Кіріспе

индукциялық қозғалтқыш
Қалыпты тікелей оралған индукциялық қозғалтқыштың айналмалы бөлігі

Тікелей оралған ротор – қалыпты тікелей оралған индукциялық қозғалтқыштың айналмалы бөлігі. Ол алюминий немесе мыс өткізгіштері орналасқан болат ламинаттардан жасалған цилиндрден тұрады. Жұмыс істегенде, айналмайтын статор ораулары кезектес ток көзіне қосылады; статордағы кезектес ток айналмалы магниттік өріс тудырады. Ротор орауында статор өрісінен ток индукцияланады, бұл трансформаторға ұқсас, бірақ ротордағы ток статор өрісінің айналу жылдамдығы мен физикалық айналу жылдамдығы арасындағы айырмаға пропорционал өзгереді. Статордағы магниттік өрістер мен ротордағы токтардың өзара әрекеттесуі роторда айналу моментін тудырады. Ротордағы таяқшалардың пішінін реттеу арқылы қозғалтқыштың жылдамдық-моменттік сипаттамаларын өзгертуге болады, мысалы, іске қосылу тогын азайту немесе төмен жылдамдықтағы моментті максималды ету үшін. Тікелей оралған индукциялық қозғалтқыштар өнеркәсіпте кеңінен қолданылады, олардың өлшемі бірнеше киловаттан ондаған мегаваттқа (он мың ат күшіне) дейін жетеді. Олар қарапайым, берік және өздігінен іске қосылады, сонымен қатар электрмен жабдықтау жиілігі мен статор орауларының полюстерінің санына байланысты, жеңіл жүктемеден толық жүктемеге дейін салыстырмалы тұрақты жылдамдықты сақтайды. Өнеркәсіпте қолданылатын моторлар көбінесе IEC немесе NEMA стандартты өлшемдеріне сәйкес келеді, олар өндірушілер арасында өзара алмастырылатын болады. Бұл осы моторларды қолдануды және ауыстыруды жеңілдетеді.

Тарих

Галилео Феррарис 1885 жылы екі фазалы статор орауымен және қатты мыс цилиндрлі якорьы бар индукциялық машинаны сипаттады. 1888 жылы Никола Тесла қысқа тұйықталған мыс ротор орауымен және екі фазалы статор орауымен екі фазалы индукциялық қозғалтқыштың патенін алды. Осы конструкцияның дамуы коммерциялық маңызға ие болды. 1889 жылы Михаил Доливо-Добровольский иілгіш роторлы индукциялық қозғалтқышты, ал одан кейін көп ұзамай сымдық роторды жасады. 19 ғасырдың соңында индукциялық қозғалтқыштар кеңейіп келе жатқан айнымалы ток электр тарату жүйелерінде кеңінен қолданылды.

Құрылымы

Двигатель роторының пішіні – білікке орнатылған цилиндр. Ішінде бойлық өткізгіш таяқшалар (әдетте алюминийден немесе мыстан жасалған) орналасқан, олар ойықтарға бекітілген және екі жағынан қысқа тұйықталған сақиналармен байланыстырылған, бұл оларды қосқақ тәрізді пішінге келтіреді. Атауы осы сақиналар мен таяқшалардың құрылысының қосқақ қосқақтың құрылымына ұқсастығынан туындаған. Ротордың қатты өзегі электр болат ламинаттарынан жасалған үйірмелерден құралған. Суретте қолданылатын көптеген ламинат жиынтықтарының бірі көрсетілген. Ротор ламинатындағы ойықтардың саны сәйкес статор ламинатындағы ойықтардың санын басып өтеді, ал ротор ойықтарының саны статор ойықтарының санынан бөлшектік есеуге тиіс, бұл бастапқы сәтте ротор мен статор тістерінің магниттік байланысын болдырмау үшін. Ротор таяқшалары мыстан немесе алюминийден жасалуы мүмкін. Кішігірім моторлар үшін кең таралған құрылымда ламинаттар жиналғаннан кейін роторға құйылған алюминий қолданылады. Ірі моторларда алюминий немесе мыс таяқшалар соңғы сақиналарға дәнекерленеді немесе қосылады. Қосқақ орамасындағы кернеу өте төмен, ал ток өте жоғары болғандықтан, таяқшалар мен ротор болаты арасында арнайы оқшаулау қабаты болмайды.

Теория

Индукциялық қозғалтқыштың статорындағы өрістік орамдар ротор арқылы айналмалы магнит өрісін құрайды. Бұл өріс пен ротордың салыстырмалы қозғалысы өткізгіш тікелерде электр тогын тудырады. Кезекпен, өткізгіштердегі бойлық токтар қозғалтқыштың магнит өрісімен әрекеттесіп, роторға жанама және перпендикуляр бағытта әсер ететін күшті жасайды, нәтижесінде білікті айналдыру үшін серпімді момент пайда болады. Іс жүзінде, ротор магнит өрісімен бірге айналады, бірақ сәл баяу жылдамдықпен. Жылдамдық айырмашылығы сырғу деп аталады және жүктеме артуымен ұлғаяды.

Қисық

Кондукторлар көбінесе ротордың ұзындығы бойында сәл қисайтылады, бұл шуды азайтуға және статордың полюстік бөліктерімен өзара әрекеттесуден кейбір жылдамдықтарда туындауы мүмкін айналу моментінің құбылуларын тегістеуге мүмкіндік береді, себебі кез келген уақытта ротордың бір бөлігі әрбір статор ұясының астында болады. Егер ротордың арқалықтары статордың полюстеріне параллель болса, мотор әрбір арқалық статордағы бос орыннан өтетін сайын айналу моментінде төмендеуді және одан кейін қалпына келтіруді бастан кешірер еді. Суретте көрсетілген ламинацияларда статорда 36, ал роторда 40 арқалық бар. 36 мен 40-тың ең үлкен ортақ бөлгіші 4-ке тең, нәтижесінде статор мен ротордың 4-тен көп арқалықтары бір уақытта тікелей сызықта орналаса алмайды, бұл айналу моментінің құбылуларын да азайтады. Ротордағы арқалықтардың саны индукцияланған токтардың статор орамдарына кері берілу деңгейін анықтайды, демек олар арқылы өтетін ток мөлшерін анықтайды. Ең аз кері байланыс беретін конструкциялар ротор арқалықтарының жай сандарын пайдаланады.

Ламинация

Темір өзек магнит өрісін ротор өткізгіштері арқылы жүргізуге қызмет етеді. Ротордағы магнит өрісі уақыт бойынша өзгеретіндіктен, өзек энергиясының жоғалуын азайту үшін трансформатор өзектеріне ұқсас құрылым қолданылады. Ол өзекте айналатын едәуір токтарды азайту үшін лакпен оқшауланған жұқа ламинаттардан жасалған. Материал – төмен көміртекті, бірақ жоғары кремнийлі темір, ол таза темірге қарағанда бірнеше есе артық кедергіге ие, бұл едәуір ток жоғалуын одан әрі азайтады, ал гистерезис жоғалуын азайту үшін төмен коэрцитивтілікке ие.

Ротордың сымдары

Бірдей негізгі конструкция кең ауқымды өлшемдердегі бір фазалы және үш фазалы моторлар үшін қолданылады. Үш фазалы роторлардың конструкциялық жіктелуіне сәйкес штангаларының тереңдігі мен пішіні өзгеріп отырады. Жалпы алғанда, қалың штангалар жақсы айналым моментіне ие және төмен сырғанауда тиімді, себебі олар ЭҚК-ға төмен кедергі көрсетеді. Сырғанаудың артуымен, тері әсері тиімді тереңдікті азайта бастайды және кедергісін арттырады, нәтижесінде тиімділік төмендейді, бірақ айналым моментін сақтайды. Ротор штангаларының пішіні мен тереңдігі индукциялық қозғалтқыштың жылдамдық-момент сипаттамаларын өзгерту үшін пайдаланылуы мүмкін. Тоқтағанда, айналмалы магниттік өріс ротор штангалары арқылы жоғары жылдамдықпен өтеді, ротор штангаларына желілік жиілікті ток тудырады. Тері әсері салдарынан, туындаған ток ораманың сыртқы жиегінде ағып өтеді. Қозғалтқыш жылдамдық алған сайын, сырғанау жиілігі төмендейді және туындаған ток ораманың тереңдігіне қарай ағып өтеді. Ротор штангаларының пішінін өзгерту арқылы әртүрлі тереңдікте олардың кедергісін өзгертуге немесе жоғары және төмен кедергілі ротордан тұратын қос клеткалық конструкцияны параллель қосу арқылы қозғалтқышты тоқтағанда және синхрондық жылдамдығына жақын уақытта көбірек немесе аз айналым моментін өндіруге бейімдеуге болады.

Индукциялық генераторлар

Үш фазалы тікбұрышты индукциялық моторларды генератор ретінде де пайдалануға болады. Бұл үшін мотор реактивті жүктеме көруі керек, сондай-ақ желілік қуатқа немесе қозғау тогын қамтамасыз ету үшін конденсаторлар тізбегіне қосылуы керек. Мотордың генератор ретінде жұмыс істеуі үшін, ротордың айналу жылдамдығы статордың синхрондық жылдамдығынан жоғары болуы тиіс. Бұл мотордың қалдық магниттелуін қалыптастырғаннан кейін қуатты өндіруіне әкеледі.