos. Kintamosios srovės elektros mašinų apvijos. Apvijų pagrindiniai elementai ir apvijų rūšys. Trifazės vienasluoksnės apvijos. Trifazės dvisluoksnės apvijos. Vienfazės apvijos. Apvijų elektrovara ir apvijų koeficientas. Žingsnio sutrumpinimo faktorius. Apvijų paskirstymo faktorius. Griovelių įstrižumo faktorius. Apvijų magnetovara MV. Koncentruotos (sutelktosios) apvijos magnetovara. Paskirstytosios apvijos magnetovara. Trifazės statoriaus apvijos magnetovara. Apskritiminis, elipsinis ir pulsuojantis magnetiniai laukai. Trifazės apvijos magnetovaros aukštesniosios harmonikos. Asinchroninės mašinos darbo procesas. Asinchroninio variklio apvijų EV. Asinchroninio variklio magnetovarų ir srovių lygtys. Rotoriaus apvijos parametrų redukavimas į statoriaus apviją. Asinchroninio variklio fazorių diegrama. Asinchroninio variklio ekvivalentinė schema. Asinchroninio variklio elektromagnetinis momentas ir darbo charakteristikos. Asinchroninio variklio nuostoliai ir naudingumo faktorius. Asinchroninio variklio elektromagnetinis momentas. Tinklo įtampos ir rotoriaus aktyviosios varžos įtaka asinchroninio variklio mechaninei charakteristikai. Asinchroninio variklio darbo charakteristikos. Asinchroninio variklio magnetinio lauko aukštesniųjų harmonikų elektromagnetiniai momentai. Asinchroninių variklių paleidimas ir sukimosi greičio reguliavimas. Asinchroninio variklio paleidimo ypatumai. Asinchroninio variklio su faziniu rotoriumi paleidimas. Asinchroninių variklių su narveliniu rotoriumi paleidimas. Pagerintų paleidimo charakteristikų asinchroniniai varikliai su narveliniu rotoriumi. Asinchroninių variklių sukimosi greičio reguliavimas. Vienfaziai ir kondensatoriniai asinchroniniai varikliai. Vienfazio asinchroninio variklio veikimas. Vienfazio asinchroninio variklio paleidimas. Asinchroniniai kondensatoriniai varikliai. Trifazio variklio darbas nuo vienfazio tinklo. Vienfazis variklis su ekranuotais poliais. Asinchroninių mašinų naudojimas specialiems tikslams. Indukcinis reguliatorius ir fazinis reguliatorius. Tiesinis asinchroninis variklis. Elektromagnetinė asinchroninė mova. Asinchroninė mašina sinchroninės pavaros sistemoje. Asinchroninis valdomasis (vykdomasis) variklis.


Asinchroninio variklio rotoriaus sukimosi greitis visuomet mažesnis už oro tarpo magnetinio lauko sukimosi greitį (n2

Kai rotorius nesisuka (n2 = 0), gauname s = 1. Sukantis rotoriui variklio režimu (n2 < n1), 0n1, tai visuose rotoriaus apvijos laidininkuose EV ir srovė pakeis kryptį priešinga. Tuo atveju elektromagnetinės jėgos Fe taip pat pakeis kryptis priešingomis. Vadinasi, šitokiu sukimosi greičiu sukamas rotorius stabdomas. Asinchroninė mašina perėjo į generatoriaus režimą. Taigi, dirbant generatoriaus režimu (n2>n1), slydimas tenkina sąlygą s<0. Jeigu rotoriaus veleną suksime priešinga kryptimi (n2= - kn1; čia k – bet koks teigiamas skaičius), tai pagal (1.2) apskaičiuotas slydimas bus didesnis už vienetą:

Nurodytąją variklio apkrovą atitinkantis slydimas vadinamas nurodytuoju slydimu. Pavyzdžiui, paprastos konstrukcijos nuo 1 iki 1000 kW variklių slydimas maždaug yra atitinkamai 0,06 – 0,01 (6 – 1%).

Asinchroninio variklio rotoriaus sukimosi greitis pagal (1.2)

Rotoriaus konstrukcijos požiūriu asinchroninės mašinos skirstomos: 1) su trumpai sujungtu (narveliniu) rotoriumi; 2)su faziniu rotoriumi, kurios dar vadinamos asinchroninėmis mašinomis su kontaktiniais žiedais. Abiejų tipų asinchroninių mašinų statoriai nesiskiria.

Rotoriaus apvijos būna dvejopos: trumpai sujungtos ir fazinės.

Iki 100 kW galios asinchroninių variklių rotoriai užliejami aliuminiu arba siluminu (aliuminio ir silicio lydiniu). Aliuminio ar silumino prisipildę rotoriaus grioveliai sudaro stiebus, kuriuos trumpai sujungia iš abiejų rotoriaus magnetolaidžio pusių užlieti žiedai. Aušinimui pagerinti šie žiedai dažnai turi sparnelius.

Variklio korpusas, kad būtų didesnis aušinimo paviršius, dažnai daromas briaunuotas. Apsaugoto tipo asinchroninių variklių (1.8) guolių dangčiai gaminami su ventiliacijos angomis, uždengtomis metaliniu tinkleliu. Variklio korpuse gali būti įrengtos šoninės ventiliacijos angos. Ant variklio veleno po dangčiu gali būti įrengtas ventiliatorius.

Kintamosios srovės mašinos statoriaus apvija yra tam tikra tvarka sudėtų į statoriaus arba rotoriaus magnetolaidžio griovelius elektros laidininkų sistema.

Griovelyje esanti apvijų laidininkų dalis, kurios ilgis lygus griovelio ilgiui, vadinama aktyviuoju laidininku. Du nuosekliai sujungti aktyvieji laidininkai sudaro viją. Visos apvijos vijos sujungtos taip, kad sudaro vieną arba keletą lygiagrečių šakų. Vienos lygiagretės šakos vijos jungiamos taip, kad jų elektrovaros EV sumuotųsi.

Kai y < , tokia apvija vadinama sutrumpinto žingsnio. Kai y = , - apvija pilnojo žingsnio, kai

y > , - apvija padidinto žingsnio. Padidinto žingsnio apvijoms suvartojama daugiau vario nei sutrumpinto arba pilnojo žingsnio apvijoms, todėl jas gaminti neekonomiška.

Trifazių elektros mašinų statoriaus apvijų galai žymimi U1 – U2, V1 – V2, W1 –W2. Senuose standartuose galima rasti šitokį žymėjimą: C1 – C4, C2 – C5, C3 – C6. Jei apvijos fazių galai sujungti trumpai (jungimas žvaigžde Yn), tai fazės žymimos U, V, W ir N, senuose standartuose – C1, C2, C3 ir O. Trikampiu sujungtų fazių išvadai žymimi U, V, W, senuose standartuose – C1, C2, C3.

Asinchroninių mašinų fazinių rotorių apvijos žymimos K1 – K2, L1 – L2, M1 – M2, senuose standartuose P1 – P4, P2 – P5, P3 – P6. Jei rotoriaus fazių galai sujungti trumpai (jungimas žvaigžde Yn), tai fazės žymimos K, L, M ir Q (P1, P2, P3 ir O), jei ∆ - apvijos išvadai žymimi K, L, ir M (P1, P2, P3).

Gretimų griovelių aktyviųjų laidininkų elektrovarų fazių skirtumo kampas

Kad būtų paprasčiau braižyti, vienasluoksnių apvijų ritės vaizduojamos ištisinėmis linijomis. Dvisluoksnių apvijų ričių šonai, gulintieji griovelio viršutiniame sluoksnyje, braižomi ištisinėmis linijomis, o ričių šonai, gulintieji apatiniame sluoksnyje, braižomi brūkšninėmis linijomis. Patogumo dėlei braižomos apvijų išklotinės, t.y. bet kurioje vietoje apvija išilgai danties perpjaunama ir išklojama plokštumoje. Apvijų grioveliai numeruojami. Apviją patogu perpjauti tokioje vietoje, kad išklojus numeracija prasidėtų vienetu.

Koncentrinių apvijų kiekvienos sekcijų grupės sekcijos yra skirtingo pločio ir išdėstomos koncentriškai. Į sekcijų grupę įeinančių sekcijų žingsniai nevienodi, bet jų vidutinė vertė randama iš šios lygties:

Kadangi sekcijų grupes sudarančių sekcijų matmenys yra skirtingi, tai koncentrinių apvijų sekcijų grupių varžos irgi yra skirtingos. Į tai reikia atsižvelgti, nustatant grupių, sudarančių fazinę apviją, sekcijų matmenis. Būtina, kad visų fazinių apvijų varža būtų vienoda, todėl kiekviena fazinė apvija turi susidėti iš venodo skaičiaus skirtingų matmenų sekcijų grupių.

Esminis koncentrinių apvijų trūkumas yra tai, kad jų sekcijos yra skirtingų matmenų, dėl to sudėtingesnė apvijos gamyba. Šio trūkumo neturi šabloninės vienasluoksnės apvijos. Visos šių apvijų sekcijos yra vienodų matmenų ir gali būti gaminamos ant bendro šablono. Be to, tokių apvijų visų sekcijų varžos yra vienodos, o galūnės – trumpesnės, negu koncentrinių apvijų, todėl sueikvojama mažiau vario.

Bendras visų vienasluoksnių apvijų trūkumas yra tas, kad sunku išdėstyti jų galūnes, kurias tenka talpinti dviejose ir daugiau plokštumose.

Trifazės dvisluoksnės apvijos griovelio aukštyje talpinamas ne vienos sekcijos aktyvusis šonas, bet du. Taigi sekcijos vienas aktyvusis šonas yra viršutiniame sluoksnyje, o antras - apatiniame. Vidutinės ir didelės galios asinchroninių variklių statorių apvijos yra dvisluoksnės apvijos. Dvisluoksnių apvijų privalumas yra tas, kad jas galima gaminti sumažinto žingsnio, tai leidžia slopinti oro tarpo magnetinio lauko aukštesniąsias harmonikas. Dvisluoksnių apvijų visos sekcijos vienodos, todėl jų gamyba nesudėtinga. Dvisluoksnę apviją kloti į statoriaus griovelius sudėtingiau negu vienasluoksnę. Dvisluoksnės apvijos sekcijų skaičius dukart didesnis negu vienasluoksnės apvijos. Trifazės dvisluoksnės apvijos skirstomos į kilpines ir bangines.

Apvijos žingsnis turi tenkinti sąlygą y ≤ τ. Sutrumpintas žingsnis turi energetinių privalumų (sumažintą aukštesniųjų magnetinio lauko harmonikų žalingą įtaką); be to, sutrumpinus žingsnį sutrumpėja sekcijos galūnės, dėl to atpinga apvija bei sumažėja vario nuostoliai. Dvisluoksnių apvijų projektavimo ir eksplotavimo patirtis rodo, kad santykinio žingsnio β = y/τ optimumas yra intervale [0,8; 0,83].

Imame y = 5 < τ (β = 5/6 = 0,83). Sekcijos aktyvusis šonas, esantis viršutiniame sluoksnyje, pažymėtas ištisine linija, o brūkšnine linija pažymėtas aktyvusis šonas esantis apatiniame sluoksnyje.

Statoriaus paviršiaus išklotinėje pažymėti grioveliai (z = 24) ir poliaus žingsnis (2p = 4).

Sekcijų grupe vadinamos nuosekliai sujungtos sekcijos, kurios suklotos į gretimus griovelius ir priklauso tai pačiai fazinei apvijai. Kiekvienoje sekcijų grupėje yra q nuosekliai sujungtų sekcijų. Fazinės apvijos sekcijų grupių skaičius lygus polių skaičiui. Bendras dvisluoksnės apvijos sekcijinių grupių skaičius:

Statoriaus apvijos kiekvienos fazės sekcijų grupes galima sujungti nuosekliai ir lygiagrečiai; nuo to priklauso apvijos lygiagrečių šakų skaičius. Kai sekcijinės grupės sujungtos nuosekliai, tai kiekviena fazinė apvija nepriklausomai nuo mašinos polių skaičiaus yra viena lygiagreti šaka (2a = 1).

Kiekvienoje dvisluoksnės apvijos fazėje yra 2p sekcijų grupių, todėl, sujungę visas sekcijų grupes lygiagrečiai, gausime apviją, susidedančią iš 2p lygiagrečių šakų (2a = 2p).

Pagalbinė fazė V, variklio rotoriui pasiekus reikiamą greitį, gali būti atjungta; liks tik fazė U. Šią apviją vadina nesimetrine dvifaze arba vienfaze.

Jei fazės apvijos vienos lygiagretės šakos vijų skaičius w, o magnetinio srauto kritimo greitis d(/dt, tai vienoje apvijos lygiagretėje šakoje indukuota EV:

Norint, kad EV kreivės forma būtų artimesnė sinusinei, imamasi tam tikrų priemonių: trumpinamas apvijos žingsnis (y < (), apvija paskirstoma (q ( 1), daromi įstriži grioveliai. Visos šios priemonės mažina EV; tai įvertinama apvijos koeficientu k. Apvijos faktorių galima užrašyti šitaip:

čia ky – žingsnio sutrumpinimo faktorius, kp – apvijos paskirstymo faktorius ir kd – griovelių įstrižumo faktorius. Visi šie faktoriai gali būti lygūs vienetui arba už jį mažesni.

Analogiškai, sutrumpinus žingsnį 1/7( (y ( 6/7(), pasinaikina EV septintosios harmonikos.

Santykis yra apvijos žingsnio sutrumpinimo koeficientas ky:

Bet kurią EV harmoniką atitinkantis apvijos žingsnio sutrumpinimo faktorius:

Fazinę apviją sudaro sekcijų grupės, kurių kiekviena susideda iš q sekcijų, išdėstytų po viena polių pora. Visos grupės susideda iš vienodo skaičiaus sekcijų, kurios yra vienodose magnetinėse sąlygose. Todėl fazinės apvijos, sudarytos iš nuosekliai sujungtų sekcijų grupių EV:

Praktinę reikšmę turi paskirstytos statorių apvijos, kur kiekvienos grupių sekcijų aktyvieji šonai užima q ( 1 griovelių po kiekvienu poliumi.

Todėl sekcijų grupės sekcijose indukuojamos elektrovaros nesutampa faze kampu ( tarp gretimų griovelių.

Kadangi ( - tąją harmoniką atitinkantis kampas tarp gretimų griovelių ( kartų didesnis už kampą (, tai bet kuriai aukštesniajai harmonikai paskirstymo faktorius:

Tai pagerina elektros mašinos kai kurias savybes: sumažina triukšmus ir vibracijas bei paleidimo momento pulsavimą. Jei statoriaus ir rotoriaus magnetolaidžio, kurio grioveliuose yra apvija, grioveliai su mašinos ašimi sudaro kampą (, tai dėl įstrižumo sumažėja elektrovara, indukuota griovelyje gulinčiuose laidininkuose. Sekcijų grupės elektrovaros ( - toji harmonika apskaičiuojama:

Nustatant apvijų magnetovarą, tenka aptarti elektros mašinos tam tikra prasme idealizuojančias savybes. Tai susiję su paklaidomis. Taigi, priminsime:

kad statoriaus MV yra ne tik laiko, bet ir erdvės funkcija;

statoriaus srovė sinusinė, todėl ir MV sinusinė;

oro tarpo ilgis tarp statoriaus ir rotoriaus pastovus;

rotoriaus srovė lygi nuliui, todėl rotorius nesukuria MV.

Jeigu 2p = 2, y = ( ir apvija vienfazė koncentruota (sutelktoji), tai tekant srovei apvija, susikuria magnetinis srautas (. Šios apvijos magnetovara: (s = isws.

Sutelktos apvijos MV turi pagrindinę ir nelygines aukštesniąsias erdvės harmonikas, kurių amplitudės atvirkščiai proporcingos harmonikos eilės numeriui (. Todėl harmonikos vadinamos erdvės harmonikomis.

MV harmonikos priklauso ir nuo laiko, kadangi sekcija (rite) teka kintamoji srovė. Todėl visos erdvės harmonikos proporcingos sint.

Didėjant harmonikos eilės numeriui didėja jos periodiškumas. Todėl MV harmonikos polių skaičius lygus 2p( ( 2p(.

Naudingą magnetinį srautą sukuria pagrindinė MV harmonika, o aukštesniosios MV harmonikos sukelia neigiamą įtaką elektros mašinai. Apie tai bus kalbama kituose skyriuose.

Sekcijų grupės, turinčios q sekcijų, MV sumažėjimą įvertina apvijos paskirstymo koeficientas kp. Tada pagrindinės harmonikos MV įgauna tokį pavidalą:

Jeigu p ( 1 ir kai q lygus sveikam skaičiui, tai esant simetrinei apvijai MV grafikas kiekvienai polių porai kartojasi. Todėl (4.6) sekcijų grupei tinka ir fazinei apvijos MV. Pakeisim (4.6) sekcijos vijų skaičių į fazinės apvijos vijų skaičių w1. Vienfazei apvijai, kai visos sekcijos sujungtos nuosekliai , iš čia

čia I1 – srovė fazinėje apvijoje. Kai visos sekcijos fazinėje apvijoje sujungtos nuosekliai, tai I1=Is.

(4.9) išraiška teisinga ir dvisluoksnei apvijai ir kai sekcijų grupės sujungtos lygiagrečiai.

Statoriaus apvijos MV aukštesnių erdvės harmonikų slopinimui naudojama: apvijos žingsnio trumpinimas, apvijos paskirstymas ir įstriži grioveliai. Statoriaus apvijų MV pagrindinės harmonikos amplitudės sumažėjimas neturi įtakos pagrindinei MV harmonikai.

Vienfazės statoriaus apvijos MV proporcinga apvijos srovei (). Kintamoji srovė kinta nuo +I1m iki –I1m. Todėl vienfazės apvijos MV kinta dažniu nuo + iki kiekviename poliaus žingsnyje. Visos MV aukštesniosios harmonikos pulsuoja vienodu dažniu.

Kiekvienos apvijos srovė sukuria pulsuojančią MV, o bendrai veikiant fazinių apvijų magnetovaroms, sukuriama atstojamoji trifazės apvijos MV, kurios vektorius sukasi statoriaus atžvilgiu.

Išnagrinėsime sukamosios MV, kurią sukuria trifazės apvijos magnetovara, kitimą per vieną periodą. Tuo tikslu nubraižysime eilę statoriaus apvijos srauto vektorių, atitinkančių įvairius laiko momentus.

Trifazės apvijos pagrindinės harmonikos MV amplitudė lygi fazinių apvijų pagrindinių harmonikų MV sumai:

- trifazės apvijos MV pagrindinės harmonikos amplitudė, t.y. trifazės apvijos MV amplitudė vienam poliui, kai fazių apkrova simetrinė lygi 1,5 fazinės apvijos amplitudės.

Bendruoju atveju statoriaus apvijos fazių skaičius lygus m1; tada m1 fazinės apvijos MV amplitudė vienam poliui (A):

Statoriaus sukamasis magnetinis laukas gali būti apskritiminis ir elipsinis. Apskritiminis magnetinis laukas charakterizuojamas tuo, kad to lauko magnetinio srauto tankio fazorius sukasi vienodu greičiu ir savo galu nubrėžia apskritimą, t.y. srauto tankio fazorius bet kurioje padėtyje yra vienodas (nekinta).

Apskritiminį magnetinį lauką sukuria daugiafazė statoriaus apvija, jeigu kiekvienos fazės magnetinio srauto tankio fazoriai vienodi, t.y. sudaro simetrinę sistemą. Trifazėje apvijoje ši sąlyga išpildoma taip: fazinės apvijos daromos vienodos, o jų ašys viena kitos atžvilgiu skiriasi 120 el. laipsnių kampu ir jungiamos į simetrinės trifazės įtampos tinklą. Apskritiminį magnetinį lauką gali sukurti ir dvifazė statoriaus apvija. Tada fazinių apvijų ašys skiriasi 90 el. laipsnių kampu ir apvijomis teka srovės, kurios skiriasi faze 900 kampu. Šios srovės turi būti tokios, kad apvijų MV būtų lygios.

Elipsinis sukamasis magnetinis laukas susideda iš dviejų dedamųjų: pagrindinės dedamosios (tiesioginio sukimosi) ir atvirkštinio sukimosi.

Tokiu būdu elipsinio lauko magnetinio srauto tankio fazorius bet kurioje padėtyje susideda iš tiesioginio srauto tankio ir atvirkštinio srauto tankio fazorių sumos: B = Bt + Bat, kai Bt ( Bat .

Atvirkštinis magnetinis laukas turi neigiamą įtaką kintamosios srovės mašinoms, pavyzdžiui varikliuose jis sukuria priešveikiantį (stabdymo) elektromagnetinį momentą ir blogina jų eksplotacines savybes.

Aukštesniųjų harmonikų MV polių žingsnis atvirkščiai proporcingas harmonikos eilės numeriui:(( ( (/(. Todėl tų harmonikų periodiškumas auga proporcingai harmonikos numeriui. Atsižvelgus į tai, parašysime fazinių apvijų trečiųjų harmonikų MV lygtį:

t.y. trifazės statoriaus apvijos trečiosios harmonikos MV atstojamoji, kai apkrova simetrinė, lygi nuliui. Tai tinka ir ankstesniosioms harmonikoms, kurių numeriai dalijasi 9, 15, ir t.t. Kitų aukštesniųjų harmonikų MV galima susilpninti, sutrumpinus apvijos žingsnį, paskirsčius apviją grioveliuose ir įstrižais grioveliais.

Daugiafazės statoriaus apvijos aukštesniųjų harmonikų MV – besisukančios. Sukimosi dažnis n( yra ( kartų mažesnis negu pagrindinis MV sukimosi dažnis:

Šių MV sukimosi kryptis priklauso nuo harmonikos numerio: 6x + 1 eilės harmonikos sukasi vienodu greičiu su pagrindinės harmonikos MV – tiesioginio sukimosi MV, o 6x - 1 eilės MV sukasi priešinga kryptimi pagrindinei harmonikai – atvirkštinio sukimosi MV (čia x = 1, 2, 3, ...).

Sukamieji magnetiniai laukai, sukurti aukštesniųjų harmonikų MV indukuoja statoriaus apvijoje EV, kurių dažnis .

Elektrovarų sukurtų aukštesniųjų harmonikų, magnetinio lauko,dažnis:

Variklio rotoriaus apvija neturi elektrinio ryšio su statoriaus apvija. Tarp šių apvijų yra tik magnetinis ryšys, ir energiją iš vienos apvijos į kitą perduoda magnetinis laukas. Šiuo atžvilgiu asinchroninis variklis panašus į transformatorių, kur statoriaus apvija yra pirminė, o rotoriaus apvija – antrinė.

Dirbant asinchrononiam varikliui, jo rotoriaus ir statoriaus apvijomis tenka srovės, kurios sukuria mašinoje dvi magnetovaras: statoriaus ir rotoriaus. Šių magnetovarų sąveika variklyje sukuria atstojamąjį magnetinį srautą, kuris statoriaus atžvilgiu sukasi sinchroniniu greičiu n1. Taip pat, kaip ir transformatoriaus atveju, į šį magnetinį srautą galima žiūrėti, kaip į susidedantį iš pagrindinio srauto Φ, susijusio tiek su statoriaus apvija, tiek ir su rotoriaus apvija, ir dviejų sklaidos magnetinių srautų: statoriaus apvijos sklaidos srauto Φskl1 ir rotoriaus apvijos sklaidos srauto Φskl2.

Pažiūrėkime, kokios elektrovaros indukuojasi variklio apvijose.

Statoriaus apvijoje. Greičiu n1 besisukantis pagrindinis magnetinis srautas Φ indukuoja nejudamoje statoriaus apvijoje elektrovarą E1, kurios dydis randamas iš (3.6.) lygties:

Sklaidos magnetinis srautas Φskl1 indukuoja statoriaus apvijoje sklaidos elektrovarą E skl1, kurios dydis lygus induktyviajam įtampos kritimui apvijoje:

Rotoriaus apvijoje. Varikliui dirbant, jo rotorius sukasi statoriaus magnetinio lauko sukimosi kryptimi greičiu n2. Todėl statoriaus lauko sukimosi rotoriaus atžvilgiu greitis lygus greičių n1 ir n2 skirtumui (n1 - n2). Pagrindinis statoriaus apvijos magnetinis srautas Φ, pralenkdamas rotorių greičiu

n1 - n2 , jo apvijoje indukuoja EV:

Asinchroninių variklių šis dažnis nedidelis ir kai f1 = 50Hz, jis ne didesnis kaip keli hercai. Kai variklio slydimas s = 0,05, o , tai apvijos EV dažnis .

(5.6) išraišką įstatykime į (5.4) formulę:

čia E2 yra rotoriaus apvijoje indukuojama EV, kai slydimas s=1, t.y. kai rotorius nesisuka.

Rotoriaus sklaidos srautas Фskl2 indukuoja rotoriaus apvijoje sklaidos ev Eskl2, kurios dydis lygus induktyviajam įtampos kritimui rotoriaus apvijoje:

Varikliui dirbant, rotoriaus apvija yra trumpai sujungta, todėl rotoriaus grandinės EV suma lygi nuliui, t.y.:

sE2 - jI2sx2 - I2r2 = 0 ; (5.9)

Asinchroniniame variklyje pagrindinį magnetinį srautą Ф sukuria bendrai veikdamos statoriaus ir rotoriaus apvijų magnetovaros F1 ir F2:

Kintant variklio veleno apkrovai, kinta srovės I1 ir I2 apvijose, dėl to atitinkamai kinta statoriaus ir rotoriaus apvijų magnetovaros. Tačiau variklio pagrindinis magnetinis srautas Ф nekinta., kadangi įtampa, prijugta prie statoriaus apvijos, nekinta (U1= const.) ir yra beveik visiškai atsveriama statoriaus elektrovaros E1 (5.3):

Kadangi elektrovara E1 proporcinga pagrindiniam srautui Ф (3.6), tai jis lieka pastovus, kintant variklio apkrovai. Dėl to, nežiūrint į magnetovarų F1 ir F2 kitimą, atstojamoji magnetovara F0 nekinta:

Įstatę į šią lygtį F0, F1 ir F2 išraiškas iš (5.12), (5.13) ir (5.14) lygčių, gausime:

iš kurios matome, kad asinchroninio variklio statoriaus srovė sudaryta iš dviejų dedamųjų: I0 – įmagnetinančiosios deamosios ir - I2' – dedamosios, kuri kompensuoja rotoriaus srovės išmagnetinantį veikimą.

Rotoriaus srovė I2' variklio magnetinę sistemą išmagnetina taip, kaip ir transformatoriaus antrinės apvijos srovė. Dėl to, kintant variklio veleno apkrovai, atitinkamai kinta srovė I1 statoriaus apvijoje, kintant apkrovai, kinta slydimas s. Tai savo ruožtu daro įtaką rotoriaus apvijos elektrovarai (5.7), taigi, ir rotoriaus srovei I2. Kadangi srovė I2 išmagnetina variklio magnetinę grandinę, tai kintant srovei I2, atitinkamai kinta ir statoriaus grandinės srovės I1 dedamoji -. Pavyzdžiui, tuščiosios veikos metu, kai variklio velenas neapkrautas ir s ≈ 0, srovė ≈ 0.

Šiuo atveju srovė statoriaus apvijoje I1 ≈ I0. Jeigu rotorių sustabdysime, neatjungę nuo tinklo statoriaus apvijos (trumpojo jungimo režimas), tai slydimas s = 1 ir rotoriaus apvijos elektrovara E2s pasieks didžiaussią vertę E2. Taip pat didžiausią vertę pasieks srovė I, taigi, ir statoriaus apvijos srovė I1.

Kad statoriaus ir rotoriaus apvijų dydžių fazorius būtų galima braižyti vienoje fazorių diagramoje, rotoriaus apvijos parametrus reikia perskaičiuoti į statoriaus apviją. Dėl to, rotoriaus apvija, kurios fazių skaičius m2, apvijos faktorius k2 ir fazės vijų skaičius w2, pakeičiama apvija, kurios parametrai yra m1, k1 ir w1. Atlikus šitokį pakeitimą, rotoriaus energetinis balansas turi likti nepakitęs, t. y. perskaičiuotojo rotoriaus galios ir faztorių fazių skirtumo kampai turi būti tokie pat, kokie buvo iki perskaičiavimo.

Rotoriaus apvijos, parametrų perskaičiavimas į statoriaus apviją analogiškas transformatoriaus antrinės apvijos parametrų perskaičiavimui į pirminės apvijos parametrus.

Realūs rotoriaus apvijos parametrai perskaičiuojami, naudojantis šiomis formulėmis.

Redukuota rotoriaus elektrovara, kai s = 1:

Asinchroninių variklių įtampos ir srovės transformacijos faktoriai nelygūs (Ke ≠ Ki), nes statoriaus apvijos m1 fazių skaičius nelygus rotoriaus apvijos fazių skaičiui m2 (m1 ≠ m2); tik varikliuose su faziniu rotoriumi, kurių m1 = m2, šie koeficientai lygūs.

Rotoriaus apvijos perskaičiuotos aktyvioji ir induktyvioji varžos:

Fazorių diagrama braižoma naudojantis lygtimis (5.3), (5.10) ir (5.17). Kad būtų patogiau braižyti, parašykime šias lygtis dar kartą, tik šiuo atveju rotoriaus grandinės elektrovaros lygtį parašykime perskaičiuotą:

Kadangi asinchroninio variklio fazorių diegrama braižoma iš elektrovaros ir srovių lygčių, analogiškų transformatoriaus lygtims, tai ši diagrama braižoma tokia pačia tvarka, kaip ir transformatoriaus fazorių diagrama.

Tokiu būdu, asinchroninės mašinos statoriaus ir rotoriaus grandinės ir jų elektromagnetinis ryšys pakeičiami ekvivalentine elektrine schema. Į varžą galime žiūrėti kaip į išorinę varžą, įjungtą į nejudamo rotoriaus apviją. Šiuo atveju asinchroninė mašina dirba kaip transformatorius apkrautas aktyviąja apkrova. Varža yra vienintelis kintamas schemos parametras.

Šios varžos dydis priklauso nuo slydimo, taigi, nuo asinchroninio variklio veleno mechaninės apkrovos. Pavyzdžiui, jei variklio veleno apkrovos momentas M2 = 0, tai slydimas s ≈ 0. Tada , o tai atitinka variklio tuščiosios veikos režimą.

Jei variklio veleno apkrovos momentas didesnis už sukimo momentą, tai variklio rotorius sustoja (s = 1). Tada dydis , o tai atitinka asinchroninio variklio trumpojo jungimo režimą.

Statoriaus apvija iš tinklo ima galią P1. Dalis šios galios padengia magnetinius nuostolius statoriaus šerdyje PFe1, kita dalis padengia elektrinius nuostolius statoriaus apvijoje; jie šildo apviją:

t.y. elektrinių nuostolių rotoriuje galia proporcinga slydimui. Todėl asinchroninis variklis dirba ekonomiškiau, kai slydimas mažesnis.

Variklio rotoriuje susidaro ir magnetiniai nuostoliai. Kadangi rotoriaus srovės dažnis yra mažas , tai šie nuostoliai yra tiek maži, kad jų galima nepaisyti.

Variklio veleno mechaninė galia P2 mažesnė už pilnąją mechaninę galią mechaninių Pmech ir papildomųjų Pp nuostolių dydžiu:

Mechaninius nuostolus sudaro guolių trintis ir sukamų dalių trintis į orą. Papildomus nuostolius sudaro sklaidos laukai ir lauko pulsacija rotoriaus ir statoriaus dantyse.

Tokiu būdu, asinchroninio variklio naudingoji galia:

Asinchroninių variklių, apkrautų vardine apkrova naudingumo faktorius priklausomai nuo jų galios būna 83 - 95% ( viršutinė riba atitinka didelės galios variklius).

Į (6.10) formulę įstatykime iš (5.26) formulės srovės išraišką ir kampinio greičio išraišką; gausime:

Variklio rotorius, veikiamas momento , ima suktis, slydimas mažėja, o momentas didėja. Kai slydimas pasiekia savo vertę sk, momentas pasiekia maksimalinę vertę. Kritinį slydimą sk, atitinkantį maksimalų momentą, galime rasti, paėmę iš (6.11) lygties momento išvestinę pagal s ir prilyginę ją nuliui:

Įstatę (6.13) sk išraišką į (6.11) formulę, gausime maksimalųjį asinchroninio variklio elektromagnetinį momentą:

Dar kartą panagrinėsime mechaninę charakteristiką M = f(s). Momentui pasiekus vertę Mm , rotoriaus sukimosi greitis toliau didėja, o momentas M pradeda mažėti. Tai truks tol, kol elektromagnetinis momentas nepasidarys lygus stabdymo momentų sumai:

Šiuo atveju nusistojusį variklio darbo režimą nusako taškas mechaninėje charakteristikoje, kurio koordinatės M = MN ir s = sN ; čia MN ir sN - elektromagnetinio momento ir slydimo nurodytosios vertės.

Paanalizavę mechaninę charakteristiką, matome, kad asinchroninis variklis stabiliai gali dirbti tada, kai slydimas s < sk , t.y. mechaninės charakteristikos dalyje OA. Mat, šioje dalyje, kintant variklio veleno apkrovai, atitinkamai kinta elektromagnetinis momentas. Pavyzdžiui, jeigu variklis dirbo nurodyduoju režimu (MN; SN ) ir padidėjo veleno apkrovos momentas M2 , tai monentų pusiausvyra sutrinka:

Dėl to sumažėja elektromagnetinis momentas iki vertės, lygios stabdymo momentų sumai, ir variklis vėl dirba stabiliai, bet jau esant kitoms momento ir slydimo vertėms (taškas C).

Asinchroninio variklio darbas pasidaro nestabilus, kai slydimas s > s. Jeigu variklio elektromagnetinis momentas , o slydimas tai netgi nežymiai padidėjus apkrovos momentui , padidėja s, tada sumažėja elektromagnetinis momentas. Dėl to toliau didėja slydimas ir t.t.

Tai truks tol, kol slydimas s pasidarys vienetui, t.y. kol variklio rotorius sustos.

Elektromagnetiniam momentui pasiekus maksimalią vertę, pasiekiama variklio stabilaus darbo riba. Kad asinchroninis variklis dirbtų stabiliai, reikia, kad nurodytasis momentas būtų mažesnis už maksimalų momentą. Variklis dirbs stabiliai, ne tik nurodytaja apkrova apkrautas, bet ir šiek tiek perkrautas, o tai būtina, kad variklis patikimai dirbtų elektros pavaroje. Kitaip tariant, variklis turi turėti perkrovos galimybę. Tai – maksimalaus momento ir nurodytojo momento santykis. Bendrosios paskirties asinchroninių variklių perkrovos faktorius:

Taip pat reikia atkreipti dėmesį į tai, kad variklio darbas, kai slydimas s <, t.y. mechaninės charakteristikos darbinėje dalyje, yra ekonomiškiausias, nes jis atitinka mažas slydimo vertes, taigi, ir mažas elektrinių nuostolių rotoriaus apvijoje vertes:

Kartais elektromagnetinis momentas išreiškiamas santykiniais vienetais, kaip duotosios momento M vertės ir jo nurodytosios vertės MN santykis.

Iš (6.11), (6.12) ir (6.15) lygčių matome, kad asinchroninio variklio elektromagnetinis momentas, taip pat jo paleidimo ir maksimali vertės proporcingos prie statoriaus apvijos prijungtosios įtampos kvadratui:

Pavyzdžiui, jeigu įtampa sumažėjo, lyginant su nurodyta įtampa , 30 %, t.y. pasidarė , tai variklio maksimalus momentas sumažės iki vertės

Kiek sumažės variklio perkrovos faktorius? Pavyzdžiui, kai įtampa yra vardinė, , tai sumažėjus įtampai 30 %, , t.y. variklis neatlaikys netgi nurodytosios apkrovos.

Asinchroninio variklio darbo charakteristikos yra sukimosi greičio , naudingumo faktoriaus , naudingojo momento , galios faktoriaus ir srovės I1 priklausomybės nuo naudingosios galios , kai ir .

Greičio charakteristika . Iš slydimo formulės (1.1) matome, kad . Bet pagal (6.5) formulę:

t.y. variklio slydimas, o tuo pačiu ir jo sukimosi greitis, priklauso nuo elektrinių nuostolių rotoriuje ir elektromagnetinės galios santykio.

Nepaisydami tuščiosios veikos nuostolių, galime priimti, kad dirbant neapkrautam varikliui, , todėl . Didėjant apkrovai, santykis (6.16) didėja ir, kai apkrova yra nurodytoji, pasiekia 0,01 – 0,06. Todėl priklausomybė yra į abscisių ašį nežymiai palinkusi kreivė.

Bet, didėjant rotoriaus aktyviajai varžai , šios kreivės polinkio kampas didėja, t.y. svyruojant apkrovai , rotoriaus sukimosi greitis smarkiau kinta, kadangi didėjant , elektriniai nuostoliai rotoriuje didėja (6.3).

Priklausomybė Variklio veleno naudingojo momento priklausomybė nuo galios išreiškiama šitaip:

Iš šių lygčių matome, kad, jeigu tai grafikas būtų tiesė. Tačiau, didėjant asinchroninio variklio galiai , sukimosi greitis mažėja, todėl naudingasis momentas , didėjant apkrovai, didėja šiek tiek greičiau, negu ir grafikas yra kreivė.

Mažos galios variklio darbo charakteristikas galima gauti tiesiog apkrovus veleną kokiu nors stabdžiu, kurio apkrovos momentą galima išmatuoti. Vidutinės ir didelės galios variklių darbo charakteristikos sudaromos, panaudojant apskritiminę diagramą, kuri varikliui braižoma iš jo skaičiavimų arba bandymo duomenų.

Trifazės statoriaus apvijos magnetovara MV be pagrindinės harmonikos turi eilę aukštesniųjų harmonikų (Sk. 4.5.). Kiekviena harmonika mašinoje sukuria besisukantį magnetinį lauką, kurios sukimosi greitis kartų mažesnis negu pagrindinės harmonikos sukimosi greitis. Be to aukštesniosios MV = 6x + 1 eilės harmonikos sukuria tiesioginius besisukančius laukus, o = 6x – 1 – atvirkštinius besisukančius laukus.

Įduba atstojamojo momento kreivėje (dalis, kai 0,7 < s < 0,85, kurioje sunkina variklio įsisukimo procesą ir gali sukelti rotoriaus “įstrigimą” nedideliame greityje.

Aukštesniųjų magnetinio lauko harmonikų sukurti asinchroniniai momentai ypač gali išryškėti asinchroninėje mašinoje su trumpai sujungtu (narveliniu) rotoriumi. Narveliniame rotoriuje yra galimybė susidaryti mažai rotoriaus strypų varžai. Varikliuose su faziniu rotoriumi parazitinių asinchroninių momentų veikimas yra žymiai silpnesnis.

Vienos iš efektyviausių statoriaus magnetinio lauko harmonikų yra dantų harmonikos. Žinant statoriaus dantų skaičių ir polių skaičių p, galima nustatyti statoriaus dantų harmonikų numerius:

Čia k – sveikasis skaičius. Esant k = 1, nustatomas pagrindinės statoriaus dantų harmonikos numeris. Kad asinchroninės mašinos mechaninė charakteristika būtų mažiausiai iškraipyta, reikia tinkamai parinkti statoriaus ir rotoriaus dantų skaičių ir . Rotoriaus ir statoriaus dantų (griovelių) skirtumas turi būti nedidelis ir dantų skaičiui parinkti rekomenduojama sąlyga:

Darant įstrižus statoriaus ir rotoriaus dantis, sumažėja arba visiškai panaikinami dantų harmonininkų sukurti elektromagnetiniai momentai. Paprastai rotoriaus dantų įstrižumas sudaro vieną statoriaus dantų žingsnį. Jeigu dantų įstrižumas nedidelis, labai padidėja srovės pliene tarp rotoriaus aktyviųjų laidininkų.

Jeigu apkrovos momentas didelis, gali atsitikti, kad variklis veiks sinchroninio momento iškraipytos mechaninės charakteristikos stabilioje padėtyje. Tuo atveju turi būti patenkinta sąlyga:

Labai pavojingi sinchroniniai momentai variklio paleidimo taške.

Jeigu sinchroniniai momentai atsiranda paleidimo taške (s = 1,0). Tada, paleidžiant variklį, rotorius gali visiškai nepradėti suktis. Taigi, norint išvengti dantų harmonikų sukurtų sinchroninių sukimo momentų, reikia, kad būtų

Sinchroninius momentus galima sumažinti darant įstrižus statoriaus arba rotoriaus dantis. Sinchroniniai ir asinchroniniai momentai gerokai sumažėja padidinus tarp statoriaus ir rotoriaus oro tarpą. Aukštesniųjų harmonikų momentai nenaudingi, todėl jie vadinami parazitiniais momentais.

Pradiniu paleidimo momentu s = 1, todėl paneigę tuščiosios veikos srovę, paleidimo srovę galime apskaičiuoti iš (5.26) formulės, įstatę į ją s = 1:

Iš (7.1) ir paleidimo momento (6.12) matome, kad pagerinti variklio paleidimo savybes galima, padidinus rotoriaus grandinės aktyviąją varžą nes šiuo atveju sumažėja paleidimo srovė ir padidėja paleidimo momentas. Tuo pat metu įtampa skirtingai veikia paleidimo charakteristikas: mažėjant , paleidimo srovė mažėja, o tai palankiai veikia variklio paleidimo savybes, bet kartu dėl to sumažėja paleidimo momentas. Tas ar kitas paleidimo charakteristikų gerinimo būdas naudojamas, atsižvelgiant į variklio eksploatacijos sąlygas ir reikalavimus, kurie jam keliami.

Paleidimo varža parenkama, atsižvelgiant į apkrovos momento dydį. Jei apkrovos momentas nemažas, tai turi būti tokio dydžio, kad paleidimo momentas būtų didžiausias. Kai apkrovos momentas mažas, tai paleidimo momentas neturi lemiamos reikšmės variklio paleidimui, ir apsimoka parinkti truputį didesnę už tą, kuri atitinka didžiausią paleidimo momentą. Šiuo atveju paleidimo momentas šiek tiek mažesnis už didžiausiąjį, bet užtat paleidimo srovė žymiai susilpnėja.

Paleidimo reostato varžos perjungiamos taip, kad paleidimo metu rotoriaus srovė būtų maždaug vienodo stiprumo, o vidutinė paleidimo momento vertė būtų artima didžiausiajai.

Tokiu būdu, per visą paleidimo procesą paleidimo momentas beveik nekinta ir yra lygus vidutinei vertei . Be to, paleidimo srovė palyginti nestipri, vardinę srovę viršijanti pusantro du kartus.

Paleidimo reostatai daromi iš metalinės į spiralę suvyniotos vielos ar juostos arba liejami iš ketaus. Jie aušinami oru arba alyva. Jų spiralės sudedamos į alyvos pripildytą baką.

Paleidimo reostatai apskaičiuoti trumpalaikei srovei, todėl ilgai laikyti reostato rankenėlę ant tarpinių kontaktų negalima, nes gali perdegti reostato varžos. Po to, kai variklio paleidimo procesas pasibaigia ir reostato varžos atjungiamos, variklis dirba su trumpai sujungta rotoriaus apvija.

Asinchroninių variklių su faziniu rotoriumi paleidimo momento srovės santykis yra geriausias: didelis paleidimo momentas, tekant nestipriai paleidimo srovei, o tai svarbu, paleidžiant variklį, kurio velenas žymiai apkrautas. Bet reikia neužmiršti ir kai kurių šių variklių paleidimo trūkumų: paleidimas sudėtingas, ilgai trunkantis ir neekonomiškas.

Jei vykdomojo mechanizmo inercija yra maža, tai variklis įsisuka gana greitai ir srovė mažėja iki variklio apkrovą atitinkančio dydžio. Tokiomis sąlygomis didelė paleidimo srovė varikliui nepavojinga, nes greitai susilpnėja, taigi variklio apvijos nespėja perkaisti. Tačiau toks žymus srovės šuolis sukelia staigius tinklo įtampos svyravimus. Tiesioginis paleidimas leistinas, jeigu paleidimo metu tinklo įtampos kritimas neviršija 10-15 procentų tinklo nurodytosios įtampos U1.

Paleidimas, prijungiant pažemintą įtampą. Pagal (7.1) lygtį, variklio paleidimo srovė proporcinga įtampai U1. Todėl, mažinant įtampą U1, silpnėja ir paleidimo srovė. Įtampa U1 paleidimo metu sumažinama keletu būdu.

Šios operacijos metu atsirandantis srovės šuolis yra nedidelis ir tinklo darbui įtakos neturi.

Statoriaus apvijos gauna pažemintą įtampą . Kai variklio rotorius įsisuka ir paleidimo srovė susilpnėja, įjungiamas kirtiklis 2, ir variklis gauna pilną tinklo įtampą U1N.

Šis paleidimo būdas turi tokį trūkumą, kad sumažinus įtampą U1/U1N kartų, sumažėja (U1´/U1N)² kartų variklio pradinis paleidimo momentas Mp. Reikalinga reaktoriaus varža randama iš formulės

čia U1N – statoriaus apvijos nurodytoji fazinė įtampa;

- statoriaus paleidimo srovės, paleidžiant variklį per reaktorius, santykis su variklio paleidimo srove, prijungiant variklį tiesiogiai prie tinklo; paprastai Kr = 0,65.

Kai variklio rotorius ima suktis, kirtiklis 1 išjungiamas, ir autotransformatorius ima dirbti kaip reaktyvioji ritė. Tada statoriaus apvijos gnybtų įtampa šiek tiek padidėja. Įjungus kirtiklį 3, prijungiama prie variklio gnybtų nurodytoji tinklo įtampa U1N. Tokiu būdu, paleidimas per autotransformatorių vyksta trimis pakopomis: pirma pakopa prie variklio prijungiama įtampa, lygi 50-70% nurodytosios įtampos; antra pakopa, kai autotransformatorius dirba kaip reaktorius, įtampa būna 70 – 80% nurodytosios įtampos. Kadangi, naudojant autotransformatorių, paleidimo srovė sumažėja Ka² kartų - , tai paleidimo autotransformatoriaus galia

Paleidžiant asinchroninius variklius autotransformatoriniu būdu, kaip ir kitais būdais, žeminama įtampa, dėl to sumažėja paleidimo momentas, nes jis tiesiog proporcingas įtampos kvadratui. Paleidimo srovės ir paleidimo momento požiūriu autotransformatorinis būdas yra geresnis už reaktorinį, nes, vienodai sumažinus įtampą, paleidimo srovė, paleidžiant reaktoriniu būdu, sumažėja kartų, o paleidžiant autotransformatoriniu būdu - kartų. Tačiau autotransformatorinio paleidimo operacijos sudėtingos, aparatūra brangi, dėl to tas būdas retai naudojamas.

Asinchroninių variklių su narveliniu rotoriumi paleidimo savybes galima pagerinti, jeigu rotoriaus grioveliams suteikta specifinė forma. Vienas iš tokių variklių yra variklis su giliais grioveliais. Šis variklis nuo normalaus variklio su trumpai sujungtu rotoriumi skiriasi tuo, kad griovelio aukštis hg santykinai didelis, palyginus su griovelio pločiu

Variklio su giliais grioveliais paleidimo momentas didesnis, o paleidimo srovė mažesnė, negu normalaus variklio. Didėjant variklio sukimosi greičiui, rotoriaus srovės dažnis f2 palaipsniui mažėja. Taigi mažėja ir apvijos induktyvioji varža. Srovė rotoriaus stiebuose pasiskirsto vienodžiau ir sumažėja rotoriaus apvijos aktyvioji varža. Kai variklis pasiekia nurodytąjį darbo režimą (f2<

Variklio paleidimo metu didžioji rotoriaus srovės dalis teka viršutiniu (paleidimo) narveliu, turinčiu mažą induktyviąją varžą. Šio narvelio aktyvioji varža didelė, todėl variklio paleidimo momentas būna nemažas, o paleidimo srovė – susilpninta. Didėjant sukimosi greičiui, mažėja rotoriaus srovės dažnis. Tuo pačiu mažėja variklio darbinio narvelio induktyvioji varža, srovė jame stiprėja. Kartu silpnėja srovė paleidimo narvelyje. Taigi vyksta sukimo momento perpaskirstymas tarp variklio paleidimo ir darbo narvelių. Abi rotoriaus apvijos sukuria į vieną pusę nukreiptus sukimo momentus.

Kadangi apvijų aktyviosios varžos skirtingos, tai priklausomybės M = f(s) kreivė kiekvienai apvijai bus kitokia. Dėl to, kad paleidimo narvelio aktyvioji varža padidinta, jo maksimalus paleidimo momentas Mpn pastumtas į didelių slydimų pusę. Dvigubo narvelio variklio sukimo momentas lygus abiejų narvelių sukimo momentų sumai:

čia Mpn ir Mpd – paleidimo ir darbinio narvelių sukimo momentai.

Atstojamojo momento M = f(s) kreivė turi du maksimumus. Dvigubo narvelio variklių paleidimo charakteristikos yra geresnės už variklių su giliu grioveliu.

Iš šios lygties matome, kad asinchroninio variklio sukimosi greitį galima reguliuoti, keičiant vieną iš trijų dydžių: slydimą, statoriaus srovės dažnį arba polių skaičių 2p.

Keičiant slydimą, sukimosi greitis reguliuojamas trim būdais: keičiant maitinimo įtampą, įtampos simetriškumą ir rotoriaus apvijos aktyviąją varžą.

Sukimosi greičio reguliavimas, keičiant slydimą, atliekamas tiktai kai variklis apkrautas. Kai variklis dirba tuščiąja veika, slydimas ir sukimosi greitis nekinta.

Maitinimo įtampą galima keisti šiais būdais: jungiant varžas nuosekliai su statoriaus apvija; autotransformatoriumi; reaktoriais.

Sukimosi greičio reguliavimas nesimetrine įtampa. Kai variklis prijungiamas prie trifazės nesimetrinės įtampos, susikuria elipsinis sukamasis magnetinis laukas. Magnetinio lauko atvirkštinė dedamoji sukuria atvirkštinį sukimo momentą. Tada variklio atstojamasis elektromagnetinis momentas sumažėja (M = Mt – Mat).

Keičiant slydimą, galima reguliuoti tik apkrauto variklio sukimosi greitį. Dirbančio tuščiąja veika variklio rotoriaus grandinės aktyviosios varžos pakeitimas sukimosi greičio beveik nekeičia.

Elektriniai nuostoliai rotoriaus grandinėje proporcingi slydimui.:

Iš čia matome, kad, didėjant variklio slydimui, didėja elektriniai nuostoliai rotoriaus grandinėje, vadinasi, mažėja variklio η. Pavyzdžiui, jei esant M2 = const, slydimą padidinsime nuo 0,02 iki 0,5 (o tai atitinka maždaug dvigubai mažesnį sukimosi greitį), tai nuostoliai rotoriaus grandinėje sudarys pusę variklio elektromagnetinės galios. Tai rodo, kad šis reguliavimo būdas yra neekonomiškas.

Be to, didėjant nuostoliams rotoriaus grandinėje ir mažėjant variklio su savaimine ventiliacija sukimosi greičiui, blogėja aušinimo sąlygos, nes, mažėjant rotoriaus sukimosi greičiui, sumažėja per mašiną pratekančio aušinančio oro kiekis.

Nežiūrint šių trūkumų, sukimosi greičio reguliavimo būdas, įjungiant aktyviąją varžą į rotoriaus grandinę, plačiai naudojamas varikliams su faziniu rotoriumi, nes šiuo būdu greitis reguliuojamas sklandžiai nuo sinchroninio iki 70% nurodytojo rotoriaus sukimosi greičio.

Asinchroninių variklių sukimosi greičio reguliavimas, keičiant dažnį f1, pagristas statoriaus lauko sukimosi greičio keitimu:

Dažniui f1 keisti reikia prie kiekvieno reguliuojamo variklio turėti dažnio keitiklį: elektromašininį, joninį arba puslaidininkinį. Sukimosi greičio keitimui, užtenka pakeisti tinklo srovės dažnį. Bet keičiant dažnį , keisis ir maksimalus momentas. Kad būtų išsaugotas perkrovos faktorius, galios faktorius ir variklio naudingumo faktorius, reikia keičiant dažnį f1, keisti ir maitinimo įtampą U1. Dažnio ir įtampos kitimas priklauso nuo apkrovos momento kitimo ir randamas iš formulės:

čia U1 ir M – įtampa ir momentas, kai dažnis f1;

U´1 ir M´- įtampa ir momentas, kai dažnis f´1.

Jeigu apkrovos momentas turi likti pastovus (M = M´= const), tai keičiant sukimosi greitį, reikia keisti įtampą proporcingai dažnio kitimui:

Šiuo atveju variklio galia didėja proporcingai dažnio augimui. Jeigu reikia keisti sukimosi greitį, paliekant pastovią variklio galią (Pem == const), tai reikia keisti įtampą šitaip:

Šiuo būdu reguliuoti greitį galima sklandžiai ir plačiame intervale (iki 12:1). Šis reguliavimo būdas yra sudėtingas bei brangus. Praktiškai šis būdas taikomas, reguliuojant kartu kelis asinchroninius variklius, prijungtus prie bendro tinklo, pavyzdžiui, reguliuojant rolgango variklių greitį.

Reguliuoti sukimosi greitį, keičiant statoriaus apvijos polių skaičių, galima laipsniškai, nes, kai f1 = 50Hz, o p įvairus, galima gauti šiuos sinchroninius greičius n1:3000, 1500, 1000, 750, 600, 500 aps/min ir t.t. Variklio polių poras perjungti galima, darant dvi statoriaus apvijas su įvairių polių porų skaičiumi arba darant vieną apviją tokios konstrukcijos, kad būtų galima gauti įvairų polių skaičių. Kombinuojant šiuos abu būdus, gaunamas didelis greičio reguliavimo laipsnių skaičius. Paprasčiausia apvija gaunama, kai poliai perjungiami santykiu 1:2.

Perjungiant statoriaus apvijos polių skaičių, sukimosi greitis reguliuojamas daugiausia variklių su narveliniu rotoriumi. Mat, narvelinio rotoriaus polių skaičius visada lygus statoriaus apvijos polių skaičiui. Todėl variklio greičiui pakeisti pakanka perjungti tik statoriaus apviją. Variklių su faziniu rotoriumi atveju, perjungiant statoriaus apviją, reikia atitinkamai perjungti ir rotoriaus apviją.

Tas ar kitas variklio darbo režimas gaunamas, naudojant įvairias statoriaus apvijų jungimo schemas.

Daugiagreičiai varikliai su statoriaus apvijos polių perjungimu, lyginant juos su paprastais varikliais, turi kai kurių trūkumų: dideli gabaritai; griozdiškas daugiakontaktis perjungimo įtaisas.

Visi asinchroninių variklių sukimosi greičio reguliavimo būdai turi esminių trūkumų. Dėl to įrenginiuose, kur reikia reguliuoti greitį sklandžiai ir plačiame intervale, asinchroniniai varikliai, nežiūrint jų konstrukcijos privalumų, iki šiol dar nepakeitė nuolatinės srovės variklių.

Vienfazio asinchroninio variklio statoriaus apvija vienfazė. Ji suklojama į 2/3 statoriaus šerdies griovelių. Variklio rotorius yra narvelinis.

Tuomet variklio slydimas tiesioginio srauto ΦI atžvilgiu:

Srautai ΦI ir ΦII rotoriaus apvijoje indukuoja EV E2Í ir E2IÍ, kurios sukuria sroves I2Í ir I2IÍ. Rotoriaus apvijos srovės dažnis proporcingas slydimui f2 = f1s. Kadangi , tai atbulinio srauto ΦII indukuotos rotoriaus apvijoje srovės I2IÍ dažnis yra daug didesnis už tiesioginio srauto ΦI indukuotos rotoriaus apvijoje sroves I2IÍ dažnį. Pavyzdžiui, vienfazio variklio, kurio n1 = 1500aps/min, n2 = 1450 aps/min ir f1 = 50Hz:

Rotoriaus induktyvioji varža srovei I2IÍ daug kartų didesnė už tos apvijos aktyviąją varžą. Todėl srovė I2IÍ bus beveik grynai reaktyvioji, stipriai išmagnetinanti atvikštinį srautą ΦII. Dėl to atvirkštinis variklio laukas yra žymiai silpnesnis už tiesioginį.

Vienfazio variklio sukimo momentą M sukuria abiejų momentų bendras veikimas:

čia MI – tiesioginio srauto ΦI ir srovės I2IÍ sąveikos sukurtas momentas;

MII – atvikštinio srauto ΦII ir srovės I2IÍ sąveikos sukurtas momentas.

Norint gauti sukamąjį lauką dviem statoriaus apvijomis, pasuktomis viena kitos atžvilgiu 90˚ kampu, reikia laikytis šių sąlygų:

● darbo ir paleidimo apvijų magnetovaros FA ir FB turi būti lygios ir pasuktos viena kitos atžvilgiu 90˚;

● srovės statoriaus apvijose IA ir IB turi skirtis faze 90˚.

Griežtai laikantis šių sąlygų, statoriaus sukamasis laukas yra apskritimas, o tai atitinka didžiausią elektromagnetinį momentą. Nesilaikant kurios nors sąlygos, sukamasis laukas pasidaro elipsinis, susidedantis iš dviejų nelygaus dydžio į priešingas puses besisukančių apskritiminių laukų: tiesioginio ir atvirkštinio. Atvirkštinis sukamasis laukas sukuria rotoriaus stabdymo momentą ir pablogina variklio darbo savybes.

Jeigu, be to, abi apvijos sukuria vienodas magnetovaras, tai tuo momentu, kai variklis prijungiamas prie tinklo, jame susikuria apskritiminis sukamasis laukas, ir variklis išvysto didelį paleidimo momentą.

Talpa yra geriausias fazių skirtumą sudarantis elementas ir suteikia vienfaziam varikliui geras paleidimo savybes.

Bet ne visada galima panaudoti talpą, kaip fazių skirtumą sudarantį elementą, dėl kondensatorių didelių matmenų. Pavyzdžiui, kai variklio galia 200W, reikalingas 300 – 500V darbo įtampos kondensatorius, kurio talpa talpa C = 30μF.

Dėl to daugiausia naudojami vienfaziai asinchroniniai varikliai, kurių fazių skirtumą sudarantis elementas yra aktyvioji varža. Kadangi paleidimo apvija yra įjungta trumpą laiką (tik tol, kol variklis paleidžiamas), ji gaminama iš mažesnio, negu darbo apvija, skerspjūvio laido. Todėl paleidimo apvija turi didesnę, negu darbo apvija, aktyvinę varžą. Be to dalis paleidimo apvijos kartais daroma bifiliarinė, kad sumažėtų jos induktyvumas. Taigi, paleidimo apvijos aktyvinė varža didesnė, o induktyvumas mažesnis, negu darbo apvijos. Ir nors fazių skirtumo kampas tarp srovių IA ir IB vis tik mažesnis kaip 90˚, šių variklių paleidimo savybės yra patenkinamos:

Elektros varikliai, kurių paleidimo apvijos aktyvioji varža yra padidinta, naudojami ten, kur nereikia didelių paleidimo momentų.

O jeigu reikia gauti didesnį paleidimo momentą, tai kaip fazių skirtumą sudarantis elementas naudojama talpa. Dėl to galima padidinti paleidimo momentą iki

Skirtingai nuo vienfazio asinchroninio variklio, kondensatorinio variklio pagalbinė apvija, variklį paleidus, neatjungiama, ji palieka įjungta visam variklio darbo laikui.

Talpa Cd pagalbinės apvijos grandinėje sudaro fazių skirtumą tarp srovių IA ir IB.

Pasibaigus paleidimo procesui, vienfaziame asinchroniniame variklyje veikia pulsuojantis magnetinis laukas, o kondensatoriniame variklyje – apskritiminis arba artimas jam sukamasis magnetinis laukas. Todėl vienfaziai kondensatoriniai varikliai savo savybėmis priartėja prie trifazių asinchroninių variklių.

Talpa Cd, reikalinga apskritiminiam sukamajam laukui gauti, randama iš lygties:

Iš (8.1) lygties matome, kad, priėmus tam tikras K ir vertes, Cd sudarys apskritiminį sukamąjį lauką tik tada, kai variklio darbo režimas bus tam tikras, nes, pakitus darbo režimui, pakinta IA ir φA. Taigi, nukrypus variklio darbo režimui nuo apskaičiuoto, sukamasis laukas pasidaro elipsinis, ir variklio darbo savybės pablogėja. Dažniausiai kondensatoriniai varikliai apskaičiuojami taip, kad apskritiminis sukamasis laukas susidarytų, kai apkrova vardinė arba jai artima.

Įsisukus rotoriui, paleidimo talpą reikia atjungti, nes, kai slydimas nedidelis, gali susidaryti įtampų rezonansas, o dėl to kondensatoriaus gnybtų ir statoriaus apvijų įtampa gali pasidaryti 2-3 kartus aukštesnė už tinklo įtampą.

Kondensatoriniai varikliai kartais vadinami dvifaziais, kadangi statoriaus apvija yra dviejų fazių. Dvifaziai varikliai gali dirbti ir be kondensatoriaus arba kito FSE, jeigu statoriaus fazines apvijas prijungsime prie dvifazės įtampos (įtampos lygios savo vertėmis ir dažniu, bet pasuktos faze 90˚).

Darbo talpa apskaičiuojama tam tikrai apkrovos galiai, pavyzdžiui, nurodytajai, todėl svyruojant apkrovai, variklio darbo savybės blogėja. Galimi atvejai, kai variklis apkraunamas arba nepilnai apkraunamas, ir tada tos ar kitos fazės apvija sudega.

Darbo talpą F, kai srovės dažnis 50 Hz, galima rasti pagal vieną iš šių formulių:

8.8 schemai, a (8.2)

Jeigu variklis paleidžiamas, kai jo velenas neapkrautas arba mažai apkrautas, tai paleidimo talpos nereikia. O jeigu variklis paleidžiamas, kai jo velenas žymiai apkrautas, tai paleidimo talpa būtina. Ši talpa lygi:

Šiuo atveju variklio paleidimo momentas pasidaro artimas nurodytajam. Jeigu reikia toliau didinti paleidimo momentą, talpa didinama. Kai = (6 – 8) , paleidimo momentas priartėja prie maksimaliojo.

Vienfaziai ryškiapoliai varikliai naudojami įrengimuose, kur nereikalingi dideli paleidimo momentai. Pavyzdžiui nedideliuose ventiliatoriuose, elektriniuose grotuvuose ir t.t.

Indukciniai reguliatoriai naudojami laboratorijose, automatikoje, o taip pat skirstomųjų tinklų įtampai reguliuoti.

Indukcinio reguliatoriaus rotorius pasukamas sliekine pavara, kuri, be to, dar laiko sustabdytą rotorių.

Fazės reguliatorius skirtas antrinės įtampos fazei keisti pirminės įtampos atžvilgiu. Čia antrinė įtampa nesikeičia.

Statoriaus 1 grioveliuose suklojama daugiafazė (trifazė) apvija 2, kuri maitinama iš simetrinio daugiafazio įtampos šaltinio. Judamoje tiesinio asinchroninio variklio dalyje 4 (rotacinėse mašinose judamoji dalis vadinama rotoriumi) gali būti trumpai sujungta apvija 3 arba kitoks elektros laidininkas (plienas). Statoriuje sukurtas bėgantysis magnetinis laukas indukuoja judamosios dalies laidininkuose EV ir srovę. Šių srovių ir magnetinio lauko sąveika sukuria elektromagnetinę jėgą, kuri verčia judamąją dalį 4 slinkti greičiu v magnetinio lauko judėjimo kryptimi. Judančiosios dalies slydimas:

Jeigu tiesinio asinchroninio variklio dalį 4 pritvirtintume, tarkime, prie geležinkelio bėgių, o dalį 1 (statorių) – prie vagono, tai vagonas judėtų greičiu v.

Tiesiniuose varikliuose dėl statoriaus baigtinio ilgio atsiranda žalingas kraštų reiškinys, o dėl jo – papildomų nuostolių. Todėl šių mašinų energetiniai rodikliai blogesni už rotacinių asinchroninių mašinų energetinius rodiklius. Tačiau šiuos variklius naudoti ekonomiškai apsimoka ten, kur pavara yra tiesiaeigė ir nereikia naudoti sudėtingų mechaninių reduktorių.

Prie varančiojo veleno 1 pritvirtinama movos polių sistema 2, kurios polių žadinimo apvijos maitinamos per žiedus 4 nuolatine srove Varomojo veleno movos dalis 3 panaši į asinchroninio

variklio narvelinį rotorių. Sukamąjį magnetinį lauką kuria besisukanti polių sistema 2. Varomasis velenas sukasi kartu su movos rotoriumi. Reguliuojant srovės stiprumą, galima įvairius movos rotoriaus slydimus s ir sklandžiai keisti varomojo veleno kampinį greitį.

Automatikos įrenginiuose kartais reikia, kad vienu metu (sinchroniškai) suktųsi arba pasisuktų tam tikru kampu velenai mechanizmų, kurie yra per atstumą vienas nuo kito ir mechaniškai nesurišti. Šiam procesui naudojama sinchroninė pavara, kurioje mechaninis ryšys tarp mechanizmų velenų pakeistas elektriniu ryšiu. Pagrindiniai tokios sinchroninės pavaros elementai selsinai.

Daviklio sinchronizacijos srovė sąveikaudama su žadinimo magnetiniu lauku sukuria daviklio rotoriaus elektromagnetinį momentą, nukreiptą daviklio rotoriaus sukimuisi priešinga kryptimi, t.y. stabdymo momentą.

Šį momentą nugali mechanizmas, kuris pasuka daviklio rotorių duotuoju kampu .

Imtuvo sinchronizacijos srovė taip pat sąveikauja su žadinimo magnetiniu srautu ir sukuria elektromagnetinį momentą, nukreiptą į tą pusę, į kurią sukasi daviklio rotorius. Šio momento, kuris vadinamas sinchronizuojančiu, veikiamas, imtuvo rotorius pasisuka.

Bet jam pasisukus kampu ir užėmus tokią pat padėtį statoriaus atžvilgiu, kaip ir daviklio rotorius, EV vėl pasidarys lygi EV , t.y. sistemoje vėl bus pusiausvyra.

Bet daviklio rotoriaus kampu imtuvo rotorius pasisuks su tam tikra paklaida – išsiderinimu. Kad imtuvo rotorius pasisuktų, reikia, kad sinchronizuojantis momentas nugalėtų stabdymo momentą, kurį sukuria trintis guoliuose ir kontaktiniuose žieduose, o kartais dar ir imtuvo veleno naudingoji apkrova. Posūkio kampo atkūrimo paklaida įvertinama dydžiu, vadinama išsiderinimo kampu:

Selsino imtuvo rotorius sinchroniškai seka daviklio rotorių, bet išsiderinimo kampas tarp selsinų rotorių visada yra, ir jis tuo didesnis, kuo didesnis selsino imtuvo veleno stabdymo momentas.

Išsiderinimo kampas būna ne didesnis kaip , o didelio tikslumo selsinuose jis būna ne didesnis kaip .

Selsino imtuvo sinchronizuojančio momento dydis randamas iš lygties:

čia - maksimali sinchronizuojančio momento vertė, kuri atitinka išsiderinimo kampą.

Iš (9.3) lygties matome, kad, didėjant išsiderinimo kampui nuo nulio iki , sinchronizuojantis momentas didėja, dėl to sinchroninė pavara dirba stabiliai.Selsinas imtuvas dirba tuo tiksliau, kuo didesnis santykinis sinchronizuojantis momentas, rodantis, kiek pasikeis sinchronizuojantis momentas, pasikeitus išderinimo kampui vienu laipsniu:

1- korpusas; 2- statoriaus šerdis; 3- sinchronizacijos apvija (statoriuje); 4- rotoriaus šerdis; 5- žadinimo apvija (rotoriuje); 6- velenas; 7- kontaktiniai žiedai; 8- išvadai.

Kai kurių konstrukcijų selsinų statorius arba rotorius daromas su ryškiais poliais. Šitaip galima padidinti sinchronizuojantį momentą.

1- toroidinė šerdis, 2- žadinimo ritė; 3- šerdis su sinchronizacijos apvija; 4- išorinis magnetolaidis; 5- rotorius.

Šio selsino rotorius neturi apvijos. Tai – feromagnetinis medžiagos cilindras, magnetiniu sluoksniu padalytas į dvi magnetiškai izoliuotas dalis – polius. Magnetinė izoliacija yra aliuminis, kuris įliejamas į rotorių. Jis kartu sutvirtina ir rotoriaus dalis.

Selsino guoliuose yra toroidinės šerdys, pagamintos iš elektrotechninio plieno. Vidinis šių šerdžių paviršius yra virš rotoriaus, o prie jų išorinio paviršiaus glaudžiasi išorinio magnetolaidžio stiebai. Bekontakčio selsino vienfazė žadinimo apvija gaminama kaip dvi diskinės ritės; jos įtaisytos statoriaus galuose, koncentriškai selsino ašiai, tarp statoriaus apvijos ir toroidinių šerdžių.

Magnetinis srautas gali iš dešiniosios ritės patekti į kairiąją, tik apeidamas magnetinę izoliaciją, skiriančią rotorių. Todėl srautas eina per oro tarpą tarp dešiniosios toroidinės šerdies ir rotoriaus ir įeina į dešinį rotoriaus polių, paskui per oro tarpą tarp rotoriaus ir statoriaus įeina į statoriaus šerdį, eina statoriaus šerdimi, verdamas statoriaus apviją, paskui pro oro tarpą tarp statoriaus ir rotoriaus įeina į kairį polių ir, pagaliau, į kairę toroidinę šerdį. Iš kairiosios toroidinės šerdies magnetinis srautas išoriniu magnetolaidžiu patenka į dešinę teroidinę šerdį ir užsidaro dešiniajame statoriaus poliuje.

Bekontakčiai selsinai patikimiau dirba ir jų stabilesnės savybės, negu kontaktinių selsinų, nes neturi slystančiųjų kontaktų.

Tačiau ir bekontakčiai selsinai turi trūkumų: jų sudėtinga konstrukcija ir aukšta kaina, stipri žadinimo srovė ir mažas galios koeficientas. Pastarasis trūkumas yra dėl didelės magnetinės varžos magnetinio srauto kelyje: magnetinis srautas keturis kartus praeina oro tarpą.

Apvijų ašys erdvėje sudaro kampą. Į žadinimo apvijos grandinę įjungiama talpa, kuri sudaro fazių skirtumą tarp srovių Iž ir Iv. Dėl to variklyje sukuriamas sukamasis magnetinis laukas. Jeigu valdymo apvijoje signalo nėra, tai variklyje veikia pulsuojantis laukas, kuris paleidimo momento nesukuria.

Bet, nutrūkus signalui , variklis toliau dirba kaip paprastas vienfazis variklis. Šis reiškinys vadinamas savieiga, nelestinas valdomajam varikliui, nes dėl to jis pasidaro nebevaldomas. Savieigai pašalinti, valdomojo variklio rotorius gaminamas taip, kad jo aktyvioji varža yra padidinta.

Kad būtų aiškiau, 9.11 pav, a, atvaizduotos vienfazio variklio mechaninės charakteristikos.

Kai yra signalas, variklis dirba su sukamuoju magnetiniu lauku, ir jo mechaninė charakteristika yra kreivė . Tarkime, kad variklis dirba režimu, atitinkančiu tašką A. Nutrūkus signalui , statoriaus laukas pasidaro pulsuojantis, ir variklio mechaninė charakteristika būna kreivė M = f(s).

Naują variklio darbo režimą atitinka taškas B, kuriame variklio elektromagnetinis momentas lieka teigiamas, ir variklio rotorius toliau suksis.

Lyginant su bendrojo naudojimo asinchroniniais varikliais, varikliai su tuščiaviduriu nemagnetiniu rotoriumi yra didesnių gabaritų ir turi didesnį η, kadangi juose yra didesnis nemagnetinis tarpas, kuris susideda iš oro tarpo tarp išorinio statoriaus ir rotoriaus cilindro, nemagnetinio cilindro sienelės storio ir oro tarpo tarp rotoriaus cilindro ir vidinio statoriaus.

Kai oro tarpas didelis, padidėja įmagnetinančiojo srovė ir nuostoliai.

Gečys, S; Kalvaitis, A; Smolskas, P. Elektromechanika. Kaunas: Technologija, 2011. ISBN 978-9955-25-873-5.

Kostrauskas, P. Asinchroninės elektros mašinos. Kaunas: Technologija. 1996.

Marazas, S. Elektros mašinos I dalis. Vilnius: Mokslas, 1989. ISBN 5-420-00413-5.

Aiškinamasis elektrotechnikos terminų žodynas. Kaunas: Technologija, 2010. ISBN 978-9955-25-837-7.

Kaцман, M. Электрические машины. Mосква: Bысшая школа, 2003. ISBN 5-06-003661-8.

  • Elektronika Konspektai
  • 2015 m.
  • Lietuvių
  • 68 puslapiai (15809 žodžiai)
  • Kolegija
  • Elektronikos konspektai
  • Microsoft Word 4364 KB
  • Asinchroninės elektros mašinos
    10 - 3 balsai (-ų)
Asinchroninės elektros mašinos. (2015 m. Rugsėjo 30 d.). http://www.mokslobaze.lt/asinchronines-elektros-masinos.html Peržiūrėta 2016 m. Gruodžio 06 d. 14:21