ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

 Алматы энергетика және байланыс институты

  

 

Раушан Манаповна Шидерова

Жұсіпбек Құсайнбекұлы Әміров

 

ТҰРАҚТЫ ТОКТЫҢ ЭЛЕКТР МАШИНАЛАРЫ

ЖӘНЕ ТРАНСФОРМАТОРЛАР

 

Оқу құралы

 

 

Алматы 2004 

 

УДК 621.313

Тұрақты токтың электр машиналары

және трансформаторлар:

Оқу құралы /Р.М. Шидерова, Ж.Қ. Әміров;

АЭжБИ. Алматы, 2004.-83 б.

 

Оқу құралының бөлімдерінде тұрақты токтың электр машиналардың

және трансформаторлардың қүрылысы, әрекет принциптері, түрақты және өтпелі жұмыс ережелері, негізгі эксплуатациялық мінездемелері қаралады.

Оқу құралы барлық мамандықтар студенттеріне арналған.

Кесте 2,  Без. 93, Библиогр.-9 атау.

 

ПІКІР БЕРУШІ:  Қазақ Ұлттық техникалық университеттің  ЭЖжА кафедрасының   техн. ғыл. канд., проф. М.А. Нұрлыбаев, техн. ғыл. докт., проф. П.И. Сагитов.

 

Қазақстан Республикасы Білім және Ғылым министрлігінің 2004 жылғы баспа жоспары бойынша басылады.   

 

 

ISBN   9965-708-03-7

 

 

Ó Алматы энергетика және байланыс институты,  2004 ж.

  

Кiрiспе

 

Электр машиналар және трансформаторлар өнеркәсiпте, тасымалдауда, құрылыста және техниканың басқа салаларында кең қолданады.

Олардың артықшылықтары - жоғары пайдалы әрекет коэффициенті, электр энергияны түрлендiру арқылы алыс аралыққа жеткiзу және электр жетегi арқылы механикалық энергияға түрлендiрiп әртүрлi машиналардың, қондырғылардың жұмыстарын қамтамасыз ету.

Электр машиналары әртүрлi қуаттарға, кернеулерге және айналу жиiлiктерге орындалады. Олар жоғары сенiмдiлiкпен және ұзақ өмiрлiкпен, жеңiл басқарумен және жұмыс қызметiнiң ыңғайлылығымен сипатталады.

Оқу құралы екi бөлiмнен құралған: 1) тұрақты токтың электр машиналары және трансформаторлар, 2) айнымалы токтың машиналары.

Электр машиналардың әрбiр түрi үшiн жалпы теорияның жағдайлары, құрылыстарының ерекшелiктерi және сипаттамалары қаралған.

Бұл оқу құралы "Электромеханика", "Электр желiлері және тораптары", "Электр станциялары", "Электр жабдықтау" мамандықтар бойынша оқып жүрген студенттерге арналған.

 

1 Тұрақты токтың электр машиналары

 

Тұрақты токтың машиналары электр қозғалтқыш және электр генератор ретінде қолданылады. Тұрақты токтың машинасы деп, механикалық түзеткіші (коллекторы) бар машинаны айтады. Коллектор тұрақты токты ауыспалы токқа алмастырады, себебі якордің (ротордың) тізбегінде тек ауыспалы ток аққан кезде энергияның үздіксіз электромеханикалық өзгерісі өтіп тұрады.

Тұрақты токтың қозғалтқыштары жақсы реттеледі және олар артық салмақ қабілетті болады. Сол себептен оларды әртүрлі механизмдердің жетегінде: металлургияда (прокат стандар, транспортёрлар), транспортта (электровоздар, трамвайдар, троллейбустар т.б.), жүк көтеру және жер қазу құрылыстарында (крандар, эскаваторлар), теңіз және дария кемелерінде, металлбаптау, қағаз, токыма өнеркәсіптерінде қолданады. Қуаттар кіші қозғалтқыштар автоматиканың көп жүйелерінде қолданады.

Тұрақты токтың генераторлары бұрында тұрақты токтың қозғалтқыштарды, аккумуляторларды және электролиз ванналарды электр энергиясымен қамтамасыз ететін автомобильдегі, самолеттегі, вагондардағы әртүрлі тұтынушыларды электржабдықтау үшін қолданатын.

Эксплуатациядағы ұқыпты күтіп тілейтін, ал сол себептен машинаның мықтылығын кемітетін щеткалы-коллекторлы аппараттың тұрақты токтьң машиналарының ішіне кіру олардың кемшілігіне жатады. Осы себептерден қазіргі уақытта стационар қондырғыларда тұрақты токтың генераторлары жартылай өткізгіш түзеткіштермен ығыстырылып шығарылып жатыр, ал транспортта    жартылай өткізгіш түзеткіштермен бірге істейтін синхронды генераторлар қолдана бастады.

 

1.1  Тұрақты токтың электр машиналарының құрылысы және

жұмыс істеу принциптері

 

1.1.1 Тұрақты токтың электр машиналарының құрылысы

 

Тұрақты токтың машинасының қозғалмайтын білігі статор (индуктор), ал айналатын бөлігі якорь (ротор) деп аталады. Статордың станина 1, негізгі 2 және қосымша 3 полюстерден құрылады. Статина подшипниктердің қалқандарымен магнит өткізгіштің бір бөлігі болды, себебі ол арқылы магнит ағыны тұйықталады. Статина механикалық мықтылығы жеткілікті және магниттік өтімділігі үлкен материалдан (болаттан) жасалады. Станинаның төменгі жағында фундаментке бекітетін табандары бар, ал айналасында негізгі және қосымша полюстерді бекітуге арналған тесіктер бар.

Негізгі полюстер машинаның негізгі қоздыру магниттік өрісті құруға арналған. Негізгі полюс оқтама 4 және қоздыру орамалар 7,8-ден құрылады. Оқтамалар қалыңдығы 1-2 мм жапырақты конструкциялық болаттан жасалынады. Полюстерді станинаға болттар арқылы бекітеді. Полюс орамалары изоляцияланған қабыққа оралған мыс өткізгіштерден орындалады.

Қосымша полюстер 3 қуаттары 1 кВт-тан артық машиналарда ұшқындауды азайту үшін қолданады. Қосымша полюстер оқтамалар және орамаларда құрылады. Орамалары якордің орамасымен тізбекті қосылғандықпен оның өткізгіштерінің көлденең қимасы машинаның толық жұмыс тоғына есептеледі. Қосымша полюстер негізгі полюстердің арасына орналасады да, станинаға болаттар арқылы бекітіледі.

Якорь білік 10, магнит өткізгіш II, орама 12 және коллектор 6-дан құрылады. Якордің оқтамасы қалыңдығы 0,5мм штампталған жұқа табақты электротехникалық болат пластиналардан жиналады. Пластиналар екі жағын изоляциялық лакпен жабады, кептіреді, пакеттерге жинайды да якордің білігіне қондырады. Оқтаманың бетінде якорь орамасы жататын бойлық ойықтар бар. Машинаның салқындатуын жақсарту үшін оқтамада аксиалды және радиалды вентиляциялық арналар жасалады.

Якордің орамасын дөңгелек немесе турабұрышты көлденең қимасы бар мыс өткізгіштен жасайды. Якордің ойықтары, ораманың өткізгіштерімен толтырғаннан кейін текстолит немесе гетинакс сыналарымен жабылады. Якордің орамасының маңдайшаларын орама ұстағышқа бандаж арқылы тіркейді. Коллектор миканит сыналарымен бөлінген мыс пластиналардан құрылады. Коллектор пластиналар жыйнағы болат  корпустан екі миканитті манжетамен изоляцияланады.

Тұрақты токтың машиналарында көрсетілген бөлшектерден басқа щеткалы құрылғы және алдыңғы (коллектор жағынан) және артқы қалқандар бар. Ораманың сыртқы шыққан өткізгіштердің ұшықтары клеммалық қапқа шығарылады. Вентилятор машинаның вентиляциясына қажетті ауа машинаға коллектор жағынан кіреді жылынған бөлшектерден (коллектор, орамалар және оқтамалардан) өтеді де, қарсы жақтағы шарбақ арқылы шығып кетеді.

 

1.1.2 Тұрақты токтың машинасының жұмыс істеу принципі

 

Машинаның негізгі полюстерінде қоздыру орама 2 бар. Бұл орама мен тұрақты ток I_Қ өтіп Ф_Қ қоздыру ағынды тудырады. Коллектор 4 үстінгі қабатымен щеткалар А мен В-ға қосылып тұр, олар коллектормен тайғанақты контакттарды және якор орамасын сыртқы тізбекпен қосуды іске асырады. Егер де жетекті қозғалтқыш арқылы сағат тілі жүрісіне кері якорді айналдырсақ, онда орамасында магниттік ағын Ф_Қ лезді мәні  е=Вlv ЭҚК-ті индукциялайды.

           Генератор жұмыс істеп тұрғанда якорь айналып кеңістекте әртүрлі жағдайда болады, ал сол себептен якордің орамасында ауыспалы ЭҚК қоздырылады. Егер де машинада коллектор болмаса онда сыртқы тізбекте (жүктеме R-де) ток ауыспалы болатын еді, ал коллектор және щеткалар арқылы якордің орамасындағы ток сыртқы тізбекте толықсыған (пульстелген) токқа, яғни бағыты өзгермейтін токқа айналады. Мысалы 1.1.2 суретте ток сыртқы тізбекте А щеткадан В щеткаға бағытталған. Егер де, енді ораманы 180⁰- қа бұрсақ, онда орамдағы токтың бағыты кері қайтады, бірақ щеткалардың қарама-қарсылықтары ал сонымен бірге сыртқы тізбектегі токтың бағыты өзгермейді. Бұның себебі, орамадағы ток бағыты өзгерген кезде щетка астындағы коллекторлық пластинаның жағдайы өзгереді. Сол себептен, А щетканың астында солтүстік магниттік полюстің астындағы өткізгішпен қосылған пластина, ал В щетканың астында оңтүстік магниттік полюстің астындағы өткізгішпен қосылған пластина әрқашан табылады.

Сонымен, щеткалардың қарама-қарсылығы, якорь орамасының орам санын көбейту арқылы азайтуға болады. Мысалы, 16 орам бар кезде токтың тамыр соғуы байқалмайды да, сыртқы тізбектегі токтың бағыты мен мәні тұрақты деп есептеуге болады. Тұрақты токтың машинасы қозғалтқыш ережесінде жұмыс істеуге оның якор тізбегін щетка арқылы тұрақты ток желіге қосу керек. Якорь орамасындағы ток қоздыру магниттік өрісімен өзара әрекет арқасында электромагниттік күш F_ЭМ пайдалы болады, да ол сағат тілінің жүрісіне қарсы айналдыратын электрмагниттік момент М_ЭМ–ді құрады (1.1.3 сурет). Якорь 180⁰-қа бұрылғаннан кейін электромагниттік күштер өздерінің бағыттарың өзгертпейді, себебі ораманың әрбір өткізгіші бір магниттік полюстің зонасынан екінші магниттік зонасына өткен кезде бұл өткізгіштердегі токтардың бағыты ауысады. Сонымен, тұрақты токтың қозғалтқыштарында коллектор және щеткаларға жүктелген міндет – якорь орамасындағы өткізгіштердің токтарының бағытын өзгерту.

 

1.2 Тұрақты токтың машиналарының якор орамалары

 

Негізгі ұғымдар

 

Якорь орамасы – коллекторға қосылған белгілі жағдаймен якордің  оқтамасында орналасқан өткізгіштердің бекітулі жүйесі.

Якорь орамасының элементі ретінде екі коллектор пластиналарында қосылған секция (орам) есептеледі. Секцияның ойықты бөлшегінің арасы полюс бөлігі t–ға тең немесе одан азғана айырмасы бар

t=pD/2p,                                                             (1.2.1)

мұнда D₀ - якор орамасының диаметрі, мм.

Якордің орамасы әдетте екі қабат болып орындалады. Олар мына параметрлармен міндеттеледі: S-секцияның саны; Z-ойықтардың саны; S₀=S/Z-бір ойыққа келетін секцияның саны; n₀=N/Z-бір ойықтағы ойық жақтардың саны. Бір секцияның жоғарғы ойық жағы басқа секцияның төменгі ойық жағы элементарлық ойықты құрады. Нақты ойықтағы элементарлық ойықтардың саны ойыққа келетін секциялардың санына белгіленеді (1.2.1 сурет).

Якорь орамасының схемасынан жайылу жасайды және секцияларды бір орамды қылып көрсетеді. Бұл жағдайда екі ойық жағы бар, әрбір секцияға бiр элементарлық ойық сәйкес. Секцияның аяғын коллекторлық пластинаға қосады: әрбір пластинаға секцияның басын және басқа секцияның аяғын қосады, яғни әрбір секцияға бір коллекторлық пластина келеді. Сонымен, якорь орамасына әділді S=Z_Э=К, мұнда  Z_Э - элементарлық ойықтардың саны; К- коллекторлық пластиналардың саны.

Тұрақты токтың машиналарында келесі якорь орамаларының түрлері қолданады: жай тұзақты, құранды тұзақты, жай толқынды, құранды толқынды және түйдектескен.

 

1.2.1 Якордің жай тұзақты орамасы

 

Жай тұзақты орамада әрбір секция қатар жатқан екі коллекторлық пластиналарға қосылады. Оқтамаға секцияларды төсегенде әрбір келесі секцияның басы алдыңғы секцияның аяғымен қосылады: якорді айналып

 

шыққанда ораманың барлық секциялары төселіп шығады. Ақырында, ақырғы секцияның аяғы бірінші секцияның басымен қосылады, яғни якор орамасы құлыптанады. Ораманың қаламы – якорь үстімен секциялардың ойықты жақтарының аралығы: бірінші жарым-жарты қадам Y₁; екінші жарым-жарты қадам Y₂ және нәтижелі қадам Y (1.2.2 сурет).

Нәтижелі қадамның ойық санымен мәні

Y = Y₁ -Y₂                                                             (1.2.2)

Бір секцияның басымен алғы қосылған екі коллекторлық пластиналардың аралығы коллектор бойынша қадам Y_К деп белгіленеді. Якорь бойынша қадамдарды элементарлық ойық арқылы білдіріледі, ал коллетор бөлшектері (пластиналар) арқылы білдіріледі.

Жай тұзақты орамаларда әрбір секцияның басымен алғы қатарлы жатқан коллекторлық пластиналарға қосылады, сондықтан Y =Y_К=1.

Бірінші жарым -жарты қадамның мәні

Y₁ =Z_Э/2р±e,                                                   (1.2.3)

мұнда e-бірден аз кейбір мөлшер, оны алып не қосу арқылы қадам Y₁-дің           толу саны мәнін табады.

Екінші жарым -жарты қадамның мәні

Y₂= Y₁ -Y = Y₁-1.                                             (1.2.4)

Мысалы

Төртполюсті (2р=4) тұрақты токтың машинасының жай тұзақты якорь орамасының қадамдары есептеу және жайылу схемасын орындау. Секцияның саны S=4.

Бірінші жарым- жарты қадамның мәні: Y₁ =Z_Э/2р±e=12/4=3 ойық.

Екінші жарты-жарым қадамның мәні: Y₂= Y₁ -Y = Y₁-1=3-1=2 ойық.

Ораманың схемасын орындаудың алдында барлық ойықтармен секцияларды белгілеу керек, магнит полюстердін контурларын түсіру және олардың қарама-қарсылықтары көрсетілу керек.

Орама бір біріне параллелді қосылған параллельді тарамдар деп аталатын бірнеше тармақтан құрылады. Әрбір параллель тарам тізбектеп қосылған секцияларды ішіне кіргізеді. Якорь орамасының ЭҚК-і бір параллель тарамдының ЭҚК-інің мәнісiне тең, ал ораманың тоғы барлық тарамдардың қосынды мәнісімен белгіленеді

I_a=2ai_а,                                                       (1.2.5)

мұнда  2a-якорь орамасының параллель тарамдардың саны;

               i_a-  бір параллель тарамның тоғы.

Жай тұзақты ораманың параллель тарамдардың саны машинаның негізгі полюстер санына тең, яғни 2а =2р.

 

1.2.2 Якордің жай толқынды орамасы

 

Жай толқынды ораманы әртүрлі жұп полюстердің астында жатқан тізбектеп қосылған секциялардан тұрады.

Жай толқынды ораманы секцияларының аяқтары бір-бірінен коллектор бойынша бір қадам аралығы Y_К= Y бар коллекторлық пластиналарға қосылады.

Якорді айналып шыққанда машинаның жұп полюстер санына тең секциялар жатқызылады: ең аяққы секцияның аяғы бастапқы тұрған пластинаның қасындағы тұрған пластинаға қосылады.

Коллектор бойынша жай толқынды ораманың қадамы

Y_К =Y=(К-1)/р.                 (1.2.6)

Бірінші жарым- жарты қадамды (1.2.3) арқылы табады, ал екінші жарты-жарым қадамы Y₂= Y =Y₁ - ге тең.

Мысалы

Төртполюсті (2р=4) тұрақты токтың машинасының жай толқынды якор орамасының қадамдарын есептеу және жайылу схемасын орындау. Секцияның саны S=13.

Бірінші жарым- жарты қадамның мәні:  Y₁ =Z_Э/2р±e=13/4+1/4=3 ойық.

Нәтижелі қадамның мәні: Y_К =Y=(К-1)/р=(13-1)/2=6 ойық.

Екінші жарты-жарым қадамның мәні: Y₂= Y -Y₁=6-3=3 ойық. Якорді бірінші рет айналып шыққанда 1 және 7 секцияларды жатқызамыз (1.2.5). Екінші рет айналып шыққанда 13 және 6 секцияларды жатқызамыз т.б. барлық 13 секцияны жатқызғанша және ораманы бекіткенше содан кейін щеткалардың қарама-қарсылығың анықтаймыз. Ораманың электр схемасынан орама екі параллель тарамның құрылатыны көрініп тұр, яғни 2а=2. Жай толқынды орамалардың тарамдар саны полюстер санына тәуелді емес және әрқашан екіге тең.

 

1.2  Тұрақты токтың машинасының электр қозғаушы күші

және электр магнит моменті

 

1.3.1 Электр қозғаушы күші

 Тұрақты токтың машиналарында әдетте полюс астындағы ауа саңылауында магниттік индукция АВСД трапециялық қисық түрде тарайды. Егер де АВСД көлемді тең шамалы турабұрыш АЕҒД-мен алмастырсақ, онда полюс астындағы индукцияның орта мәнісі В_ф-ға тең. Бұл жағдайда электр магниттік индукция заңы бойынша бір өткізгіште индукцияланатын ЭҚК-тің орта мәні тең

е_ОР=В_ОР l_а v,                                                  (1.3.1)

мұнда l_а- якордің жалпы ұзындығы, м;

          v – якордің айналма жылдамдығы, м/с.

Егер де ораманы құрайтын өткізгіштердің саны N-ға тең, ал параллель тарамдар саны 2а боса, онда әрбір тарамда N/2а бірімен бірі тізбектелiп қосылған өткізгіштер болады.

Бір параллель тарамдының, яғни электр машинаның ЭҚК –і тең

Е_а= е_ОР(N/2а)a_i= В_ОР l_а v(N/2а)a_i,              (1.4.2)

      мұнда a_i=в/t-полюстің асыру коэффициенті.

Егер де D_a-якордің диаметрі, ал  n-машинаның айналу жиілігі (ай/мин) болса, онда

v= D_a n/60=2р n t/60=(2р n /60)t.

Енді Е_а=(2р n /60)t В_ОР l_а (N/2а)a_i болады.

Пайдалы ағын Ф=В_ОРt l_аa_i болғандықтан, ақырғы түрде:

                    (1.3.3)

мұнда С_е=2р n /60t- тан осы машинаның тұрақты шамасы.

 

1.3.2 Электр магниттік момент

 

Якорь орамасынан ток аққан кезде әрбір өткізгішке электрмагниттік күш әрекет етеді

F_ЭМ =В_d l_di_a.                                               (1.3.4)

Ауа саңылауында электрмагниттік күш бір уақытта ойықтарда N өткізгіштерге әрекет етеді. Сондықтан, тұрақты токтың машинасының электрмагниттік моменті

М=F_ЭМN(D_a/2)= В_ОР l_а (I_a/2a)(N/2а)a_i.

Пайдалы ағынның мәнін қойғаннан кейін, және D_a =2рt/p-ге екенін еске алсақ, онда ақырғы түрде

,                                        (1.3.5)

мұнда С_М - моменттің тұрақты шамасы.

Машина қозғалтқыш ережеде жұмыс істеген кезде электрмагниттік момент айналғыш, ал генератор ережеде тежеуiш (жетек қозғалтқыш айналдыру моментіне кері).

Егер де  (1.4.5)-ге пайдалы ағынның мәнін (1.4.3)-га қойсақ, онда моменттің тағы бір түрін табамыз

,                                        (1.3.6)

мұнда P_М=E_aI_a- тұрақты токты машинаның электрмагниттік қуаты.

 

1.4 Тұрақты токтың машинасының магниттік өрісі

 

1.4.1 Бос жүріс ережеде тұрақты токтың машинасының магниттік тізбегі

 

Тұрақты токтың машинасының магниттік жүйесі станинадан, полюсті ұштықтары бар негізгі полюстерден, ауа саңылаулардан және якорь оқтамасынан құрылады.

Төртполюсті машинаның магниттік өрісінің тарау 1.4.1 суретте көрсетiлген. Машина бос жүріс ережеде істеп тұр, яғни МҚК ток қоздыру орамамен құрылады, ал якор орамасында ток жоқ.

Негізгі полюстердің ағындары екі бөліктен тұрады: үлкендеу бөлік негізгі магниттік ағын Ф, ал кішілік бөліктен сейілу коэффициент s арқылы есептеледі.

Бос жүріс ережеде жұп полюстерге қоздыру ораманың магниттік кернеулердің қосындысымен белгіленеді

 

 

F_ҚО=2F_d+2F_Z+2F_П+2F_Я+2F_СТ,                                      (1.4.1)

мұнда F_d, F_Z, F_П, F_Я және F_СТ- ауа саңылаудың, якорь тіс қабатының, негізгі полюстің, якорь арқасының және станинаның магниттік кернеулері.

Магниттік тізбектің тармақтары бір бірінен мөлшермен және қандай материалдан жасалғанымен айырылады. Осы себептен магниттік әртүрлі тармақтарының есептеу жолы және формулалары бірдей емес.

Алдымен, машинаның Е_а ЭҚК-і берілген кезде оған сәйкес керекті негізгі магниттік ағын табылады

Ф=60aE_a /pNn.                                        (1.4.2)

Магниттік тізбектің әр тармағының магниттік индукциясы былай табылады

  В_Х=Ф_Х /S_X,                                           (1.4.3)

мұнда В_Х- магниттік тізбектің осы тармақтағы магниттік индукциясы, Т;

            S_X - осы тармақтың көлденең қимасы, м.

Содан кейін магниттеуші немесе кестелер арқылы тармақтардың магниттік өрістерінің кернеуліктері табылады да теңдеу (1.4.1) арқылы магниттік кернеулері анықталады. Ең аяққы қоздыру ораманың ЭҚК-і белгіленеді. Магниттік кернеулердің мәндері әртүрлі тармақтар үшін бірдей емес, себебі осы тармақтардың магниттік кедергілеріне тәуелді.

 

1.4.2 Тұрақты токтың машинасының якорь реакциясы

 

Машина жүктелген кезде оның якорь орамасымен ток ағады да, соның себебімен якордің МҚК-і пайда болады. Машинаның негізгі магниттік өрісіне якордің МҚК-інің әсері якорь реакциясы деп аталады. Егер машинаның магниттік тізбегі қаныққан болса, онда қоздыру ораманың F_Қ МҚК-і және якорь ораманың F_aq МҚК-і ауа саңылауынан магниттік ағындарды өткізуге жұмсалады. Онда көрсетілген МҚК-тердің орнына оларға сәйкес қоздыру ағынды және якорь реакциясының ағынын қарауға болады.

Бос жүріс кезінде қоздыру ағын Ф_Қ машинаның бойлық білігімен бағытталады (1.4.2а сурет).

Машина жүктелген кезде якордің F_aq  МҚК-імен құрылған ағын Ф_aq екі полюсті машинада машинаның білігімен бағытталады (щеткалар геометриялық нейтралда тұрғанда 1.4.2б -сурет).

Якорь реакциясының әрекет арқасында негізгі полюстердің білігіне қарай машинаның магниттік өрісінің симметриялық тарауы бұзылады да нәтижелі өріс негізгі полюстердің бір шетіне қарай ығысады (1.4.2в сурет). Бұл жағдайда физикалық нейтраль 0^/-0^/ (якордің индукциясы нөльге тең нүктелерді қосатын сызық) геометриялық нейтраль 0-0-ге қарағанда кейбір бұрыш b-ға бұрылады. Генераторда физикалық нейтраль якорь айналу жағына бұрылады, ал қозғалтқышта - айналу жағына кері бұрылады. Қоздыру орама шоғырланған болғандықтан оның құрған F_Қ =f(Х) МҚК-тің турабұрышты трапеция болады. Мұнда F_Қ  бір ауа саңылауына келетін МҚК, ал индукция В_Қ =f(Х) қисығының түрі қисық сызықты трапеция (1.4.3 сурет).

F_aqх =f(Х) және онымен құрылатын В_aqх=f(Х) индукцияның қисықтарын салу үшін орамасын шоғырланған деп есептейміз. Онда толық ток заңы бойынша якор МҚК-інің (негізгі полюстің білігінен Х арашылықта контурды бойлай айналып өткендегі) әрекеті тең

2F_aqх =2ХА,                                                      (1.4.5)

ал бір ауа саңылауына келетін МҚК

F_aqх =±ХА,                                                        (1.4.6)

мұнда А=Ni_a/pD_a- якордің сызықты жүктеулігі (якордің шеңберінің 1 см-не келетін ампер саны).

Осы себептен якордің МҚК-нің сызығы F_aq өзгереді: негізгі полюстің ортасында ол нөльге тең, ал щеткалар тұрған жерде оның мәні максимал (1.4.3 сурет). Егер де магниттік жүйе қаныққан болса, онда ауа саңылауындағы магнит индукциясы тең

В_aqх = m₀F_aqх/d_Х= m₀(Х/d_Х)А                                     (1.4.7)

Полюстің астында онда ауа саңылауы d_Х тұрақты болғандықтан В_aq сызықты өзгереді, ал полюстің арасында ауа саңылауы d_Х  кенет өзгереді,  сол себептен индукция В_aq кенет азаяды, яғни индукция тарау қисығының [В_aqх=f(Х)] түрі ер тоқымды болып қалады (1.4.3 сурет) нәтижелі индукцияның В_НӘТ=f(Х) тарау қисығының тарауын қисықтар В_Қ=f(Х) және ординаторлық алгебралық қосу арқылы табамыз. Бұл қисықтық (1.4.3 сурет) индукцияның В мәнісі негізгі полюстердің шеттерінің астына келеді.

 

Қорытынды

 

Якорь реакциясы тұрақты токты машиналардың жұмысына жағымсыз әсер етеді:

а) физикалық нейтраль геометриялық нейтральға қарағанда бұрыш b-ға ығысады;

б) ауа саңылаудағы нәтижелі индукциялық тарау қисығы бұрмалып кетеді және негізгі полюстің бір шетіндегі индукциясы өседі де секцияда кернеуді үлкейтеді.

Егер де магниттік жүйе қанықпаған болса, онда ауа саңылауындағы нәтижелі индукциялық қисығы якорь реакциясының әсерімен бұрмаланады (2.3.3в сурет). Сондықтан, жүктемелі кезіндегі нәтижелі ағын Ф_НӘТ бос жүріс кезіндегі ағын Ф_Б.Ж.-ке тең.

Ал магниттік тізбек қаныққан кезде якорь реакциясы нәтижелі ағынды азайтады. F_aq МҚК –тің ағын Ф_НӘТ-ге әсерін анықтау үшін ауа саңылауындағы нәтижелі В_НӘТ индукциясының нәтижелі F_НӘТ кернеуліктен тәуелділігін қарайық (1.4.4 сурет).

Қоздыру F_Қ МҚК ауа саңылауындағы және бір тіс қабатындағы магниттік кедергінің қарсылығын жеңуге жұмсалады. Полюстің арасында жатқан нүктелерде МҚК В_Қ=В_ОРТ  индукцияны құрады, себебі бұл нүктелерде F_aqх=0. Егер де солтүстік полюстің оң шетіне жақындасақ, онда В_НӘТ индукция В_ӨҢХ индукцияға өседі, себебі мұнда МҚК (F_Қ+ F_aqх) әрекет етеді: полюстің сол шетіне  жақындағанда бұл нүктелерде В_НӘТ индукция В_СОЛХ  индукцияға дейін төмендейді, себебі мұнда МҚК (F_Қ - F_aqх) әрекет етеді. Бірақ та тәуелдік В_НӘТ=f(Х) сызықсыз болғандықтан оң жағындағы индукцияның өсімі сол жағындағы индукцияның азаюынан аз болады да, осы себептен машинаның нәтижелі ағыны азаяды (2.3.3в суреттегі индукция қисығының штрихталған саласын қараңыздар).

Магниттік ағынның азайғаны машинаның жүктелуі кезіндегі бос жүріс кезіндегінге қарағанда ЭҚК-ті азайтады. Бұл жағдай машинаның қасиеттерін төмендетеді: генератордың ЭҚК-тін азайтады, ал қозғалтқыштың айналдыру моментін азайтады.

 

1.4.3 Якорь реакциясының зиянды әсерін жою

 

Компенсациялық орама

 

Якорь реакциясының әсерін ең эффектілі басу - компенсациялық ораманы қолдану. Бұл ораманы полюстің ұштықтардың ойықтарына жатқызады да якорь орамасымен тізбектеп қосады. Компенсациялық ораманың МҚК-і F_Қ якорь орамасының МҚК-і F_а-ға қарсы бағытталған болу керек.  Компенсациялық орама якорь орамасымен тізбекті қосылғаны машинаның жүктемесіне тәуелсіздік туғызады, яғни якорь орамасының МҚК-ін автоматты компенсациялайды. Компенсациялық орамалар жүктемелері кенет шайқалатын орташа және үлкен қуатты (150-500кВт) машиналарда қолданады, мысалы прокат стандардың қозғалтқыштарында. Бұның себебі компенсациялық орама машинаның құрылысын қиындатады және бағасын өсіреді.

Компенсациялық орамалары жоқ кіші қуатты машиналарда якорь реакциясының зиянды әсерін әлсірету үшін негізгі полюстердің астындағы ауа саңылауын да   үлкейтеді. Бірақ та есте сақтау керек - ауа саңылауды үлкейткен кезде, негізгі полюстердің МҚК-терін үлкейту керек, яғни полюс ораманың орам сандарын көбейту керек. Бұл жағдай машинаның габариттерін үлкейтеді.

 

1.5 Тұрақты токтың машиналарындағы коммутация

 

1.5.I  Коммутация теориясының жалпы жағдайлары

 

Коммутация дегеніміз - якорь ораманың секциясы бір параллелді тарамнан екінші параллелді тарамға өткенде осы секциядағы токтың өзгеру процессі. Жалпы мағынада коллекторлық машиналар жұмыс істеп тұрғанда щеткаларының астында пайдалы болған құбылыстар және процесстер коммутацияға жатады. Коммутацияның сапасы машинаның сенімділігін және эксплуатация бағасын белгілейді. Сол себептен тұрақты токтың машиналарына сенімді коммутацияны қамтамасыз ету өте қажетті нәрсе.

Тұрақты токтың машинасы жұмыс істеп тұрған кезде щеткамен коллектор өзі ара тайғанақты контакт құрады. Егер де кейбір себептерден щетка мен коллектордың барлық бетіне тиіп тұрмаса, онда жергілікті токтың тығыздығы  өте қатты өседі, ал бұл жағдай коллектор үстіндегі ұшқындауды  (ұшқын шашырауды)  туғызады.

Ұшқын шашырауды туғызатын себептер механикалық, потенциялдық және коммутацияларға бөлінеді.

Механикалық себептер – щеткалардың коллекторға олқа басу, коллектордың эллипстігі және бетінің тегістіксіздігін, мыс пластиналардың миканит изоляциясының сыртқа шығып тұруы. Бұның барлығы щеткамен коллектор арасындағы электр ұласуды бұзады.

Потенциялдық себептер – көршілес коллекторлық пластиналардың арасында мөлшерден асқан кернеу кезінде болады. Бұл жағдайдағы ұшқын шашырауы ең қауіпті, себебі коллектор бетінде электр доға пайда болуы мүмкін.

Коммутациялық себептерді секция бір параллельді тарамнан екінші параллельді тарамға өткен кезіндегі машинадағы физикалық процестер туғызады. Коллектордегі ұшқын шашырау радио қабылдауға кесір туғызады да, сол себептен оны басу үшін арнайы шараларды қолдану керек. Тұрақты токтың машинасының якорі айналған кезде коллекторлы пластиналар кезек-кезек щеткамен кектеседі.

Коммутация процессінің ұзақтығы – коммутация периоды.

,                                                       (1.5.1)

мұнда К- коллекторлық пластиналардың саны;

           n - якордің айналу жиілігі, ай/мин;

           b_Щ - щетканың кеңдігі;

                    b_К - көршілес коллекторлық пластиналардың орталары арасындағы       аралық.

Коммутацияның басқы кезінде (1.5.1б сурет) щетканың контакты сырты бірінші пластинаға ғана тиіп тұрады, ал коммутация өтетін секция орамның сол параллелді тарауына жатады да ол арқылы ағатын ток i₀-ға тең. Содан  кейін бірінші пластина щеткадан жүгіріп түсе бастайды, ал оның орнына екінші пластина қуалап келеді. Соның әсерінен коммутацияланатын секция щеткамен тұйықталап қалады да оның тоғы азая бастайды. Коммутация процессі кезінде (0< t<T_K) щетканың контакты сырты коллекторлық пластиналардың екеуін де басына тұрады (1.5.1в сурет). Коммутацияның аяғында (t=T_K) щетка толық екінші пластинаға көшіп өтеді, ал бірінші пластина щеткамен контактылығын жоғалтады (1.5.2 сурет). Коммутацияланған секцияның тоғы i_а-ға тең болады, яғни мағынасы коммутациялық басқы кезіндегідей болады, ал бағыты қарама-қарсы, себебі коммутацияланатын секция ораманың оң параллелді тарамына кіреді.

 

1.5.2 Тура сызықты коммутация

 

1.5.2.1 Коммутация теңдеуі

 

Кирхгофтың екінші заңы бойынша коммутацияланатын секцияға теңдеу құрамыз

iR_C+i₁(R_П+ R_Щ1)- i₂(R_П+ R_Щ2)=Sе,                           (1.5.2)

мұнда i -коммутацияланатын секцияның тоғы;

i₁, i₂- қосылу өткізгіш және коллекторлық пластиналар арқылы өтетін токтар;

R_C -секцияның кедергісі;

R_П -қосылу өткізгіштің кедергісі;

R_Щ1, R_Щ21  -щеткамен пластиналардың арасындағы щеткалық контакттың кедергісі;

Sе- коммутациялық секциядағы индукцияланатын ЭҚК-тердің қосындысы.

Кирхгофтың бірінші заңы бойынша а және в тараптар үшін теңдеу құрамыз (1.5.1а -сурет):

i_а+ i - i₁=0;         i_а+ i - i₂=0                                (1.5.3)

Коммутация процессі токтар i, i₁ және i₂ уақыт бойынша өзгеруімен анықталады. Егер де басқа шамалар белгілі болса, онда бұл токтар (1.5.2) және (1.5.3) теңдеулерден табылады.

(1.5.3) теңдеуден (1.5.2) теңдеуге i₁ және i₂ токтарды қоямыз. Сонда болады  i(R_C+2R_П+ R_Щ1 +R_Щ2)- i_а(R_Щ2 -R _Щ1)=Sе,

қайдан

                 (1.5.4)

мұнда   - коммутациялық негізгі тоғы;

- коммутациялық қосымша тоғы.

Sе=0 кездегі жағдайды қарайық. Секцияда тек коммутацияның негізгі тоғы бар. Мөлшерде аз болғандықтан кернеулер R_C =0 және R_П =0 деп санауға болады. Онда Sе=0 кезде

                                         (1.5.5)

Коммутация теориясында R_Щ1  және R_Щ2– щеткамен бірінші жіне екінші пластиналардың контакты көлемдері S₁  және S₂–ге пропорционалды

                                 (1.5.6)

және        .                 (1.5.7)

Енді R_Щ1 және R_Щ2 лердің мағыналарын (1.5.7)-ден  (1.5.5)-ке қойып табамыз

.      (1.5.8)

Ток   i-дің уақыт t–дан тәуелділігі сызықты. Бұндай коммутацияны сызықты идеалды деп айтады  (1.5.2 сурет).

Тура сызықты коммутация кезінде бүкіл щетканың астында токтың тығыздығы өзгермей тұрады. Жүгіріп түсетін пластинамен щетка контакт жоғалтқан кезде бұл пластинадан өретін ток нөлге тең болады (1.5.2 -сурет). Сонымен, тура сызықты коммутация кезінде щетканың астынан токты үзбей шығады. Осы себептер арқылы бұндай коммутацияның түрі ұшқын ұшпай өтеді.

 

1.5.3 Қисық линейлі баяулатылған коммутация

 

Тұрақты токтың машиналарындағы коммутация периоды T_C=0,001-0,0001c -тең болғандықтан секциядағы ток өзгеру орта жылдамдығы (di/dt=2i_a/T_K) өте үлкен болады. Сондықтан, секцияда өте үлкен өзіндік индукция ЭҚК индукцияланады

e_L=-L_C di/dt,                                                         (1.5.9)

мұнда  L_C –секцияның индукциялығы;

i -коммутацияланатын секцияның тоғы.

Әрекет якордің ойығында екіден кем емес әртүрлі секциялардың құрамындағы активтік жақтар жатады (1.5.2 сурет).

Щетканың кеңдігі коллектор бөлігінен үлкен болғандықтан әрбір щетка бір уақытта бірнеше секцияны тұйықтайды. Коммутацияланатын секциялардың ойық бөліктері өзгеріп тұрған магниттік ағыны басқа секцияның ойық бөлігінде өзара индукция ЭҚК индукцияланады.

e_М=-М_C di/dt,                                                         (1.5.10)

мұнда  М_C – бір уақытта коммутацияланатын секциялардың өзара индукциялығы. Екі ЭҚК коммутацияланатын секцияда реактивтік ЭҚК-ті құрады.

е_Р=e_L+e_М=-(L_C+М_C)i/dt,   (5.11)

Бұдан басқа, якорь реакциясының әсерімен коммутация зонасында магниттік индукция В_К (1.5.2 сурет) коммутацияланған секцияда айналу ЭҚК-ті қорытады.

е_К = 2В_К l W_C V,        (1.5.12)

мұнда l –ойықты секцияның ұзындығы;

 W_C- секциядағы орам саны;

 V- секцияның сызықты жылдамдығы.

Коммутацияланған секциядағы жиынтық ЭҚК

е =е_Р+ е_К.                          (1.5.13)

Қосынды кедергілердің өзгеру заңы мына көрініспен белгіленеді

.                   (1.5.14)

R_Қ-ның уақыттан тәуелділігі 1.5.4 суретте көрсетілген. Коммутацияның басында (t=0) және аяғында (t=T_K) R_Қ=0. 1.5.4 суретте R_Қ=f(t). Бұл қосынды кедергілердің өзгеру заңына åе=0 кездегі коммутациялық қосымша тоғының i_KҚ=f(t) қисығы сәйкес болғанын көрсетеді. Коммутациялық нәтижелi тоғының (i= i_KН+i_KҚ) өзгерту графигі 1.5.5 - суретте көрсетілген.

Бұл графиктің қисық сызықты түрі реактивтік ЭҚК секциядағы токтың өзгеруiне қарсы болады, ал сол себептен уақыт бойынша бұл токтың нөлге дейін азаюына (в -нүктесі) тура сызықты коммутацияға қарағанда (а -нүктесі)  кешіктіреді. Бұндай коммутацияны қисық сызықты баяулатылған деп атайды. Коммутацияның басында токтың өзгеруі баялау болады, ал аяғында тездетіледі. Сол себептен щетканың астындағы токтың тығыздығы коммутация процессі кезінде өзгеріп тұрады.

Екінші пластинамен контакты бар қуалай келетін щетканың шетінде токтың тығыздығы бірінші пластинамен контакты бар төмен түсетін щетканың шетіндегі тығыздығынан аздау болады (1.5.6 сурет).

Мысалы, уақыт t=0,5T_K кезде якордің орамасына бірінші және екінші пластина ағатын токтар бірдей емес, яғни  i₂< i₁ машинаның жүктеуi үлкен кезде щетканың төмен түсетін шетіндегі токтың тығыздығы мүмкінсіз үлкен мөлшерге жетіп коллекторда ұшқыш ұшуды тудырады. Сол себептен, баяулатылған коммутация қолайсыз және жағымсыз болады.

 

 

 

 

 

 

 

 

1.5.4 Коммутацияны жақсарту әдістері

 

Тұрақты токтың машиналарындағы коммутацияның қанағатсыздығының себебі – коммутацияның қосымша тоғы

(1.5.15)

 

Кернеулер R_C  және R_П  аз болғанықтан, оларды есептемегенде

.         (1.5.16)

Бұл теңдеуден шығады: ток i_КҚ-ны азайту үшін, ал сонымен қатар коммутацияны да жақсарту үшін, кедергі  åR_Щ-ны үлкейту немесе  åе ЭҚК-ті  азайту керек. Осындай шығатын коммутацияны жақсартудың бірнеше әдістері бар.

Коммутацияланатын секциядағы жиынтық åе ЭҚК-ке реактивтік ЭҚК (е_Р=e_L+e_M) елеулі әсер етеді. Өзара индукция ЭҚК  айтарлықтай щетканың кеңдігінен тәуелді: неғұрлым щетканың кендігі үлкен, соғұрлым бір уақытта тұйықталатын коллектор пластиналарының саны көп болады, сондықтан бір уақытта коммутацияланатын секциялардың саны да көбейеді, бұл өзара индукция ЭҚК-ті жоғарылатады. Сонымен қатар механикалық төзімдікті төмендететін енсіз щеткалардан қажетсіз, бұған қажетті, сыртқы контакты көлемін үлкейту үшін, енсіз щетканың ұзындығын үлкейту  керек, ал бұл коллекторлық ұзындығын үлкейтуге келтіреді.

Реактивтік ЭҚК-ті  төмендету үшін, әлде толығымен жою үшін, коммутация  зонасында (щеткалар біліктері бойы) белгілі поляр және мағынасы бар коммутациялық магниттік өрісті құру керек. Бұндай өріс қосымша полюстер және щеткаларды геометриялық нейтралдан жылжыту арқылы құрылады.

 

а) Қосымша полюстер

Қосымша полюстер коммутация зонасында магниттік индукция В_к-ға сәйкес магниттік өрісті құрады. Бұл өріспен индукцияланатын ЭҚК (1.5.12) реактивтік åе ЭҚК-ке тең және оған қарама-қарсы болуы керек. Бұл жағдайда  åе=0, ал коммутация тура сызықты болып қалады. Қосымша полюстердің  негізгі полюстердің арасында орналасады және щеткаларды геометриялық нейтралда орнатады. Қосымша полюстер сызықты жүктемелі көбейтуге жағдай туғызады және берілген қуат кезінде машинаның ауа саңылауындағы машинаның салмағымен қосымша полюстер бар кезіндегі нәтижелі магниттік өріс габариттерін азайтуға болады.

Қосымша полюстердің МҚК-тері якордің коммутация зонадағы көлденең біліктегі МҚК-ін компенсациялау керек және кейбір артық МҚК-ті индукциясы В_к-ға тең якорь реакциясына қарсы бағытталған коммутациялайтын магниттік өрісті құру керек (1.5.7 сурет). Осыдан шығатын, қосымша полюстердің МҚК-тері тең.

F_Қ=K_Қ F_а,

мұнда K_Қ =F_Қ /F_а- қосымша полюс орамасының МҚК-інің якордің МҚК-інен артықтығы есепке алатын коэффициенті (K_Қ =1,2-1,4).

Машинаның әртүрлі жүктеу кезінде реактивтік ЭҚК-ті компенсация ету үшін қосымша полюстердің орамасын якорь орамасымен тізбекті қосады. Бұл жағдайда машинаның әртүрлі кезінде қосымша полюстің МҚК-і якорь тоғы I_а-ға пропорционал өзгереді, яғни якордің МҚК-іне пропорционал.

Генераторда қосымша полюстің полярлығы айналу бағытына қарай келесі негізгі полюстің полярлығы сияқты, ал қозғалтқышта - алдынғы полюстегідей (1.5.7 сурет).

Қосымша полюстер қанағаттанарлық коммутацияны тек номинал жүктеудің қасында камтамасыз етеді, ал егер де артық жүктелген кезде машинаның қосымша полюстердің магниттік тізбектері қанықтанады. Бұл жағдайда ЭҚК тиеу тоғына пропорционал өзгереді ал сыртқы магниттік өрістің ЭҚК-ті магниттік тізбек қанықтағандықтан кідірлеп қалады (1.5.8 сурет). Осы себептен коммутацияланатын секцияда жиынтық ЭҚК пайда болады, яғни коммутация баяулы болып қалады. Қосымша полюстердің қанықтауына сейілі магниттік ағында себеп болады. Сейілі магниттік ағынды азайту үшін, қосымша полюстің ауа саңылауын екіге бөледі: бірінші- полюстің өзек темірімен якорь арасында (d_Қ1), ал екінші -полюстің өзек темірімен станинаның арасында (d_Қ2). Саңылау d_Қ2 ағын Ф_Қd-ны мағынасын төмендетеді. Саңылау d_Қ2 магнитсіз қосымша полюстің өзек темірімен станина арасындағы магнитсіз күй табақтардан жыйналған пакет арқылы құрылыды.

 

б) Щеткаларды жылжыту арқылы коммутациялайтын өрісті құру

 

Қуаты 1 кВт–қа дейін қосымша полюстердің жоқ тұрақты токтың машиналарда зонадағы коммутациялайтын өріс геометриялық нейтральдан щеткаларды жылжыту құрылады.

Егер де щеткалар геометриялық нейтралга қосылған болса (1.5.9а сурет), онда магниттік индукциясы  В_аq-ға тең якордің көлденеңгі магниттік өрісі коммутация зонада  В_К  индукцияны құрады (1.5.9б сурет). Бұл себептен коммутациялайтын секцияларды реактивтік ЭҚК-пен бағытталған е_К  ЭҚК индукцияланады да коммутация баяулатылған болады. Щеткаларды физикалық нейтралға жылжытқан кезде коммутациялайтын өріс В_К жоқ болады да е_К  ЭҚК  нөлге тең болады. Коммутацияланатын секцияларда бұл жағдайда тек рективтік е_К  ЭҚК қалады. Егер де щеткаларды b бұрышқа жылжытсақ (физикалық нейтралды ар жағына), онда индукциясы  В_К-ға тең коммутациялайтын өріс өзінің бағытын ауыстырады. Бұл өріс коммутациялайтын секцияларда реактивтік ЭҚК-ке тең және қарама-қарсы бағытталған (е_Р -е_К=0) ЭҚК компенсацияланады, ал коммутация тура сызықты болады. Керекті күш әсер болу үшін генераторларға щетканы айналу жаққа жылжыту керек, ал қозғалтқышқа айналуға қарсы жаққа жылжыту керек.

Көрсетілген коммутацияны жақсарту әдісінің келесі кемшіліктері бар:

 а) коммутациялайтын өріс машинаның жүктемесіне пропорционалсыз өзгереді, ал бұл жағдай әрбір тиеу өзгергенде щеткалардың қалыпын өзгертуді талап етеді;

б) щеткалар геометриялық нейтралдан жылжытуы якорь реакциясының магнитсіздендіруін ұлғайтады;

в) реверсивті машиналарда щеткаларды геометриялық нейтралдан қозғауға болмайды, себебі якордің айналу бағыты өзгергенде физикалық нейтралды жылжу бағыты өзгереді.

 

1.6 Тұрақты токтың генераторлары

 

1.6.1 Негізгі түсініктер

 

Тұрақты токтың генераторларының жұмыс істеу процессінде якордің орамасында ЭҚК Е_а индукцияланады. Генераторға тиеу жүктелген кезде якор тізбегінде ток пайда болады, ал генератордың қысқыштарында якор тізбегінің ЭҚК-тер теңдеуімен белгіленетін кернеу

U=E_a-I_a åR_a,                          (1.6.1)

мұнда åR_a= R_a +R_Қ +R_d +R_Щ - якорь тізбегінің барлық бөлімшелерінің  кедергілер жинағы.

Генераторлардың білігінде М₁ айналу моментті құратын жетекші қозғалтқышпен айналуға келтіріледі. Егер де генератор бос жүріс ережеде жұмыс істесе, онда якорді айналдыру үшін шамалы бос жүріс момент М_О керек (қажалу және онда якордің құйын токтардан тұратын тежеуiш моменттерді теңестіруге). Жүктелген генератордың якор орамасында ток I_a қоздыру магниттік өрісімен әрекеттік арқасында электрмагниттік момент М-ды құрады. Генераторда бұл моментіне қарсы бағытталған, яғни бұл тежеуiш момент (1.6.1 сурет). Айналу жиілігі тұрақты кезде (n=const) жетекші қозғалтқыштың моменті қарсылас моменттердің жинағымен теңеседі, яғни

М₁=М_О+М                                                            (1.6.2)

Теңдеу (1.6.2) - генератордың моменттер тендеуі. Теңдеудiң (1.6.2) екі жағын якордің w бұрышты жылдамдыққа көбейтсек қуат тендеуін табамыз

Р₁=Р_О+Р_ЭМ.

Әдеттегідей генераторлар тұрақты айналу жиілікпен жұмыс істегендіктен оның мінездемелері n=const жағдайда қаралынады.

Генератордың келесі негізгі мінездемелері бар:

а) бос жүріс мінездеме -бос жүріс ережедегі генератордың шыға берісіндегі кернеу U₀-дың қоздыру ток I_Қ-дан тәуелділігі: шыға берісіндегі кернеу

U₀=f(I_Қ); I_a =0 және n=const кезінде;

б) жүктемелі мінездеме -жүктеме ережедегі генератордың шыға берісіндегі кернеу U-дың қоздыру ток I_Қ-дан тәуелділігі: шыға берісіндегі кернеу

U=f(I_Қ); I_a >0  және   n=const кезіне де;

с) сыртқы мінездеме - генератордың шыға берісіндегі кернеу U-дың  жүктеме ток I_a -дан тәуелділігі

U=f(I_a); I_Қ =const және n=const кезіне де;

д) реттеуіш мінездеме - генератордың шыға берісіндегі кернеу U тұрақты кезіндегі  қоздыру ток I_Қ  -ның жүктеме ток I_a -дан тәуелділігі

I_Қ =f(I_a); U =const және n=const кезінеде.

Тұрақты токтың генераторларының қасиеттері негізінде қоздыру ораманың қөректену әдістерімен себептеледі. Осыған байланысты генераторлардың келесі түрлерін ажыратады:

а) тәуелсіз қоздырылатын - қоздыру орама тысқары тұрақты токтың көзінен көректенеді;

б) параллелді қоздырылатын - қоздыру орама якорь орамасына және жүктемеге параллельді қосылған;

с) аралас қоздырылатын - екі қоздыру орамасы бар: біреу жүктемеге параллелді, екіншісі- якорь орамасымен тізбекті қосылған.

 

1.6.2 Тәуелсіз қоздырылатын генератор

 

Қоздыру ток I_Қ тек қоздыру ораманың тізбегіндегі R_Р.Р реттеуші реостаттың қалпымен белгіленеді

мұнда U_Қ- қоректену көздің кернеуі;

  R_Қ- қоздыру ораманың кедергісі;

   R_Р.Р -реттеуші реостаттың кедергісі.

Әдетте қоздыру ток үлкен емес (якордің номинал тоғының 1-3%-не тең).

Қоздыру ток үлкен емес орама аккумулятордан, түзеткіштен немесе қоздырушы деп алатын тұрақты токтың генератормен қоректенеді.

 

1.6.2.1 Генератордың бос жүріс мінездемесі

 

Генератордың бос жүріс ережесінде (жүктеме тізбегі ажыратылып тұрғанда) якорь қысқыштарында U₀ кернеуі Е=С_еnФ  ЭҚК-ке тең. Якордің айналу жиілігі тұрақты болғандықтан кернеу тек Ф магниттік ағына тәуелді, яғни бұл ағынды туғызатын қоздыру ток I_Қ-ға тәуелді. Сол себептен U=f(I_Қ) мінездеме Ф=f(I_Қ) магниттік мінездеме сияқты.

Бос жүріс мінездемені эксперименттік түсіруге болады (1.6.2 сурет). Бұл үшін алдымен қоздыру ток арқылы U₀ кернеудің мөлшерін 1,2 U_НОМ-ға тең етіп орнатады, содан кейін қоздыру токты нөльге дейін төмендетеді де қайтадан бұрынғы мөлшеріне жеткізеді. Мінездемелер бір нүктеден шығатын ұлғаймалы қисық сызық 1-болып шығады. Сызықтар арасындағы айырмашылық гистерезис құбылысы болғандықтан пайда болады. Ток  I_Қ =0 болған кезде U_НОМ-дың 2-4% тең қалдық магнетизм индукциялайтын Е_ҚАЛ  ЭҚК якорь орамасында қалады.

Бос жүріс мінездеме машинаның қасиеттері туралы жорамалдауға жағдай туғызады.

 

1.6.2.2 Генератордың жүктемелі мінездемесі

Жүктеме ток якордің тізбегінде кернеу құлауын және якорь реакциясының әсерін туғызады, ал сол себептен жүктемелі мінездеме 1 бос жүріс мінездеме 2-ден төмен жатады (1.6.3 сурет). Осы факторлардың әсерлігін реактивтік үшбұрыш АВС көрнекі көрсетеді. Генератор бос жүріс ережеде жұмыс істегенде I_Қ номинал болған кезінде шыға берістегі кернеу U₀ масштабта кесінді DE-ге тең. Жүктеме қосылғанда (қоздыру ток тұрақты кезде) генератор кернеуінің мөлшері U –ға дейін төмендетеді, яғни кесінді АЕ-ге тең болады. Сонымен DА кесінді I_ҚНОМ кезіндегі генератордың шыға берісіндегі якор тізбегіндегі жүктеме токтың және якорь реакциясының әсерi туғызған кернеу құлауын ∆U=U₀-U_н анықтайды. Якорь тізбегінің кедергісінің  өлшеп және I_a åR_a кернеу құлауын есептеп E_a = U +I_a åR_a ЭҚК-ті белгілеуге болады (ВЕ<DE) себебі – якорь реакциясының магнитсіздендіру әсері. Абсцисс білігінде С нүктеден перпендикуляр түсірсек жүктелген генератордың ЭҚК-іне сәйкес кесіндіні табамыз (бос жүріс ережеде бұл ЭҚК-ті құру үшін I_Қ2 <I_ҚНОМ тең қоздыру ток керек). Сондықтан  қоздыру токтардың айырмасы (I_ҚНОМ - I_Қ2) якорь реакциясының магнитсіздендіру әсерін компенсациялайтын қоздыру токты көрсетеді.

Реактивтік үшбұрыш I_Қ2 қоздыру токтың мәніне салынған. Үшбұрыштың А^/В^/ жағы өзгермей қалады (А^/В^/=АВ). Бұның себебі – жүктеме ток өзгермегендіктен қалады, ал В^/С^/ жағы азайып қалады, себебі - қоздыру токтың мәні кішірейгенде генератордың магниттік тізбегінің қанғандық дережесі кішірейеді де якорь реакциясының магнитсіздендіру әсері азаяды.

 

1.6.2.3 Генератордың сыртқы мінездемесі

 

Генератордың сыртқы мінездемесін түсіру оның айналуын номинал жылдамдыққа жеткізеді, содан кейін номинал кернеу кезінде номинал токпен жүктейді. Жүктеуді бос жүріске дейін төмендетеді.

Қоздыру тізбектің кедергісін және айналу жиілікті тәжірибе кезінде тұрақты ұстайды. Генератордың сыртқы мінездемесі 4-суретте келтірілген. Жүктеме тоғы үлкейген сайын генератордың шыға берісіндегі кернеуі төмендейді: бұл якор реакциясының магнитсіздендіру әрекеті және якорь тізбегіндегі кернеу құлауы. Сыртқы мінездеменің абсцисс білігіне еңісі (сыртқы мінездеменің қаталдығы) генератордың жүктемесін алып тастағандығы номинал кернеу өзгеруімен бағаланады: тәуелсіз қоздырылған генератордың DU_НОМ =5-10%.

 

1.6.2.4 Генератордың реттеу мінездемесі

 

Реттеу мінездеме, генератордың жүктемесі өзгергенде оның шыға берісіндегі кернеу тұрақты (номиналға тең) болу үшін, қоздыру токты қалай өзгертіп тұруды көрсетеді. Генератор жүктеусіз істеп тұрған кезде оның қоздыру орамасында, шыға берісінде номинал кернеу тудыратын, І_Қ.НОМ. токты орнатады. Содан кейін, генератордың жүктеуі үлкейгенге қарай, номинал кернеу өзгермес үшін қоздыру токты үлкейтеді. Осылай мінездеменің ұлғаймалы қисық сызық I табылады. Генератордың жүктемесін бірте-бірте бос жүріске төмендетіп мінездеменің төмен түсетін қисық сызық 2 табылады. Қисық 1 және қисық 2-лердің арасында жатқан қисық 3-генератордың практикалық реттеу мінездемесі.

Тәуелсіз қоздырылған генератордың негізгі кемшілігі-тәуелсізді тұрақты токтың қоректендіру көздің қажеттігі. Ал кернеуді кең көлемді реттеу мүмкіншілігі және сыртқы мінездеменің біршама қаттылығы-оның артықшылықтары.

 

1.6.3 Параллель қоздырылатын генератор

 

Параллель қоздырылатын генератордың қоздыру орамасы реттеу реостат арқылы жүктемеге және якорге параллель қосылады. Демек, машинада өзін-өзі еліктіру принципі қолданады, яғни қоздыру орама тікелей генератордан қоректенеді. Генератордың өзін-өзі еліктіруі белгілі жағдай орындалғанда ғана болуымүмкін.

Бос жүріс ережеде «қоздыру орама-якорь» контурға мынадай теңдеу жазуға болады.

e=і_ҚSR_Қ+L_Қ di_Қ/dt,                                          ( 1.6.3)

мұнда е мен і_Қ – якорь орамасының ЭҚК-тің және қоздыру токтың лезді

мәндері;

SR_Қ=R_Қ+R_P.P – қоздыру тізбектің жиынтық кедергісі;

L_Қ  - қоздыру орамамен якордың жиынтық индуктивтігі.

Генератордан е=¦(і_Қ) вольт-амперлік мінездемесі (түзу сызық 2) 1.6.6б-суретте көрсетілген. Түзу сызық 2 абсцисс білігіне g бұрышпен еңкейген және координат басынан өтеді; сондықтан tg=SR_Қ болып шығады.

Теңдеу 1.6.3-ден табамыз

dі_Қ/dt=(E-i_ҚSR_Қ)/L_Қ.

Демек, егер де (e-i_ҚSR_Қ) болымды болса, онда

di_Қ/dt >0,                                                  ( 1.6.4)

ал қоздыру ток і_Қ үлкейеді. Қоздыру тізбектегі бір қалыпқа түсу ережесі di_Қ/dt =0 кезінде, яғни бос жүріс ереженің мінездемесі I түзу сызық 2-мен нүктесінде қиылысқанда басталады.

Теңсіздік   (1.6.3)-дан генератордың өзін-өзі еліктіру үшін белгілі жағдай орындалғанда ғана болатыны шығып тұр:

а) егер де басқа кезінде якордің орамасында басты ЭҚК Е_ҚАЛ индукцияланса, тек сол жағдайда генераторда өзін-өзі еліктіру процессі басталады. Бұл ЭҚК қалдық магнетизимнің ағынымен құралады. Әдетте бұл ағын машинаның магниттік жүйесіндегі гистерезис болғандықтан бар болады. Егер де қалдық ағын жоқ болса, онда оны сыртқы көздің тоғын қоздыру орамадан жіберу арқылы құрады;

 б) қоздыру орамадан ток і_Қ өткен кезде оның МҚК-і Ғ_Қ қалдық магнетизмнің МКҚ-імен жаққа бағытталған болуы керек. Бұл жағдайда, е-і_ҚSR_Қ айырымның әрекетімен, ток і_Қ, қоздыру магнитті ағын Ф_Қ және ЭҚК өседі.

Егер де көрсетілген МҚК-тер қарама-қарсы болса, онда қоздыру магниттік ағын қалдық магнитизм ағынға қарсы бағытталады да, ал машина магнитсіздендіріледі және өзін-өзі еліктіру процессі сол себептен бастала алмайды;

в) жоғарғы көрсетілгендей, түзу сызық I_ҚSR_Қ=¦(I_Қ) абсцисс білігіне еңкею бұрышы қоздыру ораманың кедергісіне пропорционал. Қоздыру тізбектің кедергісі өскен кезде бұрыш -да өседі, бұл бұрыштың өлшемі қоздыру ораманың кедергісінің ауыспалы мәнісі сындық кедергі R_Қ.С мәніне тең болғанда түзу сызық ОВ бос жүріс мінездеменің түзу сызықты бөлігімен дәл түседi (сызық ОВ). Бұл  жағдайда e=i_ҚR_Қ –ға, ал өзiн-өзi елiктiру процесс болуға сол себептен мүмкiншiлiгі жоқ. Сондықтан генератор өзiн-өзi елiктiру үшiн қоздыру тiзбектiң кедергiсiнiң мәнi R _Қ.С-тен аз болуы керек.        

Генератордың сыртқы мiнездемесi, яғни U=f(I_ж) тәуелдiлiгi (n=Const; R_Ң =Const кезiнде) 1.6.7-суретте келтiрiлген (қисық 1). Ол тәуелсiз қоздырылатын генератордың сыртқы мiнездемесiнен төмен жатады (қисық 2).  Мұны былай түсiндiруге болады: жүктеу өткен кездегi кернеу құлауы және якорь реакциясының магнитсiздендiру әрекетi (үшiншi жағдай бар кернеу U-дан қоздыру ток I_Қ-дың тәуелдiлiгi (I_Қ=U/R_Н). Жоғарғы көрсетiлген екi жағдайдан кернеу U-дың азайғаны қоздыру ток I_Қ-ны да азайтады. Жүктеменiң кедергiсi R_Ж бiрте-бiрте азайғанда жүктеме ток I_ақ мәнiне дейiн өседi, ал содан кейiн жүктеме кедергесi азайғанда азая бастайды. Қысқа тұйықтау кезiнде I_Қ-I_АҚ. Сонымен, параллель қоздырылатын генераторға қысқа тұйықтау ережесі қатерлi емес. Бiрақ та, егер қысқа тұйықталу тұтқиылды болса, онда генератордың  магниттiк тiзбегi магнитсiздендiруге үлгермейдi де ток өте үлкен (8-10) i_НОМ-ға дейiн өсуi мүмкiн (қисық 3). Осы себептен генератордың бiлiгiнде үлкен тежеушi момент пайда болады, ал коллекторлық бетiндегi қатты ұшқын шашырау айналма отқа айналып кетуi мүмкiн. Сол себептен генераторды шамадан артық жүктеу және релей қорғаныш арқылы қорғау керек.

 

 

 

1.6.4 Аралас қоздырылатын генератор

Аралас қоздырылатын генератордың параллель және тiзбектi қоздыру орамалары бар (1.6.8 сурет). Қоздыру ағынды негiзiнде параллель орама  тудырады. Тiзбектi орама параллель орамаға сәйкес қосылады (олардың ЭҚҚ-терi қосылу үшiн); бұл жағдай генератордың сыртқы мiнездемесiн қаттылау қылады.

Егер де тек қоздыру ток I_Қ ететін параллель қоздыру ораманы қоссақ, онда жүктеме ток I_Ж үлкейген сайын кернеу U азаяды ( қисық 1). Егер де тек тiзбектi қоздыру ораманы қоссақ (ол арқылы қоздыру ток I_Қ2 =I_Ж  өтедi ), онда ток I_Ж өскенде кернеу U-да өседі (қисық 2). Тiзбектi ораманың орам сандарын өзгерту арқылы жүктеме тоғы нөлден номиналға дейiн үлкейтсек, онда кернеу U кернеу U₀-ден асып кетедi (қисық 4). Егер де тiзбектi ораманы оның МҚҚ-i параллель ораманың МҚҚ-iне керi бағытталған етiп қоссақ, онда генератордың сыртқы мiнездемесi құламалы өзгередi (қисық 5). Мысалы, мұндай мiнездемелер эскаваторларда қолданады, себебi олардың қысқа тұйықтау токтарын шектеу керек.

Қоздыру орамалары сәйкес қосылған аралас қоздыралатын генераторлар желiсте жүктеме тоғы қатты өзгерiп тұрған кездерде, кернеудi тұрақты түрде ұстап тұру үшiн қолданады.

 

1.7 Тұрақты токтың қозғалтқыштары

 

Тұрақты токтың қозғалтқыштарының жақсы реттеу қасиеттерi бар және олардың айналу жиiлiктерiн реттеуi ауыспалы токтың қозғалтқыштары электр жетектердiң күрделi жүйелерiнде кең қолданады.

 

1.7.1 Қозғалтқыш ережедегi электр машинасының негiзгi теңдеулерi

 

Егер де тұрақты токтың машинасын тұрақты токтың көзiне қоссақ және якорь орамаларында ток пайдалы болады. Якорь тоғымен қоздыру магниттiк өрiстiң өзара әрекеттестігі якорде М электромагниттiк моменттi туғызады; бiрақ бұл момент генератордағыдай тежеуiштi емес айландыру моменті болады.

Электромагниттiк моменттiң әсерiмен якорь айнала бастайды, яғни машина желiстен электр энергияны тұтынып оны механикалық энергияға өзгертедi де қозғалтқыш ережеде жұмыс iстей бастайды. Қозғалтқыштың якорь айналған  кезде магниттiк өрiсiнiң күш сызықтарын кеседi де, якорь орамасында ЭҚҚ  Е_А -ны индукциялайды. Бұл ЭҚҚ-тiң бағыты "оң қол" ереже арқылы табылады, яғни I_а тоғына керi бағытталады, ал сол  себептен оны қарсы ЭҚҚ деп атайды.

Тұрақты айналу жиiлiкпен iстеп тұрған қозғалтқышта

U=E_a+I_aSR_a                                   (1.7.1)

формуладан көрiнiп тұр: қозғалтқышқа қосылған кернеу якорь орамасының ЭҚҚ-iмен және якорь тiзбегiндегi кернеу құлаумен теңестiредi.

(1.7.)-ден якор тоғы тең

                                          I_а=U-E_а/SR_а                                                      (1.7.2)

Теңдеу (1.7.1) -дiң екi жағын якорь тоғына көбейтсек, онда якорь тiзбегiнiң қуат теңдеуiн табамыз:

                                       UI_а=E_аI_а+I_а²SR_а                                                 (1.7.3)

мұнда  UI_а- қозғалтқыштың желiстен алатын қуаты:

             E_аI_а=Мw=Р_Э- қозғалтқыштың желiстен алатын қуаты:

             I_а²S R_а -якорь тiзбегiндегi электр шығынының қуаты.

(1.7.3)-тiң түрлендiруiн былай жазуға болады.

UI_а=  Мw + I_а²SR_а .                                                        (1.7.4)

Бұл теңдеудің талдауы көрсетіп тұр: егер де қозғалтқыштың білігіндегі жүктемені үлкейтсек, яғни электрмагниттік моментті үлкейтсек онда желістен алынатын UI_а қуатқа үлкейтеді. Желістің кернеуі тұрақты болғандықтан жүктеменің үлкейуі якорь орамасындағы I_а токтың үлкейуімен қабаттасады.

 Тұрақты токты машинаны қозғалтқыш ережеде жұмыс iстеген кезде оның ЭҚҚ-i және айналдыру моментi М генераторға жататын формулаларымен анықталады:

Ea=C_eФn;      M=C_МФI_a,                                         (1.7.5)

Бiрақ та моменттiң бағыты керi болады.

(1.7.1) және (1.7.5)-тен айналу жиiлiгi белгiленедi

n=E_a/C_eФ=(U-I_aR_a)/C_еФ.

Тұрақты токтың қозғалтқыштарының қасиеттері негізінде қоздыру орамаларының қоректендіру әдістерінен белгіленеді. Осы себептен қозғалтқыштар параллель, тізбекті және аралас қоздырылатын түрлерге бөлінеді.

 

1.7.2 Параллель қоздырылатын қозғалтқыштар

 

Қоздыру ораманың тізбегіне R_Р, ал якор тізбегіне R_Ж реостаттар қосылған. Қоздыру орама тікелей желіспен қоректенеді, ал сол себептен оның тоғы I_Қ якорь тоғынан I_а-дан тәуелсізболады

 I_Қ=U/(R_Қ+R_Р).

Егер де қоздыру ораманың кедергісі өзгермесе, онда қоздыру ток I_Қ тұрақты болады. Якорь реакциясының магнитсіздендіру әрекетін есепке алмасақ, онда қозғалтқыштың Ф магниттік ағыны жүктемеден тәуелсіз деуге болады. Бұл жағдайда қозғалтқыштың моменттік мінездемесі M=f(I_a) түзу сызықты  координат басынан өтеді (1.7.2 б сурет)

M=C_М Ф I_а=К₁ I_а,

мұнда С_МФ= К₁=Const.

Козғалтқыштың жылдамдық мінездемесі де n=f(I_а) тұзу сызықты:

мұнда  n₀=U/C_eФ – бос жүріс кезіндегі айналма жиілік;

Dn=I_aR_a /C_eФ -жүктеме токтың өсіуіне байланысты айналма жиіліктің азаюы.

 

1.7.3 Тiзбектi қоздырылатын қозғалтқыштар

 

Тiзбектi қоздырылатын қозғалтқыштың қоздыру ток I_Қ якорь тоғы Iа-ға тең. Сол себептен магниттiк ағын Ф якорь тоғына тәуелдi, яғни Ф=К_фI_a. Моменттiк мiнездеменiң түрi-гипербола (1.7.3 сурет)

n=(U-I_аSR_a)/C_eФ=U/C_eK_ФI_а-SR_A/C_eK_Ф=К₃U/I_a-K₄ ,

мұнда 1/С_еК_Ф=К₃=Const; SR_a/C_eK_Ф=К₄=Const.

 

1.7.4 Аралас қоздырылатын қозғалтқыштар

 

Бұл қозғалтқыштың айналма жиiлiгi тең:

,

мұнда Ф₁ және Ф₂ параллель және тiзбектi орамалар туғызатын магниттiк ағындар.

 

"Плюс" таңба қоздыру орамалардың ұйғару қосылғандарына сәйкес (орамалардың МҚҚ-терi). Бұл жағдайда жүктеме өскенде ортақ магниттiк ағын өседi, ал соған қарай қозғалтқыштың айналма жиiлiгi азаяды. Қоздыру орамалар "керi" қосылса ортақ магниттiк ағын азаяды да, айналма жиiлiк өседi.

Қоздыру орамалардың МҚҚ-терiн өзгерту арқылы (олардың тiзбектерiнде реостаттардың кедергiлерiн өзгерту арқылы) қажеттi мiнездеменi құруға болады.

 

1.7.5 Қозғалтқыштардың механикалық және жұмысшы мiнездемелерi

 

           Момент айналма жиiлiктiң арасындағы байланысты көрсететiн механикалық мiнездемелер M=f(n)-қозғалтқыштардың негiзгi мiнездемелерi.

Параллель қоздырылатын қозғалтқыштың моментi М=К₁I_а, сол себептен жылдамдық мiнездеменi механикалық мiнездемеге өзгертуге болады:

n=(U-I_aR_a)/C_eФ=(U-MR_a/К₁)/C_eФ=n₀-MR_a/К₁C_eФ,

яғни механикалық мiнездеме жылдамдық мiнездемеден абсцисс бiлiктегi масштабты өзгерту арқылы табылады (1.7.5 сурет).

Тiзбектi қоздырылатын қозғалтқышқа (1.7.10)-нан шығады, I_A=, сондықтан

n=.

(1.7.14) формула бойынша құрылған механикалық мiнездеме 1.7.5- суретте көрсетiлген қисық 2.

1.7.5 суреттегi көрсетiлген механикалық мiнездемелердi салыстырғанда көрiнiп тұр: параллель қоздырылатын қозғалтқыштың бiлiгiндегi момент М1-пен М2-ге дейiн өзгергенде қозғалтқыштың жылдамдығы шамалы ғана өзгередi (n₁-ден n₂-ге дейiн). Мұндай мiнездеменi қатаң деп атайды. Якорь тiзбегiндегi реостаттың кедергiсiн өзгерту арқылы қозғалтқыштың бiрнеше механикалық мiнездемелерiн табуға болады.

Параллель қоздырылатын қозғалтқыштың қоздыру ораманың тiзбегiне қорғағыш қойылмайды, себебi бұл тiзбек ажыратылып кеткенде, яғни қоздыру ток жоқ болып кеткенде, қозғалтқыштың айналма жиiлiгi кенет өсiп кетедi, ал бұл жағдай якордiң тоғын үлкейтiп коллектордың шеңберлiк отын тудырады.

Тiзбектi қозғалтқышты жүктемесiз орнынан жiберуге болмайды, өйткенi бұл жағдайда айналма жиiлiк кенет өсiп кетедi.

 

 

 

 

 

Қозғалтқыштардың жұмысы мiнездемелерi дегенiмiз U=Const және I_Қ=Const кезiндегi қозғалтқыштың бiлiгiндегi Р₂ қуаттан тұтыну қуат Р₁ ток I_а айналма жиiлiк п, момент М және ПӘК тәуелдiлiктерi (13.6-сурет) Мiнездемелер     n=ƒ(P₂)   және   M=ƒ(P₂) түзу сызықты болады, ал     P₁=ƒ(P₂),       I_a=ƒ(P₂) және  =ƒ(P₂) барлық электр  машиналарға жататын сәйкес мiнездемелер.

 

1.7.6 Қозғалтқышты орнынан қозғау

 

Қозғалтқышты орнынан қозғағанда:

а) қозғалтқышты жiберу моментi жеткiлiктi болуы керек;

б) жiберу ток шектi болуы керек.

 

Жiберу әдiстерi

Тұрақты токтың қозғалтқыштарын орнынан жiберудiң үш әдiсi бар:

а) тура жiберу: бұл жағдайда якорь орамасы тiкелей желiске қосылады;

б) реостат арқылы жiберу: бұл жағдайда жiберу токты кемiту үшiн якорь тiзбегiне реостатты қосады;

в) кернеудi ырғақты өзгерту арқылы қоректендiру.

 

1.7.6.1 Тура жіберу

Якорь тоғы I_a айналма жиілігіне тәуелді

I_a=_.

Сол себеппен қозғалтқышты орнынан тура жiберген кезде (п=0) керi ЭҚК Е_а нөлге тең, ал якорь тiзбегiнiң кедергiсiнен жiберу ток өте үлкен болады.

    I_аж=U/∑R_a.

Бұл жағдай айналдыру моменттi үлкейтедi де машинаның бiлiгiне сыну қауіпін туғызады. Сондықтан тура жiберу әдiсi тек аз қуатты (бiрнеше жүз ватт) қозғалтқыштарға қолданады. Тура жiберген кезде жiберу токтың мәнi I_аж=(4-6)I_НОМ-ға жетедi.

 

1.7.6.2  Якорь тiзбегiне реостат қосу арқылы жiберу

 

Бұл әдiс қозғалтқышты орнынан жiберу кезінде кең қолданады. Жiберу басты кезiнде n=0, ал ток  I_аж=U/(R_а+R_ҚОС). Жiберу реостаттың максимал кедергiсiнiң мәнiн жiберу ток  I_аж=(1,4-2,0)I_НОМ-дан  аспайтын қылып таңдайды. Қозғалтқышты орнынан жiберген кезде рычаг бiрiншi аралық контакт I-де тұрады да якор тiзбегi R_Ж.Р=R₁+R₂+R₃+R₄ кедергi арқылы желiске қосылады. Қоздыру орамада  рычаг және шипа Ш арқылы желiске жалғасады.

Якорь тiзбегiнде ток пайда болғанда жiберу момент мәнi максимал М_Ж.МАКС  болады да, оның әсерi мен якорь айнала басталады. Жiберу басты период кезiнде жiберу кедергi максимал мәнiне сәйкес 5 реостаттан мiнездеме бойынша өтедi. (1.7.8а-сурет) 

Қоздыру ораманың тізбегіндегі реостат R_P –дін кедергісі бұл кезде нөлге тең, ал бұл жағдай ток І_Қ –ны және магниттік ағын Ф-ты максимал қылады. Жылдамдық өскен сайын қазғалтқыштың моменті төмендейді: мұның себебі айналма жиілік өскенде кері ЭКҚ ( Е_а=С_еФh ) үлкейеді, ал бұл жағдай якорь тоғын азайтады (I_a=). Момент М_Ж минимумға жеткенде жіберу реостаттын бірінші саты (R₁) тізбектен шығарылады да, момент қайтады М_Ж максимумға жетеді. Қозғатқыш 4 реостаттық мінездеме бойынша жұмыс істейді. Осылай жіберу реостаттын кедергісін жайдай төмендету арқылы 3 және 2 реостаттын мінездемелердің үзінділері арқылы қозғалтқыштың орынды мінездемесі І-ге дейін екпінділеді. Реостаттын жеке сатылары тізбектен шығарылған кезде якор тоғы І_а макс.мәніне жетеді (1.7.8 сурет). Якорь тоғынын өзгеруіне сәйкес электроманиттік момент М-де өзгеріп тұрады. 1.7.8б-суретте штрихталған сала динамикалық  М_ДИН =М-М_Ж  моменттің мәніне сәйкес тұрақты айналма жиілікке дейін екпіндейді.

 

1.7.6.3 Көріктендіру кернеуді азайту арқылы жіберу

 

Үлкен қуатты қозғалтқышты реостат арқылы орнынан жіберу мақсатсыз себебі электр шығындар үлкейеді. Сол себептен үлкен қуатты қозғалтқыштарды кернеуді азайту арқылы орнына жібереді, яғни жіберу токты азайту арқылы. Бұл үшін кернеуі ретелетін бөлек тұрақты токтың көзі қажетті (генератор әлде басқарылмалы түзеткіш). Мұндай көз қозғалыштың айналу жиілігін реттеу кезінде де қолданады.

1.7.7 Қозғалтқыштың айналма жиілігін реттеу

 

Айналма жиілікті реттеу әдістері

Тұрақты токтың қозғалтқышынын айналма жиілігі тең:

n=

(1.7.16)-дан шығатын қорытынды - айналма жиілікті үш әдіспен реттеуге болады:

а) қоректендіру кернеу U-ды өзгерту арқылы;

б) якорь тізбегіне қосымша реостат R_ҚОС енгізу арқылы;

в) магниттік ағын Ф-ты өзгерту арқылы.

 

1.7.7.1. Қорнектендіру кернеуді өзгерту

Көректендіру кернеу U₁-ден U₂-ге дейін өзгергенде айналма жиіліктер мына формулалар арқылы белгіленеді:

Параллель қоздырылатын қозғалқыштың бос жүрiс кезiндегi айналма жиiлiктерi кернеулердiң өзгеруiне пропорционал, яғни  n₀₂/n₀₁=U₁/U₂, ал жүктеменiң әсерiмен айналма жиiлiктердiң азаюлары ( M_H=Const ) тұрақты, яғни  n₁=n₂=Const. Сол себептен қолғалтқыштың жылдамдық мiнездемелерi 1,2,3 параллель сызықтардан тұқымдастығы болып көрiнедi  (1.7.9,a-сурет).

 

1.7.7.2  Якорь тiзбегiне қосымша реостатты еңгiзу

 

Якорь тiзбегiне реостатты енгiзген кезде жүктеме өскенде айналма жиiлiк төмендейдi              

Паралелль қоздырылатын қозғалқыштың жылдамдық және механикалық мiнездемелерi 1.7.10 суретте көрсетiлген: I-орынды ( R_ҚОС =0 ); 2-реостатты (R_ҚOC>0 ). Бос жүрiскезiнде екi мiнездемелердiң айналма жиiлiктерi тең болады (n=n₀), ал жүктелген кезде әртүрлi болады. (n_OPn_PEOC ). Якорь токтары тең кезде n_OP/n_PEOC.=/()

Неғұрлым қосымша кедергi үлкейген сайын соғұрлым жүктеме өскен сайын айналма жиiлiк құламалы болады. Бұл реттеу әдiстiң негiзгi кемшiлiгi-реостаттағыш электр шығындарын өсiуi (әсiресе айналма жиiлiк төмен болғанда).

 

1.7.7.3 Магниттiк ағынды өзгерту

 

Магниттiк ағынды өзгерту үшiн қозғалтқыштың тоғын реттеу керек. Әртүрлi Ф1 және Ф2 магниттiк ағындар кезiнде айналма жиiлiктер мына формулалармен белгiленедi

           Параллель қоздырылатын қозғалтқышта бос жүрiс кездегi айналма жиiлiкте және айналма жиiлiктердiң магниттiк өрiстердiң мәндерiне керi пропорционал:

n₀₂/n₀₁=n₁/n₂=Ф₁/Ф₂.

 

 

 

 

Сонымен қозғалғыштың 1 және 2 жылдамдық мiнездемелерi әртүрлi Ф1 және Ф2 магниттiк ағындар кезiнде бiр- бiрiне параллель емес ( 1.7.11 a-сурет). Бұл мiнездемелер айналма жиiлiгі нөльге тең болғанда А нүктеден қиылысады, себебi бұл жағдайда якор тоғы I_аҚ  магниттiк ағыннан тәуелдi емес:

I_аҚ=U/åR_a,

мұнда  n=0 кезiнде I_аҚ токты қысқа тұйықтау тоғы деп атайды.

 

Әртүрлi магниттiк ағындарға сәйкес қысқа тұйықтау кезіндегi моменттерiн салыстыра табамыз

М_Қ1/М_Қ2=CмI_aҚФ₁/СмI_aҚФ₂=Ф₁/Ф₂.

Сонымен магниттiк ағын азайғанда бос жүрiс кезіндегi айналма жиiлiгi өседi, ал қысқа тұйықтау кездегi момент азаяды. Сондықтан, әртүрлi магниттiк ағындарға салынған механикалық мiнездемелер моментiнің мәнi М_кр-ге тең кезде қилысады (1.7.11б-сурет).

Сол сияқты, тізбекті қоздырылатын қозғалтқыштың да механикалық мінездемесі орнатылады (1.7.12а-сурет).

Тізбекті қоздырылатын қозғалтқыштардың магниттік ағының өзгерту R_Р.Қ  реттеу реостат арқылы жүзеге асырылады (1.7.12б-сурет).

 

1.7.8 Қозғалтқыштардың тежелу ережелеріндегi жұмыстары

Электр тежелулердiң түрлерi

Электр қозғалтқыштар механизмдерi жылжытумен бірге оларды тежелуге де қолданады. Электр тежелу механикалық тежеуiштердi қолданбай механизмдi токтатуға әлде онын айналма жиiлiгiн азайтуға мүмкiншiлiк бередi.

Электр тежелуiн үш түрге ажыратады: 1) рекуперативтiк тежелу желiске электр энергияны қайтарып тежелу; 2) динамикалық әлде реостаттық тежелу-