ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

 «Алматы энергетика және байланыс университеті»

коммерциялық емес акционерлік қоғамы

 

 

 

К.К. Жумагулов

А.З. Сапаков

 ТҰРАҚТЫ ТОКТЫҢ ЭЛЕКТР МАШИНАЛАРЫ

 Оқу құралы

 

 

 

Алматы 2012 ж.

УДК 621.313 (075.8)

ББК 31.261я73

Ж 78 Тұрақты токтың электр машиналары.

Оқу құралы/К.К. Жумагулов, А.З. Сапаков.

Алматы: АЭжБУ, 2012.-105 бет.  

 

ISBN 978-601-7327-65-1 

 

«Тұрақты токтың электр машиналары» курсы бойынша ұсынылған оқу құралында тұракты токтағы машиналардың жұмыс принципі, құрылысы қарастырылған. Сонымен қатар тұрақты токтағы машиналардың әртүрлі жұмыс режімінде өтетін құбылыстары және олардың математикалық бейнелері, машинаның негізгі сипаттамалары қарастырылған.

       Оқу құралы электрэнергетика және ауыл шаруашылығының энергиямен қамтамасыздандырылуы мамандықтарының бакалавр студенттеріне арналған және әртүрлі оқу формасындағы электрэнергетика мамандықтарында оқитын студенттер «Электр машинасы» курсы бойынша оқу құралы ретінде қолдануға болады.

       Көрнекілік – 114 дана. Әдебиеттер тізімі – 104 бет.

                                                                

                                                        ББК 31.261я73

 

       Пікір берушілер: М. Тынышбаев атындағы ҚазККА,

                                    тех. ғыл. канд., доценті М.С Жармагамбетова.  

                                      АЭжБУ, техн. ғыл. д-ры, профессор П.И. Сагитов.

  

Қазақстан Республикасының Білім және Ғылым министрлігінің 2012 ж. қосымша жоспары бойынша басылады.

 

ISBN 978-601-7327-65-1  

 

Ó «Алматы энергетика және байланыс университеті» КЕАҚ, 2012.

 

Мазмұны

 

        Кіріспе                                                                                                                5

1 Электр машинасының әрекет ету принципі және

құрылғысы                                                                                                       13

1.1        Тұрақты токтағы машинаның әрекет ету принципі                            13

1.2     Тұрақты токтағы машинаның құрылғысы

және негізгі элементтерінің қиыстырмасы                                                   16 

1.3  Электрлік машиналардың желдету жүйесі                                             19

2                         Тұрақты токтағы машинаның зәкір орамалары                                        21

2.1 Ораманың құрылысы                                                                                21

2.2 Тұзақты орама                                                                                           24

2.3 Толқынды орама                                                                                        28

        2.4 Орамалардың симметриялық жағдайы                                                   31

       2.5 Теңдеулік жалғаулар                                                                                 32

        2.6 Аралас түрдегі орама                                                                                34

2.7 Зәкір орамасының электр қозғаушы күші                                              35

2.8   Әртүрлі типтегі орамалардың салыстырмалы

сипаттамалары                                                                                                37

        3 Тұрақты токтағы машинаның магниттік тізбегі                                       37

      3.1 Электрлік машинаның магниттік тізбегін

      есептеудің тәртібі                                                                                            37

      3.2 Машинаның магниттелу сипаттамасы                                                    42

       4 Тұрақты токтағы машина зәкірінің реакциясы                                         43

       4.1 Зәкір реакциясы туралы түсінік                                                               43

       4.2 Зәкірдің көлденең және бойлық магниттеуші күштері                         45

       4.3 Зәкірдің реакциясы                                                                                    47

       5 Коммутация                                                                                                   48

       5.1 Коммутация үрдісінің маңызы                                                                 48

       5.2 Баяулатылған және жылдамдатылған коммутация                                52

       5.3 Щетканың ұшқындауының себебі                                                           54

       5.4 Коммутацияны жақсартудың негізгі құрылғылары                               55

       5.5 Зәкірдің коммутациялық реакциясы                                                        59

       5.6 Коммутацияны эксперименталды тексеру және баптау                        61

       5.7 Радиокедергілерді азайту құрылғылары                                                 63

       6 Тұрақты токтағы генератор                                                                         63

       6.1 Тұрақты токтағы генераторлар туралы жалпы мағлұмат                      63

       6.2 Тәуелсіз қоздырудағы генератор                                                             66

       6.3 Параллель қоздырудағы генератор                                                          71

       6.4 Тізбектей қоздырылудағы генератор                                                       73

       6.5 Аралас қоздырудағы генератор                                                                74

       6.6 Тұрақты токтағы генератордың параллель жұмысы                             76

       7 Тұрақты токтағы қозғалтқыш                                                                     79

       7.1 Тұрақты токтағы қозғалтқыштар туралы жалпы

       мағлұматтар                                                                                                    79

       7.2 Тұрақты токтағы қозғалтқыштың жіктелуі және

       сипаттамасы                                                                                                    82

       7.3 Параллель қоздырудағы қозғалтқыш                                                      84

       7.4 Тізбектей қоздырылатын қозғалтқыш                                                     89

       7.5 Аралас қоздырудағы қозғалтқыш                                                            91

       8 Тұрақты токтағы электрлік машиналардың шығындары

       және пайдалы әсер коэффициенті                                                                  92

       8.1 Шығындардың түрлері                                                                              92

       8.2 Пайдалы әсер коэффициенті                                                                    94

       9 Тұрақты токтағы арнайы машиналар                                                         95

       9.1 Электрмашиналық күшейткіштер                                                            95

       9.2 Зәкірінде ойығы жоқ тұрақты токтағы машина                                     98

       9.3 Униполярлы машиналар                                                                           99

       9.4 Орындаушы қозғалтқыштар                                                                   100

       9.5 Тахогенераторлар                                                                                    101

       9.6 Тарту электрқозғалтқыштары                                                                102

       Әдебиеттер тізімі                                                                                           104

 

 Кіріспе

 

Электр машиналары және трансформаторлар туралы қысқаша тарихи мәліметтер

 

       Электрлік машина жасау XIX ғ. ортасында дами бастады. Сол уақыттағы оқымыстылармен жүргізілген электрмагниттік өрісті зерттеулер практикалық қолданысқа ие модельдерді құрастыруға мүмкіндік берді.

       Белгілі мағыналы жұмыстарға француз физигі А. Ампер, ағылшын физигі М. Фарадей және орыс ғалымдары Э. Ленц, Б. Якоби және М.О. Доливо-Добровольский ие болды, олардың жұмыстары айнымалы токты пайдалануда қуатты серпіліс берді. XX ғ. басында электр энергиясын халық шаруашылығында пайдаланудың айрықша артықшылықтары және кең мүмкіншіліктері болды. Электр энергиясының, яғни өндірудің қарапайымдылығы, түрлендіруі, трансформациялануы, таратуы және алыс арақашықтыққа тасымалдануы сияқты тамаша қасиеттері дәлелденіп және практика жүзіне енгізілді.

       Электр генераторы және электр қозғалтқышы ұзақ уақыт бойы бір-біріне тәуелсіз дамыды, тек XIX ғ. 70 ғ. жылдары олардың даму жолдары бірікті.

       Тұрақты токтағы электрлік машиналардың дамуы төрт кезеңді өткерді:

       а) тұрақты магниттегі магнитэлектрлік машиналар;

       б) тәуелсіз қоздырылатын электрмагниттік машина;

       в) қарапайым зәкірлердегі және өзі қоздырылатын электрмагнитті машина;

       г) зәкірлері және көп полюсті жүйелері жетілдірілген.

       Электр машиналардың бастапқы даму кезеңі тұрақты токпен байланысты. Бұның түсіндірілуі, яғни электр энергиясының тұтынушылары ретінде тек тұрақты токта жұмыс істейтін құрылғылар (доғалы шамдар, гальванопластикалық құрылғылар және т.б.) болды.

       Электр темір жолдарының дамуынан электр қозғалтқыштарына және генераторларға деген сұранысты ерекше арттырды. XVIII ғ. 80 жылдары электр энергиясын арақашықтыққа тасымалдаудың қажеттілігі туды. Бірақ та тұрақты токтағы генераторлардағы жоғарғы кернеу коллектордың жұмысын нашарлатты, апатқа жиі ұшыратты.

       Айнымалы токты дамытуда елеулі еңбек сіңірген орыс ғалымы              П.Н. Яблочковка 1876 жылы өзі ойлап тапқан электр шамдарын қоректендіру үшін трансформаторларды пайдаланды.

       Қазіргі уақытта қолданылатын тұйықталған магнит өткізгіші бар трансформаторлар 1884 ж. пайда болды. Трансформаторлар ойлап-құрастырылғаннан кейін, оған дейін қолданысқа ие болмаған айнымалы токқа деген техникалық қызығушылық пайда болды.

       Орыстың белгілі электртехнигі М.О. Доливо-Добровольский 1889 ж. айнымалы токтағы үш фазалы жүйені ұсынды, бірінші болып үш фазалы асинхронды қозғалтқышты және бірінші болып үш фазалы трансформаторды құрастырды. 1981 ж. Франкфурт-на-Майнадағы электротехникалық көрмеде М.Д. Доливо-Добровольский тәжірибелік 175 шақырым арақашықтыққа (Франкфурт-на-Майнадағы Лауфен жерінде) айнымалы токтағы жоғары вольтті электр тасымалдауды көрсетті. Үш фазалы генератор 95 В кернеуінде 230 кВА қуатқа ие болды. Үш фазалы трансформаторлардың көмегімен Лауфендегі генератордың кернеуін 15 кВ-қа дейін жоғарлатылды және Франкфурт-на-Майндегі 65 В-қа дейін төмендетіліп қуаты 75 кВт сораптық құрылғының үш фазалы асинхронды қозғалтқышы қоректендіріледі. Жүргізілген тәжірибелерде екі трансформатордың жоғарғы кернеудегі екі орамасын тізбектей жалғау арқылы электр тасымалдау желісіндегі кернеу     28 кВ-қа дейін жоғарлатылды. Электр тасымалдаудың пайдалы әсер коэффициенті 77,4% болды және ол кезде жоғары саналды.

       Одан әрі май трансформаторлары пайдалана бастады, яғни май жақсы оқшаулама және жақсы салқындату ортасы екені анықталды. Соңғы жүз жылдық электрлендірудің негізінде өндірістің және транспорттың тез өсуімен сипатталды. Трансформаторларға және электрлік машиналарға үнемділіктерін жоғарлату, массаларын және габариттерін азайту сияқты  жоғары талаптар қойылды. Трансформаторлардың және электрлік машиналардың жұмысы кезінде өтетін электрмагниттік және жылулық үрдістерін зерттеулерде, жаңа оқшауламалық материалдарды іздеулерде және электротехникалық болаттың қасиеттерін жақсартуда ауқымды жұмыстар жүргізілді.     

 

        Электрлік машиналар және трансформаторлар туралы жалпы мағлұматтар

 

       Электр машинасының әрекеті электрмагниттік құбылысын пайдалануға негізделген, механикалық энергияны электрге немесе электр энергиясын механикалыққа немесе электр энергиясын басқа түрдегі токтың электр энергиясына, басқа кернеуге, басқа жиілікке түрлендіруге арналған.

       Механикалық энергияны электрге түрлендіретін электр машинасы генератор деп аталады. Барлық электрлік энергия электрстансыларда орнатылған айнымалы токтағы (синхронды) генераторлармен өндіріледі. Электр энергиясын механикалық энергияға түрлендіру қозғалтқыштармен іске асырылады. Кез келген электрлік машинаны генератор негізінде және электрлік қозғалтқыш негізінде пайдалануға болады. Электрлік машиналардың түрлендіретін энергияның бағытын өзгерту қасиеті қайтымдылық деп аталады.

        Егер тұрақты магниттердің полюстерінің магнит өрісіне немесе электрмагниттердің (В.1 сурет)  және өткізгіш орнатса және оған сыртқы қандай да бір күшпен  оны айналдырса, онда ЭҚК пайда болады

мұнда:  - өткізгіштің тұрған жеріндегі магниттік индукция; - өткізгіштің ұзындығы (оның магнит өрісінде тұрған бөлігі); - өткізгіштің магнит өрісіндегі ығысу жылдамдығы; - магниттік индукция және өткізгіштің ығысу жылдамдығы арасындағы векторлар бұрышы (қарастырылып отырған жағдайда

        Өткізгіште индукцияланатын ЭҚК бағыты, оң қол ережесімен анықталады (көременнен сызба жазықтығының артына). Егер өткізгіш қандай да бір энергияны тұтыну кедергісіне тұйықталса, онда пайда болған тізбекте ЭҚК әсерінен  ток жүреді, оның бағыты ЭҚК бағытына сәйкес келеді. Нәтижесінде өткізгіш тогымен полюстердің магниттік өрісімен өзара әрекетінен электрмагниттік күш пайда болады  оның бағыты сол қол ережесімен анықталады. Бұл күш  күшіне қарсы бағытталған және  болғанда өткізгіш тұрақты жылдамдықпен ығысады. Сонымен өткізгішті ығыстыруға жұмсалатын механикалық энергия, сыртқы тұтынушылардың кедергісіне берілетін түрленген электр энергиясында, машина генераторлық режімде жұмыс істейтін болады.

 

 

 

 

 

 1 сурет – Электр машинасының әрекет ету принципі

 

        Егер сыртқы қорек көзіндегі электр энергиясын өткізгішке жіберсе, онда өткізгіштегі токпен және полюстердегі магнит өрісімен өзара әсерлесіп, нәтижесінде электрмагниттік күш тудырады сол күштің әсерінен өткізгіш магнит өрісінде қандай да бір механикалық энергияны қабылдағыш кедергілерін жеңе отырып, машина қозғалтқыш режімінде жұмыс істейтін болады. Сонымен электрмагниттік индукцияның және электрмагниттік күштердің заңдарын жалпылама түрде электрлік машина генераторлық режімде және қозғалтқыштық режімде де жұмыс істей алады.

        Электр машиналары тұрақты және айнымалы токтардағы машиналар деп бөлінеді. Айнымалы токтағы машиналарда айналатын магнит өрісі пайда болады, айналу жиілігі желідегі токтың жиілігіне байланысты.

       Кез келген электрлік машина негізгі екі бөліктен тұрады: қозғалмайтын – статордан және айналатын – ротордан.

       Айнымалы токтағы машинаны бір фазалы және үш фазалы, әрекет ету принципіне қарай синхронды және асинхронды деп бөлуге болады. Синхронды машиналарда энергияны түрлендіру үрдісі магнит өрісінің айналу жиілігіне тең ротордың айналу жиілігіндегі синхронды жылдамдықта өтеді. Генераторлар негізінде синхронды машиналар кеңінен қолданылады және барлық өндірілетін электр энергиясы осы типтегі генераторлармен шығарылады. Синхронды қозғалтқыштарды пайдалану арнайы тағайындаудағы (жиіліктің тұрақтылығы,  жоғарылату және т.б.) азғантай топпен шектелген. Асинхронды машиналарда энергияны түрлендіру үрдісі магнит өрісінің айналу жиілігіне тең емес ротордың айналу жиілігіндегі синхронды емес (асинхронды) жиілікте өтеді. Бірқатар маңызды ерекшеліктеріне қарай асинхронды машиналарды қозғалтқыштар негізінде пайдаланылатын ең көп таралған электр машинасының типі болып табылады.

       Айнымалы токтағы синхронды және асинхронды машиналардан басқа жылдамдықты кең шектерде үнемді реттеуге келтіретін айнымалы токтағы қозғалтқыштар негізінде коллекторлы машиналар пайдаланылады және олардың реттеудегі сипаттамалары тұрақты токтағы қозғалтқыштардың сипаттамасына жақын.

       Электр энергияны басқа ток түріндегі (басқа кернеуге, фазылар санына, жиілігіне) электр энергиясына түрлендіретін электрлік машиналарды түрлендіргіштер деп атайды. Электромеханикалық сигналдарды реттегіш және күшейткіш негізінде пайдаланылатын электр машиналарды, яғни электр машиналардың реттегіштері және күшейткіштері деп аталады.

       Электрлік машиналардың физикалық құбылыстарының күші ортақ болатын, бір кернеудегі айнымалы токты басқа кернеудегі айнымалы токқа статистикалық электрмагниттік түрлендіргіштері болатын  трансформаторлар жатады. Трансформаторлардың жұмыс принципі тұйықталған болат магнит өткізгішке орнатылған екі (немесе үш) орамалардың арасындағы өздік индукция құбылыстарын пайдалануға негізделген. Трансформаторларды электр энергиясын алыс арақашықтыққа тасымалдауда және оны тұтынушылар арасына таратуда және түрлендіргіштік, өлшегіштік, қорғаныстық және басқа құрылғыларда пайдаланылады.

      

Электрлік машиналар және трансформаторлар үшін пайдаланылатын материалдар

 

       Электр машиналарды және трансформаторларды жасағанда пайдаланылатын материалдарды активті, оқшауламалық және қиыстырмалық деп бөлуге болады.

       Активті материалдарға электр машиналардың және трансформаторлардың жұмыс кезіндегі электрмагниттік үрдістердің қалыпты өтуін қамтамасыз ететін бұндай материалдарға магниттер және өткізгіштер жатады. Өткізгіштік материалдарға, біріншіден, меншікті кедергісі аз мыс жатады. Мыстан түйіспелік сақинаны және коллекторлық пластина пайдаланылады. Электр машиналардың және трансформаторлардың орамалары мыстан, алюминийден, дөңгелек және тік бұрышты кесіндідегі сымдардан жасалады.

       Электр машиналардың және трансформаторлардың өзекшелеріне деген магнитті материалдардың негізіне әртүрлі маркадағы (Мемст 802-58) электротехникалық болат пайдаланылады, әріптері және сандары келесілерді білдіреді: Э – электротехникалық болат, әріптен кейінгі бірінші сан – болаттың қоспалық дәрежесі (1 – аз қоспаланған, 2 – орташа қоспаланған, 3 – жоғары қоспаланған, 4 - өте жоғары қоспаланған); екінші саны – болаттың кепілденген электрмагниттік қасиеті (1 – қалыпты, 2 – төмендетілген және 3 – 50 Гц жиіліктегі болаттың меншікті шығының аздығы; 4 – 400 Гц жиіліктегі қалыпты меншікті шығыны; 5 – қалыпты және 6 – 0,01 А/см-ден төмен өрістегі магнит өтімділігінің жоғарлығы; 7 – қалыпты және 8 – 0,1 - ден             1 A/см-ге дейінгі өрістегі магнит өтімділігінің жоғарлығы; 0 – суықтай илемделген болат); саннан кейінгі А әрпі - өте төменгі меншікті шығындар. Мысалға, Э330A болаттың жоғары қоспаланғанын, суықтай илемделгенін, ерекше төменгі меншікті шығындарын білдіреді.

       Болаттың магнит өткізгішіндегі шығындар құйынды токтарға және гистерезиске деген шығындардан қосылады. Трансформаторлардың және электр машиналардың магнит өткізгішіндегі құйынды токтарды азайту үшін бір-бірінен оқшауланған жекеленген пластинкалардан жасалады. Оқшауламалық қабатшалар құйынды токтарға үлкен кедергі келтіріп, әрекет ету сферасын шағын телімдерге шектеп, онысымен электр энергиясының шығынын азайтады. Сонымен қатар, магниттік өткізгіштегі құйынды токтарды төмендету үшін қоспалығы жоғары болаттың табақшаларынан құрастырылады, жай болатқа қарағанда меншікті электрлік кедергісі жоғары.

       Гизтерезиске және құйынды токтарға деген шығындар

,

мұнда - меншікті шығындар еселігі, болатқа, болат табақшалардың қалыңдығына, жиілікке және максималды магнит индукциясына байланысты, Вт/кг;  -  магниттік өткізгіштің массасы.

       Суықтай илемделген болат ыстықтай илемделгеннен тек азғантай шығындарымен ғана емес, магнит өтімділігінің жоғарлығымен ерекшеленеді, шамасы магнит сызықтарының бағытына байланысты. Суықтай илемделген болаттың илемделу бағытындағы бағытта магниттік өтімділігі жоғары, илемделуі перпендикуляр бағытта магниттік өтімділігі ыстықтай илемделген болаттың магниттік өтімділігінен төмен. Сондықтан электрлік машиналардың және трансформаторлардың магниттік өткізгіштерінің орындалуын, яғни олардың магнит ағыны болат табақшалардың және таспалардың илемдерінің бағыты бойында тұйықталуы қажет. Магнитті өтімділігі жоғары болатты пайдалану магниттік индукцияны жоғарлатуға және магнитті өткізгіштің кесіндісін және оның массасын төмендетуге мүмкіндік береді.

       Оқшауламалық материалдар. Бұл - электрлік машиналардың және трансформаторлардың ең негізгі элементтерінің бірі, яғни олардың жұмыс сенімділігінің деңгейі оқшауламаның сапасына байланысты. Эксплуатациялау жағдайындағы әртүрлі температураның өзгерісінде оқшаулама электрлік машиналардың және трансформаторлардың сенімді жұмысын қамтамасыз ету керек. Оқшауламалық материалдар (Мемст 8865-70) қыздыруға беріктігіне байланысты келесі температураның шектік кластарына бөлінеді: У – 900С, А – 1050С, Е – 1200С, В – 1300С, F – 1550C, H – 1800C, C – 1800C.

       У – класына дымқылданбаған және сұйық оқшауламаға батырылмаған талшықты целлюлозадан немесе жібектен жасалған электрооқшауламалық материалдар және жұмсару температурасы 90-1000C-ден төмен емес полимерлі органикалық оқшауламалар (полиэтилен, полистирол және т.б.) жатады. А – класына дымқылданған немесе сұйық оқшауламаға батырылған, майлы немесе полиамидті лактар негізіндегі эмальсымдардың оқшауламасы, ағаш және қатпарлы ағаш пластиктері  целлюлозадан немесе жібектен жасалған талшықты электрлік оқшауламалық материалдар жатады.                 А класындағы материалдарға сіңдірілетін заттар ретінде трансформатор майы, майлы лактар, битум құрамалары жатады. Е класына құйма құрамдас, поливинилацеталті, полиэфирлі, эпоксидті және полиуретановты негізіндегі эмальды өткізгіштердің оқшауламасы және синтетикалық материалдар жатады. В класына лактармен немесе қызуға шыдамдылығы жоғары шайырмен сіңдірілген органикалық емес (слюда, асбест, талшықты шыны) оқшауламалардың негізінде жасалған электр оқшауламалық материалдар, және де органикалық емес толтырғышты пластмассалар жатады. F класына лактармен немесе шайырмен сіңдірілген, модификацияланған кремнийорганикалық жалғаулардағы органикалық емес оқшауламалардың негізінде жасалған электрлік оқшауламалық материалдар жатады. Н класына кремнийорганикалық лактармен немесе шайырмен сіңдірілген органикалық емес электрлік оқшауламалар жатады. Бұндай материалдардың құрамында қыздыруға беріктігі 1800C төмен органикалық материалдармен байланысы жоқ. С органикалық байланыстыратын құрылғыны пайдаланбай дайындалған органикалық емес материалдарға жатады.

       Электр машиналардың және трансформаторлардың орамдарының қиыстырмасы, яғни қыздыру температурасы сәйкес кластағы оқшауламаға арналған шектігінен аспайтындай оларды жақсы суытумен қамтамасыз ету қажет. Электр машиналардың және трансформаторлардың оқшауламасы қалыпты жұмыс кезінде айнымалы электр өрісінен, қысқа уақыттағы асқын кернеуден, эксплуатациялау жағдайынан, жинау үрдісінде пайда болатын механикалық әсерлерден, эксплуатациялау жағдайында және қысқа тұйықталулардан болатын ұзақ әсерлерге шыдауы қажет. 

       Қиыстырмалық материалдар. Оларды электр машиналардың және трансформаторлардың, яғни негізгі түрде механикалық әсерлерді беруге және қабылдауға қызмет ететін бөліктерін және детальдарын жасауға пайдаланылады. Электр машиналарында шойын, болат, түсті металдар және олардың қорытпалары және пластмассалар қолданылады. Қазіргі уақытта  шойынды (қарапайымдылығы, созымдылығы) магниттік қасиеттерінің төмендігіне байланысты магитті өткізгіштер үшін жиі қолданылмайды, болаттың (құйылғанын, созылғанын) тұрақты токтағы машинаның станинасының магниттік өткізгіштері, синхронды машиналардың роторлары және т.б. үшін қолданылады.  

      

       Электрлік машиналардың және трансформаторлардың қызуы және салқындауы.

       Электрлік машиналардың және трансформаторлардың жасаушы зауыт арнаған жағдайындағы жұмыс режімін номинал деп аталады. Бұндай режім номинал шамалармен сипатталады, машиналардың және трансформаторлардың зауыттық шитінде көрсетіледі. Негізінен электрлік машиналары және трансформаторлары ұзақ жұмыстық режімге арналған, яғни олардың кейбір бөліктері қоршаған ортаның температурасынан асатын арнайы, бірақ жалпы одақтық стандарттардан аспайтын температурада жұмыс істей алады.

       Электрлік машиналардың және трансформаторлардың жұмысы кезінде оларды түрлендіретін энергия шығындары пайда болады. Бұл шығындар келесі түрлерден қосылады:

       а) электрлік (орамадағы шығындар), орамадағы сымдармен, коллектордағы өтпелі түйіспелерімен немесе түйіспелі сақиналардағы кедергілерімен жүретін токтардың қыздыруы;

       б) машиналардың немесе трансформаторлардың ферромагниттік бөліктеріндегі пайда болатын гистерезисті;

       в) машиналардың және трансформаторлардың айнымалы магнит өрісінде тұрған бөліктеріндегі құйынды ток шығындары, негізінен гизтерезиске және құйынды ток шығынымен бірге бағаланады, болаттағы шығындар болаттың маркасына, табақшалардың немесе таспалардың қалыңдығына, оқшауламаның сапасына, қайта магниттелу жиілігіне және магниттік индукциясына байланысты;

       г) машинаның айналатын бөліктеріндегі айгөлектерде, коллектордағы шеткаларда немесе түйіспелік сақиналарда жүретін қажалулардан болатын механикалық шығындар;

       д) машинаның білігінде орналасқан желдеткішті айналдыр шығындары.

       Сонымен айтылғандардан басқа магнит өрістерінің және токтардың біркелкі таралмауының нәтижесінен және жоғарғы кернеулерде  диэлектрлік қосымша шығындар пайда болады. Электрлік машиналардың және трансформаторлардың жұмысы кезінде пайда болатын энергия шығындары олардың кейбір бөліктерін қыздырып жылуға айналады. Жылу қоршаған ортаға таралуы керек, яғни электрлік машиналардың және трансформаторлардың кейбір бөліктеріндегі температура жіберу шегінен аспауы керек.

       Электр машиналары салқындату әдісіне байланысты келесілерге бөлінеді:

       а) арнайы салқындату құрылғылары жоқ табиғи салқындатылатын машиналар. Бұндай машиналар қуаты аз, өйткені олардың жылу шығуы аз жиілікте болады.

       б) өзін желдететін машиналар, яғни олардың білігіне желдеткіш орнатылады, машинаның роторы айналғанда соратын немесе айдайтын ауаны машинаның ішкі қуысы арқылы айдайды.

       Ротордың бойымен салқындататын ауа қай бағытта қозғалып бара жатқанына байланысты негізгі екі желдету жүйесіне радиалды және осьтік болып ажыратылады. Радиалды желдетуде салқындату ортасы ротордың өзекшесін құрайтын болат табақшалардың пакеттерінің арасындағы аралықтар арқылы біліктен ротордың сыртына қарай радиалды бағытта жылжиды. Осьтік желдетуде ротордың өзекшесіне осьтік каналдар жасалады, солар арқылы машинаның біліегі параллель бағытта ауа жіберіледі.

       Радиалды желдету жүйесі қиыстырмалық жағынан қарапайым және сенімді, желдетуге деген энергия шығыны аз және жылу беру бірқалыпты. Бірақ ол машина арқылы өтетін ауаның санына қатысты компактілі емес және тұрақты емес. Қуаты аз және орта машиналарда осьтік желдету жақсы нәтиже берді, ал қуаты орташа және үлкен машиналарда – радиалды. Сыртқы суытудағы машиналар, яғни оларда желдеткішпен суыту ауасы құбырлармен жіберіледі. Бұндай салқындатуды үлкен қуаттағы машиналарда пайдаланылады.

       Трансформаторларда ауамен және маймен салқындату пайдаланылады.

       Құрғақ трансформаторлардағы ораманың және магниттік өткізгіштің қызған бетінің жылуын өтіп жатқан ауаға конвекциялық және сәулелену жолымен береді. Май трансформаторларында жылу энергисын қоршаған ортаға трансформатор орнатылатын металдан жасалған бакқа құйылатын арнайы трансформатор майымен беріледі.

       Трансформатор майы жақсы салқындату ортасы және жақсы оқшауламалық материал болып табылады, яғни салыстырмалы азғантай уақыт аралықтарында трансформаторды жоғарғы электрлік мықтылығымен қамтамасыз етеді. Соңғы қасиеті орамалардың және магниттік өткізгіштердің компактілі қиыстырмасын жасауға мүмкіндік береді, ал маймен суытуда активті материалдардың (токтың тығыздығы және магниттік индукциясы) жоғарғы электрмагниттік жүктемелерін пайдалануға мүмкіндік береді және осы материалдардан массасы аз трансформаторлар жасайды.

       Сыртқы ортаның әсерінен қорғау тәсіліне қарай ашық, қорғалған, бүркуден қорғалған, судан қорғалған, герметикалық және жарылудан қорғалған орындалымындағы машина болып ажыратылады. Айналатын және ток өткізгіштік бөліктерінде қорғау құрылғылары жоқ болса ашық деп есептеледі. Қорғалған машиналарда арнайы қорғау құрылғылары бар, яғни машинаның ішіне бөгде заттардың кіруіне кедергі келтіретін және ток өткізгіштерін немесе айналу бөліктеріндегі кездейсоқ жанасулардан қорғайды.

       Бүркуден қорғалған машиналарда вертикаль 450 дейінгі бұрышта жоғарыдан құлайтын су тамшыларының ішіне тиюден қорғайтын арнайы құрылғылары бар. Судан қорғалған машина деп атқылаған сумен құю сынағына шыдайтын жан-жағынан жабылғанды есептейді.

       Герметикалық машинаны суға батырғанда оның тығыз жабылған тұрқы машинаның ішіне ылғалдың енуін болдырмайды. Жарылуға қауіпсіз  машина, машинаның ішіндегі газдың жарылуына қарсы тұруы керек және оны сыртқы ортаға бермеуі қажет.

 

1 Электр машинасының әрекет ету принципі және құрылғысы

 

       1.1 Тұрақты токтағы машинаның әрекет ету принципі

 

       Тұрақты токтағы қарапайым генератор ретінде N және S тұрақты магниттер арасындағы айналатын магнит өрісіндегі рамка түріндегі өткізгіштің тарамға қызмет етуі мүмкін 1.1 сурет.

 

1.1 сурет-Тұрақты токтағы машинаның жұмыс істеу сұлбасы

 

       aвсd тарамдарының ұштары бір-бірінен және біліктен де оқшауланған коллектордың екі мысты пластинасына, яғни олар орналасқан жерге жалғанады. Пластинаға қозғалмайтын щеткалар орнатылған, яғни оларға қандай да бір электр энергиясының қабылдағыштарынан тұратын тізбекке жалғанады. Тарам тұрақты жиілікпен айналғанда ав және сd өткізгіштерінің магниттік сызықтарын кеседі, яғни өткізгіштерде ЭҚК индукцияланады. Өткізгіштің ЭҚК кеңістігінде магнит өрісін біркелкі таратқанда

                                                                                                          (1.1)

мұнда  - бұрыштық жиілік;  - ЭҚК жиілігі.

       Сондықтан, магнит өрісін біркелкі таратқан жағдайда тарамда айнымалы синусойдалы ЭҚК  индукцияланады 1.2, a сурет. Өткізгіште индукцияланған ЭҚК бағыты оң қол ережесімен анықталады, ав өткізгіші солтүстік полюске ығысқанда пайда болған ЭҚК бағыты сызба жазықтығынан, ал оңтүстік полюстен өткенде сызба жазықтығына бағытталады. Сондықтан, ав өткізгішінде тарамды бір рет айналғанда өзінің бағытын екі рет өзгертетін уақытқа байланысты ЭҚК пайда болады.

 

 

 

 1.2 сурет - Тарамда және сыртқы телім тізбегінде индукцияланатын тізбек

 

       Т уақытта өзгеретін ЭҚК период деп аталады. 1 секундтағы периодттардың санын жиілік деп аталады. Жалпы жағдайда, яғни машина р жұп полюстеріне ие болған кезде пайда болған ЭҚК р-ға пропорцианалды өседі , мұнда - тарамның секундына айналу жиілігі.

       Генератор қалыпты жұмыс істеу үшін щетканың бір пластинадан басқасына өту моментінде тарамда пайда болған ЭҚК нөлге тең болатындай етіп щетканы орналастыру керек. Әр щетка тек сол коллекторлық пластинамен және тек берілген полярлықтағы полюсте орнатылған сәйкес өткізгіштермен жанасады. Мысалға, 1.1 суретте көрсетілген уақыт моментінде, А щеткасы 1 пластинаға жанасады және оң потенциалға ие болады, яғни онда солтүстік полюсте орналасқан ав өткізгішінде ЭҚК туады. Якорь 900 бұрылғанда, яғни оның өткізгіштері өрістері магниттік сызықтарының бойымен оларды кеспей жылжитындай етіп орналасады. Сондықтан тарамда пайда болған ЭҚК нөлге тең болады. Щеткалары коллекторлы пластиналарда өз араларында жалғайды және сонысымен тарамды қысқа тұйықтайды. Тарам 1800 бұрылғанда А щеткасы 2 пластинамен жанасады, бірақ бұрынғысынша ол оң потенциалға ие болады, өйткені солтүстік полюстегі ав өткізгішін ауыстыратын сd өткізгішінен онда ЭҚК пайда болады. Ұқсастықты көруге болады, яғни В щеткасы әрқашан тек теріс потенциалға ие болады. Сондықтан, аbcd тарамы бойынша айнымалы ток өтіп, тізбектің сыртқы телімі бойынша ток тек бір бағытта ғана жүреді, яғни оң А щеткасынан теріс В щеткасына, тізбектің сыртқы теліміндегі  ЭҚК-ге бүлкілдейтін, тарамды пайда болған айнымалы ЭҚК-ге түзету жүреді 1.2, б сурет. Суреттен көрінетіндей, қисық ЭҚК тұрақтылығымен қатар ЭҚК-нің бүлкілдеуі (пульсация) деп аталатын үлкен айнымалы құраушыны айтады. Оны азайту үшін коллекторлық пластиналардың санын азайту керек. Егер, мысалға, полюстердің магниттік өрісіне осьтері кеңістікте 900 ығысқан және осы тарамдардың ұштары төрт коллекторлық пластиналарымен жалғанған екі тарамды орналастырса, онда тарамдарды айналдырғанда оларда индукцияланатын ЭҚК фаза бойынша  бұрышқа ығысқан болып табылады. Осындай машинаның щеткаларын, яғни оларды берілген моменттегі ЭҚК ең үлкен мәніне ие болатын сол тарамның пластиналарына жанасатындай етіп орналастыру қажет және щеткаларда екі коллекторлық пластиналарға қарағанда бүлкілдеуі (пульсациясы) көп аз ЭҚК болады. Ары қарай коллекторлық пластиналардың санын өсіру бүлкілдеуді төмендетеді және жұп полюске деген 16 пластинада 1%-ға дейін төмендейді. Шындығында магнит өрісінің кеңістіктегі таралуы біркелкі емес 1.3 сурет.

 

 

  

1.3 сурет - Полюстегі  магниттік индукцияның таралу диаграмасы

       Электр қозғаушы күшін (кернеуін) жоғарылату үшін электрлік машиналардың щеткаларын зәкірдің көп тарамды орамаларымен орындалады. 1.4, a суретте тұрақты токтағы екі полюсті генератордың сұлбасы көрсетілген, оның зәкір орамасы төрт тарамнан және орама өткізгіштеріндегі токты өткізу сұлбасынан тұрады. Генератордың коллекторлы төрт пластинаға ие және онда қозғалмайтын щеткалар орнатылады, оның көмегімен зәкірдің орамасы сыртқы тізбекке жалғанады. Бұл щеткаларға параллельді екі ЭҚК суммасы келтірілген: біреуі 7, 8, 1, 2 сымдарынан және басқасы 6, 5, 4, 3 сымдарынан. Сонымен қатар, 7, 8 сымдардың және 1, 2 сымдардың ЭҚК бір-біріне қарағанда 900 бұрышқа ығысқан. Сол сияқты 6, 5 сымдарының ЭҚК және 4, 3 сымдарының ЭҚК 900 бұрышқа ығысқан. 1.4, б және в суретте орама зәкірінің параллель тізбегінің уақытқа байланысты ЭҚК өзгеру графигі келтірілген.  

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

  

1.4 cурет -Төрт тарамды зәкір орамасымен тұрақты токтағы генератор

 

       Егер коллекторлық пластиналардың санын және зәкір орамасындағы тарамдардың санын көбейтсе, онда ЭҚК нәтижелік қисығы азғантай бүлкілдеудің шамасы мен түзу сызыққа жақын бола бастайды. Сондықтан, тұрақты токтағы генераторлардағы коллектор зәкірдің орамасында индукцияланатын айнымалы ЭҚК щеткадағы тұрақтыға түрлендіру ролін атқарады, ЭҚК түзетеді.

       Электрлік машиналары негізінен көп полюсті машиналар болып дайындалады. 1.5 суретте тұрақты токтағы төрт полюсті генератордың сұлбасы көрсетілген. Әртүрлі полюстердің арасынан өтіп жатқан полюстер осінің перпендикуляр сызығын геометриялық бейтарап, ал бір полюске сәйкес келетін зәкірдің шеңбер бөлігін – полюстік бөліну деп аталады. Егер оның зәкірінің орамасына сыртқы қорек көзіне тұрақты токты жалғаса, қарастырылған қарапайым машина қозғалтқыш болып жұмыс істей алады.

       Тұрақты токтағы машина қозғалмайтын бөліктен – статордан және айналатын бөліктен – зәкірден тұрады, онда механикалық энергияны электрлікке (генератор) немесе керісінше – электр энергиясын механикалыққа (электр қозғалтқыш) түрлендіру үрдісі өтеді.

 


 

1.5 сурет - Төрт полюсті генератордың сұлбасы

 

       1.2 Тұрақты токтағы машинаның құрылғысы және негізгі элементтерінің қиыстырмасы

 

       Қозғалмайтын және қозғалатын бөліктердің арасында саңылау бар. Қозғалмайтын бөлігі 1.6 cурет 3 станинадан, негізгі магнит ағынын тудыруға арналған негізгі полюстерден, коллектордағы щетканың (коммутациясын жақсартуға) ұшқынсыз жұмысына жетуге қызмет атқаратын 2 қосымша полюстерден тұрады. Станинаға болттармен айгөлектің щиттерін, негізгі және қосымша полюсттерін бекітеді.

 

 

 

 

 

1.6 сурет - Тұрақты токтағы машинаның қозғалмайтын бөлігі

        Негізгі (басты) полюс 1.7, a сурет шпилкалармен тартылған қалыңдығы 0,5-1,0 мм электротехникалық болат табақшалардан жинақталған 4 өзекшеге ие. Өзекшеге 2 қоздыру орамасының екі шарғысы орнатылған. Өзекшенің төменгі бөлігін – полюстің ұшы полюстің центірінен оның ұшына қарай ауа саңылауы өсетіндей қылып орнатылады. Бұл, яғни зәкір реакциясының әсерінен магнит өрісінің бұрмалануын және коммутациялық аумағындағы негізгі өрістің шашырауын төмендету үшін істеледі. Тұрақты токтағы компенсацияланған машинаның полюстік ұштарында компенсациялық орамаларды орналастыру үшін ойықтарды штампылайды. Негізгі полюстер әрқашан жұп, сонымен қатар солтүстік және оңтүстік полюстер кезектеседі, яғни қоздыру орамасының катушкасының полюстері жалғануға жетеді. Барлық катушкалардың полюстері тізбектей жалғанады. Полюстер 1 станинаға болттармен немесе шпилкалармен бекітіледі.

 

 

 

 

 

 

 

1.7 сурет – Негізгі (а) және қосымша полюстер (б)

 

       Қосымша полюс 1.7, б сурет болаттан дайындалған 1 өзекшеден және кесіндісі тік бұрышты мыс шиналарынан дайындалған 2 орамадан тұрады. Қосымша полюстердің орамасын зәкір орамасымен тізбектей жалғайды, ал полюстерді негізгі полюстердің араларына орнатылады және станинаға болттармен бекітіледі. Қосымша полюстердегі ауа саңылауы негізгілерге қарағанда біршама көбірек. Қосымша полюстердің көлденең кесіндісі тұрық жаққа қарай кеңейеді.

       Коллектордың бетімен электрлік түйісуді болдыру үшін, оларға щетка ұстағышқа бекітеді. Щетка ұстағыш 1.8 cурет 1 басу пластинасынан; 2 серіппеден, 3 щеткаға қысымды береді; 4 құрсаудан тұрады.

 

 

 

 

 

 

1.8 сурет - Щетка ұстағыш

       Машинаның электр тізбегінің элементтерін щеткаға жалғау үшін иілгіш мыс троспен жабдықталады. Барлық бір полярлықтағы щетка ұстағыштарға бір-бірімен машиналарының шықпаларына жалғанған жинақ шиналарына жалғанады. Щетка ұстағыштарды траверске бекітіледі. Тұрақты зәкір машинасы орамалы зәкір өзекшесінен, коллектордан, желдеткіштен және шарикті айгөлекті немесе роликті айгөлекті біліктен тұрады.

       Машинаның зәкір өзекшесі 1.9, a сурет қалыңдығы 0,5 мм электротехникалық болат табақшалардың пакетінен тұрады, яғни құйынды токтардан шығынды азайту үшін оларды бір-бірімен лактайды. Пакет зәкір білігіне престелген және 1 қысқыш шайбалармен сығымдалған күйінде ұсталады.

       Машинаның зәкір өзекшесін жақсы салқындату үшін желдеткіш каналдары орнатылған. Әр пакет табақшасы 1.9, б сурет 1 тістерге, 2 ойықтарға және желдеткіш ойықтарға ие. Зәкір орамасының өткізгіштерін өзекшенің пазына төселеді 1.9, в сурет.

 

 

 

                   а)                                        б)                                     в)

 

а – орамасыз зәкір; б – зәкір өзекшесінің болат табақшасы; в – тұрақты токтағы машинаның оралмаған зәкірі

 

1.9  сурет - Зәкірдің өзекшесі:

 

       Зәкір орамасын коллектордың пластиналарына жалғанады. 1.10 суретте бір-бірінен және зәкір білігінен 4 миканитті төсемдерден және манжеттермен оқшауланған қатты тартылған мыс 7 пластиналардан жиналған коллектор көрсетілген. Коллектор 1 тұрықтан, 2 бұрандалардан, 3 басқыш сақинадан, 4 миканиттік төсемеден тұрады. Монтаждау ыңғайлы және 7 коллектор пластиналарының мықтылығын қамтамасыз ету үшін 6 «қарлығаштың құйрығы» формасында орындалады. Коллекторлық пластиналарды 5 «айыр тәрізділердің» көмегімен зәкір орамасын сымдармен жалғайды, зәкір орамасының, яғни ондағы секция ұштарын төсеу және дәнекерлеу үшін тіліктері бар.

1.11            cуретте тұрақты токтағы машина көрсетілген. 4 өзекшеден және қоздыру орамасының катушкасынан тұратын негізгі полюстерді бұрандамалармен 6 станинаға бекітіледі. Станинаға қарсы жақтарындағы машинаның білігін ұстап тұратын айгөлектердің 7 бүйір щиттері бекітіледі. Машинаның зәкірі 3 өзекшеден, 9 орамадан және 1 коллектордан тұрады. Зәкір білігіне 8 желдеткіш бекітілген, коллекторға қозғалмайтын 2 щетка орнатылған.

 

 

 

 

 

 

 

  

           1.10 сурет - Коллектордың                       1.11 сурет - Тұрақты токтағы

                          құрылысы                                           машинаның құрылысы

                 

         1.3 Электрлік машиналардың желдету жүйесі

 

       Электрлік машиналарды салқындату әдісіне байланысты табиғи және өзіндік желдетудегі салқындату болып бөлінеді.

       Табиғи салқындату машиналарында салқындатудың тиімділігін күшейтетін арнайы құрылғылар жоқ. Табиғи желдетілуді аз қуаттағы машиналарда пайдаланылады, яғни олардың салқындатылу жағдайы салыстырмалы түрде жеңіл болады.

       Өзіндік желдеткіштегі машиналарда салқындату желдеткіштің көмегімен жетеді. Өзіндік желдету ішкі болуы мүмкін, яғни ауа машинаның ішімен өтеді және сыртқы желдеткіш сыртқа шығарады және ол станинаның сыртқы қабырғалы бетін желдетеді. Салқындатылатын ауаның ағынына қатысты желдеткіштің орналасуына байланысты ішкі өзіндік желдету соратын немесе айдайтын болуы мүмкін. Аксиалды сору желдетілуінде 1.12, a сурет А желдеткіші машинада бәсеңдеуді туғызады: ауаны атмосфералық қысым әсерінен машинаға келеді және содан кейін одан сыртқа шығарылады. Аксиалды айдау желдетуінде 1.12, б сурет А желдеткіші ауаны алып, машинаға айдайды және содан кейін оны сыртқа шығарады. Салқындатылатын ауа аксиалды желдетуде ішкі желдету каналдарымен білік осіне қарағанда параллель, ал радиалды желдетуде – перпендикуляр өтеді 1.13, a сурет. Өзіндік желдетудің кемшілігі, яғни машинаның жиілігін төмендеткенде желдеткіштің өнімділігі тез төмендеп кетеді, нәтижесінде машинаны салқындатудың қарқындылығы төмендейді. 1.13, б суретте машинаның тұрқын сыртынан үрлеп желдетудің сұлбасы көрсетілген.

 

 

 

 

 

                           а)                                                           б)

 

1.12        сурет - Тұрақты токтағы машинаның өзіндік желдетудің аксиалдық жүйелері

 

       Тәуелсіз салқындатылатын машина. Бұндай машиналарда ауа машинаға тәуелсіз жұмыс істейтін желдеткіштен келеді. Желдету ұзынынан немесе тұйықталған болуы мүмкін. 

 

 

 

 

 

 

 

                    а)                                                            б)

1.13 сурет - Машинаның радиалды салқындату жүйесі (а) және тұрықты сыртынан үрлеп желдетудің сұлбасы (б)

 

       Ұзынынан желдету жүйесінде ауаның суық массасы сырттан әкелінеді, машина арқылы өтіп қоршаған атмосфераға шығарылады. Бұл жүйенің кемшілігі былай тұжырымдалады, яғни машинаның ішкі бетіне әрқашан ауада болатын шаң және кір жиналып машинаның салқындау жағдайын нашарлатады. Бұл апатқа себеп болуы мүмкін.

       Ауаның кірісіне сүзгілерді пайдалану машинаға тиімсіз, яғни оларды жиі тазалап тұру қажет және олар ауа қозғалысының кедергісін жоғарлатады.

       Тұйықталған желдету жүйесінде 1.14 сурет салқындатылатын ауа ауаны салқындатқыш (АС) арқылы тұйықталған контурға өтеді. Машина осындай желдетуде оған шаң түсуден қорғалады. Салқындату ортасы негізінде тек қана ауа ғана емес және сутегін қолдануға болады. Сутегімен салқындатылуда желдеткіштік шығындары он есе төмендейді, ал тотығу үрдістері болмағандықтан оқшауламалық қызмет ету мерзімі өседі. Машинаның ішінде жарылыс газы пайда болу жағдайынан болатын жарылысты болдырмау үшін, алдын ала оған көмірқышқыл газы жіберіледі. Содан кейін жоғары атмосфералық қысымда машинаны сутегімен толтырады, яғни машинаның ішіне ауаның енуін ескертеді.

 

2  Тұрақты токтағы машинаның зәкір орамалары

 

2.1 Ораманың құрылысы

 

Зәкір орамасы – келесі талаптарды қанағаттандыратын машинаның ең басты элементі:

а) орама берілген кернеуге және жүктемелік токқа, сәйкес номинал қуатқа және машинаның қызмет мерзіміне (20 жылға дейін) жеткілікті ұзақтылыққа қамтамасыз ететін қажетті электрлік, механикалық және термиялық мықтылыққа ие шамаларға есептелген болуы керек;

       б) ораманың қиыстырмасы коллектордан ұшқыны зиянсыз токты алуды қанағаттанарлық жағдайда қамтамасыз ету қажет;

       в) материалдың шығыны берілген эксплуатациялық көрсеткіштерде (п.ә.к. және т.б.) минималды болуы керек;

       г) ораманы дайындау технологиясы мүмкіндігінше қарапайым болуы қажет.

 

 

 

 

 

 

 

 

  

1.14 сурет - Желдету жүйесінің тұйықталған сұлбасы

       Қазіргі кездегі тұрақты токтағы машиналарда зәкірдің орамасын зәкірдің сыртқы бетіндегі 2.1 сурет ойықтарға төсейді, яғни оның жасау технологиясы қарапайым, сымның пайдалануын жоғарлатады және ораманы сенімдірек қылады. Орама бір қатар тізбектей жалғанған секциялардан тұрады, зәкірдің ойықтарына орналасатын олардың әрқайсысында екі активті жағы бар. Зәкір өзекшесінің ұшы жағындағы активті жақтарын тікесіндегі сымдармен жалғанады. Ұштық жалғануда қиылысу болмау үшін, яғни олардың бір жазықтықта жатпауы үшін, орамаларды екі қабатты қылып жасайды 2.2 сурет. Активті жақтарын 2 тістердің арасында орналасқан 1 ойықтарға орнықтырады, ал ұшқары жақтарын 3 тікке жалғануларымен бекітеді. Сонымен қатар әр секцияның автивті жағы ойықтың жоғарғы қабатында, ал басқасы – төменде жатыр. 2 секцияның әр активті жағын оқшаулайды және алдын ала оқшауланған 3 ойыққа төсейді. Ойықтың автивті жақтары төселген соң, магнитті емес сынамен қағылады. Зәкірге үлкен механикалық беріктік беру үшін, ораманың тіке жалғануларын болат құрсаумен тартылады.

 

 

 

 

 

 
 

 


  2.2 сурет - Зәкір орамасының екі қабатты орналасуы

 

 

 

 

 

 

 

2.1 сурет - Зәкір өзекшесіндегі                    2.3 сурет - Орама ойықпен көлденең                секцияның активті жағының                                                 кесіндісі

              орналасуы                            

 

         Тұрақты токтағы машина орамының секциясы екі активті сымнан тұратын 2.4, a сурет бір тарамды және 2.4, б сурет көп тарамды болуы мүмкін. Тұрақты токтағы зәкір орамаларын тұзақты (параллельді), толқынды (тізбектей) және аралас (параллельді-тізбектей) деп бөледі.

  

                                   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4 сурет - Зәкір орамасының секциясы

 

       Орамалар қарапайым және күрделі (еселенген) болуы мүмкін, яғни соңғысы бірнеше қарапайым орамалардан құралады. 2.5, a суретте толқынды ораманың көп тарамды секциясы (шарғысы) көрсетілген. Толқынды ораманың екі бірдей жарты секциялы жарты шарғысы 2.5, б суретте, ал тұзақты - 2.5, в суретте көрсетілген. Жаймаланған сұлбада жоғарғы қабатында орналасқан секция жағындағы орамасы толық сызықпен, ал төменгі қабатында орналасқан жағы үзік сызықпен көрсетілген 2.6 cурет.

                                                

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                          2.6 сурет - Жаймаланған сұлбада-

                                                                          ғы секцияның көрсетілуі

 

 

            2.5 сурет - Шарғы (а), толқынды                      

           ораманың жартылай шарғысы (б),                                             

            тұзақ ораманың  секциясының      

                 жартылай шарғысы (в)

 

         Ораманың секциясының мынандай түрде бір-бірімен тізбектелген тізбекпен жалғайды, яғни келесі секцияның басын алдыңғы секцияның аяғымен бірге ортақ коллекторлық пластинаға жалғайды. Сондықтан әр секция екі ұшқа тең және тағы әр коллекторлық пластинаға екі секцияның ұштары жалғанады, онда коллектордағы К пластиналардың жалпы саны орамдағы S секцияның санына тең

мұнда  - зәкір орамасының активті сымдарының саны;  - секциядағы тарамдардың саны.

       Қарапайым жағдайда ойықтың екі секциялы жақтарының – біреуі жоғарғы және басқасы төменгі қабатында орналасқан. Сонымен қатар зәкірдің ойықтар саны . Түзетілген кернеудің пульсациясын төмендету үшін және көрші коллекторлық пластиналардың арасындағы үлкен кернеуден құтылу үшін ойықтардың саны жеткілікті үлкен болуы қажет. Бірақ та зәкірлерді үлкен сандағы паздармен жасау тиімсіз, өйткені ойықтар жіңішкереді, нәтижесінде олардың ауданының негізгі бөлігі тұрыққа деген секциясының оқшауламасымен толтырылған және өткізгіштер үшін аз орын қалады, ол машина қуатының шығынына әкеледі. Сол себептен ойықтың әр қабатына бірнеше  секциялық жақтарының жанына орнатады 2.7 cурет. Бұнда . Берілген жағдайда, яғни әр ойықта  элементарлық паздар бар, сондықтан әр элементаралық ойықтың қабатында – бір секциялық жаққа ие. Сонда зәкірдің элементаралық паздарының жалпы саны . Бір полюсте  бөлінуде  элементаралық паздар болады. Бірақ та,  көбінесе -ге қалдықсыз бөлінбейді, сондықтан бөлшекті шама  енгізіледі, оның көмегімен шаманың адымын толық санға шейін жуықталады

                                                                                                     (2.1)

 

 
 

 

 

 

 

 

2.7 сурет - Реалды ойықтардың элементаралыққа бөлінуі

 

       2.2 Тұзақты орама

 

       Қарапайым тұзақты орама. Зәкірдің қарапайым тұзақты орамасын орама деп атайды, оның әр секциясының ұштарын қатар жатқан екі коллекторлық пластиналарға жалғанады 2.8 сурет.

       Егер орамаларды жасаған кезде, секциялардың ұштарын коллектордың пластиналарына жалғайды, онда осындай ораманы оң жүрісті немесе қиылыспайтын деп атайды. Орама сол жаққа ығысқан кезде сол жүрісті немесе қиылысатын деп аталады. Сол жүрісті орамалар практикалық қолданыс таппаған, яғни орама сымның шығынын көбейтеді. 2.8 суретте  орамаларының адымы көрсетілген, яғни олардың элементарлық ойықтарының санын анықтаймыз.

       Бірінші жекеленген адымның  арақашықтығын зәкірдің бетімен секцияның бастапқы «Б» және соңғы «С» жақтары арасымен анықталады:  - бірден аз шама, толық санмен көрсетілген  адымын алып немесе қосып алуға болады.

 

 

 

 

 

 

 

    

         2.8 сурет - Зәкірдің қарапайым              2.9 сурет - Қарапайым тұзақталған

        тұзақты орамасының жаймаланған       радиалды сұлбасы: 2p=4; S=K=16

        сұлбасы: Б – сымның басы;

          А – сымның аяғы, с.с. – соңғы 

                               сым

        

          ораманың екінші жекеленген адымы берілген секцияның соңғы жағының және келесінің бастапқы жағының арасындағы арақашықтығын анықтайды. орамасының нәтижелік адымы берілген бастапқы жағындағы және өзінен кейінгі келесі секциясының арасындағы арақашықтықты анықтайды.  коллектордың адымын коллекторлық бөлінулердің, яғни берілген секцияның ұштары жалғанған ортасындағы аралық арақашықтықты анықтайды. Коллектор бойынша адым әрқашан ораманың нәтижелік адымына тең yk=1.

       Мысалы: 2.9 суретте қарапайым тұзақты ораманың радиалды сұлбасы көрсетілген, келесі берілгендерімен: 2p=4; S=K=ZЭ=16.  Онда  Сұлбаны сал-уды жеңілдету үшін ойықтармен және коллектордың, яғни олармен жалғанған секциялық жақтарын біркелкі сандармен белгілеген ыңғайлы. Сұлбаны орындауды секцияны құраудың бірінші қадамына сәйкес, секцияның жақтарын жалғаудан бастайды. Сонымен, секцияның 1 жоғарғы жағын 1 жақтан төрт аралық қашықтықта орналасқан төменгі жағымен және 5 төменгі жағымен жалғануы керек. Бірінші секцияның басын (1 жағын) коллекторлық пластинамен, ал бірінші секциясының соңын (5 төменгі жағымен) –  коллекторлық пластинамен жалғайды және онымен 2 секцияның басын жалғайды. Екінші секция 2 және 6 жақтардан құрылған, оның соңын  пластинаға жалғанады және т.б. Зәкірдің сағат тілі бағытында айналғанда өткізгіштердегі ЭҚК бағыты (сол қол ережесімен) 2.9 суретте нүктелермен және крестиктермен көрсетілген. Сұлба бойынша ораманы айналғанда, яғни қарастырылып отырған зәкірдің жағдайында оларға бағыты қарсы ЭҚК ие секциялары жалғанған коллекторлық пластиналардың  және түйінді нүктелер болып табылатынын анықтауға болады. Бұл коллектордағы пластиналарды барлық орамды секциялардағы ЭҚК-нің бағыты бірдей телімдерге бөледі. Егер пластиналарға щеткаларды орнатса, онда А1 және А2 щеткаларынан сыртқы желінің тогы келеді, олар – оң полюсті, ал В1 және В2 щеткалары – теріс полюсті болып есептеледі. Бірдей полярлықтағы щеткаларды өздерінің арасында параллель жалғанады. Ораманы сипаттау үшін оның секциясының магнит өрісінде қалай орналасқанын және өз араларында қалай жалғанатынын білу қажет. Сұлбада зәкір орамасының цилиндрлік беті жазықтықта бұрылады ынғайлылық түсінігінен машинаның осі бойымен кез келген жерінде кесілген және тік бұрышты болып көрсетіледі. Жоғарыда қарастырылған ораманың жаймаланған сұлбасы 2.10 суретте көрсетілген. Әр щеткадан ораманың екі параллель тарамдары қарама-қарсы жаққа шығады және көрші щеткаларда аяқталады. Секцияның параллель тарамдары полюстердің қатарына жұбымен орналасады және орама екі қабатты болғандықтан, онда әр полюстердің жұбына екі параллель тарамдар келеді. Берілген мысалда, төрт полюсті машинаның орамасы төрт параллель тарамды құрайды, әрқайсысымен бір параллелді тарамның  тогы, ал сыртқы тізбекпен -  өтеді.

 

 

 

 

 

 

 

 

        2.10 сурет - Тұзақталған ораманың        2.11 сурет - Тұзақталған ораманың                                  

        бір жүрісті жаймаланған сұлбасы:       бір жүрісті параллель тарамы

        2p=4; S=K=ZЭ=16

         Күрделі тұзақталған орама. Күрделі және еселенген бірнеше (m=2, 3, 4…) қарапайым ормалардың үйлесімі ретінде қарастыруға болады. Бұндай ораманы сол сияқты күрделі параллель деп атайды. Қарастырылып отырған орамадағы секцияның және m қарапайым орамалардың коллекторлық пластиналары шеңбер бойында кезектеседі және орамадағы токты бұру үшін міндетті түрде, яғни щетканың ені m коллекторлық бөлінуден кем болмауы керек. Сонымен, m қарапайым орамалар щеткалардың көмегімен параллель қосылады және күрделі тұзақты ораманың параллель тарамдар саны 2a=2pm. Элементарлық ойықтар бойынша нәтижелік адымы және күрделі тұзақты ораманың коллектор бойынша адымы y=yk-m. y1 және y2 адымдары қарапайым тұзақты орама сияқты анықталады. Күрделі орамалардан полюстердің санын көбейтпей тарамдарды алудың мүмкіндігі осы орамалардың ерекшеліктерін құрайды. Оларды зәкір токтары үлкен, төменгі кернеудегі қуатты машиналарда пайдаланылады, мысалға генераторларда электролиз үшін.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.12 сурет - Күрделі тұзақты ораманың жаймаланған сұлбасы: 2p=4; S=K=18; 2а=2mp=8

 

         Мысалы: 2.12 суретте 2p=4; 5=К=18; m=2 деген тұзақты ораманың жаймаланған сұлбасы көрсетілген. Мұнда y=yk=m=2; y1=18/4-2/4; y1=4; y2=y1-y; y2=4-2; y2=2. Сонымен байқағанымыз, егер K/p жұп санға тең болса, онда осындай күрделі тұзақты ораманы симметриалды, егер K/p жұп емес санға тең болса – симметриалды емес деп аталады. Ораманың жаймаланған сұлбасын тұрғызуды пластинадан және 1 секциядан бастаймыз, барлық жұп емес секциялардан және пластиналардан өтіп  пластинаға келіп ораманың бірінші жүрісін тұйықтаймыз. Сонымен, біз зәкірге біріктірілген және параллель жұмыс істейтін, екі жекеленген ораманың жинағына иеміз – бұл күрделі екі рет тұйықталған тұзақты орам. Біздің жағдайда 2a=2*4=8 тарамдар бар. Щеткалардың саны 2p полюстердің санына тең болып қалады, бірақ әр щетканың ені, яғни бір уақытта екі орама да жұмыс істей алатындай болуы керек.

 

       2.3 Толқынды орама

 

       Қарапайым толқынды орама. Қарапайым толқынды (тізбектелген) орама әртүрлі полюстерде тұрған секцияларды тізбектеп жалғап алынады. Толқынды ораманың ұштары бір-бірінен коллектор орамасының  2.13 сурет адымына алшақтатылған коллектордың пластиналарына жалғанады. Зәкір бойынша бір айналымына, яғни машина қанша полюстерге ие болса, сонша секцияны тізбектей жалғайды. Сонымен, зәкір орамасының бойымен айналып, айналым басталған жердің қасындағы коллектордың пластинасына келеді.

 

 

 

 

 

 

 

 

б.а. – зәкір бойынша ораманың бірінші айналымы; е. а. – екінші айналым; с.с. – ораманың соңғы сымы.

2.13 сурет - Қарапайым толқынды ораманың құру сұлбасы

 

       Содан кейін екінші, үшінші және келесі айналымдар жасалады, барлық сымдар өзара бір тұйықталған орамаға жалғанбайынша, соңын бірінші коллектордың пластинасына жалғанады. Осындай ораманы сол жүрісті деп аталады. Егер ось пластина бірінші тұрғанның оң жағында орналасса онда ораманы оң жүрісті деп аталады. Оң жүрісті орамаға орама сымының үлкен шығынын қажет етеді. Қарапайым толқынды ораманың сипаттамалық қасиетіне, яғни оның параллель тарамдары полюстердің санына тең емес және әрқашан екіге тең 2a=2. Толқынды ораманың нәтижелік адымы y жекеленген y1 және y2 адымдардың y=y1+y2 қосындысына тең. Әр параллель тарамның секциясы машинаның барлық полюстеріне біркелкі таралған. Мұндай орамада тек екі щетканы пайдаланып қана шектеуге болатын еді. Бірақ та бұл жағдайда ораманың симетриалдығы бұзылар еді, яғни параллель тарамдар секцияларының саны әртүрлі болар еді. Сондықтан машинаға негізінен полюстердің саны қанша болса, сонша щеткалар орнатылады, бұл әр щеткаға келетін токтың шамасын азайтуға мүмкіндік береді. Кейбір жағдайларда тек екі щетка орнатылады, яғни қарауға және щеткаларды барлық бойындағыны емес, тек оның бөлігін ғана ауыстыруға қолайлы. Қарапайым толқынды ораманың коллектор бойынша адымы міндетті түрде толық санға тең болуы қажет. Егер бұл жағдай орындалмаса электрлік ойықтарының саны коллекторға бір секцияны жалғау жолымен азайтылады. Бұндай секцияны «өлі» секция деп аталады.

       Секциясы «өлі» толқынды ораманың жаймаланған сұлбасы 2.14 суретте көрсетілген.

 

 

 

 

 

 

  

2.14 сурет - Секциясы «өлі» толқынды ораманың жаймаланған сұлбасы

 

 

 

 

 

 

 

     2.15 сурет - Қарапайым толқынды      2.16 сурет- Ораманың жаймаланған

     ораманың радиалды сұлбасы              сұлбасы: 2p=4; S=k=15

 

         Бірақ та ораманың симметриалды болмауы секциясы «өлі» зонасындағы коммутациялық жағдайында кейбір қиындықтар туғызады, сондықтан қуатты машиналарда коммутациясының кернеулік жағдайында секциясы «өлі» толқынды ораманы пайдаланбаған дұрыс.

       Мысалы: 2.15 суретте, мына берілгендері бойынша 2p=4; S=K=15 қарапайым толқынды ораманың толқынды ораманың радиалды сұлбасы көрсетілген. Орамаларды жасағанда коллекторлық пластинаны 1 cекцияның басын 1 ойыққа, ол ойықтың соңын 1+3=4 және коллекторлық пластинаға ; осыдан  секцияның басынан  ойығына барамыз, ол  ойықтың соңынан коллекторлық машинаға  және с.с. біз араларын жалғаймыз. Сол ораманың сұлбасы жаймаланған түрде 2.16 суретте көрсетілген. Секциялары щеткаларымен қысқа тұйықталғаны жуан сызықтармен көрсетілген. Сонымен полюстердің саны  болса да, тек екі параллель тарамдарға иеміз. Ораманың ішімен токтың жүру сұлбасы немесе тарамдар сұлбасы 2.17 суретте көрсетілген. Сонымен әр толқынды ораманың тарамдары барлық полюстер арқылы өтеді, онда полюстер ағынының теңсіздігі ЭҚК және параллель тарамдарының токтарының теңсіздігін тудырмайды. Сондықтан қарапайым толқынды орама теңдеулік жалғануларды қажет етпейді.

 

 

 

  

2.17 сурет - Толқынды ораманың параллель тарамдары

 

       Күрделі толқынды орама. Күрделі толқынды орама бір зәкірдің ойықтарына орнатылған бірнеше қарапайым толқынды ораманы көрсетеді. Әр қарапайым толқынды орама екі параллель тарамға ие, онда күрделі толқынды ораманың параллель тарамдарының саны  болады, мұнда - күрделі толқынды ораманың берілгендерін құрайтын қарапайым толқынды ораманың саны. Бұл орамалар өз араларында теңдеулік жалғанулармен және коллекторлық щеткалармен параллель жалғанады. Щеткалармен жабылатын пластиналардың саны а параллель тарамдары жұбының саны көп болғаны дұрыс. Коллектор бойынша ораманың адымы .

 

 

 

 

 

 

 

 

2.18 сурет - Екі жүрісті екі рет тұйықталған толқынды ораманың сұлбасы:

 

       Күрделі толқынды ораманы орындағанда зәкірдің  тізбектей жалғанған секцияларын бір айналғаннан кейін секцияның соңын басқа қарапайым орамалардың секцияларын төсеу үшін бос орын қалдырып тұрған алғашқы  пластинадан кейін тұрған коллекторлық пластинаға жалғанады. Күрделі толқынды орама бір рет қысқа тұйықталған болуы мүмкін, яғни бір қарапайым орама басқасының жалғасы болады және көп ретті қысқа тұйықталғанда әр қарапайым орама өзіне тұйықталады.

       Мысалы: 2.18 суретте ;  төрт полюсті машинаның екі жүрісті екі рет тұйықталған толқынды ораманың сұлбасы көрсетілген.

       Ораманың сұлбасын құруда  коллектордың пластинасынан басталады. Бірінші айналымнан кейін,  және  секцияларын жалғайды, тоғызыншы секцияның соңын  коллектордың пластинасымен жалғайды, бірінші пластинаға екі коллектордың бөлінуіне жетпейді. Барлық жұп емес секциялардың және коллекторлық пластиналардың сұлбасы бойынша жалғанады, сонымен қатар тұйықталған бір жүрісті орама алынады. Екі орама щеткалардың көмегімен параллель жалғанған және екі рет тұйықталған екі жүрісті толқынды ораманы құрайды.

 

       2.4 Орамалардың симметриялық жағдайы

 

       Негізгі талабы, яғни зәкірдің соңы қанағаттандырылуы қажет, деген мыналардан тұрады, оның тарамдарының параллель ЭҚК зәкірдің кез келген жағдайында тең болуы керек. Олай болмаса, зәкір орамасында машинаның бос жүріс жұмысы кезінде пайда болған ток туады. Бұл ЭҚК айырмашылығынан пайда болған ток, параллель тарамдарды теңдеулік ток деп аталады. Теңдеулік ток зәкір орамасын қыздырып, щеткалардағы токтың тығыздығын көбейтіп коллекторда ұшқындарды туғызады. Теңдеулік тоқтың пайда болу мүмкіндігін болдырмау үшін зәкір орамасының паралель тарамдарының ЭҚК-нің тепе-теңдігіне қол жеткізу керек,  ойықтар санын және зәкір орамасының  коллекторлық пластиналарды таңдағанда белгілі жағдайлар міндетті орындалуы қажет. Бұл жағдайларда зәкір орамасының симметриялық жағдайы деп аталады және олар келесілерден тұрады:

       а) барлық ойықтардағы өткізгіштердің саны бірдей болуы қажет,  толық санға теңеседі;

       б) параллель тарамдардың әр жұп ойықтар саны бірдей болуы қажет,  толық санға теңеседі;

       в) параллель тарамдардың әр жұбының секцияларының сандары бірдей болуы керек, толық санға теңеледі;

       г) біркелкі магниттік жағдайда орналасқан параллель тарамдардың бір жұбына жататын секцияның әр жағы параллель тарамдардың басқа жұптарының секциялық жақтарына сәйкес болуы қажет. Сондықтан міндетті түрде, яғни  толық санға теңелуі қажет.

       2.5 Теңдеулік жалғаулар

 

       Тұзақты орамадағы машинаны эксплуатациялау тәжірибесі, яғни теңгерімділік токтары симметриялы жағдай орындалғанда да пайда болатынын көрсетеді. Оның себебі – машинаның магнитті ассиметриясы     (әртүрлі саңылаулардың біркелкі еместігі, дәл емес жиналудың, станина құймаларындағы қабыршықтар және т.б.). Тұзақты орамада параллель тарамдарының әр жұбы өздерінің жұп полюстерінде орналасқан. Магниттік ассиметрияның әсерінен оларда әртүрлі ЭҚК индукцияланады. Толқынды орамада параллельді тізбектер машинаның барлық полюстерін қамтиды және бұндай құбылыс байқалмайды. Теңгерімділік токтары жүктеменің тоқтарымен қосылып электрлік шығындарды өсіре отырып, параллель тарамдардың біркелкі емес жүктемесін туғызады және ораманың бір параллель тарамынан басқасына щетка арқылы өтеді, нәтижесінде машинаның қалыпты жұмысы кезінде щеткалардағы ток тығыздығы қалыптағыдан жоғары болып коллекторда ұшқындарды тудырады. Яғни теңгерімділік токтары щеткаларда тұйықталмас үшін, қарапайым толқынды орамалар арнайы теңгерімділік жалғауыштармен жабдықталады. Сонымен қатар теориялық түрде бірдей потенциалдарға ие зәкір орамаларына электрлік жалғанады, онда теңгерімділік токтары щеткаларға және оларды жалғайтын шиналарға шықпай ораманың ішінде тұйықталады. Бұл теңгерімділік токтары машинаның симметриалды еместігін азайту үшін ұмтылатын бағыттағы магнит ағынын туғызады. Машинаның магниттік жүйесінің симметриалды еместігін түзейтін теңгерілімді жалғауларды бірінші түрдегі теңгерілімдер деп аталады. Негізінен бұндай теңгерілімдерді бірдей потенциалды коллектор жағындағы нүктелермен жалғанады 2.19 сурет.

       Кейде коллекторға қарама-қарсы жағындағы маңдай бөліктерінде жалғанады. Нүктелер саны потенциалға тең, яғни біз оларды  симметриялы орамадан табуға болады.

 

 

а)

 

 

б)

 

 


 

 

 

 

  

a – ораманың жаймаланған сұлбасы; б – коллектор жағынан қарағандағы түрі. 

2.19 сурет - Бірінші түрдегі теңгерімділік жалғау

       Екі көрші бір потенциалды нүктелердің арасындағы арақашықтықты коллекторлық бөлінудің санымен немесе бір жұптың тарамына сәйкесті секцияның санымен өлшенгенді потенциалды (теңгерілімді) адым деп аталады.

        бірінші түрдегі теңгерімділік жалғанулардың толық санын, яғни оларды орамада қолдануға болады  Бірақ та бұндай сандағы теңгерімділік жалғанулар тек үлкен қуаттағы машиналарда мысалы, илемдеу стандарындағы электрқозғалтқыштарында қолданылады.

       Мысты үнемдеу және машинаның конструкциясын қарапайымдылау мақсатында, зәкір орамасының өткізгіш  кесіндісіне тең кесіндідегі мыс сымындағы толық емес сандағы теңгерлімдер пайдаланылады. Егер қарапайым толқынды орамалар ешқандай теңгерілімді жалғануларды қажет етпейтін болса, онда күрделі толқынды орамалар, тек оларды теңгерілімді жалғанулармен орындағанда ғана жақсы жұмыс істей алады.

       Күрделі толқынды орамада оны құрайтын көрші коллекторлық пластиналары әртүрлі қарапайым толқынды орамаларға жатады. Егер әртүрлі орамаларға жататын щеткалардың және коллекторлық пластиналардың арасындағы өтпелі кедергілері тең емес, онда жекеленген толқынды орамалардың токтары да тең емес болады. Токтың бір қалыпсыз таралуы орамалардағы кернеудің тең емес түсуіне әкеледі, нәтижесінде көрші пластиналардың арасындағы кернеудің жоғарылап кетуі мүмкін.

       Бұл кемшілікті жою үшін қарапайым толқынды орамалардың, яғни теориялық түрде потенциалдары бірдей нүктелері теңгерілімді сымдармен жалғанады. Коллектордағы кернеудің симметриялы емес таралуын түзететін теңгерілімді жалғануларды екінші ретті теңгерілім деп аталады 2.20 сурет.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.20 сурет - Күрделі толқынды орамадағы екінші реттік теңгерілім

 

       2.6 Аралас түрдегі орама

 

       Үлкен қуатты тұрақты токтағы машиналарда кейде ортақ коллекторға жалғанатын зәкірдің бір ойықтарына орналасқан төрт қабатты қарапайым және күрделі толқынды ораманы көрсететін аралас зәкір орамасын пайдаланылады. Сонымен әр пластинаға төрт өткізгіштен дәнекерленеді.

 

 

 

 

 

 

 

 2.21 сурет - Аралас типтегі орама

 

       2.21, a суретте аралас ораманың жаймаланған сұлбасы, ал 2.21, б суретте – ойықтағы осы ораманың бір секциясының орналасуы көрсетілген. Осы ораманың негізгі ерекшелігі, яғни ол теңгерімділік жалғануларды қажет етпейді. Онда толқынды орама бірінші түрдегі тұзақты орамаға деген теңгерімділік жалғанулардың функциясын орындайды, ал тұзақты орама екінші түрдегі толқынды орамаға деген теңгерімділік жалғанулардың функциясын орындайды. Зәкір бойынша орамалардың адымын құрайтын аралас ораманы бірдей қылып жасайды:  Орама адымы орамалардың адымының қосындысына тең      Өйткені  онда  Коллектор бойынша потенциалды адым

       Мысалға:  болғандағы қарапайым тұзақты ораманың адымын және теңгерілімді жалғануларын анықтау.

       Шешімі. Теңгерілімді жалғанулардың адымы  Бір теңгеріліммен жалғанатын нүктелердің саны,  Әр үшінші коллектордың пластинасы теңгеріліммен жалғанады деп қабылдап, теңгерілімді жалғанулармен жалғанатын  коллекторлық пластинаның санын анықтаймыз. Теңгерілімді жалғанулардың саны  Өз араларында келесі коллекторлық пластиналар жалғанады: 1-ші теңгеріліммен 1-55-109-1; 2-теңгеріліммен 4-58-112-4; 3-ші теңгеріліммен 7-61-115-7 және т.б. Параллель тарамдардың ЭҚК шамасы электрмагниттік индукция заңының негізінде анықталады.

       2.7 Зәкір орамасының электр қозғаушы күші

 

       Симметриялы орамада параллель тарамдардың ЭҚК бірдей және зәкір орамасының ЭҚК ортақ болып табылады. Параллель тарамдардың ЭҚК шамасы электрмагниттік индукция заңының негізінде анықталады. Негізгі полюстермен және зәкір бетінің арасындағы  ауа саңылауының, полюстерінің ұштарының формасының есебінен шеткі жақтарын үлкенірек қылып жасалады 2.22 a сурет, нәтижесінде ауа саңылауындағы индукциясының таралу қисығы  биіктігіне тең трапециалды сипаттамаға ие 2.22 б сурет. Трапецияның ені в және биіктігі Ворт. ауданындағы тік бұрышпен ауыстырып, яғни магниттік индукция магниттік саңылауда тұрақты шама болып табылады деп есептеуге болады. Бұндай жағдайда зәкір орамасының әр өткізгіші уақыт бірлігінде айналған кезде бірдей сандағы күштік магниттік сызықтарды кесетін болады.

 

 

 

 

 

2.22 сурет - Зәкірі тегіс беттегі машинаның ауа саңылауындағы магниттік индукцияның таралуы

 

         Зәкір орамасы N активті өткізгіштерден тұрады десек және 2a параллель тарамдарды құрайды. Онда тізбектей жалғанған әр тарамдағы өткізгіштердің саны  тең. Бір өткізгіште пайда болған ЭҚК орташа мәні, электрмагниттік индукция заңымен анықталатын,

                                                                                                      (2.1)

         Ораманың параллель тарамындағы өткізгіштерінде пайда болған ЭҚК қосындысы

                                                                       (2.2)

       Зәкірдің сызықтық айналу жылдамдығы

                                                                                                         (2.3)

мұнда  - зәкірдің айналу жиілігі;  - зәкірдің диаметрі.

       Зәкір бетінің ұзындығын  тең деп және полюстік бөлінуді  машинаның полюстерінің  санына көбейтіп  анықтауға болады, онда

 

        көбейтіндісі бұл күштік сызықтарды өткізетін аудан 2.23 сурет. Ауданмен және магниттік индукцияның көбейтіндісі магнит ағынын Ф береді, яғни олар зәкір орамасының тарамдарымен тіркескен  Соңғы өрнекті ЭҚК формуласына қойып және оған қысқарту жүргізіп, алатынымыз

                                                                                                    (2.4)

  

 

 

 

 

 

2.23 сурет - Зәкір орамасының ЭҚК формуласына қорытынды

 

       Әр жасалған машинаға  өзгермейді, сондықтан (2.4) қарапайым түрде келесіні жазуға болады

                                                                                                          (2.5)

мұнда  - тұрақты еселік.

       Параллель тарамдардың ЭҚК олардың негізгі полюстерге қатысты орналасуына байланысты, олар коллекторға щеткалардың орнатылуымен анықталады. Егер щеткалар коллектордың пластиналарына түйіндік нүктелерімен жалғанып орнатылған болса (олар арқылы өткенде секциялардағы ЭҚК бағыты өзгереді), онда тарамның ЭҚК үлкен болады 2.24, a сурет. Мұнда  щеткалар осы жағдайдан параллель тарамға ығысқанда қарама-қарсы бағыттағы секцияның ЭҚК кіреді және параллель тарамының жалпы ЭҚК төмен болады 2.24, б сурет. Егер ораманың адымын полюспен бөлініп орындалса  онда секция азғантай магниттік ағынмен тіркесетін болады 2.24, в сурет және машинаның ЭҚК азаяды.

       Мысалы: тұрақты токтағы машинаның ЭҚК анықтау, егер зәкір орамасындағы өткізгіштердің саны  жұп полюстердің саны зәкір орамасының параллель тарамдарының жұп саны  зәкірдің айналу жиілігі  Полюстердің магнит ағыны

       Шешімі. (2.4) бойынша ЭҚК мәні

  

 

 

2.24 сурет - Зәкір орамасының ЭҚК

 

       2.8 Әртүрлі типтегі орамалардың салыстырмалы сипаттамалары

 

       Бірдей қуаттағы тұрақты токтағы машинаның кернеуін түсіруді токты көбейту арқылы жетуге болады немесе керісінше. Бұл қатынаспен – зәкір орамасының типін анықтайды. Бағдарлауымызша, яғни аз қуаттағы машиналар – 50 кВт дейінгі, орташа қуаттағы – 50-500 кВт, үлкен қуаттағы – 500 кВт жоғары болады деп есептейміз. Тұрақты токтағы машинаның төменгі кернеуі – 24 В дейін, төмендеу кернеуі – 60-80 В, қалыпты – 110-220 В, жоғарлатылған – 440-600 В және өте жоғары – 750 В. Жоғарғы мәндегі токтарға тұзақты (параллельді) ораманы пайдаланылады. Жоғарғы мәндегі кернеулерге толқынды (тізбектелген) ораманы пайдаланылады. Жоғарғы мәндегі кернеулерде толқынды (тізбекті) ораманы пайдаланылады. Егер осы типтегі орамалар алынатын қажетті қуатты қанағаттандырмайтын болса, онда күрделі тұзақты, күрделі толқынды немесе аралас типтегі ораманы пайдаланылады. Қалыпты және жоғарғы кернеудегі машиналар үшін толқынды ораманы пайдаланылады, өйткені бұл ораманың параллель тарамындағы өткізгіштердің көбі тізбектей жалғанған.  Қарапайым тұзақты ораманы аз және орта қуаттағы машиналарда, күрделі толқынды ораманы – орта және үлкен қуаттағы жоғарғы кернеудегі, күрделі тұзақты ораманы – негізінен төменгі кернеудегі жоғарғы ток шамасындағы машиналарда, аралас ораманы – үлкен қуаттағы машиналарда пайдаланылады. Техника-экономикалық орамалардың варианттарын салыстырғанда машинаның массалық габариттік параметрлеріне зәкір орамасының типінің әсері ескеріледі. Сонымен бұл жерде зәкірдің айналу жиілігін ескерген маңызды болып табылады. Айта кететін жағдай, яғни ораманың типін таңдауда коллекторлық пластиналардың арасындағы кернеудің орташа мәні көп әсер етеді, оның шамасынан коллекторлық құрылғының ұшқынсыз жұмысы байланысты.

 

3  Тұрақты токтағы машинаның магниттік тізбегі

 

3.1 Электрлік машинаның магниттік тізбегін есептеудің тәртібі

 

Тұрақты токтағы машинаның қоздыру орамасының магниттеуші күші магнит өрісін тудырады, оның магниттік сызықтары машинаның телімдері арқылы тұйықталып, оның магниттік жүйесін құрайды. Машинаның көлденең кесіндісінде 3.1 сурет магниттік ағынның жолы көрсетілген. Барлық полюстердің ағыны  екі тең емес бөліктерге бөлінеді. Үлкен бөлігі – негізгі магнит ағыны  ауа саңылауы арқылы зәкірге өтеді және оның өзекшесіне таралып, қасындағы полюстерге келіп жармаға тұйықталады.

Тұрақты токтағы машинаның негізгі магнит ағыны ретінде машинаның бос жүрісі кезіндегі бір полюсті бөлінудің  ауданының саңылауындағы  ағынды түсінеміз. Шашырау ағынының  азғантай бөлігі полюстер арасында тұйықталады. Онда полюстің магнит ағыны

 

мұнда  - негізгі полюстердің шашырау коэффициенті.

 

 

 

 

 

 

3.1 сурет - Тұрақты токтағы машинаның магниттік тізбегі

 

       Тұрақты токтағы машина үшін  Машинадағы негізгі магнит ағынының жолы әрқайсысы жұп полюстерін ауқымдайтын тұйықталған магниттік тізбектерінен тұрады. Магниттік симметрия болғандықтан көп полюсті машинаның магниттік тізбегі бірдей және магниттік ағындар (және де оларды құраушылар және  ) өз араларында бірдей; сондықтан полюстердің бір жұбының магниттік тізбегі қарастырылады. Магниттік тізбектері бір-бірінен өздерінің геометриялық өлшемдерімен және физикалық қасиеттерімен өзгешеленеді. Полюстердің бір жұбының тұйықталған контурына деген толық заңы бойынша

                                                                                      (3.2)

мұнда - қоздыру тогы;  - қоздыру орамасының тарамдар саны;  - магниттік индукцияға байланысты магнит өрісінің кернеулігі және магниттелу қисығымен анықталады 3.2 сурет;  - магниттік тізбектің берілген теліміндегі орташа ұзындығы.

 

3.2 сурет - Электротехникалық және құйылған болаттан және илемделген болаттың магниттелу сипаттамасы

      

       Электрлік машинаның магниттік тізбегінің әртүрлі материалдардағы телімдерінің шетінде магниттік өрісінің кернеулігі өзгереді. Осы белгісі бойынша тұрақты токтағы машинаның магниттік тізбегін бес телімге бөлуге болады, магниттік тізбектің сипаттамалық шамалары 3.1 кестеде келтірілген.

 

3.1 кесте

 

Телімнің аталуы

Телім-нің ағыны

Телімдегі индукция

Көлденең кесіндісінің ауданы

Магниттік өрістің кернеулігі

Полюстердің жұбына деген жолының ұзындығы

Жұп полюстерге деген магниттік күші

1

2

3

4

5

6

7

Саңылау

Тістік қабат (тістері)

Зәкірдің өзекшесі

Полюстің өзекшесі ұштығымен

Жарма (станина)

 

мұнда  - екі саңылау;  - зәкірдің екі тістік аумағы;  - зәкірдің өзекшесі;  - екі полюсі;  - жармасы (станина).

       Жұп полюстеріне есептелген негізгі машина статорының кернеулігі мынаған тең:

                                                                                  (3.3)

       Бұл өрнек, яғни статордың кернеулігін анықтау үшін әр бесінші телімге сәйкес магнит өрісінің кернеулігін тауып және осы телімдегі ағын жолының ұзындығына көбейтіндісін көрсетеді. Магниттік тізбектің телімдерінің өлшемдері белгілі (орындалған машинаға) немесе ұсынылатын магнит индукциясымен (машинаны жобалағанда) анықталады, сондықтан магнит тізбегінің барлық телімдеріндегі қажетті магнит ағыны үшін  индукция анықталуы мүмкін, мұнда  - телімдегі магнит ағыны;  - телімнің аудан кесіндісі. 3.1 суретке сәйкес машинаның статор кернеулігі

                                               (3.3)

мұнда  - ауа саңылауының ұзындығы, м;  - зәкір тістерінің биіктігі, м;  - негізгі полюстердің биіктігі, м;  - зәкір өзекшесі бойынша телімнің ұзындығы, м;  - станина бойынша телімнің ұзындығы (жарма), м;  - тізбектің теліміндегі магнит өрісінің кернеулігі,

       Кернеудің номинал мәніне және машинаның номинал айналу жиілігіне негізгі магнит ағынының  номинал мәні сәйкес келеді деп есептейміз. Негізгі ағынның қасындағы мәндерді беру арқылы:  әрқайсысына  есептеуге болады.

       Ауа саңылауындағы кернеулік күші. Магнит ағынына ең үлкен кедергі көрсететін, ол - ауа саңылауы. Тісті зәкірде магнит өрісі саңылауда біркелкі емес таралады: тістердің бетінде магнит сызықтарының тығыздығы көп, ал ойықтарда аз болады 3.1 сурет, яғни телімдердегі магнит кедергісі ойықтікінен аз болады. 3.4 суретте машинаның көлденең және ұзыннан кесілген ауа саңылауындағы магниттік индукцияның таралуы көрсетілген. Саңылаудағы магниттік индукция зәкірдің бойымен де, ұзындығы бойынша да өзгереді, онда саңылаудағы индукцияның есептігі деген түсінік енгізіледі, ол үшін келтіру әдісі пайдаланылады. Бұл әдістің маңыздылығы келесімен қорытындыланады.  биіктіктегі тік бұрышты тең шамалы саңылаудағы магниттік индукцияның күрделі таралу қисығы ауыстырылады. Осындай тік бұрыштың негізгі бірінші жағдайда есептік полюстің доғасын  ал екінші жағдайда – зәкірдің есептік ұзындығын  береді.  қатынасын полюстік жабудың есептік коэффициенті деп аталады, оның шамасынан коллекторлық пластиналардың арасындағы кернеудің максимал мәніне байланысты. Қосымша полюсті  тұрақты токтағы машиналарда жеткілікті дәлдікпен зәкірдің есептік ұзындығы  анықталады, мұнда  - машина осі бойынша полюсінің ұзындығы;  - желдеткіштік каналдарынсыз зәкірдің ұзындығы. Егер  - желдеткіштік каналдың ені, ал  - каналдардың саны, онда  мұнда  - осьтік бағыттағы зәкірдің ұзындығы. Есептік шамаларды  пайдаланып машинаның негізгі магнит ағынын анықтаймыз, мұнда  бұдан  Есептеулерді қарапайымдылау үшін ауа саңылауының  шамасынан есептікке дейін  үлкейту арқылы тісті тегістейміз, мұнда  - ауа саңылауының коэффициенті;  - тістік адым;  - зәкірдің бойындағы тістердің беткі бөлігінің ені;  - зәкірдің диаметрі.

       Магнит ағынын саңылау арқылы жүргізетін қажетті магниттелу күші

                                                                                                 (3.5)

 

 

 
 

 

 

 3.3 сурет - Тісті зәкірдің саңылау-    3.4 сурет - Полюстегі магниттік индук-

  ларындағы магниттік индукциясы    цияның таралуы: а – полюстік бөлінуді;

                                                            б – полюстің бойындағы

 

Тісті қабаттың магниттелу күші. Зәкірдің тісіндегі магниттік индукцияны анықтағанда екі жағдай қарастырылуы мүмкін: біріншіден, яғни  және  болғанда. Бірінші жағдайда барлық ағын тістер арқылы, ал екіншіде – ағынның жартысы ойықтар арқылы өтеді деп қабылдаймыз.

Екінші жағдайда жалпылама болып келеді. Магниттелу күшін есептеуде, яғни бір тісті адымға жүргіземіз. Бір тісті адымға келетін магнит ағыны  мұнда  - тістегі және ойықтағы ағындар. Есептік магниттік индукциясы

                                                                                             (3.6)

мұнда  - тістегі нақты индукция;  - ойықтағы индукция;  - тістің және ойықтың геометриялық өлшемдерімен анықталатын тістік коэффициент.

         (3.6) және тістің және зәкір ойығының эскизін пайдаланып, тістің жоғарғы, ортанғы және төменгі кесінділеріндегі магнит индукциясының шамасын табамыз 3.5 сурет. Тістердің магниттелу қисығы бойынша  (3.2 сурет) индукцияның осы мәндеріне байланысты, тістердің жоғарғы, ортанғы және төменгі кесінділеріндегі магнит өрісінің кернеулігін анықтаймыз. Тістер үшін магнит өрісінің кернеулігінің есептік мәні

  магниттелу күшінің мәні

       Зәкір өзекшесін, полюстерді және станинаны магниттеуші күш. Зәкір өзекшесінің магнит ағыны  Зәкірдің көлденең кесіндісінің ауданы  мұнда  - зәкір өзекшесінің биіктігі,  - болатпен толтыру коэффициенті.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.5 сурет - Тістерді магниттеуші күш

 

       Зәкір өзекшесі үшін магнит индукциясы  Магниттелудің қисығы бойынша қарастырылып отырған маркідегі болат үшін зәкір өрісінің  кернеулігін табамыз және онда зәкір өзекшесінің магниттелуші күші  мұнда  - зәкір өзекшесіндегі магнит сызығының орташа ұзындығы. Полюстің өзекшесіндегі магниттік индукция мұнда  - полюстің магнит ағыны,  - полюстің көлденең кесіндісі. Полюс болатының магниттелу қисығы бойынша өрістің кернеулігін  мұнда  - полюс өзекшесінің биіктігі. Станинадағы магнит ағыны  индукциясы  Жарманың геометриялық өлшемдері бойынша кесіндісі  анықталады. Жарма материалының магниттелу сипаттамасы бойынша өрістің кернеулігін  анықтаймыз, онда магниттелу күші  мұнда  - жармадағы магнитті сызықтың орташа ұзындығы.

 

       3.2 Машинаның магниттелу сипаттамасы

 

       Тік бұрышты координатарда тұрғызылған байланыс машинаның магниттелу қисығы немесе магниттік сипаттамасы деп аталады 3.6 сурет. Бастапқы бөлігінде магниттелу сипаттамасы түзу сызықты сипаттамаға ие болды, өйткені азғантай мәндегі ағында  машинаның болаты аз қанығады және магниттелу күші ағынды саңылау арқылы өткізуге шығындалады. Қисықтың түзу сызықты бөлігінің жалғасы әртүрлі мәндегі ағынның саңылауға деген магниттелу күшін ерекшелеуге, тәуелділігін алуға мүмкіндік береді. Магнит ағыны магниттелу күшінің көп бөлігі ағынды болаттың телімдері арқылы өткізуге шығындалады. Магниттелу күшінің бұл бөлігі  кесіндісіне сәйкес келеді.  қатынасы бойынша, яғни қанығу коэффициенті деп аталатын, онымен берілген ағынның мәнінде  машинаның магнит тізбегінің қанығу деңгейін білуге болады. Қанығатын магнит тізбегіндегі машинаны жасау тиімсіз, бұндай жағдайда материалдарды толық пайдаланбай машина ауыр салмақты болып қалады. 

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 


3.6 сурет - Магниттелу сипаттамасы

 

       Магнитті тізбектің артық қанығуы да тиімсіз, өйткені бұл жағдайда мыстың немесе алюминийдің үлкен шығындағы және қоздыруға деген қуаттының үлкен шығындағы қуатты қоздыру орамасын жасауды қажет етеді. Осы себептерден электрлік машиналарды номинал режімде жеткілікті қанығуда жасайды. Сонымен жұмыс нүктесі магниттік сипаттамада бірнеше жоғары жатыр. Негізінен  ал кейбір жағдайларда

 

       4 Тұрақты токтағы машина зәкірінің реакциясы

 

       4.1 Зәкір реакциясы туралы түсінік

 

       Машина бос жүріс режімінде жұмыс істеп тұрғанда, яғни зәкір орамасында токтың болмаған кезінде, машинаның негізгі  ағынын жасайтын жалғыз қорек көзі ретінде магниттеуші күш болып табылады. Электрлік машина жүктеме кезінде бірнеше орамадан (зәкірдің, қосымша полюстердің, тізбектелген қоздырудың және компенсациялық) тұратын зәкір тізбегінде ток пайда болады, сонымен негізгі магнит ағынынан басқа зәкір орама тізбегінің магнит өрісі бар. Сондықтан ауа саңылауындағы магнит ағыны және машинаның жүктемелік кезінде магнит өрісінің кеңістікте таралуы полюстердің және зәкір тізбегінде әсер етуші магниттеуші күштерінің бірігуімен анықталатын болады. Сондықтан машинаның жүктемелік жұмысы кезінде болатын магнит ағынын магниттеуші күштердің нәтижесінен пайда болған нәтижелік ағын ретінде қарастыруға болады. Зәкірдің магниттеуші күші негізгі полюстердің магниттеуші күшіне әсерін зәкір реакциясы деп аталады. Бұл құбылысты сараптауда қосу әдісін пайдаланамыз, ол үшін полюстердің негізгі өрісін және зәкір өрісінің таралуын жеке тұрғызамыз, содан кейін машинаның нәтижелік магнит өрісін біріктіреміз. Егер қосқан кезде машинаның параметрлері өзгермейтін болса, бұл әдіс дұрыс нәтиже береді. Бұндай параметрлерге машинаның тізбегінің қанығу дәрежесі болып табылады, оны тұрақты шама деп есептейміз. Зәкірдің магниттелу күшінің өрнегін шығару үшін сызықтық жүктеме туралы түсінік енгізіледі. Ол үшін тісті зәкір есептік ауа саңылауындағы және зәкірдің бойымен өткізгіштердің қабатымен біркелкі таралған тегіс жағдайға келтіріледі.

       Зәкірдің сызықтық жүктемесі деп зәкір шеңберінің 1 см ұзындығына келетін сымдардың санын айтамыз  мұнда - ораманың барлық өткізгіштерінің саны;  - зәкір орамасының өткізгіштеріндегі ток;  - зәкірдің диаметрі.

       Екі полюсті машинаның бос жүріс кезіндегі негізгі ағынның таралуы 4.1, а суретте көрсетілген, негізгі полюстердің осьтік сызығына  қатысты және кеңістікте өзгеріссіз қалыпта орын алған геометриялық бейтарапына қатысты симметриялы сипаттамаға ие. Полюстің үстіндегі саңылаудағы магниттік индукцияның таралуы трапециалды қисықты көрсетеді 4.1, б сурет.

       Зәкірді сағат бағытында айналдырғанда оның орамасында ЭҚК пайда болады, бағыты 4.1 а суретте крестермен және нүктелермен көрсетілген, бірақ зәкір орамасында ток болмайды, өйткені тізбек ажыратулы.

       4.2 а суретте зәкірдің магнит өрісінің таралуы көрсетілген. Машина қоздырылмаған, ал зәкір қозғалыссыз:   Щеткаларды геометриялық бейтарап сызықтар бойынша қоямыз және оларға қандай да бір сырттан тұрақты токтағы қорек көзінен әкелінеді, яғни 4.1 а суретте көрсетілген орамадағы тарамдар тогының бағыты ЭҚК бағытымен сәйкес келеді. Бұл жағдайда зәкір өрісінің магнит сызықтары бағытын бұранда ережесі, яғни зәкірдің сол жағынан шығады және оң жағынан кіреді бойынша зәкір орамасының өткізгіштеріндегі токтың бағытын пайдаланып анықтаймыз. Өйткені   магнит  сызықтары  солтүстік   полюстен   шығып және оңтүстіктен

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.1 сурет - Бос жүріс кезіндегі машинаның негізгі магнит ағыны (а) және магниттеуші күшінің таралу қисығы және негізгі полюстердегі индукция (б)

 

шығады, онда зәкірдің сол жағы солтүстік, ал оң жағы – оңтүстік полярлыққа ие. Бұндай зәкірдің өрісінің көлденең өрісі деп аталады және зәкірдің көлденең магниттеуші күшімен  анықталады. 4.2, б суретте көрінетіндей, яғни зәкір электрмагнит ретінде көрсетілген, оның осі щетканың сызығымен дәлме-дәл келеді. Зәкірдің геометриялық бейтарап сызығының магниттеуші күші максималды мәнге ие, өйткені сәйкес магнит сызығы үлкен токты қамтиды (1 қисық), бірақ та зәкір ағынындағы магниттік индукциясы бұл нүктелерде азғантай мәнге ие (2 қисық), бұл зәкір ағынына деген полюс аралық кеістігіндегі магниттік кедергінің өсуімен түсіндіріледі. Зәкір өрісінің магниттік индукциясының графигі ер-тоқым тәрізді түрге ие, полюстердің ортасында индукция нөлге тең, ал полюстердің ұштықтарының шеттерінде ең үлкен мәнге жетеді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2 сурет - Зәкірдің магнит өрісі (а) және зәкір өрісінің индукциясының магниттеуші күшінің қисығы (б)

 

       4.2 Зәкірдің көлденең және бойлық магниттеуші күштері

 

       Егер щеткалар геометриялық бейтарапты  сызығында тұрса 4.3, а сурет, онда зәкір өірісі негізгі полюстердің  осьтік сызығына көлденең  бұрышқа бағытталған. Зәкірдің осындай өрісін көлденең деп аталады және ол зәкірдің көлденең күшімен  анықталады.  Щеткалардың геометриялық бейтарап бойынша орналасу жағдайы олардың негізгі бірінші орналасу жағдайы болып табылады.

       Щетка нейтралдан  ығысқанда зәкір өрісінің осі  полюстерінің бойына жоғары немесе абсцисса осінен төмен орналасады 4.3, б сурет. Бұндай зәкір өрісін бойлық деп аталады және зәкірдің бойлық магниттеуші күшімен  анықталады.

 

 

 

4.3 сурет - Зәкірдің магниттеуші күшінің бағыты

 

       Щеткалар полюстердің осьтік сызығына орналасуы – екінші негізгі жағдайы. Жалпы жағдайда щеткалар бейтараптан  бұрышқа немесе зәкірдің шеңберлік бойындағы доғасының  ығысуы мүмкін 4.3, в сурет. Бұл   жағдайда  зәкірді екі  біріктірілген  магнит ретінде   қарастыруға болады, оның біреуі зәкірдің бойлық магниттеуші күшін тудыратын екі бұрышта тұрған  ораманың жарты бөлігінен құралған, ал басқасы ораманың қалған доға бөлігі  зәкірдің көлденең магниттеуші күшін  тудырады.

 

 
      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.4 сурет - Машинаның нәтижелік магнит өрісі

      

       Машина жүктемелік кезінде нәтижелік магнит өрісіне ие болады 4.4 сурет ол полюстердің осіне қатысты симметриялы болмайды. Магнит өрісінің деформациялану себебі былай тұжырымдалады, яғни зәкірдің көлденең өрісінің магнит сызықтарының бағыты және полюстердің келе жатқан шетімен сәйкес келеді, полюстің келе жатқан шетінің астындағы нәтижелік өрісі күшейеді, ал полюстердің кетіп бара жатқан шетімен бұл өріс қарсы бағытталған, сондықтан нәтижелік өріс азаяды. Магнит өрісінің таралуының өзгеруі ол физикалық нейтральдың қандай да бір  бұрыш бағытындағы ығысуына, оның шамасы машинаның жүктелуіне байланысты. Физикалық нейтраль деп центр арқылы өтетін түзуді және нөлдік индукциядағы зәкірдің бойындағы нүктелерді, нәтижелік магнит өрісінің түзу перпендикуляр осін айтады. Щеткалардың қанағаттанарлық жұмысын алу үшін (ұшқынсыз), қосымша полюстерінсіз машиналардың щеткаларын геометриялық нейтралымен  бұрышынан бірнеше үлкен болатын  бұрышқа ығыстыруды керек етеді. 

 

       4.3 Зәкірдің реакциясы

 

       Генератордағы зәкірдің реакциясы. Зәкір сағат тілінде тұрақты жылдамдықпен айналып тұрады, ал щеткалары нейтралда тұрады деп генератордағы зәкірдің магниттеуші күші полюстердің магниттеуші күшіне қалай әсер ететіні анықталады. 4.5 a суретте жұп полюстердің жаймаланған түрі көрсетілген. Олармен тудырылатын негізгі өріс барлық жағдайда трапециалды қисықпен 1 бейнеленеді. Берілген бағытта зәкір айналғанда зәкір орамасының сол тармағында сызба жазықтығының артына, ал оң болғанда – қарама-қарсы жаққа бағытталған ЭҚК индукцияланады. Сол бағытта орамамен токта өтеді. Бұл зәкір өрісінің 2 қисығын тұрғызуға мүмкіндік береді. Яғни, нәтижелік өрістің қисығын 3 алу үшін, әр нүктеге 1 және 2 қисықтарының ординатасын қосу керек.  және  полюстерінің қуалайтын (сол жағы) шеттерінен көретініміз зәкір өрісі магнитсіздендіру түрінде әсер етіп негізгі өрісті бәсеңдетуге тырысады, ал қашатын (оң жағы) магниттеу түрінде әсер етіп оны күшейтеді. Магнитсіздендіру және магниттеу әрекеттері өзара компенсацияланады, сондықтан машинаның нәтижелік ағынының шамасы полюстердің негізгі ағынның шамасынан практикалық түрде өзгешеленбейді, егер машинаның магнит тізбегі қанықпаса, онда ол бұрмаланады, полюстердің осіне қатысты симметриялы болмай қалады. Сонымен қатар  және  нүктелері, яғни олармен нөл арқылы нәтижелік өріс өтеді, зәкірдің айналу бағытында геометриялық нейтралға қатысты қандай да  бұрышқа ығысады. Осы нүктелер арқылы физикалық нейтраль өтеді. Негізінен полюстердің қашатының шетіндегі индукцияның өскені соншама, осы телімдегі полюстердің және тістердің болатынын қанығуы күшті болады. Осының нәтижесінен телімнің магниттік кедергісі өседі және индукцияның таралуы полюстердің қашатының шетінің астындағы 3 қисықтан төмен өтіп жатқан 4 қисықпен анықталады. Біздің көретініміз, яғни зәкір өрісі полюстердің қуалаушы шетіндегі негізгі өрісті жоғарғы дәрежеде әлсіретеді, онысымен оны қашатынын күшейтеді, нәтижесінде негізгі өрістің азаюы жүреді. Егер щеткаларды нейтральдан зәкірдің айналу бағытына  бұрышқа ығыстырса 4.5, б cурет, онда зәкір өрісінің қисығы 2 зәкірдің айналу бағытындағы  бұрышқа ығысады, ал негізгі өрістің қисығы 1 бұрынғы орнында қалады. 1 және 2 қисықтардың ординаталарын қосып, нәтижелік өрістің қисығын 3 аламыз.

 

         Зәкірдегі өріс негізгі өрісті бұрмалап қана қоймай және оны әлсіретеді. Щеткалардың ығысуының нәтижесінен геометриялық нейтралдың және әр щетканың арасында тұрған зәкір орамасының сол бөлігіндегі токтың бағыты өзгереді. Сонымен щеткалары нейтралдан зәкірдің айналу бағытында ығысқан генератордың зәкір реакциясының магниттеуші күші полюстердің магнит өрісін әлсірететін бойлық – магнитсіздендіргіш магниттеуші күшіндегі және оны бұрмалайтын көлденең магниттеуші күшіндегі екі құраушыларға ие. Зәкірдің айналу бағытына қарсы щеткаларды ығыстырғанда зәкір реакциясының бойлық магниттеуші күші пайда болады. Осы жағдайға жауап беретін қисық өрістер 4.5, в суретте көрсетілген. Дегенмен де міндетті түрде атап өтетін жайт, генератордың щеткаларының ығысуын зәкірдің айналу бағытына қарсы қоюға болмайды, өйткені машинаның ұшқынсыз жұмыс жағдайы күрт төмендеп кетеді.

       Қозғалтқыштың   зәкір   реакциясы.      Берілген

полюстердің полярлығындағы  және    бағытындағы

айналатын генератордың және қозғалтқыштың    зәкірінде пайда болған ЭҚК бір-біріне бағыттары бірдей болады, бірақ токтар зәкір орамасы бойынша

 

 

 

 

әртүрлі бағыттарда жүреді. Сондықтан қозғалтқыштағы зәкірдің магнит өрісінің полярлығы өзгереді және қозғалтқыштарда зәкірдің реакциясы негізгі магнит өрісіне әсер етеді, өйткені генераторға қарағанда:

         а)  геометриялық нейтралдың сызығындағы щетканың жағдайында зәкірдің көлденең магнгиттеуші күші оны полюстің қашатын шетін әлсіретіп және қуалайтынды күшейтіп негізгі өрісті бұрмалайды;

       б) щеткалар қозғалтқыш зәкірінің айналысына қарай ығысқанда зәкірде бойлық магниттеуші күші пайда болады. Бірақ қозғалтқыштағы щеткалардың ығысуы тек зәкірдің айналу бағытын қарсы қылады.

      

       5 Коммутация

 

       5.1 Коммутация үрдісінің маңызы

 

       Коммутация деп осы секцияларды щеткалармен тұйықтағанда бір параллель тарамды секциялардың басқасына өтуі кезіндегі зәкір орамасындағы өткізгіштерінің тогының өзгерісіне байланысты құбылыстардың қосындысын айтады. Коммутация үрдісі тұрақты токтағы машиналардың теориясында үлкен мағынаға ие, өйткені осы машиналардың коллекторында орын алатын ұшқындау негізінен осы үрдістің дұрыс өтпеуінен болады. 5.1 суретте  уақыт интервалындағы зәкірдің келесі бесеуінің біреуінен кейінгі біреуіне орналасу жағдайындағы бір секциялы қарапайым тұзақты орамасының коммутация кезіндегі токтардың таралуы көрсетілген, мұнда  - коммутациялау периоды. Щетканың ені  коллекторлық бөлінуге  тең, коллекторлық пластиналардың арасындағы оқшауламаны ескермейді. Машинаның жүктемесі тұрақты деп алынады және әр параллель тарамының тогына  тең. Қарастырылатын секцияның қысқа тұйықталуы  моментінде басталады және  моментінде аяқталады. Бастапқы уақыт моментінде щетка коллекторлық пластиналарымен жанасады, ал ораманың сол жақ параллель тарамының санына кіретін және онымен  тогы жүреді. Коллектормен және ораманың арасындағы жалғанатын сымдардағы токтарға деген осы уақыт моментінде  және  болады 5.1, а сурет; олар коммутацияның басталуына сәйкес келеді. Келесі моментте 5.1, б сурет коллектор айналғанда пластина 2 щеткадан ақырындап келеді және оның орнына пластина 2 келеді.

       Біздің мысалға щетканың сол жақ шетін келуші, ал оң жағын – кетуші деп аталады. Щетка коллекторлық пластинамен 1 түйіскенде, түйісетін секция щеткамен қысқа тұйықталады және ондағы ток ақырындап азая береді. Нәтижесінде коллекторлық пластина 1 арқылы  тогы өтетін болады, ал пластина 2 арқылы үлкен ток  өтетін болады, өйткені пластина 2 щеткамен жанасу ауданы үлкен, сондықтан щеткамен және коллекторлық пластинаның арасындағы түйісу кедергісі аз. Коммутациялау секциясындағы токтың бағыты коммутациялауға дейінгі бағыты болады, бірақ оның шамасы  қарағанда төмен болады. Щетканың түйіспелік бетін екі коллекторлық пластиналар  5.1, в сурет біркелкі жапқанда, коммутациялау секциясында ток нөлге тең   болады, өйткені  Келесі уақыт моментіндегі 5.1, г сурет жалғану сымдарындағы токтар мына мәнге ие болады:  Коммутацияның соңында бесінші уақыт моментінде 5.1, д сурет щетка коллекторлық пластинамен 1 толық жанасатын болады және коммутацияланатын секция щеткамен қысқа тұйықталмайтын болады. Бірақ ол зәкір орамасының бірінші параллель тарамына жатады және ондағы ток  тең болады, бірақ коммутацияның басындағы токқа қарсы бағытталған. Жалғану сымдарындағы токтар  және  Ортақ ток  тең. Сонымен щеткалардың коллекторлық пластинадан 2 пластина 1-ге өту уақытында коммутациялау секциясындағы ток  ден 0-ге дейін және 0-ден -ге  дейін өзгеріске ұшырайды.

       Көрсетілген токтың өзгеруі өте аз өтеді  сек. 5.1, е суретте коммутациялау үрдісіндегі коллекторлық пластиналардағы щеткалардың орналасуы көрсетілген.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.1 сурет - Коммутациялау үрдісінде щеткамен және коллектордың өзара орналасу жағдайы

 

       5.2 суретте секциядағы токтың бір параллель тарамынан басқасына екі рет өтуінің уақытқа байланысты өзгеру графигі көрсетілген.   уақыт аралығында өтетін секциядағы коммутация үрдісін коммутациялау периоды деп аталады.  Секциялар  уақытында әртүрлі полярлықтағы щеткалардың араларында қозғалады. Қысқа тұйықталған контур 5.1, б сурет секциядан, екі коллекторлық пластинадан және щеткадан тұрады; секцияның және секция арасындағы жалғау сымдарының және коллекторлық пластиналардың өзіндік кедергісі ескерілмейді, өйткені щеткамен және коллекторлық пластиналардың өтпелі түйіспелік кедергісімен салыстырғанда аз.

 

 

 

 

 

 

 

5.2 сурет - Уақытқа байланысты секциядағы токтың өзгеру графигі

 

         Щеткалардың кетуші және келуші шеттерінің өтпелі түйіспелі кедергісін  және  арқылы белгілеп, Кирхгофтың екінші заңы бойынша теңдік құрамыз  Бұл жорамал мысалға, егер  немесе секция контурындағы барлық ЭҚК қосындысының теңестірілуіне сәйкес келеді

                                                                                          (5.1)

       Cонымен қатар, а және б түйіндерін Кирховтың бірінші заңы бойынша

                                                                                                (5.2)

мұнда - секцияның коммутациялау тогы.

       Секциядағы токтың  өзгеруі тек  және  өзгеруімен анықталады, нәтижесінде бұл жағдай коммутацияның кедергісі деп аталады. Қарастырылып отырған уақыт моментінде щетка коллекторлық пластиналардың телімін ені бойынша жабады:  мұнда  - коллектордың бойлық жылдамдығы. Щетканың 2 және 1 коллекторлық пластиналардың аудандарының жанасуы былай болады:  түйіспенің толық ауданы  мұнда  - щетканың ұзындығы. Түйіспелік кедергінің түйісу ауданына кері пропорционал екенін ескеріп, яғни щеткамен және коллекторлық пластинаның арасындағы өтпелі кедергілердің өрнегін келесі түрде жазады:

мұнда                                                                      (5.3)

       5.2-дегі  және  токтардың және 5.3-дегі  және  кедергілердің мәндерін 5.1 қойып алатынымыз:

                                                                             (5.4)

       Коммутацияға сәйкес 5.4 бойынша өзгеретін токты түзу сызықты деп аталады, өйткені қысқа тұйықталған секциядағы ток түзу сызықты заңымен өзгереді. 5.3 суретте коммутациялық секциясындағы 5.4-ке сәйкес салынған  токтың өзгеру графигімен көрсетілген. Түзу сызықты коммутация ең қолайлы болып табылады, өйткені онымен щетканың ең негізгі ұшқынсыз жұмыс жағдайымен қамтамасыз етіледі, турасын айтсақ – щеткалардың астындағы біркелкі токтың тығыздығы

                                                                         (5.5)

 

 

 

 

 

 

 

 

5.3 сурет - Түзу сызықты коммутацияның графигі

 

 

       5.2 Баяулатылған және жылдамдатылған коммутация

 

        негізінде, коммутациялау секцияларында өздік индукцияның ЭҚК  өзара индукция  және айналу  пайда болады.

       Өздік индукцияның ЭҚК  Коммутациялау периоды өте аз  онда коммутациялау секциясында өздік индукцияның ЭҚК пайда болады  - секцияның индуктивтілігі), яғни ол коммутацияны баяулатуға ұмтылады, өйткені өздік индукцияның нәтижесінен тізбектегі токтың өзгеруі үнемі баяу жүреді.

       Өздік индукцияның ЭҚК  Негізінен машинаның щеткасы бірнеше коллекторлық пластиналарды жабады  Сондықтан коммутация бірнеше секцияларда бір уақытта өтеді, олар бір ойықта, және қасында орналасқандарда болуы мүмкін, демек коммутациялау секцияларында өздік индукцияның ЭҚК пайда болады  мұнда  - бір уақытта коммутацияланатын секцияның индуктивтілігі. Өздік индукцияның ЭҚК және өзара индукция нәтижелік реактивті ЭҚК тудырады  ол коммутациялау секциясындағы токтың өзгеру үрдісіне кедергі келтіреді.

       ЭҚК айналуы  Қысқа тұйықталған секциядағы өздік индукцияның ЭҚК және өзара индукциясынан басқа зәкір айналғанда ЭҚК индукцияланады, секцияның қысқа тұйықталу жағын сыртқы магнит өрісі кеседі, олар коммутациялау зонасында қоздырылады. Қосымша полюстермен туғызылатын зәкірдің реакция өрісі және сыртқы өрісі коммутациялау секция зонасында коммутациялау өрісін құрайды.  Бұл өріс айналудың ЭҚК индукциялайды, бағыты магнит сызықтарының бағытына және зәкірдің айналу бағытына байланысты:   мұнда  - коммутациялау өрісінің магит индукциясы;  - секцияның активті жағының ұзындығы;  - секцияның сызықты қозғалыс жылдамдығы;  - секцияның тарамдар саны. Сонымен коммутациялау секциясында ЭҚК суммаланады  5.1, 5.2 және 5.3 ескеріп коммутациялау секциясындағы ток

                     (5.6)

мұнда  - түзу сызықты коммутацияның тогы;  - коммутацияның қосымша тогы.

       Коммутацияның қосымша тогының әрекеті  бағытына байланысты.  болғанда  тогы  сызықтық тогымен қосылып коммутация үрдісін баяулатады. Коммутациялаудың басынан  өткен уақытта тогы нөлдік мәннен өтеді, онда кетіп бара жатқан щетка шеттерінің астындағы токтың тығыздығы келе жатқанға қарағанда үлкен болады, осының салдарынан кетіп бара жатқан щетканың шеттерінде ұшқындардың пайда болуына себеп болады. Қысқа тұйықталған секцияның контурын ажырату, өшіру немесе және  тізбегін үзу. 5.4, a суретте баяулатылған коммутацияның қисық сызығының графигі көрсетілген.  Салыстыру үшін сол суретте коммутацияның түзу сызықты графигі көрсетілген.  болғанда коммутацияның қосымша тогы  қарама-қарсы таңбаға ие және токтың өзгеру сипаттамасы жылдамдатылған болады 5.4, б сурет.

 

 

 

 

 

 

5.4 сурет - Қисық сызықты коммутация

 

       Бұл жағдайда  және  токтары коммутацияның басында жылдам және аяғында баяу өзгереді. Коммутацияның бастапқы кезінің өзінде ток және токтың тығыздығы щетканың келе жатқан шеттерінің астында үлкен болып тұрады. Коммутацияның жылдамдатылған үрдісінің соңында ток және токтың тығыздығы щетканың кетіп бара жатқан шетінде аз болады. Осындай жылдамдатылған коммутациядағы қысқа тұйықталған секцияның тізбегін ажыратқанда аз токтағы тізбекті ажыратқанға ұқсас қолайлы жағдайда өтеді. Баяулатылған коммутация қолайсыз және жағымсыз, ал аздап жылдамдатылған керісінше қажет, сондықтан практикада осындай коммутацияға жетуге бағытталған.

 

         5.3 Щетканың ұшқындауының себебі

 

       МемСТ 183-74 сәйкес коллектордағы ұшқындаудың дәрежесі 5.1 кестеде келтірілген ұшқындаудың (коммутацияның кластары) шкаласымен бағалануы қажет. Коллекторлық машиналардың ұшқындау дәрежесі жекеленген түрдегі машиналардың стандарттарында, ал стандарттары болмаса – осы машиналарда техникалық жағдайда көрсетіледі. Егер машинаның ұшқындау дәрежесі айтылмаса, онда ол қалыпты режімдегі машинаның жұмысында 1/2  жоғары болмауы қажет.

       Щеткалардың ұшқындауы коллектор бетінің тегіс еместігінен, коллекторлық пластиналардың  арасындағы слюдалы оқшаулағыш тығындардың шығып тұрғаннан, щеткалық құрылғының дірілдеуінен, дұрыс емес орналасуынан және щеткалардың біркелкі емес басылуынан және т.б. механикалық себептерге негізделген.

       Потенциалды сипаттаманың себебі. Сынаулар көрсеткендей, яғни коллектор пластиналарының арасындағы кернеудің максимал мәні  В үлкен және орта қуаттағы машиналар үшін және  В аз қуаттағы машиналар үшін коммутация дұрыс өтеді. Егер осы кернеу көрсетілген шектен шықса, онда көрші пластиналардың арасында ұшқындар пайда болады.

 

5.1 кесте

Ұшқындау дәрежесі

Ұшқындау дәрежесінің сипаттамасы

Коллектордың және щеткалардың жай-күйі

1

2

3

1

Ұшқындардың болмауы

Коллекторда қараюдың және щеткада күюдің іздері болмауы

1

Щетканың шеткі аздаған бөлігіндегі әлсіз ұшқындауы

1

Щетканың шетінің үлкен бөлігіндегі әлсіз ұшқындары

Коллектордағы пайда болған қараюдың іздері және щеткалардағы күюдің іздері, коллектордың бетін бензинмен сүрту арқылы

  

5.1 кестенің жалғасы

 

1

2

3

 

 

жеңіл кететін іздер

2

Щетканың барлық шеттері бойынша ұшқындауы. Тек қысқа уақыттағы жүктелудегі және артық жүктелудегі тартқылауларда ғана рұқсат етіледі

Коллектордағы қараюдың іздері және щеткалардағы күйіктің, коллектордың бетін бензинмен сүрту арқылы кетпейтін іздердің пайда болуы

3

Щетканың барлық шеттері бойынша іріленген және ұшқындаған ұшқындардың пайда болуы. Егер коллектор және щеткалары ары қарай жұмыс істеуге жарамды жағдайда болса ғана машинаны тура қосу және реверстеу моменттері үшін рұқсат етіледі.

Коллектордың беті бензинмен сүртумен кетпейтін ерекше қараю және щетканың күюі, жекеленген жерлерінің қараюы

 

      

       Электрмагниттік сипаттаманың себебі коммутациялау секциясындағы  яғни ажырату кезіндегі электрмагниттік энергияның қор шамасымен негізделген. Электрмагниттік энергияның разряды ұшқындаудың себебі болып табылады. Сонымен, электрмагниттік сипаттаманың себебі реактивті ЭҚК  және онымен коммутацияның қосымша тогын туғызатын шамасына байланысты. Коллектордағы күшті ұшқындау айналмалы отқа айналуы мүмкін, ол машинаның щеткалы құрылғысының бұзылуына әкеледі.

 

       5.4 Коммутацияны жақсартудың негізгі құрылғылары

 

       Тұрақты токтағы машиналардың коммутациясының қанағаттандырмауының негізгі себебі – коммутацияның қосымша тогына  деген электрлік кедергілердің қосындысы. Суммасына щетканың, секцияның, дәнекерлердің кедергілері және щеткамен коллектордың арасындағы кедергілер кіреді. Бірақ та аталған кедергілердің ішінен ең үлкен шамаға түйіспенің кедергілері және щетканың кедергілері ие.  тогын азайту келесі тәсілдермен жетуге болады: коммутация зонасында  ЭҚК айналуын   ЭҚК компенсациялайтын осындай шамадағы және осындай полярлықтағы магнит өрісін тудыру;  кедергілерін арттыру арқылы. Реактивті ЭҚК  таза конструктивті әдістермен азайтуға болады. Ол үшін машинаны жобалау кезінде секцияны қысқартылған адымда және мүмкін болса аз тарам санын, зәкірдің айналу жиілігін және сызықтық жүктемесін азайтып, сәйкес өлшемдегі щеткаларды және секцияларды орнату. Бірақ та машинаның габариттерінің және оған сәйкес құнының өсуіне байланысты барлық осы жағдайлардың шектеулі дәрежесін ғана пайдаланылуы мүмкін. Айналатын ЭҚК  компенсациялайтын магнит өрісінің индукциясын коммутациялау зонасында туғызу үшін тұрақты токтағы машиналарда қосымша полюстерді пайдаланылады 5.5 сурет. Қосымша полюстердің магниттеуші күші коммутациялау зонасында айналатын ЭҚК  шамасы  ЭҚК шамасына тең болатындай және бағыты бойынша қарама-қарсы, яғни кез келген уақыт моментінде  теңдігі орындалатындай магнит индукциясымен  қаматамасыз ету қажет.

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

    5.5 сурет - Машинаның генератормен     5.6 сурет - Қосымша полюстегі

     Г және қозғалтқышпен Қ жұмысы            генератордың магниттеуші күші

    кезіндегі қосымша полюстердің          

    полярлығы             

                     

         5.6 суретте қосымша полюстегі генератордың магниттеуші күші көрсетілген. 1 қисық - негізгі полюстердің магниттеуші күшін көрсетеді, 2 қисық – зәкірдің магниттеуші күші, 3 қисық – қосымша полюстердің магниттеуші күші, 4 қисық – ординаталардағы 1, 2 және 3 қисықтарды қосу арқылы алынған қосымша полюсті генератордың нәтижелік магниттеуші күші. Сонымен қатар қосымша полюстердің магнит ағыны зәкір реакциясының көлденең ағынына қарсы бағытталып, негізгі полюстердің аралық зонасындағы көлденең зәкір реакциясының магнитсіздену және бұрмалану әрекеттерін компенсациялайды. Сондықтан генератордағы қосымша полюстің полярлығы келесі негізгі полюстің айналу бағытындай болуы қажет, ал қозғалтқышта – алдыңғы негізгі полюсінікі сияқты болады 5.5 сурет.

       Зәкірдің көлденең реакциясының магниттеуші күші және реактивті ЭҚК   зәкірдің тогына пропорционал болғандықтан, онда оларды компенсациялайтын қосымша полюстің магниттеуші күшіде және магниттеуші күшінде және магниттік индукцияда  зәкірдің тогына пропорционал болуы қажет. Бұл жағдайды қанағаттандыру үшін ораманың қосымша полюстерін зәкірдің орамасымен тізбектей жалғайды, ал қосымша полюстерді машинаның номинал жүктемесінде қанықпайтындай етіп орындалады. Ол үшін полюстердің астындағы саңылауын негізгі полюстің астындағы саңылауына қарағанда өсіреді, яғни қосымша полюстің өзекшесіндегі болаттың қанығуы әсер етпес үшін онда  жоғары емес индукция алынуы қажет. Қосымша полюстердің санын жалпы негізгі полюстердің санына тең қылып алады, тек аз қуаттағы машиналарда оларды кейде екі есе азайтады. Қосымша полюстерді геометриялық нейтральды сызықтың бойындағы негізгі полюстердің арасына орнатады. Щеткаларды да осы сызықтың бойына және барлық жүктемелерде осы жағдайда қалдырады. Қосымша полюсі жоқ машиналарда айналатын ЭҚК компенсациялайтын магнит өрісін щеткаларды геометриялық нейтральдан ығыстыру арқылы алуға болады 5.7 сурет. Машина генератормен жұмыс істеп тұр және зәкір сағат тілімен айналып тұр деп есептелген. Егер щеткалар геометриялық нейтральға   орнатылса, онда коммутациялау зонасында тек зәкірдің көлденең өрісі ғана болады. Осы өрісте коммутациялау секциялары айналғанда, оларда коммутациялау зонасында секциялардың кіргенге дейінгі бағыттағы эқк пайда болады. Зәкірдің көлденең өрісінің әсерінен айналатын ЭҚК  яғни өзіндік индукцияның ЭҚК  және өзара индукцияның ЭҚК  бағытында әсер етіп коммутация үрдісін баяулатады.

       Егер щеткаларды  зонасына қозғалтса, онда зәкірдің өрісі полюстердің өрісімен толық компенсацияланады, бұл деген айналу ЭҚК  коммутациялау секциясында нөлге тең болар еді, бірақ та  және  бұрынғыша коммутация үрдісін баяулатар еді. Бұл ЭҚК компенсациялау үшін міндетті түрде щеткаларды ары ығыстыру керек -  жағдайына, мұнда ауа саңылауындағы нәтижелік өрістің бағыты, коммутацияның басталғанға дейін секциялық тұрған жеріндегі сол полюстердің кері бағыттағы өрісінің бағытына ие ауа саңылауындағы нәтижелік өріс. 5.7 суреттен көрінетіндей, яғни коммутациялау өрісін тудыру үшін генераторлық режімде зәкірдің айналу бағытында щеткаларды геометриялық нейтральдан және қозғалтқыш режімінде айналу бағытына қарсы ығыстыру қажет.

       Егер щеткаларды  зонасына ығыстырылса, онда зәкір өрісі полюстердің өрісімен (физикалық нейтраль) толық компенсацияланады, онда коммутациялау секциясындағы айналу ЭҚК  нөлге тең болар еді, бірақ та  және  ЭҚК бұрынғыдай коммутациялау үрдісін баяулатар еді.

       Қарастырылған әдістің кемшілігі – яғни коммутациялық өріс автоматты түрде зәкірдің тогына пропорционал өзгермейді және қажетті зәкірдің өрісін және  және  ЭҚК тек машинаның тек белгілі бір – жүктемелерінде ғана компенсацияланады.

 


   5.7 сурет - Коммутацияны жақсарту үшін щеткаларды ығыстыру

 

       Басқа жүктемелерде коммутациялау жағдайының қолайлығы аз болады. Жүктеме өзгергенде щетканы автоматты түрде өзгертуді іске асыру практикалық түрде мүмкін емес.

       Коммутациялау секциясының тізбегінің кедергісін «айдаршықтардың» кедергісін жоғарлату арқылы көбейтуге болады. Бірақ та бұл машинаның ПӘК төмендеуіне әкеледі және щетканың шетіндегі кетіп бара жатқан токтың тығыздығының өсуіне әкеледі. Сонымен қатар, бұндай «айдаршықтар» жұмыста сенімсіз. Қажетті сипаттамадағы щеткаларды таңдау және коллектордың бетіндегі оксидті пленкасын сақтау дұрыс болып табылады. Щеткалардың маркасын таңдауда өзара қарама-қарсы талаптарға компромисті шешімдер қабылдауға тура келеді. Мысалға коммутацияны жақсарту көз- қарасынан қатты сорттағы щеткаларды таңдаған тиімді. Бірақ та бұл коллектордың мүжілуіне әкеледі және барлық щеткалық аппараттың және коллектордың өлшемдерінің үлкеюіне әкеледі, нәтижесінде бұл сорттағы щеткалардың ток тығыздығының жіберу шегінен төмендеуіне әкеледі. Қазіргі уақытта негізгі қолданыстағы машиналарда графитті щеткаларды, ал жұмыс режімі ауыр машиналарда көмір графитті және электрографитті, төменгі вольтті машиналарда мысты немесе қола графитті қолданылады. Щеткамен және коллектордың арасындағы түйіспелік кедергіге коллектордың бетіндегі химиялық жағдайы үлкен әсер етеді. Коллектордың қалыпты жұмысында жоғары мықтылыққа және электрлік кедергіге ие жұқа оксидті пленкамен жабылуы қажет. Қосымша полюстер тек зәкірдің реакциясын тек полюсаралық кеңістікте (коммутациялау зонасында) ғана компенсацияланады. Тікелей негізгі полюстердің зәкір реакциясы компенсацияланбай қалады, ол негізгі өрістің бұрмалануына және көрші секцияларындағы зәкір орамаларында пайда болған ЭҚК арасындағы ұшқыр айырмашылыққа әкеледі, нәтижесінде потенциалды сипаттамадағы ұшқындау пайда болады. Негізгі полюстер зонасындағы зәкір реакциясын компенсациялау үшін компенсация орамасын пайдаланылады 5.8 сурет.

       Ойықтың полюстік ұштарына оқшауланған өткізгіштер төселеді, оларды геометриялық нейтральмен сәйкес келетін магниттік осьтік орамасын құрайтындай етіп жалғайды 5.9 сурет. Компенсациялық ораманы зәкірдің орамасымен тізбектей жалғайды. Компенсациялау орамасының магниттеуші күші полюстік доғаның бойымен таралған, оның бағыты көлденең зәкір реакциясының магниттеуші күшінің бағытына қарама-қарсы бағытталған және ол шамалары бойынша тең. Компенсациялық ораманың болуы машина жұмысының сенімділігін жоғарлатуымен қатар оның бағасын және зәкір тізбегіндегі шығындарды көбейтеді, сондықтан оны ауыр жағдайларда (таратқыш қозғалтқыштарда, кранда) жұмыс істейтін қуаты аз машиналарда және жүктемесі тез өзгеретін (илемдеу станогындағы электр қозғалтқыштарында) үлкен қуаттағы машиналарда пайдаланылады.

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

        5.8 сурет - Компенсациялы орамалы     5.9 сурет - Компенсациялау

        тұрақты машинаның сипаттамасы               орамасындағы токтардың                

                                                                                 бағыты

 

       5.5 Зәкірдің коммутациялық реакциясы

 

       Түзу сызықты токтардан коммутацияның ауытқуы коммутациялау секцияларында зәкірдің қосымша реакциясын тудырады. Зәкірдің коммутациялық реакциясына машинаның негізгі ағынына коммутациялау секциясындағы токтармен туғызылатын магниттеуші күштің әрекеті деп түсініледі. Егер секциялардағы ток түзу сызықты өзгерсе, онда бұл жағдайда секция негізгі полюстің магнит ағынына әсер етпейді.

       Егер щеткаларды  зонасына ығыстырса, мұнда зәкірдің өрісі полюстердің өрісімен (физикалық нейтраль) толығымен компенсацияланады, онда коммутациялау секцияларындағы айналатын  нөлге тең болар еді, бірақ та  және  ЭҚК бұрынғыша коммутациялау үрдісін баяулатар еді. Бұл ЭҚК компенсациялау үшін, міндетті түрде щеткаларды ары қарай ығыстыру қажет -  жағдайына, мұнда нәтижелік өріс ауа саңылауындағы бағыты коммутация басталғанға дейінгі секцияның тұрған жеріндегі полюстердің бағытына қарсы болады. 5.7 суреттен көрінетіндей коммутациялау өрісін тудыру үшін щеткаларды геометриялық нейтральдан генераторлық режімдегі зәкірдің айналу бағытына және қозғалтқыш режімінде айналу бағытына қарсы ығыстыру қажет. Қарастырылған әдістің кемшілігі – коммутациялау өрісі автоматты түрде зәкірдің тогына пропорцианал өзгермейді және қажетті зәкірдің өрісі және  мен  ЭҚК тек белгілі бір жүктемеде алынады. Басқа жүктемелерде коммутациялау жағдайы төменгі қолайлықта өтеді. Щетканың ығысуын жүктемелік өзгеруіне байланысты автоматты түрде өзгеру практикалық түрде мүмкін емес.

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


5.10 сурет - Қосылатын секциядағы магниттеуші күшінің бағыты (қозғалтқыш режімі үшін)

 

        уақыт аралығында магнит тізбегі  геометриялық нейтральдың қатарына 5.10, а сурет, ал  болғанда – оның басқа қатарына 5.10, б сурет орналасады қосылатын секцияның магниттеуші күшінің көлденең құраушысы бағытын өзгеріссіз сақтайды және басқа орамалардың секцияларын зәкірдің көлденең реакциясын тудырады.  болғанда қосылатын секцияның бойлық құраушысының магниттеуші күші қарама-қарсы бағытқа өзгертеді және коммутацияның бірінші жарты периодындағы оның магниттеуші әсерін (қозғалтқыш режімінде) екінші жарты периодтағы  магнитсіздендіргіш әсерінен компенсацияланады. Баяулатылған коммутацияда секцияның қосылу тогы коммутация периодының үлкен бөлігі аралығында қосқанға дейінгі бағытын сақтайды, ары қарай секциядағы токтың секция арқылы өту нүктесі зәкірдің айналу бағытына ығысады және қойылатын секция генератордың негізгі полюстеріне магнитсіздендіру және қозғалтқышқа магниттеуші әрекетін көрсетеді 5.10, в сурет. Жеделдетілген коммутацияда қосылатын секцияның тогы уақытында нөлдік мәнге жетеді және секциядағы токтың нөл арқылы өту нүктесі зәкірдің айналу бағытына қарсы ығысады; бұл жағдай зәкірдің коммутациялау реакциясы генераторлықта магниттеуші және қозғалтқыштықта магнитсіздендіргіш болады. Машина қалыпты жұмыс істегенде зәкірдің коммутациялық реакциясының магниттеуші күші негізгі полюстердің қоздыру орамасының магниттеуші күшімен салыстырғанда аз болады және машинаның магнит ағынына әсер етпейді. Зәкірдің үлкен тогында, мысалға қысқа тұйықтағанда немесе қозғалтқышты қосқанда болатын реактивтік ЭҚК артып коммутация өте баяу болып кетеді, коммутация реакциясының магниттеуші күші ерекше өсіп машинаның жұмысына әсер етеді.

 

       5.6 Коммутацияны эксперименталды тексеру және баптау

 

       Коммутация үрдісінің күрделілік түріне қарай коммутация теориясы бірқатар болжамдарға және қарапайымдылауларға негізделеді. Нәтижесінде қосымша полюстің тарамдарының санын, қосымша полюстің астындағы саңылаудың және т.б. тура шамасын анықтау мүмкін болмайды. Электрлік машина құрастыру практикасы көрсеткендей, яғни жаңадан жасалған машинаның коммутациясын әрқашан қосымша полюстерді реттеу негізіндегі – магниттік тізбектің кедергісін немесе олардың қоздыру орамасының магиттеуші күшін реттеуді қажет етеді. Коммутацияны саралауда ең көп таралған эксперименталды әдіс – қосымша полюстерден түсірілген қисықпен. 1934 жылы В.Т. Касьянов және М.П. Костенко С.М. Киров атындағы «Электросила» зауытында машина жұмысының ұшқынсыз зонасын алу әдісі құрастырылды, бұның мағынасы мынада қосымша полюстердің орамасын өзгеше тұрақты токпен қоректендіріп, қоректендіру қисықтары алынды, онымен ұшқынсыз жұмыс зонасын анықтауға мүмкіндік береді және қажетті дәлдікпен қосымша полюстің тиімді тарамдар санын және  саңылау шамасын анықтайды. Ол үшін 5.11 суретте көрсетілген сұлба жиналады, мұнда  - сыналатын машинаның зәкірі;  - қосымша полюстерді қоректендіру үшін тәуелсіз қоздырудағы тұрақты токтағы генератор;  - генератордың полярлығын  өзгертуге деген қосқыш.

 

 

 

 

 

 

 

5.11 сурет - Қисық қоректендіргіштерді түсіруге деген сұлба

 

       Машинаны сынау кезінде, ол жүктемелік режімде немесе қысқа тұйықталу режімінде жұмыс істеуі мүмкін. Қоректендіргіштің қисығын түсіруді бос жүрістен бастайды  қосымша полюстерді ең бірінші бір бағытта, содан кейін басқа бағытта қоректендіріп, біз алғашқы көзге көрінетіндей ұшқындау тогының шамасын  анықтауға болады. Ұшқындаудың себебі – қосымша полюстермен коммутациялау секциясында туатын ЭҚК  артықтығы. Егер тұрақты токтағы машинаның реактивті және коммутациялау ЭҚК  және  өзара тең жағдайда болған болса, онда қоректендірудің қисықтары абсцисса осьтеріне параллель және одан бірдей қашықтықта орналасқан екі түзу сызыққа ие болар еді. Бірақ та машиналарда  ЭҚК толық компенсациялауға жету мүмкін емес, онда қалдық ЭҚК жүктемелік тогы  өскен сайын және белгілі бір мәнде, қосымша полюстердің тарамдар санын дұрыс таңдап алғанның өзінде машина ұшқындауын бастайды. Сонымен машинаны тек қосымша полюстерді реттеумен қанағаттанарлық коммутацияны алу мүмкін емес, шектік тогына дейін жүктеуге болады. Қоректендіру қисықтары 5.12 сурет абсцисса осіне параллель емес, бірақ  және  ЭҚК өзара қандай қатынаста тұрғанына байланысты  және  нүктелерінде қиылысады.

 

 

 

 

 

 

 

5.12 сурет - Коммутациялау кезіндегі қисық қоректендірулер

 

       Егер олар компенсацияланған болса, қосымша полюстердің орам саны дұрыс таңдалған, онда қоректендірушілер абсцисса осінде  нүктесінде қиылысады және осы қисықтардың орта сызығы абсцисса осімен сәйкес келеді – сызықты коммутация 5.12, а сурет. Егер машинаның жұмысы қоректендірілмесе реактивті ЭҚК  артады, нәтижесінде коммутация баяулаған сипаттамаға ие болады, онда коммутациялау зонасында олардың өрісін күшейтетін қосымша полюстерді оң бағытта қоректендіріледі. Бұл жағдайда қисықтың орта сызығы абсцисса осінен жоғары кетеді және қиылысу нүктесі - баяулаған коммутация 5.12 б, сурет. Егер ЭҚК  артып кетсе, онда олармен тудырылатын өрісті әлсірету үшін қосымша полюстерді кері бағытта қоректендіріледі. Бұл жағдайда қоректендіру қисығының орта сызығы абсцисса осіне төмен  қисығымен қилысу нүктесіне қарай төмен кетеді – жеделдетілген коммутация 5.12, в сурет. Бұл қисықтарды өзара салыстыру арқылы көруге болады, машина бірінші жағдайда екіншіге және үшіншіге қарағанда үлкен жүктемелерде ұшқынсыз жұмыс істей алады. Қоректендіргіштердің қисықтары қосымша полюстің үстіндегі берілген шамадағы қосымша полюстердің тиімді тарамдар санын немесе осы саңылаудағы қосымша берілген тарамдар санындағы ең тиімді өлшем санын анықтауға мүмкіндік береді. Бірінші әдісті, негізінен, аз және орта қуаттағы машиналарда, екінші – қосымша полюстеріндегі тарамдары аз үлкен қуаттағы машиналарда қолданылады. Сонымен қатар, қоректендіру қисығы машинаның жұмысын өзгеру режімінде белгілі шектерде коммутациялау жағдайын анықтауға мүмкіндік береді.

 

       5.7 Радиокедергілерді азайту құрылғылары

 

       Тұрақты токтағы машиналардағы үрдісі жоғары жиіліктегі толқынды туғызады, олар радио қабылдағыштарды және теледидарлық құрылғылардың жұмысына кедергі жасайды. Коллектордың көмегімен ЭҚК түзету үрдісі де радионың жұмысына кедергі болып табылады. Бірақ та радио аппаратураларда артық дыбыс тудыратын радио кедергілердің жиілігі щеткалардың астындағы ұшқындау деңгейіне байланысты. Сондықтан радио кедергі деңгейі белгіленген стандарттағы нормадан аспауы қажет. Радиокедергілерді азайту үшін электрлік фильтрлерді, машинаны экрандауды және зәкір орамаларына тізбектей жалғанған орамаларды симметриялауды пайдаланады. Кейбір жағдайларда зәкірге параллель жалғанатын және онымен индуктивті шарғылар тізбектей қосылған конденсатордан тұратын фильтрді жоғарғы жиіліктегі кернеуді және токты сүзгілеуді жақсарту үшін жалғайды 5.13 сурет.

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.13 сурет - Электрлік машиналардағы радиокедергілерінен қорғау сұлбасы

 

       6 Тұрақты токтағы генератор

 

       6.1 Тұрақты токтағы генераторлар туралы жалпы мағлұмат

 

       Өндірістік жағдай бойынша үлкен токқа деген қажеттілік болған кезде (химия өндірісінде және металлургиялық, транспорттық және т.б. өндіріс орындарында), айнымалы токты тұрақты токтағы түрлендіргіштің көмегімен түрлендіріледі, негізінен, көп қолданылатын жабдық ретінде қозғалтқыш  генератор негізіндегі құрылғы ретінде пайдаланылады. Қорек көзі ретіндегі тұрақты токтағы генераторлар, негізінен, оқшауланған құрылғыларда (синхронды машиналардың қоздырғышы ретінде), автомашиналарда, ұшақтарда, доғалы дәнекерлеу, пойыздарды жарықтандыруда, корабльдерде және т.б. жұмыс істейді. Сонымен тұрақты токтағы генератордың ауқымы жеткілікті түрде кең және оларға қойылатын талаптардың көр түрлілігі, яғни оларға кернеуіне, айналу жиілігіне, жұмысының сенімділігіне, қызмет мерзіміне және т.б. жатады. Ротордың жұмысына магнит өрісі қажет. Магнит өрісін тудырудың тәсілдеріне байланысты генераторларды электрмагнитті қоздырудың тәуелсіз қоздырудағы, тұрақты токтағы магниттермен қоздыру (магнитэлектрлік) және өзіндік қоздыру болып бөлінеді, бұлардың қоздыру орамаларына ток генератордың зәкірінен келеді. Тәуелсіз қоздыруда генератордың қоздыру орамасына тұрақты токтағы тәуелсіз қорек көзінен келеді. Магнитэлектрлік қоздыру тек аз қуаттағы машиналарда ғана қолданылады. Өзіндік  қоздыруда зәкірдің орамасына қоздыру орамасын жалғаудың үш нұсқасы бар: параллельді (шунтты), тізбектей (сериесті) және аралас (компаундты). Осыған байланысты генераторларды параллельді, тізбектей және екі қоздыру орамасы бар, яғни олардың біреуі параллель, ал екіншісі тізбектей жалғанған және аралас қоздыру деп ажыратылады.

       Тұрақты токтағы генеатордың сипаттамасы. Генераторлардың қасиетін ЭҚК генератордың ұшындағы кернеу  қоздыру тогы  зәкірдегі ток  және айналу жиілігі  генератордың жұмысын анықтайтын негізгі шамалардың арасындағы анықталатын байланыс сипаттамалардың көмегімен сараланады. Генератор, негізінен, тұрақты айналу жиілігінде жұмыс істейді, онда негізгі топтың сипаттамасын өзгеріссіз айналу жиілігінде алынады  Кернеуі  үлкен мәнге ие болады, ол арқылы генератордың қай желіде істеп тұрғанына байланысты оның қасиеті анықталады. Сондықтан негізгі сипаттамаларына жататындар:

       а)  болғандағы жүктемелік  Жекеленген жағдайда,  болғанда, жүктемелік сипаттама бос жүрістіге өтетін сипаттамасы генераторды бағалау үшін және басқа да сипаттамаларды тұрғызу үшін маңызды мәнге ие;

       б)  болғандағы сыртқы

       в) жекеленген жағдайда, яғни  болғанда, реттеу сипаттамасы қысқа тұйықталу сипаттамасына өтеді  Электрлік машиналардың жұмыс режімі оның істейтін жұмысқа арналған жағдайын номинал жұмыс режімі деп аталады. Номиналды жұмыс режіміне машинаның зауыттық шитіндегі көрсетілген номиналды шамалармен сипатталады, оларға кернеу, қуат, ток айналу жиілігі жатады. Тұрақты токтағы генератордың номиналды қуаты машинаның пайдалы электрлік қуаты деп аталады, ол ватпен немесе киловатпен көрсетіледі. «Номинал» деген термин машинаның құжаттық шитінде көрсетілмеген шамаларға қатысы болуы мүмкін, ол шамалар жұмыстың номинал режімін сипаттайды, оларға момент, қоздыру тогы, ПӘК жатады.

       Тұрақты токтағы генератордың энергетикалық үрдісі және ЭҚК теңдеуі. Генератордың жұмысының негізіне берілген механикалық энергияны электрлікке үрдісі жатады. Энергияны түрлендіру үрдісін тұрақты жиілікпен айналдыруға келтіретін  тәуелсіз қоздырудағы генераторды мысал түрінде қарастырайық. Тәуелсіз қоздыруда қоздыру тізбегіндегі шығынды жабуға деген қуатты  алғашқы қозғалтқыштан генераторға келген  қуаты кірмейді 6.1 сурет. Энергияны түрлендіргенде  қуатының жарты бөлігі механикалық шығындарды  және болаттағы шығындарды  жабуға шығындалады, ал қалған бөлігі электрмагниттік қуатқа айналады

       Генератормен желіге берілетін пайдалы қуат  зәкір тізбегіндегі және щеткалық түйіспедегі электрлік шығындардың шамасына  деген  қуаттан аз

                                                                                            (6.2)

       Сонда  және  мұндағы - зәкір орама тізбегіндегі және щеткалық түйіспенің барлық кедергілері, онда

 

 

 

 

 

 

 

 

 6.1 сурет - Тәуелсіз қоздырудағы тұрақты токтағы генератордың энергетикалық диаграммасы

 

      

       Бұл өрнектің екі бөлігін қысқартқаннан кейін, генератордың ЭҚК теңдеуін аламыз

                                                                                                           (6.3)

       Генератор моменттерінің теңдеуі. Бірінші қозғалтқыш генератордың білігінде  моментін туғызады, ол генераторды белгілі  тұрақты жиілікте сағат тілі бағытында айналысқа келтіреді 6.2 сурет. Егер генератор қоздырылған болса, онда солтүстік полюсте тұрған өткізгіште сызба жазықтығының артына бағытталған ЭҚК пайда болады. Егер генератор бос жүріс режімінде жұмыс істесе, онда зәкірдің айналуына аздаған моментті  қажет етеді. Бұл момент айгөлектердегі, коллектордағы щетканың, айналу бөліктеріне ауаның үйкелістерін жеңуге және де зәкір өзекшесінің болатындағы шығындарды жабуға шығындалады.

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

6.2 сурет - Генератор жұмысының сұлбасы

 

       Жүктелінген генератордың жұмысында зәкір орамасының өткізгіштерінде  тогы пайда болады, нәтижесінде машинаның негізгі өрісі зәкір орамасының әр өткізгішіне мынандай күшпен әсер етеді

                                                                                                        (6.4)

мұнда  - саңылаудағы магнит индукциясының орташа мәні;  - зәкірдің ұзындығы.

       Сол қол ережесі бойынша бұл күштердің бағытын анықтап, олармен тудырылатын электрмагниттік моменттің бағыты бірінші қозғалтқыштың  айналу моментіне қарсы бағытталғанын көреміз. Электрмагниттік моменттің шамасы

мұнда - зәкір орамасындағы өткізгіштердің саны.

       және қоздырудың магнит ағынын ескеріп алатынымыз немесе

                                                                                                          (6.5)

мұнда  - берілген машинаға деген тұрақты шама.

       Өзгермейтін айналу жиілігіндегі  бірінші қозғалтқыштың  айналу моменті қарсы моменттердің қосыдысымен теңеседі: бос жүріс моментімен  және электрмагниттік моментпен   Алынған өрнек  болғандағы генераторға деген өрнекті көрсетеді.

 

       6.2 Тәуелсіз қоздырудағы генератор

 

       Төменгі (4-24 В) және жоғарғы (600 В жоғары) генераторларда, үлкен қуаттағы машиналарда, яғни кернеудің реттелуі ауқымды жерлерде (судналардың басқару электр жетектерінде, тұрақты токтағы генераторларда және қоздырғыштар негізінде және басқару құрылғыларда) тәуелсіз қоздыруды кеңінен қолданылады.

       Бос жүрістің сипаттамасы.  және  болғанда Бос жүрістің сипаттамасын алудың сұлбасы 6.3 суретте көрсетілген. Жүктемені айырғышпен ажыратып, номиналды айналу жиілігі қойылады. Содан кейін қоздыру орамасындағы токты  жайлап көтеріп, нөлден  6.4 сурет дейін, сол кезде кернеу  қисық бойынша  мәнге дейін өседі. Өйткені  онда  мұнда - тұрақты коэффициент.

       Сонымен, бос жүрістің сипаттамасы  машинаның магниттелу сипаттамасынан басқа масштабта болады. Қоздыру тогының бағытын өзгерту арқылы оны  дейін азайтса, астыңғы тартымды сипаттама деп аталатын 2 қисықты алуға болады. Ол қалдық магнит ағынының өсу нәтижесінен 1 қисықтан жоғары бірінші квадрантта орналасады. Егер қоздыру тогының өзгеруін кері бағытта қайталаса, онда бос жүрісті сипаттамасының шығу тарамы деп аталатын 3 қисықты аламыз. Төменгі және жоғарғы тарамдар полюстердің және жарма болаттарының қасиетін анықтайтын гистерезистің тұзағын құрайды. 2 және 3 қисықтарының арасымен ортаңғы сызықты 4 жүргізіп бос жүрістің есептік сипаттамасын аламыз.

 

 

 

 

 

 

 

 

   6.3 сурет - Тәуелсіз қоздырудағы         6.4 сурет - Тәуелсіз қоздырудағы

   генератордың сұлбасы                           генераторың бос жүріс сипаттамасы

 

         Бос жүріс сипаттамасының түзу сызықты бөлігі магниттік жүйенің қанықпаған жағдайына сәйкес келеді. Белгілі бір қоздыру тогында машинаның болаты қанығады және қисық сызықты сипаттамаға ие болады. Номинал кернеуге сәйкес келетін нүкте, негізінен қисықтың аяғында жатады, өйткені машина сипаттамасының қисық сызықты телімінде кернеудің тербелісіне әкеледі, ал қанығу жеріндегі жұмысы үлкен қоздыру тогын қажет ету және реттеу кернеуінің шегін шектейді.

       Жүктемелік сипаттама.  болғандағы жүктемелік сипаттаманы алу үшін  генераторды қоздырып және жүктемелік реостаттың көмегімен қажетті жүктемелік ток орнатылады. Содан кейін жайлап қоздыру тогын  азайтып, сонымен қатар  және  жүктемелік токтың параметрлері әр өлшемде өзгеріссіз тұрақты болып қалатындай етіп жүктеменің кедергі шамасын азайтылады. Генератордың кернеуін жүктегенде зәкір тізбегінде  кернеудің түсуі және зәкір реакциясының магнитсізденуі болады. Сондықтан жүктеменің сипаттамасы бос жүрістің сипаттамасынан төмен өтеді, жүктемелік тогы көп болған сайын соғұрлым төмен болады 6.5 сурет.

       Осы екі факторлардың генератордың кернеуінің түсуіне жүктеме кезінде әсер етуін ескеру үшін бос жүріс кезіндегі және  болғандағы жүктемелік сипаттамалары бойынша авс ұшбұрыш сипаттамаларын қарастырайық. Жүктемелік сипаттамасының с нүктесі номинал қоздыру тогындағы  және жүктемелігі номинал тогындағы  генератордың  номинал кернеуіне сәйкес келеді. Егер жүктемені өшірсе, онда бос жүрістің сипаттамасы бойынша  қоздыру тогы  кернеуіне сәйкес келеді. Демек, кс кесіндісі генератордың жүктемелік кезіндегі кернеуінің түсуін көрсетеді. Зәкір тізбегінің кедергі шамасын  өлшеп және кернеудің түсуін есептеп  берілген жүктемелік токтағы генератордың ЭҚК анықтаймыз

                                                                                                     (6.6)

мұнда  

 

 

 

 

 

 

 

 

 6.5 сурет - Тәуелсіз қоздырудағы генератордың жүктемелік сипаттамасы

 

       вк кесіндісі зәкір реакциясының магнитсіздендіру әрекетінен түсетін кернеуді сипаттайды. Электр қозғаушы күші -ға қоздыру тогы  сәйкес келеді. Сонымен, егер машинадағы зәкір реакциясының магнитсіздендіру әрекеті болмаса, онда  тогын орнату жеткілікті болар еді, сол кезде номинал жүктемедегі генератор  кернеуге ие болар еді. Бірақ зәкір реакциясының магнитсіздендіру әрекетін компенсациялау үшін қоздыру орамасында  тоғын орнату керек.  кесінді шамасы зәкір реакциясының магнитсіздендіру әрекетін сипаттайды, ал вс кесіндісі  кернеудің түсуін көрсетеді. Тік бұрышты авс ұшбұрышты ұшбұрышты сипаттама деп аталады.  ұшбырыштың екінші сипаттамасы  қоздырудың басқа мәніне құрылған. Ұшбұрыштың  жағы өзгеріссіз қалады  бұл деген токтың өзгермегендігінен, бірақ  жағы төмендейді  өйткені зәкір реакциясының магнитсіздендіру әрекетінің азайғандығымен түсіндіріледі.

       Сыртқы сипаттама.

       Сыртқы сипаттаманың 6.6, а сурет түсіру үшін 6.3 суретте көрсетілген сұлба пайдаланылады. Айырғышты қосып, номинал кернеуде  кедергінің  шамасын номинал токқа дейін  азайтып генератор жүктеледі. Содан кейін жүктемені нөлге дейін жайлап азайтып, аспаптардың көрсеткіштері алынады. Қоздыру тізбегінің кедергісі  және де қоздыру тогы  тәжірибе жүргізу аралығында тұрақты болып қалады. Генератордың жүктемелік кернеуін азайту екі себептен жүреді, олар зәкір кедергі тізбегіндегі кернеудің түсуі  және зәкір реакциясының магниттсіздендіру әрекеті. Сыртқы сипаттаманың абсцисса осіне иілу дәрежесі, сыртқы сипаттаманың қатаңдығы номиналды жүктемедегі генератордың кернеуінің өзгеруімен байланысты, оны генератордың номинал кернеуінің өзгеруі деп аталады. Кернеудің салыстырмалы өзгеруі бос жүріс кезіндегі кернеудің және номинал кернеудің айырымына тең:  Генераторда қысқа тұйықталу болғанда оның ұштарындағы кернеу нөлге дейін түседі  ал тогы  номиналдан көптеген есе өседі. Сондықтан тәуелсіз қоздырудағы генератордың қысқа тұйықталуы өте қауіпті. Сыртқы сипаттамасын бос жүріс сипаттамасымен және ұшбұрыш сипаттамасымен тұрғызуға болады. Ол үшін 6.6, б сурет берілген қоздыру тогына  сәйкес келетін  вертикаль түзуді жүргіземіз. Онда  зәкірдің тогы нөлге тең болғанда  сәйкес келеді және сыртқы сипаттаманың бастапқы нүктесін анықтайды.  ұшбұрышының сипаттамасының токқа деген  орналасуы, яғни оның а басы сипаттамада жатуы керек, ал катеттері  және  біріншісі абсцисса осіне, ал екіншісі ордината осіне параллель болуы керек. Осымен с нүктесінің орналасуы анықталады. Сәйкес кернеудегі  Сыртқы сипаттаманың аралық нүктелерін алу үшін, мысалға ұшбұрышын әр жағын екі есе азайтып  тогына деген нүктені құрастыруды қайталау қажет. Бірақ бұның орнына  гипетенузасын ортасынан  нүктесінде бөлуге болады және  кесіндісін  гипетенузасына параллель  жағдайына тасымалдау қажет. Бұдан кейін  нүктесінен абцисса осімен параллель түзуді  ординатасымен қиысқанша жүргіземіз; г нүктесін аламыз, содан кейін  нүктелерімен сыртқы сипаттаманы тұрғызамыз.

       Реттегіштік сипаттама.

       Егер генератордың қоздыру тогын реттеуді, яғни жүктемелік токкты өсіргенде генератордың кернеуі тұрақты және номиналға тең болуы керек, онда жүктемелік токтан  қоздыру тогының  байланыс қисығы  болғандағы машинаның реттегіштік сипаттамасын көрсетеді. Реттегіштік сипаттамасын түсіру үшін 6.3 суретте көрсетілген сұлбаны пайдаланамыз. Ажыратылған      айырғышта    номинал   кернеу    орнатылады.

 

 

 

 

 

 

 

6.6 сурет - Тәуелсіз қоздырудағы генератордың сыртқы сипаттамасы (а) және оны құру (б)

 

Содан кейін жүктемені қосып және  токқа дейін жайлап өсіреді. Генератордың кернеуін өзгертпей тұру үшін реттегіштік реостаттың кедергісін төмендетіп қоздыру тогын өсіреді. 6.7, a суретте тәуелсіз қоздырудағы генератордың реттегіштік сипаттамасы көрсетілген. Қоздыру тогының өзгеруі  Реттегіштік сипаттаманы 6.7, б суретте көрсетілгендей бос жүріс сипаттамасымен және ұшбұрыш сипаттамасымен тұрғызуға болады. Бос жүріс сипаттамасын тұрғызамыз және ге сызығын абсцисса осімен параллель  аралығына жүргіземіз.  ұшбұрышының сипаттамасын тұрғызып, мысалы номинал ток үшін  яғни

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.7 сурет - Тәуелсіз қоздырудағы генератордың реттегіштік сипаттамасы (а) және оны құру (б)

      

бұл ұшбұрыштың орналасуы оның  биіктігі бос жүріс сипаттамасында, ал  биіктігі  сызығында жататындай болуы керек; бұнымен қоздыру тогының  қажетті кернеу  анықталады.  нүктесін абсцисса осімен төмен  тогына сйкес тасымалдай отырып, жүктемеге деген реттегіштік сипаттаманың және  нүктесін аламыз. Сонымен қатар реттегіштік сипаттамалардың басқа нүктелерін тұрғызамыз, мысалға  деген м нүктесі. Бос жүріс үшін   нүктелері арқылы реттегіштік сипаттаманы тұрғызамыз.

 

       6.3 Параллель қоздырудағы генератор

 

       Параллель қоздырудағы генератордың сұлбасы 6.8 суретте көрсетілген. Генератордың өзін қоздыру үшін, онда азғантай магнит ағынының қалдығы  (номиналдан 2-3%) болуы қажет. Генератордың зәкірі айналғанда оның орамасындағы магнит ағынымен қалдық ЭҚК пайда болады.  ол қоздыру орамасында азғантай ток туғызады. Бұл ток магниттеуші және қалдық ағындарының бағытына сәйкес болса полюстердің магнит ағынын күшейтеді және зәкір орамасындағы индукцияланған ЭҚК өсіреді. ЭҚК өсуі қоздыру тогының жоғарлауына әкеледі, нәтижесінде полюстердің магнит ағынын қоса өсіреді. Өйткені қоздыру тогы үздіксіз өзгерісте болады, онда қоздыру тізбегіне келесі ЭҚК әрекет етеді: 1) қоздыру тізбегіднегі ұштық кернеу  сонымен қатар ол  зәкірдің   ұштық   кернеуі     болып     табылады,           

 

 

 

 

 

 

 

 

 6.8 сурет - Параллель қоздырудағы           6.9 сурет - Параллель қоздырудағы

 генератордың сұлбасы                                 генератордың өзіндік қоздырылуы

 

2) кернеудің  3) өздік индукцияның  ЭҚК -  мұнда  қоздыру  тізбегіндегі индуктивтілік. Сонымен

                              немесе              (6.7)

       Әдетте өзіндік қоздыру үрдісі бос жүріс кезінде жүреді және  Сол уақыттағы тәуелділік  бос жүріс қисығымен көрсетіледі 6.9 сурет, 1 қисық,  тәуелділігі 2 қисықпен анықталады, ал  - 1 қисықпен және 2 қисықтың арасындағы ордината кесіндісімен анықталады.

        

Қисық 1 және қисық 2 қиылысқан А нүктесіндегі өзіндік индукцияның ЭҚК  ал  соңғы шама, олай болса         және  болады. Cонымен  нүктесінде өзіндік қоздыру үрдісі тоқтайды. Осы нүктені алу үшін  бұрыштағы түзу жүргізіледі, оның масштабта анықталған қоздыру тізбегінің кедергілерінің суммасының шамасына пропорционал,  мұнда  - қоздыру орамасының және реттегіш реостатының кедергісі. Егер  кедергісін,  бұрышын өсірсе, онда  нүктесі бос жүріс сипаттамасымен  бағытында ығысатын болады. Егер бос жүріс сипаттамасының (5 түзу) бастапқы бөлігіне 2 түзуді жанасатындай  қандай да бір дәрежеде жоғарлатса, онда бұл жағдайда генератор қозбайды. Қоздырудың кедергі тізбегі, бұл кезде генератордың қоздыруы тоқтайды, оны критикалық кедергі  деп аталады және осы кедергіге сәйкес  бұрышты – критикалық кедергі деп атайды. Демек, параллель қоздырудағы генератордың өзіндік қоздыруы келесі жағдайларды сақтағанда болуы мүмкін:

       а) машинаның магниттік жүйесінде магниттелудің қалдығы болуы қажет;

       б) қоздыру орамасының магнит ағыны магниттеушінің қалдық ағынының сәйкес болуы қажет;

       в) қоздыру тізбегінің критикалықтан аз болуы қажет

       г) жүктеменің кедергісі өте аз болмауы қажет.

       Бос жүрістің сипаттамасы.

       Параллель қоздырудағы генератордың өзіндік қоздырылуы бір бағытта ғана қоздырылады, онда  болғандағы бос жүрістің сипаттамасы  және  тек бір бағытта алынады 6.10 сурет.

 

 

 

 

 

 

 

6.10 сурет - Параллель қоздырудағы       6.11 сурет - Параллель 1 және тәуелсіз

генератордың бос жүріс сипаттамасы     қоздырудағы 2 генератордың сыртқы

                                                                      сипаттамасы

 

       Қоздыру тогының  болаттың зәкірдегі кернеудің түсуін ескермесе, онда бос жүріс сипаттамасымен және жүктемелік сипаттама тәуелсіз қоздырудағы генератордың сипаттамасына сәйкес келеді.

         Сыртқы сипаттама.

       Бұл сипаттамалар  және  болғанда мына түрге ие болады  Егер тәуелсіз қоздырудағы генератордың қоздыру тогы өзгеріссіз қалса, онда параллель қоздырудағы генераторда ол жүктеме өзгерген сайын өзгереді. Жүктемені өсірген сайын генератордың ұштарындағы кернеу зәкір реакиясының әсерінен зәкір тізбегіндегі кернеу ауытқиды. Кернеудің түсуі қоздыру тогының азаюына әкеледі   азайуы негізгі магнит ағынының әлсіреуіне әкеледі, нәтижәсінде ЭҚК және генератордың ұштарындағы кернеудің азаюына әкеледі. Кернеу азайған сайын төмендей береді. Сонымен қатар генератордың магниттік жүйесі магнитсіздене бастайды. Параллель қоздырудағы жүктеме тогы 2-2,25 еседен аспайтындай белгілі бір критикалық мәнге  дейін өседі. Жүктемелік токтың шамасы екі факторларға байланысты, яғни оларға генератордың кернеуі және жүктеме кедергісі жатады. Жүктеме өскен сайын генератордың ұшында кернеу азаяды 6.11 сурет. Бастапқыда магниттік жүйе қаныққан болса, магнитсіздену баяу жүреді де кернеудің өзгеруі елеусіз аз болады, нәтижесінде зәкір тізбегіндегі ток жоғарылайды. Бірақ та ары қарай токты жоғарлатқан сайын, магниттік жүйенің қанығу дәрежесі күрт төмендейді және кернеу тез түсе бастайды. Бұл жерде артықшылыққа тізбектің кедергісін түсіру емес, қайта кернеуді түсіру болып табылады. Сондықтан ток критикалық мәнге жетіп, түсе бастайды. Қысқа тұйықталу болғанда  өйткені   шамасы тек қалдық индукциясының ЭҚК шамасымен анықталады,  Сонымен жүктеменің кедергісін ақырындап өзгертуден болатын қысқа тұйықталу, параллель қоздырудағы генераторға қауіпті емес. Бірақ аяқ асты болатын қысқа тұйықталуда, генератордың магниттік жүйесі магнитсізденіп үлгірмейді және  тоғы машинаның мәндеріне қауіпті жағдайға жетеді. Осындай  күрт токтың өсуі генератордың білігіне әжептәуір тежегіш моментін туғызады, ал коллекторда айналатын отқа айналатындай күшті ұшқын пайда болады.

       Реттегіштік сипаттама.

       Параллель қоздырудағы генератордың  және  болғандағы реттегіштік сипаттамасы  тәуелсіз қоздырудағы генератордың түріне ұқсас болады.

 

       6.4 Тізбектей қоздырылудағы генератор

 

       Тізбектей қоздырудағы генератордың қоздыру тогы , 6.12, а сурет), сондықтан бұл қасиеті тек сыртқы сипаттамасымен анықталады 6.12,

б сурет).

       Генератордың барлық басқа сипаттамаларын тек оны тәуелсіз қоздыруға қосу арқылы алуға болады. Тәуелсіз қоздырудағы генератордың сыртқы сипаттамасы генератордың сығымдау ұштарында бастапқыда магниттік жүйе қанықпаған кезде жүктемелік токты нөлден номинал кернеуге дейін өсіргенде жүктемелік токқа пропорционал өзгереді.

 

 

 

 

 

 

 

6.12 сурет - Тізбектей қоздырылатын генератордың сұлбасы (а) және сыртқы сипаттамасы (б)

 

       Содан кейін кернеудің өсуі ақырындап азаяды және тоқтайды. Бұның түсіндірілуі мынада, яғни  бір мезгілде қоздырылу тоғы  болып табылады және жүктеме өскен сайын болаттың қанығуы жүреді. Бірақ та зәкір тогының өсу уақытында зәкір реакциясының магнитсіздендіру әсері, сол сияқты зәкір тізбегіндегі және қоздыру орамасындағы кернеудің түсуі жоғарлайды, олар генератордың сығымдау ұштарындағы кернеуді азайтады. Машинаның магниттік тізбегінің болатының қанығуы үлкен болған кезде магниттік ағынның ЭҚК өсуі тоқтайды. Сонымен қатар кернеудің түсуін және зәкір реакциясы ары қарай жоғарлауын жалғастыра береді. Генераторда қысқа тұйықталу болғанда кернеу нөлге тең болады, ал қысқа тұйықталу тогы машинаның номинал тогынан едәуір шамасынан асады. Тізбектей қоздырылатын генератор практикалық түрде қолданысқа ие емес, өйткені тұтынушылардың кернеудің тұрақтылығына байланысты талаптарын қанағаттандырмайды.

 

       6.5 Аралас қоздырудағы генератор

 

Аралас қоздырудағы генераторда параллель және аралас қоздырудағы орамалары бар 6.13, a сурет, олар өзіне екі типтегі генераторлардың қасиетін біріктіреді. Қоздыру ағыны параллель орамамен тудырылады, ал тізбектелген ораманы параллель жалғанады (яғни, ораманың магниттік күші қосылатындай).

Генератордың қасиеті осы орамалардың магниттеуші күшінің қатынасына байланысты. Жүктеме қосылғанда зәкір тізбегінде ток пайда болады, генератордың қоздырылуы параллель және тізбектелген орамалардың магниттеуші күштерінің бір уақыттағы әрекетімен іске асырылады. Аралас қоздырудағы генератордың сыртқы сипаттамасының формасын қоздыру орамаларының тарамдарының қатынасына байланысты 6.13, б сурет. Тізбектелген қоздырудағы орамдардың тарамдарын дұрыс таңдағанда оның магниттеуші күшімен генератордың кернеуінің түсуін және зәкір реакциясының әсерін компенсациялауға болады, генератордың сығымдау ұштарындағы кернеуі жүктемелердің өзгеруіне тұрақты болып қалады             (1 қисық).

 

 

6.13 сурет - Аралас қоздырудағы генератордың сұлбасы және сыртқы сипаттамасы

 

       Тұтынушылардың (желінің соңындағы) ұштарындағы кернеуді тұрақты ұстап тұру үшін желідегі сымдардың кернеуін компенсациялау қажет. Бұл жағдайда тізбектелген қоздыру орамасын 2 қисықтағы сыртқы сипаттамасына ұқсайтындай күшейтеді.

       Қоздыру орамасын қарсы қосқанда генератордың кернеуі жүктемелік тогы өскен сайын сайын төмендейді (3 қисығы), тізбектелген қоздыру ораманың магнитсіздендіру әрекетінен, параллель орамасының магниттеуші күшіне қарсы бағытталуымен түсіндіріледі. Ораманы қарсы қосуды арнайы генераторда пайдаланылады, мысалға дәнекерлеу генераторларында, мұнда қысқа тұйықталу токтарын шектеу үшін тігінен құлайтын сыртқы сипаттаманы алуды қажет етеді.  және  болғандағы аралас қоздырудағы генератордың жүктемелік сипаттамасы  параллель қоздырудағы генератордың сипаттамасының түріне сәйкес келеді, бірақ тізбектелген орамасы жеткілікті күшті болғанда бос жүрісті сипаттамасынан жоғары орналасады. Генератордың ұштарындағы кернеудің тұрақтылығы негізінен параллель қоздыру орамасындағы токты реттеумен тұрақтыланады. Реттегіштік сипаттаманың түрі тізбекті қоздыру орамасының магниттеуші күшінің қатынасына, реакцияның магнитсіздендіру әрекетіне және тізбегіндегі кернеудің түсуіне байланысты болады. 6.14 суретте қалыпты қоздырудағы (1 қисық) және артық қоздырудағы (2 қисық) реттегіштік сипаттамалары көрсетілген. 

 

 

6.14 сурет - Аралас қоздырудағы генератордың реттегіштік сипаттамасы

 

       6.6 Тұрақты токтағы генератордың параллель жұмысы

 

       Тұрақты токтағы электрлік стансыларды, негізінен, бірнеше генераторларды ортақ қисығы параллель жалғанып қосылады. Бұл генераторлардың қуаттарының қосындысы олармен қоректендіретін тұтынушылардың қуатына сәйкес келуі қажет. Сонымен қатар, жұмыс істеп тұрған генератордың аппаттық болу жағдайында немесе профилактикалық жөндегенде резервті генератор қажет. Біреудің орнына бірнеше қуаттардың қосындысындағы генераторларды орнату агрегаттарды тиімді пайдалануды қамтамасыз етеді. Жүктемелер азайғанда генератордың жарты бөлігін ажыратып тастауға болады, өйткені басқалары толық жүктелуі үшін, демек жоғары ПЭК көрсеткішінде жұмыс істейді. Параллельді жұмыста, негізінен, параллель қоздырудағы генераторлар жиі қолданылады. Оларды параллель жұмысқа қосқанда бір қатар талаптарды орындау қажет және жүктемені бір генератордан басқасына ауыстыруға мүмкіндікті қамтамасыз ету.

       Генераторларды параллель жұмысқа қосу.

       Екі генераторлардың 6.15 сурет біреуі  желіге қосылған, рубильник  қосылған. Осы желіге  генераторын жалғау үшін, екінші генератордың зәкір тізбегіндегі ток минималды болатындай етіп жасау қажет. Ол үшін генератор зәкірлерінің тізбектерінде және желі учаскесі аралығындағы тұйықталған контурда пайда болған ЭҚК суммасы нөлге тең болуы қажет,  Бұл формуладан  генераторлардың ЭҚК бірдей және бағыттары қарсы бағытталған болуы қажет. Арнайы қосқышты пайдаланып, генератордағы және желідегі кернеуді вольтметрмен  кезекпен өлшеуге болады. Генератордың полярлығы дұрыс болған жағдайда вольтметрдің бағыттаушысы бір бағытқа ауытқиды. Егер бағыттаушысы әртүрлі жаққа ауытқаса, онда генераторға қосылатынның полярлығын ауыстыру қажет. Генератордың  ЭҚК, оның қоздыру тізбегіне қосылған реостатпен реттейді.

        Негізінен генератор  жүктелген кезде генераторды  желіге  рубильникпен қосылады. Бұл жағдайда  және генератор  генераторын қосу үшін дұрыс полярлық жағдайын орындау қажет және реостатпен қоздыру тізбегінде, генератордың ЭҚК желінің кернеуіне тең болатындай орнату қажет:

 

 

 

 

 

 

 

 

6.15 сурет - Паралель қоздырудағы генераторлардың паралель жұмысы кезіндегі сұлбасы

 

       Жүктемені тарату және аудару.

       Генераторлар параллель жұмыс істеген кезде олардың жалғану ұштарындағы кернеу бірдей болуы керек, өйткені олар ортақ желідегі кернеуге  қосылған. Тұрақты токтағы генератордың ЭҚК тепе-теңдік теңдеуінен

      

бұдан                                       (6.8)

        желіге қосқаннан кейін оған  жүктемесін ауыстыру қажет. Ол үшін қоздыру тогын өсіру арқылы оның  ЭҚК көтеру қажет. Сонымен осы  зәкір тізбегінде  тогы пайда болады, ал  зәкір тізбегінде  азаяды және осының нәтижесінде желідегі кернеу өседі, бұл деген электр энергиясын қабылдағыштардың қалыпты жұмысын бұзады. Сондықтан жүктемені ауыстырғанда желідегі кернеу өзгеріссіз қалу үшін, міндетті түрде бір уақытта  қоздыру тогын көтеру қажет және  қоздыру тогын азайту керек. Осы түрде параллель жұмыс істеп тұрған генераторлардың қоздыру тоғын өзгерту арқылы желідегі кернеуді тұрақты ұстай отырып, жүктемені бір генератордан басқаға ауыстыруға болады.  өшірудің алдында оның жүктемесін ауыстыру қажет, қоздыру тогын төмендету және  қоздыру тогын көбейту арқылы  жағдайын орындау қажет. ЭҚК көп өзгерткенде,  айырмашылығы теріс болып қалуы мүмкін және  тогы ЭҚК қатысты бағыты өзгереді. -дің  ЭҚК  электр энергиясын тұтынып қозғалтқыш ретінде жұмыс істейді. Бір білікке деген екі қозғалтқыш апатқа әкелуі мүмкін, сондықтан генераторларда зәкір тогының бағыты өзгергенде өшіретін қорғаныс сұлбасы қарастырылған. Егер генераторлар қоздыру тогы реттеусіз параллель жұмыс істейді, онда олардың арасындағы сыртқы сипаттамасының еңкеюіне байланысты.

       6.16 суретте  және  генераторлардың сыртқы сипаттамасы келтірілген. Егер бос жүріс кезінде генераторлар параллель жұмысқа қосылған болса, онда осы сипаттамалар ордината осінен  бір нүктесінен шығады.

 

 

 

 

 

 

 

 

6.16 сурет - Генераторлар арасында тоқты жүктеу

 

       Егер генераторға жүктеме қосқаннан кейін, ондағы кернеу кейбір  мәніге дейін төмендейді, бұл екі параллель жалғанған генераторлар үшін. Сонымен  үлкен еңкейген сипаттамаға ие,  -ге қарағанда азғантай  тогымен жүктеледі. Сондықтан мүмкіндігінше, яғни параллель жұмысқа қосылған бірдей уақыттағы генераторлардың сыртқы сипаттамалары сәйкес келетіндей болуы қажет, әртүрлі қуаттағы генераторлар – номиналды жүктемедегі кернеудің өзгеруі бірдей.

       Аралас қоздырудағы генераторлардың параллель жұмысы.          Аралас қоз-дырудағы генераторлардың параллель жұмыссындағы сұлбасы 6.17 суретте көрсетілген.

       Оның өзгешелік ерекшеліктері мынада  нүктелері, олардың тізбектелген орамалары зәкірдің бір ұштарына қосылған, өз араларында теңгерімділік сыммен жалғанған. Егер бұл сым болмаса, параллель жұмыстың тұрақтылығына жету мүмкін емес. Егер бір генератордың қандай да бір себептен (мысалға, айналу жиілігінің өсуінен) бірнеше өссе, онда осы генератордың тізбектей қосылған қоздыру орамасындағы магниттік өрісі күшейеді, оның ЭҚК  өседі, яғни  тогының ары қарай өсуіне әкеледі. Екінші генератордың тогы  және ЭҚК бір мезгілде тоқтаусыз азаяды. Нәтижесінде бір генератор жүктеледі, ал екіншісі, керісінше, жүктелуі төмендейді және олардың параллель жұмысы тұрақсыз болады. Тенгерілімділік сымы болған кезде параллельдік жұмыс қалыпты өтеді, аяқ асты болатын бір генератордың зәкіріндегі ток екі генератордың тізбектелген қоздыру орамаларының арасына таралып кетеді және генератордың ЭҚК өсуіне әкеледі. Жүктеме бір генератордан басқасына параллель қоздырудағы генераторлар да ауыстырыла береді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.17 сурет - Аралас қоздырудағы генераторлардың параллель жұмыстағы сұлбасы

 

      

       7. Тұрақты токтағы қозғалтқыш

 

       7.1 Тұрақты токтағы қозғалтқыштар туралы жалпы мағлұматтар

 

       Тұрақты токтағы қозғалтқыштар өндірісте, транспортта, крандық және басқа құрылғыларда, яғни айналу жиілігін баяу реттелетін жерлерде кеңінен қолданылады. Электрлік машина генераторлық режімде және қозғалтқыштық режімде де жұмыс істей алады. Электрлік машинаның бұл қасиетін қайтымдылық деп аталады.

       Қозғалтқышқа келген кернеу  десек, 7.1 суретте көрсетілген полярлықтағы полюстердің және қозғалтқыштың білігіне деген зәкірдегі токтың бағытынан  (зәкір орамасы бір өткізгішпен көрсетілген) айналатын электрмагниттік момент  пайда болады, бағыты сағат тіліне қарсы бағытталған. Осы моменттің әсерінен қозғалатын бағытында  тұрақты жиілікпен айналады.

       Оң қол ережесін қолданып зәкір өткізгішінде (орамасында) пайда болған ЭҚК  зәкір тогына қатысты қарсы бағытталған және сондықтан оны зәкірдің қарсы ЭҚК деп атайды және қозғалтқыштың желінің кернеуіне  қатысты электрмагниттік қарсы әрекеті ретінде қарастырылады.

 

 

 

 


 7.1 сурет - Қозғалтқыш зәкір орамасының моментінің және ЭҚК қарсы бағыты

 

       Тұрақты жиілікпен айналып жұмыс істейтін қозғалтқыштың ЭҚК теңдеуін құрастыруға болады.

мұнда  және  - сәйкес тұрақтанған режімдегі ЭҚК және ток; - қозғалтқыштың зәкір тізбегіндегі кернеудің түсуі.

       Қозғалтқыштық моменттер теңдеуі. Қозғалтқыштың электрмагниттік моменті

                                                                               (7.2)

негізгі магнит өрісінің  және зәкір орамасындағы токтың  әрекеттесу нәтижесінен пайда болады және тежегіштік моменттерді жеңуге шығындалады: а) бос жүрістегі моменті -   б) пайдалы моментті -         в) динамикалық моменті -

       Бос жүрістегі момент  қозғалтқыштың кез келген режімінде болады және айгөлектердің үйкелісімен, коллектордағы щеткалардың үйкелісімен, желдеткішке деген шығындармен және болаттағы шығындармен анықталады. Пайдалы момент  машинаның жұмыстық сипаттамасының және өндірістік үрдістің сипаттамасымен анықталады. Динамикалық момент қозғалтқыштың айналу жиілігінің әр өзгерісінде пайда болады.

                                                                                                    (7.3)

мұнда  - барлық айналатын бөліктердің инерция моменті; - зәкірдің бұрыштық айналу жылдамдығы.

       Егер қозғалтқыштың айналу жиілігі жоғарласа, онда  моменті оң болады және  және  моменттері қосылып қозғалтқыштың білігіне деген тежегіштік моменті жоғарлайды.  төмендегенде  моменті теріс болады және жалпы тежегіштік моменті азаяды. Қозғалтқыштың білігіне деген айналумен және тежегіштік моменттерінің арасындағы байланыс моментердің тепе-теңдік заңдылығымен анықталады: қозғалтқыштың әртүрлі жұмыс жағдайында осы моменттер бір-біріне деген тепе-теңдік жағдайында болады, шамалары бойынша тең, бірақ бағыттары қарсы жаққа бағытталған.  болғандағы момент  және сонда

                                                                                         (7.4)

мұнда  - қозғалтқыштың білігіне деген статикалық моменттің кедергісі.

       Демек, егер айналу моменті қарсы әсер ету моментіне тең болса қозғалтқыш тұрақты жұмыс істейді және тұрақты жиілікпен айналады. Қозғалтқыштың тұрақтылығы режіміндегі нүктесі ретінде электр қозғалтқыштың  және орындаушы механизмнің механикалық сипаттамаларының қиылысу нүктесі болып табылады.

       Егер орындаушы механизмді айналысқа келтіретін қозғалтқыштың  және сипаттамаларына ие болса 7.2, а сурет, онда аяқ асты айналу жиілігі нен -ге дейін өсіргенде моменттердің теңдігі бұзылады.

       Қозғалтқышпен тудырылатын момент төмендеп, тежегіштіктен төмен болып қалады  Сондықтан  болғанда қозғалтқыш  мәнге дейін тежелетін болады. Керісінше ді ге дейін аяқ асты төмендетсе қозғалтқыштың айналу моменті көп болып және қозғалтқыштың зәкірі оның бастапқы  жиілігіне келтіретін жылдамдық алынады. Сонымен қарастырылып отырған жағдайда қозғалтқыш тұрақты, өйткені

 

7.2 сурет - Қозғалтқыш жұмысының тұрақтылығы туралы түсінік

 

       Егер механикалық сипаттамалар  және  7.2 б суреттегідей түрде болса, электр қозғалтқыштың жұмысы тұрақсыз болады.

       Шындығында аяқ асты айналудың жиілігі -нен -ге дейін өзгергендегі қозғалтқыштың артық айналу моменті  ары қарай айналу жиілігінің өсуіне әкеледі. Егер айналу жиілігінің өзгерісі нен ге дейін болса, онда артық қарсы әрекет етуші моменті айналу жиілігінің ары қарай төмендеуіне әкеледі, демек  болғандықтан қозғалтқыштың жұмысы тұрақсыз болады.

       Қозғалтқышытң энергетикалық диаграммасы 7.3 суретте  болғандағы тұрақтанған режімде жұмыс істейтін параллель қоздырудағы қозғалтқыштың энергетикалық диаграммасы көрсетілген. Қозғалтқышқа

 

 

 

 

 

 

 

 7.3 сурет - Параллель қоздырудағы қозғалтқыштың энергетикалық диаграммасы

 

желіден  қуатты жеткізіледі, ал қоздыру тізбегіндегі  шығындарды және тізбегіндегі электрлік шығындарды жабады, ал қалған оның бөлігі қозғалтқыштың толық механикалық қуатын түрлендіретін зәкірдің электрмагниттік қуатын  құрайды.

       Қозғалтқыштың білігіне деген пайдалы механикалық қуат  толық қуаттан  болаттағы шығындарды  және механикалық шығындарды  жабуға қажетті  шамасынан аз болады

 

       7.2 Тұрақты токтағы қозғалтқыштың жіктелуі және сипаттамасы

 

       Қоздыру орамасының және зәкір орамасының қосылу тәсіліне байланысты тұрақты токтағы қозғалтқыштардың типін келесілерге ажыратылады:

       а) параллель қоздырудағы;

       б) тізбектей қоздырудағы;

       в) аралас қоздырудағы, оларда екі қоздыру орамасы бар: параллельді және тізбектелген. Тұрақты токтағы қозғалтқыштар келесі түрдегі сипаттамалардың жиынтығымен бағаланады: жіберу, жұмыстық, реттегіштік және механикалық.

       Жіберу сипаттамалары.

       Жіберу сипаттамалары келесі шамалармен анықталады:

       а) жіберу тогы  мына қатынаспен  сипатталады;

       б) жіберу моменті  мына қатынаспен  сипатталады;

       в) жіберуге деген уақыт

       д) операцияның үнемділігі жіберу аппаратурасының құнымен анықталады.

       Жіберудің бастапқы моментінде қозғалтқыш зәкірі қозғалыссыз, қарсы ЭҚК зәкір орамасында нөлге тең, және қозғалтқыш зәкіріндегі ток  Зәкір тізбегіндегі кедергі көп емес, сондықтан жіберу тогы номиналдан 20 есеге және жоғарыға асады. Жіберу кезінде токтың тез секіруі қозғалтқыштың білігінде үлкен жіберу моментін туғызады, ол қозғалтқыштың өзінде және орындаушы механизмде механикалық бұзылуға әкелуі мүмкін, желідегі кернеудің тез түсуіне және щетканың астында жиі ұшқындардың пайда болуына әкеледі. Сондықтан қозғалтқышты жүріске жіберу кезінде тогын шектеу үшін зәкір тізбегіне тізбектей қосылған жіберу реостаттарын 7.4 сурет. Зәкірдің айналу жиілігі өскен сайын қарсы ЭҚК жоғарлайды, ал зәкір тогы төмендейді, сондықтан реостаттың кедергісін, жіберудің соңында оны толық шығарылуы қажет, жіберу тогы номиналдан екі үш еседен аспауы қажет.

       Жұмыстық сипаттамалар.

       Білікке немесе зәкірдің тогына деген пайдалы қуаттағы айналу жиілігінің, айналу моментінің және ПӘК;   және  немесе  болғандағы  және номинал токтағы қоздырудағы тәуелділіктерді жұмыстық сипаттамалар деп түсініледі. Айналу жиілігі  ЭҚК теңдеуінен анықталады  мұнда   болғандықтан, онда жиіліктік сипаттама тек кернеудің  түзуіне және  ағынының өзгеруіне байланысты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.4 сурет - Параллель қоздырудағы қозғалтқыш тізбегіне жіберу реостатының қосылу сұлбасы

       Реттегіштік сипаттамалар.

       Бұл сипаттамалар қозғалтқыштардың айналу жиілігін реттегендегі қасиетін анықтайды. Оларға жататындар: а)  қатынаспен анықталатын реттеудің шектері; б) реттелудің үнемділігі (жабдықтарға деген және келесі эксплуатациялық шығындар және келесі эксплуатациялық шығындар); в) реттелудің сипаттамасы – баяу немесе сатылы; г) реттеу аппаратурасының және айналу жиілігін реттеу операциясының қарапайымдылығы. Тұрақты токтағы қозғалтқыштар көп түрлі және икемді реттегіштік сипаттамаларына ие және айналу жиілігі кең шектегі құрылғыларды көп қолданылады.

       Механикалық сипаттамалар. Өндірістің механизміндегі электрлік жетекте  және зәкір тізбегінің кедергісі тұрақты болғандағы тәуелділігін көрсететін (қозғалтқышты қоздыру орамасында токты реттеу жүргізілмеу жағдайындағы) механикалық сипаттама маңызды орын алады.

 

       7.3 Параллель қоздырудағы қозғалтқыш

 

       Тұрақты токтағы қозғалтқышты жүріске қосу үшін екі, үш және төрт сығымды жіберу реостаттары пайдаланылады. 7.4 суретте параллель қоздырудағы қозғалтқышқа деген үш сығымды жіберу реостатының қосылу сұлбасы көрсетілген.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.5 сурет - Қозғалтқышты жүріске қосу үрдісінің диаграммасы

 

       Реостат алты түйіспеге ие: бес жұмыстық (1, 2, 3, 4, 5) және біреуі бос (нөлдік 0); үш қысқыш Л, Ш, Я, олар қоздыру орамасының және зәкір желісіне жалғанады. Реостаттың сырғу түйіспесі қозғалмайтын түйіспемен және түйіспелік доғамен  жылжиды, соның арқасында қоздыру орамасы желінің толық кернеуіне қосылады. Реттеу реостатын қоздыру тогын  магнит ағынын  және қозғалтқыштың айналу моменті, қоздыру тізбегіндегі ең үлкен мәндерге жету жағдайы кезінде шығару қажет, бұл қозғалтқыштың жіберу жүрісін жеңілдетеді.

       Жіберу реостаты қысқа режімдегі жұмысқа есептеледі, яғни оның секциясының саны қозғалтқыштың жүріске жіберу жайлығымен анықталады. Бірінші жіберу моментінде  онда қарсы ЭҚК  және  мұнда  - жіберу реостатының барлық секцияларындағы барлық кедергілердің қосындысы.

       Жіберу реостатын оның секцияларын ажыратқанда жіберу тогын дан дейін өзгеретіндей есептеуге болады. 7.5 суретте қозғалтқыш жіберу тогы  дейін төмендейді, реостаттың рукояткасын бірінші секциясының кедергісінен шығарып екінші түйіспеге ауыстырылады. Жіберу тогы  мәнге дейін өседі, содан кейін қозғалтқыштың айналу жиілігі  қисығымен өсе бастайды, ал ток -  қисығымен төмендей бастайды. Ары қарай жіберу үрдісі жүргізіле береді, қашан реостат жұмыстан шығарылғанша, содан кейін  тогында және  айналу жиілігінде қозғалтқыш тұрақтанған режімде жұмыс істейді. Қозғалтқыш реостатының жіберу рукояткасын нөлдік жағдайға тез ауыстыру арқылы және рубильникті  өшіріп тоқталуға болады 7.4 сурет.

       Қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамасы.

       Олар  және  болғанда мына түрге ие болады  Қозғалтқыштың сұлбасы 7.6, а суретте көрсетілген; қоздыру тізбегіндегі реостат  номинал кернеудің мәніндегі тоғы  және айналу жиілігіндегі  қозғалтқыш номинал қуатқа  жететіндей реттеу қажет. Реостат бұл жағдайда өзгеріссіз қалу қажет. Жұмыстық сипаттамалары 7.6, б суретте көрсетілген. Зәкірдің айналу жиілігі  өйткені осы жағдайда  және шамалары тұрақты болып қалады, онда бұл жағдайда қозғалтқыштың айналу жиілігіне екі факті әсер етеді: зәкірдегі кернеудің түсуі  және зәкірдің реакциясы. Жүктеменің тогын  өсіргенде кернеудің түсуі жоғарлайды, ал айналу жиілігі төмендейді. Бір уақытта зәкірдің реакциясы қозғалтқышты магнитсіздендіріп негізгі полюстердегі магнит ағынының азаюына әкеледі, демек оның айналу жиілігін өсіруге тырысады.

       Cонымен көрсетілген фактілер зәкірдің айналу жиілігіне қарама-қарсы әсер етеді және осы фактілердің біреуісінің басымдылығына байланысты қозғалтқышты жүктегенде айналу жиілігі өседі немесе кемиді. Параллель қоздырудағы қозғалтқыштардың жұмысы зәкір реакциясының басымдылығы артса да тұрақты болу үшін, міндетті түрде негізгі полюстерге тұрақтандырғыш орама орнатылады, олар зәкір орамасына тізбектей жалғанып және қоздыру орамасымен параллель жалғанады. Бұл жағдайда жүктемелік токты өсіргенде зәкір реакциясының магнитсіздендіру әрекеті тұрақтандыру орамасының магниттеуші әрекетімен компенсацияланады. Сонымен параллель қоздырудағы қозғалтқыштың сыртқы сипаттамасы  абсцисса осіне аздап иілген түзу сызыққа жақын түрге ие болады. Жүктемені нөлден номиналға өсіргенде айналу жиілігі  құрайды. Осындай түрдегі сыртқы сипаттама параллель қоздырудағы қозғалтқыштың ең айрықша қасиетін құрайды; осындай сипаттаманы қатаң деп атайды. Тәуелділіктің сипаттамасын  біле отырып, айналу моментінің сипаттамасын  түсіндіру қиын болмайды. Моменттердің теңдеуіне сәйкес, жұмыстың тұрақтанған режімінде мынаған ие боламыз  Бос жүріс кезінде  Егер қоздыру ағыны тұрақты болып қалса, онда сипаттама  түзу сызықты көрсетер еді. Шындығында  ағыны  тогы өскен сайын көлденең зәкір реакциясының әсерінен болатын магнитсіздендірудің нәтижесінен төмендейді, сондықтан сипаттамасы  токтың осіне қарай түзу сызықтан аздап ауытқиды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.6 сурет - Параллель қоздырудағы қозғалтқыштың сұлбасы (а) және оның жұмыстық сипаттамасы (б)

 

       Пайдалы моментінің сипаттамасы  жүктемесі практикалық түрде байланысты емес бос жүрістің  шамасындай  сипаттамасынан төмен кетуі керек. 7.6, б суретте жүктемеге байланысты  пайдалы әсер коэффициенті тәуелділігінің қисығы көрсетілген. ПӘК мына шектерде  ден  дейін тез өседі, мысалға  болғанда  максимумға дейін жетеді, содан кейін жүктеменің  дан  дейін өзгеру шегіне байланысты тұрақты болып қалады. ПӘК графигінен көрінетіндей, яғни жоғары ПӘК электр қозғалтқыштың жұмысы жоғарғы ПӘК жұмыс істеу үшін оны номинал жүктемеде болуы керек. Аз қуаттағы машиналарда негізінен  орта және үлкен қуаттағы машиналарда  

       Реттегіштік сипаттамалар

       Тұрақты токтағы қозғалтқыштардың ең негізгі артықшылығының бірі ол айналу жиілігін кең шектерде жайлап реттеу мүмкіндігінің болуы болып табылады. Жалпы жағдайда қозғалтқыштың зәкір тізбегіне реттегіш реостат  қосылуы мүмкін. Онда  формуласынан, тұрақты токтағы қозғалтқыштардың айналу жиілігін мыналарды өзгерту арқылы реттеуге болады:                                                                                                                   

       а) кернеудің желісін  өзгерту арқылы;

       б) зәкір тізбегіндегі кернеудің түсуін өзгерту арқылы;

       в) қоздыру ағынын өзгерту, демек қоздыру тогын  зәкір тогын өзгерту болып табылады.

        Бірінші әдіс желінің кернеуін   реттеуге болатын арнайы құрылғыларда пайдалануға болады. Реостат  зәкір тізбегін қажетті шектегі айналу жиілігін реттеуге болатындай етіп таңдап алынуы қажет. Кернеу желісі және қоздыру тогы тұрақты болады десек,   және  сонымен қатар статикалық моменті  қозғалтқышта айналу жиілігіне байланысты емес. Реостатты шығарылып тасталғанда  қозғалтқыштың тұрақтанған режіміндегі жұмысы айналу моментімен  айналу жиілігімен  және зәкір тогымен  сипатталады. Реттеу реостат қосқаннан кейін  айналу жиілігін және қарсы ЭҚК зәкір моментінің инерциясынан өзгеріссіз тұрақты болып қалады, ал зәкір тізбегіндегі ток  мәніне азаяды. Демек қозғалтқыштың айналу моментінде азаяды.

       Айналу моментінен жүктемелік моментін асыру зәкірдің айналу жиілігінің азаюына, қарсы ЭҚК азаюына және зәкір тізбегіндегі токтың өсуіне әкеледі 7.7 сурет. Токтың жаңа мәні  және айналу жиілігі  қозғалтқыштың айналу моментінің және олармен айналдырысқа келтіретін механизмнің жүктемелік моментімен теңескен кезде анықталады. Тұрақты қоздыру тогындағы және жүктемелік моментіндегі  зәкір тізбегінің тұрақтанған тогы  және зәкірдің айналу жиілігі  Қозғалтқышқа келген қуат  тұрақтанған режімде өзгеріссіз сақталады. Пайдалы қуат  айналу жиілігіне пропорционалды азаяды. Бұл айналу жиілігін реттеу тәсілінің кемшілігі – үнемділігінің аздығы және салқындатылу жағдайының төмендеуі, сондықтан оны негізгі түрде аз қуаттағы қозғалтқыштардың айналу жиілігін реттеу үшін қолданылады. Егер қозғалтқыштың зәкір ұштарындағы кернеудің және қоздыру орамасындағы токтық өзгермейтін тұрақтанған режімде жұмыс істесе, онда қажетті айналу моментінде  сәйкес жұмыстық сипаттамалары арқылы айналу жиілігі  ток  анықталады және қарсы эқк  есептеледі. Қоздыру тогын  мәніне дейін төмендентсе магнит ағыны төмендейді. Нәтижесінде зәкір инерция моментінде, оның айналу жиілігі қоздыру тогы өзгергеннен кейін бірден бастапқы қалыпқа келеді, қарсы ЭҚК  мәніне дейін магнит ағыны пропорционалды азаяды, зәкір тізбегіндегі ток мәніне дейін өседі. Зәкір тізбегіндегі кернеудің түсуі желі кернеуінің азғантай бөлігін құрайды, онда токтың салыстырмалы өсуі  магнит ағынының салыстырмалы төмендеуінен ерекше артады. Бұл айналу моментінің өсуіне және зәкір айналысының жылдамдауына әкеледі. Жаңа тұрақтанған токтың мәніндегі  және айналу жиілігіндегі  7.7 сурет қозғалтқыштың айналу моментімен және онымен айналысқа келетін механизмнің арасындағы теңдік бойынша зәкір орамасындағы қарсы ЭҚК өседі, ток азаяды. Қозғалтқышқа берілген қуат  және пайдалы қуат  бірдей жағдайда өседі, демек қозғалтқыштың ПӘК бұл айналу жиілігін реттеудегі тәсілде өзгермейді. Айналу жиілігінің қоздыру тогының  шамасына байланысы, қозғалтқыштың  және  болғандағы реттегіштік сипаттамасымен  көрсетіледі.   7.8  суретте  қозғалтқыштың    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    7.7 сурет - Зәкір тізбегіндегі (а) және                    7.8 сурет - Қозғалтқыштың        

    қоздыру тізбегіндегі (б) реостатпен                      реттегіштік сипаттамасы

    айналу жиілігін реттеу үрдісі

 

болғандағы зәкір тогының әртүрлі мәндерінде алынған екі реттегіштік сипаттамалары көрсетілген. Бұл сипаттамалардан көрінетіндей, қоздыру тогының аз мәнінде, қоздыру тізбегінің үзілгенінде  айналу жиілігі шексіз өседі, ол қозғалтқыштың тозуына әкеледі.

 

       7.4 Тізбектей қоздырылатын қозғалтқыш

 

       7.9 суретте тізбектей қоздырылатын қозғалтқыштың қосылу сұлбасы келтірілген. Осы қозғалтқыштың жүріске қосылуы параллель қоздырылатын қозғалтқыш сияқты екі сығымдалған жіберу реостаты ЖР көмегі арқылы іске асырылады.

Қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамалары                                                                                               

Олар  болғанда мына түрге ие болады  және  Тізбектелген қоздырылудағы қозғалтқыштардың зәкір тогы бір мезетте қоздыру тогы  болып табылады, сондықтан магнит ағыны  машинаның әртүрлі жүктемесінде әжептәуір өзгеріске ұшырайды, осы оның сипаттамалық ерекшелігін көрсетеді. ЭҚК теңгерімділік теңдеуінен алатынымыз, параллель қоздырудағы қозғалтқышқа секілді айналу жиілігінің формуласын аламыз  Тізбектей қоздырудағы қозғалтқыштың жұмысында егер кернеудің түсуі  және зәкір реакциясының ескермегенде, негізінен полюстердегі негізгі магнит ағынының өзгеруі болып табылады. Азғантай және орта жүктемедегі қозғалтқыштың магниттік тізбегін қанықпаған деп есептеуге болады және бұл жағдайда  демек   болғандағы пропорционалдық коэффициенті  жүктемелік диапазонында – практикалық түрде тұрақты және тек  болғанда, магниттік тізбектің қанығуы  бірнеше азаяды.

7.10 суретте тізбектей қоздырылудағы қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамалары көрсетілген. Айналу жиілігінің сипаттамасы – жұмсақ, айналу жиілігі жүктеменің өзгерісінде тез өзгереді және гиперболды сипаттамаға ие. Бірақ та жүктемені азайтқанда қозғалтқыштың айналу жиілігі өсе бастайды, бұл машинаның бұзылуына әкеледі. Сондықтан тізбектей қоздырудағы қозғалтқыштың жүктемесіз жүріске жіберілуі, бос жүріс кезінде де мүмкін болмауы қажет.

Бұл қозғалтқыштардың айналу жиілігі зауыттық шитте көрсетілген 20% асқан кезде шыдауы қажет, бірақ номиналдан 50%-ға аспауы қажет.  болғандағы тізбектей қоздырудағы қозғалтқыш болатының аз қанығуындағы сипаттамасы  параболаны көрсетеді. Өйткені  ал  онда   тогын өсіргенде қозғалтқыш қанығады,   тогына тәуелді болмай қалады және моменттің сипаттамасы түзуленеді. Бұл   жағдайда   момент     токқа       пропорцианалды

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    7.9 сурет - Тізбектей қоздырудағы         7.10 сурет - Тізбектей қоздырудағы

       қозғалтқыштың сұлбасы                        қозғалтқыштың жұмыстық

                                                                        сипаттамалары

 

өзгереді, өйткені параллель қоздырудағы қозғалтқыш  Тізбектей қоздырудағы қозғалтқыштың моментін өсіру қасиеті, токтың квадратына пропорционалды, бұл жағдай жіберу моменті үлкен жерлерде қажет (крандарда, электровоздарда), бұндай қозғалтқыштың үлкен жүктемелік жерлерде пайдаланылады. Пайдалы қуат  жүктеме өскен сайын айналу моментіне қарағанда жай өседі, нәтижесінде айналу жиілігі әжептәуір азайып кетеді. Келтірілген қуат  қозғалтқыштың тогына пропорционал және де айналу моментінен баяу жоғарлайды. ПӘК сипаттамасы параллель қоздырудағы қозғалтқыштың түріндегі болады.

       Қозғалтқыштың реттегіштік сипаттамасы.

       Тізбектей қоздырылатын қозғалтқыштардың айналу жиілігі кернеуді өзгерту арқылы реттеледі. Осы әдіспен қоздырылудағы қозғалтқыштардың айналу жиілігін реттеуге болады. Қарастырылып отырған әдіс тарту құрылғыларында пайдаланылады (крандарда, метрода, трамвайларда және т.б.), мұнда бірнеше қозғалтқыштар орнатылады, азғантай айналу жиілігінде оларды тізбектей, үлкен болғанда – параллельді қосылады, бір мезетте 7.11, а суретте көрсетілгендей реттегіштік  қосылуы қолданылады. Айналу жиілігін қоздыру магнит өзгерту арқылы реттеледі. Қозғалтқыштың орамасын жалпы сұлбасымен қосылғанда қоздыру орамасының тогы зәкір тогына тең. Егер қосқышта  қосса (7.11, б) қоздыру тогы азая отырып, жиілікті көбейтеді. Айналу жиілігін жоғарлатқанда коммутациялау жағдайы төмендейді және зәкірдің айналу жиілігінің жоғарғы шегін шектейді, яғни номиналдан 1.4 аспайды. Бұл әдісті бағалау үшін өрісті босаңсыту коэффициенті енгізілген  мұнда - параллель қоздыру орамасының шунттық кедергісі. Зәкірдің осындай айналу жиілігін, қоздыру орамасын секцияландыру арқылы алуға болады, шықпаларын кейбір қоздыру орамасының тарамдарынан істеледі және осы ораманың магниттеуші күшіне өзгертулер жүргізіледі 7.11 в сурет. Зәкір тізбегіндегі реттегіш реостаттың кедергісін өзгерту арқылы да қозғалтқыштың айналу жиілігін реттеуге мүмкіндік береді (- қозғалтқыштың кернеуі).

 

       7.5 Аралас қоздырудағы қозғалтқыш

 

       Аралас қоздырудағы қозғалтқыштың екі қоздыру орамасына ие, біреуі  зәкір орамасына параллель, ал екіншісі - тізбектей қосылады 7.12 сурет.

Ораманың магниттеуші күшінің қатынасы әртүрлі болуы мүмкін, бірақ орамалардың біреуі үлкен магниттеуші күшін тудырады, оны негізгі деп атайды. Қозғалтқыштың айналу жиілігі мұнда  - сәйкес параллель және тізбектелген қоздыру орамаларындағы магнит ағындары.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а – қосылу сұлбасын өзгерту арқылы; б – қоздыру орамасын өзгерту арқылы; в – қоздыру орамасын секциялау арқылы.

7.11 сурет - Тізбектегі қоздырылудағы қозғалтқыштың айналу жиілігін реттеудің сұлбасы

       Ораманы қарама-қарсы қосқанда магит ағыны  жүктеме өскен сайын айналуды өсіре отырып, машинаны магнитсіздендіреді (минус белгісі). Аралас қоздырудағы қоздыру орамасын қарсы қосумен жүріске қосса, тізбектелген  ораманың магнит ағыны қозғалтқыштың нәтижелік ағынын әлсіретеді және сонысымен жүріске жіберу үрдісін қиындатады. Бұны болдырмау үшін осындай қозғалтқыштардың тізбектелген орамасын кейде жүріске қосу уақытында қысқа тұйықталады. Аралас қоздырудағы қозғалтқыштардың жұмыстық сипаттамалары 7.13 сурет, қайсысы негізгі рөлге ие, қоздыру орамасындағы параллель және тізбектей қоздырудағы қозғалтқыштың сипаттамаларына жақындайды. Бұл қозғалтқыш тізбектей қоздырылатын қозғалтқышпен салыстырғанда бір қатар артықшылықтарға ие. Оның жұмысы бос жүрісте болуы мүмкін, өйткені параллель ораманың ағыны   қозғалтқышының бос жүріс режіміндегі айналу жиілігін шектейді және сүйрету қауіптілігін болдырмайды. Айналу жиілігін параллель қоздыру ормасындағы тізбекке жалғанған реостатпен реттеледі. Аралас қоздырудағы қозғалтқыштың жіберу моменті ерекше қажет болған жағдайда, жүріске қосу кезінде тез жылдамдық алу үшін және жүктеменің өзгеруіне байланысты айналу жиілігінің салыстырмалы түрде үлкен өзгерісінде пайдаланылады. Осыған байланысты аралас қоздырудағы қозғалтқыштарды тұрақты токтағы компрессорлардың, станоктардың, ию станоктарының, көтергіштердің және т.б. жетектерінде пайдаланылады.

 

 

  7.12  сурет - Аралас қоздырудағы                    7.13 сурет - Аралас қоздырудағы 

    қозғалтқыштың сұлбасы                                         қозғалтқыштың жұмыстық

                                                                                                сипаттамалары

 

       8 Тұрақты токтағы электрлік машиналардың шығындары және пайдалы әсер коэффициенті

      

       8.1 Шығындардың түрлері

 

       Электрлік машинаның жұмысында онымен тұтынылатын энергияның бөлігі пайдасыз жоғалады және машинаның кейбір бөліктерін қыздырып жылу түріне шашырап кетеді. Электрлік машиналардағы шығындарды негізгі және қосымша деп бөлінеді. Негізгі шығындар машинада өтетін негізгі электрмагниттік және механикалық үрдістердің нәтижесінен болады, ал қосымша – зәкірдің тістерімен ағынның бойлық бүлкілдеуінен, негізгі магнит ағынның ойықтарға біркелкі таралмауынан және т.б. болатын шығын. Машинаның жұмыс істеу режіміне тәуелсіз (генераторлық немесе қозғалтқыштық), негізгі шығындар электрлік, магниттік немесе болаттағы шығындар және механикалық деп бөлінеді.

       Электрлік шығындар.

       Әр ормадағы электрлі шығындар  Ораманың кедергісі оның температурасына байланысты. Сондықтан Мемст 2582-72 (ГОСТ)  кластағы оқшауламаға   және  кластағы оқшауламаларға   және  кластарына  есептік температуралар ораманың шығынын анықтауда қарастырады. Негізінен зәкір тізбегіндегі  және қоздыру тізбегіндегі   (параллель қоздыру орамасы үшін) шығындарды есептейді.  - температурадағы ораманың кедергісі

                                                                                            (8.1)

мұнда:  -  температурадағы ораманың кедергісі; - кедергінің температуралық коэффициенті ( мыс үшін).

       Электрлік шығындарға щеткалық түйіспедегі шығындар да жатады. Полярлығы әртүрлі екі щеткадағы шығынның шамасы  мұнда  - щеткадағы өтпелі кернеудің түсуі, щетканың маркасына  сәйкес: көмірлі және графиттіге  металл графиттілер үшін

       Магниттік шығындар.

       Магниттік шығындар гистерезистік және болаттың артық магниттелуінен болатын құйынды токтарға деген шығындардан тұрады. Магниттік шығындардың шамасы зәкір өзекшесінің магниттік индукциясына және артық магниттелу жиілігіне  байланысты; өйткені  машинаның жүктемесіне байланысты емес, онда  болғанда оларды тұрақты деп есептеуге болады. Гистерезистен деген шығын

                                                                                                     (8.2)

мұнда:  - болаттың маркасына байланысты коэффициент;  - артық магниттелу жиілігі;  - болаттағы магниттік индукцияның ең үлкен мәні.

       Құйынды токтардан болатын шығындар

                                                                                         (8.3)

мұнда:   - болаттың маркасына және қалыңдығына байланысты коэффициент (әлсіз және орта  жоғарғы  маркадағы болат үшін).

       Механикалық шығындар.

       Механикалық шығындар  айгөлектердегі, коллектордағы щетканың қажалуынан және желдеткіштік (машинаның айналатын бөліктерінің ауаға деген үйкелісінен) болатын шығындардан тұрады. Айгөлектердегі шығындар айгөлектердің типінен, үйкелетін беттердің жай-күйіне, майланудың түріне және т.б. байланысты болады. Электрлік машинаның жұмысында бұл шығындар тек айналу жиілігіне ғана байланысты болады және жүктемеден байланысты емес. Айгөлектердегі шығындар  мұнда:  - үйкеліс коэффициенті;  - айгөлектегі қысым; - білі мойнының айналу жиілігі. Щетканың үйкелісіне деген шығын  мұнда:  - щеткаға деген меншікті қысым;  - барлық щеткалардың түйіспелік беті;  - коллектордың бойлық жылдамдығы. Желдеткішке деген шығын  машинаның конструкциясына және желдету түріне байланысты. Желдеткіші орнатылған өзін-өзі желдететін машиналардағы желдеткішке деген шығын  мұнда  - коэффициент;  - желдетілетін ауаның саны,   - желдеткіштің айналу жылдамдығы,  Жалпы механикалық шығындар  Бос жүріс кезіндегі магниттік және механикалық шығындардың қосындысы

       Қосымша шығындар.

       Қосымша шығындар ескерілуі өте қиын – бұл зәкір айналғанда және оның тістілігіне негізделген полюстердің ұшында, зәкір болатындағы зәкір реакциясынан негізгі өрістің бұрмалануы және т.б. салдарынан пайда болатын шығындар. Сондықтан компенсациялау орамасы жоқ машиналарда пайдалы қуаттан   тең шығын генераторлар үшін немесе  келтірілген қуаттан   қозғалтқыштар үшін қабылданады. Компенсациялау орамасы бар машиналарда қосымша шығынның шамасы  тең деп қабылданады.

 

       8.2 Пайдалы әсер коэффициенті

 

       Машинадағы шығынды біле отырып, машинаның пайдалы әсер коэффициентін (ПӘК) анықтауға болады. Біз білетіндей генераторлар үшін ПӘК электрлік пайдалы қуаттың білікке деген механикалық қуатқа қатынасымен көрсетіледі,  Бұл  мұнда  - машинадағы барлық шығындардың қосындысы; генераторлар үшін  - генератордың сығымдау ұшындағы кернеу;  - желімен берілетін ток. Онда генератор үшін

                                                                (8.4)

       Қозғалтқыштарды келтірілген қуат  мұнда - қозғалтқыштың сығымдау ұшындағы кернеу,  - қозғалтқышпен тұтынылатын ток. Онда қозғалтқыш үшін

                                                                        (8.5)

       Өйткені машинаның ПӘК шығындардың қосындысына байланысты, онда ол – жүктемеге байланысты тұрақты шама. Машинаның бос жүріс кезінде пайдалы қуат нөлге тең,  Жүктемені өсірген сайын машинаның ПӘК тез жоғарлайды. Жүктелген кезде, яғни тұрақты шығындар айнымалыға тең болғанда, ол  ең үлкен мәнге  тең. Артық жүктелудің нәтижесінен зәкір тізбегіндегі кедергілердегі шығындардың өсуінен ПӘК қайтадан төмендейді. 8.1 суретте  және  болғандағы машинаның ПӘК көрсетілген. Қазіргі кездегі машиналар жоғарғы ПӘК ие. Қуаты 10 кВт болатын тұрақты токтағы машиналар үшін  қуаты 100 кВт  қуаты 1000 кВт  Қуаты аз машиналарда ПӘК аз мәнге ие, мысалға 10 Вт қозғалтқыштар үшін

 

 

 

 

 

 

8.1 сурет - ПӘК жүктемеден тәуелділігі

 

       ПӘК анықтаудағы қолданылатын тәжірибелік әдіс тікелей және жанама болып бөлінеді. ПӘК тікелей анықтауда бірқатар әдістер бар, эксперименттік түрде  және

       а) қозғалтқыш-генератор әдісі, бірдей екі машина бір білікке жалғанады, біреуі қозғалтқыш ретінде, ал екіншісі генератор болып жұмыс істейді;

       б) жүктелген машина әдісі, сыналатын машина қозғалтқыш ретінде жүктелген машинаны айналысқа келтіреді;

       в) қозғалтқыш әдісі, бұнда сыналатын машина қозғалтқыш режімінде жұмыс істейді. Тікелей әдіспен ПӘК анықтауда айтарлықтай дұрыс емес көрсеткіш береді, біріншіден,  және  шамалары жақын болады және екіншіден, оларды экспериментті түрде анықтау белгілі қателіктермен байланысты. Сондықтан Мемст 11828-72  машиналар үшін ПӘК анықтау үшін жанама әдісті қолдану көрсетілген, эксперименттік берілгендермен шығындардың суммасы  анықталады.

 

       9 Тұрақты токтағы арнайы машиналар

 

       9.1 Электрмашиналық күшейткіштер

 

       Қазіргі кезде өндірістік құрылғыларда үздіксіз автоматты реттеудің және басқарудың жүйесі кеңінен қолданылады. Бұл жүйенің негізгі элементтерінің бірі – қуатты күшейткіш. Әр түрдегі күшейткіштер бар: электронды, электрмагниттік және электрмашиналық. Сонғысы арнайы электрлік машиналық генераторларда, оларды электр қозғалтқыштың жетегімен айналысқа  келтіріледі. Бұл машиналар аз қуаттағы басқаруда, қозғалтқыштың жетегімен алынатын қуаттың негізінде шығысында жеткілікті қуат алуға мүмкіндік береді. Электрлік машиналардың күшейткіштерінің (ЭМК) ең негізгі сипаттамалары ретінде шығысындағы қуаттың  басқару қуатына қатынасына тең  қуатты күшейту коэффициенті болып табылады

                                                                                                            (9.1)

       Реттеу жүйесіндегі негізгі талаптар – басқаруға берілетін сигналдың ең аз уақыты, бірақ ЭМК  қоздыру ағынымен негізделген электрмагниттік инерцияға ие. ЭМК жылдам әрекеті ораманың электрмагниттік тұрақты уақытымен анықталады

                                                                                                               (9.2)

мұнда  және  - басқару орамасының индуктивті және активті кедергісі.

       Күшейту коэффициентін жоғарлатқан сайын күшейткіштің тұрақты уақыты да жоғарлайды. Жаймалау (добротности) коэффициенті бойынша әр түрдегі  және  күшейткіштер теңестіріледі

                                                                                                             (9.3)

және оларды бір баспалдақты деп атайды. Көп баспалдақты күшейткіштерде қуатты тізбектелген көп ретті күшейту жүреді. ЭМК қоздыру әдісіне қарай бойлық және көлденең болып ажыратылады. Өрісті бойлық күшейткіштерде негізгі қоздыру ағыны машинаның бойлық осімен бағытталған.

       Бойлық ағыны бар конструктивтілігі бір сатылы ЭМК 9.1, а сурет, басқару орамасы (БО) деп аталатын тәуелсіз қоздырудағы бір орамасы бар параллель қоздырудағы генераторды көрсетеді. Өзін-өзі қоздыру тізбегі қоздыру өзін-өзі орамасымен (ӨҚ) реттелген жағдайда критикалыққа тең болады немесе өзін-өзі қоздыру үрдісі пайда болу жағдайында одан бірнеше есе асады. Сонымен қатар күшейткіштің шығысындағы кернеу, өзін-өзі қоздыру генераторы секілді нөлге тең, өйткені  вольтамперлік сипаттамасы   бос жүрістің сипаттамасын  координатаның басында кеседі  9.1, б сурет. Егер қоздыру орамасымен  белгілі бір токты жіберсе, онда оның магниттелу күшінің әсерінен генератор бос жүріс сипаттамасының  нүктесіне дейін тез өзін-өзі қоздырады.

 

 

9.1 сурет - Электрлік машинаның бойлық ағыны () бар күшейткіші және оның бос жүрістегі сипаттамасы ()

 

Сонымен қатар  жағдайында орын алады. Электрлік машинаның көлденең ағындағы күшейткіштері ең кең таралған, негізінен оларды айқын емес полюстерден  жасалады. Тұрақты токтағы жай машиналарда зәкірдің көлденең реакциясы негізгі полюстердің өрісін бұрмалайды және коммутацияны жиі бұзады, сондықтан зәкірдің көлденең реакциясын әлсірету үшін шаралар қабылдануда. Көлденең өрісті ЭМК зәкірдің реакциясының көлденең ағыны ЭҚК алу үшін пайдаланылады. Осы мақсатта коллекторға қосымша қос тік щеткаларды   олардың осьтері негізгі көлденең  щеткаларға перпендикулярлы түрде орнатылады 9.2 сурет.

 

 9.2 сурет - Көлденең ағынды ЭМК                     9.3 сурет - ЭМК сыртқы

орамасының жалғану сұлбасы                           сипаттамасы

 

       Басқару орамасына кіріс сигналдары берілгеннен кейін, осы орамалардың токтары   магниттеуші күшін және ағынын  туғызады, олар қысқа тұйықталған щеткалардың  көлденең осі бағытында әсер етеді. Бұл салыстырмалы түрдегі көп емес ағынды кескенде зәкір орамасында ЭҚК индукцияланады, соның әсерінен  тогы пайда болады. Бұл күшейтудің бірінші сатысы, яғни бұл деген қысқа тұйықталу режімінде жұмыс істейтін тәуелсіз қоздырудағы генератор болып табылады.  тогы зәкір реакциясының  көлденең ағынын туғызады, олар көлденең щеткалардың 1 осі бойымен және тік щеткалардың 2 осіне перпендикулярлы бағытталған.  ағынның әсерінен зәкір орамасында пайда болған ЭҚК щеткалардың 2 арасына беріледі. Егер осы щеткаларға жүктеме жалғанған болса, онда тік щеткалардың 1 тізбегінде жүктемелік ток пайда болады  Демек, ЭМУ күшейтудің екіншісі сатысы – көлденең және бойлық щеткалары. Жүктемелік ток  зәкірдің реакциясына бойлық ағын туғызады, олардың бағыттары тік щеткалардың осіне сәйкес келеді және басқару орамасына ағынына  қатысты қарсы болып табылады. Егер  ағынын компенсациялау шаралары қарастырылмаса машина магнитсізденіп қалуы мүмкін және жұмыстық қабілеттілігін жоғалтады. Сондықтан ЭМК станинасына міндетті түрде компенсациялық орама төселеді, оның  ағыны  ағынына қарсы бағытталған. Компенсациялау тура реттелуін компенсациялық орамаға параллель жалғанған  реостатпен іске асырылады. Негізгі ток  өтетін тік шеткалардағы , коммутацияны жақсарту үшін қосымша полюстер орнатылады.

       Күшейткіштің магниттік тізбегі қанықпаған болса, кернеу  жүктеме тогының сызықтық функциясы болып табылады, ЭМК сыртқы сипаттамасы түзу сызықты көрсетеді 9.3 сурет. Зәкір реакциясының компенсациялануы жеткіліксіз болса, жүктемені өсіргенде күшейткіштің кернеуі түседі (1 қисық). Толық компенсацияланған кезде зәкірдегі кернеудің түсуіне байланысты ЭМК кернеуі аз ғана өзгереді ( қисық). Артық компенсацияланған кезде ( қисық) күшейткіштің өзін-өзі қоздырудың, басқару орамасындағы токтың тұрақтылығы кезінде кедергінің өсуімен түсіндіріледі. ЭМК жалпы күшейту коэффициенті, көлденең ағыны  шектерінде болады, кейде  жетеді.

 

       9.2 Зәкірінде ойығы жоқ тұрақты токтағы машина

 

       Қазіргі кездегі автоматты реттеудегі жүйе орындаушы тұрақты токтағы қозғалтқыштардың әрекет ету жылдамдығына, айналу жиілігін реттеудегі максималды дәлдігіне, жоғарғы коммутациялық сенімділігне қатаң талап қояды. Соңғы уақытта пайда болған қозғалтқыштарда, олардың зәкір орамасын ойықтарға орналастырмайды, ал тікелей зәкірдің өзекшесіне орнатылады. Тегіс зәкірі бар машиналар келесі ерекшеліктерге ие: зәкір орамасы салыстырмалы түрде паздарға төселген орамаға қарағанда индуктивтілігі аз болады, тістердің болмауы ауа саңылауындағы магниттік индукциясын жоғарлатуға мүмкіндік береді. Ораманың индуктивтілігін төмендету коммутациялау секциясындағы реактивті ЭҚК төмендетеді. Машинаның магниттік тізбегіндегі салыстырмалы түрде магниттелмеген телімнің үлкендігі зәкірдің реакциясын азайтады, сондықтан тегіс беттегі зәкірі бар машиналардың айналу жиілігінің түзу сызықты тұрақты сипаттамасына және артық жүктеме кезіндегі моменттің зәкір тогына деген түзу сызықты тәуелділігіне ие. Сонымен қатар қозғалтқыштың тістерінің болмауынан негізгі магнит ағынында бүлкілдеулер (пульсациялар) болмайды, бұл деген электр қозғалтқыштарды эксплуатациялауда өте маңызды болып табылады.  

 

 

 

 

 

  

9.4 сурет - Орама төселгенге дейін тегіс зәкір пластмассалық сегменттерімен

 

       Тегіс зәкірді пайдалану аз қуаттағы машиналарға, яғни олардың сипаттамасын жақсартумен негізделеді, ал үлкен қуаттағы машиналарда – коммутациялау сенімділігін жеткілікті қамтамасыз етіп және коллектордағы потенциалдарды таралуын жақсартады.

       Зәкір орамасы тікелей оқшауланған өзекшеге, болмаса пластмассаның қабатына бекітіледі.

       Бірінші жағдайда оқшауланған өзекшеге эпоксидті смоламен сіңдірілген секцияның зәкір орамасы төселеді, оларды шыны таспа бандаждың көмегімен бекітіледі. Екінші жағдайда зәкір өзекшесінің тегіс бетіне пластмассалық сегменттерде орнатылады, олардың ойықтарына орамалар төселеді 9.4 сурет. Ең негізгі проблемалардың бірі тегіс зәкірдегі машиналарды жасағанда пайда болады, үлкен магниттеуші күшімен қамтамасыз ететін қоздыру орамасын жасағанда шектелген габариттеріне байланысты. Бұндай қозғалтқыштарды айналу жиілігінде және жүктемелері кең реттеуде жұмыс істейтін жетектерді (илемдеу стандарында, көтеру транспорттық құрылғыларда) пайдаланылады.

 

       9.3 Униполярлы машиналар

 

       Униполярлы машиналар төменгі кернеуде (мысалға, электролизді құрылғыларда) үлкен тұрақты токты (500000 А дейін) алуға мүмкіндік береді. Униполярлы генератордың сұлбаларының біреуі 9.5 суретте көрсетілген.

       Массивті болат ротор 1 қоздыру орамасының 2 сақиналық қозғалмайтын шарғысымен тудырылатын магниттік өрісте айналады. Негізгі магнит ағыны  машинаның орталық активті бөлігінің барлық айналасында бірдей полярлықта болады, осыған байланысты машинаның аты қойылған. Ротордың орамындағы индукцияланатын өзекшелерінде, оның ЭҚК магнит өрісінде айналғанда  сол сияқты барлық шеңбері бойында бірдей бағытта болады. Ротордағы ток қозғалмайтын щеткалар 3 арқылы түсіріледі. Униполярлы генераторларды пайдалану токтарды қайтарудың қиындығына байланысты шектелген, өйткені щеткалық аппарат үлкен болып кетеді. Қазіргі уақытта ротордағы токтарды қайтаруда сұйық металдарды (сынап, натрий) пайдаланылады.

 

 

 

 

 

 

 

9.5 сурет - Униполярлы генератор

 

       Униполярлы индукция магнитті гидродинамикалық (МГД) генераторларда қозғалмалы өткізгіш орнына плазма деп аталатын иондалған газдардың ағыны қолданылады.

 

       9.4 Орындаушы қозғалтқыштар

 

       Автоматты басқару жүйесінде және әртүрлі автоматты құрылғыларды реттеуде пайдаланылатын қозғалтқыштарды орындаушы қозғалтқыштар деп аталады, олар сәйкес реттелетін немесе басқаратын апаратқа әсер ететін механикалық ығысуын (айналуын) қандай да бір өлшеу орнынан немесе датчиктен алынатын электрлік сигналды (басқару кернеуін) түрлендіруге арналған. Егер орындаушы қозғалтқыштарды басқару сигналының кернеуі және қуаты аз болса, онда аралық қуатты күшейткіштер (магнитті немесе электронды) пайдаланылады. Орындаушы қозғалтқыштардың, негізінен, қуаты аз  Вт-қа дейін. Бұл қозғалтқыштарға жұмыс дәлдігіне және жылдамдығына байланысты талаптар қойылады: моменттің және айналу жиілігінің  кернеудің сигналына (басқаруына) байланысты тәуелділігі мүмкін болғанша түзу болғаны дұрыс.

       9.6 суретте печатталған зәкір орамасындағы тұрақты токтағы орындаушы қозғалтқыш көрсетілген. Бұл қозғалтқыштың зәкірі материалы магнитті емес (текстолит, шыны және т.б.) жұқа түрдегі дискіден 5, жұқа түрдегі дискіден 5, екі жағын печатты түрде зәкір 8 орамасының өткізгіштері жабыстырылған. Бұл қозғалтқыштың жұмыс принципі зәкірі цилиндрлік қозғалтқыштардікі сияқты. Қозғалтқышты желіге қосқанда зәкір орамасындағы ток, қозғалтқыш статорында орналасқан тұрақты магниттерімен 2 қоздырылатын магнит өрісімен және зәкірдің пластмассалық дискінің бір жағындағы өзінің полюстік ұштарымен 3 әрекеттеседі.

       Дискінің басқа жағында ферромагнитті материалдағы 4 сақина орналасады. Бұл сақина жай қимадағы қозғалтқыштардың зәкірінің функциясы сияқты жұмысты орындайды, машинаның магниттік жүйесінің элементі болып табылады, олар арқылы негізігі магнит ағыны тұйықталады.

      

9.6 сурет - Печатталған орамасы бар тұрақты токтағы қозғалтқыштың қимасы

 

 

 

 

       Қозғалтқыштың зәкірі білікке 6 втулкасымен 7 бекітіледі.

       Қозғалтқышты желіге қосу щетка ұстағыштың 1 щеткалы түйіспесі арқылы іске асырылады. Өйткені печатты ораманың секциясы бар тарамды, ал орамадағы секциялардың саны дискі бетінің ауданына байланысты шектелген, онда орамасы печатты қозғалтқышты, негізінен, төменгі кернеудегі желіге орындалады.

 

       9.5 Тахогенераторлар

 

       Тахогенераторлар деп генераторлық режімде жұмыс істейтін және айналу жиілігіне пропорционалды электрлік сигналдарына түрлендіру үшін қызмет ететін электрлік микромашинаны айтады. Сонымен қатар түрлендірудің пропорционалдығы тахогенераторлардың шығу сипаттамасының түрімен, кіру шамасының (біліктің айналу жиілігі ) және шығыс (ораманың шығысындағы кернеу ) арасындағы тәуелділікпен анықталады. Көптеген тахогенераторлар, негізінен,  болатын тәуелсіз қоздырудағы немесе олардың  тұрақты магниттердегі тұрақты токтағы машинаның қимасына ие. Магнит ағынының тұрақтылығында  генератордың ЭҚК,  мұнда  - генератордың зәкір тогы;  - генератор қосылған сыртқы тізбектің кедергісі. Сонымен қатар,  жүктеме және зәкір тізбегі кедергісінің тұрақтылығында генератордың кернеуімен және зәкірдің айналу жиілігі аралығында пропорционалдық сақталады.

       9.7 суретте  бірнеше мәніне деген тахогенератордың сипаттамасы келтірілген. Зәкір тогының өсуіне қарай зәкір реакциясының магнитсіздену әрекеттері пайда бола бастайды. Магнит ағынының шамасы азаяды және тахогенератордың сипаттамасы түзу сызықтан төмен ауытқиды. Ішкі кедергісі үлкен өлшеу аспаптарын пайдалану шығысындағы сипаттамалардың түзулігін азайтады.

 

 

 

9.7 сурет -Тахогенератордың сипаттамалары

 

       Тахогенератордың маңызды көрсеткіші – шығыс сипаттамасының тіктілігі, ол деген шығыс кернеуін айналу жиілігіне қатынасын көрсетеді  мұнда - шығыс кернеуі,   - айналу жиілігі. Тахогенераторлардың жұмыс істеу үрдісінде шығысындағы тік сипаттамасы қоздыру орамасының температурасынан және түйіспелі щеткадағы өтпелі кернеудің түсуінен өзгеруі мүмкін.

      

       9.6 Тарту электрқозғалтқыштары

 

       Тарту электрқозғалтқыштары әртүрлі қалалық, қаланың сыртындағы және магистралды электрлік темір жолдардағы, судағы, зауыт ішіндегі, кен қазу транспортарында және т.б. транспортардағы қозғалмалы құраманы қозғалысқа келтіреді. Осыған байланысты тұрақты токтағы тарту қозғалтқыштарды әртүрлі қуатқа және кернеуге жасайды. Стационар типтегі машиналарға қарағанда тарту қозғалтқыштарының жұмыс жағдайы өте ауыр, өйткені қозғалтқыштардың габариті жүретін дөңгелектердің диаметріне және еніне байланысты шектелген.

       Қозғалтқыштың жұмысы жиі қосылу, қозғалтатын құраманы тез қозғалтып жылдамдататын және қозғалтқыштың ұшындағы кернеудің, токтың және айналу жиілігінің тез өзгеру жағдайларына өтеді.

       Бүлкілдеу тогындағы тарту қозғалтқыштары.

       Бұл қозғалтқыштардың ерекшеліктері мынада: оларды желіден кремний диодындағы блокты түзеткіштер арқылы қоректендіреді. Бүлкілдеу тогының шамасын бүлкілдеу коэффициентімен анықталады  Бүлкілдеу тогындағы электрқоз-ғалтқыштың негізгі кемшілігі болып коллектордағы кернеудің потенциалдық жағдайы, оның бойында айналмалы отты туғызады.

 

Әдебиеттер тізімі 

1.   Вольдек А.И. Электрические машины. -Л-д: Энергия, 1985.-380 с.

2.    Костенко М.П., Пиотровский Л.М.Электрические машины.-Изд.2-е.-Л-д: Энергия, 1964.-548 с.

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

4.     Копылов И.П. Электромеханика планеты земля. -М.: МЭИ, 1998.

5.    Токарев Б.Ф. Электрические машины. -М.: Энергоатомиздат,1990.   -200 с.

6.      Сипайлов Г.А., Кононенко Е.В., Хорьков К.А. Электрические машины. -М.: Высш. Шк.,1987.-243 с.

7.      Копылов И.П. Электрические машины.- М.: Логос, 2000. -606 с.