Тұрақты тоқ генераторларының негізгі сипаттамалары. 1 страница

Генераторды электр энергиясының көзі ретінде сипаттайтын маңызды өлшемдері кернеу, оның өзгеруін талдауды электр техникалық сипаттамасы арқылы орындауға болады. Тұрақты тоқ генераторының негізгі сипаттамалары:

-сыртқы сипаттама U=ƒ(I) мұнда n = Const және I_в= Const;

-реттеу сипаттамасы I_в=ƒ(I) мұнда U= Const және n = Const;

-жүктемелік сипаттамасы U=ƒ(I_в) мұнда I=Const және n=Const.

Қосымша сипаттамаларға бос жүріс пен қысқа тұйықталу сипаттамалары жатады.

Сыртқы сипаттама. Якордың айналу жылдамдығы мен қоздыру орамасының тұрақты кезінде жүктеме тоғының артуына байланысты генератор қысқыштарындағы кернеудің өзгеру дәрежесінің сипаты- сыртқы сипаттама болады, оның тәжірибелік маңызы зор. Жүктеменің артуынан кернеудің төмендеуі, якорь реакциясының әсерінен магнит өрісінің ағыны азаюынан, якордың электр қозғаушы күші кемуіне сондай-ақ, якорь орамасында ішкі кернеудің құлдырауын артуынан болады. Кернеудің азаюы қалыпты мәнінің проценті арқылы мына өрнекпен беріледі:

U = (U_хх – U_н) 100% /U_н

Тұрақты тоқ қозғалтқыштары. Электр қозғалтқыштарының қоздырғыштары, жалпы алғанда, сол генераторлардың қоздырғыш жүйесі сияқты. Қозғалтқыштардың ең көп тарағандары да параллель, тізбектей және аралас қоздырғыштары барлар. Қозғалтқыштардың барлық түрлерінің де жұмыс тәртібін талдағанда, электрлік тепе- теңдік теңдеулеріне жылдамдық және механикалық сипаттамаларына сүйенеді.

Тұрақты тоқ қозғалтқыштарының электрлік тепе - теңдік теңдеулері. Тұрақты тоқ қозғалтқыштарының тұрақталған жұмыс кездегі электрлік процестері, оның электрлік тепе- теңдік теңдеуімен сипатталады. Якорь орамасына берілген кернеу тұтынатын электр энергиясына пропорционал, механикалық энергияға айналған пропорционал ЭҚК- тен, якорь тізбегіндегі гистерезис құбылысын, құйынды тоқтарды, щеткі түйіспелері мен механикалық үйкелістерді ескере отырып, кедергілердің әсерінен энергияның шығынына пропорционал шамада артық болуы тиіс. Оны математика тілінде былай жазуға болады:

U=E_ÿ-I_ÿR_ÿ

Тұрақты тоқ қозғалтқы қуатының энергетикалық теңдігі. Қоздырғыштың желіден тұтынған электр энергиясын, якорь білігін айналдыратын механикалық энергияға айналдыру процессі электрлік, магниттік және механикалық шығындармен байланысты. Қозғалтқыштың білігіндегі механикалық қуат Ð₂желіден тұтынған электр энергиясынан қозғалтқыштардың өзінде болатын барлық шығындардың шамасындай аз:

Ð₂=Ð₁-Ð

мұндағы Ð₁-қозғалтқыштың желіден тұтынған электр қуаты:

Ð₁=UI

Ð -электрлік, магниттік, механикалық және қосымша шығындар қосындысы. Ол шығындар мыналардан тұрады:

- якорь орамасындағы электр шығыны(Ð_ÿ);

-қоздыру орамаларындағы электр шығындары(Ð_â);

-щеткі мен түйіспелі құрылғыларындағы электр шығыны(Ð_ù);

-магнит өткізгіш болаттарындағы электр шығыны(Ð_ñ);

- желдеткіштегі айгөлектің және щеткінің коллектор бетіне үйкелуінен болатын механикалық шығындар(Ð_ìåõ);

-магнит өрісінің тістерінде соғуынан шашырау тасқындарынан және басқа да себептерден болатын қосымша шығындар(Ð_ºîñ)

Ð = Ð_ÿ+Ð_º+Ð_ù+Ð_ñ+Ð_ìåõ+Ð_ºîñ

Ð_ÿ=I_ÿ² R_ÿ;

Ð_º=I_ÿ² R_сқо+ I_º² R_øîâ;

Ð_ù=U_ù I_ÿ = 2(0,3…1,1) I_ÿ;

Ð_ñ=P(1/150) (ƒ/50)^β² G

мұнда P– болаттың, В- 1Тл және ƒ=50Гц (анықтамалық мағлұмат) болған кездегі салыстырма шығындары; ƒ- магнит өткізгіштің есептелген бөлігінде болаттың қайта магниттену жиілігі Гц; β=(1,2…1,5)-электрлік болаттың сортына байланысты коэффициент; В- машинаның сәйкес бөлшегінің есепті индукциясы, Тл; G - қарастырылып отырған бөліктің массасы, кг. Механикалық және қосалқы шығындарды анықтау өте қиын, сондықтан оларды қосымша шығындармен біріктіріп мынадай өрнекпен (есептелген) анықтауға болады:

Ð_ºîñ= (0,012..0,008) Ð₁

Пайдалы әсер коэффициенті мына өрнекпен есептеледі:

η=Ð₂/Ð₁=(1- ΣÐ) / Ð₁

Қоздыру жүйесі әртүрлі тұрақты тоқ қозғалтқыштарының жылдамдық, механикалық және жұмысшы сипаттамалары. Тұрақты тоқ қозғалтқыштарының қасиеттері жұмысқа қосу, тежеу, жылдамдық (реттеуші) механикалық және жұмысшы сипаттамаларын қоса қарастырғанда анықталады. Алғашқы тқрт сипаттамасы “Электр жетегі” пәнінің құзырына жатады және мұнда қаралмайды немесе қысқарған нұсқада қаралады.

Тұрақты тоқ қозғалтқыштарының сипаттамалары жағдайда қоздыру жүйесіне байланысты, оларды талдау кезінде соларға баса көңіл аударылады. Тәуелсіз қоздырғышы бар қозғалтқыштардың қолданылуы шектеулі болғандықтан олардың сипаттамалары мұнда қаралмайды. Тұрақты тоқ қозғалтқыштарының жылдамдық (реттеуші) реттеуші сипаттамасы бұл кернеу Uмен қоздыру тоғы I_âтұрақты болғанда, якорь бөлігінің айналымы мен якорь тоғына I_ÿбайланыстылығы (тәуелділігі) немесе:n=ƒ(I) егер U = Const және I_â = Const болса жылдамдық сипаттамасы мына өрнекпен есептеледі:

n = (U –I_ÿ ŁR_ÿ) / (C_å /Ô)

Бұл қозғалтқыштың электрлік тепе- теңдік (4.21) және якорь ЭҚК-тің теңдеулерін бірге шешуінен алынған.

Параллель қоздырғышты тұрақты тоқ қозғалтқыштарының жылдамдық сипаттамасы (4.31) –өрнекті талдау, қозғалтқыш білігінің айнымалы якорь кернеуінің қысқыштарындағы кернеуге Uтура пропорционал және якорь орамасындағы тоқI_ÿпен қоздыру орамасындағы тоққа I_â(магнит ағынының Ф) кері пропорционал екенін көрсетеді. Қозғалтқыштағы жүктеме артқан сайын якорь реакциясы әсерінен бір мезгілде қоздыру орамасындағы магнит ағыны Ф азаяды да якорьдағы тоқ I_ÿөседі. Дегенмен тоқтың I_ÿөсуі магнит ағынының азаюына қарағанда айтарлықтай болады және сондықтан да жүктеме артқанда айналу жылдамдығы төмендегенмен айтарлықтай болмайды. Қоздыру орамасы магнит ағынының азаймауын қозғалтқыш білігінің айналу жылдамдығы демеп отырады. Қозғалтқыштың айналу жылдамдығының жүктелуіне тәуелділігінің әлсіздігі параллель қоздырғышты тұрақты тоқ қозғалтқышына тән ерекше қасиеттерінің біріне жатады. Жылдамдық сипаттамасының мұндай түрін “қатаң” сипаттама дейді (4.23-сурет 1–қисық). Параллель қоздырғыштары бар қозғалтқыштардың қоздыру тоқтары көмегімен магнит ағынын (4.31) өзгерту арқылы айналу жылдамдығын біртіндеп және ұтымды реттеуге мүмкіндік беретін тамаша қасиеттері бар. Қоздыру тоғы азайғанда қозғалтқыштың айналу жылдамдығы артады, ал қоздыру тоғы артқанда қозғалтқыштың жылдамдығы азаяды. Бұл электр қозғалтқыштарының айналу жылдамдығын реттеудің ең тиімді тәсілі өйткені қоздыру тоғының аздығынан, қоздыру орамасындағы қуаттың шығыны, электр қозғалтқыштың қалыпты қуаттылығының пайыздық үлесін ғана құрайды.

4.23 – сурет. Қоздыру жүйелері әртүрлі тұрақты ток қозғалтқыштарының жылдамдық (1,2,3,4) және моменттік (1¹,2¹,3¹,4¹) сипаттамалары: 1 мен 1¹ – қатарласа қоздыру жүйесі; 4 пен 4¹ – ретімен қоздырғыш жүйесі: 2 мен 3 және 2¹ мен 3¹ аралас қоздырғыш жүйесі.

Тізбектей қоздырғышты тұрақты тоқ қозғалтқышының жылдамдық сипаттамасы “жұмсаққа” жатады, демек, айналу жылдамдығының жүктемеленуге тәуелділігі айқын көрінеді. Жүктеменің болымсыз өзгеруі, айналым жылдамдығын айтарлықтай өзгертеді. Мұндай сипаттамалар гиперболалық сипатта болады, бұл тізбектей қоздырылатын қозғалтқыштардың ерекше қасиеттері саналады (4.3-сурет 4–қисық). Сериесті қозғалтқыштардың сериестік сипаттамаларының теңдеуі, параллель қоздырғышты қозғалтқыштардікі сияқты. Тізбектей қоздырғышты қозғалтқыштардың қоздыру тоғы, якорь тоғына тең және сонымен бірге өзгеретін болғандықтан, мұндай қозғалтқыштардың магнит ағындары жүктемеленуден айтарлықтай дәрежеде тәуелді болады, ол оның жылдамдық сипаттамасының ерекшелік көрінісі. Шағын және орташа жүктемелену кезінде магнит тізбегі қаныққан кезде, магнит ағының өзгеруі,тоқтың өзгеруіне пропорционал және қозғалтқыштың айналу жылдамдығы жүктемеленуге күшті тәуелді болады. Жүктеменің артуынан, қозғалтқыштың магнит тізбегінің қанығуы артады, магнит ағынының Ф өсу қарқыны төмендейді, оның жылдамдығы аз жүктелу аралығына қарағанда аз дәрежеде өзгере бастайды. Жылдамдық сипаттамасы “қаталдау” бола бастайды. Тізбектей қоздырғышты қозғалтқыштың кемшілігі, жүктеме аз болса, тоқ соған сәйкес тиісінше магнит ағыны айтарлықтай азаяды және (4.31) теңдеуге сай айналу жылдамдығы қатты көбейеді. Қозғалтқыш “басқарудан шығып кетеді” де оның айналуы көптеген есе артады, ол қозғалтқыштың айналу бөліктерінің механикалық күйреуіне әкелуі ықтимал (4.23-сурет 4–қисық). Сондықтан, сериесті қозғалтқыштарды “бос жүріске” және жүктемесі аз кезінде қосуға болмайды.

Аралас қоздырғышы бар қозғалтқыштың жылдамдық сипаттамасы. Аралас қоздырғышты қозғалтқыштың жылдамдық сипаттамасының теңдеуі, параллель қоздырғышы қозғалтқыштікі сияқты (4.31), айырмасы бір магнит ағынының орнына бірімен бірі үйлесімді немесе біріне бірі қарсы әрекеттесетін екі магнит ағындары болады:

(4.32)

мұндағы û Ô_øîâжәне Ô_ñîâ–сәйкес, шунттық және сериесті қоздыру орамаларының “+” үйлесім, ал “-” қарама қарсы қосылуы. Сериестік ораманың орам санын өзгерте отырып және оны шунттық орамамен жалғау арқылы параллель қоздырғышты (4.23-сурет 1–қисық) қозғалтқыштан тізбектей қоздырғышты қозғалтқыштар орамасын қамтып жатқан топтамасын алуға болады. Сериесті ораманың орам санын өзгерте отырып және оны шунттық орамамен жалғау арқылы параллель қоздырғышы бар (4.23-сурет 1–қисық) қозғалтқыштан бастап, тізбектей қоздырғышты қозғалтқыштар арасын қамтып жатқан, қатаңдығы әр дәрежедегі жылдамдық сипаттамалары топтамасын алуға болады (4.23-сурет 4–қисық). Олардың бұл артықшылығы, олардың жүктемесіз жұмыс кезінде де айналым жылдамдығының басқарудан шығып кетуі болмайды. Себебі, айналым жылдамдығының шектен шығып кетуін, якорь орамасына үнемі жалғаулы тұрған шунттық қоздыру орамасының магнит ағыны Ô_øîâтежеп отырады.

Тұрақты тоқ қозғалтқыштарының айналу жылдамдығы мен бағытын реттеу тәсілдері. Тұрақты тоқ қозғалтқышының жұмысқа қосылуы, тежелуі, айналу жылдамдығы мен айналу бағытын өзгерту, жоғарыда айтылғандай “Электр жетегі” пәнінде қарастырылады. Сондықтан, мұнда айналу жылдамдығы мен бағытын реттеудің жалпы принциптеріне тоқталамыз. Тұрақты тоқ қозғалтқыштарының айналу жылдамдықтарын реттеу тәсілдері, оның жылдамдық сипаттамаларының теңдеулеріне кіретін өлшемдерін өзгертуімен байланысты (4.32). Ондай өлшемдерге жататындары:

-якорь орамасына берілетін кернеуU;

-якорь орамасының тізбегіндегі кедергі(R_ß+R_ºîñ);

-қоздыру орамасының магнит ағыны Ф.

Тұрақты тоқ қозғалтқыштарының айналу жылдамдықтарын өзгертуді, көбейту жағына қарай да, азайту жағына қарай да жүргізуге болады. Желідегі кернеу тұрақты кезінде(U=Const) айналу жылдамдығын азайтуды якорь орамасы тізбегінің кедергісі реттелетін резистор жалғау арқылы, сол якорь орамасына берілетін кернеуді азайтумен парапар жасалады. Тұрақты тоқ қозғалтқышы якорінің айналымын азайтудың бұл тәсілі, реттеуіш резисторының кедергісіндегі электр шығындарының көптігінен экономикалық тұрғыдан тиімсіз болғанымен, оған тұрарлық балама жоқ. Тұрақты тоқ қозғалтқыштарының айналымдарын арттыру әдістерінің неғұрлым тиімді және үнемдісі шунттық қоздыру тоғын, демек магнит ағынын азайту болып табылады. Мұндай әдіспен қозғалтқыштың айналу жылдамдығын азайту мүмкін болмайды, себебі реттеуші резисторды енгізу арқылы, қоздыру тоғын азайтуға ғана болады, ал оны көбейтуге болмайды. Тұрақты тоқ қозғалтқышының айналу бағытын өзгерту (реверсирование) қоздыру орамасының полюстерін ауыстыру немесе якорь орамасының полюстерінің бірінің қысқыштарына ауыстырып қосу арқылы атқаруға болады. Айналу бағытын желінің полюсін ауыстырып өзгерту тәуелсіз қоздыру немесе тұрақты магниттен қоздыру қозғалтқыштарынан басқа, мүмкін емес.

3.5. Тақырып 5. Трансформаторлардың құрылғысы және әсер ету принципі, типі және ұсынылуы бойынша трансформаторлардың түрлері.

Трансформатор орамаларының қосылу сұлбалары және топтары

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

Айналатын бөлшектері болмауына қарамастан трансформаторлар электр машиналары қатарына жатады.

Олар электриндукциялық заң негізінде бір шамадағы кернеулі электр энергиясын, екінші шамадағы кернеулі электр энергиясына айналдырады.

Трансформаторлардың қызметі. Трансформатор кернеудің өзгеретін өлшемдер шамаларын өзара электрлік байланыссыз реттеуге арналған электр құрылғы. Трансформаторлар электртехникада, электроникада, автоматтандыруда, техникада, байланыс құрылыстарында телевидениеде, ЭЕМ мен техниканың басқа салаларында кең қолданыс тапты.

Олардың бір бірінен қызметі мен құрылысы жағынан айырмашылықтары болады. Дегенмен, оларға бір құрылғының түрлері деп қарап, электр энергиясын тасымалдаудың физикалық процестерін мысалдары арқылы зерттейді.

Электр энергиясында күш трансформаторлары елеулі орын алады. Олардың көмегінсіз электрэнергиясын беру, тарату мен қолдану мүмкін емес. Электр энергиясын шығаратын көздердің кернеуі 20...30 мың Вольттан артпайды. Мұндай кернеумен электр энергиясын жүздеген километр қашықтыққа жеткізу мүмкін емес, себебі оның барлығы электр тасымалдау желісінде ЭТЖ, ток күшінің квадратына тура пропорциялық электр шығыны ретінде жоғалады.

ЭТЖ электр энергиясының шығынын айтарлықтай төмендетуді бір мезгілде кернеуді жоғарылата отырып, ток күшін азайту арқылы іске асыруға болады.

Осы жағдайда берілетін электр қуаты күйінде қалады да оның шығыны P= R квадраттық деңгейде төмендейді. Энергетиканың қазіргі өркендеген кезеңінде электр қуаты миллион Вольттық кернеулермен мыңдаған километр қашықтықтарға тасымалданады. Мұндай жоғары кернеуді тек трансформаторлар көмегі арқылы ғана алуға болады.

Басқа тұрғыдан алып қарағанда, жүздеген мың Вольттық кернеуді тұрғын үйлерге кіргізу, техникалық қауіпсіздік тұрғысынан көңілге сыйғысыз.

Күштік және тұрмыстық жабдықтарды жұмысы үшін көп жағдайларда 380 және 220 Вольтты кернеу пайдаланады, ондай кернеуді трансформаторлар арқылы алады.

Кернеуді жоғарылату және төмендету трансформатордың тамаша қасиеті. Егер желіге трансформатордың орам саны көп орамасын қосса кернеуді төмендетеді, ал орам саны аз орамасын электр энергия көзіне қосса кернеуді жоғарылатады.

Кернеу трасформаторының құрылысы. Трансформатор негізгі екі бөлшектен: магнитөткізгіштен және екі орамнан тұрады (1.1.-сурет)

Магнитөткізгіш. Магнитөткізгіштің негізгі қызметі оған бекітілген орамдар арасында мүмкіндігінше жоғары магниттік байланысты қамтамасыз ету. Олар өзара жалғасқан болат өзекше мен орамдардан тұрады.

1.1.-сурет. Бір фазалы кернеу трансформаторының құрылысы.

а – магнитөткізгіш; в – орамалар.

Трансформатордың магнитөткізгішін арнайы электр техникалық болаттан жасалады, ондай болаттың электрмагниттік өткізгіштігі жоғары, сондықтан да тұйықталған желіле оның электрмагнит ағынына кедергісі төмен.

Ол электр энергиясын трансформациялау кезінде электр өткізгіштігі жоғары (кедергісі аз) мыс немесе алюмин өткізгіштерді пайдалану мен бірдей. Сонымен қоса, электр техникалық болата, кәдімгі конструкциялық болатқа қарағанда, гистерезис құбылысынан пайда болатын магниттік шығыны әлдеқайда төмен.

Магнитөткізгіштің өзегі тұтас болаттан емес, екі жағына электр оқшаулағыш лак жағылған қалыңдығы 0,35 немесе 0,5мм қаңылтырлардан құрастырып жасалады. Магнит өткізгіштердің қимасы, жасанды түрде, қимасы кіші көптеген қаңылтырға бөлшектеледі, себебі айнымалы магнит өрісінде орналасқан магнитөткізгіштегі құйынды тоқтың (фуко тоқтары) өтуіне кедергіні арттыру. Ом заңы бойынша құйынды тоқтың күші азаяды, бұл магнитөткізгіштегі электр шығынын азайтады.

Сонымен, стержендер мен жарманы:

- Магнит ағынына кедергі аз болу үшін арнайы электро магниттік болаттардан жасайды;

- Құйынды тоқты мейілінше төмендету арқылы электр шығынын азайту мақсатымен болат құймадан емес, электрлітехникалық болаттан даярланып екі жағынан оқшаулағыш лак жағылған жұқа қаңылтырдан жасайды.

-

-

- 1.2-сурет. Кернеу трансформаторы магнитөткізгіш өзегінің қималарының түрлері

Магнитөткізгіштің стержендері мен жармасының пішіне 1.2-суретте көрсетілгендей болып келеді. Магнитөткізгіштердің стержендері мен орамдарының орналасуына қарай трансформаторлар стерженді және броньды деп бөлінеді. Олар магнитті жүйемен байланыстырылған симметриялы емес және симметриялы және байланыстырмаған топталған болып келеді. Ең көп тарағандары бір жазыққа орналасқан стерженді симметриялы магнит жүйесімен байланыстырылған болып табылады.

Кернеу трансформаторының орамдары. Трансформатордың орамдары кернеулері (ЭҚК) өзара электрлі байланыссыз трансформациялауды өамтамасыз етуге арналған. Олар кем дегенде екеу болады. Олардың бірі электр энергиясының көзіне жалғанады да электр энергиясын магнит энергиясына айналдырады. Екінші орам- магнит энергиясын электр энергиясына айналдырып, берілген ЭҚК бар электр энергиясын көзіне айналады.

Трансформатордың орамдары цилиндрлі жарғы түрінде сымдарының кима ауданы дөңгелек немесе тік болып жасалады. Олардың орам саны әдетте, әр түрлі болып келеді. Орам саны көп орама жоғарғы кернеулік (Ж.К) орам саны аз төменгі кернеулік (Т.К) деп аталады. Жоғары кернеу орамасының орам талшықтарын ал төмен кернеу орамасының орам талшықтарын деп белгілейді. Төменгі кернеу орамасы өзекшеге жақын, ал жоғарғы кернеу орамасы төмен кернеудің орамдарының сыртынан оралады. Орамдарды стержень орама арасындағы төсемінің қалыңдығын азайту үшін әдейі орналастырады. Орамдардың шығу ұштары латын әріптерімен белгіленеді. Жоғары кернеулі орамның басы мен аяғы ретінде А және Х әріптерімен белгіленеді. Төмен кернеулі орамдарының ұшының басы а және аяғы х әріптерімен белгіленеді. Үш фазалы трансформаторлар орамдары кемінде 6. Оларды таңбалау үшін латынның 6 бас және кіші әрібін пайдаланады А-Х; В-У; С-Z және а-х; в-у; с-z. Олар өздеріне сәйкес үш фазалы тоқтың жоғары және төмен кернеуін көрсетеді.

Магнитөткізгішпен орамдардың жақсы сууына және оқшаулануына жағдай жасау трансформатор майы толтырылған арнайы бақтың ыдыстың ішіне орналастырылады. Ондай трансформатор майлы, қалғандары құрғақ деп аталады.

Электр энергиясын трансформациялау кезінде жүктелмеген кернеу трансформаторында болатын электрофизикалық процесстер. Трансформациялау электромагниттік индукция заңдылығына негізделген: Өзгермелі магнит өрісіндегі кез-келген тоқ өткізіп денеде электр қозғаушы күш индукцияланады да, оны электр энергиясының көзіне айналдырады. Төменде, 1.3-суретте көрсетілгендей, бір фазалы трансформатормен кернеуді трансформациялауға мысал келтіреміз. Онда бірінші орамаға оралым саны және оралым саны екінші орамасы бар трансформатордың әр магнитөткізгіштің өзекшесінде болатын физикалық процесс көрсетілген.

Дата добавления: 2015-07-16