ASINHRONĀS MAŠĪNAS
Asinhrono dzinēju gadā izgudroja talantīgais krievu zinātnieks M. Doļivo-Dobrovoļskis. Vienkāršā uzbūve, darba drošums, samērā zemā izmaksa un augstais lietderības koeficients nodrošināja šī dzinēja strauju ieviešanu visās tautas saimniecības nozarēs. Asinhronā mašīna ir universāls enerģijas pārveidotājs. To var lietot kā ģeneratoru, transformatoru, dzinēju, elektromagnētisko bremzi, frekvences pārveidotāju un indukcijas regulatoru. Lietojot par ģeneratoru vai transformatoru, asinhronā mašīna ir sliktāka par sinhrono ģeneratoru vai parasto transformatoru, bet kā dzinējs tā ir labāka par citiem elektrodzinējiem. Svarīgākās asinhronā dzinēja priekšrocības ir vienkāršā uzbūve, zemā cena un drošība ekspluatācijā. Tāpēc kā rūpniecībā, tā arī lauksaimniecībā elektropiedziņai visvairāk izmanto asinhronos dzinējus. Kā trūkums jāatzīmē asinhronā dzinēja sliktās ātruma regulēšanas iespējas. Ietaisēs, kurās nepieciešama ātruma regulēšana, tāpēc lieto dārgākos līdzstrāvas un dažkārt arī maiņstrāvas kolektordzinējus.
Asinhrona dzinēja darbības princips Rotējošo magnētisko lauku var iedomāties kā apļveida serdi ar diviem izvirzītiem pastāvīgajiem magnētiem. Apļa vidū novietots rotora tinums īsslēgtu stieņu veidā «vāveres rats». Statora magnētiskais lauks, rotējot telpā ar ātrumu inducē rotora tinuma stieņos EDS. Tā kā stieņi ir īsslēgti, tad rotora tinumā rodas strāvas, kuru virzienu nosaka pēc labās rokas likuma. Jāievēro, ka, ja magnētiskais lauks rotē pulksteņa rādītāju kustības virzienā, tad strāvas vadītāja relatīvās griešanās virziens ir pretējs.
Asinhrona dzinēja darbības princips Statora magnētiskā lauka un rotora strāvu mijiedarbība rada rotora stieņos elektromagnētiskos spēkus F, kuru virzienu nosaka pēc kreisās rokas likuma. Šie spēki griež rotoru magnētiskā lauka rotācijas virzienā. Statora lauks rotē ar ātrumu n1, kuru sauc par sinhrono, bet rotors griežas ar mazāku ātrumu n2, kuru sauc par asinhrono. Ja rotors grieztos ar sinhrono ātrumu, tad rotora stieņus nešķeltu magnētiskā lauka spēka līnijas, tajos neinducētos EDS, nerastos strāvas un elektromagnētiskie spēki F, un rezultāta rotora griezes moments būtu vienāds ar nulli.
Slīde Rotora relatīvo atpalikšanu no statora lauka sauc par slīdi un apzīmē ar s. Slīde ir galvenais asinhronās mašīnas mainīgais lielums, kas lielā mērā nosaka tā darba režīmu. Slīdi aprēķina pēc formulas bet procentos pēc formulas Asinhrono dzinēju slīde parasti ir 1,5... 7%.
No slīdes formulas var izteikt rotora griešanās ātrumu:
Piemērs. Noteikt četrpolu asinhronā dzinēja rotora griešanās ātrumu, ja slīde ir 3%. Atrisinājums. Statora magnētiskā lauka rotācijas frekvence: Rotora griešanās ātrums:
Asinhrona dzinēja uzbūve Asinhronais dzinējs sastāv no divām galvenajām daļām: nekustīgās statora un rotējošās rotora.
Pēc rotora konstrukcijas izšķir:
Asinhrona dzinēja uzbūve Stators ir tērauda serde doba cilindra veidā. To saliek no elektrotehniskā tērauda skārdiem, kas savstarpēji izolēti ar plānu lakas kārtiņu. Cilindra iekšienē izveidotas rievas, kurās ievieto statora tinumu. Pēc savas uzbūves asinhronā dzinēja stators praktiski neatšķiras no sinhronas mašīnas statora. Arī statora tinumus asinhronajām un sinhronajām mašīnām aprēķina un izveido līdzīgi. Statora iekšienē ievietots cilindrisks rotors, kas salikts no atsevišķiem savstarpēji izolētiem elektrotehniskā tērauda skārdiem. Rotora vārpstas gali balstās gultņos, kuri iemontēti gultņu vairogos.
Izšķir īsslēgtos rotorus un fāzu rotorus
Īsslēgtais rotors Īsslēgtā rotora rievās ievieto tinumu «vāveres rata» veidā. Tinums izveidots no vara stieņiem, kuru galus frontāli savieno ar gredzeniem (192. zīm.). Nelielas jaudas (līdz 100 kW) dzinējiem «vāveres ratu» izveido, zem spiediena ielejot rotora rievās izkausētu alumīniju. «Vāveres ratu» no rotora tērauda neizolē, jo tinuma stieņu vadītspēja ir daudzkārt lielāka nekā tērauda vadītspēja. Atlejot «vāveres ratu» no alumīnija, vienlaikus atlej ari noslēdzošos frontālos gredzenus kopā ar ventilācijas spārniem (193. zīm.).
Fāzu rotors Fāzu rotora rievās ievieto trīsfāzu tinumu, kas izveidots līdzīgi statora tinumam. Fāzu rotora tinumu parasti saslēdz zvaigznē. Tinumu beigas savieno vienā punktā, bet sākumus pievieno pie kontaktgredzeniem, uz kuriem uzmontētas ar palaišanas reostatu savienotas sukas. Fāzu rotors ir dārgāks par īsslēgto rotoru, bet, pieslēdzot sukām reostatu, var samazināt palaišanas strāvu, tāpēc šādu rotoru lieto lielas un vidējas jaudas asinhronajos dzinējos.
Asinhronā dzinēja ar fāžu rotoru uzbūve
Asinhronā dzinēja ar īsslēgtu rotoru uzbūve
Asinhronā dzinēja statora tinumu slēguma shēmas: a) izvadu izvietojums uz spaiļu plāksnītes; b) tinumu zvaigznes slēgums; c) tinumu trīsstūra slēgums.
Rotējošā lauka rotācijas frekvences vērtības, ja tīkla frekvence f 1= 50 Hz, atkarībā no polu pāru skaita p ir šādas: Polu pāru skaits p Magnētiskā lauka rotācijas frekvence n 1 (min -1 )
Asinhrono dzinēju tinumu izvadus apzīmē šādi: Statorssākumibeigas 1. fāzeC1C4 2. fāzeC2C5 3.fāzeC3C6 Rotors 1. fāzeP1 2. fāzeP2 3.fāzeP3
TRISFĀZU ASINHRONĀ DZINĒJA DARBA PROCESS Asinhronais dzinējs nekustīga rotora gadījumā : Elektromagnētiskie procesi asinhronajā dzinējā ir līdzīgi procesiem transformatorā. Asinhronā dzinēja statora tinumu var uzskatīt par transformatora primāro tinumu, bet rotora tinumu par sekundāro. Ja dzinēja statora tinumam pievada tīkla spriegumu U1, bet rotora ķēdi pārtrauc (tas iespējams tikai dzinējā ar fāzu rotoru), tad statora rotējošais magnētiskais lauks, šķeļot statora un rotora nekustīgos tinumus, inducē tajos atbilstošus EDS E 1 un E 2. Šos EDS var aprēķināt pēc formulām: Kur statora un rotora tinumu EDS (V); statora un rotora tinuma koeficienti; statora un rotora tinumu vijumu skaits; galvenās magnētiskās plūsmas amplitūdas vērtība (Wb); tīkla strāvas frekvence (Hz).
Šādu asinhronā dzinēja darba režīmu, kad statora tinumam pievadīts nominālais spriegums, bet fāzu rotora ķēde pārtraukta, sauc par tukšgaitas režīmu. Dzinēja tukšgaitas režīms ir analogs transformatora tukšgaitas režīmam, tikai asinhronā dzinēja tukšgaitas strāva ir lielāka, jo gaisa sprauga starp rotoru un statoru palielina izkliedes magnētisko plūsmu. Transformatoram tukšgaitas strāva - ir % no nominālās, bet asinhronajam dzinējam tā sasniedz % no nominālās.
Par asinhronā dzinēja transformācijas koeficientu sauc statora un rotora EDS attiecību: Formulas sekundārā tinuma parametru reducēšanai uz primārā tinuma parametriem iegūst tāpat kā formulas, pēc kurām reducē transformatora parametrus.
Ja asinhrona dzinēja rotora tinumu saslēdz īsi, rotoru nobremzē un statoram pievada tādas vērtības pazeminātu tīkla spriegumu, pie kuras īsslēguma strāvas nepārsniedz nominālo, tad, ieslēdzot shēmā vajadzīgos mēraparātus, var izdarīt dzinēja īsslēguma mēģinājumu. Palielināto izkliedes magnētisko plūsmu dēļ asinhronajiem dzinējiem īsslēguma spriegums ir lielāks nekā transformatoriem.
Ja rotora tinums ir īsslēgts, bet rotors nav nobremzēts, tad, pieslēdzot statoram nominālo spriegumu, palaišanas sākuma brīdī strāva reizes pārsniedz nominālo vērtību. Rotoram iegriežoties, palaišanas strāva samazinās. Tātad palaišanas sākuma brīdī asinhronais dzinējs ar īsslēgto rotoru darbojas īsslēguma režīmā. Tiek pieņemts, ka asinhronajam dzinējam pievadītā jauda tāpat kā transformatorā tukšgaitas režīmā sedz zudumus tēraudā, bet īsslēguma režīmā zudumus varā.
Asinhronais dzinējs ar rotējošu rotoru Ja neslogota dzinēja statoram pievada nominālo spriegumu, tad dzinēja rotors griežas tukšgaitā. Rotors griežas statora magnētiskā lauka rotācijas virzienā ar ātrumu. Statora magnētiskā lauka relatīvais griešanās ātrums attiecībā pret rotoru ir vienāds ar abu šo ātrumu starpību:
Statora magnētiska plūsma Φ 1, apsteidzot rotoru ar ātrumu, inducē rotorā EDS un strāvas ar frekvenci f 2 kuru sauc par slīdes frekvenci:
Pareizinot šīs izteiksmes skaitītāju un saucēju ar n 1, iegūstam formulu Tātad rotorā inducētā EDS un strāvas frekvence ir vienāda ar tīkla frekvences un slīdes reizinājumu.
1. piemērs. Noteikt asinhronā dzinēja rotora strāvas frekvenci, ja s=4% un fi = 50 Hz. Atrisinājums: Rotora strāvas frekvence f 2 =sf 1 = 0,04·50=2Hz.
Tā kā rotora strāvas frekvence ir atkarīga no slīdes, tad, slīdei izmainoties, mainās arī visi no frekvences atkarīgie rotora lielumi EDS, rotora induktīvā pretestība un strāva. Rotējoša rotora EDS Ievērojot, ka f 2 = sf 1,
Tā kā nekustīga rotora EDS Tad E 2s =sE 2, t. i., rotoram griežoties, tā EDS E 2s ir vienāds ar nekustīga rotora EDS E 2 un slīdes reizinājumu.
Rotējoša rotora induktīva pretestība t. i., rotoram griežoties, tā induktīvā pretestība X 2s vienāda ar nekustīga rotora induktīvās pretestības X 2 un slīdes reizinājumu
Rotora aktīvā pretestība R 2 nav atkarīga no slīdes.
Pēc Oma likuma, rotora tinuma strāva Izdalot skaitītāju un saucēju ar s, iegūstam No formulas redzams, ka rotējoša rotora strāva ir atkarīga no slīdes. Šajā formulā asinhronā dzinēja darbība, rotoram griežoties, reducēta uz ekvivalentu režīmu nekustīga rotora gadījumā, jo lielumi E 2 un X 2 atbilst nekustīgam rotoram.
Asinhronā dzinēja MS diagramma Asinhronajam dzinējam var konstruēt MS diagrammu, kura ir līdzīga transformatora MS diagrammai, tikai šajā gadījumā MS vektori rotē telpā ar ātrumu n 1 Atbilstoši transformatora MS vienādojumiem asinhronā dzinēja rezultējošais MS I 0 w 1 un tā radīta magnētiska plūsma Φ max nav atkarīgi no slodzes, ja spriegums un frekvence ir nemainīgi.
Slogota asinhronā dzinēja vektoru diagramma Kā iepriekš minēts, asinhronā dzinēja darba režīmu, rotoram griežoties, var reducēt uz ekvivalentu režīmu nekustīga rotora gadījumā. Ņemot par pamatu asinhronā dzinēja MS vektoru diagrammu, var konstruēt slogota asinhronā dzinēja reducēto vektoru diagrammu
Asinhronā dzinēja pilnā vektoru diagrammā leņķis φ 1 starp sprieguma U 1 un dzinēja strāvas I 1 vektoriem slodzes režīmā ir daudz mazāks nekā leņķis φ 0 starp šiem vektoriem slodzes režīmā (tukšgaitā I 1 =I 0 ). Tātad slogota dzinēja cos φ 1 ir lielāks par cos φ 0. no tā izriet, ka neslogoti asinhronie dzinēji jūtami pazemina tīkla jaudas koeficientu, tādēļ, jācenšas noslogot tos pilnīgi.
2.piemers Noteikt asinhronā īsslēgtā dzinēja statora un rotora fāzes EDS nekustīga un rotējoša rotora gadījumā, ja Φmax=0,011Wb, s=0,03, w 1 =96, 2p=6, k w1 =0,91, f 1 =50Hz. Dzinēja rotora fāzes vijumu skaits w 2 =0,5p; tinuma koeficients k w2 =1. Atrisinājums. Statora fāzes EDS rotora fāzes vijumu skaits rotora fāzes EDS nekustīga rotora gadījumā fāzes EDS, rotoram griežoties
Ekvivalentā shēma Asinhronā dzinēja vektoru diagrammai atbilst ekvivalentā shēma. Shēmā mainīgais parametrs ir no slīdes atkarīgā slodzes pretestība- Shēmas pārējās pretestības var noteikt pēc tukšgaitas un īsslēguma mēģinājumu datiem. Tukšgaitas mēģinājumā nenoslogota dzinēja statora tinumam pievada nominālo spriegumu U 1N, izmēra jaudu P 0, kā arī līnijas strāvas I 01, 1 02 un I 03. Par tukšgaitas strāvu pieņem izmērīto strāvu vidējo aritmētisko vērtību Pēc tukšgaitas mēģinājuma datiem var aprēķināt tukšgaitas jaudas koeficientu un ekvivalentās shēmas pretestības
Asinhronā dzinēja ekvivalentā shēma
Īsslēguma mēģinājumā nobremzēta dzinēja statora tinumam pievada tādu pazeminātu spriegumu U k, lai līnijas strāva I 1 nepārsniegtu nominālo vērtību, un izmēra īsslēguma mēģinājuma jaudu P k0. Nobremzētam dzinējam s = 1, un tam atbilst 5-6. attēlā dotā ekvivalentā shēma. Pēc īsslēguma mēģinājuma datiem var aprēķināt īsslēguma strāvu Ik, jaudas koeficientu cos φk īsslēguma gadījumā un īsslēguma mēģinājuma ekvivalentās shēmas pretestību Īsslēguma strāva Ik plūst nobremzēta dzinēja līnijas vados, ja tam pievadīts nominālais spriegums U 1N. Pieņemot, ka strāva ir proporcionāla spriegumam, īsslēguma strāvu var aprēķināt pēc šādas sakarības: Lai noteiktu cos φk un Zk, aprēķinām īsslēguma jaudu Pk, kas ir proporcionāla sprieguma otrajai pakāpei: Pārrēķinot šo jaudu uz tinuma darba temperatūru ( + 75°C), iegūstam, ka kur t tinuma temperatūra mēģinājuma laikā (praktiski vienāda ar gaisa temperatūru). Tādā gadījumā
Asinhronā dzinēja enerģētiskā diagramma Dzinējam no tīkla pievadītās elektriskās enerģijas pārveidošanas procesu mehāniskajā- enerģijā uz dzinēja vārpstas raksturo zudumi. Uzskatāmu priekšstatu par dzinējam pievadītās jaudas sadalījumu dod enerģētiskā diagramma :
Asinhronajam dzinējam no tīkla pievada jaudu Daļu šīs jaudas patērē, lai segtu zudumus mašīnas tēraudā ΔP t un statora tinumu varā ΔP Vst Pārējā jauda elektromagnētiski tiek pārvadīta uz rotoru. To sauc par elektromagnētisko jaudu P em. Daļu elektromagnētiskās jaudas patērē, lai segtu zudumus rotora tinumu varā: Pārējo jaudas daļu sauc par pilno mehānisko jaudu P meh p. Ja no pilnās mehāniskās jaudas atskaita mehāniskos zudumus ΔP meh un papildzudumus ΔP pap, iegūst lietderīgo jaudu P 2 uz dzinēja vārpstas (kilovatos), kuras nominālo vērtību uzrāda dzinēja tehniskajā pasē.
Lai noteiktu no tīkla uzņemto jaudu P 1 lietderīgā jauda P 2 jā dala ar dzinēja lietderības koeficientu: Asinhronā dzinēja lietderības koeficientu var noteikt pēc formulas kur P 1 dzinējam pievadītā jauda. Kopējie jaudas zudumi Asinhronā dzinēja lietderības koeficients ir 0,7... 0,9 (dažreiz arī nedaudz lielāks). Lietderības koeficients pieaug, palielinoties dzinēja jaudai. Kā redzams no enerģētiskās diagrammas, elektromagnētiskās jaudas P em un rotora pilnās mehāniskās jaudas P mehp starpībā vienāda ar zudumiem rotora varā: ΔP vrot = P em P mehp
Savukārt rotora mehāniskā jauda kur M dzinēja griezes moments (Nm); ω 2 rotora leņķiskais ātrums (rad/s); n 2 rotora griešanās ātrums (apgr/min). Rotējošā magnētiskā lauka elektromagnētiskā jauda kur n 1 statora magnētiskā lauka rotācijas ātrums (apgr/min); ω 1 statora magnētiska lauka rotācijas leņķiskais ātrums (rad/s). Tā kā n 2 =n 1 (l-s), tad Ievērojot, ka, Tātad elektriskie zudumi rotorā proporcionāli slīdei.
Asinhrona dzinējā griezes momenta vienādojums Izdarot nepieciešamos pārveidojumus, iegūstam šādu momenta formulu: kur U 1f statora tinuma fāzes spriegums. No šīs formulas var secināt, ka asinhronā dzinēja griezes moments ir proporcionāls statoram pievadītajam tīkla spriegumam otrajā pakāpē ( ), tātad asinhronie dzinēji ir jutīgi pret tīkla sprieguma svārstībām.
Maksimālo griezes momentu dzinējs attīsta pie kritiskās slīdes, kuru nosaka pēc formulas: Kritiskās slīdes formulu iegūst, izpētot momenta vienādojumu maksimuma atrašanai
Dzinēja stabilās darbības zona atbilst līknes posmam OA, kurā, slodzei palielinoties, pieaug arī slīde. Sājā līknes daļā atrodas nominālais darba punkts ar nominālo momentu 7WN. Kā redzams zīmējumā, nominālās jaudas robežās dzinēja griezes moments ir proporcionāls slīdei.
Parasti asinhronajiem dzinējiem nominālais moments M N atbilst slīdei %. Ja slodzi palielina, dzinēju pārslogojot līdz maksimālajam momentam, tad dzinējs apstājas. Koeficients raksturo dzinēja pārslodzes spēju. Normāla izveidojuma asinhronajiem dzinējiem ar jaudu līdz 100 kW pārslodzes koeficients ir l,7... 3,4, pie tam lielākās vērtības atbilst dzinējiem ar lielāku griešanās ātrumu.
Ievietojot momenta vienādojumā kritiskās slīdes izteiksmi, iegūstam dzinēja maksimālā griezes momenta vienādojumu: No šī vienādojuma redzams, ka dzinēja maksimālā momenta vērtība nav atkarīga no rotora ķēdes aktīvās pretestības r'2. No šīs pretestības ir atkarīga kritiskā slīde, t, i., slīde, pie kuras dzinējs attīsta maksimālo momentu.
Asinhronā dzinēja griezes momentu var noteikt ari pēc formulas tāpat kā līdzstrāvas dzinējam: Momenta atkarību no slīdes izsaka vienkāršotā Klosa formula: Kritiskā slīde:
Ievietojot šajā formulā dažādas slīdes vērtības, var aprēķināt tām atbilstošās momentu vērtības un konstruēt līkni, kas dzinēja stabilās darbības zonā pietiekami precīzi attēlo momenta atkarību no slīdes.
Asinhronā dzinēja darba raksturlīknes Asinhronā dzinēja darba raksturlīknes attēlo griešanās ātruma n2, lietderības koeficienta η, lietderīga momenta M2, jaudas koeficienta cos φ1un strāvas I1 atkarību no lietderīgās jaudas P2, ja tīkla spriegums U1 un frekvence f1 ir nemainīgi. Zinot slīdi s, griešanās ātrumu n2 var noteikt pēc formulas : Slodzei izmainoties, griešanās ātrums mainās nedaudz.
Griezes momenta līkne ir nedaudz izliekta augšup, jo, slodzei palielinoties, samazinās griešanās ātrums. Tā kā P2=M2ω2, tad, samazinoties ω2, moments M2 palielinās. Jaudas koeficients tukšgaitā ir neliels (apmēram 0,2). Slodzei palielinoties, tas pieaug, sasniedzot maksimālo vērtību, kad slodzes vērtība tuva nominālajai. Slodzei palielinoties virs nominālās, jaudas koeficients nedaudz samazinās, jo palielinās slīde un no tās atkarīgā rotora induktīvā pretestība. Dzinēja strāva I1, slodzei palielinoties, sākumā pieaug lēni, jo, bet pēc tam gandrīz proporcionāli slodzes jaudas P2 pieaugumam.
Darba raksturlīknes iegūst, konstruējot riņķa diagrammu. Tās var uzņemt ari eksperimentāli speciālos stendos ar bremzēšanas iekārtām.
ASINHRONO DZINĒJU PALAIŠANA UN ĀTRUMA REGULĒŠANA Palaišana Par asinhronā dzinēja palaišanu sauc rotora iegriešanos pēc statora tinuma pieslēgšanas tīklam. Līnijas strāvu I P un dzinēja griezes momentu Mp palaišanas sākuma momentā, kad rotors vēl negriežas un slīde s = 0, sauc par palaišanas strāvu un par palaišanas momentu. Šo lielumu attiecības pret nominālajām vērtībām, t. i., un, tiešas palaišanas gadījumam uzrāda katalogos.
Palaišanas strāvai un momentam ir liela nozīme elektrisko tīklu un elektropiedziņas iekārtu darbībā. Liela palaišanas strāva var nelabvēlīgi ietekmēt tīkla un tam pieslēgto patērētāju darbību, bet mazs dzinēja palaišanas moments palielina darba agregāta iegriešanās laiku un nelabvēlīgos apstākļos to pat nevar palaist. Palaišanas strāva un palaišanas moments ir atkarīgi no dzinēja palaišanas veida. Izšķir asinhronā dzinēja trīs palaišanas pamatveidus: tiešu palaišanu, palaišanu ar pazeminātu statora spriegumu un palaišanu ar palielinātu rotora ķēdes pretestību.
palaišanas strāva palaišanas moments
Tieša palaišana Tieši palaiž asinhronos dzinējus ar īsslēgtu rotoru. Atkarībā no tikla un dzinēja nominālajiem spriegumiem statora tinumu saslēdz zvaigznē vai trīsstūrī un pieslēdz tīklam. Pieslēgšanai izmanto slēdzi vai kādu citu tiešai palaišanai paredzētu ierīci. Palaižot tieši, palaišanas moments ir normāls, bet palaišanas strāva ir liela. Atkarībā no dzinēja tipa
Palaišana ar pazeminātu statora spriegumu Palaišanas strāvu var samazināt, pievadot statora tinumam palaišanas laikā pazeminātu spriegumu U1. Tādā gadījumā palaišanas moments samazinās proporcionāli sprieguma kvadrātam. Tā, piemēram, spriegumu pazeminot reizes, moments samazinās 3 reizes. Šādu paņēmienu tāpēc var lietot vienīgi dzinēju palaišanai tukšgaitā vai ar samazinātu slodzi.
Palaišana ar autotransformatoru Šādi palaiž asinhronos dzinējus ar īsslēgtu rotoru. Palaišanas laikā statora tinumam no autotransformatora pievada pazeminātu spriegumu, bet pēc palaišanas normālu spriegumu. Ja transformācijas koeficients ir k, tad sprieguma transformācijas dēļ palaišanas strāva samazinās k reizes un strāvas transformācijas dēļ tā arī samazinās k reizes. Gala rezultātā salīdzinājumā ar tiešo palaišanu šeit palaišanas strāva samazinās k2 reizes. Tā kā dzinējam pievadītais spriegums samazināts k reizes, tad arī palaišanas moments samazinās k2 reizes. Autotransformators sadārdzina iekārtu, bet ar to var nodrošināt jebkuru palaišanas strāvu.
Principiāla shēma asinhronā dzinēja palaišanai ar autotransformatoru
palaišana ar zvaigznes-trīsstūra slēdzi. Ar zvaigznes-trīsstūra slēdzi palaiž asinhrono dzinēju ar īsslēgu rotoru un tādiem nomināliem spriegumiem, lai mazākais no tiem būtu vienāds ar tikla spriegumu. Tā, piemēram, ja tīkla spriegums ir 220 V, jālieto 380/220 V dzinējs. Ar zvaigznes-trīsstūra slēdzi palaišanas laikā statora tinumu saslēdz zvaigznē un pēc palaišanas to pārslēdz trīsstūrī. No teorētiskās elektrotehnikas kursa zināms, ka, atvietojot trīsstūra slēgumu ar zvaigznes slēgumu, neizmainīta tīkla sprieguma un fāzu pretestību gadījumā zvaigznes slēgumā līnijas strāvas ir trīs reizes un fāzu spriegumi reizes mazāki nekā trīsstūra slēgumā. Tā kā palaišanas moments ir proporcionāls sprieguma kvadrātam, tad arī tas samazināsies ()2=3 reizes. Tādējādi, palaižot ar zvaigznes-trīsstūra slēdzi, var panākt tādu pašu rezultātu kā ar autotransformatoru, kuram transformācijas koeficients k = =l,73. Faktiskais ar zvaigznes-trīsstūra slēdzi panāktais strāvas samazinājums ir lielāks, jo trīsstūra slēgumā zobi piesātinās un fāzu pretestības ir mazākas nekā zvaigznes slēgumā.
Principiāla shēma asinhronā dzinēja palaišanai ar zvaigznes-trīsstūra slēdzi
Palaišana ar reostatu palaišanas strāvu var samazināt, pieslēdzot slīdgredzenu rotora sukām pretestību. No elektroenerģijas ekonomijas viedokļa izdevīgāka ir induktīvā pretestība, tomēr to nelieto, jo, palielinot X2, samazinās palaišanas moments.
Izdevīgi asinhrono dzinēju palaist ar rotora sukām pieslēgtu aktīvo pretestību (reostatu), kas samazina palaišanas strāvu un palielina palaišanas momentu. Izvēloties reostatu ar pretestību var nodrošināt palaišanas momentu, kas vienāds ar kritisko momentu. Šāds palaišanas veids ir izdevīgs smagos palaišanas apstākļos, kad dzinēju palaiž ar pilnu slodzi vai pārslodzi. Izvēloties reostatu ar lielāku pretestību, palaišanas strāva un moments samazinās. Ja zināma reostata reducētā pretestība Rreost, tad tai atbilstošo palaišanas momentu un strāvu arī var noteikt pēc riņķa diagrammas. Divfāzu reostats ir vienkāršāks un lētāks, bet fāzu strāvas ir nesimetriskas, tāpēc palaišanas moments ir mazāks.
Nedaudz izmainot asinhronā dzinēja rotora konstrukciju, palaišanas īpašības var uzlabot. Tā izveidoti dzinēji, kuriem rotora tinumu veido divi «vāveres rati» (dzinēji ar dubultrievu rotoru), un dzinēji ar padziļinātām rotora rievām (dzinēji ar dziļrievu rotoru).
Dubultrievu rotors parasti lieto vidējas un lielas jaudas dzinējiem. Dzinējiem ar dziļrievu rotoru var būt arī neliela jauda (2...3kW).
Dubultrievu rotors
Ārējā «vāveres rata» 1 aktīvā pretestība ir liela, jo tas izgatavots no materiāla ar paaugstinātu aktīvo pretestību (bronzas vai misiņa) un tā stieņiem ir neliels šķērsgriezums. Iekšējais «vāveres rats» 2 izgatavots no, liela šķērsgriezuma vara stieņiem, un tā aktīvā pretestība ir daudz mazāka. Ārējā «vāveres rata» induktīvā pretestība ir ļoti maza, jo tas novietots tuvu rotora virsmai un to aptver neliels magnētisko spēka līniju skaits, turpretī iekšējā rata induktīvā pretestība ir liela, jo to aptver liels magnētisko spēka līniju skaits. Starp abu ratu stieņiem ir sprauga. Tā vajadzīga, lai rata 1 stieņu magnētiskās spēka līnijas aptvertu rata 2 stieņus, jo tām vieglāk noslēgties pa tēraudu apkārt rata 2 stieņiem nekā pa spraugas gaisa slāni. Tādā veidā tiek vēl vairāk palielināta «vāveres rata» 2 induktīvā pretestība. Palaišanas momentā, kad s = l, rotora strāvas frekvence ir vienāda ar tīkla frekvenci, bet rotora induktīvā pretestība, kas atkarīga no frekvences, ir vislielākā. Palaišanas momenta vērtību galvenokārt nosaka ārējais «vāveres rats», kura induktīvā pretestība ir neliela, bet aktīvā.pretestība liela. To sauc par palaišanas «vāveres ratu». Kaut ari strāva tajā ir neliela, tomēr strāvas aktīvā komponente ir liela, un tāpēc palaišanas moments ir liels. Dzinēja rotoram iegriežoties, slīde samazinās. Tāpat samazinās ari rotora strāvas frekvence. Tā rezultātā samazinās arī rotora induktīvā pretestība, kura, rotoram griežoties ar nominālo ātrumu, ir niecīga, jo rotora strāvas frekvence ir Hz. Tātad darba režīmā lielākā rotora strāvas daļa plūst iekšējā «vāveres ratā», kura aktīvā pretestība ir maza. Šo ratu sauc par darba «vāveres ratu». Dzinēja griezes moments M vienāds ar abu «vāveres ratu» momentu summu:
Dzinējs ar dziļrievu rotoru Šiem dzinējiem rotora rievas izveido dziļākas nekā parastās konstrukcijas dzinējiem, un tajās ievieto stieņus plānas, platas lentas veidā vai ielej alumīnija sakausējumu.
Dziļrievu rotors
zīmējumā a attēlots izkliedes magnētiskā lauka sadalījums, ap stieni. Stieņa apakšējo daļu aptver lielāks magnētisko spēka līniju skaits nekā augšējo daļu, tādēļ stieņa apakšējās daļas induktīvā pretestība, kuru nosaka izkliedes magnētiskā plūsma, ir daudz lielāka par augšējās daļas induktīvo pretestību. Dzinēja palaišanas sākuma brīdī, kad rotors vēl ir nekustīgs,rotora strāvas frekvence ir vienāda ar tīkla frekvenci, un rotora induktīvā pretestība ir maksimālā. Palaišanas procesā strāva no apakšējās stieņa daļas, kurai ir liela induktīvā pretestība, tiek «izspiesta» uz augšējo stieņa daļu, kuras pretestība ir maza (zīm. b). Stieņa šķērsgriezums it kā samazinās, un tā aktīvā pretestība palielinās. Savukārt aktīvās pretestības palielināšanās izraisa palaišanas momenta palielināšanos un palaišanas strāvas samazināšanos. Darba režīmā rotora strāvas frekvence ir neliela ( Hz), un stieņu induktīvā pretestība ir niecīga, jo tā atkarīga no frekvences, Tādēļ strāva sadalās vienmērīgi pa stieņa šķērsgriezumu un dzinējs darbojas tāpat kā parastais īsslēgtais dzinējs. Strāvas «izspiešanas» parādība palaišanas brīdī novērojama arī dzinējos ar kolbveida un ķīļveida rievām (zīm. c un d). Stieņu apakšējās daļas paplašinājums palielina to pretestības izmaiņas efektu salīdzinājumā ar dziļrievu rotoru. Šo dzinēju palaišanas īpašības ir apmēram tādas pašas kā dzinējiem ar dubultrievu rotoru, bet to izgatavošanas tehnoloģija ir vienkāršāka.; Dzinējiem ar uzlabotām palaišanas īpašībām ir vairāki trūkumi: tiem ir zemāks lietderības koeficients un cos φ, mazāka pārslodzes spēja un samērā augsta izmaksa.
Salīdzinājumam doti dažādu asinhrono dzinēju palaišanas parametri Dzinējs parastais īsslēgtais 4,5... 8,00,9... l,7 ar dubultrievu rotoru 3,0... 5,51,0... 3,0 ar dzilrievu rotoru3,5... 5,0l,2... l,6
Asinhrono dzinēju ātruma regulēšana Sarežģītā ātruma regulēšana ir lielākais asinhrono īsslēgto dzinēju trūkums. No formulas izriet, ka asinhronā dzinēja ātrumu, var regulēt, mainot slīdi s, frekvenci f1 un polu pāru skaitu p.
Ātruma regulēšanu ar slīdes izmaiņu Lieto dzinējiem ar fāzu rotoru. Palaišanas reostata vietā ieslēdz regulēšanas reostatu un, mainot tā pretestību, regulē dzinēja ātrumu. Palaišanas reostatu ātruma regulēšanai lietot nevar, jo tas aprēķināts īslaicīgam režīmam Šo regulēšanas paņēmienu nevar uzskatīt par ekonomisku, jo elektriskie zudumi rotorā ir proporcionāli slīdei. Tāpat jāievēro, ka, slodzei samazinoties, ātruma regulēšanas zona samazinās, piemēram, griezes momentam samazinoties 2 reizes, slīde s4 uz raksturlīknes 1 ir mazāka par slīdi s1. Būtisks trūkums ir arī ātruma atkarība no slodzes, kuru uzskatāmi ilustrē 211. zīmējums. Neskatoties uz norādītajiem trūkumiem, šis regulēšanas paņēmiens tomēr ir visai izplatīts, jo dod iespēju plūstoši regulēt dzinēja ātrumu plašās robežās.
Ātruma regulēšanu ar frekvences f1 izmaiņu lieto ļoti ierobežoti, jo šī paņēmiena realizēšanai nepieciešama frekvences pārveidotāja uzstādīšana dzinējam vai dzinēju grupai, kuru ātrums jāregulē vienlaikus un vienādā pakāpē.
Ātruma regulēšanu ar statora tinuma polu pāru skaita izmaiņu plaši lieto trīsfāzu asinhronajiem īsslēgtajiem dzinējiem. Statora tinumu izveido tā, lai, pārslēdzot spoļu grupas, varētu izmainīt polu pāru skaitu, vai ari statora izveido divus atsevišķus tinumus, kuriem atbilst dažāds polu pāru skaits, īsslēgtā rotora konstrukcija pie tam nemainās, jo tā polu pāru skaits vienmēr atbilst statora polu pāru skaitam. Aplūkosim vienu dzinēja fāzi, kas sastāv no divām spolēm, kuras var slēgt paralēli un virknē. Ja spoles slēdz virknē, statora izveidojas divi polu pāri ( zīm. a), ja paralēli, viens polu pāris (zīm. b). Divus polus var izveidot arī, saslēdzot spoles virknē un samainot vienas spoles galus.
Lai, spoles pārslēdzot, nemainītos statora tērauda magnētiskā indukcija, lieto citu fāzes tinumu savienojumu shēmu. Plaši tiek lietota shēma dubultzvaigzne-trīsstūris, kurā spoļu virknes slēgumam fāzu tinumus savieno trīsstūrī ( zīm. a), bet paralēlam slēgumam dubultzvaigznē ( zīm. b). Tinuma spailes 4C1, 4C2 un 4C3 savieno ar pārslēgu, bet spailēm 2C1, 2C2 un 2C3 pievada tīkla spriegumu. Lai iegūtu pilnīgāku priekšstatu par tinumu dubultzvaigznes slēgumu, zīmējumā c attēlota tā pati shēma, kas zīmējumā b, tikai ar citādu spoļu izvietojumu.
Asinhrono dzinēju griešanas virziena maiņa un bremzēšana Lai mainītu trīsfāzu asinhronā dzinēja rotora griešanās virzienu, t. i., lai dzinēju reversētu, nepieciešams mainīt statora magnētiskā lauka griešanās virzienu. To izdara, samainot vietām jebkurus divus statora tinuma strāvas pievadus. Asinhronā dzinēja bremzēšanai dažreiz lieto pretslēguma metodi, mainot statora magnētiskā lauka griešanās virzienu attiecībā pret rotora griešanās virzienu. Sājā nolūkā, tāpat kā reversējot, maina strāvas fāzu secību, dzinējam darbojoties. Tā kā rotors inerces dēj turpina griezties iepriekšējā virzienā, tad slīde kļūst lielāka par 1:
Statora magnētiskā lauka griezes moments vērsts pretēji rotora griešanās virzienam. Šis moments ir bremzējošs attiecībā pret rotoru, tāpēc rotors ātri apstājas. Ja statoru savlaicīgi neatslēdz no tīkla, rotors var sākt griezties pretējā virzienā. Ja slīde ir lielāka par l, elektriskie zudumi rotorā kļūst lielāki par elektromagnētisko jaudu. Bremzēšanas procesā daļu no zudumiem rotora varā sedz elektromagnētiskā jauda, kuru statora magnētiskais lauks pārvada uz rotoru, pārējo daļu sedz inerces dēļ rotējošo darbmašīnas un dzinēja daļu mehāniskā jauda. Pretslēguma bremzēšanas režīmā, pārslēdzot statora tinuma vadus, rodas lieli strāvas triecieni.
ASINHRONĀS MAŠĪNAS SPECIĀLIE IZMANTOŠANAS VEIDI
Asinhronais ģenerators Kā zināms, trīsfāzu asinhronās mašīnas statoru pieslēdzot trīsfāzu maiņstrāvas tīklam, rodas rotējošais magnētiskais lauks. Ja šīs asinhronās mašīnas rotoru griež primārais dzinējs statora magnētiskā lauka rotācijas virzienā ar ātrumu n2, kas nedaudz (par %) lielāks par magnētiska lauka ātrumu n1, tad mašīna darbojas asinhronā ģeneratora režīmā. Tā kā n2>n1, rotora ' slīde ir negatīva:
Asinhronā mašīna ģeneratora režīmā uzņem no tīkla reaktīvo enerģiju rotējošā magnētiskā lauka radīšanai un atdod tīklam aktīvo jaudu. Asinhronos ģeneratorus nav nepieciešams sinhronizēt ar tīklu. Asinhronā ģeneratora ražotās strāvas frekvence un spriegums nav atkarīgi no ģeneratora griešanas ātruma, jo tos nosaka tīkla frekvence un spriegums. Tā kā asinhronais ģenerators uzņem no tīklā reaktīvo enerģiju, tad jūtami pazeminās tīkla jaudas koeficients. Tas ir viens no asinhronā ģeneratora galvenajiem trūkumiem. Asinhronās mašīnas ģeneratora režīmā lieto automobiļu un traktoru dzinēju izmēģināšanas elektriskajos stendos. Šeit asinhronā mašīna darbojas divos režīmos kā elektrodzinējs, izmēģinot iekšdedzes dzinējus tukšgaitas režīmā, un kā asinhronais ģenerators, izmēģinot dzinējus slodzes režīmā. Pēdējā gadījumā asinhronā mašīna darbojas kā elektrobremze un atdod tīklam ražoto elektroenerģiju
Asinhronajam ģeneratoram ir divas svarīgas priekšrocības: darbības stabilitāte un drošība pret īsslēgumu. Ja ātruma svārstības pārsniedz noteiktas robežas, sinhronais ģenerators iziet no sinhronisma. Asinhronajam ģeneratoram šīs robežas ir plašākas nekā sinhronajam ģeneratoram. Isslēguma gadījumā tīkla spriegums izzūd, asinhronais ģenerators automātiski zaudē ierosmi un īsslēguma strāva samazinās līdz nullei
Asinhronais frekvences pārveidotājs Rokas elektroinstrumenti, piemēram, urbjmašīnas, normālas frekvences (50 Hz) gadījumā ir smagi un neērti. To svaru var ievērojami samazināt un lielāku darba drošību var panākt, lietojot 200 Hz frekvenci. Paaugstinātu frekvenci iegūst ar asinhronajiem frekvences pārveidotājiem. Frekvences pārveidotāja F statora tinums pieslēgts primārajam tīklam, kura frekvence ir f1, bet slīdgredzenu rotora sukām pievienots sekundārais paaugstinātas frekvences f2 tīkls. Primārajam tīklam pieslēgtais asinhronais dzinējs D griež frekvences pārveidotāja F rotoru pretēji magnētiskā lauka rotācijas virzienam ar ātrumu n2 un slīdi
Tad rotora strāvas frekvence Ja, piemēram, f1= 50 Hz un f2= 200 Hz, tad : Šādā gadījumā frekvences pārveidotāja rotors jāgriež pretēji tā statora magnētiskā lauka rotācijas virzienam ar ātrumu. Ja, piemēram, n1=1000min -1, tad n2=-3·1000=-3000min -1.
Ja frekvences pārveidotāja un dzinēja polu pāru skaits ir p F un p D, tad, neievērojot dzinēja D slīdi,
Nelielas jaudas frekvences pārveidotājos (530 kVA) zudumu dēļ mašīnām pievadītās jaudas ir par 2535% lielākas.
Indukcijas regulators Asinhrono mašīnu ar nobremzētu slīdgredzenu rotoru var izmantot kā indukcijas regulatoru. Indukcijas regulatorus izmanto laboratorijās elektrisko mašīnu pārbaudei un dažkārt arī elektriskajos tīklos sprieguma regulēšanai. Salīdzinājumā ar regulējamiem transformatoriem indukcijas regulatoriem ir lielāks svars, lielāka magnetizēšanas strāva un zudumi.
Aplūkotajā indukcijas regulatorā sekundārais spriegums U2 atšķiras no primārā sprieguma Ū1 pēc lieluma un fāzes, tāpēc regulatoru nevar dārbināt paralēli ar parasto transformatoru. Bez tam uz rotora bremzēšanas ierīci darbojas samērā liels griezes moments. Šie trūkumi novērsti dubultotā indukcijas regulatorā.