Дәрістін қысқаша курсы

3.1. Тақырып 1. Тұрақты ток машиналарының негізгі элементтері және әсер ету принципі. Физиқалық және геометриялық нейтральдің анықтамасы. Қарапайым жіптік орамалар. ТТМ қалқанындағы кернеу пульстелуі.

Ұсынылатын әдебиет:

- Брускин Д.Э.,Зохорович А.Е.,Хвостов В:С. Электрические машины ч.1,2.М.:Высшая школа 1987.

- Костенко М.П,Пиотровский Л.М., Электрические машины, ч.1,2. М.: Энергия 1978.

- Кацман М.М. Электрические машины. М.: Высшая школа,1990.

- Тихомиров А.С. Расчет трансформаторов М: Энергия,1986

Тұрақты тоқ электр машиналарының міндеті мен қолдану аймағы. Тұрақты тоқ машиналары өзара қайтымды электрлі техникалық құрылғы. Олар ешқандай құрылыстық өзгерістерге түспей – ақ генератор немесе қозғалтқыш ретінде істей алады. Тұрақты тоқ генераторлары, әдетте шағын қуатты электр энергиясының желілік көзі ретінде, мысалы: синхронды генераторлардың қоздыру орамаларын қоректендіруге қолданылады. Генератор құрылысында электр энергиясын алатын щеткалы – түйіспелі құрылғының болуы оның, қуаты мен кернеуінің шамаларына шектеу қояды. Сондықтан электр энергиясын өнеркәсіптік өндіру синхронды генераторлар арқылы атқарылады. Олардың қуаттылығын теория жүзінде шексіз етіп жасауға болады. Тұрақты тоқ қозғалтқыштары, негізінде айналу жылдамдығын кең ауқымда ақырындап реттеу мүмкіндігі болғандықтан, біртіндеп өзгертуді қамтамасыз ететін электр жетектерінде, сондай – ақ арнайы құрылыстағы есептеу және басқару машиналарына қолданылатын шағын жүргізгіштер ретінде қолданады.

4.1 – сурет. Тұрақты ток мәшинесі бөлшектенген күйде: а-статор; в-ротор (якорь) коллекторымен; с-айгөлек қалқаны; d-щетка құрылғысы; е-щеткі.

Ауылшаруашылығы өндірісінде тұрақты тоқ машиналары іс жүзінде қолданылмайды десе де болады. Сырғымалы щеткелі түйіспелі тетіктері ауылшаруашылығының ылғалды және шаңды орталарда (сиыр, шошқа, тауық қораларда және т.б. орындарда) олардың қарқынды қажалуына соқтырады. Мұндай жағдайларда тұрақты тоқ қозғалтқыштары трамвайларда және басқа да көлік түрлерінде де кең қолданыс тапты, олардың айналу жылдамдығын бояу, үнемді, кең ауқымда реттеу мен орнынан қозғалу кезінде жұмысқа қосу моменттерінің жоғарылығы, оларды кеңінен пайдалануға мүмкіндік береді. Тұрақты тоқ қозғалтқыштарының жүргізу моменті кішкене айналым жиілігін реттеу шегі мейілінще аз асинхронды қозғалтқыштарға қарағанда, зор артықшылығы олардың реттелетін электр жетекте теңдесі жоқ етеді.

Тұрақты тоқ машиналарының құрылысы. Тұрақты тоқ генераторы мен қозғалтқышы құрылымдық тұрғыдан бірдей машинналар болғандықтан құрылыстарын бірге жұмыс жасау принциптерін жеке – жеке қарауға болады. Тұрақты тоқ машинасы статор жармасынан (статина), якорьден (статор), негізгі және қосалқы полюстерден, коллектордан, щетка құрылғысынан, полюс ұштамаларынан, якорь орамасынан қоздыру орамасынан және т.б. құрылғы көмекші арналымды бөлшектерінен тұрады. Машина құрылысының негізгі элементтері 4.1. және 4.2 – суреттерінде көрсетілген.

Статор жармасы. Статор табаны тұрақты тоқ машинасының қозғалмайтын бөлігі, ол полюстер мен машинаның өзін іргетасқа бекітуге қызмет етеді.

4.2 – сурет. Тұрақты ток мәшинесі негізгі бөлшектерінің сызба көрісіні.

4.3 – сурет. Тұрақты ток мәшинелері якорінің ойықтары

Статинаның полюстер бекітілетін бөлігі жарма деп аталады. Ол магнит өткізгіштің бөлігі болып табылады, сондықтан ол арқылы тоқ өтетін магнит ағынына қолайлы жағдай жасау үшін, оны жоғары магнит өткізгіштігі бар болаттан болмаса арнайы шойыннан жасайды. Жарманы жасау технологиясы құйма болаттан немесе тұтас тартылған болат құбырдан даярлайды (4.2 – сурет). Негізгі полюстердің магнит өрісі тұрақты болғандықтан, мұнда гистерезис құбылысы мен құйынды тоқтар болмайды.

Якорь (ротор). Якорь машинаның айналатын бөлігі, ол қалыңдығы 0,5 мм қалыпты, тиісті дөңгелек электрлітехникалық болат қаңылтырдан жиналған цилиндр (4.8 б-сурет). Қаңылтырларды жинаған соң, арнайы тетікпен қысады, якордың сыртқы бетін бойлай ойықтар мен тістер қалыптасады. Якорьдің ойықтары, әдетте ашық болады, ал шағын машиналар үшін асинхронды машиналар роторының ойықтары сияқты жабық болады (4.3 – сурет). Жинағаннан кейін пайда болған бойлық ойықтарға якорьдың орамаларын төсейді (4.4 – сурет).

4.4 – сурет. Ішіне орама өткізгіштері салынған, тұрақты ток мәшине якорінің жартылай жабық (а) жзәне ашық (б) ойықтары.

4.5 – сурет. Тұрақты ток мәшинесінің негізгі (бас) полюсті: 1-өзекше; 2-полюс ұштамалары; 3-қоздырғыш орама; 4-катушканың қаңқасы; 5-станина; 6-бекіткіш болт.

Якорьдың қаңылтырлары арнайы электро техникалық болаттан істеледі, оның магнит өткізгіштігі, кәдімгі конструкциялық болаттыкінен айтарлықтай жоғары. Бұл магнит ағынының магнит өткізгіш темірінен өтуіне қолайлы жағдай туғызады және магнит өткізгіште гистерезис құбылысы артық магниттелу шығындарын азайтады. Якорьдегі құйынды тоқтарға (фукотоғына) электр кедергісін көбейту үшін тұтас емес, қаңылтыр жиынтығынан жасайды. Электр кедергіні көбейту үшін қаңылтырдың қалыңдығын, оның механикалық бекемдігін сақтау шегіне дейін жұқартады. Якорьды жинағаннан кейін электр тұрғысынан қаңылтырлар қатарласа жалғасқан болмау үшін, оны оқшаулағыш лақпен жағады ол қаңылтырдың саны қанша болса сонша есе азайтқан болар еді. Оны оқшаулағыш лакпен жағады. Осының бәрі ФУКО тоғының әсерінен болатын электр шығынын айтарлықтай азайтады. Сонымен, магнит кедергісін азайту үшін арнайы электр болатынан, электр кедергісін көбейту үшін болатты қаңылтыр етіп тіліп, жинап, лакпен жауып жасайды. Осының бәрі гистерезис құбылысы мен құйынды тоқтардан болатын магнит және электр шығындарын азайтады.

Негізгі (бас) полюстер. Негізгі бас полюстер машинада негізгі магнит ағынын жасауға және өткізуге арналған Полюс өзектен және полюстік ұштамадан мұны кей жағдайда «башмак» деп атайды, себебі мұның конструкциясы темір жол башмағына ұқсайды, (4.2 – сурет) полюс ұштамаларына мұндай пішін ауа саңылауы арқылы магнит ағынын өткізуді жеңілдету мен оның якорь бетінің полюсіне бір тегіс орналасуын қамтамасыз ету үшін берілген. Әдетте, полюстер қалыңдығы 1 мм электротехникалық болаттан жасалып, оқшауланған қаңылтырдан жинайды, мақсаты полюс ұштамаларының беткі қабаттарында якорьдің тістілігінен пайда болатын магнит индукциясының үзіктеуінен (соғуынан) туындаған құйынды тоқтан келетін шығынды азайту негізінде, индукцияның үзіктенуі (соғуы) қабаттардың жоғарғы бетіне енеді, ендеше ұштамалары ғана қабаттап жасауға болар еді. Алайда, технологиясы бойынша барлық полюсті қаңылтырдан тұтас жанау тиімді. 4.5 – суретте негізгі полюс көрсетілген.

Қосымша полюстер. Қосымша полюстер қосымша магнит өрісін жасауға арналған, ол якорь реакциясының орынын толтырады және машина жұмысының түрлі тәртібінде, коллектордегі щеткінің ұшқынсыз жұмысын қамтамасыз етеді. Оларды соғылған болаттан немесе электр болатының қаңылтырынан жанайды. Қосалқы полюстер, негізгі полюстердің арасында орналасады және жармаға болаттармен бекітіледі 3.6 – суретте қосымша полюстер көрсетілген.

4.6 – сурет. Тұрақты ток мәшинесінің қосымша полюсі 1-өзекше; 2-қоздырғыш орама.

4.7 – сурет. Тұрақты ток мәшине коллекторының қаңылтырларының құрылысы.

Коллектор. Коллектор механикалық түзеткіштің құрамдық бөлігі, ол якорь орамасында индукцияланатын айнымалы синусойдалы ЭҚК – ін генератордан шығатын тұрақты (үзбелі) ЭҚКке айналдырады. Коллекторды сына тәрізді етіп, мыс қаңылтырдан жасайды, оларды бір – бірінен сондай – ақ коллектордың сыртынан миконит төсеніштермен және манжеттер арқылы оқшаулайды.

Коллектордың қаңылтырларын ыстық кезінде цилиндр корпусқа оның қисық беттері дәл цилиндр сияқты болу үшін айналдыра жонылады. Коллектор қаңылтырларының құрылысы 4.7 – суретте көрсетілген. Жылдам айналатын машиналарда айналу жылдамдығы жоғары кезінде, щеткелер дірілдемеуі үшін, диск тәрізді коллектор қолданылады, олардың жанасу беті айналу білігіне тік орналасқан. Типті коллектор, якорьмен бірге 4.8а – суретте көрсетілген

4.8 – сурет. Тұрақты ток мәшинелері коллекторының жиналғандағы түрі (а) және якорь қаңылтыры (б).

4.9 – сурет. Тұрақты ток мәшинесінің щетка аспабы: 1-щеткі ұстағыш; 2-щеткі; 3-қаңылтыр серіппе.

Щеткілік аспап. Щеткелі аспап электр энергиясын коллекторден алуға немесе беруге қолданылады. Ол көмірден, графиттен немесе металлграфитті щеткіден, серппелері бар щеткі ұстағыштан, щеткі шыбығынан, щеткі траверсінен және тоқ алатын шиндерден тұрады. Щеткі щеткі ұстағышқа салынып коллекторға серппемен қысылып тұрады. Щеткі ұстағыш щеткі шыбығына бекітіледі де, коллекторға белгілі жағдайда орнатылады. Щеткі мен щеткі ұстағыш 4.9 – суретте көрсетілген.

Щеткі ұстағыштар айгөлек қалқанына, болмаса қаңқаға жалғанады. Траверстерді бұру арқылы машина полюстеріне қарағанда, барлық щеткі жүйесінің орналасуын өзгертуге болады. ЭҚК – тің ең көп шамасы алу үшін щеткілер геометриялық бейтарапта демек полюс өсіне тік түсетін сызықта орнатылады. Щеткі болттары оқшауландырғыш төсемелермен төлкелер арқылы траверстен оқшауланады. 4.2 – суретте траверс пен щеткі ұстағыш көрсетілген.

Қоздыру орамасы. Қоздыру орамасы машинаның якорь айналатын полюс аралық кеңістігінде магнит өрісін туғызуға арналған. Қоздыру орамасы полюс өзекшесіне кигізілетін, каркасқа оралған шарғы түрінде жасалған (4.5 – сурет). Шағын және орта қуатты машиналарда қоздыру орамасы карқассыз шарғылар жиі қолданылады. Ылғал өткізгіштігін азайтып, жылу өткізгіштігін арттыру үшін қоздыру орамасы шарғысын, лакпен көпқайтара қанықтырады. Негізгі және қосалқы полюстердің қоздыру орамаларын дайындау технологиясы бірдей. Электр сұлбаларында негізгі полюстердің орамалары «ОВ», ал оның қысқыштары Ш₁ және Ш₂ әріптерімен белгіленген. Қосалқы полюстерінің орамалары «ОВД», ал оның қысқыштары Д₁ және Д₂ деп белгіленген.

Якорь орамасы. Якорь орамасы тұрақты тоқ машинасының маңызды құрамдық бөлігі, ол электр энергиясын магнит энергиясына (қозғалтқыш) немесе магнит энергиясы электр энергиясына айналдырады (генератор). Якорь орамасының орамдарының өткізгіштері якордың бойлық ойықтарына орналасады, ал олардың ұштары коллектордың қаңылтырларына жалғанады.

4.10 – сурет. Тұрақты ток мәшинесі якорінің шамалы (а) және толқынды (в) орамаларының екі орамды бөлімдері.

4.11 – сурет. Тұрақты ток мәшинесі якорінің бір орамды (а) және үшорамды (в) бөлімдері.

Электр сұлбаларында якорь орамасын «ОЯ», ал олардың ұштарын Я₁ және Я₂ арқылы белгіленеді. Тұрақты тоқ машиналардың якорының орамасы, айнымалы тоқ машиналарынікі сияқты тұзақтық және толқындық болып бөлінеді (4.10 – сурет), олардың ұштары коллектор қаңылтырларына жалғанады. Орамалар өздеріне тұйықталған өткізгіштер жүйесіне байланысты, қарапайым немесе күрделі болып келеді. Якорь орамасының негізгі элемент (бөлім) секция болады. Секцияның якорь орамасының, бірінен – бірі жалғасқан екі коллектор қаңылтырларына ұштарымен жалғасқан бөлігі.

3.2. Тақырып 2. Қарапайым толқындық орамалар. Күрделі жіптік және толқындық орамалар.Қалқандардың геометриялық нейтралына орнатылған кездегі тұрақты ток машиналарының якорь реакциясы.

Ұсынылатын әдебиет:

- Брускин Д.Э.,Зохорович А.Е.,Хвостов В:С. Электрические машины ч.1,2.М.:Высшая школа 1987.

- Костенко М.П,Пиотровский Л.М., Электрические машины, ч.1,2. М.: Энергия 1978.

- Кацман М.М. Электрические машины. М.: Высшая школа,1990.

- Тихомиров А.С. Расчет трансформаторов М: Энергия,1986

Тұрақты тоқ машиналары жүктелгенде оның магнит өрісі негізгі полюстер мен якорь орамасындағы магнит өрістерінің өзара әрекеттесуінің нәтижесі болып табылады. Якорь магнит өрісінің, полюстердің магнит өрісіне әсері – якорь реакциясы делінеді. Якорь реакциясы нәтижесінде машина полюстер білігімен салыстырғанда симметриясы бұзылады (4.17 – сурет).

4.17 – сурет. Тұрақты ток мәшинесінің қорытынды магнит өрісінің суреті:

а-жүктемесіз жұмыста; в-якорь өрісі; с-жүктелгенде; n-n геометриялық бейтарап m-m физикалық бейтарап.

Егер нөлдік индукциясы бар нүкте арқылы өтетін сызықты физикалық бейтарап (m=m) деп атасақ онда, якорьдың магнит өрісінің әсерінен геометриялық бейтарапқа қарағанда (n=n’) белгілі бір бұрышқа бұрылады (4.17с – сурет). Бұл бұрыштың шамасы машинаның жүктелу шамасына, демек якордағы тоқ шамасына тәуелді, ол щеткіден алынатын ЭҚКтің мөлшеріне әсер етеді. Якорь орамасында тоқ жоқ кезінде (жүктемесіз жұмыс) машинаның физикалық және геометриялық бейтараптары сәйкестеледі (4.17а – сурет). Сонымен, егер щеткі геометриялық бейтарапқа орналасса, онда, бос жүріс кезінде ЭҚК – тің, мүмкін болған, ең көп мөлшерін алады, ал жүктемеленгенде, егер щеткі геометриялық бейтарапта тұрса, онда ЭҚК, жүктеусіз жұмыс кезіндегі ЭҚКпен салыстырғанда азаяды. Бұл машинаның қорытынды магнит өрістері полюстерінің генератор якорінің айналған жағына қарай ығысқандығынан болады (4.17с-сурет), ол геометриялық және физикалық бейтараптар арасындағы орналасқан өткізгіштер бөлігінде, бос жүріс кезіндегі ЭҚК – ке қарама – қарсы бағыттағы ЭҚК – тің индукциялануына әкеледі. 4.17 – суретте якорь орамасын өткізгіштеріндегі ЭҚК – тің бағыттары, крестермен және нүктелерімен көрсетілген.

Сонымен қоса, якорь реакциясы құбылысы, егер олар машинаның жұмыс режимі кезінде, геометриялық бейтарапта орналасатын болса, щеткінің астынан ұшқындау күшейеді, машинаның магнит өрісінің ауытқуы якордағы тоққа тікелей тәуелділікте болады (демек машинаның жүктелуінен). Демек, якорь реакциясының жағымсыз әсерін болдырмау үшін, щеткіні физикалық байтарапқа орналастыру керек, оның ығысуы жүктемеге байланысты болғандықтан, щеткіні коллектор бетімен жүктеме байланысты жылжытып отыру керек: коллекторларда, якорь айналуына қарай, ал қозғалтқыштарда, якорь айналуына қарама – қарсы. Бұл қолайсыз ғана емес, іс жүзінде орындалмайды. Щеткінің геометриялық бейтарапта бекітілген жағдайында ондағы ЭҚК жүктемелге тәуелді болмауы, якорь реакциясының әсерінен орнын толтыру үшін, физикалық бейтарапты, геометриялық бейтарапқа қайтару керек. Тұрақты тоқ машиналарында щеткілер геометриялық бейтарапқа бекітіледі, жүктеменің өзгеруіне қарамастан, бір орнынан ауыстымау үшін қосымша полюстер орнату арқылы, якорь реакциясының орнын толтырады, олардың қоздыру орамасын якордің орамасымен тізбектей жалғастырады, ол жүктемеленуге қарай якорь орамасындағы тоқтың өзгеруіне толық сәйкес келетін магнит өрістерінің мөлшерін, автоматты түрде реттеуге мүмкіндік береді. Қосымша полюстер машина жармасына негізгі полюстер мен полюстік кезектелу арасына, якордың айналу барысына қарай генератор ретінде істегенде, негізгі полюстен қосымша, ал қозғалтқыш ретінде істегенді, қосымшаға полюстен негізгі полюске қарай (4.18 – сурет) жылжытып бекітіледі.

Қуаттылығы 0,3 кВт және одан жоғары машиналарда әдетте, қосымша полюстер қойылады. Қосымша полюстер болмаған кезде, щеткі геометриялық бейтараптан, физикалық бейтарапқа қарай мынадай шамаға жылжытылады:

4.18 – сурет. Тұрақты ток мәшинесінің негізгі және қосымша полюстерінің өзара орналасуы.

Тұрақты тоқ машиналарындағы коммутация. Коммутация — дегеніміз бөлімдердің якорь орамасының бір тармағынан екіншісіне секіріп қосылуы, ол дискретті қаңылтырлардан тұратын коллектордың айналу кезінде щеткілер арқылы ауық – ауық бірде жанасып, бірде ажыратуының қайталануынан болады. Коллекторлы электр машиналарындағы коммутация күрделі процесс болып саналады, ол көптеген факторларға байланысты, олардың кейбірін талдау теориялық тұрғыдан қаралатын, ғылыми қағидаларға жатады. Сондықтан электр машиналарындағы коммутация процесстері теориясында бірқатар жорамалдаулар бар, олардың негізгілері:

- коллектор мен щеткілер кез келген айналу жылдамдығында механикалық тұрғыдан алғанда толық жетілген деп қарау;

- щеткі мен коллектор арасындағы меншікті кедергі тұрақты және қаңылтырдың жанасу бетінің аумағына түйіспедегі тоқ тығызды байланыс емес;

- коллектор қаңылтырлары арасындағы оқшаулағыш төсеніштердің қалыңдығын елемеу;

- бірінші жуықтауда, щеткінің ені мен коллектор қаңылтырларының ені бірдей деп қарау.

Төменде тұрақты тоқтың коллекторлы машиналарындағы коммутация процессінің физикалық құбылысы қарастырылған.

3.3. Тақырып 3. Қалқандардың геометриялық нейтралымен ығысқан кездегі якорь реакциясы. Машинаның жұмысына якорь реакциясының әсері. Тұрақты ток машиналарындағы коммутация. Қалқан астындағы шоқтану себептері. Тіксызықтық коммутация. Әдемелі және баяу коммутация. Коммутацияны жақсарту әдістері.

Ұсынылатын әдебиет:

- Брускин Д.Э.,Зохорович А.Е.,Хвостов В:С. Электрические машины ч.1,2.М.:Высшая школа 1987.

- Костенко М.П,Пиотровский Л.М., Электрические машины, ч.1,2. М.: Энергия 1978.

- Кацман М.М. Электрические машины. М.: Высшая школа,1990.

- Капылов И.П. Электрические машины. М. Высшая школа, 2000

Коммутациялық процесс. Якорь орамасы бөліміндегі тоқтың шамасы мен бағытының өзгеру процессі коммутация процессі деп аталады. Коллектор қаңылтырынның щеткі мен тұйықталуының ұзақтығы секундтық мыңдық үлесіне тең болғанымен, щеткі астындағы ұшқындау арқылы болатын коммутация процессі машинаның жұмысына айтарлық әсер етеді. Егер щеткінің астына ұшқындамаса машинаның коммутациясы жақсы деп саналады, ал щеткінің астынан ұшқындап тұрса, коммутациясы нашар делінеді. Щеткінің ұшқын шығарудың себептері:

- электрлік себептер, щеткі мен коллектор пластинасы арасындағы ажырау сәтінде, ондағы кернеудің жоғары және тоқтың тығыз болуы;

- механикалық себептер, щеткі мен коллектр арасындағы жанасудың бұзылуы, сондай – ақ, олардың ластануы мен зақымдануы.

Электрлік сипаттағы коммутация процессінің, оның өту сипатына көптеген факторлардың әсер етуі, олардың ЭҚК өзіндік индукциялануы мен өзара индукциялануы және коммутациялану секциясының сыртқы ЭҚК өрісімен байланыстылығымен ерекшеленеді. Өздік индукциямен өзара индукцияның қорытынды ЭҚК реактивті ЭҚК (e_r) деп аталады, ал коммутацияланған бөлімде сыртқы өріспен индукцияланған электр қозғаушы күш коммутациялаушы ЭҚК (e_k) деп аталады. Коммутацияға идеалды жағдай туғызу үшін бұл екі ЭҚК өзара тең және бір біріне қарсы бағытталған болуы тиіс.

Реактивті ЭҚК коммутацияланатын бөлімнің эквивалентті индукциялылығы мен коммутация кезінде тоқтың өзгеру жылдамдығына байланысты:

мұндағы L_ý=L+M- коммутацияланатын бөлімнің өздік индукциясының қорытынды ЭҚК; di/dt- коммутацияланатын бөлім тоғының, шеткі коллектор қаңылтырымен сырғанаған кездегі жылдамдығының өзгеруі. Коммутацияланатын ЭҚК сыртқы магнит өрісіне тәуелді және былай өрнектеледі:

Коммутацияны жақсарту тәсілдері. Эквивалентті индуктивтік бөлімнің индуктивтілігі мен щеткімен тұйықталатын якорь орамасы, бөлімінің өзара индукциялануынан тұратындықтан, ал коммутациялаушы ЭҚК сыртқы өріске тәуелді болғандықтан, олардың мөлшерін азайтуды тиісінше, щеткінің ені мен қосымша полюстердің магнит өрісінің шамасын таңдап алумен сәйкестендіріп іске асыруға болады, коммутацияланатын бөлімнің ЭҚКі (å_ê), (å_r) ке тең және оған қарсы бағытталуына әкелуі тиіс, бұған негізгі және қосымша полюстерді белгілі кезектілікке қою арқылы жетуге болады (4.18 – сурет). Щеткінің енін коллектор қаңылтырларының енінен үлкен етіп алады: толқынды орамалар үшін (2.2.7) есе, ал тұзақты орамалар үшін (3...4) есе.

Іс жүзінде реактивті (å_r) және коммутациялаушы е_к ЭҚК дәл теңдігіне жету, әсіресе жүктеменің өзгеріп тұрған кезінде, ондай мүмкіндік жоқ. Коммутациялаушы бөлімдегі тоқты азайтудың тағы бір мүмкіндігі, щеткінің материалын таңдап алу. Қуаттылығы аз, кернеуі төмен машиналар үшін жұмсақ (графит) щеткілерді, ал қуаттылығы орташа және жоғары машиналар үшін көмір – графит немесе металло – графитті щеткілерді пайдаланады. Жақсы щеткі деп электрлі графиттелген, көмірді электрлі ошақтыққа қыздырып жасалғандарды айтады. Коммутацияға коллектор бойынша потенциялды бөлу үлкен әсер етеді. Қатар орналасқан коллектор қаңылтырларының арасындағы ең көп кернеу 0,5...1,5 Вольттан артпауы тиіс. Қуаттылығы 0,5 кВт тан аспайтын, шағын машиналарда қалыпты коммутациялық өрісте қосымша полюстер болмауынан, генераторларда щеткіні айналу бағытына қарай, ал қозғалтқыштарда айналу бағытына қарсы жылжыту арқылы алады. Мұндай тәсілдің тиімділігі белгілі жүктемеде ғана көрінеді. Одан ауытқыса коллектор бойынша ұшқындау артады.

3.4. Тақырып 4. Тұрақты ток машиналарының қозу әдістері. Тұрақты ток машина якорінің индуктелетін орамасы, электрқозғалатын күш. Тұрақты ток генераторлар. Олардың сыртқы сипатамалары, реттеуі. Тұрақты ток машиналар. Олардың қосып жіберу принципі және айналу жиілегінің реттеуімен өзгертуі.

Ұсынылатын әдебиет:

- Брускин Д.Э.,Зохорович А.Е.,Хвостов В:С. Электрические машины ч.1,2.М.:Высшая школа 1987.

- Костенко М.П,Пиотровский Л.М., Электрические машины, ч.1,2. М.: Энергия 1978.

- Кацман М.М. Электрические машины. М.: Высшая школа,1990.

- Капылов И.П. Электрические машины. М. Высшая школа, 2000

Тұрақты тоқ машиналарында негізгі магнит өрісін қоздыру жүйесі. Негізгі магнит туғызатын қоздыру орамасын жалғау тәсіліне қарай тұрақты тоқ машиналары былай бөлінеді:

- тұрақты магниттен қозатын машиналар;

- тәуелсіз қоздырушы машиналары;

- паралель қоздыру өзін – өзі қоздыру машиналар;

- тізбектей қоздыру машиналары;

- аралас қоздыру машиналары.

Тұрақты тоқ машиналарының электр сұлбалары: тәуелсіз (а), паралель (в), тізбектей (с), және аралас қоздыру көрсетілген.

Тұрақты магниттерден қоздыру жүйесі. Қоздыру жүйесі магниттен жасалған полюстердің негізгі магнит ағынынан болатын тұрақты тоқ машиналары магнитті электрлі машина деп аталады. Оларда қоздыру орамалары болмайды.

Тәуелсіз қоздыру жүйесі. Мұндай машиналардың негізгі полюстерінің қоздыру орамалары тұрақты ЭҚКі бар сыртқы көзден қоректенеді (аккумулятор батареясы, тұрақты тоқ генераторы және т.б.) (4.19а – сурет). Тәуелсіз қоздыру жүйесі электр сұлбаларында «ОВ» (обмотка возбуждения) ал олардың қысқыштары Ш₁ және Ш₂ деп белгіленеді.

Параллель қоздыру жүйесі. Мұндай машиналардың қоздыру орамалары шунттық деп аталады, щеткі арқылы якордің орамасына параллель жалғасады (4.19в-сурет). Мұндай орамалы машиналар өздігінен қозу машиналары немесе шунттық машиналары делінеді. Параллель қоздыру орамасы жүйесі электр сұлбаларында «ШОВ» (шунтовая обмотка возбуждения), ал олардың қысқыштары Ш₁ және Ш₂ деп белгіленеді.

Тізбектей қоздыру жүйесі. Мұндай машиналардың қоздыру орамалары сериесті делінеді якорь орамасына тізбектей жалғанады (4.19с – сурет). Оны электр сұлбасында «СОВ» (сериесная обмотка возбуждения), ал олардың қысқыштары С₁ және С₂ арқылы белгіленеді.

4.19 – сурет. Тұрақты ток мәшинелерінің қоздыру жүйелерінің негізгі сұлбалары: а-тәуелсіз қоздырғыш; в- параллель қоздырғыш; с-тізбектей қоздырғыш; d-аралас қоздырғыш.

Аралас қоздыру жүйесі. Аралас қоздыру жүйелі айнымалы тоқ машинасы, компаудты делінеді, негізгі полюстерінде екі орамасы — шунтты және сериесті болады. Шунттық орама қимасы жіңішке өткізгіштен жасалады, орам саны өткізгішінің қимасы якорь орамасымен бірдей, аз орамды сериес орамасына қарағанда, айтарлықтай көп болады. Шунттық орамалар, якорь орамаларымен параллель, ал сериестік тізбектай жалғанады (4.19d-сурет). Шунттық орама арқылы қоздыру тоғы аз бөлігі өтеді, ол якордің қалыпты тоғының (1...5)%іне тең, қоздырудың сериесті орамасы арқылы якорь тоғы өтеді. Параллель және аралас қоздыру машиналары ең көп тараған олар тәуелсіз қоздырғышы барлар сияқты негізгі магнит ағынын туғызу үшін тоқ көзін керексінбейді.

Тұрақты тоқ генераторы. Өркениеттің қазіргі дамыған кезеңінде электр энергиясын өндіру үшфазалы синусойдалы ЭҚКі бар электрмеханикалық генераторлармен өндіріледі. Өндіріс жағдайына байланысты тұрақты тоқ қажеттілігі туындағанда оны айнымалы тоқты тұрақты тоққа (түзеткіш) айналдыру арқылы алады. Тұрақты тоқ генераторы алғашқы тоқ көзі ретінде, негізінде жеке қондырғыларда (электрмен пісіру кезінде синхронды машиналардың қоздырғышы ретінде және т.б.) қолданылады. Ауылшаруашылық өндірісінде ол іс жүзінде қолданылмайды. Сондықтан мұнда генератордың негізгі қасиеттері ғана қарастырылады.

Өздігінен қозатын тұрақты ток генераторы. Тұрақты ток генераторлары арасында ерекше кең тарағандары, параллель және аралас қоздырғыштары бар генераторлар, олар магнит ағынын туғызу үшін жеке тұрақты тоқ көзін талап етпейді. Мұндай генераторлардың қоздыру орамалары машинаның өздігінен қозуы есебінен қоректенеді, оның алғашқы себепшісі ретінде машинаның полюстері мен жарнасындағы магнетизм қалдықтары әсер етеді. Якордің магнетизм қалдықтары өрісінде айналған кезінде онда магнетизм қалдығының азырақ ЭҚКі индукцияланады. Ол қалыпты мәннің 5…10% құрайды. Якорь орамасында индукцияланған магнетизм қалдығынан якорь орамасына параллель жалғанған қоздыру орамасында (4.19в-сурет) шамалы тоқ пайда болады, ол қоздыру орамасы мен якорь орамаларыныңкелісімді жалғасуынан полюстердің магнит ағынын көбейтеді. Енді магнетизм қалдықтарынан пайда болатын магнит өрісімен тоқ қоздыру орамасы арқылы өткенде пайда болған магнит өрістерінің қорытынды магнит өрісімен машинаның якорі айналады. Соған байланысты якордің магнит өрісінің шамасына тәуелді болып келетін ЭҚК-і артады. Ол қоздыру орамасында үлкен тоқ туғызады, сол тоқ машинаның магнит өрісін және соған лайықты якордің ЭҚК-і артады. Бұл өздігінен қоздыру процессі машинаның магнитөткізгіші қаныққанша жүреді, қоздыру орамасында тоқтың одан ары артуы магнит өрісін арттырмайды, демек якордің ЭҚК-ін молайтпайды. ЭҚК-тің өсуі әуелі баяулай бастайды, одан соң тіпті қоздыру орамасын тұрақты тоқ көзінен қоректендірсең де мүлде тоқталады. 4.20- суретте қоздыру орамасындағы тоқтың өзгеруінен, өздігінен қозатын тұрақты тоқ генераторының бос жүріс кезінде ЭҚКтің өсуі мен бәсеңдеу қисығы көрсетілген.

Тұрақты тоқ генератор тепе-теңдігінің теңдеуі. Генератордың білігіне берілетін механикалық энергияны, электр желісіне берілетін электр энергиясына айналдыру, ЭҚК туғызу үшін энергия жұмсауымен және машиналардың орамаларында, магнит өткізгіштерінде және механикалық сипаттағы кедергілерді жоюға кететін электр шығындарына байланысты. Жалпылама түрде бұл процесті генератор якоры орамасының электрлік тепе-теңдік теңдеуімен көрсетуге болады:

U = E_я– I_яR_я

(4.18)- теңдеуден көрсетілгендей генератор қысқыштарындағы кернеу генератордың желіге беретін электр энергиясымен мәндес оның электр қозғаушы күшінің механикалық энергияны электр энергиясына айналдыру барысында, щеткі түйіспесінде және якорь тізбегінде болатын энергия шығынына шамалас келетін, генератор якорда кернеудің төмендеу мөлшеріндей аз.

Дата добавления: 2015-07-16