Коммерциялық емес акционерлік қоғам 

АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ 

Өнеркәсіп қондырғыларының  электржетегі және автоматтандырылуы кафедрасы

 

 

               АВТОМАТТЫ ЖҮЙЕЛЕРДІҢ ЭЛЕКТР МАШИНАЛАРЫ 

5В071800 – Электр энергетикасы мамандығының

барлық оқу түрлерінің студенттеріне арналған дәрістер жинағы

 

 

 

 

 Алматы 2010

ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР: Цыба Ю.А. Алмуратова Н.К. Автоматты жүйелердің электр машиналары.  5В071800 - Электр энергетика мамандықтарының барлық оқу түрлерінің студенттеріне арналған дәрістер жинағы– Алматы: АЭжБУ, 2010.- 52 б. 

«Автоматты жүйелердің электр машиналары» курсы бойынша жасалған дәрістер жинағы оқу бағдарламаға сәйкес өңделген. Дәрістер жинағы Электр энергетика мамандықтарына арналған, жұмыстың теориялық сұрақтары және электр машина қондырғысының автоматты жүйелеріндегі кеңінен қолданылатын сапалы элементтер қарастырылған. 

Дәрістер жинағы электр энерегтикасы мамандықтарының барлық оқу түрлеріне арналған.

 

Мазмұны

Кіріспе	4
1 Дәріс. Электр машинасын классификациялау және тағайындау	5
2 Дәріс. Электр машинасының конструкциялық орындалуы	8
3 Дәріс. Тұрақты ток электр машинасы	11
4 Дәріс. Тұрақты ток машинасының түрлері және негізгі сипаттамалары	15
5 Дәріс. Айнымалы ток электр машинасы, үш фазалы асинхронды қозғалтқыш	19
6 Дәріс. Бір фазалы асинхронды қозғалтқыш	23
7 Дәріс. Үш фазалы синхронды машина	28
8 Дәріс. Бір фазалы синхронды машина және әмбебап коллектролы қозғалтқыш	33
9 Дәріс Қадамдық және индукциялық электр қозғалтқыштары	35
10 Дәріс. Электр машиналық датчиктер (тахогенераторлар)	38
11 Дәріс. Айналмалы трансформаторлар	41
12 Дәріс. Синхронды байланыстағы индукциалық машиналар (сельсиндер)	43
13 Дәріс. Электр қозғалтқыштардың механикалық сипаттамасы және олардың негізгі параметрлері	49
Қолданылған әдебиеттер тізімі	52

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе

 

Электр машиналары тек электр энегриясын ғана өндіріп қоймай ол жоғарғы экономикалық түрлендіргішті механикалық жолмен іске асырады және де автоматты басқару  мен реттеу жүйесінде үлкен рөл атқарады.

Әсіресе қуаты аз машиналарда кеңінен қолданылады, олар микромашиналар деп аталады, яғни ол автоматты жүйеде ең қауіпті функцияларды орындайды, тез әсер ететін жетекті қамсыздандырып, бірнеше өстердің айналуын сәйкестендіреді, аз қуатта сигналды күшейтіп, электр сигналдарындағы бұрыштық ауыспалықты түрлендіреді және басқа да электр механикалық түрлендіргіштерді іске асырады.

Көрсетілген жүйенің эксплуатациясын жасауда, проектілеумен айналысатын мамандар, жұмыстың негізгі және электрлік микромашинаның негізгі типтерінің сипаттамасын, әсер ету принципін, оның құрылысын жақсы білулері керек, себебі керекті машинаның түрін дұрыс таңдап алып оған сәйкес келетін эксплуатациялық режімді орнатулары қажет.

Бұл дәрістер жинағында жұмыстың теориялық сұрақтары және электр машина қондырғысының автоматты жүйелеріндегі кеңінен қолданылатын сапалы элементтер қарастырылған. 

 

Дјріс №1. Электр машинасын классификациялау және тағайындау

 

Дәрістің мазмұны:

- Электр машинасын тағайындау және оны қолдану аймағы.

- Электр машинасының классификациясы.

 

Дәрістің мақсаты:

- Электр машинасын тағайындау және оны қолдану аймағын іске асыру. 

- Электр машинасының классификациясының негізгі принциптерін меңгеру.

 

Электрмагниттік индукция құбылысында және электр энергиясын механикалық энегрияға түрлендіретін, немесе керісінше жағдайға арналған машина түрі электрлі деп аталады [3,4,5,6].

Электр машиналары мынандай түрлерге бөлінеді:

-электр генераторлары, механикалық энергияны электр энегрияға түрлендіреді. Генераторлар электрлік тораптарда орнатылады, яғни айналыс булық және гидравликалық трубинаның көмегі болатын жерде. Сонымен қатар олар, әртүрлі транспорттық қондырғаларда кеңінен қолданылады, мысалға автомобильдерде, ұшақтарда, тепловоздарда, кемелерде, қозғалмалы электр тораптарында және т.б., яғни айналыс ең бастысы қозғалтқыштың ішкі жануында және газдық трубинаның көмегімен болатын жерде. Байланыс қондырғыларында, автоматикалық қондырғыларды, өлшеуіш техникасында және т.б. жерлерде генератор жарық көзі ретінде қолданылады;

- электр қозғалтқыштары, электр энергиясын механикалық энергияға түрлендіреді. Электр қозғалтқыш әртүрлі машиналардың айналуында кездеседі, яғни механизмдер және қондырғылар, ауыл шаруашылықта, байланыстарда, транспорттарда, әскери жұмыстарда және өндіріс орындарында қолданылады. Қазіргі кезде автоматты басқару жүйесінде реттемелік және бағдарламалық органдарда орнықты қолданылады;

-электр машиналық түрлендіргіштер, айнымалы токты тұрақты токка немесе керісінше түрлендіреді, айнымалы және тұрақты ток кернеулерін, сонымен қатар жиілікті, фазалар санын т.б. өлшейді. Электр энергиясын таратуда және беру жүйелерінде, авиацияда, өндірістерде, транспорттарда және әскери жұмыстарда кеңінен қолданылады;

-сигналды электр механикалық түрлендіргіштер,  түрлендіруші және күшейтуші әртүрлі сигналдар. Бұл түрлендіргіштер, электрлі микромашинаның түрлерінде кездеседі, автоматты реттеу жүйелерінде, сонымен қоса өлшеуіш және әртүрлі сапалы датчиктердің есептеп шығарушы қондырғыларында, функционалды түрлендіретін аспаптарда, дифференциялдаушы және интегралдаушы элементтерде, салыстырмалы және реттеуші органдарда т.б. жерлерде кеңінен қолданылады.

Электрлік микромашиналардың орындалу функцияларының сипаттамаларына байланысты мынандай негізгі топтарға бөлуінеді.

- орындаушы қозғалтқыштар, валдың механикалық айналмасында электрлік сигналды түрлендіреді, яғни белгілі бір команданы қайта жасау.

- тахогенераторлар, механикалық айналымды электрлік сигналға түрлендіреді, кернеудің айналу жылдамдығына пропорционал.

 - айналмалы трансформаторлар, шығысына кернеу беретін ротордың бұрыштық айналу функциясына пропорционал, мысалға бұрыштың косинус, синусына немесе бұрыштың өзіне

- синхронды бйланыстағы машиналар, синхронды және синфазалы бұрылысты немесе өстерде байланысы жоқ екі механикалық айналымдарды іске асырады.

- жалпы қозғалыстағы микроқозғалтқыштар, әртүрлі жетектегі аз қуатты механизмдерде өздігінен жазатын аспаптарға, желдеткіштерге, әуен орталықтарында, насостарға және т.б қызмет жасайды.

Электр машиналары айналғыштық қасиетке ие болады. Айналмалы электр машиналары  генератор түрінде сол сияқты қозғалтқыш режимінде де жұмыс жасайды және бір режімнен екінші режімге ауысады, энергия бағытын өзгертеді.  Әдетте, электромашина жасау заводтарында машиналар тек бір түрлі режімде жұмыс жасауға арналған, мысалға генератормен немесе қозғалтқышпен. Мұндай жағдайда электр машинаға керекті шартты таңдап аламыз, материалды рационалды пайдалануға қол жеткіземіз, салмағын азайтып ПӘК жоғарылатамыз. Кездейсоқ реттілікте электр машинасының қозғалтқыштық және генератор режімінде жұмысын қайта қарастырамыз. Мұндай шарттар негізінде,  электр жетегінде яғни генератор режімін тежеу мақсатында қолданған кезде орын алады.

Электр машиналары өндірістің көптеген саласында кеңінен қолданылады. Олар энергияны түрлендіреді, сонымен қатар әртүрлі электірлік және басқа да сигналдарды іске асырады. Оның жетістіктері жоғарғы ПӘК болып табылады, 95-99 % қуатты электр машинасының жетістігінде, аз салмақ және үлкен өлшеммен салыстырғанда, сонымен қоса материалдарды жақсы пайдалануда.

Электр машиналары әртүрлі қуаттарда орындалады (аз ваттан жүздеген мегаватқа дейін) және айналу жылдамдықтарында,  токтың әртүрінде, сондай-ақ әртүрлі кернеу мен жиілік өлшемдерінде. Олар жоғары сенімділікте сипатталады, қарапайым басқару мен қызмет етуде, энергияны өндіру мен шығару жағдайында, сондай-ақ үлкен сериялық өндірісте және азғантай бағада.

Токтың түріне байланысты электр машинасы тұрақты және айнымалы болып бөлінеді.

Айнымалы ток машинасы тәуелділігі өзінің  электрмагниттік жүйесінде асинхронды, синхронды және коллектролы болып бөлінеді. Оған трансформаторда қатысты - статикалық электрмагнитті аппараттар, энергияның түрлендіру процесі кезінде көптеген жағдайға   айналмалы электр машинасы керек.

Траснформаторлар кернеуді түрлендіру кезінде  жүйедегі электр энергиясын шығару мен бөлшектеуде және түзеткіш қондырғыларда, есептеуіш техникада, функционалды түрлендіргішті (айналмалы трансформаторлар) өлшеуде және т.б.  кеңінен қолданылады.

Асинхронды машиналар басты мақсатта үш фазалы электр қозғалтқышында пайдаланылады. Қондырғының қарапайымдылығы мен жоғарғы сенімділігіне байланысты, техниканың әртүрлі саласында   қолданылады. Бір және екі фазалы асинхронды қозғалтқыштар автоматты реттеу жүйесінде кеңінен қолданылады, асинхронды тахогенераторлар, сондай-ақ сельсиндер, синхронды бұрылысты немесе механикалық өстегі бір-бірімен байланысы жоқ бірнеше айналымдарды іске асырады.

Синхронды машиналар айнымалы ток генераторы мен электр қозғалтқышында пайдаланылады. Автоматика қондырғысында қуаты аз әртүрлі синхронды машиналар кеңінен қолданылады (реактивті, тұрақты магнитімен, гистерезистік, қадамдық индукторлы және т.б.).

Айнымалы ток коллекторлы машинасы салыстырмалы түрде аз қолданысқа түседі, ең бастысы қозғалтқыш ретінде. Олар күрделі конструкцияға ие және ұқыпты түрде күтуді қажет етеді. Автоматика қондырғысында, сонымен қатар электртұрмыстық аспатарда, тұрақты және айнымалы токта жұмыс істейтін әмбебап коллекторлы қозғалтқыштарда қолданылады.

Тұрақты ток машинасы генераторда, қозғалтқыштарда, электр машиналық күшейткіштерде, электр сигналының айналу жылдамдығын түрлендіруде (тахогенераторлар), кернеуді түрлендіруде қолданылады. Соңғы жылдардағы дамуға байланысты басқарушы жартылайөткізгіштік түрлендіргіштерде, тұрақты ток қозғалтқышының электржетегінде кеңінен пайдаланылады.

Айналмалы электр машиналық түрлендіргіш, бір немесе екі бөлек  электр машина түрінде орындалады (қозғалтқыш және генератор), бір бірімен механикалық байланысы бар, электр жетегінің жүйесінде қондырғыны қоректендіруге байланысты және әртүрлі раиотехникалық қондырғыларда және т.б. кеңінен пайдаланылады. Соңғы жалдарда олар статикалық жартылайөткізгіштердің түрленін ығыстырып, яғни айналмалы машина түріндегі меншікке ие болады.

Қуатына байланысты электр машиналары мынандай түрге бөлінеді:

- микромашиналар,   қуаты аз ваттан »500 вт ие. Бұл машиналар тұрақты және айнымалы токта жоғарғы және қалыпты жиілікте (400 ÷ 500) жұмыс жасайды;

- қуаты аз машиналар -0,5 тен 10 кВт -қа дейін. Бұлар тұрақты және айнымалы токта жоғарғы және қалыпты жиілікте жұмыс жасайды;

- орта қуатты машиналар – 10-нан бірнеше жүздеген киловаттқа дейін;

- үлкен қуатты машиналар – жүздеген киловаттан жоғары.

Жоғарғы және орта қуатты машиналар қалыпты жиіліктегі айнымалы және тұрақты токпен жұмыс істеуге арналған. Тек бірнеше арнайы жағдайларда (авиация, теңіз флоты және т.б.), кейде жоғарғы жиіліктегі қуатты машиналар қолданылады.

Машиналар айналу жылдамдығына байланысты мынандай түрлерге бөлінеді:

-        баяу жүрісті, айналу жылдамдығы 300 айн/ мин;

-        орташа тез жүрісті -300 ÷1500 айн/мин;

-        тез жүрісті -1500÷6000 айн/мин;

-        жоғары тез жүрісті 6000 айн/мин жоғары.

Микромашиналар жылдамдықтарын бірнешеден 30 000айн/минға дейін жеткізеді; ал жоғары және орта қуатты машиналар  әдетте - 3000 айн/мин.

 

Дәріс №2. Электр машинасының конструкциялық орындалуы

 

Дәріс мазмұны:

-  Айнымалы ток кезіндегі электр машинасының конструкциясы.

 - Тұрақты ток кезіндегі электр машинасының конструкциясы.

- Айнымалы және тұрақты токтарда электр машинасының конструкциясының өзгешеліктері.

 

Дәріс мақсаты:

-  Электр машинасының конструкциясын оқып білу.

         - Айнымалы және тұрақты токтарда электр машинасының негізгі конструкциялық элементтерінің белгіленуін білу.

 

Айналатын электр машинасында негізгі конструкциялық элементтер мынадай болады: магнитті жүйе, статор және ротор орамасы, коллектор (тек тұрақты ток машиналарында және коллекторлы машиналарда), салқындатуға арналған құрылғы, сондай-ақ айналатын моментті роторға (генератордан) немесе өзінен (қозғалтқыштан) алмастыру және жіберуде машина конструкциясының мықтылығы мен беріктілігін қамтамасыз ететін механикалық элементтер.

Магнитті жүйе араларында ауалы саңылауы 3 болатын статор 1 (2.1 суретті қара) және ротордан 4 тұрады.  Статорда және роторда 2 және 5 орамдар орналасқан. Кейбір машиналарда орамдардың біреуі (қоздырғыш) қатыспайды және оның орнына тұрақты магнит қолданылуы мүмкін.

    Машинаны салқындату көбінесе ротордағы желдететін арна жүйелерінде, салқындататын ауа өтетін статор және коллекторда жүзеге асырылады. Бұл ауа сыртқы желдеткіштен немесе ротордың білігіне орнатылған желдеткіштен 9 түседі.

Кейбір жағдайларда салқындату орнына қандай да бір басқа салқындату (су, керосин, сутегі) қолданылуы мүмкін. Конструкцияның механикалық  элементтері өзіне корпус 10 (машинаның қозғалмайтын бөлігі) подшипниктер

                

                 

2.1 сурет - Айналатын электр машинасының конструкциялық сұлбасы

        

6, подшипник щиті 7 және басқада мықтылауға арналған детальдардан және ротор білігінен 8 тұрады. Айнымалы ток машинасында корпус тек конструкцияның механикалық элементі болып табылады.  Сондықтан, ол ферромагнитті материал (шойын, құйылған болат, балқыту конструкциясы), жеңіл алюминий қоспасы сияқты орындалады. Тұрақты ток машинасында корпус магниттік сым бөлігінің және міндетті түрде бір ферромегнитті материал қызметін атқарады. Электр машиналарында үлкен және орташа қуатты подщипник щиттері шойыннан, ал микромашина мен қуаты аз машиналарда алюминий қоспаларынан дайындалады.

 

 

            

1-корпус; 2-статор пакеті; 3-ротор жүрекшесі; 4-білік; 5-ауа саңылауы; 6- қоздыру орамы; 7-полюс

2.2 сурет – Айнымалы (а және б) және тұрақты (в) ток машинасының статоры және роторы

 

Айнымалы ток электр машинасының көбі статор және ротор (2.2 а және б суретті қара) жалпы пакетке жиналған бір-бірінен жекеленген электртехни- калық шойын кесегінен орындалады.

Ротор пакеті сығылған жағдайда екі басу шайбасымен тұра алады және білікке преске салып орнатылады. Сонымен бірге, статор пакеті екі басылатын шайбамен бекітіледі және машина корпусына салынады. Өстік айналуды болдырмау үшін және бұрыштық орын ауыстыру үшін статор пакеті корпусқа сына, сторпорлық түйреуіштермен және т.б. бекітіледі.

Тұрақты ток машиналарында (2.2 в суретті қара) ротор айнымалы ток машинасы сияқты орындалады. Статорда сонымен бірге, қоздырудың магниттік ағынын тудыратын катушкалы полюс орналасқан. Полюстер жеке жапырақтардан (бір-бірінен жекеленген) жиналған. Роторға байланыстылығы жағынан полюс бөлігі аса кең іске асады және полюстік ұш деп аталады. Ол катушканы ұстап тұру үшін, сонымен қатар ротор беті бойынша магниттік ағынның жақсы бөлінуіне қолданылады

Синхронды машинаның кейбір түрлерінде (полюспен анық көрсетілген машиналарда) роторда цилиндрлік катушкалы полюс орналасқан, оның конструкциясы тұрақты ток машинасының статор конструкциясы тәрізді.

 

                

 

1-ротор жапырағы; 2-тіс (зубец); 3-паз; 4-желдеткіш арна; 5-білік астындағы тесік; 6-статор жапырағы; 7-полюс жапырағы; 8-түйреуіш астындағы тесік; 9-орнатылатын стержень астындағы тесік; 10-полюстік ұш; 11-полюспен бірге корпус жапырағы

2.3 сурет - Ротор (а), старор (б) жапырағы, полюстер (в) және полюспен бірге корпус жапырағы,

 

Статор және ротор жапырағы 0,35-тен 1мм-ге дейінгі қалыңдықтағы электртехникалық болаттан жасалады. Барлық түрдегі машина роторын  және айнымалы токтағы машина статорын дайындау үшін 0,35 және 0,5 мм қалыңдықтағы жапырақтар, тұрақты токтағы машина полюсын дайындау үшін  және синхронды машиналар үшін 0,5 және 1 мм қалыңдықтағы жапырақтар қолданылады.

Өте қуатты қозғалтқыштардың жапырақтары бір-біріне қатысты арнайы лакпен тұйықталады, аз және орта қуатты асинхронды машинаны дайындауда  жапырақтары тұйықтамайды, себебі олардың беткі жағындағы  айырушы жеткілікті. Жапырақтар пішініне (кескін) сәйкес келетін штампымен мөрленеді.   

Біруақытта ротор және статор жапырақтарын дайындауда статор және ротор орамдарының өткізгіші жатқызылған паздар мөрленген жапырақтың кесілген сыртқы контуры (2.3 а және б суретті қара), сонымен бірге, ауаны салқындатушы үшін желдеткіш арналар (ротор жапырағында).

Полюс жапырақтарында (2.3 суретті қара) түйреуіш астындағы немесе орнатылатын стержень астындағы саңылаулар кесіледі, Осы бөлшектердің көмегімен жапырақтар жалпы пакетке бекітіледі. Микромашинаны дайындауда корпус және полюс қатарына бір жалпы пакет түрінде орындалады, талап еткен конфигурация бойынша мөрленген жапырақтардан жиналған (2.3 г суретті қара).

 

 

Дәріс №3. Тұрақты ток электр машинасы

 

Дәрістің мазмұны:

-          тұрақты ток электр генераторы, құрылғы және әсер ету принципі, якорь реакциясы.

-          тұрақты ток электр қозғалтқышы, құрылғы және әсер ету принципі.

 

Дәрістің мақсаты:

-          тұрақты ток генераторының әсер ету принципі мен құрылғыны меңгеру.

-          тұрақты ток қозғалтқышының әсер ету принципімен мен құрылғыны меңгеру.

Электр машинасы әртүрлілігіне байланысты екі топқа бөлінеді:

а) электр машинадағы – генераторлар, электр энергиясын өндіреді;

б) электр машинасындағы - қозғалтқыштар, электр энергиясын механикалық энергияға түрлендіреді.

Электр генераторының әсер ету принципі электрмагниттік индукция заңына негізделген, ол былайша өрнектеледі: «Магнит ағынының барлық өзгерісі контурдан өтеді, бұл контурда электр қозғаушы күші (ЭҚК) енгізіледі». Осы электр қозғаушы күшін пайдалана отырып механикалық энергияны электр энергиясына түрлендіреді.

Егер магнит ағыны өткізгіште қилысатын болса, яғни электр тогы ағатын, онда бұл өткізгішке механикалық күш әсер етеді, мұндай жағдайда электр энергиясын механикалық энергияға түрлендіруге жол береді. Бұл принципте жұмыс жасайтын электр машинасы қозғалтқыш болып табылады.

Тұрақты ток машинасы қозғалмайтын және айналмалы бөліктерден тұрады, ол сатор және якорь деп аталады.

Тұрақты ток генераторының әсер ету принципін 3.1 суреттен көреміз. 1 жиектің айналуында магнит өрісінің Ф_В ағынында электр қозғаушы күші болады, яғни t уақытқа тәуелді синусоида заңымен өзгертіледі (3.2 суретті қара). 2 коллекторлы табақшаның жиектерін жалғастырамыз, бұл кезде жиектің айналуында екі қозғалмайтын щеткаға әсер етеді 3. Щеткалардың көмегімен коллекторлы  табақшалар R_П жүктемесімен байланысады.

 

 

1- жиек; 2 –коллекторлы табақшалар; 3 – щеткалар

3.1 сурет - Тұрақты ток генераторының қарапайым үлгісі

 

Бұл кезде жүктеме шынжырында пайда болатын электр қозғаушы күші бағытына қарай тұрақты болады, бірақ өлшемі өзгереді (тамырланушы-пульстік) (5 б суретті қара). Коллекторлық табақшалардың көмегімен айнымалы токты тұрақты токқа түрлендіру болады.

Электр қозғаушы күштің пульсациясын төмендету үшін (3.2 в суретті қара) коллекторла табақшалар мен жиектер санын күшейту керек. Сонымен, 16 жұп коллекторлы табақша 1% -ға пульсацияны төмендетеді.

Генератордың электр қозғаушы күшінің өлшемі мынаған тең

 

                                                                                                  (3.1)

 

мұндағы: В – магнит индукциясы;

                 l – жиектің активті бөлігінің ұзындығы;

                ν – жиектің активті бөлігінің ауыстыру жылдамдығы.

Электр қозғаушы күштің бағыты оң қол ережесімен анықталады: алақанымызды магнит индукциясының сызығы кіретіндей етіп қоямыз, ал үлкен саусақ өткізгіштің қозғалу бағытын көрсетеді, сонда созылған төрт саусақ электр қозғаушы күштің бағытын көрсетеді.

 

   

3.2 сурет - Генератор жиегіндегі электр қозғаушы күштің өзгеруі (а), щеткадағы екі коллекторлы генератор (б), щеткадағы көп коллекторлы тұрақты ток генераторы (в)

 

Генераторды қозғалтқыш режіміне ауыстыру үшін, якорь және статордың қоздыру орамдарын сыртқы жарық көзінен электр тогын ауыстырып қоямыз.  Бұл жағдайда сыртқы жарық көзінің электр энергиясы якорь айналымындағы механикалық энергияны түрлендіреді. Қоздыру орамадағы ток ағымы - I_В полюстердің магнит ағымын тудырады, яғни якорь орамындағы жұмыс істеу тогына әсер етеді, айналу моментін тудырады, якорьдің айналуына әсер етеді.

Қозғалтқыш күштің әсерінен электр машинасы жұмыс істегенде, магнит өрісіне орналастырылған, өткізгіштегі I токқа  әсер етеді, мына өрнектен анықтауға болады

.                                                   (3.2)

 

F күштің бағыты сол қол ережесімен анықталады: алақанымызды магнит күштерінің сызықтары кіретіндей етіп қоямыз, созылған төрт саусақ ток бағытын көрсетеді, ал жазылған үлкен саусақ күштің бағытын көрсетеді, сонымен қатар якорьдің айналу бағытын көрсетеді.

Якорь тогы мен магнит өрісінің полюстерінің әсер етуі электромагниттік моменттің пайда болуына әкеп соғады. Генератордың электромагниттік моменті алғашқы қозғалтқыштың айналу моментінің қатынасына тежелмелі болады. Генератордағы  айналу якорінің жылдамдығының тұрақтылық шартына байланысты, моменттердің жоғарғы көрсеткішінің теңестірілуі болады. Алғашқы қозғалтқыштың айналу моментін төмендетуде якорьдің айналу жиілігі төмендейді, сонымен қатар генератордың электр қозғаушы күші азаяды. Бұл процесс генератордың тежелу моментімен қозғалтқыштың айналу моменті теңескенше жалғасын табады. Генератордағы жүктемені өзгерту кезінде және якорьдің айналу жиілігін сақтап қалуда, алғашқы қозғалтқыштың айналу моментін өзгерту қажет болады.

Тұрақты ток қозғалтқышында, электр энергиясын механикалық энергияға түрлендіруде, якорь орамасындағы токпен магнит өрісіндегі полюстер әсерінен айналу моменті туады, яғни якорьді айналысқа келтіретін. Айналу моментінің өлшемін, генератордікі сияқты, машинаның коструктивті берілгендерімен, магнит ағынымен  Ф және якорь орамындағы токпен анықтайды. Серпілмелі қозғалтқыштағы айналу моменті, бос жүріс, тежелмелі динамикалық моменттердің қосындысында теңестіріледі. Динамикалық момент айналу жылдамдығының кез келген өзгерісінде пайда болады және машина бөлшектерінің айналу инерциясымен жылдамдықтың айналу бұрышына тәуелді. Тұрақты ток қозғалтқышында келесідей жағдай туу мүмкін, яғни айналу моменті тежелу моментінен көпке қалып қояды. Мұндай жағдайда айналу жиілігі жоғарылау бастайды, ол машинаның бұзылуына әкеп соғады. Әдебиетте мұндай режімді қозғалтқыштың «айырмашылығы» деп атайды.

Тұрақты ток машинасы генератор режімінде де, қозғалтқыш режімінде де жұмыс істей алады. Мысалға тұрақты ток генераторының, тұрақты ток желісімен жұмыс істеуін қарастырайық. Қарапайым шарттарда генератор желге тұрақты ток энергиясын береді. Қоздыру орамадағы токты өлшей отырып, желідегі кернеуге тең болатын генератордың электр қозғаушы күшін алуға болады, бұл жағдайда якорь орамасындағы ток нөлге тең.  Егер одан әрі қоздыру тогын төмендететін болсақ, онда якорь орамасындағы электр қозғаушы күш  желідегі кернеуден аз болады, және якорь тогының бағыты өзгереді. Якорь тогының бағытының өзгеруі өз кезегінде электрмагниттік моменттің бағытын өзгертеді, ол тежелмелі күйден айналмалы күйге өтеді.  Генератор режіміндегі машина қозғалтқыш режіміне ауысады.

Генератордың роторын айналдыру кезінде және қоздыру магнит ағынының пайда болуында ротор орамасынан электрқозғаушы күш өтеді. Электр қозғаушы күштің әсер етуінен, коллектор табақшаларына, щеткаларға жүктеменің сыртқы шынжырынан электр тогы ағып өтеді. Ротор орамасынан ағып өтетін бұл ток, қосымша магнит өрісінің магнит ағынымен Фр пайда болуына әкеп соғады, яғни қоздыру орамадағы ҚО негізгі ағынмен Фв әсер етіп оны өзгертеді (3.3 а суретті қара). Негізгі магнит өрісінің  ротор орамасындағы пайда болған магнит өрісімен әсер етуін якорь реакциясы деп атайды (ротордың). Ротор реакциясы негізгі магнит өрісін іске асырады: магнит өрісіндегі жиектерінің алшақтауында ол күшейтіледі, ал қашықтауында бәсеңдейді (3.3 б суретті қара). Нәтижесінде магнит ағыны Ф_В азаяды, яғни ротор орамасынан өтетін  электр қозғаушы азаюына әкеп соғады.

Генератордағы жүктеменің кедергісін өлшеу кезінде ротор орамасынан өтетін токпен пайда болатын магнит ағыны Фр өзгереді. Сонымен қатар якорь реакциясы да өзгереді. Генератордың шығысындағы кернеу өлшемі төмендегідей болады

                                           (3.3)   

мұндағы Е – ротор орамасынан өтетін, ЭҚК;

I  - ротор орамасындағы ток; 

∑ r – генератордың ішкі кедергісі немесе кедергінің шығыны.

3.3 сурет - Якорь реакциясының түсіндірілуі

 

Генератордың ішкі кедергісіне щетка кедергісін, ротор орамасын және коллектор-щетканың ауыспалы кедергілерін жатқызады. Жүктеме кедергісін өлшеген кезде негізгі магнит өрісінің бұрмалауы болады: физикалық нейтрал түрдегі сызық ФН (магнит өрісіне симметриялы өстегі) геометриялық нейтрал сызыққа қатысты өзгереді ГН (3.3 в суретті қара).  Бұл жағдай коммутацияның төмендеуіне және щетканың шашырауының күшеюіне әкеп соғады. Коммутацияны ретке келтіру үшін қосымша полюстер қосылады, ал щеткалар геометриялық нейтралдың айналу бағытына қатысты орналастырылады.

 

Дәріс №4. Тұрақты тоқтағы машиналардың түрлері және олардың негізгі сипаттамалары

 

Дәріс мазмұны:

-        Тәуелсіз, параллелді және аралас қоздырғышты қозғалтқыштар мен генераторлар.

-        Қозғалтқыш пен генераторлардың негізгі сипаттамалары.

 

Дәріс мақсаты:

- Тұрақты токтағы үш негізді түріндегі машиналы зәкір орамына қоздыру орамын қосудың негізгі амалдарын үйрену. Тұрақты токтағы үш негізді түріндегі машинаның негізгі сипаттамаларан білу.  Зәкір орамына қоздыру орамын қосудың негізгі амалдарын үйрену. Тұрақты ток машиналарында магнит өрісінің қоздырылуы тұрақты магниттердің көмегімен  немесе басты полюс болып табылатын электрмагниттер көмегімен алынуы мүмкін.                    

                 

Зәкір орамына қоздыру орамының қосу әдісінде айырмашылығы бар тұрақты тоқты машиналарды үш негізгі түрде бөліп қарастырады.

- Зәкір орамына параллель немесе тәуелсіз жалғанған қоздыру орамы тәуелсіз және параллель қоздырғышты қозғалтқыштар мен генераторлар (4.1 а және б суретті қара);

-зәкір орамына тізбектей жалғанған тізбектей қоздырғышты қозғалтқыштар мен генераторлар (4.1 в суретті қара);

 - параллель және тізбектей екі қоздырғышты орамасы болатын аралас қоздырғышты қозғалтқыш пен генераторлар (4.1 г суретті қара) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.1 сурет - Тәуелсіз (а), тізбектей (в), параллель (б) және аралас (г) қоздырғышты тұрақты токтағы машинаның сұлбасы

 

Тұрақты токты генераторлар қоздыру орамасымен қоректендіру әдісі бойынша орама тәуелсіз қоздырғыштармен және сол генератордың зәкір орамасынан қоректенетін өздігінен қозатын генератор болып бөлінеді. 

Тәуелсіз қоздырғыштарда қоректену тәуелсіз ток көздері арқылы іске асады. Өздігінен қозатын орамалы генераторларда  қоздыру орамасы зәкір орамасы параллель немесе тізбектей, сонымен қатар тізбектей-параллель және аралас үлгіде қосылуы мүмкін. Генератордың бос жүріс сипаттамасы тұрақты сан айналымында алынған зәкірдің ЭҚК-ң ток қоздырғышынан тәуелділігін көрсетеді.

Жиілік айналымы тұрақты кезіңдегі тәуелсіз қоздырғышты генераторлар үшін зәкір орамасының ЭҚКі машинаның магниттік сипаттамасында анықталатын  ағынға тура пропопционал. Осы сипаттамаға мысал ретінде 4.2 суретте көрсетілген.

Бос жүріс кезінде зәкір тоғы параллель және аралас қоздырғышты генераторды есепке ала отырғанда, генератордың номиналды тогының бірнеше пайызын құрайды. Іс жүзінде олардың бос жүріс сипаттамалары тәуілсіз қоздырғышты генератордың сипаттамасынан айырмашылығы жоқ.

Тізбектей қоздырғышты генераторлар үшін зәкір тогынан қоздыру тогының айырмашылығы болмайтыны сияқты  бос жүрістің де мағынасы жоқ, соңғы теңдігі 0-ге тең.

Сыртқы сипаттама генератор кыспағында қоздыру тогы және зәкірдің айналу жиілігінің мәні өзгермеген жағдайдағы жүктеменің ток өзгерісінен  кернеу өзгерісін көрсетеді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3 сурет - Тұрақты ток кезіндегі генератордың сыртқы сипаттамасы: а- тәуелсіз қоздырғышпен; б- параллель қоздырғыш және в- тізбектей қоздырғышпен.

 

Тәуелсіз қоздырылатын генераторларда жүктеме тогының үлкейіп, қыспақтардағы кернеудің төмендеуі (4.3 а суретті қара), зәкір реакциясының есебінен ЭҚК төмендеуімен және оның орамында кернеу түсуінің ұлғаюымен түсіндіріледі. 

Параллель қоздырғышты генератордың сыртқы сипаттамасы 4.3 б суретте көрсетілген. Бастапқы бөлігі 4.3 а суретте келтірілген сипаттамаға жақын еді. Жүктеме тогын ұлғайтып және кернеуді азайтқан сайын қоздыру тоғы да төмендей түседі.  Қоздыру тогы шамасы аздау аймақта оның өзгерісі шығыс кернеуінің шамасына жеткілікті түрде әсер етеді. Осылай, жүктеме кедергісінің шамасы азая түсуі  қоздыру тогы мен генератордың шығыс кернеуінің азаюына әкеліп соғады, нәтижесінде номинальды режімге қарағанда жүктеме тогы төмендейді, генератордың қысқа тұйықталу қыспағында жүктеме тогы жеткілікті түрде аз болады. Тізбектей қоздырғышты генератордың сыртқы сипаттамасы 4.3 в  суретте көрсетілген. Бос жүріс уақытында генератордың ЭҚКі қалған магнит ағындардан құралады. Жүктеме тогы ұлғайған сайын қоздыру тогы және магниттік ағын шамасы да ұлғаяды, генератор қыспағында кернеудің өсуіне келіп соқтырады.  Болатты толықтыру кезінде және  жүктеме тогын көбейткенде магнит ағыны тұрақты болғандықтан кернеу қыспақта төмендей бастайды, ал зәкірде кернеу төмендей береді.

Аралас қоздырғышты генератордың сыртқы сипаттамасы параллеь және тізбектей қоздыру орамаларының ток шамасына байланысты. 

Шығыс кернеудің өзгеруі шаманың шектік мәні 4.3 б және в суретте көрсетілген графикпен анықталады.

Егер арнайы талаптар болмаса, онда параллель қоздырғышты генераторда шығыс кернеуіне қатысты ауытқу 20% , ал аралас генераторда 5% ауыспайды.  Қозғалтқыш қасиеттері негізгі жіберу, жұмыстық, реттеуіш сипаттамалар болып бөлінеді.

Жіберу режімінде қозғалтқыш бағыты, әдетте номиналды мәндерде екі дүркін шамадан аспауы керек, жіберу тогы мен айналу моментімен сипатталады.

Жұмыстық сипаттамалар айналу жиілігін п, айналу моментін М, тораптан тұтынатын ток I және номинальды мәнде  торап кернеуі  ПӘК h сыртқы кернеуден P₂тәуелділігін корсетеді.

Реттеуіш сипаттамалар зәкірдің айналу жиілігінің шектерінің өзгеруін анықтайды.

Соңғысы зәкір шынжырына кедергі, қозғалтқышқа жүргізілген кернеуге тура пропорционал және магнит ағынының басты полюстеріне кері пропорционал. Параллель қоздырғышты қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамасы 4.4 суретте келтірілген. Пайдалы қуат көбейген сайын, айналу моменті де көбейе береді. Айналу моментінің өзгерісі  зәкір реакциясының есебінен тура сызықтан қисық жүріске  магнит ағынының азаюынан біршама айырмашылығы бар.

Қозғалтқыштың  ПӘКі момент жіберуінде нөлге тең. Қозғалтқыштың жүктемесін 0,3 –ке дейін ұлғайтқанда ПӘК шамамен номиналды өлшемнен өседі, яғни түзу сызықты болады, содан кейін 0,5-тен аса жүктемеде ПӘК мағынасыз (аз ғана) өзгереді.Үлкен жүктемелерде ПӘК біршама азаяды.

Зәкірдің айналу жиілігінің қисық жүрісі жүктеме мәнін  п 5...8% ұлғайтқанда белгіленген мәннен төмендейді. Көрсетілген ұлғаю зәкірде кернеудің түсуімен келісілген.  Кері жағдайдағы әсер зәкір реакциясының есебінен магнит ағынының басты полюстері төмендеуіне әкеледі.

Тізбектей қоздырғышты қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамасы 4.5 суретте келтірілген. Қозғалтқыштың айналу моменті жүктеме тогының квадратына пропорционал және оның тәуелділік өзгерісі парабола болады. Жүктеменің үлкен токтарында болаттың толығуы себебінен айналу моментінің ұлғаюы сызықтық заңымен іске асырылады.

Бастапқы бөлігі бірден көтерілгендіктен ПӘК өзгерісі қисық болып шығады. Содан кейін ПӘКтің көтерілген қисық  баяулай бастайды, ал үлкен жүктемелерде қисық мағынасыз төмендейді.

Беріген қозғалтқыш түрін алынған жүктемелерде жіберуге болмайды, сондықтан бұл жағдайда қоздыру тоғы өте аз және зәкірдің айналу жиілігі бірден өседі. Қозғалтқыштың минималды  жүктемесі номинальды  мәннен 25... 30% құрайды.

Жүктеме тогы өскен сайын, магнит ағыны көбейіп, айналу жиілігі төмендейді. Қозғалтқыштың аралас қоздырғышты жұмыстық сипаттамасы қоздыру орамасын қосу әдісіне байланысты және қоздырғыштың параллель және аралас қоздырғышты сипаттамаларының араларынан орташа жағдайдағы орын алады.

 

Дәріс №5. Айнымалы тоқ кезіндегі  электр машинасы, үш фазалы асинхронды қозғалтқыш

 

Дәріс мазмұны :

-        Айнымалы токтағы машинаның классификациясы.

-        Құрылғы, іс-әрекет мақсаты және үш фазалы асинхронды қозғалтқыш тың сипаттамасы. 

 

Дәріс мақсаты:

-  Айнымалы ток кезіндегі машинаның классификациясын оқып-білу.

-  Құрылғыны, іс-әрекет мақсатын және негізгі асинхронды қозғалтқыштың сипаттамаларын білу.

   Айнымалы ток кезінде электр машинасы асинхронды және синхронды болып бөлінеді. Синхронды машинада ротордың айналу жиілігі төмендегідей өрнектеледі

 

                                                                               (5.1)

п-бір минут ішіндегі айналым саны және f  герцпен есептелінетін жиілік  ЭҚК бір-бірімен тура пропорционалды тәуелділікте  (ротордың айналу жиілігі және ЭКҚ жіберілген жиілік синхронды); р машинаның полюстерінің жұбының саны.

Синхронды машиналарды аса жиі генератор ретінде көп пайдаланады.

Синхронды машиналар кең таралмаған және оларды жүктемені өзгерту кезінде, айналу жиілігі әрдайым керек болғанда, сонымен бірге электрлік жүйелердің коэффициенттерін көтеру үшін компенсатор ретінде қолданылады.

Асинхронды машиналарда ротордың айналу жиілігі мен магнит өрісінің айналу жиілігінің арасында синхрондылық жоқ. Асинхронды машиналар көбінесе қозғалтқыш ретінде пайдаланылады.

Үшфазалы асинхронды машиналар қысқатұйықталған және фазалы ротор қозғалтқышы болып бөлінеді. Соңғысын кейде қозғалтқыштың байланыстырушы сақинасы немесе коллекторы деп атайды.

Аса көп таралғаны қысқа тұйықталған коллекторсыз қозғалтқыштар, олар коллектормен салыстырғанда аз тұрады және пайдалануға өте жаксы қасиеттерге ие. Негізгі пайдаланудағы артықшылығы оның қиын жерлерге төзімді дөңгелектері мен щеткасы бар болғаны.

Қозғалтқыш статор және ротордың білігіне тіреу болатын подшипниктілі екі қабырға бекітілген табаннан тұрады. Статор қоректенетін жүйеге кернеу жүргізілген магнит өткізгіштен және орамадан құралады. Магнит өткізгіш қалыңдығы 0,35... 0,5 мм электртехникалық болаттан дайындалған дөңгелек үлгідегі пластиналар тобынан жасалған. Шығынды азайту мақсатында құйын тәрізді токтан пластиналарды бір-бірінен лакпен немесе жұқа қағазбен оңашалайды Пластинаның ішкі жағына мөрлеу (штамплау) кезінде саңылаулар (паз) кесіледі, пластинаны жинағаннан кейін үшфазалы жүйе үлгідегі үш орама орналасады.

Орама ұшы табанда орналасқан кішкене қалқанмен бітеді. Сызбадан тәуелділіктері арқылы орамаларды ауыстырып қосу барысында олардан жұлдызбен немесе үшбұрышпен байланысын алуға болады. Бірінші жағдайда қозғалтқыш кернеу қорегіне 380/220 В, ал екінші жағдайда -220/127 В қосады.

Қозғалтқыш пластинасын жақсылап салқындату үшін араларына тарамдалған қырлы пластиналар пакетте таңдалынылып салынады. Осындай пластиналар статордың екі жағына да орнатылады.

Ротор ішінде статор және екі жағын подшипниктер бекітеді. Ротор жүрекшесі электртехникалық болаттан дайындалған бір-бірінен оңашаланған пластинадан жасалады. Пластиналардан жүрекшені құрастырғаннан кейін орама орналасатын паздар жасалады. Коллекторлы қозғалтқыштарда орама сұлбасы бойынша коллекторлы сақиналары оңашаланған кейін үшфазалы жұлдызша орнатылған роторда орындалуы мүмкін. Коллекторлы сақинаға бұрыштық немесе мыс щетка алынады, осы орама көмегімен қысқа тұйықтауға немесе кедергіге артуға болады.  Коллекторлы қозғалтқыштар өте жақсы жіберу және реттегіш сипаттамаларға ие және аса жоғары қуатта орындалады. Коллекторлы емес қозғалтқыштарда қысқа тұйықталған роторда «тиін торы(клетка)» деп аталатын, алиминийден алынған жүрекшенің пазына құйылған орама болады. Осындай орамада оның өткізгіштерінің  барлық құраушылары ротор дөңбекшелеріне бір-бірімен тұйықталады. Қозғалтқыш желдетуі үшін сақина қалақ болып құйылуы мүмкін.

Шығынды азайту мақсатында қозғалтқыштың статоры мен роторының арасындағы саңылау минималды болуы керек. Әдетте саңылау  0,3... 1,5 мм болады. Үлкен қозғалтқыштарда саңылау үлкендеу болуы мүмкін.

Үшфазалы асинхронды қозғалтқыштың қозғалыс негізіне қысқатұйықталған өткізгіштермен айналатын магнит өрісінің бір-бірімен әсер етуі де жатады. Егер үшфазалы орамаға бойына ток жіберсек, онда айналатын магнит өрісі пайда болады, ондағы айналу жиілігі

 

                                                  (5.2)

мұндағы f₁-тордан қоректенетін жиілік;

p - статор орамасының жұп полюстер саны

Статорлы ораманың айналатын магнит өрісі ротордан өтіп кетеді. Егер онда тұйық орама болса, оған ЭҚК жүргізіледі және ток келіп тұрады. ЭҚК бағытын ереже бойынша оң қолмен анықтауға болады. Өз кезегінше, роторлы орама тогы статор өрісімен әрекеттесетін магнит өрісін тудырады. Осы әрекеттесу нәтижесінде электрмагниттік күш F (5.1 суретті қара) пайда болады, бағыт ережеге сай сол қолмен анықталады. Күштің F әсерінен роторды айналуға әкеп соғатын, бағыты статордың магнит өрісінің айналу бағытына сәйкес келетін электрмагниттік момент пайда болады.

5.1 суретте асинхронды қозғалтқыш құрылғысы сұлбамен көрсетілген. Ротордың айналу жиілігі п₂ барлық жағдайда да статордың магнит өрісінің айналу жиілігінен п₁ аз болады. Егер осы жиіліктерді тең деп алатын болсақ, онда роторлы орама статордың магнит өрісіне қатысты қозғалмайтын болады, оған роторды айналуға әкеп соқтыратын механикалық күш пайда болмайды және ЭҚК жүргізілмейді.

Бір уақытта жиіліктер әртүрлі болған сайын, ЭҚК жүреді және ротор орамында ток та көп болады. Бұл электрмагниттік F күштің ұлғаюына және қозғалтқыш моментінің өсуіне алып келеді. Ротордың айналу жиілігінің магнит өрісінің айналу жиілігенен қалуы сырғанау (тайғанау, жылжу) S деп аталатын шамамен сипатталады. Сырғанау арқылы ротордың айналу жиілігі п₂  мен статордың магнит өрісінің айналу жиілігінің п₁ арасындағы айырмашылықты статор өрісінің айналу жиілігінен пайызбен өрнектелген өрнектен көруге болады.

                         

S= (n₁ - n₂) 100% /n₁.                                        (5.3)

Асинхронды қозғалтқыштың сырғанау шамасы оның жұмыс режімінен 0-ден 1-ге дейін өзгеруі мүмкін. S = 1 жағдайы ротордың айналу жиілігі п₂ нөлге тең болғандағы, бұл қозғалтқышты жіберу барысында болатын кезде және де айналу моменті жүктеменің тежелу моментінен көп болғандағы  моментке сәйкес келеді. Асинхронды қозғалтқыштар үшін номиналды жүктеме кезінде әрқашан сырғанау шамасы көрсетіліп тұрады.  I-ден  1000 кВт дейінгі қуаттағы қозғалтқыш үшін номиналды сырғанау 0,06 - 0,01 шекте жатады. (5.3)-тен асинхронды қозғалтқыштың айналу жиілігін анықтау оңай

 

n₂ = n₁ (1-s).                                                      (5.4)

 

 

 

             

Көріп тұрғанымыздай, ротор орамасы индуктивтілік, сонда ағатын активті (белсенді) және реактивті құраушылары бар токқа ие. Қозғалтқышта механикалық күшті ротордың тек активті құраушылары тудырады, шамалары ротор орамасының активті және индуктивті кедергілері арасындағы қатынасқа байланысты. Ротор орамасының индуктивті кедергісі Х_L = 2лf₂L тең, мұндағы L - ротор орамасының индуктивтілігі, f₂- оған жүргізілген ЭҚК өзгеруіндегі жиілігі.

Жоғарыда айтып өткендей, ротор ЭҚКі жиіліктерінде п₁ - п₂ айырмашылық болғанда ғана жүргізіледі. Осы айырмашылықты келтіре отырып, жалпы өрнекке f=pn/60, ротордың ЭҚК жиілігін аламыз.

                       .                                     (5.5)

Сол сияқты, жиілік f₂ жүктеме өзгерісіне қарай өзгереді, сонымен қатар жүктеме өзгерісіне қарай ротордың индуктивті кедергісі X_L де өзгереді.

Ротордың айналу жиілігінің өзгерісі бос жүріс режімінен номиналды өлшемге дейінгі жүктеме өзгерісі  мағынасыз болса да, бірақ қандай да орын алады.  Осы себептен синхронды қозғалтқыштарға қарағанда,  ротордың айналу жиілігі жүктемеге тәуелді болмайтын және статор өрісінің айналу жиілігі синхронды болатын  қозғалтқыш түрін асинхронды деп атайды. Асинхронды қозғалтқыштарда жеткілікті қатты жылдамдықты сипаттама – айналым санының тәуелділігі жүктеме өлшемінен немесе қзоғалтқыштың пайдалы қуатынан Р, жүктемеге берілетін n₂=f(P). Егер жүктеме 0-ден номиналды мәнге дейін өсетін болса, онда ротордың айналу жиілігі бар болғаны 1-6% дейін өзгереді. .

Қуат коэффициентінің тәуелділігі соs j жүктемеден (5.2 суретті қара) бірден көрініп тұр. соs j мәні жүктемені тастау уақытында бірден (0,2-ге дейін) азаяды. Бұл бол жүріс режімінде активті құраушы роторда нөлге жақын және ток роторда тек реактивті сипатта болатындығымен түсіндіріледі. Жүктемені көбейту барысында өзімен бірге қуат қоэффициентін өсіретін токтың активті құраушысы I өсе бастайды. Жүктеме кезінде қуаттың жақын номиналды мәні Р_Н қуат коэффициенті өзінің максималды мәніне (0,8-0,9) жетеді, ал ары қарай жүктемені ұлғайта түседі. Жүктемені ұлғайту кезіндегі қуат коэффициентінің азаюы ротордың индуктивті кедергісінің өсуі және токтың индуктивті құраушысының өсіне п₁ - п₂ жиіліктерінің айырмашы- лығында болып тұр.

Қуат коэффициентін өсіру үшін асинхронды қозғалтқыштың жүктемесі номиналды немесе оған жақын болуы керек. Егер жүктеме  номиналдыдан 50% аспаса, қуат коэффициетін өсіру үшін қозғалтқышқа жүргізілген кернеуді азайту жеткілікті. Осы мақсат үшін статорлы орамаға үшбұрышты жұлдызшамен ауыстырып қосады.

Номиналдыдан бірнеше аз болатын қозғалтқыш ПӘКі -h (5.2 суретті қара) максималды мәнге ие болады.

 

Дәріс №6. Бірфазалы асинхронды қозғалтқыш

 

Дәрістің мазмұны:

- Бір фазалы асинхронды қозғалтқыш, қосылу сұлбасы, құрылғы және әсер ету принципі. 

- Қысқа тұйықталу орамындағы бір фазалы асинхронды қозғалтқыш, құрылғы және әсер ету принципі.

 

 Дәрістің мақсаты:

- Қосу сұлбасын, құрылғыны және бір фазалы асинхронды қозғалтқыштың әсер ету принципін оқып үйрену.

- Құрылғыны, қысқа тұйықталу орамындағы бір фазалы асинхронды қозғалтқыштың әсер ету принципін  оқып үйрену.

 

Бір фазалы асинхронды қозғалтқыш қуаты 0,5 кВтта кең тарады.

 

 

6.1 сурет - Бірфазалы асинхронды қозғалтқыштың сұлбасы

 

Қосу сұлбасы 6.1 а суретте көрсетілген. Ол бірфазалы статор орамынан 1, екі фаза тәрізді үшфазалы орамнан, жұлдызша жалғанған және  қысқа тұйықталған ротордан тұрады 3. Статор орамасындағы айнымалы ток  I₁ іске қосушы магнит өрісін тудырады, яғни іске қосушы моментті пайда болдырмайды. Бұл момент пайда болуы үшін статорда екінші орам орналастырылған 2, яғни жұмыс режіміне байланысты 90⁰ жылжымалы  қосалқы орналастырылған. Бұл орама тораптан қоректенетін конденсатордағы жалпы жұмыс істеу орамасына тәуелсіз байланысқан. Қосалқы орамадағы I₂ тогын  I₁ токқа сәйкестендіру үшін фазасын 1/4 периодта жылжытады.

¼ периодта араласқан бір-біріне сәйкес келетін, екі орамадан өтетін, электр бұрышы 90⁰ – та кеңістікте өзара жылжымалы екі ток, екіфазалы айналмалы өрісті тудырады. Бұл өрістер арқылы ротордың қысқа тұйықталу орамасынан электр қозғаушы күш өтеді және токтар,  өріс  арқылы әсер етуде айналу моменті пайда болады. Ротор айнала бастағанда, және іске қосушы (қосалқы) орама сөндіріледі 2, ал ротор бір фазалы 1 тәріздес іске қосушы магнит өрісіндегі жұмыс істеу орамасында айналуын жалғастырады.

Бұл құбылыс келесідей тәсілмен түсіндіріледі. Екі магнит қозғаушы күші F₁ және F₂, өзгертілмеген және бір-бірімен тең (6.2 а суретті қара), әртүрлі бағытта және токтың бір периодында бір бұрылыс жасай отырып, n₁ айналу жиілігімен айналады. F₁ және F₂ векторларының жағдайларына байланысты (6.2 а суретті қара) олардың қосындысы F₁+ F₂=2F₁ тең. Магнит қозғаушы күштің өстік қосындысы  магнит қозғаушы күштегі өске сәйкес келеді.

 

   

6.2 сурет - Кері айналмадағы магнит қозғаушы күшінің

компенсация диаграммасы

 

1/6 периодынан кейін (6.2 б суретті қара) магнит қозғаушы күші 60⁰ - қа әртүрлі қабырғаларға бұрылады, одан әрі қосылып қорытынды магнит қозғаушы күшін береді  F=F₁+F₂. 1/4 периодынан кейін (6.2 в суретті қара) олардың қосындысы нөлге тең болады және т.б.  Бірде,  магнит қозғаушы күшінің іске қосу өсі қозғалыссыз болып қалады. Осыдан, бірдей айналу жиілігінде әртүрлі  қабырғадағы айналыста екі магнит қозғаушы күшінің амплитудалары тең болады,  қозғалмайтын өстегі оң және теріс максимумдарға жетудегі, екі магнит қозғаушы күшінің айналуында арифметикалық қосындылары тең, қосынды магнит қозғаушы күшін береді.

Сол себепті, егер іске қосушы 2 ораманы  тұйықтап (6.1 а суретті қара), бірфазалы қозғалтқышты іске қоссақ, онда статордағы F_п іске қосушы магнит қозғаушы күшінен пайда болған іске қосушы магнит өрісін,  екі түрлі өсте тұр деп есептесек, түрлі қабырғаларда әртүрлі жиіліктермен айналатын және әрқайсысы өзінің магнит қозғаушы күшін тудырады. Бұл өрістер ротордың қозғалмайтын  орамына екі электр қозғаушы күшті және екі жаққа әсер ететін өз өрістерімен екі түрлі айналу моментін тудыратын екі түрлі токты енгізеді. Сондықтан, ротор айналысқа түсе алмайды.

Егер іске қосу орамасы қосылған болса, онда екіфазалы айналмалы өріс айналу моментін тудырады, осы кезде  үшфазалы қозғалтқыштағыдай ротор айнала бастайды, өрістің айналу жиілігі п₂»п₁ тең, яғни синхронды түрдегідей. Ротордың айналуындағы өріс, тура өріс деп, ал жұмыс істеу орамасына тіркелген ағын - тура ағын  деп аталады.

Егер қозғалтқыштың айналмасындағы іске қосу орамасын сөндіретін болсақ, онда алдыңғы айтып кеткендей қозғалтқыштың роторы айналуын тоқтатпайды. Бұл келесі себептерден болады.

Тура ағын Ф_ТА роторда пайда болады, I_2ТА  токпен Е_2ТА электр қозғаушы күшімен, және п₂ айналу жиілігімен айналады,  нәтижесінде  - М_ТА айналу моменті үшфазалы қозғалтқыштағыдай болады. Осы себептен сырғу S_ТА=, яғни п₂»п₁ тең.

Роторға қарсы айналатын екінші магнит қозғаушы күші  және сол үшін жасалған ағын кері деп аталады (F_кері және Ф_кері). Олар ротормен айналу жиілігінің  қатынасымен айналады, яғни сырғу S= кезінде. Жиілігі Е_2кері және I_кері, ротордағы статордың кері ағыны, шамамен 2f₁ тең. Сондықтан ротор орамасындағы реактивті кедергі х_2кері=2pf₂L₂, ал  ток I_2кері электр қозғаушы күшінен Е_2кері 90° -қа қалып қояды. Демек, ток I_2кері толығымен реактивті және де Ф_кері бірге қарама-қарсы бағыттағы ең аз айналу моментін М_кері тудырады. Сол себепті, қозғалтқыштың  нәтижелі айналу моменті

   М = М_тура – М_кері  » М_тура                                  (6.1)

 

қозғалтқышта жұмыс істеу мүмкін.

Мұндай құбылыс үшфазалы қозғалтқышта да байқалады. Бір фазаның кірісін сөндірген жағдайда үлкен емес 50-55%  номинал жүктеме кезінде қозғалтқыш роторы айналуын жалғастырады, бірақ бір фаза үзілгендіктен қозғалмайтын үшфазалы қозғалтқышты қосуға болмайды.

Жоғарыдағы келтірілген түсінік бойынша бірфазалы тізбектен қоректенетін үшфазалы асинхронды қозғалтқышты пайдалануға болатындығын түсіндіреді  (6.1 б және в суретті қара). Мұнда, үшфазалы қозғалтқыш сияқты, сұлбаның барлық қосылуларында яғни U_Ф= U_Ф.Н, статор орамасындағы U_Ф фазалардың ұштарындағы кернеу өзгеріссіз қалуы керек. Қозғалтқыштың конденсаторы Ср осы шартты қамсыздандырады, әрқашан қосылған түрде болады және жұмыстық сыйымдылықты көрсетеді Ср.н. Жуықтап есептегендегі қатынасы

14,б сурет сұлбасы - Ср » 2800I_Н/U,

14,в сурет сұлбасы - Ср » 4800I_Н/ U

мұндағы ток – фазалық, ал кернеу паспорт бойынша сызықты.

Жұмыс істеу уақытында улкен іске қосу моментін алу үшін іске қосу сыйымдылығын қосады С_П. Сыйымдылықпен С_Р.Н тұрақты қосылып тұрған қозғалтқыш – конденсатор деп аталады.

Шекті қуатты қозғалтқыш конденсаторының 1,7 кВт қуатын есептеу тиісті, яғни конденсатордың бағасы номинал қуатта 1 кВт  қозғалтқыш бағасына жуық.

Бірфазалы қозғалтқыш үшфазалымен салыстырғанда эксплуатациялық сапасынан, пайдалы әсер коэффициентінің аздығына және cosj жағынан нашар.

Орамы қысқа тұйықталған бар бірфазалы қозғалтқыштың тораппен  байланысқан статорында және статор орамасында, дәл ортасында және көрсетілген осьтерде (6.3 а суретті қара) табақшалар статормен бірге штампталады.

Олардың біреуінің ұшы қысқа тұйықталған ораммен ұсталынады, ол қосымша орам болып табылады. Екіөрісті машинада қысқа тұйықталу орамасы диаметр бойынша орналасқан, ал төртөрістіде - 90° бұрыш жасай орнатылған. Қысқа тұйықталған қозғалтқыш роторы қарапайым түрде.

Статор орамасында пайда болған машинаның магнит ағынын, екі қосылғыш ретінде қарастыруға болады

   

                                                                                           (6.2)

мұндағы  - қысқа тұйықталу орамасын қамтитын полюс арқылы тұйықталған ағын;

 - қысқа тұйықталған ораммен  тіркелген ағын.

       

1 – статор; 2 – статор орамасы; 3 –қысқатұйықталған орама; 4 – полюстер соңы; 5 – ротор

6.3 сурет – Статордағы қысқа тұйықталу орамдағы бірфазалы қозғалтқыштың сұлбаның кескіні (а) және оның магнит ағынының векторлық диаграммасы (б)

 

Бұл құрастырушы ағындар полюстер ұштарының әртүрлі бөлшектерінде тұйықталады, яғни кеңістікте орналастырылған. Сонымен қатар, статор орамасындағы магниттелу күші F әртүрлі бұрыштарға бұрылады g₁ және g₂ , фазаға қатысты ығыстырылған (6.3 б суретті қара). Бұл қозғалтқыштың әр полюстері бірінші жуықтауда трансформатор ретінде қарастыруға болады, бірінші орама  статор орамасы, ал екіншісі – қысқа тұйықталу орамасы екендігін түсіндіреді. Ағын Ф_Пқысқа тұйықталу орамасын қамтымағандықтан, g₁ бұрышы салыстырмалы түрде үлкен болмайды  мысалға - (4¸9°), трансформатордың ағыны мен бос жүріс режіміндегі бірінші ораманың магниттелу күшінің арасындағы ығыстырылу бұрышы сияқты. g₂ бұрышы үлкен болады (шамамен 45°), осы бұрышқа тәуелді жойылу қуаты, тек қана болаттың жойылу қуатымен анықталып қоймай,  қысқа тұйықталу орамасындағы электр жойылуымен де анықталады.

Ф_П және Ф_П ағындар кеңістікте араласқан және жылжытылған фазадағы бұрыштық уақытқа g₂ - g₁ байланысты, айналмалы магнит өрісі сияқты, айналу моментін тудырады, қозғалтқыш роторына әсер ететін  полюстің ұштарына бағытталған, екінші ұшы бойынша қысқа тұйықталу орамасын қамтиды.

Қысқа тұйықталу орамасындағы қозғалтқыш статорда жеткіліксіз маңызды қатарға ие:  төменгі  соsj, төменгі пайдалы әсер коэффициенті, қысқа тұйықталу орамасындағы үлкен жойылуға байланысты, аз ғана іске қосу моменті және т.б. Қозғалтқыштың жетістіктері болып конутрукцияның қарапайымдылығы мен  эксплуатацияның үлкен сенімділігі жатады. Тістердің қатысуына байланыста статордағы қозғалтқыш шуы білінбейді, сол себепті құрылғыда жиі пайдаланылады.

 

 

Дәріс № 7. Үш фазалы синхронды машина

 

Дәрістің мазмұны:

- Генератор және қозғалтқыштың жұмыс істеу режіміндегі синхронды машинаның конструкциясы мен әсер ету принципі.

- Генератор және қозғалтқыштың жұмыс істеу режіміндегі синхронды машинаның сипаттамасы.

 

Дәрістің мақсаты:

- Генератор және қозғалтқыштың жұмыс істеу режіміндегі синхронды машинаның конструкциясы мен әсер ету принципін оқып үйрену.

- Генератор және қозғалтқыштың жұмыс істеу режіміндегі синхронды машинаның сипаттамасын  оқып үйрену.

 

Синхронды машиналар қозғалмайтын немесе айналмалы якорьда орындалады.  Статордағы электр энергиясын бұруға ыңғайлы болу үшін үлкен қуатты машина қозғалмайтын якорьда орындалады (7.1 а суретті қара). Қоздыру қуатын жалпы қуатпен салыстырғанда үлкен болмағандықтан,  (0,3 - 2%) якорьдан алып тастаймыз, екі сақинаның көмегімен қоздыру орамасына тұрақты токты жеткізуде аса көп қиыншылықтар тумайды. Аса үлкен емес қуаттағы синхронды машиналар қозғалмайтын және айналмалы якорьда орындалады. Айналмалы якорь мен қозғалмайтын индуктордағы синхронды машинаны (7.1 б суретті қара) айналмалы деп атайды.

Машинаның қозғалмайтын якорында ротордың екі түрлі конструкциясы қолданылады: анықполюсті (полюстері анық көрсетілген) (7.2 а суретті қара) және анық емес полюсті (полюстері анық көрсетілмеген) (7.2 б суретті қара). Анық полюсті ротор әдетте төрт немесе оданда көп полюстер саны бар машиналарда қолданылады. Мұндай жағдайда қоздыру орамасы цилиндрлік катушканың тікбұрышты қимасы түрінде болады, яғни полюстердің жүрекшелерінде орналастырылады және полюстердің ұштарына бекітіледі. Ротор, полюстердің жүрекшелері және полюстердің ұштары болат табақшалардан жасалынады.

 

1-якорь; 2- якорь орамасы; 3– индуктордың полюсі; 4- қоздыру орамасы; 5- сақиналар мен щеткалар

7.1 сурет – Синхронды машинаның қозғалмайтын (а) және айналмалы якорьдағы (б) конструкциясы

 

Үлкен қуатты екіполюсті және төртполюсті машиналар, 1500 айн/мин және 3000 айн/мин ротордың айналу жылдамдығында жұмыс істеуі, ережеге сәйкес анық полюсті емес ротордан дайындалады. Оларды анық полюсті роторда қолдану мүмкін емес, себебі қоздыру орамасында және полюстердің механикалық беріктілігін бекіту шартына байланысты. Машинадағы мұндай қоздыру орамасы ротор жүрекшелерінің фазаларында орналасады, олар  шыңдалған болат  темірмен толтырылған және магниттелмеген металдармен берік оралған.

те дылу қуатымен анықталады, және де қысқа тұйықталу орамасындағы электр жойылуымен.орама ластырылған.

1- ротор жүрекшесі; 2- қоздыру орамасы

7.2 сурет – Синхронды анық полюсті (а) және анық полюсті емес (б) машина роторы

Шамамен 1/3 ротордың полюсті бөліктерінде фазалары болмайды; ол бөліктерді «үлкен тістер деп атайды», қоздыру ағыны олардан кіреді және шығады. Жоғарғы меншікті кедергісі бар материалдан жасалған (латунь және т.б.) анық полюсті роторы бар синхронды қозғалтқыштың полюстерінің ұштарына бекітіліп орналастырады.  Бұл тор іске қосу орамасында қызмет атқарады. Соңғы кездерде, синхронды машинанлар іске қосу орамасынсыз жиі орындалады, бірақ массивті полюспен. Осы полюстерді іске қосу кезінде құйынды токтар пайда болады, айналу магнит өрісімен әсерлеседі және іске қосу моментін тудырады.

Синхронды генератордың әсер ету принципі электрмагниттік индукция заңына негізделген. Егер ротордың қоздыру орамасына тұрақты ток беретін болсақ және роторды айналдырсақ, онда статор орамасында электр қозғаушы күші өтеді, әсер етуші шама мынаған тең

 

                                       Е=4,44 kfWФ                                                  (7.1)

 

мұндағы k - орам коэффициенті; f- алынған токтың жиілігі; W- генератор орамасына тізбектей жалғанған фазалар орамаларының саны,  Ф-полюстердегі негізгі магнит ағыны.

7.3 сурет – Синхронды машинаның қарапайым моделі

 

Үшфазалы кернеуді алуда үш орама орналастырылады, қоршаған ортада бір-бірінен 120⁰ ығыстырылған. Бұл орамалар бір-бірімен жұлдызша немесе үшбұрышша байланысқан. Роторды айналдырған кезде орамадан электр қозғаушы күші өтеді 120⁰ ығыстырылған.

Егер генераторға сырттан жүктеме қоссақ якорь орамасынан ағатын айнымалы ток айналмалы магнит өрісін тудырады, ротордың айналу жиілігіне тең айналу жиілігі (5.2), яғни айналу магнит өрісінің жиілігі мен полюстері бір-біріне тең. Мұндай жағдайда олар синхронды айналады және осындай генераторлар синхронды деген атқа ие болды. Генератордың электр қозғаушы күшінің жиілігі f=np/60 тең , мұндағы п –ротордың айналу жиілігі мин^-1, р – полюстер саны.

Синхронды генераторлар, тұрақты ток генераторлары сияқты, кері әсер  ету қасиетіне ие болады, сондықтан конструкциясын өзгертпестен қозғалтқыш ретінде де пайдалануға болады,

Роторды механикалық қозғалтқышпен айналып жатыр деп қарастырамыз және міндетті түрде синхронды кері әсер ету сандарын іске асырады (7.3 суреттті қара). Егер осы кезде құралған жарық көзінен статорға үшфазалы ток қоссақ, алдыңғы қозғалтқышты генератордан ажыратсақ, онда ротор айналу санының белгісіз түрінде айналуын жалғастырады (5.2 суретті қара). Мұның болу себебі, статорға үшфазалы токты қосу кезінде айналмалы магнит өрісі пайда болады, бұл ротор полюстерімен әсерлеседі (аттас полюстер тебіледі, әраттас полюстер тартылады) сол себепті оның айналуын белгісіз ұстап тұрады. Өрістердің айналу бағытын әрқашан ротор түріндегідей алуға болады, егер статордағы фазалардың кезектесуін анықтап бақыласақ, яғни үшфазалы токты жалғағанда. Өрістің кері айналуында n (5.2) жиіліктің тогына тәуелді, сонымен қоса полюстер санына да байланысты. Бұл кері айналымдар қозғалтқыш роторында синхронды деп аталады.

Синхронды машиналар қозғалтқыш режімінде тұрақты жылдамдықтағы жұмыс істеу механизмдері үшін асинхронды қозғалтқышқа ойдағыдай ауыстырады, мысалға сорғыларда, ауаөткізгіштерде және т.б. Қайта жүктемелеуге қатысты М_М/М_Н=1,8¸2,5 синхронды генератор бірге тең болатын  с cosj-дің бағалы қасиетте жұмыс істеуін қамтиды.

7.4 суретте активті (1), индуктивті (2) және сыйымдылық (3)жүктеме кезіндегі генератордың сыртқы сипаттамасы көрсетілген. Жоғарғы жүктеме

аумағында кейбір төмендеулер қисық 1, ол якорь орамасындағы кернеудің жоғырылауын түсіндіреді.

Реттеу сипаттамасы жүктеме тогы мен қоздыру тогының арасындағы әсерлесуді көрсетеді, бұл ротордың тұрақты айналу жиілігіндегі генератордың шығыс кернеуінің өлшемін өзгеріссіз ұстап тұрады. Реттеу сипаттамасының түрі  7.5-суретте көрсетілген. Талдаудан 1 және 2 қисық кірісінде, активті және индуктивті кедергі кезінде шығыс кернеуін тұрақты етіп ұстап тұру үшін қоздыру тогы жоғары болуы керек , ал сыйымдылық  (3) кезінде төмен.

Бос жүріс сипаттамасы (7.6 суретті қара) генератордың шығыс кернеуі мен  жүктеме кезінде алынған қоздыру тогының арасындағы тәуелділікті көрсетеді.

Қоздыру тогының қатысуымен болған сипаттаманың бастамасы генератордағы қалдық магнетизмнің шамасына тәуелді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.6 сурет - Генератордың бос жүріс     7.7 сурет - Синхронды қозғалтқыштық   

               сипаттамасы                                       жұмыс істеу сипаттамасы

 

Жұмыс істеу сипаттамалары (7.7 суретті қара) U_C=const, f_C=const кезінде  Р₂ механикалық қуаттан берілетін және қоздыру тогының өзгеріссіз күйінде п.ә.к. h және  созj    якорь орамына түсетін кездегі I_a ток пен P₁ электр қуаты арасындағы әсерлесуді көрсетеді. Жылдамдықтың айналу қозғалтқышы тұрақты болғандықтан, n=f(P₂) тәуелділігі әдетте келтірілмейді, сонымен қатар М=f(P₂) тәуелділігі де келтірілмейді, себебі М айналу моменті P пропорционал болғандықтан. I_a=f(P₂) және P₁=f(P₂ ) тәуелділіктері сызыққа жақын сипаттамасына ие. Бос жүріс тогы I_a0 реактивті және активті құрастыру токтарынан анықталады, ол болат шығыны мен механикалық шығынның компенсациялануынан болады. Бос жүріс қуаты P₀ осы режімдегі пайда болған шығынның қосындысына тең.  h=f(P₂) қисығы жалпы электр машинасының сипаттамасына ие. Синхронды қозғалтқыштар  соsj=1 кезінде жұмыс істеуі мүмкін, әдетте олар номинал жүктеме кезіндегі қозу тогы  бар жұмысты есептейді, ол кезде cosj=0,9¸0,8. Бұл жағдайда синхронды қозғалтқыш қоректенетін тораптағы cosj қосындысы жақсарады. Реактивті құрастыру тогы I_a асинхронды қозғалтқыштағы қалдық реактивті  құрастыру тогын компенсациялайды.  cosj=f(P₂) тәуелділігі қайта қоздыру кезінде Р₂>Р_НОМ аумағында максимумға жетеді. Р₂ төмендеткенде cosj шамасы төмендейді, ал торапқа берілетін реактивті қуат өседі.

 

Дәріс №8. Бір фазалы синхронды машина және әмбебап коллекторлы қозғалтқыш

 

Дәрістің мазмұны:

- Әмбебап коллекторлы қозғалтқыш және бірфазалы синхронды машинаның әсер ету принципі мен құрылысы.

-         Жоғарыда көрсетілген электр машиналарының белгілеулері мен

қолдану аумағы.

 

Дәрістің мақсаты:

- Әмбебап коллекторлы қозғалтқыш және бірфазалы синхронды машинаның әсер ету принципі мен құрылысын оқып үйрену.

-         Жоғарыда көрсетілген электр машиналарының қолдану аумағы мен

белгілеулері меңгеру.

 

Бірфазалы синхронды машина қозғалтқыш және генератор түрінде де жұмыс істейді.  Машинаның статорында якорь орамасы орнатылады (8.1 а суретті қара), оның 2/3 аумағын қамтиды. Якорь орамасын статордың барлық аймағына орналастыру мүмкін емес, оның себебі мыс шығыны 1,5 есеге көп болады, ал қуаты 15% дейін шексіз ұлғайды. Бұл фазалар санының өсуінен орам коэффициентінің төмендеуін түсіндіреді, яғни машиналар үшін якорь орамасының біртекті орнатылуы 0,64 құрайды. Осы себептен статордың барлық аумағы өткізгіштермен толтырылмаған, бірфазалы машинаның қуаты шамамен 1,42 %  бұл статордың диаметрі бірдей және оның орамасындағы қуат шығыны дәл болған кездегі үшфазалы машинаның қуатынан төмен. Якорь орамасынан бірфазалы ток өткен кезде тура Ф_тура және кері Ф_кері магнит өрістері пайда болады.  Тура өріс роторға байланысты қозғалмайды: ал кері өріс 2w бұрыштық жылдамдықпен айналады және қоздыру орамасындағы электр қозғаушы күшін индукциялайды,  ал жиілік якорь орамасындағы электр қозғаушы күштің жиілігінен екі есе үлкен болады.

Мұндай жағдайдағы екі жиілікті ағатын  ток щетканын қоздырылуын және керексіз реттілік қатарын құрайды.  Осы құбылыстың пайда болуына бірфазалы машина роторында міндетті түрде қысқа тұйықталуда тиін торы   түріндегі демпферлік орама орналастырылады. Демпферлік орама оқтаушасында кері өріс электр қозғаушы күшін екі жиілікті индукциялайды, сол себепті орамада магниттелу күші пайда болады. F_Д (магниттелу күші) кері өрістегі статор орамасында пайда болған магниттелу күші F_кері -не сәйкес жылдамдықпен, дәл сондай бағытта айналады. Осы магниттелу күшінің иллюстрациялы әрекеттесуінің векторлық диаграммасы 8.1, б суретте көрсетілген. Мұндағы магниттелуші күш F_кері, қорытынды   магниттелуші күш

1-     статор; 2- ротор; 3-статор орамасы; 4-қоздыру орамасы

8.1 сурет - Бір фазалы машинаның сұлбалық кескіні (а) және кері өрісте пайда болған э.қ.к. мен магниттелу күшінің векторлық диаграммасы

 

F_қорт және осыдан туатын ағын Ф_қорт, сонымен қатар электр қозғаушы күш Е_Д демперлік орамада және  Е_В қоздыру орамасы күрт төмендейді. Сондықтан, демпферлік ораманың бар болуынан кері өріс толығымен өшеді және қоздыру орамасынан өтетін айнымалы ток іс жүзінде тоқтатылады.

8.2 суретте әмбебап коллекторлы қозғалтқыштың сұлбасы көрсетілген. Егер қозғалтқышты тұрақты ток торабының ұштарымен байланыстырсақ “+” және “-”, онда ол тізбектей қоздырылған қозғалтқыш түрінде жұмыс жасайды, мұның сипаттамасы мен қасиеті жайында жоғарыда айтылған.  Бізге мәлім, егер бір уақытта якорьдағы ток бағыты мен қоздыру орамасы өзгеретін болса, онда айналу моментінің бағыты өзгермейді.  Әдетте, қозғалтқыш айналып тұрады, егер оны айнымалы ток торабына қосатын болсақ.

Тұрақты ток машинасының магнит шынжырының басым бөлігін айнымалы токпен қоректендіру кезінде үлкен жылу шығыны болады, ал айнымалы ток үшін қоздыру орамасы үлкен индуктивті кедергіге ие болады. Сол себепті әмбебап қозғалтқыштар станина және полюстерінде орналасады, якорь сияқты. Олар қосымша полюстерге ие болмайды. Индуктивті кедергіні төмендету үшін, айнымалы токпен жұмыс істеуде кезінде кедергіге, тек қоздыру орамасының бір бөлігі ғана қосылады (8.2 суретті қара).

Айнымалы токпен жұмыс істеу кезіндегі қозғалтқыштың көрсеткіштері, тұрақтыға қарағанда өте  төмен болады.

8.2 сурет - Әмбебап

қозғалтқыш сұлбасы

Дәріс №9. Қадамдық және индуктивті электр қозғалтқыштар

 

Дәріс мазмұны:

- Қадамдық және индуктивті электр қозғалтқыштардың құрылымы мен жұмыс істеу принципі.

- Осындай электр қозғалтқыштардың қолданылу мен белгіленуі .

 

Дәріс мақсаты:

- Қадамдық және индуктивті электр қозғалтқыштар құрылымы мен жұмыс істеу принципін оқып білу. 

- Осындай электр қозғалтқыштардың қолданылу мен белгіленуін меңгеру.

    

Шекті айналмалы қозғалысты электрмеханикалық түрлендіргіштер, мысалы қадамды таратушылар кең таралған. Осы құрылғыларда электрлік импульстер бұрылыстың шекті бұрыштарына айналады. Импульс тоқтаған жағдайда бұл құрылғылар бұрынғы жағдайына қайта келеді. Жоғарыда шексіз айналмалы қозғалысты тұрақты және айнымалы ток қозғалтқыштарының мысалы келтірілген болатын. Қоректенуді жіберу кезінде қозғалтқыштар оларды ажыратпағанша айнала береді.

Практикада осындай электрмеханикалық құрылғыларды, өзіне қоректенудің бір ғана импульсін жібергенде белгілі бір бұрышқа (қадамға) бұрылатын, ал ажыратқанда тоқтайтын құрылғыларды керек ететін жағдайлар кездеседі. Келесі импульстерді жібергенде құрылғылар бұрынғы жағдайына қайта келмей дәл сондай қадам жасауы керек. Осы үлгіге ұқсас электрмагнитті өткізгішті  қадамдық таратушылар жұмыс істейді, тек ережеге сай ауыстырып қосу бұрылысында пайдаланылады. Құрылғылар қатарына, әсіресе, бұрылыстың шексіз бұрыштарында импульстік электрлік дыбыстарды тоқтату керек (есептегіш, сандық жалғастырушы жүйеде және т.б.) болғанда қадамдық қозғалтқыштар көп қолданылады. Көбінесе тұрақты магнит түріндегі роторлы қадамдық қозғалтқыштар аса ыңғайлы, олар кез келген орнықты жағдайларда анық көрсетеді, тіпті қоректі өшіру кезінде және т.б., есте сақтау қасиетіне ие болып тұрады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.1 суретте осындай қозғалтқыштың сұлбалы суреті көрсетілген. Статор жұлдызшаға байланыстырылған, орамалы үш анық көрсетілген полюстерден тұрады. Қозғалтқыш қоректенуі үш сыммен іске асырылады, бір сымға бір полярлы  кернеу жүргізіледі, ал басқа екеуіне - қарама-қарсы полярлы кернеу жүргізіледі. Сағат бағыты бойынша роторда айналдыру кезіндегі коммутация реті 9.1-кестеде келтірілген.

 

 9.1 К е с т е - Статор орамасының коммутация реті

№1П        полюстің   полярлығы	S		N	N	N	S
№2	N	S	S	S	N	N
№3	N	N	N	S	S	S
Ротордың бұрылу бұрышы	0°	60°	120°	180°	240°	270°

 

Қозғалтқыштың әр қадамында полюстердің тек біреуінің ғана өзгеруі керек екенін байқау қиын емес. Осындай коммутацияға байланысты (реле және ауыстырып қосқыш көмегімен), сол сияқты байланыссыз әдісін қолдану қиын емес. Коммутация қатары өзгерген кезде қозғалтқыш роторы қарама-қарсы жаққа айналады. Қозғалтқыш қадамы  60° құрайды. Егер статорды алты полюсті жасасақ, онда қозғалтқыш қадамы 30° тең болуы мүмкін.

Қоректі тоқтатқан кезде ротор өзінің соңғы жағдайында жазылады, сондай-ақ оның магнит полюсі статордың айқын көрсетілген полюсіне тартылады. Барлық қолданылған қозғалтқыш қадамдары қуат білігінде бірнеше ватқа өседі және секундына 50 қадам жасауы мүмкін. Автоматика жүйесінде аса кең таралған екіфазалы индуктивті қозғалтқышты қарастырайық. Қозғалтқыш (9.2 және 9.3 суретті қара) екі орамалы (қоздыру және басқару) статордан және қысқатұйықталған ротордан тұрады. Статорлық орамалар кеңістікте 90º бұрышта орналасқан. Суретте статор көрнекілік үшін айқын полюсті болып көрсетілген. Статор орамасы таралған және фазада салынып орындалады. Қоздыру орамасы айнымалы ток торабынан амплитудасы өзгермейтін кернеумен  қоректенеді, ал басқару орамасы амплитуда бойынша өзгеретін және қоздыру кернеуіне қатысты фаза бойынша  +90 немесе  -90º жылжыған күшейткіш кернеуінен қоректенеді. Индуктивті қозғалтқыштың айналу жылдамдығының шамасы мен бағыты шамасына және басқару орамасындағы кернеу белгісіне байланысты. Басқару кернеуінің фазасын +90º дан -90º дейін өзгерткенде, ротордың айналу бағыты кері жағдайға ауысады.

Индуктивті қозғалтқыштардың роторы «тиіндік дөңгелек» (9.2 суретті қара) түрінде немесе жұқақабырғалы стакан (9.3 суретті қара) түрінде орындалады.

 

 

 

 

«Тиіндік дөңгелек» түрі көп магнитөткізетін цилиндрден (оңашаланған болат жапырақтардан шығында азайту мақсатына таңдалынып алынған ), қума паздарда екі токөткізетін сақиналар дөңбекпен тұйықталған,  алюминий мен мыстан жасалған жеке өткізгіштерден тұрады. Екінші құрылымында магнитөткізгіш және тоқ жүргізетін бөлігі магнитөткізгіш жылжымайтын тегіс цилиндр (фазасыз) түрінде, ал ротор алюминийден жасалған (алюминий жеңіл металл ретінде инерция моментін азайту үшін таңдалынып алынған) жұқақабырғалы стакан түрінде болып бөлінеді. Екі машинаның да қозғалыс әрекеттері және негізгі сипаттамалары бірдей. Екіфазалы индуктивті қозғалтқыштың айналу моменті статора өрісінде роторға жүргізілген индуктивті тоқтар әсерінен пайда болады. Бұл момент басқару және қоздыру ағын әсерінен немесе қоздыру және басқару кернеуінің әсерінен (машинаның темірі сығылмаған жағдайда) және олардың арасындағы фазаларының синус бұрышының жылжуы

М_вращ=k₁U_BU_Уsinγ                                                      (9.1)

 

мұндағы U_B – қоздыру кернеуі;

U_У – басқару кернеуі; 

γ – олардың арасындағы фаза жылжуының бұрышы; әдетте  γ=90º, sinγ=1 деп алынады;

k₁ – пропорционалылық коэффициенті.

Индуктивті қозғалтқыштар айнымалы ток жүйелерде әртүрлі жиіліктерде 50-ден 1000 гц дейін қолданылады. Жиіліктің ұлғаюы бос жүріс жылдамдығының да көбейгенін білдіреді, бұл біруақытта электрмеханикалық тұрақты уақыттың өсуіне әкеп соқтырады. Мысал ретінде, Т_эм  орташа мәні индуктивті қозғалтқыштар үшін 50гц-те 0,03-0,05 сек болса, ал 400гц-ті қозғалтқыштарда 0,1-0,2сек құрайтынын көруге болады.

Сондай-ақ, индуктивті қозғалтқыштар өзінің жұміс істеу принципі бойынша роторға ток жүргізілуін керек етеді, щетканы қажет етпейді, үйкеліс моменті оларда аз ғана шамада болады және айналу жылдамдығының реттеу есегілі тұрақты ток қозғалтқыштарына қарағанда 2-3 есе жоғары болып шығады. Айнымалы ток қозғалтқышының белгілі кемшілігі салыстырмалы түрде үлкен салмағы, сол қуатта тұрақты ток қозғалтқышында 2-3 есе салмағын жоғарылатуы болып табылады. Бірақта, көп жағдайларда индуктивті қозғалтқыштардың аса жоғары сенімділігі көрсетілген кемшіліктер (щетканың болмағанда, қарауды және ауысуды керек еткенде) орын толтырады.

 

Дәріс №10. Электр машиналық датчиктер (тахогенераторлар)

 

Дәрістің мазмұны:

- Айналмалы трансформаторлар мен тахогенераторлардың әсер ету принципі мен құрылғысы.

-         Электр машиналы датчиктердің белгіленуімен қолданылу аймағы.

 

Дәрістің мақсаты:

- Электр машиналы датчиктердің әсер ету принципі мен түрлерін меңгеру.

- Электр машиналы датчиктердің белгіленуі мен қолданылу аймағы меңгеру.

 

Электр машиналы датчиктердің ішінде ең көп тарағаны тахогенераторлар болып табылады. Тахогенераторлар кернеуді өлшеу үшін қызмет жасайды, ол айналу жылдамдығына пропорционал, бұрыштық жылдамдықтың электрлік датчигі түрінде пайдаланылады. Шығыс кернеуінің түріне қарай айнымалы және тұрақты ток тахогенераторлары болып бөлінеді. [6, 7, 8].

Тұрақты ток тахогенераторы тұрақты ток электр қозғалтқышына конструктивті тәрізді және тұрақты магниттерде қоздырылу тәрізді орындалады, сол сияқты электр магниттерде де. Тахогенератордың электр қозғаушы күші келесідей өрнекпен анықталады

                                             (10.1)

мұндағы - якорь сұлбасы мен конструкцияға тәуелді коэффициент; Ф – қоздырғыш ағыны; w - бұрыштық жылдамдық.

Егер ағын Ф тұрақты магнитте пайда болатын болса, онда тұрақты өлшем болады, э.қ.к Е тек айналу жылдамдығына ғана тәуелді болады. Егер ағын қоздыру тогынан пайда болатын болса, онда оны ауыстыруға болады, бұл жағдайда э.қ.к айналу жылдамдығына және қоздыру тогына тәуелді болады. Қанықпаған магнит шынжырында ағынды Ф қоздыру тогына I_қоз тура пропорционал деп есептеуге болады, яғни

                                                             (10.2)

а – пропорционалдық коэффициенті.

Бұл тахогенераторды сыртқы электрлік қозғалтқышпен пайдалануға мүмкіндік береді екі шаманы көбейту үшін, оның біреуі қоздырылу тогы, ал екіншісі –айналу жылдамдығы.

Негізгі талаптардың біреуі, тахогенераторға негізделген, дәлдікпен қамтамасыз ету талабы болып табылады.

Төмендегілер тұрақты ток тахогенераторының қате жіберуінің салдары болып табылады:

а)  тахогенераторда тұрақты магнитпен магнит ағынын өзгерткен кезде нәтижесінде магниттің ескіруі немесе температураға әсері болады; температураны +10°С жоғарылатуда магниттік қоспаны пайдалануда ағынның 0,2-0,3% төмендеуін көрсетеді;

б) тахогенератордың екі түрінде де аз ғана кедергісі бар жүктемемен жұмыс істегенде жүктеме тогына әсері болады, сол себепті якорь  орамасындағы кернеудің төмендеуі және щеткалық байланыстарда және якорь реакциясында тахогенератордың шығысындағы кернеуде өзгеріс болады.

 Айнымалы ток тахогенераторы синхронды және асинхронды болып бөлінеді.

Синхронды тахогенератор түрі роторы тұрақты магнит түріндегі үлкен емес синхронды машинаны ұсынады (10.1 суретті қара).

 

Осындай түрдегі тахогенератордың шығыс кернеуінің амплитудасы және жиілігі бар, олар айналу жылдамдығына пропорционал. Тахогенератордың шығыс кернеуін әдетте жартылайөткізгіштік түзеткішпен түзетеді.

Бұл тахогенератордың екі негізгі жетіспеушілігі бар:

а) шығыс кернеуі айнымалы жиілікке ие, ол айнымалы токтың қарапайым сұлбасын  пайдалануға қиындық тудырады;

б) тахогенераторлар жылдамдықтың айналуында, айналу бағытының өзгеруіне сезімтал емес, бұл кезде шығыс кернеуінің жиілігі өзгермейді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.2 сурет – Асинхронды түрдегі тахогенератор

а- сұлба; б- айналу жылдамдығының әртүрлі мәніндегі тахогенератордың шығыс кернеуі; шығыс кернеуінің жиілігі өзгермейді

 

Осы жетіспеушіліктерге байланысты асинхронды тахогенератор еркін (10.2 суретті қара). Бұл тахогенератордың конструкциясы жұқа қабатты роторы бар  екіфазалы қозғалтқыштың конструкциясына сәйкес келеді. Тахогенератордың қоздыру орамасы айнымалы ток торабынан қоректенеді, ал  шығыс орамасынан айнымалы ток электр қозғаушы күші өтеді, яғни  тораптың жиілігі және амплитудасы бар, жылдамдық шамасына пропорционал.  Шығыс кернеуіндегі фазаның айналуын өзгерткен кезде ол кері шамаға ауысады.

Шкаласы бар вольметрге қосып, айн/мин немесе автоматты жүйедегі кері байланыстағы шынжырды градуирлеуде, әртүрлі механизмдермен машиналардың айналу жиілігін өлшеу үшін пайдаланады.

 

         Дәріс №11.  Айналмалы трансформаторлар

 

Дәрістің мазмұны:

- Айналмалы трансформаторлардың әсер ету принципімен құрылғысы.

- Айналмалы трансформаторлардың белгіленуі мен қолданылу аймағы.

 

Дәрістің мақсаты:

- Айналмалы трансформаторлардың әсер ету принципі мен құрылғыны  меңгеру.

- Айналмалы трансформаторлардың  қолданылу аймағы мен белгіленуін түсіну.

 

Айналмалы трансформаторларды айнымалы ток электрлік микромашина деп атайды, кернеудегі ротордың айналу бұрышын  a  түрлендіреді, осы бұрыштың бірнеше функцияларына немесе бұрыштың өзіне пропорционал. Машинаның шығысында кернеуді кернеуді өлшеу заңдылығына тәуелді, олар келесідей түрлерге бөлінеді:

а) синус-косинусты трансформатор, шығысында екі кернеуді алуға мүмкіндік береді, оның біреуі  sina пропорционал, ал екіншісі - соsa;

б) сызықты айналмалы трансформатор, шығыс кернеуі a бұрышына пропорционал;

в) құрылу трансформаторы, шығыс кернеуі берілетін бастапқы U₁ және  U₂ кернеулермен байланысты, өрнегі

 

                                                                                      (11.1)

мұндағы С-тұрақты.

Әр түрдегі айналмалы трансформаторды алу үшін статорында екі орамасы және әртүрлі әдістермен ротор орамасын қосатын   машина қолданылады.

 

 

Айналмалы трансформаторлар автоматты және есептеуіш қондырғыларда кеңінен қолданылады, геометриялық және тригонометриялық есептерді шешуге арналған, әртүрлі математикалық операцияларды орындаумен байланысты, ұшбұрыштарды тұрғызуда, координаттарды түрлендіруде, векторлар мен прокцияларды тұрғызу мен ажыратуға байланысты. Олар автоматты реттеу жүйелерінде кейбір берілген күйдегі жүйенің ауытқуын белгілейтін, өлшеуіштерді құптау ретінде қолданылады.

Айналмалы трансформаторлар айналмалы ротор немесе айналу режімінде жұмыс істей алады. Бірінші жағдайда ротордың күйі статормен салыстырғанда айналмалы механизм түрінде беріледі (редукторлы орындаушы қозғалтқышпен). Бұл режімдегі жұмыс кезінде статордың орамдарының бірі - қозу орамы В (11.1 суретті қара) - айналмалы ток торабына жалғанады, ал басқасы - компенсациялық немесе квадраттық орам К - кейбір кедергіге жалғанады немесе қысқаша тұйықталады. Кейбір жағдайларда статордың екі орамдары да айнымалы токтан тәуелсіз қорек алады. Статордың В және К орамдары бөлек немесе көпірлік сұлбаға қосылып орындала алады. Ротордың S  (синустық) және С (косинустық) орамдары түйіспелі сақиналарға жалғанады.

Түйіспелу сақина сандарын азайту үшін ротордың орамдарының ұштары бір жалпы сақинаға жалғанады және мыс щетка арқылы жалпы қысқышқа келтіріледі. Бұл орамдардың бастамалары сәйкес келетін сақиналар және щеткелер басқа екі қысқыштар арқылы шығарылады. Спираль (шиыршық сым) серіппесінің көмегімен ток өстерінде қолданылады, бірақ бұл жағдайда ротордың айналу бұрышы  1,8¸2 шегіне шектелген.

Қоздыру орамасының үздіксіз айналу режімінде айналмалы трансфарматордың жұмыс істеуі және компенсациялық орамадағы жылжымалы түйісудің санын төмендету мақсатында  олар роторда орналасады, ал синусты және косинусты - статорда болады. Бұл кезде компенсациялық ораманы қысқаша тұйықтайды, ал қоздыру орамасын екі түйісу сақинасына жалғастырады.

Қоздыру орамасын В айнымалы ток торабына қосқан кезде машинада уақытқа қатысты торап жиілігімен  пульсацияланатын қума магнит ағыны Ф_d туады. Бос жүріс кезінде ротор орамаларында  S және С бұл ағын Е_S0 және Е_C0 электр қозғаушы күштерін индукциялайды, жиілік торап жиілігіне f₁ тең болады, әсер ететін өлшемдер статорға қатысты ротордың күйіне тәуелді болады. Осыған байланысты косинус орамасындағы шығыс кернеуі бос жүріс кезінде төмендегі өрнекпен анықталады

 

                                 (11.2)

 

мұндағы  және  - ротор орамасының орамдар коэффициенті және орамдар саны;

- ағынның жоғарғы мәні.

Ротор орамасы S, С орамасына қатысты  бұрышқа жылжытылған, сол себепті бұл орамадағы шығыс кернеу төмендегідей

.                        (11.3)

(11.2) және (11.3) өрнектеріндегі  Е_В шамасы, статор және ротор орамаларының арасындағы трансформациялық байланысу коэффициенті - кезіндегі статор орамасындағы "В" ағынды Ф_d индукциялайтын э.қ.к. Статор орамасы К ағынмен Ф_d байланыспаған, ол э.қ.к. одан индукцияламайды. Айналмалы трансформатордың жүктеме кезіндегі ротор орамаларында пайда болған қума толқындарды түйістіру үшін қолданылады. Егер В орамасының орнына айнымалы ток торабына К орамасын жалғайтын болсақ, онда қума ағын пайда болады, осыған қатысты S орамасы косинусты, ал С орамасы синусты болады. Сол себепті, бос жүріс кезінде ротор орамасында э.қ.к. индукцияланады, сәйкес келетін ағынға қатысты ротордың айналу бұрышының синусына немесе косинусына пропорционал болады. Ротор және статор орамаларын қосуда әртүрлі сұлбаларыды пайдалана отырып, басқа да функционалды тәуелділіктерді алуға болады, сонымен қатар көрсетілген ток жүктемесіндегі  қателікті азайтуға болады.

 

Дәріс №12. Синхронды байланысты индуктивті машиналар

 

Дәріс мазмұны:

- Түйіспе және түйіспесіз сельсиндердің қозғалыс принципі және құрылғысы.

- Сельсиндердің индикаторлы және трансформаторлық жұмыс режімі.

- Сельсиндердің белгілінуі мен қолдану аймағы.

 

Дәріс мақсаты:

- Түйіспе және түйіспесіз сельсиндердің қозғалыс принципі және құрылғысын оқып-білу.

- Сельсиндердің индикаторлы және трансформаторлық жұмыс режімін меңгеру.

- Сельсиндердің белгілінуі мен қолдану аймағы білу.

 

Синхронды байланысы бар электр машиналары бір-бірімен механикалық байланысы жоқ синхронды және синфазалық айналымы немесе осьтердің екі немесе бірнеше айналуы үшін қызмет етеді. Қарапайым жағдайда бұрыштың синхронды берілісі (синхронды байланыс) сельсин деп аталатын (self sinchroniring сөзден- өзі синхрондалатын) екі бірдей бір-бірімен электрлі байланысқан индуктивті машиналар көмегімен іске асырылады.  Осы машиналардың біреуі датчик (бергіш) деп аталатын алдыңғы осьпен механикалық жалғанатын, ал екіншісі – қабылдаушы деп аталатын және жүргізу осімен (жалғаусыз немесе аралық орындаушы қозғалтқыш көмегімен) жалғанады [6,7].

Сельсинде екі орама болады: бірінші  немесе қоздыру орамасы және екінші немесе синхронизация орамасы. Фаза санына байланысты қоздыру орамасы бірфазалы және үшфазалы сельсин болып бөлінеді. Синхронизация орамасы сельсиннің екі түрінде де, әдеттегідей үшфазалы түрінде орындалады.

Автоматика жүйесінде көбінесе бірфазалы сельсиндер қолданылады.

Бірфазалы сельсиндер түйіспе және түйіспесіз болуы мүмкін. Түйіспе сельсиндерде орамның біреуі статорда, ал екіншісі роторда орналасады. Сельсиннің қозғалыс принципі әр ораманың орналасу орнына байланысты емес. Бірақ та, сельсиндерді қоздыру орамсы - роторда, ал синхронизациялау орамасы – статорда орналасқан жағдай жиі қолданылады. Осындай сельсиндер жұмыста аса  сенімді және үлкен нақтылыққа ие.

Бірфазалы сельсин қоздыру орамасы лүпілдейтін (толықситын) магнит ағынын құрайтын синхронды машина болып есептеледі. Бұл ағын шамасы ротордың бұрылу бұрышынан   тәуелді, эқк синхронизициясының үш фазалы орамасын индукциялайды. Ротор айналымы кезінде қоздыру орамасының арасындағы өзара индуктивтілік және әр синхронизация орама фазалары бір қалыпты косинус заңы бойынша өзгереді, нәтижесінде эқк, осы фазада индукцияланатын  соs пропорционал болады. Көріп отырғандай, эқк барлық үш фазада орама синхронизациясы индукцияланатын , бір және сол уақытта  уақытша фазаға ие, сондықтан да оны фаза деп атамай, сәуле дегеніміз дұрыс болады. Бірақ та аса кең таралған термин «фаза».

Сельсиннің екі негізгі жұмыс режімі индикаторлы және трансформаторлық болып бөлінеді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Индикаторлы жұмыс режімін жүргізу өсіне кедергі моменті өте аз болған жағдайда (өс бағытшамен немесе шкаламен болғанда) қолданылады. Сельсин-датчик  ротор айналымы жүйесінде жұмыс істегенде кейбір бұрыштар синхронизация орамасында қозғалыс әсерінен оның роторы да сондай бұрышқа _П бұрылуға тырысатын екі электр тогындағы сельсин және сельсин-қабылдағышта пайда болатын синхронизациялайтын момент тудырады. Синхронизациялайтын момент келісімінсіз бұрыш деп аталатын, екі сельсин роторының арасында  кеңістіктік бұрышы  =_{Д -П} болғанда құралады. Жоғарыда айтқандай, индикаторлы режімде сельсин- қабылдағыш білігіндегі кедергі моменті аз болады, сондықтан датчик роторының бұрылуынан кейін қабылдағыш ротор айналымы үшін сельсин-қабылдағыштың өзінен ешқандай қосымша күшейткіш құрылғыларсыз алынатын аз ғана айналу моменті қажет болады.

Қарастырылып отырған режімде сельсинмен жұмыс істеуде сельсин-датчик және сельсин-қабылдағыштың қоздыру орамасы айнымалы токтың жалпы торабына қосылған (12.1 суретті қара), ал синхронизация орамасы бір-бірімен сызықты байланыста жалғанған. Пульсирлі магниттік ағыны, датчик пен қабылдағышта қоздыру орамасын тудыратын, үш фазалы ЭҚК синхронизация орамасын индукциялайды. Егер датчик және қабылдағыш роторы арасында келісімсіз бұрыш Ф болса, онда қоздыру ағынымен әсерде болатын, сизхронизация орамасы бойынша тоқ ағады, датчик пен қабылдағышта синхронизациялайтын момент туады. Бұл жағдайлар да қарама-қарсы бағыттар болады және келісімсіз бұлышты нөлге жеткізуге тырысады.

Әдетте, датчик роторы тежеулі, сондықтан да оның синхроизациялайтын моменті механизм болып қабылданады, алдыңғы ось 0₁ бұрылатын, қабылдағыштың синхронизация моментін де датчик роторы бұрылатын сол бағытқа және сол бұрышқа _П ротор бұрады. Жұмыстың трансформаторлы режімі қандай да бір механизм айналатын болғанда, маңызды кедергі моментіне алдыңғы ось қолданылғанда ғана қолданылады.

Бұл жағдайда сельсин-қабылдағыш берілген бұрыштарды өздігінен істей алмайды, оған электрлік және механикалық байланысты  орындаушы қозғалтқыш көмегімен жасайды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Транспортты режімдегі сельсин жұмысы сельсин-датчиктің СД (12.2 суретті қара) қоздыру орамасы механикалық жағынан О₁ алдыңғы өсімен байланысты, бір фазалы ток торабына қосылады, ал сельсин-қабылдағыштың қоздыру орамасы орындаушы қозғалтқыштың басқару орамасына қорек беретін күшейткішке  К қосылады. Екі сельсиннің де синхронизиция орамасы бір-бірімен сызықты байланыста болады.

Айнымалы ток пульсирлі магнит ағынын тудыратын, үш фазалы синхронизация орамасында ЭҚК индукциялайтын, сельсин-датчиктің қоздыру орамасы арқылы өтеді. Сондай-ақ, датчик пен қабылдағыштың  синхронизация орамасы бір-бірімен сызықты байланыста жалғасқан, онымен ток өтеді, нәтижесінде сельсин-қабылдағышта өзінің пульсирлі магнит ағыны пайда болады. Бұл ағынның өсінің бағыты ротордың орналасу бұрышынан тәуелді болады.

Егер, бұдан сельсин-қабылдағышта қума құраушы ағын пайда болады, ол оның қоздыру орамасында кейбір ЭҚК индукциялайды, кейбір шығыс кернеулері осы орама түйіндерінде пайда болады.

Бұл кернеу сельсин-қабылдағыштың роторымен бірге алдыңғы осі  0₂ айналатын, күшейткіш арқылы орындаушы қозғалтқыштың басқару орамасына беріледі. Сельсин-қабылдағыштың роторын құраушы магнит ағынының өсі қоздыру орамасына перпендикуляр болса, шығыс кернеуі нөлге тең болады және алдыңғы ось айналуын тоқтатады.

Сол сияқты, қарастырылған жүйелер жұмысы үшін сельсин-қабылдағыш роторында ток қума құрайшы магнит ағынын тудыры керек. Келісілген ротор жағдайында  қума құраушы ағын болмау керек.

Сельсиндер бұрылу режімінде және айналу режімінде де жұмыс жасай алуы мүмкін. Бірінші жағдайда бұрыш датчик және қабылдағыш өсінің бір-бірінің келісімінсіз және берілген бұрыш бұрылысын өңдегеннен соң синхронды байланысты жүйенің статикалық қателігін сипаттайды. Екінші жағдайда қабылдағыш роторы,  датчик роторы сияқты, сол жылдамдықта айналады, ал бір-бірімен бұрыштың айналу процесінде пайда болған келіспеушілік жүйенің динамикалық нақтылығын сипаттайды.

Сельсин бұл сас үлкен емес өлшемдегі электрлік машина, үш фазалы синхронды генератордың конструкциясымен және сұлбасымен ұқсас.

 

 

 

 

 

 

                      

 

 

 

 

 

 

 

12.3 суретте сельсиннің типтік конструкциясы көрсетілген. Статор және ротор шығынды азайту үшін жұқа жапырақ электртехникалық болаттан алынған. Статорда үш фазалы орама болатын бірөлшемді таралған фазалар болады. Ротор түйіспе сақина мен қоздыру орамасы салынған, сол арқылы қорек жүретін, анық көрсетілген полюстерден тұрады. Сонымен бірге, анық көрсетілмеген полюстермен орындалатын роторды конструкциясын кездестіруге болады. Бір сельсин-датчик бірнеше сельсин-қабылдағыш орнына жұмыс істей    алады, статорлық орамалар топ бойынша параллель жалғанған, ал роторлық орамалар торапқа қосылған. Нәтижесінде сельсиндік берудің салдарынан қабылдағыштардың бір-біріне  әсері байқалуы мүмкін. Мысалы, егер ротор бір қабылдағыш нәтижесінде механикалық зақым себебінен айнала («орнықты») алмауы мүмкін немесе басқа қабылдағыштар бұрмаланады. Бірнеше қабылдағыштармен жұмыс кезінде сельсин-қабылдағышқа қарағанда датчик кейде күшті және үлкен көлемде жасауы мүмкін. Түйіспе сельсиннің үлкен кемшілігі өту кедергісі өзгеретін, сырғанайтын түйіспелердің болуы. Бұл синхронды байланыс жүйесінің жұмысын төмендетеді және олардың қателіктің ұлғаюына әкеп соқтырады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қазіргі уақытта статорда орналасқан бірфазалы қоздыру орамасы мен үшфазалы синхронизация орамасы кеңінен қолданыста, осының салдарынан сырғанайтын түйіспелінің (байланыс) керегі де болмай қалды. Түйіспелі сельсин роторы (12.4 суретті қара) магнитті емес материалдан жасалған екі болат пакеттен тұрады. Ротор пакеті біліктің параллельді осі, болат жазықтыққа орналасқан жапырақтардан жиналған. Статорда  таралған синхронизация орамасымен болат пакет, екі бүйір сақина (тороиды), қоздыру орамасының екі сақина тәріздес катушкасы және сыртқы магнитөткізгіш орналасқан. Болат пакет, синхронизация орамасы орналасқан және сақиналар жапырақтардан жиналған, білік осіне перпендикулярлы орналасқан, ал сыртқы магнитөткізгіш - жапырақтан жиналған, білік осіне параллель орналасады. Байқағанымыздай, сельсиннің магнит жүйесінің барлық бөлшектерінде жапырақ жазықтығы күштік магнит сызық бағытына қарай параллель. Қоздыру орамасының сақиналы қатушкалары ток бағыты кез келген уақытта келісілген сай келетіндей болып қосылуы мүмкін.

Қоздыру орамасын тудыратын магнит ағыны жолда сельсиннің магнит жүйесінің әр элементінде тұйықталады, суретте 35 пунктте бағытшамен көрсетілген. Ротор пакетінің біреуінен ол статорға үлкен емес ауалық саңылау арқылы өтеді, содан кейін статорға синхронизация орама өткізгіштерін ұстай екінші ротор пакеті келеді. Жалғаусыз өткен ағынға ротор пакетінен басқа пакетке кең магнитті емес тесік кедергі болады. Ротордың екінші пакетінен ағын сақина және сыртқы магнит өткізгіш арқылы бірінші пакетке өтеді. Ротор айналымында синхронизация орамасына қатысты ағын өсінің орналасуы өзгереді, сондықтан синхронизация орамасының фазасында индукциялайтын

ЭҚК ротордың айналу бұрышына тәуілді болады, сондай-ақ сельсин түйіспесінде де, нәтижесінде сельсиннің бұл түріндегі жұмыс істеу принциптері бірдей болады.

Түйіспелі емес сельсин кемшілігі түйіспелі сельсинге қарағанда, шашыраудың үлкен ағыны үшін және бос жүріс тогының ұлғаюына нашар материалды қолдануы болып табылады.

Бірдей салыстырмалы синхронизациялайтын моментте түйіспелі сельсин емес салмағы түйіспелі сельсинге қарағанда шамамен 1,5 есе үлкен болады.

 

Дәріс №13. Электрқозғалтқыштың  механикалық сипаттамалары және оның параметрлері

 

Дәріс мазмұны:

-  Электрқозғалтқыштың механикалық сипаттамалары және сырғанау мен қаттылығы туралы түсінік.

- Қозғалтқыштың айнымалы және тұрақты токтағы негізгі парамертлері.

 

Дәріс мақсаты:

- Қозғалтқыштың механикалық сипаттамаларын оқып-білу.

-Қозғалтқыштың айнымалы және тұрақты токтағы негізгі парамертлерін меңгеру.

 

Электр қозғалтқышымен қозғалыске келтірілетін кез келген механизм, егер қозғалтқыш қасиеті механизм талаптарын қанағаттандырса, үнемді  және өнімді жұмыс істеуі мүмкін. Қозғалтқыш қасиетінің бағасы үшін критерий болып, қозғалтқыш білігінде өсетін айналу жылдамдығы w мен моментінің М арасындағы тәуелділік болатын механикалық сипаттама қызмет етеді.

Механикалық сипаттамадан басқа, электрмеханикалық немесе басқаша жылжамдықты сипаттама - қозғалтқыш тогымен I және айналу жылдамдығы w арасындағы тәуелділік  жиі қолданылады [1,3,8].

Барлық сипаттамалар жасанды және табиғи болып бөлінеді. Қозғалтқыштың табиғи сипаттамасы деп тораптан қоректенетін номиналды парамертлі, қосылудың  қалыпты сұлбасында және қозғалтқыш шынжырында қосымша кедергілер болмаған жағдайды атайды. Қозғалтқыштың барлық басқа да сипаттамалары, осы шарттардың ең болмағанда біреуін орындамай қалған кездегі сипаттама жасанды сипаттама деп аталады. 

Сипаттамалар аналитикалық түрде өрнектермен немесе сызбалармен көрсетіледі. Механикалық сипаттамаларды салыстыру үшін критерийлердің біреуі олардың қатаңдығы болып табылады, қатаңдық коэффциентімен бағаланылады.

.                             (13.1)

Осы критерийге сәйкес, электр қозғалтқышының сипаттамалары абсолютті қатаң (b=¥), қатаң (b»40-10%) және жұмсақ (b»10% және аз) болып бөлінеді.

Абсолютті қатаң сипаттамаға  жылдамдығы жүктеме өзгерген уақытта тұрақты болып қалатын синхронды қозғалтқыш ие болады.

Қатаң сипаттаманы параллель қоздырғышты тұрақты ток қозғалтқыштары және білікте үлкен жүктемелі аралас қоздырғышты қозғалтқыштар, сонымен бірге асинхронды қозғалтқыштар (сипаттаманың сызықты бөлігі) ие.

Жұмсақ сипаттаманы тізбектей қоздырғышты тұрақты ток қозғалтқыштары мен білікте аз жүктемелі аралыс қоздырғышты қозғалтқыштар ие болады.

Механикалық сипаттаманың сипаттамалық нүктесі болып идеалды бос жүріс нүктесі, номиналды жұмыс режімінің нүктесі, қысқа тұйықталу нүктесі (13.1 және 13.2 суретті қара) табылады.

Идеалды бос жүріс кезінде қозғалтқыш білігінде момент (М=0) болмайды. Қозғалтқыштың айналу жылдамдығы бұл жағдайда идеалды бос жүріс (w₀) жылдамдығы деп аталады. Номиналды режімдегі нүкте моменттің (М_Н) және

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Жылдамдық (w_Н) пен осы мәндегі жылдамдық айырмашылығы, белгілі бір жүктемеге сәйкес келетін, жылдамдықтың құлауы (түсуі) (Dw) деп аталады.

М=М_Н, Dw_Н=w₀-w_Н үшін, Dw жылдамдыққа w₀  қатынасы «сырғанау» (s) деп аьалады.

                                               .                                              (13.2)

Номиналды момент s_Н кезіндегі сырғанау шамасы сонымен қатар, сипаттаманың қатаңдық бағасы үшін критерий ретінде қызмет етеді.

Қысқа тұйықталуда нүктесінде қозғалтқыш жылдамдығы 0-ге тең. Қозғалтқыш білігіндегі момент, осы жылдамдыққа сәйкес келетін қысқы тұйықталу моменті (М_КЗ) деп аталады. Кейде М_КЗ моменті жіберу моменті деп те аталынады.

Қозғалтқыш параметрлері салыстырмалы бірлікпен жиі өрнектеледі. Салыстырмалы бірлік ретінде  қандай да бір шаманы алу үшін оның абсолют мәнін шамаға бөлу керек, базисті болып қабылданған. Базисті шамалар қатарына, әдетте U_H - номиналды кернеуді, I_H - номиналды токты; М_H - но­миналды моментті; R_H - номиналды кедергіні қабылдайды. Қозғалтқыштың номиналды тогын номиналды кернеуге бөлгенге тең, w_H- номиналды айналу жылдамдығы.

Синхронды және асинхронды қозғалтқыштар үшін сондай-ақ параллель қоздырғышты тұрақты ток қозғалтқышы үшін базистік жылдамдыққа идеалды бос жүріс жылдамдығын w₀ қабылдайды.

Қозғалтқыш параметрі салыстырмалы бірлікпен өрнектелген келесі үлгіде белгіленеді:  және т.б.

Көп жағдайларда салыстырмалы бірлікті қолдану есепті оңайлатады.

 

Јдебиеттер тізімі 

1. Ильинский Н.Ф., Козаченко В.Ф. Общий курс электропривода. –М.: Энергоатомиздат, 1992. – 543 с.

2. Зеленов А.Б., Карочкин А.В. Автоматизированный электропривод и следящие системы. – Харьков: ХГУ, 1965. – 363 с.

     3. Копылов И.П. Электромеханика планеты земля.-М.: МАИ, 1998.- 260 с. 

4. Копылов И.П. Электрические машины. – М.: Логос, 2000. – 606 с.

5. Пиотровский Л.М. Электрические машины. – Л-д.: Энергия, 1972. - 497 с.

6. Брускин Д.Е., Зорохович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины и микромашины. – М.: Высшая школа, 1972. – 430 с.

7. Гинзбург С.А., Лехтман И.Я., Малов В.С. Основы автоматики и телемеханики. – М.: Энергия, 1968. – 512 с.

         8.Сагитов П.И., Цыба Ю.А. «Электрические машины систем автоматики»: Учеб­ное пособие для ВУЗов. –  Алматы: АИЭС,2004. – 90 с.