4.7.2 Асинхронды эж-нің бұрыштық жылдамдығын полюстер санын өзгерту арқылы реттеу

Асинхронды қозғалтқыштың бұрыштық жылдамдығының формуласынан

шығады:

егер де қоректендіретін желінің жиілігі тұрақты болса, ал тайғанау s аз өзгерсе, онда бұрыштық жылдамдықты полюстердің р жұп санын өзгерту арқылы реттеуге болады.

Полюстердің жұп саны бүтін сан болғандықтан, бұрыштық жылдамдықтың реттеуі сатылы болады. Полюстерді өзгерту статор орамасында жасалады және оны орындау үшін әрбір фазалық орамада бөлек жартысында токтың бағытын өзгерту арқылы орындалады. 2:1 қатынасқа полюстер санын өзгертуге арналған жартылай орамаларды қосу сұлбалары 4.21а-в-суретте көрсетілген.

4.22 а-д-суретте ең көп қолданылатын статор орамалардың аудару сұлбалары көрсетілген. Бір полюс сандардан басқа полюстер санға аударған кезде айналу бағыты өзгермейді. 3.1-кестеде статор орамалардың әртүрі үшін магниттік индукциялардың қатынастары келтірілген, 4.21а-д сурет бойынша біркелкі полюс саны 1 деп белгіленіп, ол қос полюс саны II деп белгіленген.

4.21-сурет. 2:1 қатынасқа полюстер санын өзгерту сұлбалары.

Асинхронды қозғалтқыштың электрмагниттік моменті:

(4.40)

4.22-сурет. Статор орамаларын ауыстырып қосу сұлбалары.

Сурет №	Қос полюс саны (4.2-суретте II белгіленген)		Біркелкі полюс саны (4.22-суретте I белгіленген)		ВП/В1 қатынасы
	Жартылай орамалардың қосылуы	Фазалардың қосыуы	Жартылай орамалардың қосылуы	Фазалардың қосыуы
4.22а 4.22б 4.22в 4.22г 4.22д	Тізбектей -----//----- тізбектей немесе параллель тізбектей немесе параллель	У У немесе Д У У немесе Д У немесе Д	Параллель -----//----- тізбектей немесе параллель Параллель тізбектей немесе параллель	УУ немесе Д Д У немесе Д У немесе Д	0,58 1,0 1,16 1,73 2,0

Демек, әр полюстер санына жауап беретін, статор орамаларының әр түрлі қосылу сұлбалары бар қозғалтқыштардың моменттері, әрбір магнит индукцияларына сәйкес жатады.

4.23-суретте 4.22-суреттегі сұлбаларға сәйкес механикалық сипаттамалар көрсетілген.

АҚ бұрыштық жылдамдығын қоректендіретін кернеудің жиілігін өзгерту арқылы реттеудің мүмкіншілігі мынадан шығады

жиілік өзгерген кезде магнит ағыны да өзгеруі керек, себебі жиілік азайғанда магнит ағыны үлкейеді де, қозғалтқыштың магнит тізбегі қанығады, оған сәйкес АҚ-тың тоғы және температурасы кенет өседі, ал жиілік үлкейген кезде магнит ағыны азаяды да рұқсат етілетін момент азаяды. Жиіліктік түрлендіргіштердің шығысында жиілік және кернеудің амплитудасы өзгертіледі.

Жиіліктік түрлендіргіштер электрмашиналық және вентилдік болып екі түрге бөлінеді.

4.23 – сурет. Асинхронды электр жетегінің статор орамаларын

Ауыстырып-қосу сұлбаларына сәйкес механикалық

Сипаттамалары.

4.24-суретте тұрақты токтың аралық көзі бар электрмашиналық жиіліктік түрлендіргіш (ЖТ) сұлбасы келтірілген .

Түрлендіргіш желілік кернеудің тұрақты жиіліктегі айнымалы тоғын реттелетін тұрақты кернеуге түрлендіретін агрегаттан (Қ1, Г1) құралады. Тұрақты кернеуді реттеу үшін Г1 генератордың қоздыру тоғын өзгертіп тұру керек. Қ2 қоғалтқыштың бұрыштық жылдамдығы Г1 генератордың кернеуі өзгерген кезде ырғақты реттеледі, ал онымен бірге Г2 синхронды генератордың бұрыштық жылдамдығы реттеледі. Г2 генератордың бұрыштық жылдамдығы өзгерген кезде, оның қоздыру тоғы тұрақты болған кезде, генератордың жылдамдығын, кернеудің жиілігін және амплитудасын өзгертеді. Г2 генератордан ҚЗ - Қ5 асинхронды қозғалтқыштар тобы қоректенеді. Генератордың қоздыру тогының бағытын өзгерткен кезде, АҚ-тардың айналу бағыты өзгереді. Г2 генератордың және Қ2 қозғалтқыштың қоздыру тоғы тұрақты болғанда, оның бұрыштық жылдамдығын өзгерту арқылы шығу кернеуі U₂/f₂ = const заңы бойынша автоматтық түрде реттеуге болады.

4.24-сурет. Тұрақты токтың аралық көзі бар электр машиналық жиілік түрлендіргіштің сұлбасы.

К2 тұрақты ток қозғалтқыштың бұрыштық жылдамдығын Г1 генератордың ЭҚК-і номиналды болғанда, резистор R2 арқылы қоздыру токты азайтуға да, үлкейтуге де болады, бұл жағдайда Г2 генератордың кернеуінің жиілігі және амплитудасы өседі.

Егер де АҚ-тардың жиілігі реттеліп тұрған түрлендіргіштен тұтынатын қуаты Р_ном тең болса, онда ЖТ-тің жалпы орнатылған қуаты тең:

Бұл жағдай электрмашиналық ЖТ-тің кемшілігіне жатады.

Екінші кемшілік – бөлек машиналардың ПӘК-ердің көбейтіндісімен белгіленетін ЖТ-тің ПӘК-інің төмендігі. Мысалы, егер де әрбір машинаның толық жүктеме кезінде ПӘК - 0,9 болса, онда ЖТ-тің коминалды ПӘК-і тең 0,9⁴=0,66. Асинхронды ЖТ ретінде 4.25-суретте көрсетілген сұлбаны қолданады. Мұнда негізгі түрлендіргіш ретінде фазалы роторы бар АҚ қолданылады

4.25-сурет. Асинхронды ЖТ-тің сұлбасы.

АЖТ-тің статоры АТ автотрансформатор арқылы айнымалы ток желісіне қосылады. Бұл АЖТ-тің кірісіндегі кернеудің амплитудасын реттеуге жағдай туғызады. АЖТ-тің роторы білік арқылы Г-Қ жүйе бойынша бұрыштық жылдамдығы реттелетін Қ2 қозғалтқышпен байланысқан. Екінші реттік (роторлық) тізбек жиілігі f₂ және амплитудасы U₂ реттелетін кернеу көзі болады.

АЖТ-тің шығысындағы жиілік тең:

, (4.41)

мұнда: , - Қ2 қозғалтқыштың бұрыштық жылдамдығы;

f₂ - қоректендіру желісінің жиілігі.

(4.41) теңдеуге "+" таңба ротордың айналу бағыты статордың магнит өрісінің айналу бағытына сәйкес кезінде, ал "-" таңба - кері кезіңде алынады. Олай болса, ротор өріске кері айналғанда f₂ > f₁, бірдей айналса f₂ = f₁. Ротордың қозғалысы кезінде f₂ = f₁'.

Ротор өріске кері айналған кезде, жүктемеге АЖТ-тен берілетін энергия, М2 қозғалтқыштың білігінен түсетін механикалық энергиямен АТ автотрансформатор жағынан АЖТ-тің тұтынатын энергиясының қосындысына тең. Ротор өріспен бірдей айналған кезде статорға түсетін энергияның бір бөлігі жүктемеге, ал бұл жағдайда генератор режимінде жұмыс істейтін М2 қозғалтқышқа беріледі. Бұл бөлік Қ1 машина арқылы желіге қайтарылады.

М2 қозғалтқыштың білігінен түсетін Р_м және қоректендіретін желіден түсетін Р₂ активтік қуаттардың бөлінуі статор мен ротордың жиіліктеріне пропорционалды, яғни:

(4.42)

, (4.43)

немесе:

,

мұнда - АЖТ-тің шығысындағы тұтылатын қосынды қуат. Егер де АҚ-тардың орнатылған қуаты Р_ном болса, онда ЖТ-тің орнатылған қуаты (f₂=100 Гц, f₁ = 50 Гц кезде) тең.

P_ЖТ = P_қ1+P_Г+P_қ2+P_АЖЖ+P_АТ = 0,5P_ном+0,5P_ном+0,5P_ном+P_ном+0,5P_ном = 3P_ном

Вентилді-электрмашиналық жиіліктік түрлендіргіштің сұлбасы 4.26-суретте көрсетілген.

Мұнда тиристорлардан жиналған статикалық басқарылатын түрлендіргіш (түзеткіш) БТ тұрақты жылдамдықты айналдырушы түрлендіргіш агретаттың орнына қолданылады. Басқарылатын түрлендіргіштен ауыспалы жылдамдық агрегаттың Қ1 қозғалтқышы қоректенеді.

Бұл жағдайда ЖТ-тің ПӘК-ті аздап өседі, бірақ та сенімділігі жоғары емес, ЖТ-тен басқа екі машинаның (Қ1 қозғалтқыш және Г генератор) қажеттілігі кемшіліктерге жатады, сол себептен электр машиналық түрленгіштердің қолданылуына шек қойылады және тиристорларды немесе транзисторларды қолдану негізінде статикалық түрлендіргіштерді құруға қажеттілік туылады.

4.26-сурет. Синхронды генераторы бар вентильді – электр машиналық жиіліктік түрлендіргіштің сұлбасы.

Статикалық жиіліктік түрлендіргіштердің екі негізгі түрі бар:

а) тікелей байланыспен;

б) тұрақты токтың аралық көзімен.

Тікелей байланыспен түрлендіргіш жоғары жиілікті төмен жиілікке түрлендіреді. Ол қарсы - параллель топтарға қосылған бөлек басқарылатын 18 тиристордан құрылады (4.27-сурет).

Түрлендіргіштің негізіне түзетудің үш фазалы нөлдік сұлбасы жатады, әрбір фазалы екі қарсы қосылған түзетушілерден кұралады.

4.27-сурет. Тікелей байланысы бар жиіліктік түрлендіргіш.

Түрлендіргіштің шығу кернеуінің бірінші жарты кезеңінде токты түзету топтары, ал екінші жарты кезеңінде - инверторлы топтары өткізеді. Түрлендіргіштің шығысындағы кернеудін реттеуі вентилдердің қосу бұрышын өзгерту арқылы әрекеттенеді.

Мұндай түрлеңдіргіш түрінің құндылықтары:

а) энергияны бір дүркін түрлендіру, сол себептен жоғары ПӘК-і (0,90-0,98 маңында);

б) шығысында жиіліктен тәуелсіз кернеудің амплитудасын реттеудің мүмкіншілігі;

в) реактивтік және активтік энергияның желіден қозғалтқышқа және кері ауыстыруға болатындығы;

г) коммутациялық конденсаторлардың жоқтығы.

Ал кемшіліктері:

а) шығыстық жиіліктің (0 ден 40% желінің жиілігіне дейін) реттеуіне шек қойылады;

б) вентильдердің саны көп;

в) қуат коэффициентінің аздығы(0.8-ден аспайды).

Өнеркәсіп ЭЖ-лер үшін ең кең қолданылатын статикалық жиіліктік түрлендіргіш түрі - тұрақты токтың аралық көзі бар түрлендіргіш (4.28-сурет).

4.28-сурет. Тұрақты токтың аралық көзі бар статикалық түрлендіргіштің құрылымдық сұлбасы.

Түрлендіргіш екі күштік элементтерден-басқарылатын түзеткіш БТ және инвертор И-ден құралады. БТ-тің кірісіне жиілігі 50 Гц-ке тең айнымалы ток реттелмейтін кернеу беріледі; БТ-тің шығысынан И инверторға тұрақты реттелетін кернеу беріледі, ал инвертор тұрақты кернеуді амплитудасы және жиілігі реттелетін кернеуге түрлендіреді. Түрлендіргіштің ішіне түзеткіштің басқару ТББ және инверторлық басқару ИББ блоктары кіреді. Бұл сұлбада шығысындағы кернеудің амплитудасы және жиілігі бөлек реттеледі. Бұл жағдайда ЖТБ тапсырылған жылдамдықтың блогі арқылы АҚ-тың қысқыштарындағы кернеудің әсер етуші мәнімен жиіліктің керекті арақатынасын сақтауға болады.

Бұл түрлендіргіш қоректендіретін желінің жиілігінен жоғары да, төмен де реттеуге рұқсат етіледі, оның ПӘК-і жоғары (0.95-ға дейін) болады, габариттері кіші, сенімділігі жоғары және жұмыс істегенде дыбыссыз болады.

Жиіліктік басқаруды таңдау үшін 4.29-суреттегі көрсетілген алмастыру сұлбасын қолданайық.

Сұлбада келесі белгілеулер алынған:

а) статор кернеуінің салыстырмалы жиілігі: ;

б) абсолюттік тайғанаудың параметрі немесе ротордың салыстырмалы жиілігі: , ;

в) статордың салыстырмалы кернеуі: .

Қозғалтқыштық момент:

(4.44)

4.29-сурет. Жиіліктік реттеудегі АҚ алмастыру сұлбасы.

Екінші ораманың тоғы және кедергілері:

, (4.45)

мұнда:

Түрлендірілгеннен кейін табамыз:

мұнда: ,

және - статормен ротордың сейілу коэффициенттері:

және

- жалпы сейілу коэффициенті:

Абсолюттік критикалық тайғанау:

Максималды момент:

(4.46)

Бұрыштық жылдамдықтың жиілікті реттеу тәсілі - өте үнемді және реттеу қасиеттері бойынша қысқа тұйықталған АҚ (ең қарапайым, сенімділігі зор және арзан ЭҚ) тұрақты ток ЭЖ-нен кем түспейді.