4.3. Сурет. Үшфазалы асинхронды қозғалтқыштың құрылысы

Статордың цилиндр тәрізді ішкі бетінде және ротордың сыртқы бетінде статор мен ротор 3 және 4 орамдары орналасатын ойықшалар бар. Статор орамдары көбінес үшфазалы болып орындалады және ток көзіне қосылады, сондықтан оларды бірінші ретті орам деп те атайды. Ротор орамдары да статор орамдары секілді үшфазалы болып орындалады. Мұндай орамдардың фазаларының соңғы ұштары жұлдызша схемасымен жалғанады, ал бастары түйіспе сақиналарына жалғанып металлографиттік щеткалар арқылы сыртқы тізбекке жалғанады. Ротордың мұндай құрылысы фазалы ротор, ал қозғалтқыш сәйкесінше фазалы роторлы деп аталады.

Түйіспелі сақиналарға үшфазалы іске қосу немесе реттеу реостаттары қосылады. Ротордың фазалық орамдары статордың полюстер жұбы снына сәйкес орындалады.

Ротордың екінші бір түрі – орамдары қысқа тұйықталған. Бұл кезде әрбір ойықшада алюминий немесе мыс стержнь орналасады және барлық стержньдер 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 құйылып жасалды. Мұндай асинхронды машина қысқа тұйықталған ротрлы деп аталады. Қуаты аз немесе орташа машиналар көбінесе қысқа тұйықталған роторлы болып жасалады.

Сатор мен ротор арасындағы бос ауа қуысын мейлінше аз етіп жасалады, бірақ машинаның қуаты жоғарлаған сайын оның да көлденең қимасы жоғарлайды. Орта қуатты машиналарда бос ауа қуысының көлденең қимасы 0,4–0,5 мм, ал үлкен қуатты машиналарда жоғарырақ.

Асинхронды машинаның жұмыс жасау принципі келісідей. Егер үшфазалы машинаның статор орамдарын жиілігі f₁ үшфазалы айнымалы ток көзіне қоссақ статор орамдары арқылы үшфазалы айнымалы ток өтеді. Бұл токтар жиілігімен айналатын магнит ағынын Ф₁ туғызады. Ф₁ - магнит ағыны рото орамдарын қиып өткенде оларға Е₂ ЭҚК енгізеді, егер ормадар тұйықталған болса, онда оларда I₂ тогы пайда болады. Бұл токтың жиілігі f₂ егер ротр қозғалыссыз болса оның мәні f₁ –ге тең. Ротор орамдарындағы ток I₂ мен магнит ағыны Ф₁ арасындағы өзара әсер негізінде ротор орамдарына әсер ететін механикалық күштер F пайда болады, бұлар өз кезегінде айналдырғыш электромагниттік момент М туғызады.

М = Σ ,

мұндағы D – ротор диаметрі.

Егер ротор ормадары үшфазалы болса, онда оларда үшфазалы ток индукцияланады. Бұл ток өз кезегінде полюстер жұбының саны 2р ротордың айналмалы Ф₂ магнит өрісін туғызады, егер n = 0 оның айналу жиілігі статордың өрісінің айналу жиілігіне тең

.

Сондықтан Ф₁ және Ф₂ ағындары синхронды айналады да қозғалтқыштың толық айналмалы магнит ағынын Ф құрайды.

Егер ротор орамдары қысқа тұйықталған болып орындалса, одна ротор стержньдеріне көпфазалы I₂ токтары индукцияланады олардың фазалық ығысу бұрышы

γ = 2πp/Z₂,

мұндағы Z₂ – ротор стрежньдерінің саны.

Бұл токтра 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 ормадарға әсер еткен моменттердің жиыны толық айналдырғыш момент туғызады және оның әсерінен ротор n айналу жиілігімен қозғалысқа келеді. Қозғалтқыштық режимде ротрдың айналу жиілігі статордың магнит өрісінің синхронды айналу жиілігінен әрқашанда кіші, яғни n < n₁. Бұл кезде статорға ток көзінен берілген электр энергиясы біліктің механикалық энергиясына түрленеді, яғни машина қозғалтқыштық режимде жұмыс жасайды.

Статордың магнит өрісі мен ротордың айналу жиіліктерінің арасындағы айырмашылық ығысу деп аталатын салыстырмалы шамамен өрнектеледі

(4.4)

немесе процентпен:

Ротордың айналу жиіліг n сырғанау арқылы өрнектелсе

. (4.5)

Қозғалтқышты іске қосқанда n = 0 және сырғанау s = 1, ал роторды статордың өрісімен синхронды айналдырсақ, сырғанау s = 0. Бұл кезде n = n₁, яғни статордың магнит өрісі роторға қарағанда қозғалыссыз, сондықтан ротор орамдарына ЭҚК енгізілмейді сәйкесінше то пайда болмадй, ал айналдыру моменті нольге тең, М = 0. Сондықтан қозғалтқыштық режимде әрқашанда 0 < n < n₁ және 1 > s > 0.

Ротор магнит өрісінің бағытымен бір бағытта айналғанда магнит өрісінің ротор орамдарын қиып өту жиілігі айналу жиіліктерінің айрмасына тең n₁ – n және ротор орамдарындағы ток жиілігі

.

Бұл теңдікке n мәнін (4.5) формуладан қоятын болсақ және n_1, онда

, (4.6)

яғни ротордың тогы мен кернеуінің жиілігі сырғанауға пропорциональ.

Қозғалтқыштық режимде ротордың магнит өрісінің роторға қарағандағы айналу жилігі

.

Егер асинхронды машинаның роторын статордың магнит өрісінің айналу баытымен бір бағытта синхронды айналу жиілігінен жоғары жиілікпен жетек көмегімен айналдырсақ, онда ротор магнит өрісін озып жүреді. Бұл кезде ротор орамдарындағы ток қозғалтқыштық режимдегі ге қарағанда кері бағытқа ие болады, соның нәтижесінде ормадарға әсер ететін электрмагниттік күштер F және электромагниттік момент те М кері бағытта болады. Бұл кезде М моменті тежегіш болып табылады, ал машина генератор режиміне жұмыс жасайды, яғни механикалық энергияны активті қуатқа түрлендіріп ток көзіне кері қайтарады. Бұл кезде n > n_{1 және} тогда, (4.4) өргеніне сәйкес s < 0.

Егер роторды статордың магнит өрісінің айналу бағытына қарсы бағытта айналдырсақ, онда Е₂, I₂ және F бағыттары сақталады. Электромагнитті момент М статордың өрісінің бағытымен бір бағытта әсер етеді, бірақ роторды тежеуге бағытталады. Асинхронды машинаның бұл режимін ауыстырып қосу режимі немесе электромагниттік тежеу режимі деп аталады. Бұл режим кезінде (4.4) теңдікке сәйкес ротордың айналу бағыты қозғалтқыштық режимдегі ге қарағанда қарама-қарсы бағытта болады, яғни s > 1, себебі

.

Сонымен, асинхронды машина үш режимде, яғни n₁ статордың магнит өрісінің айналу жиілігі мен n ротордың айналу жиіліктерінің арасындағы арақатынасқа сәйкес келесі режимдерде жұмыс жасай алады:

1) қозғалтқыштық, бұл кезде n < n₁ айналу жиіліктері бір бағыттас (0 ≤ s ≤ 1);

2) генераторлық, бұл кезде n > n₁ айналу жиіліктері бір бағыттас (0 ≥ s ≥ - ∞);

3) тежегіштік, бұл кезде n мен n₁ әр түрлі бағытталған (+1 ≤ s ≤ +∞).

Асинхронды машиналардың негізгі жұмыс режимі қозғалтқыштық болып табылады.