Қазақстан Республикасы білім жӘне ғылым министрлігі

 

Алматы энергетика және байланыс институты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ж.Х. Амиров

 

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА ЖӘНЕ ЭЛЕКТРОНИКА

Оқу құралы

 

 

 

 

 

Алматы 2005

УДК

Электротехника және электроника

Оқу құралы /Ж. Қ. Амиров;

АЭжБИ. Алматы, 2005- 87б.

 

 

 

 

 

«Электротехника және электроника» оқу құралдың міндеті - студенттерге дербес дайындалу және есептеу-графикалық жұмыстарды орындау кездерінде көмек беру. Оқу құралдың бөлімдерінде: трансформаторлардың, тұрақты және айнымалы токтың электр машиналарының ішіндегі физикалық құбылыстар, құрылыстар және жұмыс істеу принциптері, тұрақты және өтпелі жұмыс ережелері, негізгі сипаттамалары қаралады.

Оқу құрал оқудың барлық түрлеріндегі АЭС, ТЭС, ТВТ, ПТЭ, АТТП, ЭМ мамандықтардағы студенттерге арналған.

Кесте,  Без.,  Библиогр.,  атау

 

 

 

 

 

 

 

 

ПІКІР БЕРУШІ: ААА-сының электротехника және радиотехника кафедрасының меңгерушісі техн. ғыл. канд., профессор Ұ.И. Медеуов.

 

 

 

 

 

 

Қазақстан Республикасы Білім және Ғылым министрлігі 2005 жылғы баспа жоспары бойынша басылады.

 

 

ISBN 9965-494-85-1

 

 

 

 ãАлматы энергетика және байланыс институты, 2005ж.

 

Мазмұны

Кіріспе

10 Трансформаторлар

10.1 Трансформатордың жүктемелік қабілеті, қолдану салалары және құрылымдық элементтері.....6

11 Трансформатор жұмысының физикалық негіздері

11.1Электр және магнит қозғаушы күштердің теңдеулері.........………………………………………..7

11.2 Трансформатордың алмастыру сұлбасы және векторлық диаграммасы………………………….11

11.3 Екіншілік кернеудің өзгеруі және сыртқы сипаттамалары................…........……………………..12

11.4 Трансформатордың пайдалы әрекет еселеуіші (ПӘЕ)........................….......……………………...14

12 Үшфазалы трансформатор

12.1Үшфазалы токтарды түрлендіру........................................................…...………………………….16

12.2Трансформаторлардың  жалғану топтары...............................................…………………………..19

13. Трансформаторлардың параллельді жұмысы және кернеулерін реттеу

13.1 Трансформаторлардың параллельді жұмыс істеу шарттары................……………………………20

13.2 Трансформаторлардың кернеулерін реттеу.............................21

14 Асинхронды машиналар

14.1 Асинхронды машинаның құрылысы және қозғалысқа келу принципі………………..23

14.2 Сырғанау, ЭҚК-тің жиілігі, ротор орамасыныңкедергілері...........23

14.3 Асинхронды қозғалтқыштың алмасу жалғамасы және векторлық диаграммасы........24

14.4 Асинхронды қозғалтқыштың қуаттары және иінкүштері……………………………26

14.5 Асинхронды қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамалары.…………………….30

15 Асинхронды қозғалтқышты жіберу

15.1 Фазалы роторы бар асинхронды қозғалтқышты орнынан жіберу........31

15.2 Роторы қысқа тұйықталған асинхронды қозғалтқышты орнынан жіберу..............32

15.3 Жіберу сипаттамалары жақсартылған асинхронды қозғалтқыштар....……………34

16 Асинхронды қозғалтқыштың айналу жиілігін реттеу

16.1 Айналу жиілікті реттеудің әдістері...........37

16.2 Электр желінің жиілігін өзгерту арқылы ротордың айналу жиілігін реттеу...................37

16.3 Статордың орамасының полюстер санын өзгерту арқылы ротордың айналу жиілігін реттеу.......38

16.4 Тайғанауды өзгертіп ротордың айналу жиілігін реттеу.......................39

17 Синхронды машиналар

17.1 Синхронды машиналардың магнит өрістері және параметрлері……………………40

18 Симметриялық жүктеме кезде синхронды генреатордың жұмысы

18.1 Синхронды генератордың векторлық диаграммасы..............................…………………………….46

18.2 Бос жүріс және қысқа тұйықталу тәжірбелері....................................49

18.3 Синхронды машинаның шығындары және пайдалы әрекет еселеуіші...………51

19 Синхронды генератордың параллельді жұмыс істеуі

19.1 Генераторлардың параллельді жұмысқа қосу......................52

19.2 Генератордың қуаты, электромагниттік иінкүші және бұрыштық мінездемелері.............54

20 Синхронды қозғалтқыштар

20.1 Синхронды қозғалтқыштың жұмыс істеу принципі..............................56

20.2 Синхронды қозғалтқышты жұмыс сипаттамалары.............................57

20.3 Синхронды қозғалтқышты орнынан жіберу.......................................58

21. Жартылай өткізгішті аспаптар

21.1 Жартылай өткізгішті аспаптарды топтастыру.......................................60

21.2 Жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі...............................60

21.3 Жартылай өткізгішті диод.................................................................64

21.4 Екіполярлы торанзисторлар.....................................................68

21.5 Тиристорлар........................................................72

22. Электронды түзеткіштер

22.1 Түзеткіштер тұралы негізгі мәлімектер................75

22.2 Бір жартыпериодты түзеткіш.....................76

22.3 Екі жартыпериодты түзеткіш............................................…77

22.4 Үш фазалы түзеткіш............................................78

22.5 Тиристорлы түзеткіш. Кернеу тұрақтандырғыш..............................79

22.6 Тегістеуші сүзгіштер...........................................80

23.Күшейткішті каскадтар

23.1 Жалпы мағлұматтар...........................................82

23.2 Төменгі жиілікті күшейткіш...................................................83

 

 

 

 

 

 

 

Пайдаланған әдебиеттер тізімі

 

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

2. Важнов А.И. Электрические машины. –Л.: Энергия, 1989.

3. Каумин М.М. Электричекие машины. –М.: Высшая школа, 2002.

4. Иванов – Смоленский А.В. Электрические машины. –М.: Энергия, 1980.

5. Осин Л.И.,Шакарян Ю.Г. Электрические машины. –М.: Высшая школа,

1990.

6. Әміров Ж.Қ. Электротехника және электроника. – Алматы, АэжБИ, 2003.

7. Герасимов В.Г. основы прмышленной электроники. – М.: Высшая школа, 1978.

8. Исаков Ю.А. Основы промышленной электроники. – Киев: Техника, 1976.

9. Качанов И.А. Промышленная электроника.- М.: Высшая школа, 1969.

Кіріспе

Тұрақты және айнымалы токтың тізбектері бірінші бөлімде қаралған

«Электротехника және электроника» пәнінің екінші бөлімі электр машиналарға және электрониканың негіздеріне арналған.

Электр машиналар және трансформаторлар электр энергияны өңдеуге, таратуда және энергияның басқа түрлеріне түрленуіне негізгі орын алады.

Электр машиналардың артықшылықтары – электр энергияны түрлендіру арқылы алыс аралыққа жеткізу және электр жетегі арқылы механикалық энергияға түрлендіріп қондырғылардың жұмыстарын қамтамасыздандыру.

Оқу құралда трансфарматорлардың айнымалы токтардың электр машиналардың ішінлегі физикалық құбылыстар, олардың құрылысы және әрекет принциптері, тұрақты және өтпелі ережелері, негізгі сипаттамалары қаралған.

Оқу құралдың міндеті – «Электротехника және электроника» курсы жалпы техникалық тәртібі студенттерге дербес дайындалу кезінде көмек беру.

 

 

 

Трансформаторлар және электр машиналар

 

10 Трансформаторлар

 

10.1 Трансформатордың жүктемелік қабілеті, қолдану салалары және құрылымдық элементтері.

Электромагниттік индукция құбылысы арқылы бір кернеудегі айнымалы токты сол жиіліктегі екінші кернеуге өзгертуге арналған бір немесе одан да көп индуктивтік байланысқан орамалары бар статикалық электромагнит құрылғыны трансформатор деп атайды.

Трансформаторларды келесі мақсаттарға кең қолданады:

 1. Электр энергияны тұтынушыларға жеткізіп және оны олардың арасында таратып беруге.

Алыс қашықтыққа энергияны жеткізуге жоғары кернеу кезінде тиімді болады, өйткені бұл кезде энергияны жеткізу жолдарында электр шығындар азаяды. Мысалы, қуаты 10 МВт-қа тең энергияны 100 шақырым қашықтыққа жеткізу үшін кернеудің шамасы 500 кВ-қа тең болу керек. Сол себептен электр станцияларда кернеудің шамасын жоғарлататын трансформаторлар орнатылады. Қазіргі уақытта жоғары вольтты электрлік береліс желілерде кернеуі 330, 500, 750 кВ, қуаты 1200-1600 МВ*А-ге тең трансформаторлар қолданады.

Қалаларда және ауылды жерлерде, кәсіпорында және олардың ішінде электр энергия кернеулері 110, 35, 10 және 6 кВ-ға тең ауа және кабель желілер арқылы таратылады.

Айнымалы ток тұтынушылардың көпшілігі 220, 380 және 600 В кернеулермен жұмыс істейтіндіктен электр энергия пайдалану орында төмендетуіш трансформаторлар орнатылады. Сонымен, электр энергияны электр станциядан тұтынушыларға жеткізу үшін трансформаторлар арқылы кернеу бірнеше рет (3-5 рет) түрлендіріледі.

2. Әртүрлі технологиялық мақсаттар үшін. Мысалы, электр дәнекерлеуге (балқытып біріктіруге), электр-жылулық пештерді электр энергиямен қамтамасыз етуге, т.с.с. Мұндай трансформаторлардың қуаты бірнеше мың киловольт-амперге, ал кернеулері 10 кВ-ге жетеді.

3. Радио және телевизиялық аспаптардың әртүрлі тізбектерін электр энергиямен қамтамасыз етуге.

4. Жоғары кернеулі және күшті токты тізбектерге өлшеуіш аспаптарды қосу үшін. Мұндай трасформаторлар (өлшеуіш трансформаторлар) өлшеуіш шегін ұлғайтады және электр қауіпсіздікті қамтамасыз етеді.

Өнеркәсіп күштік трансформаторлар 8 топқа бөлінеді. Мысалы, қуаты 100 кВ*А-ге дейін бірінші топқа, қуаты 160-тан 630 кВ*А-ге дейін – екінші топқа және т.с.с.

Трансформатордың активтік бөліктері-магнит өткізгіш және орамалар.

Гистерезиске шығындарды азайту үшін магнит өткізгішті магниттеудің тұзағы жіңішке трансформаторлық болаттан өңдейді. Құйынды токтан шығындарда азайту үшін магнит өткізгіштің затына электр кедергіні үлкейтетін кремнийдің қоспасын енгізеді және магнит өткізгішті қалыңдығы 0.35-0.5 мм бөлек электротехникалық болат жапырақтан (аралары бір-бірінен жылулыққа берік лакпен немесе арнайы қағазбен оқшауланған) жинайды.

Трансформатордың орамалары мыс сымнан істеп шығарады да бір немесе әртүрлі оқтамаларда орнатады.

Көріктендіру тораптың кернеуін келіп қосатын орама біріншілік деп; ал жүктеме қосылатын орама-екіншілік деп аталады.

Трансформатор жұмыс істеп тұрғанда орамалардағы токтардың әсерімен және магнит өткізгішті қайта-қайта магниттеумен құйын токтардың әсерімен жылылық шығады да трасформатордың бөліктерін қыздырады.

Қуаты шамалы (10 кВ*А-ге дейін) трансформаторлар ауамен салқындатылады, оларды құрғақ деп атайды. Қуаты жоғары трансформаторлар маймен салқындатылады. Магнит өткізгіш, оның үстіндегі орнатылған орамалармен, трансформаторлы (минералды) маймен толтырылған сауытқа орнатады. Май жылылықты конвекциямен апарып тастаумен бірге жақсы оқшаулағыш болады.

 

11 Трансформатор жұмысының физикалық негіздері

 

11.1 Электр және магнит қозғаушы күштердің теңдеулері

Трансформатордың жұмысы орамалардың электр қозғаушы күштерінің (ЭҚК) және магнит қозғаушы күштерінің (МҚК) теңдеулеріне негізделеді.

Трансформатордың орамаларында негізгі магнит ағын Ф мынадай ЭҚК-терді тудырады

                                                                                 (11.1)                                              

Магнит ағын уақыт бойынша синусоидалы функция болады, яғни .

Магнит ағынның мәнін (2.1) теңдеуге қойып, дифференциалдаудан кейін табамыз

       

                                                      (11.2)                                    

ЭҚК-тің максималді (амплитудалық) мәндері  және .

Е1m –ді және Е2m-ді  бөліп, бұрыштық жиіліктін мәнін  тең деп алып, (11.2) теңдеулерге қойып табамыз

                                  және                            (11.3)

Жоғары кернеулі ораманың ЭҚК-інің төмен кернеулі ораманың ЭҚК-іне қатынасы трансформация коэффициенті деп аталады

                                                                                                    (11.4)

 

I1 және I2 токтары Фm негізгі магнит ағынмен қоса сейілу Фс1 және Фс2 магнит ағындарды тудырады.

Сейілу ағындар энергия берілісіне қатыспайды, бірақ та орамаларда индукцияның ЭҚК-терін  және  тудырады.

Сейілу ағындар ауа арқылы таралып тұйықталатындықтан олар орамалардағы сәйкес токтарға пропорционалды

                                           және                                      (11.5)

ЭҚК-тердің векторлары  және  сәйкес токтардан және ағындаудан 900С қалып отырғандықтан

                                       және                                    (11.6)                                     

Сонымен, трансформатордың әрбір орамасында негізгі ЭҚК-пен бірге сейілу ЭҚК индукцияланады.

Біріншілік орамадағы ЭҚК  кернеу  қарсы бағытталған, яғни онымен қарсы фазада болады. Трансформатордың біріншілік орамасының электр тепе-теңдік кернеуі тең

                              .           (11.7)

11.1-сурет. Бірфазалы трансформатордың сұлбасы.

11.2-сурет. Бірфазалы трасформатордың бос жүріс (а) және жүктелген (б) ережелерде жұмыс істеуі.

 

Екіншілік ораманың тоғы ЭҚК е2-нің шамасына тәуелді. Бұл ЭҚК е2 екіншілік ораманың қысқыштарындағы U2 кернеуді тудыруға және сейілу ес2 ЭҚК-ті кедергі R2-де кернеу түсуін теңгеруге жұмсалады.

Трансформатордың екіншілік орамасының ЭҚК-нің комплекстік теңдеуі мынадай болады

 немесе

                                          (11.8)

Бос жүріс ережеде екіншілік ораманың тізбегі ажыратылған күйінде болғандықтан, ток i2=0.

Магнит өткізгіштегі Фm негізгі магнит ағынды бос жүріс магниттік қозғаушы күш I0W1 тудырады. Оның максималды мәні мынаған тең

                                                                                              (11.9)

мұнда  -магнит өткізгіштік кедергісі (l-магнит сызықтың орташа ұзындығы; 

           S-магнит өткізгіштің көлденең кесіндісінің ауданы,

           Гн/м –магнит тұрақтысы).

Трансформатордың екіншілік тізбегіне жүктемені (Zж) тіркеген кезде (2.2 б-сурет) онда ток  пайдалы болады. Соған орай біріншілік орамада ток I0-ден -ге дейін өседі.

Ендігі жағдайда магнит ағын Фm екі МҚК-тер -дің және -нің әрекеттесу нәтижесінде туады, яғни

                                                                                  (11.10)

        

Екінші жақтан, трансформатордың магнит ағыны Фm-ді былай анықтауға болады

немесе  екендігін ескерсек

                                                                                                 (11.11)

 (11.11) теңдеуден магнит ағын Фm-ді жүктемеге тәуелді еместігі көрініп тұр, өйткені f жиілік кернеу U1 өзгерген кезде тұрақты болып қалады.

Бұл тұжырым (11.9) және (11.10) өрнектерін бір-бірімен теңестіруге мүмкіншілік береді

                          немесе  .                 (11.12)

(2.12) өрнегі-магнит қозғаушы күштердің теңдеуі деп аталады.

Бұл теңдеудің екі жағын біріншілік ораманың W1 орам санына бөліп табамыз

 немесе                                                                                                                     

                                                     ,                                                (11.13)

мұнда  -біріншілік ораманың орам санына келтірілген екіншілік ток.

(11.13)-тен шығады

                                                    .                                             (11.14)

Бұл өрнек трансформатор тоқтарының теңдеуі деп аталады.

Трансформациялау коэффициенті үлкен болған кезде біріншілік ораманың параметрлері екіншілік ораманың параметрлерінен біршама өзгеше болады.

Бұл жағдай трансформатордың жұмыс тәртіптерін есептеуге және векторлық диаграммаларын салуда қиыншылық тудырады. Бұл қиыншылықтарды трансформатордың параметрлерін бір орам сандарына келтіруге (көбінесе біріншілік ораманың W1 орам санына келтіреді) арқылы шешуге болады.

Сонымен трансформациялау коэффициенті -ге тең трансформатордың орнына -ге тең балама трансформатор пайдалы болады. Мұндай трансформатор келтірілген деп аталады. Трансформатордың параметрлері келтірілген кезде оның энергетикалық көрсеткіштері: қуаттары, қуат шығындары және параметрлер арасындағы фазалық ығысулар өзгермеу керек, яғни нақтылы трансформатордағыдай болуы керек.

Нақты трансформатормен келтірілген трансформатордың электромагниттік қуаттардың теңдігінен () шығады . Енді келтірілген токтың  мәнін қойсақ, табылады

                                                  .                                          (11.15)

Екіншілік ораманың келтірілген кернеуі осыған ұқсас табылады

                                                                                                       (11.16)

Екіншілік ораманың активтік кедергісіндегі шығындардың теңдігінен  шығады

                                                         (11.17)

Екіншілік ораманың келтірілген реактивтік және толық кедергілері ұқсас табылады

 және

Келтірілген трансформатордың ЭҚК-терінің және токтардың теңдеулері

                                                          (11.18)

11.2 Трансформатордың алмастыру сұлбасы және векторлық диаграммасы.

Бірінші және екіншілік тізбектердің магнит байланысын электр байланыспен ауыстыратын келтірілген трансформатордың алмастыру сұлбасы электромагниттік процестерді және есептеуге, яғни токтарды, желіден тұтынатын қуатты, қуат шығындарды анықтауға жеңілдік беретін әдіс деп тануға болады.

11.3-сурет. Келтірілген трансформатор: а) баламалы сұлбасы; б) алмастыру сұлбасы.

Келтірілген транформатордың трансформациялау коэффициенті -ге тең, ал сондықтан -ге болғандықтан  және , Х және х нүктелердің потенциалдары бірдей болады; сол себептен бұл нүктелерді электрлік біріктіру арқылы алмастыру сұлбасын құрамыз (11.3, б-сурет).

Бұл схема келтірілген трансформатордың ЭҚК-тердің және токтардың (11.19) теңдеулеріне сәйкес құрылған және үш тармақтың жиынтығы болып табылады: , тоғы -біріншілік тармақ, кедергісі , тоғы -магниттеуші тармақ, кедергісі , тоғы -екіншілік тармақ.

Алмастырма сұлбада  жүктеме кедергінің шамасын өзгерту () арқылы трансформатордың бүкіл жұмыс тәртіптерін қарастыруға болады.

және  параметрлері тұрақты болады; оларды бос жүріс және қысқа тұйықталу тәжірбиелері арқылы табуға болады. Векторлық диаграмма (2.4-сурет) алмастыру сұлбаға және (2.19) теңдеулерге сүйене тұрғызылады; ол арқылы токтардың, ЭҚК-тердің және кернеулердің ара қатынасын көрнекі көруге болады

11.4-сурет. Активті-индуктивтік жүктеме кездегі векторлық диаграмма.

 

11.3 Екіншілік кернеудің өзгеруі және сыртқы сипаттамалар.

Магниттеуші тармақты елемей біріншілік кернеуді анықтаған кездегі қателік 0,1% аспайды (11.5, а-сурет).

Егер де қысқа тұйықтаудың толық кернеуі Uқ және оның активтік және реактивтік құрастырушылары Uқа және Uқр белгілі болса, онда кернеудің толық түсуі және активтікпен реактивтік құрастырушылар былай белгіленеді

мұнда -жүктеу коэффициенті.

Трансформатор кернеуінің жүктемеге тәуелді өзгеру дегеніміз бос жүріс кезіндегі екіншілік кернеудің (U20) мәнінен жүктемеленген кездегі кернеудің (U2) мәнінің алгебралық айырмасының U20 кернеуге пайызбен көрсетілген қатынасы

                                                              (11.20)

Бос жүріс кезінде жүктеме тоғы нөлге тең болғандықтан

                                                                                       (11.21)

11.5-сурет. Трансформатордың  ықшамдалған алмастыру сұлбасы (а) және оның векторлық диаграммасы (б).

Бұрыш  аз болғандықтан (11.5, б-сурет) вектор -дің модулі ретінде оның  вектордың бағытына проекциясын, яғни ОА кесіндісін алуға болады. Онда .

Сонымен, жүктемеге қатысты өзгеруі (%)

   (11.22)

Трансформатордың кернеуінің өзгеруі жүктеме тоғы -ге пропорционалды және жүктеменің сипатына () тәуелді

                                             .                       (11.23)         Трансформатордың сыртқы сипаттамасы деп келтірілген екіншілік кернеудің жүктемеден тәуелділігін айтады, яғни . Оны тұрғызу үшін мына формуланы пайдаланады

                           (11.24)

11.6-сурет. Трансформатордың сыртқы сипаттамасы.

 

Орташа және жоғары қуатты трасформаторларда қысқа тұйықталу кернеуінің реактивтік құрастырушысы активтік құрастырушысынан әлде қайда үлкен болады, сол себептен реактивтік жүктеме активтік жүктемеге қарағанда  кернеудің өзгеруін көбірек туғызады.

Жүктеме коэффициент  тұрақты кезде кернеудің өзгеруі  бұрыш       -нің (яғни -ге) мәніне тәуелді. Активті-реактивтік жүктеме кезінде  өседі де  болғанда максималды мәніне жетеді; активтік-сыйымдылық жүктеме кезінде  кері мәнді болып кетеді (11.7-сурет).

 

11.4 Трансформатордың пайдалы әрекет коэффициенті (еселеуіші):

а) энергетикалық диаграмма. Трансформатор жүктелген кезде оның ішінде қуат (энергия) шығындары пайда болады. Трансформатордың пайдалы әрекет коэффициенті (ПӘК) дегеніміз жүктемеге  берілетін қуаттың тізбекке келіп түсетін  қуатқа қатынасы

                                                    (11.25)

мұнда -трансформатордың қосынды шығындары.

 

11.7-сурет. Трансформатордың энергетикалық диаграммасы.

Біріншілік орамадан екіншілік орамаға энергияны берген кезде біріншілік және екіншілік орамаларда активтік кедергілерде  және  шығындар пайда болады; сонымен бірге магнит өткізгіштің болатында магнит шығын  пайда болады (гистеризистен және құйын токтардан).

       болғандықтан

                                             .                                  (11.26)                   -электромагниттік қуат. Оның мөлшері трансформатордың салмағын және көлемін анықтайды;

б) қуат шығындарын анықтау. Қуат шығындарын бос жүріс және қысқа тұйықталу тәжірибелер арқылы табады.

Ток  шамалы болғандықтан () магнит шығындары трансформатордың бос жүріс тәжірибеде тұтынатын қуатқа тең деп алуға болады, яғни

                                                        .                                                (11.27)

Қосынды электрлік шығындар

                        (11.28)

немесе

                                    ,                          (11.29)

мұнда -қысқа тұйықталу тәжірбие кезде тұтынатын қуат.

Толық шығындар

                                                                                          (11.30)

-нің мәнін (11.25) теңдеуге қойып,  екенін еске алып, табамыз

                                                                (11.31)

в) ПӘК-тің жүктемеге тәуелділігі. Бұл тәуелділік (11.31) теңдеу бойынша салынады.

11.8-сурет. Трансформатор ПӘК-нің жүктемеден (а) және сипатына тәуелділіктері (б).

Жүктеме өскен сайын ПӘК-те өседі, өйткені энергетикалық баланыстағы тұрақты магнит шығындардың салыстырмалы мөлшері азаяды;  кезде ПӘК максималды болады да, содан кейін кеми бастайды (орамалардағы электрлік шығындардың токтың шаршышына немесе -қа пропорционалды болуына байланысты).

Қазіргі уақытта жоғары қуатты трансформаторлардың ПӘК-тері 0.98-0.99-ға жетеді.

 табу үшін (11.31) теңдеуден туындыны алып, оны нөлге теңдеу керек. Бұл жағдайда  болады, яғни ПӘК электрлік шығындар магниттік шығындарға тең болатын жүктеме кезде максималды мәніне жетеді

                                                                                   (11.32)

Қуат коэффициенті  төмендеген кезде ПӘК-те азаяды. (11.9, б-сурет), өйткені трансформатордың берілген қуаты тұрақты болған кезде  және  тоқтары өседі.

Трансформатор ПӘК-тің максималды мәнін едәуір аралықта сақтайды ().

 

12 Үшфазалы трансформаторлар

 

12.1 Үш фазалы токтарды түрлендіру.

Үш фазалы токты түрлендіру үш бір фазалы немесе бір үш фазалы үш оқтамалы трансформаторлар арқылы жүзеге асырылады:

а) үш фазалы топ.

Үш фазалы токты трансформациялау үшін үш бір фазалы трансформаторларды бір топқа қосады (12.1-сурет).

 

Жоғары кернеулі ораманың басты шықпаларын А, В, С қарыптармен белгілейді, аяққы шықпаларды X, Y, Z қарыптармен. Төмен кернеулі ораманың шықпаларына ораманың шықпаларына кіші қарыптар қолданады а, в, с және x, y, z.

12.1-сурет. Бір фазалы трансформаторлардан құралған үш фазалы топ.

б) Үш фазалы үш оқтамалы трансформатор.

12.2-сурет. Үш фазалы трансформаторды үш бір фазалы трансформатордан құралуын түсіндіретін схемалар.

Үш фазалы трансформаторды үш оқтамалы (1, 2, 3), үш мойынтырықты (4, 5, 6) үш бір фазалы трансформатор түрінде көрсетейік (12.2, а-сурет). Үш мойынтырықты бір мойынтырыққа біріктіруге болады (12.2, б-сурет). Бұл мойынтырық арқылы қосынды ағын  ағады. Егер де біріншілік орамаға үш фазалы симметриялы кернеу жүйесі қосылса, онда кез келген уақытта . Сол себептен мойынтырықты алып тастап үш оқтамалы трансформаторды құруға болады (12.2, б-сурет).

Сол себептен үш оқтамалы, әрбір оқтамада біріншілік және екіншілік орамалары бар үш фазалы трансформаторды құрамыз (12.3-сурет);

12.3-сурет. Үш фазалы трансформатор.

 

в) орамаларды қосу сұлбалары.

Үш фазалы трансформатордың біріншілік және екіншілік орамалары «жұлдызша» (У), «нөлдік нүктесі шығарылған жұлдызша» (Ун) және «ұшбұрыш» (Д) қосу сұлбалары бойынша қосылады.

12.1-кесте

Орамалардың қосу сұлбалары

ЭҚК векторлық диаграммасы

Шартты түрде белгіленуі

ЖК

ТК

ЖК

ТК

 

У/Ун-0

 

 

 

У/Д-11

 

 

 

Ун/Д-11

 

 

 

Д/Ун-11

12.2 Трансформаторлардың жалғану топтары.

Трансформаторлар электр жүйелерде жұмыс істеген кезде жоғары және төменгі кернеу орамаларының ЭҚК-терінің өзара бойынша ығысу бұрыштарын білу керек. Мысалы, трансформаторларды параллельді жұмысқа қосқан кезде бұл жағдайды білу өте қажетті.

Үшфазалы трансформатордың ЖК және ТК орамаларының желілік ЭҚК-терінің ығысу бұрыштары 300 еселі болып келеді. Сол себептен, бұл бұрыштарды градус немесе радиан арқылы емес, сағат цифрблаттың бөліктері арқылы көрсету ыңғайлы (12.4-сурет).


 

12.4-сурет. Трансформаторлардың жалғану тобын анықтау.

 

 Желілік ЭҚК-тердің арасындағы бұрыштары бірдей болған трансформаторлар бір жалғану топқа жатады. Олар өздерінің нөмірімен белгіленеді. Егерде ЖК ораманың ЭҚК-інің векторына минуттық тілін сәйкестіріп, ол векторды 12(0) сандық белгісімен беттестірсек, онда циферблатта ТК ораманың ЭҚК-тің векторына сәйкестірілген сағат трансформатордың жалғану тобының нөмірін көрсетеді. Мысалы, 12.4-суретте 11 топты көрсетіп тұр.

 


Жалғану тобы орамалардың жалғану сұлбасына, олардың оралу бағыттарына және қысқыштарына тақ болуына тәуелді. У/У және Д/Д жалғану схема кезінде жалғану топтары жұп нөмерлі, ал У/Д және Д/У жалғану сұлба кезінде топтары тақ нөмерлі болады.

Жалғану топтың нөмерін белгілеу үшін біріншілік және екіншілік кернеулердің векторлық диаграммаларын салу керек. Мысалы ретінде, 12 және 11 топтарды анықтау көрсетілген.

 және  векторлардың арасындағы бұрыш 00-қа тең, яғни 12(0) топ шықты.

 және  векторлардың арасындағы бұрыш 3300-қа тең, яғни 330/30=11 топ.

Қысқыштардың таңбалануын өзгертіп басқа жалғану топтарды құруға болады. Барлық топтардың саны 12, бірақ көбінесе 11 мен 12(0) жалғау топтар қолданылады.

 

13 Трансформаторлардың параллельді жұмысы және кернеулерін реттеу

 

13.1 Трансформаторлардың параллельді жұмыс істеу шарттары

Трансформаторлық қосалқы станцияларда екі немесе одан да көп параллельді жұмыс істейтін трансформаторлар орнатылады. Трансформаторлардың параллельді жұмыс істеуінің қажеттілігі мына себептерге байланысты:

1. Апат болып қалғанда немесе трансформатор істеуінің жөндеуге шығарылған кезде тұтынушыларды энергиямен қамтамасыз ету қорын жасау қажеттілігі;

2. Қосалқы станциялардың жүктемесі азайған кездерінде оларда болатын шығындарды азайту мақсатында паралелльді жұмыс істеп тұрған трансформаторлардың бір бөлігін ажыратып қоюдың қажеттілігі.

13.1-сурет. Бір фазалы трансформаторлардың параллельді жұмыс істеудің сұлбасы.

Трансформаторлардың параллельді жұмыс істеуі ең жақсы жағдайда өту үшін қосалқы подстанцияның жалпы жүктемесі параллельді істеп тұрған трансформаторлардың арасында олардың номиналды қуаттарына пропорционалды бөліну керек. Бұл үшін мына шарттар орындалу керек:

1 Орамалардың жалғану топтары бірдей болуы;

2 Біріншілік және екіншілік номиналды кернеулері тең болуы (), яғни трансформация коэффициенттері () тең болуы;

3 Қысқа тұйықталу кернеулері тең болуы ().

Бірінші және екінші шарт орындалмаған жағдайда  бос жүріс ережесінің өзінде де орамаларда  теңгеру ток пайда болады. Бұл ток екіншілік орамалардан құралған тұйықталған контурмен ағады (13.1-сурет). Теңестіру ток апатқа әкеліп соқтырмаған жағдайдың өзінде трансформатордың жүктеме тоғымен қосылып трансформаторды әрқалай жүктейді де, ондағы шығындарды өсіріп, қызуын арттырады.

Үшінші шартты орындаған кезде трансформатордың жүктемелері біркелкі бөлінеді, яғни олардың номиналды қуаттарына сәйкес.

 

13.2 Трансформаторлардың кернеулерін реттеу.

Реттелу принциптері. Трансформаторлардың жұмыс істеу барысында тұтынушылардың кернеулері тұрақты болу үшін екіншілік кернеулері өте жай реттеу керек. Бұл кезде екі жағдайды ажыратады:

1. Біріншілік кернеуді шамалы өзгерткен кезде (10-15 % номиналдан) екіншілік кернеуді өзгертпеу;

2. Біріншілік кернеу тұрақты болып тұрғанда екіншілік кернеуді кең көлемде реттеу.

Мұны орындау үшін біріншілік немесе екіншілік орамалардың орам сандарын өзгерту керек. Ол үшін трансформаторларда әртүрлі саны бар тарамдар жасалынады.

Орамалардың тарамдарын желіден ажыратқан кезде ауыстырып қосуға болады (қоздырусыз жағдайда ауыстырып қосу) немесе жүктеме бар кезде (жүктелген кездегі реттеу). Кернеулерді жатық реттеуге болатын (магнит ағынды өзгерту арқылы) трансформаторларда да бар:

а) трансформаторлардың орама тармақтарын қоздырусыз жағдайда ауыстырып қосу.

           

13.2-сурет. Реттемелік тарамдардың           13.3-сурет. Түйіспелі қосқыштың

 трансформаторда жайғасуы.                           сүлбесі.

 

Бұл жағдайда  -ға қарағанда -ға жоғары немесе төмен қарай реттейді, әдетте сатылары  -ға тең болады, яғни трансформатордың бес реттеу сатысы бар.

Трансформаторларда ауыстырып қосу түйіспелі қосқыштар арқылы орындалады. Түйіспелі қосқыштың құрамына (13.3-сурет) орамдардың тарамдарымен қосылған қозғалмайтын түйіспелер (x, y, z) және фазалардың өзара жалғану сұлбасын қамтамасыз ететін жылжымалы (А, В, С) түйіспелері кіреді;

б) жүктелген трансформатордың орама тарамдарын ауыстырып қосу. Бұл реттеу әдісін қолданған кезде мынаны орындау керек:

1) бір тарамнан екінші тарамға ауысу кезде тоқтың үзілмеуін қамтамасыз ету;

2) екі тарам бір уақытта қосылған кезде олардың арасындағы ораманың бөлімінде қысқа тұйықталған тоғын шектеу.

13.3-сурет. Ток шектеуші L реакторы бар ауыстырып қосу құрылғысының сұлбасы.

Құрылғының ішінде L1 токты үзетін екі ажыратқыш Q1  мен Q2 және ток жоқ кезде ауыстырып қосуды жүзеге асыратын қосқыштар SA1 мен SA2. Кернеудің реттелуін 13.3-суреттен түсінуге болады.

 

14 Асинхронды машиналар

 

14.1 Асинхронды машинаның құрылысы және қозғалысқа келу принципі.

Асинхронды машиналар ең көп қолданатын электр қозғалтқыштар. Асинхронды қозғалтқыштың айналу жылдамдығы тек тоқтың жиілігінен ғана емес, оған қосымша біліктіге жүктемеге де байланысты болады.

Асинхронды машина негізінен екі бөліктен тұрады: қозғалмайтын бөлік – статордан және айналмалы бөлік – ротордан. Статормен ротордың арасында (0.2-3 мм) ауа саңылауы бар. Ауа саңылау үлкейген кезде қуат коэффициенті () және қозғалтқыштың айналмалы иінкүші азаяды.

Статордың өзекшесі жұқа электротехникалық болат табақтардан жиналады, ал орамасын жатқызу үшін арнайы ойықтар штампыланады.

Статор орамасымен бірге, машинаның қозғалмайтын табанына бекітіледі. Ротордың өзекшесіде электротехникалық болат табақтарынан жиналады да машинаның білігіне бекітіледі.

Ротордың құрылысына қарай асинхронды қозғалтқыш екі түрге бөлінеді: ротор қысқа тұйықталған және фазалы ротор бар. Статордың орамасы арқылы үш фазалы айнымалы ток өткен кезде айналмалы магнит өріс құрылады. Бұл өріс статормен ротордың арасындағы ауа салқындауында тиісті жиілікпен айналып ротордың орамасының өткізгіштіктерін кесіп өтеді. Орамада ЭҚК пайда болады, оның әсерімен орамада ток аға бастайды.

Ротор орамасының өткізгіштіктеріндегі ток пен статордың айналмалы магнит өрісінің арасындағы әрекеттесудің арқасында механикалық күш пайдалы болады, оның бағыты «сол қол» ережесі бойынша анықталады.

Механикалық күшті ротордың радиусына көбейтсек айналдырушы иінкүшті табамыз, яғни

                                                                                                         (14.1)           Ротордағы өткізгіштердің саны көп болғандықтан жеке айналдырушы иінкүштердің қосындысына тең қозғалтқыштың иінкүші үлкейеді де, оның әсерімен ротор айналмалы магнит өрісінің айналу жағына айналады.

 

14.2 Сырғанау, ЭҚК-тің жиілігі, ротор орамасының кедергілері.

Ротор қозғалмай тұрған кезде асинхронды қозғалтқыш трансформатор сияқты болады. Статор орамасы – трансформатордың біріншілік орамасы, ротор орамасы – трансформатордың екіншілік орамасы. Ротор қозғалмай тұрғанда оның орамасы -  жылдамдықпен, яғни синхронды айналу жиілікпен айналмалы магнит өріспен кесіледі де орамада мынадай ЭҚК-ті индукциялайды

                                       ,                                                         (14.2)                   мұнда  - ротордың бір фазаның орамасының орам саны;

            - ротордың орама коэффициенті;

            - көріктендіру тораптың ток жиілігі;  - айналмалы магнит өрісі.

Асинхронды қозғалтқыштың жұмыс істеу принципінен ротордың айналу жиілігі  статордың магнит өрісінің  айналу жиілігінен кем болу керек. Егер де -ге болса, онда ораманың орамдары статордың айналып тұрған магнит өрісімен кесілмейді де, ротордың орамасында ЭҚК индукцияланбайды, ток  және айналдырушы иінкүш жоқ болады.

Ротордың статор магнит өрісінен артта қалу дәрежесі сырғанау S арқылы сипатталады. Сырғанаудың шамасы салыстырмалы мәнмен былай белгіленеді

,

                                      ал бұдан                            (14.3)

Ротор орамасында индукцияланған  ЭҚК-тің жиілігі тең

                                                                     (14.4)

 - сырғанау жиілігі деп аталады.

Айналып тұрған кезде ротор орамасының ЭҚК-і

                                               (14.5)

мұнда  - қозғалмай тұраған ротордың ЭҚК-і.

Егер де ротордың орамасы статор орамасына келтірілген болса

.

Айналып тұрған ротордың орамасының индуктивтік кедергісі иең

                                                                            (14.6)

немесе келтірілген индуктивтік кедергі

                                                                                                         (14.7)

Ротор орамасының активтік кедергісі тұрақты деп есептеуге болады, яғни .

 

14.3 Асинхронды қозғалтқыштың алмастыру жалғамасы және векторлық диаграммасы

Ротор тоғының өрнегі

                                         және                         (14.8)         (14.8) өрнектің алымын және бөлімін сырғанаға бөлу арқылы табамыз

                 және                                       (14.9)                           

Жаңа өрнектің жаңа физикалық мағынасы бар. Ендігі жерде айналып тұрған ротордың  ЭҚК-тің және  индуктивтік кедергілердің орнына қозғалмай тұрған ротордың  және  индуктивтік кедергі пайда болады.  токтың фазасы өзгермеу үшін  кедергінің орнына  кедергіні кіргізу керек.

Ары қарай шамасы өзгермейтін  кедергіні  арқылы, тұрақты  ЭҚК-ті  арқылы белгілейміз.

Статор тоғы  шама және фаза бойынша бұрыңғай қалпында қалады, демек, электр желіден алынатын қуаттың мөлшері өзгермейді. Орамалардағы электр шығындар өзгермегендіктен қозғалтқыш айналған кезде оның білігінде өрбитін қуат қосымша  кедергіде тұтынатын қуатқа тең болады. Ротор тізбегі үшін келтірілген шамаларды қолдана отырып статор және ротор тізбектері үшін жазуға болады

                                                           (14.10)                 Магниттеуші тізбектегі кернеу теріс таңбалы ЭҚК-ке тең болатынын, яғни  және  еске алып (11.10) теңдеулерді былай жазуға болады

                                                          (14.11)                                   

 (14.11) теңдеулерді бірге шешкенде, табылады

                                                   .                                         (14.12)

 (14.11) және (14.12) теңдеулердің негізінде жүктелген асинхронды қозғалтқыштың алмастыру жалғамасын және векторлық диаграммасын тұрғызамыз (14.1 және 14.2-суретиер).

14.1-сурет. Асинхронды қозғалтқыштың алмастыру жалғамасы.

14.2-сурет. Асинхронды қозғалтқыштың векторлық диаграммасы.

 

14.4 Асинхронды қозғалтқыштың қуаттары және иінкүштері

Асинхронды қозғалтқыштың электр желіден тұтынатын қуат тең

                                                         (14.13)

мұнда -статордың фазалар саны.

Векторлық диаграммадан (14.2-сурет) аламыз

Статорға берілетін актиытік қуаттың түпкілікті өрнегі

                     (14.14)

 

мұндағы  - статор орамасындағы электр шығындар;

                 - статор өзекшесіндегі магнит шығындар;

                 - айналушы магнит өрісі арқылы ротор тізбегіне берілетін электромагниттік қуат.

Қозғалтқыштың тұтынатын реактивтік қуаты тең

                                                          (14.15)

Жоғарыда көрсетілген өрнектің аналитикалы терленуден кейін табамыз:

                                                           (11.16)

яғни қозғалтқыштың электр желіден алынған реактивтік қуат статордың магнит өрісін тудыруға, статордың және ротордың өзекшелерін магниттеуге жұмсалатын реактивтік қуатты беруге жұмсалады.

Энергияның асинхронды қозғалтқыштың ішінде түрленуін және шығындарын энергетикалық диаграмма суреттейді.

14.3-сурет. Асинхронды қозғалтқыштың энергетикалық диаграммасы.

Мұнда  - ротордың орамасындағы электр шығындар;

            - ротордағы механикалық шығындар;

            - қосымша шығындар.

Айнымалы магнит өрісінің электромагниттік қуаты

                                           .                                         (11.17)

Статордан ротордың білігіне берілетін қуат

                                                                                          (11.18)

Статор өрісінің бұрыштық жылдамдығы  арқылы, ротордың білігінің бұрыштық жылдамдығы  арқылы белгілесек, онда

                                                                                                 (11.19)

Демек .

Сырғанама  болғандықтан

                                                                                   (11.20)

Сонымен ротор тізбегінің орамаларындағы электр шығындар айнымалы магнит өрісінің электромагниттік қуаттың сырғанамаға көбейткенге тең.

(14.19) теңдеуден асинхронды қозғалтқыштың айналдырушы иінкүші табылады

                                                                                              (14.21)

(14.20) теңдеуден қозғалтқыштың айналдырушы иін күші тең

                                                   (14.22)

Алмастыру сұлбадан асинхронды қозғалтқыштың  тоғы тең

.

(14.22) теңдеуге  мәнін қойсақ, қозғалтқыштың айналдырушы иінкүштің жалпы өрнегі

                                                                (14.23)

М иінкүш  шаршысына пропорционалды, яғни кернеу төмендегенде асинхронды қозғалтқыштың жүктемелік қабілеті азаяды.

Электр желінің  кернеуі және  жиілігі тұрақты кезде иінкүш  сырғанамаға тәуелді, яғни .

Қозғалтқыштың  және  белгілі болған кезде сырғанаманың мәнін -ден -ге дейін өзгерте отырып қозғалтқыштың механикалық сипаттамасын, яғни ,.тұрғызуға болады (11.4-сурет).


Қозғалтқышты орнына жіберген кезде  болады да жіберу иінкүш Мжібпайда болады (а нүкте). Ары қарай S азайғанда (в нүкте) иінкүш максималды мәніне жетеді. Қозғалтқыштың айналдырушы иінкүші біліктегі құрылғының кедергі иінкүшінен тепе-теңдік болғанда ротор тұрақты айналмалы жиілікпен жұмыс істейді.


14.4-сурет. Асинхронды қозғалтқыштың механикалық сипаттамасы.


 

 


Жіберу иінкүш Мжіб асинхронды қозғалтқыштың ең бір пайдаланушылық сипаттамасы болып табылады. Жіберу иінкүш (14.24) теңдеуге  сырғанаманы қойып табылады

 

                                                               (14.25)

Жіберу иінкүш, әдетте  қатынаспен өрнектеледі. Бұл қатынасты жіберу иінкүшпен еселігі деп аталады. Максималды иінкүшті табу үшін (14.24) теңдеуден  туындыны алып, оны нөлге теңдеу керек. Табылған  теңдеуден максималды иінкүшке сәйкес келетін   аумалы сырғанауды табамыз.

                                                               (14.26)

Сонымен ротор тізбегінің активтік кедергісін үлкейткен кезде, максималды иінкүштің шамасын өзгертпей, сырғанау үлкен мәнді аймағына қарай жылжиды (14.5-сурет).


14.5-сурет. Қозғалтқыштың әртүрлі  кедергі кездегі механикалық сипаттамалары.

 шамасы электр жетегінің талаптарына сәйкес қажетті жіберу иінкүштің шамасымен анықталады. Жіберу иінкүштің шекті шамасы максималды иінкүшке тең. Бұл кезде .

 болу үшін қосымша кедергі  болу керек. Айналдырушы иінкүштің мәні максималды иінкүшке жеткенде қозғалтқыштың орнықты жұмыс істейтін ережесі шегіне жетеді. Сол себептен, қозғалтқыш орнықты жұмыс істеу үшін айналдырушы иінкүш максималды иінкүштен аз болу керек.


Басқаша айтқанда, қозғалтқыш асқын жүктеме қабілетке ие болуы керек. Бұл қабілет максималды иінкүштің нақтылы (номиналды) иінкүшке қатынасымен анықталады

   (14.27)

мұнда  - асқын жүктеме коэффициенті.

Асинхрондық қозғалтқыштың нақтылы (номиналды) иінкүші нақтылы тайғанама және біліктегі жүктеме нақтылы (номиналды) мәніне тең болғанда пайдалы болады

                                                ,                                    (14.28)

мұнда  - қозғалтқыштың нақтылы қуаты, кВт;

            - ротордың нақтылы айналу жиілігі, айн/мин.

 

14.5 Асинхронды қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамалары.

Асинхронды қозғалтқыштардың жұмыстық сипаттамалары деп оның  айналу жиілігінің, М айналдырушы иінкүшінің,  қуат коэффициентінің білігіндегі Р2 активтік қуаттан тәуелділігін айтады.

 


14.6-сурет Асинхрондық қозғалтқыштың жұмыстық сипаттамалары.

Ротордың айналу жиілігі , ал тайғанау ротор орамасындағы қуат шығынның қозғалтқыштық электромагниттік қуатқа қатынасына тең, яғни . Бос жүріс кезде Рэ2 шамалы, ал сол себептен және  болады. Жүктеме өскен сайын Рэ2 өседі де  төмендейді. Пайдалы әрекет коэффициентін жоғары ұстау үшін  қатынасты нақтылы жүктеме кезінде 2-3 %-тен асырмайды.


 тәуелділігі абсцисс білігіне шамалы көлбеу орналасқан қисық түрінде болады.

Қозғалтқыштың иінкүші біліктегі қуатқа шамамен пропорционалды, себебі жүктеме өскенде қозғалтқыштың айналу жиілігінің төмендеуі аз болады.

Бос жүріс кезде  бұрышы үлкен болады, себебі қозғалтқыш магнит ағынды құруға таза реактивтік токты тұтынады. Жүктеме өскен кезде қозғалтқыштың білігінде механикалық қуат үлкендегенде токтың активтік құрастырушысы өседі де бұрыш  азаяды, яғни  өседі.

Асинхронды қозғалтқышты  пайдалы әрекет коэффициенттің максимумы номиналды жүктемеден аздау кезінде болатын қылып құрады. Асинхронды қозғалтқыштың  мәні 80-90%.

 

 

 

15 Асинхронды қозғалтқышты орнынан жіберу

 

Асинхронды қозғалтқышты орнынан жіберу үшін оның жіберу иінкүші біліктегі механизмдердің (станок, насос, т.б) қарсылас иінкүштерінен жоғары болу керек.

Екінші жағынан, қозғалтқыштың жіберу токтың мәні белгілі мөлшерден аспау керек, өйткені желінің қуаты шамалы кезде желінің кернеуі төмендеп кетеді, ал бұл жағдай басқа электр тұтынушылардың жұмысына зиян келтіреді.

Жіберудің ауыр жағдайларында қысқа тұйықталған роторы бар асинхронды қозғалтқыштың жіберу иінкүші жетіспейді. Бұл жағдайда не фазалы роторы бар қозғалтқыш, не арнаулы екі торлы және терең ойықты қозғалтқыштар қолданады.

 

15.1 Фазалы роторы бар асинхронды қозғалтқышты орнынан жіберу.

Қозғалтқыш орнынан қозғалғанда жіберу ток номиналды токтан 6-7 есе үлкен болады. Бұл жағдай, кернеуді төмендетумен бірге қозғалтқыштың ішінде едәуір динамикалық күшті тудырады. Жіберу кезде токтың ырғуын төмендету үшін ротордың тізбегіне реостатты (активтік кедергіні) қосады. Реостат қосылғанда ротордың кедергісі  тең болады. Жүктеме тұрақты кезде қозғалтқыштың тайғанауы мына заң бойынша өзгереді.

                                                                                                   (15.1)

 

 

15.1-сурет. Ротор тізбегінде әртүрлі активтік кедергі бар кездегі механикалық сипаттамалар.

Жүргізу иінкүш ең үлкен Мү мен ең аз Ма мағынада өзгереді.

Жіберу сатыларының саны m-ге тең. Бірінші сатыда тайғанау S=1, ал иінкүш Мү болу үшін мына жағдай орындалу керек

                                                                                         (15.2)

15.1-суретте m=4 кездегі қозғалтқыштың механикалық сипаттамалардың тұқымдастары көрсетілген.

Қисық 1 сәйкес сипаттама жіберу иінкүш Мү басталады да кейін азайады. Ма иінкүшке жеткенде реостаттың бір сатысы жұмыстан шығады да қисық 2 сәйкес сипаттамаға ауысады. Ақырында, табиғи () шыққанда қысқа тұйықталған роторы бар қозғалтқыш сияқты болады.

Сатыдан сатыға көшкенде Ма иінкүш Мн иін күштен көп болу керек, ал жіберу ток ұйғарған шамадан аспау керек.

 

15.2 Роторы қысқа тұйықталған асинхронды қозғалтқышты орнынан жіберу.

15.2.1 Электр желіге тікелей қосу.

Электр желіге тікелей қосу ең жеңіл және ең арзан (жіберу аппаратураның жоқтығынан) асинхронды қозғалтқыштың орнынан жіберу әдісі. Қазіргі уақытта осы жіберу әдісі ең кең қолданады. Бірақ та, бұл жағдайда токтың ырғуы үлкен болады да (6-7 ) желінің жұмысына кедергі жасайды (кернеу төмендейді).

 

15.2.2 Желінің кернеуін төмендету арқылы асинхронды қозғалтқышты орнынан жіберу:

а) статордың орамасын «жұлдызша» қосу сұлбасынан «ұшбұрыш» қосу сұлбасына ауыстыру арқылы қозғалтқышты орнынан жіберу.

 

Жіберген кезде аударғы 2 «У» қалпында тұрады да статордың орамасы «жұлдызша» сұлба бойынша қосылады. Бұл жағдайда статордың фазалы кернеуі үш есе төмендейді. Сондықтан, жіберу ток электр желіге тік қосқанға қарағанда үш есе азаяды. Ротордың айналу жиілігі номиналға жақындағанда аударғышты «Д» қалпына ауыстырады, яғни «ұшбұрыш» қосу сұлбаға келтіреді. Көрсетілген әдістің кемшілігі фазалы кернеуді үш есе төмендеуі жіберу иінкүшті -ке төмендетеді, себебі ол кернеудің квадратына пропорционалды.

15.2-сурет. АҚ-ты  «жұлдызша» сұлбадан «ұшбұрыш» сұлбаға ауыстыру арқылы орнынан жіберу;

 

б) реактор (реактивтік кедергі) арқылы қозғалтқышты орнынан жіберу.

Электр желімен статордың арасына қосылған реактор индуктивтік кедергі арқылы жіберу токты азайтады. Формула  көрсетіп тұр: жіберу иінкүш токтың квадратына пропорционалды, яғни төмендейді.

15.3-сурет. АҚ-ты реактор арқылы орнынан жіберу.

Жіберудің тәртібі: Аударғыш А2 ажырап тұрған кезде аударғыш А1-ді бекітеміз. Электр желіден статор орамасына ток реактор Р арқылы өтеді. Статорға жететін кернеу , мұнда - реактордың индуктивтік кедергісі. Ротор айналғаннан кейін ток азаяды. Енді аударғыш А2-ні бекітсек статор желінің толық кернеуіне қосылады (реактор Р тұйықталып қалады).

Көрсетілген әдістің кемшілігі: қозғалтқыштың жіберу иінкүші есе азаяды.

Реактордың индуктивтік кедергісі мына формула арқылы табылады

мұнда  - реактор арқылы жібергенде статордың жіберу тоғы; .

 

15.3 Жіберу сипаттамалары жақсартылған асинхрондық қозғалтқыштар.

Қысқа тұйықталған роторы бар асинхронды қозғалтқыштың ротор тізбегіне қосымша активтік кедергіні қосуға жағдай жоқ. Сол себептен, жалпы өнеркәсіпті қозғалтқыштарға қарағанда жүргізу иінкүші жоғары, ал жіберу тоғы төмен қозғалқыштарды жасау қажет болады.

Жіберу сипаттамалары жақсартылған қозғалтқыштардың екі түрі бар: терең ойықты және екі торлы.

15.3.1 Терең ойықты асинхронды қозғалтқыш.

Терең ойықты қозғалтқышта токты ауа саңылау жағына ығыстыру үшін ойықтың биіктігін үлкейтеді, ол кеңдігін кішірейтеді. Ротор тізбегінің активтік кедергісін үлкейту үшін ойықтың биіктігін электромагнит өрісінің өткізгіштің ішіне кіру тереңдігінен көп болу керек, яғни

                                    ,                                                         (15.5)         мұнда  - ойықтың оқтамасының салыстырмалы кедергісі;

            Гн/м – ауаның магнит өткізгіштігі.

Ішке кіру тереңдік: мысқа ; алюминийге . Егер де оқтаманың биіктігі   болса, онда оның активтік кедергісі  есе омдық кедергіден көп болады. Алюминий оқтаманың биіктігі  мм тең болса, онда активтік кедергі 3-4 есе өседі.

Қозғалтқышты желіге қосқан кезде оның ротор тоғының жиілігі , яғни статор тоғының жиілігіне тең. Оқтаманың төменгі жағының индуктивтік кедергісі жоғары жақтың индуктивтік кедергісінен әлде көп.

15.4-сурет. Терең ойық (а) және оқтамада жіберу (б) мен номинал (в) тоқтарының тарауы.

Бұнын себебі – оқтаманың төменгі барлық магнит индукцияның сызықтармен ілініседі. Тоқ индуктивтік кедергісі аздау оқтаманың жоғарғы жағына ығысады. Бұл оқтаманың S көлемі азайғанға тең, яғни активтік кедергісінің  өскеніне тең. Сол себептен жіберу иінкүштің үлкейгенін белгіленеді.

 Ротордың жылдамдығы өскен сайын ротор тоғының жиілігі  азаяды да, сонымен бірге индуктивтік кедергі  азаяды. Оқтаманың ішінде токтың тарауы бір қалыпқа келе бастайды. Қозғалтқыш номинал ережеге келген кезде  тоқтың көлденең кесудегі тығыздығы бірдей болады (15.4, в – сурет )

Бұл жағдайда қозғалтқыш бұрын қаралған қысқа тұйықталған роторы бар асинхронды қозғалтқыш болып қалады.

 

15.3.2   Екі торлы асинхронды қозғалтқыш.

Бұл қозғалтқыштың роторында екі қысқа тұйықталған орама бар. Ораманың оқтамалары екі қатарлы ойықтарда жатады, бір-бірінен жіңішке шлицпен бөлінеді (15.5 – сурет ).


15.5-сурет. Екі торлы қозғалтқыштын ротор орамасы.

 Оқтамалардың екі жақтарындағы ұштары шығыршықтарға қосылады. Жіберу (жоғары) тордың көлденең кесуі жұмысшы (төменгі) тордың көлденең кесуінен аз болып жасаланады; ал сол себептен жіберу тордың активтік кедергісі жұмысшы тордың кедергісінен үлкен болады.


 

Жұмысшы торды магнит өрістің күш сызықтарының барлығы кесіп өтеді; сол себептен оның индуктивтік кедергісі жіберу тордың кедергісінен қарағанда жоғары болады.

Қозғалтқышты орнынан жіберген кезде тайғанау -ге тең болады; сол себептен бұл кезде индуктивтік кедергі  активтік кедергіден әлде үлкен. Сондықтан жіберу кезде ток жіберу орамадан ағады.

Номинал ереже кезде S тайғанау тапшы, сол себептен индуктивтік кедергі активтік кедергіден аз болып қалады да роторы тоғы жұмысшы орамамен ағады.

Сонымен, екі торлы қозғалтқыштың жіберу тоғы азаяды, ал жүргізіп жіберу  иінкүші өседі.

Жіберу орамансының иінкүші

                                                                               (15.6)

Жұмысшы орамасының иінкүші

                                                                                   (15.7)         15.7-суретте екі торлы қозғалтқыштың механикалық сипаттамасы келтірілген.


15.7-сурет. Екі торлы қозғалтқыштың механикалық сипаттамасы.

 

Екі торлы қозғалтқыштар арнаулы қажетте орындалады, мысалы, егерде қарсылас иінкүш механизмді қозғаған кезде өте үлкен болса. Мұндай механизмдерге келесілер жатады: конвейерлер, компрессорлар, уатқыштар, т.б.

 

 

 


16 Асинхронды қозғалтқыштың айналу жиілігін реттеу

 

16.1 Айналу жиілікті реттеудің әдістері.

Бір қатар өнеркәсіп салалары қозғалтқыштың реттеу сипаттамалары және жылдамдықты өзгерту диапазоны жағынан өте жоғары талаптар қояды.

Қозғалтқыштардың реттеу сипаттамаларын ұлғайтуға едәуір жұмыстар істеліп жатыр. Жартылай өткізгіштер саласындағы жеткізгіштерге сүйеніп, соларды қолданып, жоғары үнемділі жылдамдықты реттеушілер, жартылай өткізгіштерден құралған ток және кернеу коммутаторлар жасалған. Бұл жағдайлар бір қатар сапаларда тұрақты ток қозғалтқыштарды айнымалы ток қозғалтқыштарға алмастыруға жағдай туғызады.

Ротордың айналу жиілігінің формуласынан

Реттеудің үш жолы көрініп тұр:

а) электр желінің  жиілігін өзгерту арқылы;

б) магнит өрістің Р жұп сандарын өзгерту арқылы;

в) тайғанау S-ті өзгерту арқылы.

 

16.2 Электр желінің жиілігін өзгерту арқылы ротордың айналу жиілігін реттеу.

Желінің жиілігін өзгерту үшін қозғалтқышты жиілік түрлендіргіш арқылы қамтамасыз ету керек. Бұл түрлендіргіш электр желімен статор арасына орнатылады. Қазіргі уақытта, түрлендіргіштер жартылай өткізгіштерден (тиристорлардан) құралады.

Негізгі мынадай реттеу жағдайлар бар:

1 Тұрақты иінкүш, яғни  кезде реттеу.

2 Тұрақты қуат, яғни  кезде реттеу.

Механикалық сипаттамалардың қаталдығы жоғары болу үшін және жеткілікті жүктеу қасиетті сақтау үшін желінің жиілігі -мен бірге статордың кернеуі -те сәйкесті өзгеру керек, яғни магнит өріс тұрақты болу керек ().

Жиіліктің және иінкүштің тәуелдігіне қарай кернеудің өзгерту заңы мынадай болады

                                                                                                  (16.1)

мұнда  - жиілікке сәйкес  кернеу және  иінкүш.

Егер де қозғалтқыштың білігінде иінкүш тұрақты болса, онда

                                                                                                          (16.2)

яғни статордың кернеуі жиілікке пропорционалды өзгеру керек.

Қозғалтқыштың білігіндегі қуат тұрақты болғанда иінкүш жиілікке қайта пропорционалды, яғни . Бұдан шығатын кернеуді өзгерту заңы

                                                                                                        (16.3)

Жиілікті өзгерту арқылы реттеу қозғалтқышты тобын реттеу кезде қолданады (мысалы, тоқыма тармақта). Бұл реттеу түрі жылдамдықты кең диапозанда (10:1-20:1) ырғақты өзгертуге мүмкіншілік береді.

 

16.3 Статордың орамасының полюстер санын өзгерту арқылы ротордың айналу жиілігін реттеу.

Мұндай әдіс көп жылдамдықты деп аталатын арнайы асинхронды қозғалтқыштарда қолданады. Көп жылдамдықты қозғалтқыштар жылдамдықты сатылы өзгерткен кезде қолданады (металл өңдеу станоктар, т.б).

16.1-сурет. Статор орамасын әртүрлі полюстер санына жалғау.

Төрт полюске (16.1, а), ораманың екі секциясы тізбектеліп қосылғанда (16.1, а-сурет) магнит өрісі төрт полюсті болады (), ал екі секция параллельді қосылғанда (16.1, б-сурет) магнит өрісі екі полюсті құрады. Егер де статорда осындай екі ораманы орналастырсақ, онда төрт жылдамдықты қозғалтқыш болады.

 

16.4 Тайғанауды өзгертіп ротордың айналу жиілігін реттеу.

Роторы қысқа тұйықталған қозғалтқыштың статор кернеуін өзгерту арқылы, ал фазалы роторы бар қозғалтқыштың ротор тізбегіндегі активтік кедергіні өзгерту арқылы ротордың жылдамдығын өзгертуге (реттеуге) болады.

 

16.4.1 Статор кернеуін өзгерту арқылы ротордың айналу жиілігін реттеу.

Асинхронды қозғалтқыштың айналдыру йінкүші кернеудің шаршысына пропорционалды болғандықтан кернеу өзгерген кезде механикалық сипаттама да өзгереді, ал ол тайғанаудың өзгеруіне келтіреді.

Тұрақты жүктеген кезде, яғни M=Const, тайғанау кернеудің шаршысына кері пропорционалды (). 13.2 б-суретте кернеуге U, 0,85U, 0,7U кернеулер үшін механикалық сипаттамалар келтірілген (S1, S2, және S3 кернеулер сәйкес тайғанаулар).

16.2-сурет. Жалғау сұлбасы (а) және механикалық сипаттамалар (б).

Бұл әдістің кемшіліктері: жылдамдық өзгерудің еңсіз диапазоны және ротордың тізбегіндегі қуат шығындардың өсуі. Сол себептен бұл әдіс негізінде қуаты аз қозғалтқыштарға қолданады.

16.4.2 Ротор тізбегінде активтік кедергіні өзгерту арқылы ротордың айналу жиілігін реттеу.

Жалғау схеманың түрі жіберу кездегі жалғау схема сияқты (яғни ротор тізбегіне реостатты қосады). Бірақ бұл жағдайда реостат тек жіберу ережеде ғана емес барлық реттеу процесі кезінде жұмысқа қосылып тұрады.

Ротор тізбегіндегі реостат тайғанауды үлкейтеді (15.1-сурет) Егер де реостат жоқта тайғанау тең болса, реостат қосқанда тайғанау  тең болады.  Синхронды жылдамдыққа қарай ротордың жылдамдығы сатылы реттеледі.

        Реостаттағы  қуат шығыны қозғалтқыштың пайдалы әрекет коэффициентін төмендетеді. Осыдан, ротор тізбегіндегі активтік кедергіні өзгерту арқылы жылдамдықты реттеу әдістің үнемділік емес екендігі көрініп тұр.

        Қазіргі уақытта, жартылай өткізгіш техникалық дамуына қарай реостаттың орнына тиристоры ток реттеуіштер кең қолданылады. Бұл жағдайда жылдамдықты ырғақсыз реттеуге болады.

 

17 Синхронды машиналар

 

17.1 Синхронды машиналардың магнит өрістері және параметрлері

17.1.1 Қоздыру ораманың магнит өрісі және параметрлері

Синхронды машинаның роторының (айналып тұрған бөлігінің) қоздыру орамасының қоздырғыштық өңдеген тұрақты тоғы өткен кезде тұрақты магнит ағын құрылады. Роторды біріншілік қозғалтқыш (су немесе бу турбина) айналдырған кезде онымен бірге магнит ағында айналады да статордың үш фазалы орамасын кесіп өтіп үш фазалы ЭҚК-ті индукциялайды.

17.1-сурет. Айқындалған полюсті машинаның қоздыру орамасының магнит өрісі.

Статордың бетіндегі қоздыру өрістің магнит индукциясының таратылғаны 17.1-суретте 1 қисықпен көрсетілген. Қисық Вб негізгі микаларын индукциялайды. Арнайы әрекеттер қолдану арқылы жоғары гармоникаларды басып тастайды. Сол себептен есепте тек қоздыру өрістің негізгі гармоникасы есептеледі.

Өріс қисығының коэффициент түрі

                                                                                                     (17.1)

Бір полюске келетін қоздыру ораманың магниттік күші

                                                                                                  (17.2)

мұнда - қоздыру ораманың орам сандары;

             - қоздыру ток.

Қоздыру өрістің индукциясының негізгі гармоникасының амплитудасы

                                                         (17.3)

мұнда - статор мен ротордың арасындағы ауа саңылау;

           - саңылау коэффициенті;

           - бойлай біліктегі қанғандық коэффициенті.

Саңылау өзгеріп тұрғандықтан  мәнін орташа саңылауға есептейді

Қоздыру өрістің негізгі гармоникасының магнит ағыны

                                                                           (17.4)                   мұнда  - полюстік бөлік;

            - статор өзекшесінің ағын ұзындығы.

Статордың фазалы орамасымен ағын  ілінісуі

                                                                                                (17.5)

мұнда  - орама коэффициенті;

             - статордың фазасының орам саны.

Ротор айналған кезде ағын ілінісудің негізі гармоникасы мына заң бойынша өзгереді.

                                                 ,                    (17.6)         мұнда өзара индуктивтік  тең

                                              ,                       (17.7)                                              

мұнда  статор ораманың орам саны.

Статорда индукцияланған ЭҚК.

.

Бұл ЭҚК-тің амплитудасы және әрекетті мәні

                                                                                              (17.8)

мұнда  - өзара индукцияның кедергісі. Қоздыру орамамен ауа саңылаудағы магнит ағын толық жалғасады. Оның әлемі қисық 1-мен абцисс білігінің арасында жатыр (17.1 - сурет).

Бұл ағынның мәні

 

                                     .                                 (17.9)

мұнда Кқ – қоздыру магниті өрістің коэффициенті.

Қоздыру ораманың өздік индуктивтілігі

                              .                      (17.10)

Қоздыру орама ауа саңылаудағы магнит өрістегі басқа полюстер арасында және маңлайшыларда сейілу магнит Фқа және Фқм ағындарды құрады.

        Қоздыру ораманың толық индуктивтілігі

                                                          Lқ=Lқб+Lқа+Lқм.                                                           (17.11)

        Қоздыру ораманың активтік кедергісі ораманың белгілі мәліметтерінен белгіленеді (орам сандарынан, ораманың ұзындығынан, сымның кесіндісінен және сымның өткізгішінен)

                                                        Rқ.                                                        (17.12)

 

17.1.2 Статор ораманың магнит өрісі және параметрлері. Бойлайлы және көлденеңгі статор реакциялары

Статор орамасында ток аққан кезде (жүктеме пайдалы болғанда) магнит өрісі туады. Бұл магнит өрісі статордың реакциясы деп аталады. Статор реакциясы синхронды машинаның сипаттамаларына және жүріс-тұрысына үлкен әсер етеді.

Айқындалған полюсті синхронды машинаның роторы симметриясыз болғандықтан статор реакциясы бойлайлы және көлденеңгі біліктегі әрекеттерге бөліп қарау керек. Мұндай әдіс екі реакция әдісі деп аталады.

 

Активтік жүктеме

Екі полюсті генератордың статоры мен роторы 14.2 а-суретте көрсетілген. Бұрыштық жиілік ω1-мен ротор сағат тіліне қарсы айналып тұр, ал бұл жағдайда А фазаның ЭҚК-і максималді болады. Активтік жүктеме кезде ток және ЭҚК бір фазада болғандықтан токта максималді болады, яғни i1m .

 

 

17.2 - сурет. Екі полюсті синхронды генератордың әртүрлі жүктеу кездегі жағдайы.

Қоздыру және статор орамалардың магнит өрістерінің салынған сызықтары бойынша көрініп тұр – статор ораманың магнит күші Fа қоздыру ораманың магнит күшіне Fқ перпендикуляр бағытталған.

Бұл қорытынды осы жағдайға салынған векторлық диаграммадан көрініп тұр (17.4, а-сурет )

17.3-сурет. Активтік (а), индуктивтік (б) және сыйымдылық (в) жүктеме кезде синхронды генератордың векторлық диаграммалары.

Статор орамасында қоздыру өрісімен индукцияланған Ė ЭҚК-тің векторы қоздыру Fқ магнит күштен 900 артта қалады, ал статордың тағы İ1 Е ЭҚК-пен фаза бойынша үйлеседі де, сол себептен осы токпен жаратылған Fа магнит күштің векторы Fқ  магнит күштің векторынан 900 артта қалады.

Мұндай статор реакциясының мінезі ротордың қандай да болған жағдайда сақталады, өйткені ротормен статордың өрісі синхронды жылдамдықпен айналады, яғни олар бір-біріне қозғамас түрде болады.

Көлденеңгі статор реакциясы ауа саңылаудағы магнит өрістің көлемін өзгертпейді, бірақ оның қисықтығын бұрмалайды. Сонымен бірге реакция өрісі статор орамасында ЭҚК-ті индукциялайды.

 

 

Индуктивтік жүктеме (ψ=900)

Индуктивтік жүктеме кезде статор тағы İ1, Ė ЭҚК-тен фаза бойынша 900 артқа қалады. Сондықтан, ток ротор бұрынғы жағдайға қарағанда 900 бұрылғанда максималді болады. (17.2. б-сурет). Статор реакциясы магнит күші Fа полюстер білігімен бағытталады да қоздыру ораманың Fқ магнит күшіне қарсы болады (17.3, б-сурет).

        Мұндай статор реакциясының магнит күшінің әрекеті машинаның өрісін азайтады. Сондықтан, таза индуктивтік жүктеме кезде синхронды генератордың статор реакциясы бойлайлы-магнитсіздендіру әрекет жасайды.

 

Сыйымдылықтың жүктемесі (ψ=-900)

Сыйымдылық жүктемесі кезінде статор тағы İ1 Ė ЭҚК-тен фаза бойынша 900 алға озады. Сондықтан, ток ротор 17.2, в-суретте көрсетілген жағдайда болғанда максималды. Статор реакциясының магнит күші Fа қоздыру ораманың Fқ магнит күшімен келісімді болады. Мұндай статор реакциясының магнит күшінің әрекеті машинаның өрісін үлкейтеді. Сондықтан, таза сыйымдылықтық жүктеме кезде синхронды генератордың статор реакциясы бойлайлы-магниттендіру әрекетін жасайды.

 

Аралас жүктеме (-900<ψ<900)

Аралас жүктеме кезде статор тағы İ1 фаза бойынша  Ė ЭҚК – те ψ бұрышқа ығысады. Бұл бұрыш (-900<ψ<900)  интервалда жатады.

Активтік – индуктивтік жүктеме кезде  векторы Ė векторынан ψ<900 артта қалады.  векторды қосындыларға бөлеміз:  - көлденеңгі, ал  - бойлай қосынды. (17.4, а-сурет). Сондай қосындыларға активтік-сыйымдылықтық жүктеме болғанда да бөлуге болады (17.5, б-сурет).

16.4 – сурет. Аралас жүктеме кезде синхронды генератордың векторлық диаграммасы: активтік-индуктивтік (а); активтік-сыйымдылықтық (б).

Реактивтік қосынды İd Ė ЭҚК-тен фаза бойынша 900 қалатын болса онда,  магнит күші генераторды магнитсіздендіреді. (17.4, а-сурет), реактивтік қосынды İd Ė ЭҚК-тен 900 озатын болса, онда  магнит күш генераторды магниттендіреді (17.4, б-сурет).

Айқындалған полюстері бар машиналарда полюстер арасындағы магнит кедергінің полюспен статор арасындағы кедергіге қарағанда әлденеше үлкендігі бар.

        Сондықтан, бойлайлы біліктегі статор реакциясының қосындысы көлденеңгі біліктегі статор реакциясынан әлде кіші болады.

        Статор реакциясының көлденеңгі қосындысы

                                                                                          (17.13)

мұнда  - статор реакциясының көлденеңгі қосындысының түрі коэффициенті (әдетте  )

Статор реакциясының бойлайлы қосындысы

                                                                                         (17.14)

мұнда - статор реакциясының бойлалы қосындысының түрі коэффициенті (әдетте ).

Статор реакциясының магнит күшінің бойлайлы қосындысы

                                                                                      (17.15)

Статор реакциясының магнит күшінің көлденеңгі қосындысы

                                                                                    (17.16)  

Статор реакциясының бойлайлы және көлденеңгі магнит ағындары

                                                                                                     (17.17)

         (17.15) және (17.16) теңдеуерді қолданып аяғында табамыз.

                                                                                 (17.18)

және  синхронды айналып тұрған магнит ағындары статордың орамасында ЭҚК-тері индукцияланады.

;

                                                                                                                           (17.19)

;

Статор реакциясының бойлайлы және көлденеңгі ЭҚК-терін мынадай түрде да көрсетуге болады

 

                                                  ;

                                                 ;                                                (17.20)

         Статор ораманың сейілу ағын ілінуден шығады

;   ;

                                   ;                           (17.21)                   .

 және ,  және  ЭҚК-тер фаза бойынша бірге бағытталған, сол себептен оларды бір-бірімен қосуға болады.

;

                             ;                  (17.22)

мұнда және  - статор орамасының бойлайлы және көлденеңгі синхрондық индуктивтік кедергілері.

         Статор орамасының активтік кедергісі ораманың белгілі мәліметтерінен анықталады (орамдардың саны, ұзындығы, кесіндісі және сымның өткізгіштігі)

                                                                                                  (17.23)

18 Симметриялық жүктеме кезде синхронды генератордың жұмысы

 

18.1 Синхронды генератордың векторлық диаграммасы:

а) айқындалған полюсті генератор

Генератордың қысқыштарындағы кернеу статор орамасындағы ЭҚК-тердің қосындысына және фазаның активтік кедергідегі кернеу түсуіне тең.

                                                                          (18.1)

     Статор реакцияның және сейілу ЭқК-теріне сәйкес токтар және индуктивтік кедергілер арқылы тең.

                                                           (18.2)

Кернеу U1 және ЭҚК Ė арасындағы бұрыш жүктеме бұрыш деп аталады, яғни ол бұрыштың мәні жүктемеге тәуелді;

18.1 – сурет. Айқындалған полюсті генератордың векторлық диаграммасы:

а – активтік-индуктивтік жүктеме;

б – активтік-сыйымдылықтық жүктеме;

 

б) айқындалған полюсті генератор


18.2-сурет. Айқындалмаған синхронды генератордың векторлық диаграммасы.

 

 

 

 

 

 

Айқындамаған синхронды машинаның бойлаулы және көлденегі біліктердегі статор реакциясының индуктитік кедергілері тең , ал сондықтан да синхронды индуктивтік кедергілері тең . Осы себептен статор тоғы -ді қосындыларға бөлуге қажеттігі жоқ.


 

 

 

 

Синхронды генератордың сипаттамалары:

18.3 - сурет. Синхронды генератордың сипаттамаларын түсірудің жалғауы

Статордың орамасы ауыспалы симметриялық Zж  кедергілер арқылы жүктеледі. Генератордың активтік қуаты генератордың роторын айналдырып тұрған Қ қозғалтқыштың иінкүшін реттеу арқылы өзгертіледі.

Сипаттамалар көрнекілік болу үшін олар қатыстық бірлікте салынады.

1.     Cыртқы сипаттамалар.

Қоздыру ток Iқ бұрыш φ1 және жиілік f1 тұрақты кезде кернеу U1-дің ток I1 –ден тәуелділік генератордың сыртқы сипаттамасы деп аталады, яғни U1=f(I1).

Сыртқы сипаттаманың түрі жүктеменің мінезіне, яғни кернеу мен токтың арасындағы бұрышына байланысты .


18.4-сурет. Синхронды генератордың сыртқы сипаттамалары

Активтік және активтік-индуктивтік жүктеме кезде E>U1, ал активтік- сыйымдылық жүктеме кезде  E<U1, яғни бірінші кезде жүктеме өскенде генератордың кернеуі азаяды, ал екінші кезде үлкейеді. Мұның себебі: активтік-индуктивтік жүктеме кезде статор реакциясы бойлайлы магнитсіздендіру әрекетін жасайды, ал активтік-сыйымдылық жүктеме кезде статор реакциясы бойлайлы магнитсіздендіру әрекет жасады.


Сипаттамаларды түсіргенде  U1=const және  n1=const болу керек. Бос жүріс ережеден номинал жүктеме ережеге дейін ауысқанша кернеудің өзгергені мынадай көрініспен анықталады (% )

  Негізінде генераторлар қуат коэффициент  cos φ1=0,85-0,9 –ға тең кезде жұмыс істейді , ал бұл жағдайда ∆ U1= 15-20% .

 

2. Реттеуіш сипаттамалар

Кернеу U1, бұрыш φ1 және жиілік f1 тұрақты кезде қыздыру ток -дан жүктеме ток I1-ден тәуелділікті реттеуіш сипаттамалар деп атайды, яғни Iқ=f(I1).

Бұл сипаттамалар жүктеме ток  I1  өзгерген кезде кернеу U1  тұрақты сақтау үшін қыздыру ток  қалай өзгерту керек екенін көрсетеді.


18.5-сурет. Синхронды генератордың реттеуіш сипаттамалары

 

Активтік жүктеме кезде ток I1 үлкейген кезде кернеу U1 азаяды, ал оны тұрақты сақтау үшін қыздыру токты үлкейту керек (қисық 2).

Активтік – индуктивтік жүктеме кезде кернеу U1 статор реакцияның әсерімен көбірек азаяды, ал сол себептен қыздыру токты үлкейту керек (қисық 1).


Активтік -  сыйымдылықтың жүктеме кезде кернеу U1 статор реакцияның әсерімен үлкейеді, сол себептен қыздыру токты азайту керек (қисық 3).

 

18.2 Бос жүріс және қысқа тұйықталу тәжірибелері

Бос жүрістің сипаттамасын түсіру үшін жалғаудың сұлбасы 18.6-суретте көрсетілген, яғни статор тізбегі желіден ажыратылып тұрады.

18.6 –сурет. Тәжірибенің жалғау сұлбасы (а) және бос жүрістің сипаттамасы (б)

Бос жүрістің сипаттамасы деп генератордың  Е  ЭҚК-інің Iқ  қыздыру токтан, жүктеме ток I1=0 және айналу жиілік n1=const кезде, тәуелділігін айтады, яғни E=(Iқ).

Қысқа тұйықталудың сипаттамасын түсіргенде статордың сыртқа шығып тұрған қысқыштарын тұйықтап тастайды (18.7-сурет).

18.7-сурет. Тәжірибенің жалғау сұлбасы (а), қысқа тұйықталудың сипаттамасы (б) және векторлық диаграмма (в)

Қысқа тұйықталудың сипаттамасы деп генератордың тоғы I1 –дің қыздыру токтан,кернеу U1=0 және айналу жиілік  n1=const кезде, тәуелділігін айтады, яғни I1=(Iқ)

Бұл жағдайда статор реакциясының магнит ағыны негізгі магнит ағынға қарсы болады да, қорытынды магнит ағын шамалы болады. Сол себептен, генератордың магнит тізбегі қанықпаған болады, ал қысқа тұйықталу сипаттама түзу болады (18.7, б - сурет). Статордың активтік кедергісі индуктивтік кедергіге қарағанда аз болғандықтан оны есептемеуге болады (Ra=0). Векторлық диаграммадан көрініп тұр: статор ораманың ЭҚК-і Еқ статор реакциясының бойлайлы Эқк-інен  Éad=-jxadİ1қ және сейілу ЭҚК-інен Éσa=-jxσaİ1қ толық теңделеді, яғни

                               Eқ=- Éad- Éσa = jxad İ1қ + jxσa İ1қ.                              (18.4)

Қатыстың бірліктерде индуктивтік кедергілер тең

                                                         (18.5)              Айқындалған полюсті машиналарда     .

Айқындалмаған полюсті машиналарда .

Синхронды машинаның ең бір маңызды параметрі –қысқа тұйықталудың қатынасы

                                     ҚТҚ=.                                  (18.6)

Бұл қатынас, қыздыру ток номиналға тең кезде, тұйықталу тоқтың қалыптасу шамасын мінездейді.

ҚТҚ айқындалған полюсті машиналар үшін   тең, ал айқындалмаған полюсті машиналар үшін   тең. Қалыптасқан тұйықталу тоқтың шамасы аса үлкен болмайды (кейбір машиналар үшін ол номиналды токтан да аз болады). Мұның себебі –статор реакциясы машинаны қатты магнитсіздендіреді.

 

18.3 Синхронды машинаның шығындары және пайдалы әрекет коэффициенті (ПӘК)

Синхронды машинадағы энергия өзгерістері энергия шығындарымен байланысты. Шығындар тұрақты және айнымалы түрге бөлінеді.

Тұрақты шығындар магнит шығындарымен (гистерезис және құйын тоқтардан шығындар) және механикалық шығындардың қосындысына тең, ал айнымалы шығындар орамдағы шығындармен қоздыруға кететін шығындардың қосындысына тең.

Статор өзекшесіндегі магнит шығындар, Вт

                                                .                                           (18.7)

Жиілік 50 Гц  кезде статор өзекшесінің арқасында және тістеріндегі магнит шығындар, Вт

                                                                                    (18.8)

мұнда, және  - статор өзекшесінің арқасындағы тістеріндегі меншікті шығындар, Вт/кг;

 -  статор өзекшесінің арқасындағы және тістердегі индукция, Тл;

 - статор өзекшесінің арқасындағы және тістерінің салмақтары, кг.

Механикалық шығындар подшибниктерде қажалуға және вентиляцияға кететін шығындарға тең  ,                                      (18.9)

мұнда       ротордың бетіндегі айналма жылдамдық,  м/с;

              -  өзекшенің ұзындығы.

Статор орамасындағы электр шығындар, Вт

                                                  .                                           (18.10)

Қыздыруға кететін шығындар, Вт:

                                            ,                                 (18.11)

мұнда         қыздырушының ПӘК-і.

 

 

Синхронды машинада қосымша шығындар  Рқос=0,5% номиналды қуаттан алынады.

Синхронды машинаның шығындар қосындысы

                         .                        (18.12)

Синхронды генератордың ПӘК-і

.

Синхронды қозғалтқыштың ПӘК-і

.

19 Синхронды генератордың параллельді жұмыс істеуі

 

19.1 Генераторларды параллельді жұмысқа қосу

Электростанцияларда желіге бірнеше генераторды параллельді қосады. Бұл тұтынушылардың энергожабдықтарының сенімділігін көтереді.

Электростациялар, өздерінің кезегінде, параллельді жұмыс істеу үшін қуатты энергожүйелерге бірігеді.

Осы себептен желінің кернеуі Uж және жиілігі fж тұрақты, генератордың тиеуінен тәуелсіз болады.

Генераторды параллельді жұмысқа қосқан кезде статор тоғының ырғуын кеміту жағдайды қамтамасыз ету керек, әйтпесе релей қорғаныс істеп қалады немесе генератор мен турбина сынып қалуы мүмкін.

Егер де генератордың және желінің кернеулігінің лездік мағыналары тең болса, онда генераторды желіге қосқан кезде статор тогы нөлге тең болады

                                 .                               (19.1)

Теңдік   (19.1) орындалуы үшін келесі жағдай орындалуы керек:

а) желіге қосқан кезде генератордың кернеуі желінің кернеуіне тең болу керек, яғни

;

б) генератордың жиілігі желінің жиілігіне тең болу керек, яғни ;

в) генератордың фазаларының тізбектілігі желінің фазаларының тізбектілігіндей болу керек.

Генераторды желіге қосқандағы істі тудыру жиынтықты синхронизация деп атайды.

Синхронизация кезінде алдымен ротордың номиналды айналу жиілігін орнатады, яғни    теңдікті орындайды. Бұл біріншілік қозғалтқыштың (турбина, т.б ) айналу жиілігін реттеу арқылы орындалады.

Содан кейін қыздыру тоқты өзгертіп   теңдікті орындайды.

Үшінші жағдайды арнаулы өлшеу аспаптары – лампалық және тілдік синхронос-   коптар арқылы орындайды.

Лампалы синхроноскоптар қуаты аз генераторларың синхронизациясына қолданады. Лампаларды “өшу” сұлба бойынша қосқанда (19.1-сурет) синхрониза- ция мезгілі барлық лампалар өшкен кезге сәйкес болады.

19.1-сурет. «Өшу» сұлба бойынша генераторды синхронизациялау

Жиілік    өзгеріп тұрған кернеу   әрбір лампаға әрекет етеді. Кернеу нөлге жақындағанда лампалар өше бастайды, ал сол кезде генераторды қосқыш Қ арқылы желіге қосады.

Үлкен қуатты генераторлардың синхронизациясын тілдік электромагнит жүйесі бар синхронископ арқылы өткізеді.  Бұл синхроноскоптар айналма магнит өрісінің негізімен істейді. Жиіліктер  кезде өлшеу аспаптың тілі нөлді көрсетеді, ал сол кезде генераторды желіге қосу керек.

Қазіргі уақытта электростанцияларда ең көп тараған синхронизация әдісі- “өрескел”  синхронизация.

Алдымен роторды (қоздыру орамада тұрақты ток жоқ кезде) қозғалтқыш арқылы синхронды жылдамдыққа жақындатады да статорды желіге қосады. Содан кейін ротордың қоздыру орамасына тұрақты тоқты жібереді. Бұл ток арқылы пайда болған қоздыру ағын статор тоғымен өзара әсер арқылы роторды синхронизмге тартады. Генераторды желіге қосқанда желінің кернеуінің әрекеті арқылы статор орамасында тоқтың ырғуы байқалады да ротордың білігінде механикалық тырысу пайдалы болады. Тоқтың  ырғуы 3,5 Iном аспау керек, ол бұл жағдай жаттығуда үнемі орындалады. ”Өрескел” синхронизация әдісінің айырмашылығы – тез өтеді.

 

19.2 Генератордың қуаты, электромагниттік иінкүші және бұрыштық мінездемелері

Синхронды генератордың активтік қуатының жүктеме бұрышынан тәуелділігін оңайтылған векторлық диаграммадан табамыз (19.2-сурет)

Синхронды генератордың активтік қуаты тең

                                                 .                                    (19.2)             Айқындалған полюсті машина үшін

   болғандықтан

 және токтарды табу үшін кернеу және кернеу түсулерінің  -  мен  векторларының координат біліктерге проекцияларын аламыз (19.2-сурет).


19.2-сурет.

 

 

 

 

 

;  

 

Бұдан табамыз  ;.      (19.3)

   және    ,токтардың мағыналарын  (16.2) теңдікке қоямыз


. (19.4)

Айқындалмаған полюсті машинада  болғандықтан

                                              .                                             (19.5)                                                                                            Айқындалған және айқындалмаған полюсті машиналардың электромагниттік иінкүштері сәйкес

                      ,                 (19.6)

                                                .                                        (19.7)                                                                                         

 

Айқындалған полюсті машинаның электромагниттік иінкүші екі бөлімшеден құрылады: біріншісі негізгі бөлімшесі

                                                                                         (19.8)

екіншісі – реактивтік бөлімшесі

 

                                         .                                (19.9)

Иінкүштің негізгі бөлімшесі кернеу U1 –ден ғана емес ЭҚК Е-ден да тәуелді болады, яғни ротордың магнит өрісінен және бұрыш -дан (19.3-сурет, қисық 1)


19.3-сурет. Синхронды генератордың бұрыштық сипаттамалары

 

 

Егер де ротор қоздырылған болмаса (Ф=0), онда негізгі иінкүш бөлімшесі Мнег =0. Реактивтік бөлімше магнит өрісіне тәуелсіз, яғни қоздыру ток жоқта да пайдалы болады, ол    пропорционалды (18.3 сурет , қисық 2)

Бұл бөлімше пайда болу үшін екі жағдай болу керек: ротор айқындалған және статор орамасы желіге қосылуы.


Синхронды машинаның жүктемесі өскен сайын бұрыш өседі, яғни электромагнит қуат және электромагнит иінкүш өзгереді.

  және  бұрыш -дан тәуелділіктер синхронды машинаның бұрыштық сипаттамалары деп аталады.

Айқындалған полюсті машинаның нәтежелі иін күші Мнәт=Мнег +Мреак (19.3 сурет, қисық 3), максималды иінкүш Ммакс бұрыш  кезде болады .

Айқындалған полюсті машиналарда Мреак=0, сондықтан бұрыштық сипаттамасы синусоида болады, ал .


19.4-сурет. Синхронды машинаның орнықты аймағы

Синхронды машинаның статикалық тұрақтылығын және жүктемелік қабілетін бағалауға бұрыштық сипаттаманың үлкен маңызы бар.

Статикалық тұрақтылық – сыртқы және тежелу иінкүштер өзгерген кезде синхронды машина өзінің жиілік айналуын сақтау деп ұғамыз.


Статикалық тұрақтылық тек М<Mмакс сәйкес бұрыштар кезде қамсыздандырылады.

Синхронды машиналар  кезде жұмыс істейді, бұл екі есе әлде одан да көп иін күштің қорына тең.

Статикалық артық жүктемелік коэффициент  КТ тең

                                    .                                 (19.10)

Қуатты генератордың бұл коэффициенті  тең.

 

20 Синхронды қозғалтқыштар

 

20.1 Синхронды қозғалтқыштың жұмыс істеу принципі

Синхронды машина желіден электр энергияны тұтынып алып оны механикалық энергиясына түрлендірсе, онда бұл машина қозғалтқыш ережеде жұмыс істейді.


20.1-сурет. Қозғалтқыш ережеде синхронды машинаның жұмысы

 

20.2-сурет. Синхронды қозғалтқыштың векторлық диаграмасы


  .   (20.1)

Пайдалы иінкүштің әрекетімен өндіріс механизмдер жұмысқа қосылды.

Айқындалған полюсті синхронды қозғалтқыштың электромагнит иінкүші (18.6), айқындамаған (18.2) формулалар арқылы табылады.

Синхронды қозғалтқыштың бұрыштық сипаттамалары координат біліктерде үшінші квадратына жатады, ал   бұрыш және МЭМ иінкүш теріс мағыналы болады (20.3- сурет).


Максимальді иінкүштің номиналды иінкүшке қатынасы синхронды қозғалтқыштың аса жүктеме қабілеттілігін  белгілейді

                                                    .                                             (20.2)

 

20.3- сурет. Синхронды қозғалтқыштың бұрыштық сипаттамалары.

Әдетте аса жүктеме қабілеттік .

Синхронды қозғалтқыштың роторы тек синхронды жиілікпен  айналады.

 

20.2  Синхронды қозғалтқышты жұмыс сипаттамалары

Синхронды қозғалтқыштың жұмыс сипаттамалары дегеніміз n2 айналу жиіліктің, Р1 тұтыну Мn пайдалы иінкүштің,  қуат коэфициенттің, І1 статор тогының Р2 пайдалы қуаттан тәуелдіктерін айтады (20.4-сурет).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20.4-сурет. Синхронды қозғалтқыштың жұмыс сипатамалары.

 

Ротордың айналу жиілігі n2 тұрақты болғандықтан сипаттама  абсцисс білігіне параллельді түзу сызық. Ротордың білігіндегі пайдалы иінкүш  болғандықтан сипаттама координат басынан шыққан түзу сызық. Желіден алынған қуат , ал біліктегі жүктеме өскенде қуат шығындар  өседі. Сол себептен, сипаттама  жоғары жаққа кішкене қисаяды.

Сипаттама бос жүріс ережедегі қозғалтқыштың қоздыру мінезінен тәуелді. Егер де  болса, онда жүктеме өскенде  азаяды. Статор тоғы , ал  азайғанда ток тез өседі. Синхронды қозғалтқыштың асыра жүктеме қабілеттігі  болғандықтан  тең болады. 

 

20.3 Синхронды қозғалтқышты орнынан жіберу

Ротордың едәуір инерциясы болғандықтан (ротордың салмағы 400 кг дейін жетеді) статордың айналма өрісі оны бірден электрін әкете алмайды, ал сол себептен қозғалтқышты желіге қосу арқылы орнынан жіберу мүмкін емес. Статор өрісінің айналу жиілігі лезде орнайды: сол себептен статор мен ротор арасындағы тұрақты магнит байланыс болмайды. Синхронды қозғалтқышты орнынан жіберу үшін арнаулы әдістер қолданады. Олардың маңызы: алдымен роторды синхронды айналу жиілігіне жақындату. Бұл жағдайда статор мен ротордың арасында тұрақты магнит байланыс пайда болады.

Қазіргі уақытта синхронды қозғалтқышты орнынан жіберудің  негізгі әдісі - асинхронды жіберу. Бұл  әдісті ротор полюстерінің ұштықтарында жіберу орама (клетка) болғанда ғана пайдалануға болады (20.5-сурет).

 


20.5-сурет. Синхронды қозғалтқышты асинхронды жіберу

 


Алдымен қоздырылмаған қозғалтқышты желіге қосады. Үшфазалы сатаор орамасын желіге қосқанда айналмалы магнит өрісі пайдалы болады. Бүл өріс І2 ротор тогын тудыратын ЭҚК- ті индукциялайды. Ток І2 статор өрісімен әрекеттестік арқылы FЭМ механикалық күшті тудырады. Осы күш МЭМ иінлүшті құрады, ал ол роторды айналдыруын бастайды. Ротордың жылдамдығы синхронды жылдамдыққа жақындағанда () қоздыру ораманы тұрақты токқа қосады. Пайдалы болған синхронды мінкүш роторды тартып синхронизмге кіргізеді. Қозғалтқыштың әлде  де синхронизмге кіретін жағдайы бар кездегі жүктеме иінкүш қозғалтқыштың синхронизмге кіру иінкүші МК деп аталады.

Статордың магнит өрісі қозғалтқышты орнымен жіберу кезде қоздыру орамамен синхронды жылдамдықпен кесіп өтеді де сол орамада үлкен ЭҚК- ті индукциялайды. Сол себептен қоздыру ораманы асинхронды жіберу процесс кезінде ажыраған бойда қалдыруға болмайды. Қоздыру ораманың орам саны көп болғандықтан ЭҚК- тің мөлшері оқшаулама және жұмыс атқарып жүрген персоналға қауып болады. Мұндай жағдайды келтірмеу үшін жіберу кезде қоздыру ораманы өзінің кедергісінң шамасынан 10 есе үлкен R активтік кедергіге бекітеді.

 

 

Электрониканың негіздері

21 Жартылай өткізгішті аспаптар

21.1 Жартылай өткізгішті аспатарды топтастыру

Әрекеттері жартылай өткізгіштердің қасиеттерін пайдалануға негізделген аспаптарды жартылай өткізгішті  аспаптар деп атайды.

Жартылай өткізгішті аспаптардың топтастыруы 1 –суретте келтірілген. Жартылай өткізгішті резисторлар және диодтар екі электродты, ал қос полярлы және өрістік транзисторлар – үш электродты аспаптарға жатады. Транзисторлар екі және үш электродты болады.

 

 

 

21.1 – сурет. Жартылай өткізгішті аспаптардың топтастырылуы.

21.2 Жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі

Жартылай өткізгішті аспаптарды әзірлеу үшін жай заттар – германий, кремний, селен және құранды заттар – галлийдің фосфиды және т.б.қолданады. Таза жартылай өткізгішті заттардың меншікті электр кедергелері 0,65 Ом. (германий) бастап  (селен) жетеді.

Таза жартылай өткізгіштерде заря тасышылардың шоғырлануы заттың  тек  тең. Жартылай өткізгіштің меншікті кедергісін төмендету үшін және оған белгілі электр өткізгіштік түрлі беру үшін – электронды, еректі электрондар басым болғанда немесе кемтікті, кемтіктер басым болғанда – таза жартылай өткізгішке белгілі қоспаны еңгізеді.

Қоспа ретінде периодикалық кестенің III және V топтардық элементтері қолданады. III топтың элементтері кемтікті электр өткізгіштікті құрады да акцепторлы қоспалар деп аталады, V топтың элементтері – электронды электр өткізгіштікті құрады да донорлы қоспалар деп аталады.

Жартылай өткізгіштің меншікті кедергісі қоспаның шоғырлауынан едәуір тәуелді. Қоспаның шоғыр     болғанда оны германий үшін , ал кремний үшін  дейін төмендетуге болады. Соның өзінде жартылай өткізгіште қоспаның бір атомы жартылай өткізгіштің  атомына келеді.

Жартылай өткізгішті аспаптардың жұмысына негізгі мәнді электронды – кемтікті өткел орындайды. Бұл өткелді  өткел деп атайды. әдетте  өткелді құру үшін жартылай өткізгішке қоспаны кіргізу арқылы орындайды. Мысалы, жартылай өткізгіштің бір бөлігіне донорлы қоспаны кіргізгенде түрлі жартылай өткізгіштің, түрлі жартылай өткізгішпен, саласы құрылады.

Әртүрлі электр өткізгіштік түрлері бар екі жартылай өткізгіш, шектесінде  өткелдің құрылуын қарап шығайық (1-сурет). Шектесуге дейін екі жартылай өткізгіштікте электрондар, кемтіктер және қозғалмай тұрған иондар біркелкі таратылған (1,а-сурет).

Жартылай өткізгіштер шектескен кезде шекара қабатта электрондардың және кемтіктердің рекомбинациясы (қосылуы) өтеді.

 

                          а)                             б)                                               в)

21.2-сурет.  өткелдің құрылуы

түрлі жартылай өткізгіштің зонасынан еркін электрондар түрлі жартылай өткізгіштердің валенттік зонасында бос деңгейлерінде орын алады. Сондықтан екі жартылай өткізгіштердің шекарасында жылжымалы заряд тасушылар жоқ қабат пайда болады, ол сол себептен жоғары электр кедергімен ие болатын бекіту қабат деп аталады. (1,б-сурет). Бекіту  қабаттың қалыңдығы бірнеше микроннан аспайды.

Бекіту қабаттың үлкеюіне жартылай өткізгіштердің  шекарасында қос электр қабатты құратын донорлы және акцепторлы қоспаларды жылжымайтын иондар кедергі салады. Бұл қабат потенциалдардың  жалғасу айырымын (потенциалды тосқауыл) белгілейді (1,в-сурет). Пайда болған потенциалдар айырымы бекіту қабатта электр өрісті құрады. Бұл өріс  түрлі жартылай өткізгіштен электрондардың түрлі жартылай өткізгішке және кемтіктердің түрлі жартылай өткізгішке өтуге бөгет салады. Сонымен бірге, электрондарға түрлі жартылай өткізгіштен түрлі жартылай өткізгішке, ал кемтіктерге түрлі жартылай өткізгіштен түрлі жартылай өткізгішке еркін жылжуға болады, яғни потенциалдардың жалғасу айырымы негізгі зарядтардың қосғалысына бөгет салмайды. Бірақ та  өткел арқылы негізгі емес тасушылар  потенциалдардың  жалғасу айырымы төмендейді, ал сол себептен энергиясы жеткілікті негізгі тасушылардың кейбір бөлігі потенциалды тосқауылды жеңіп алады.  дрейфті тоққа қарсы бағытталған   диффузиялық ток пайдалы болады, яғни динамикалық тепе-теңдік құралады .

Егер де  өткелге,  кернеулікті электр өрісті бекіту қабатта құратын сыртқы кернеуді ынта салсақ (21.3, а-сурет), онда бекіту қабат кеңійді, себебі-болымды және теріс заряд тасушылар (кемтіктер және электрондар) жалғасу зонадан шығарады.

                                           а)

 

21.3-сурет. Сыртқы  электр өрісте электронды – кемтікті өткел.

Бұл жағдайда өткелдің кедергісі өте үлкен, ал ток өте кішкентай – ол негізгі емес заряд тасушылармен ғана құрылады. Бұл ток - кері, ал  өткел жабық деп аталады.

Кернеу көзінің қарама-қарсы полярлық кезінде сыртқы электр өрістің бағыты қос электр қабаттың өрісіне қарсы болады, бекіту қабат жоқ болады. Бұл кездегі ток-тік , ал  өткел-ашық деп аталады.  өткелдің кедергісі тек жартылай өткізгіштің кедергісімен белгіленеді.

21.4 - суретте ашық және жабық  өткелдердің толық вольтампарлі  сипаттамалары көрсетілген.

 

Сипаттамалы сызықты емес. 1

участікте , тік ток кішкентай. 2 участікте  , бекіту қабат жоқ, ток тек жартылай өткізгіштің кедергісімен белгілінеді. 3 участікте бекіту қабат негізгі тасушылардың қозғалысына қарсыласады, шамалы ток негізгі емес заряд тасушылардың қозғалысымен белгіленеді. Ақырында, 4 участікте  өткелдің тесілуі өтеді де кері ток тез өседі.

Егер де  өткелде кернеуді азайтсақ, онда  өткелдің басты қасиеттері қайтадан орына қайтады, ал сол себептен тесілу жартылай өткізгіш диодтарда жұмыс ережеде пайдаланады.

Егер де   өткелдің, кері токпен қыздыру арқылы, температурасы өсіп кетсе, онда заряд тасушылардың саны үлкейеді. Бұл жағдай кері токты одан сайып үлкейтеді және  өткеледі одан сайын қыздырады да өткелді бұзады. Мұндай процесс жылулық тесілу деп аталады. Жылулық тесілу  өткелді бұзады.

3 Жартылай өткізгішті резистор

Электр кедергісі кернеуден, температурадан және жарықталғандықтан тәуелділі екі шықпасы бар аспап жартылай өткізгішті резистор деп аталады.

 

 21.5-сурет. Жартылай өткізгішті резисторларды топтастыру

Жартылай өткізгішті резистордың бірінші екі тобы – сызықты және сызықсыз (варисторлар) резисторлар – айналадағы ортаның температурасынан шамалы тәуелді электр сипаттамалары бар резисторлар.

Сызықты резистор – кремний түрлі зат қолданатын жартылай өткізгішті резистор. Мұндай жартылай өткізгіштің меншікті кедергісі электр өрістің

21.3 Жартылай өткізгішті диод

Жартылай өткізгішті диод – екі шықпасы және бір  өткелі бар жартылай өткізгішті аспап.

Барлық жартылай өткізгішті диодтар екі түрге бөлінеді: нүктелі және жазықтықты.

 

 

 

 

 

 

 

 

21.6-сурет. Жартылай өткізгіш диодтарды топтастыруы

Жазақтықты диодтың электр сипаттамалары  өткелдің сипаттамаларымен белгілінеді. Диодтың тағайындауына қарай  өткелдің керекті сипаттамалары қолданады.

Айнымалы токты түзетуге арналған жартылай өткізгішті диод. Түзеткіш кремнийлік диодтың вольт-амперлі сипаттамасы  суретте келтірілген.

 

 

Өткелдің ауданы үлкен болғандықтан жазықтықты диодтардың тік токтары бірліктен мың амперге дейін жетеді. Жартылай өткізгіште токтың тығыздығы  дейін жетеді, ал сол себептен өткізгіштің температурасы өседі. Германий диодтың температурасы , ал кремний диодтың температурасы  аспау керек. Қуатты диодтардың қызуын төмендету үшін арнайы шараларды қолданды: радиоторларды және үрлеуді. Диодқа кері кернеуді ынта салғанда онда шамалы кері ток аға бастайды. Оны  өткел арқылы негізгі емес заряд тасышулар тудырады. Температура өскенде кері ток өседі.

Егер де диодқа үлкен кері кернеуді ынта салса, онда  өткел көшкінді тесілу болуы мүмкін, ал бұл жағдайда кері ток кенет өседі, диодтың температурасы өседі де жылулық тесуге келтіреді, яғни  өткен бұзылады. Диодтар кері кернеулер тесу кернеуден  шамасынан аспағанда сенімді жұмыс істейді.

Түзеткіш диодтардың негізгі параметрлеріне жатады: тік кернеу ; рұқсат етілетін максималды тік ток , рұқсат етілетін максималді кері кернеу ; диодтан кері тоғы .

Жартылай өткізгішті стабилитрон токтан нашар тәуелді жартылай өткізгішті диод. Стабилитрон кернеуді тұрақтандыру үшін қолданады.

Стабилитронның вольт-амперлі сипаттамасы    21.7 суретте келтірілген.

 

21.7- сурет. Стабилитронның вольт – амперлі сипаттамасы

Суреттен  тесілу салада стабилитрондағы  кернеу ток  кең шектерде өзгергенде шамалы өзгеретіні көрініп тұр.

Стабилитронның негізгі параметрлары: тұрақтандыру кернеу ; тұрақтандыруның тоғы ; тұрақтандыру участіктегі динамикалық кедергі  тұрақтандыру участіктегі температуралық коэффициент  

Стабилитронның тұрақтындырулық кернеу 1-1000В шектерде жатады ( өткелдің қалыңдығына тәуелді); .

Стабилитронды тізбектеп қосуға болады, бұл жағдайда тұрақталған жалпы кернеу стабилитрондардың кернеулердің қосындысына тең

.

Стабилитрондарды параллельді қосуға болмайды.

Фотодиод, фотоэлемент және жарықдиод.

Бұл үш түрлі диодтарда  өткелдің бекіту қабатында оптикалық сәулеленудің заряд тасушылармен (электрондармен және кетіктермен) өзара әсерліктері пайдаланады.

Фотодиодта  өткелік жарықталғанда кері ток өседі. Жартылай өткізгішті фотоэлементтің  өткеліне жарық түскенде кері кернеу туады.     Жарықдиодта тік ток ережеде   өткелдің зонасында көрнекті немесе инфрақызыл сәулелену пайда болады.

Магнитодиод

Магнитодиод – магнит өрістің әсерлігімен вольт – амперлі сипаттаманы өзгертуін пайдаланатын жартылай өткізгішті диод.

Манитиодтың негізгі параметрі – сезімталдық.

                                                  ,                                       (1)

мұнда  және -тік кернеудің және магнит индукцияның өсімшеліктері .

21.4 Екіполярлық транзисторлар

Екіполярлық транзистор – қуатты күшейтуге арналған электрөткізгіштік түрлері алмасатын үш саладан құрылған электр түрлендіргіш аспап.

Екіполярлық транзисторларда ток екі түрлі заряд тасушылардың (электрондар және кетіктердің) қозғалысымен белгіленеді.

Екіполярлық транзисторларда үш қабатты жартылай өткізгішті құрылымының көмегімен әртүрлі электр өткізгіштіктері бар жартылай өткізгіштерден екі  өткелдер құрылады. Екі үш қабатты құрылым болуы мүмкін: кемтікті-электронды-кемтікті және электронды-кемтікті-электронды. Әртүрлі электр өткізгіштіктері бар участіктері алмасуға сәйкесті барлық екіполярлық транзисторлар екі түрге бөленеді:  (а-сурет) және  (б-сурет).

 

 

                                          а)                                                     б)

21.8-сурет. Түрлері  (а) және  (б) екіполярлық транзисторлардың құрылымы. Транзисторларды пайдаланатын жиіліктерінің диапазоны және қуаттары бойынша екі топқа бөлінеді (21.9 - сурет)

 

 

 

 

 

 

21.9-сурет. Екіполярлық транзисторларды топтандыру және графикалық белгілеу

Транзистордың орташа қабаты база (Б) деп аталады, зарядтарды тасушылардың (электрондар және кемтіктер) көзі болатын (яғни ток құрышы) сыртқы қабат – эмиттер (Э), ал сыртқы қабат коллектор (К) деп аталады.

Эмиттер – база өткелікке (21.10-сурет) тік бағытта  кернеу ынта салынады, сол себептен шамалы кернеу кезде едәуір ток пайдалы болады. Коллектор-база өткелікке  кернеу кері ынта салынады.

 

 

 

                        21.10-сурет.                                             21.11-сурет.  

Екіполярлы транзистордың құрылымы                          түрлі транзисторда             

                                                                                         заряд тасушылардың

                                                                                қозғалысы

 түрлі транзисторға кернеулер кері полярлы түрде беріледі.  түрлі транзистордың коллектормен база арасында болымды кернеу ынта салынған. Эмиттер ток  нөлге тең кезде коллекторлық өткелден өтетін шамалы ток  негізгі емес заряд тасушылардың (кеміктер коллектордың базаға, электрондар базадан коллекторға) қозғалысымен себептелген.

Температура өскенде ток  кенет өседі. Кері коллектордың ток  тең:  германий және  кремний транзисторларда.

Көректендіру көздің теріс қысқышына эмиттерді қосқанда эмиттерлік ток  туады (21.11-сурет). Сыртқы кернеу эмиттерлік өткелге тік бағытта ынта салынғандықтан электрондар өткелді асып өтіп база саласына түседі. База р-жартылай өткізгіштіктен орындалған себептен электрондар база үшін негізгі емес заряд тасушылар болады.

Базаның саласына түскен электрондардың бір бөлігі базадағы кемтіктермен рекомбинациялайды. Бірақ та базаны үлкен меншікті кедергісі бар жұқа қалыңдығы бар р-жартылай  өткізгіштіктен орындайды, ал сол себептен кемтіктердің базадағы шоғырлануы өте төмен, яғни базаға түскен шамалы электрондар оның ішіндегі кемтіктермен рекомбинациялайды да  базалық токты құрады. Электрондардың көбісі жылылық қозғалыстық (диффузия) себебімен және коллектордың өрісінің әсерімен коллекторға жетіп  коллектор токты құрады.

Эмиттерлік және коллекторлық токтардың өсемшіліктерінің арасындағы байланыс токтың беріліс коэффицентімен сипатталады

                                           .                                      (2)

Екіполярлық транзисторлар үшін .

 кезде транзистордың коллекторлық тоғы.

                                                 .                                              (3)

Жоғарыда қаралған қосу сұлбада базалық электрод эмиттерлік және коллекторлық тізбектер үшін ортақ болады.

Мұндай қосу сұлбаны ортақ базалық сұлба деп атайды, бұл кезде эмиттерлік тізбекті кіріс, ал коллекторлық тізбекті – шығыс деп атайды.

Бұл қосу сұлбаны сірек қолданады. Негізгі қосу сұлбма ретінде кіріс және шығыс тізбекткер үшін ортақ электрод ретінде эмиттер алынады, яғни ортақ эмиттермен қосу сұлба деп аталады (21.12а-сурет). Бұл сұлба үшін кіріс контур база эмитер өткел арқылы өтеді де базада пайдалы болатын ток тең

                           .                          (4)

Кіріс контурда шамалы базалық ток болғандығы ортақ эмиттермен сұлбаны кең қолдануға себеп болады. б – суретте мұндай транзистордың балама сұлбасы көрсетілген.

 

 

                                 а)                                                               б)

 

21.12-сурет. Ортақ эмиттермен сұлба бойынша  түрлі транзисторды қосу (а) және оның балама сұлбасы (б).

Екіполярдық  транзисторлардың вольт-амперлі сипаттамалары.

Транзистордың кіріс тізбігіндегі токпен кернеудің арасындағы тәуелдік  кіріс немесе базалық сипаттама деп аталады. Коллектор тоғының эмиттердің арасындағы кернеуден тәуелдік  шығыс немесе коллекторлық сипаттамалардың тұқымдасы деп аталады.

 

 

 

 

21.13-сурет. Екіполярлы транзистордың вольт-амперлі сипаттамалар

Коллекторлы өткел тым қызып кетпеу үшін онда бөлініп шығатын қуат кейбір максималді шамадан аспау керек, яғни

 үлкейту үшін қуаты жоғары транзисторларды жылуды алып кету үшін транзисторды металды тұрқыммен қосады, ал транзистордың өзін арнайы радиаторға орнатады.

Сонымен бірге келесі шектеулер қойылады.

.

Екіполярлы транзисторлар - әр жақты тағайындауы бар жартылай өткізгішті күшейткіш аспаптар, ал сол себептен әртүрлі күшейткіштерде, генераторларда, логикалы және серпінді құрылғыларда кең қолданады.

 үлкейту үшін транзисторлар бір атты шықпалармен қосылған транзисторлық жинақтар қолданады. Жинаққа оншақты қуаттары жоғары транзисторлар кіреді және ол 500А ток кезде жұмыс істейді.

 

21.5 Тиристорлар

Тиристор – үш (немесе одан көп)  өткелі бар, вольт – амперлі сипаттамасында теріс дифференциалды кедергі бар участігімен және ауыстырып қосу үшін пайданалатын аспап.

Тиристорды өңдеу үшін кремний қолданады.

Триодты тиристорде (тринистор) үшінші қосышма (басқарушы) электроды бар.

 

 

 

 

 

21.14- сурет. Триодты тиристордың құрылымы:

1,2,3 – катодтың, басқарушы электродтың және анодтың шықпалары

Тиристорда  үш  өткелі бар төрт қабатты құрылым. Тиристорға қоректендіру кернеу – суреттегі берілген кезде  және  өткелдер ашық, ал  өткел - жабық. Кернеу  жабық өткелге салынады. Оның кедергісі үлкен болғандықтан ток шамалы болады.  кернеуді үлкейткен кезде (көріктендіру көздің  ЭҚК-ін үлкейту арқылы) тиристордың тоғы шамалы өседі.  кернеу  қосу кернеуге тең болғанда заряд тасушылардың саны тасқынды өседі (21.15-сурет). Бұған себеп -   - өткелі жылжып бара  жатқан электрондармен және кемтіктермен заряд тасушылардың тасқынды көбейтілу. Заряд тасушылардың саны өскен сайын ток өткелде тез өседі, оған себеп - – n2  қабаттан   электрондар,  р1  қабаттан   кемтіктер   p2 және n1  қабаттарға   ұмтылып  оларды  негізгі   емес   заряд   тасушылармен   қанықтырады.   R  резистордағы   кернеу  өседі,  тиристордағы   кернеу  азаяды.  Тесліуден  кейін   тиристордағы  кернеу  0,5-1В  дейін   төмендейді.   Мұндай   тесілу   тиристордың  θ2  өткелін  бұзбайды.   Тек  азайған  кезде  өткелдің  жоғарғы  кедергісі  орнына   қайтады.

21.15 – сурет. Приодты тиристордың  вольт-амперлі  сипаттамалары

 

Бұл  өткелдің  кедергісі  бұрынғы   қалпына келуі  қоректендіру    кернеуді  алып   тастағаннан  кейін,  әдетте  10-30 мкс  тең.

Приодтық  маңызды параметріне  ашушы  басқару  ток І б. қос тиристорды  ашылған  күйге   келтіретін  басқарушы   электродтың  тоғы.

Теріс  бағытта тиристордың  тесілуі  болмас  үшін  теріс   кернеу Uтер.max  аз  болу  керек.

Тиристорлар токтары  2000А және  қосу  кернеулері  Uқос = 4000 В  дейін шығарылады.

Басқарылатын  түзеткіштер  ретінде   тиристорлар  кең  қолданады.

Жартылай   өткізгішті  аспаптардың  жалпы  техникалық  және  үнемділік   сипаттамалары.

Жартылай   өткізгішті   аспаптардың  массасы   шамалы.  Тек   қуаты жоғары     диодтардың  массасы  0,1-0,5 кг  жетеді.

Механикалық   төзімділік   жоғары.  Олар  (10-100)  9  тең   теңесу  үдеуге  шыдайды.

Жұмыс  температуралары:    тан    дейін.

Сенімділік  тоқсаусыз  жұмыстың  орташа  уақытымен  сипатталады.  Дұрыс  пайдаланған  кезде   бұл  уақыт   сағат.  Аспаптардың   көбісі 3 ∙ 105 Па   қысымға   дейін   сенімді   істейді.  Жаппай  көпшілік  әзірлеу  кезде  жартылай  өткізгішті  аспаптардың  құны   төмендейді.

Интегралды  микросұлбаларды  жартылай  өткізгішті   аспаптарды   қолданатын  осы   замаңғы  техниканың  барлық  салаларында  қолданады.  Сыртқы  көлемі  және массасы  шамалы,   сенімділігі  жоғары,  өздік  шудың  төмен  деңгейі,  электр  энергияны   шамалы   тұтынуы   болғандықтан  ЖӨИС-лар   дискретті  элементтерде   жиналған   сүлбелермен  ойдағыдай  бәсекелеседі.

Әсіресе  интегралды  сұлбалардың   өте  зор  маңызы   есептеу  техниканың,  автоматиканың,  телеөлшеу  техникалық,  технологиялық  процестерді   басқарудың   (өнеркәсіпте,  ауыл-шаруашылықта,  радио және телевизиялық   техникада,  тасымалдаудың  барлық   түрлерінде)  келешекте  дамуына   себеп  болуы.

 

 

 

 

22 Электронды   түзеткіштер

22.1   Түзеткіштер  туралы   негізгі   мәліметтер

 

Түзеткіштер  - айнымалы  токты   тұрақты  тоққа  түрлендіретін   құрылғылар.  Олар  әртүрлі   электронды аспаптарда   кең   қолданады,  себебі – бұл  аспаптардың    блоктарының   көбісі   тұрақты   токпен   көріктенеді.

22.1 -  суретте   түзеткіштің    құрылыма  сүлбесі  көрсетілген.

 

 

 

 

 


22.1 – сурет.  Түзеткіштің  құрылымы  сүлбесі.

 

Сүлбеге кіреді:   көріктендіретін   айнымалы    кернеуді   түрлендіретін  күштік   трансформатор,   біржақты  өткізгіштігі  бар  және  айнымалы  токты  түзетілген  (бір  бағыты  бар  ток)  токқа   түрлендіретін  вентиль,   түзетілген   токты  тұрақты   токқа   жақындататын   тегістеуші   сүзгіш.

Осы  заманғы   түзеткіштерді   вентильдердің  түрлері,   олардың  қосу  сүлбелері және   айнымалы   кернеу   көздің   фазалар   саны   бойынша  айырады.  Сонымен бірге түзеткіштер   басқарылмайтын  және  басқарылатындар болып  бөлінеді.

 


22.2  Бір  жартыпериодты   түзеткіш

 

 

 

 

 

 

 


Айнымалы  синусондалды  U2 кернеуді  диод  Д-ға    ынта  салады.  Диодтың  біржақты   өткізгіштігі   болғандықтан  і2  ток  тек   болымды    жартылай  периодты   кернеу  U2  кезде  өтеді,  сондықтан   токтың  түрі  серпінді  болады.  ( 22.3 -сурет).   Токтың  І0   тұрақты   құрастырушысы   бұл  токтың  Rн   жүктеме   арқылы  жарты  период   ішінде   өтетін   і2   токтың  орташа   мәнімен   белгіленеді

 

                                          .                                            (22.1)

 

І2 = І2m sinω t  болғандықтан   sinωt dt,  немесе  .

ω Т = 2 ІІ  тең  болғандықтан    .                             (22.2)

Түзетілген   кернеудің   Ом  заңы    бойынша   тұрақты  құрастырушысы  тең

.                     (22.3)

 

U0 мәнін   түзеткішті   есептеген  кезде   тапсырады.

(22.3)   негізінде   U2   белгілейді,  ал  тораптың   Uт  кернеуі   арқылы                 К = U2/ Uт   трансформация  коэффициентін   белгілейді.

U2   кернеудің  теріс  жартылай  периоды  кезде   диод  Д  кері   кернеудің  әсерінде  болады.  Rд. кері >> Rж  болғандықтан  бұл  кернеудің   максимумы    U2m.  Сондықтан      Uкері.max  =  U2m = 3,14 U0.

Бұдан  бір  жарты  периодты  түзету   сүлбеде   жұмыс   істеуге  диодты    таңдаған  кезде  мына   жағдай  орындалу  керек.  Uтер.д. > 3,14 U0.  Диодтан   өткен  токтың  мәні   Іорт.д.  аспау  керек.  Бір   жарты  периодты   түзеткіш  үшін  Іорт. = І0,  сондықтан. І0 ≤ Іорт.д.  Түзеткіштің    жұмысын   сипаттайтын   маңызды   параметр - толықсу   коэффициенті

 

Кт = U1m/U0,                                                                                                 (22.4)

мұнда  U1m – жүктемедегі  айнымалы   кернеудің  бірінші  гармониканың  амплитудасы.  Бір   жартыпериодты   түзеткіш  үшін    яғни  Кт  =  1,57.

Сонымен  бірге,   жартыпериодты   түзеткіш  үшін  Кт  үлкен  болады,   ол  бұл  жағдай  бұл   сүлбенің  негізгі   кемшілігіне  жатады.

 

22.3   Екі   жартыпериоды  түзеткіш

 

Екі   жартыпериодты   түзеткіштің  көпірлі   сүлбесі  ең  кең   таратылған.  Сүлбе   күштік  трансформаторлардан  және  төрт  Д1 – Д4     диодтардан  құралады.  Көпірдің    ас   диаганалына   трансформатор,  ал  вd   диагоналына  - жүктеменің  Rн   кедергісі   қосылады.

 

     

 

 

 

U2  кернеудің  болымды  жартылай  периоды  кезде  (22.5-сурет)  а  нүктенің   потенциалы  с  нүктенің   потенциалының   жоғары,  Д1  және  Д3  диодтар ашық,  ток  мына  тізбектен  өтеді:  а  нүкте  диод  Д1  жүктеменің  Rж  кедергісі,  диод Д3,  с   нүкте.  U2  кернеудің  теріс  жартылай  периоды  кезде  Д2  және Д4  диодтар   ашық  ток   мына  тізбектен  өтеді:  с  нүкте,  диод  Д2, Rж,  диод Д4,  а  нүкте.   Жүктеменің  Rж  кедергісі  арқылы  тоқ  барлық  уақытта  бағыты  өзгермейді.  Сонымен   жүктемеде  токтың  түрі 22.5,б - суретте  көрсетілгендей  болады. 

Жүктеменің  тоғының  тұрақты  құрастырушысы  тең

.                                              (22.5)

Көпірлік  сүлбеде   трансформатордың  екіншілік  орамасынан  і2  ток  өтеді,  яғни  ,  ал  сондықтан,   І0  = 0,9 І2.

Кернеудің  тұрақты   құрастырушысы  U0 = 0,636 U2m.

 болғандықтан, U0 = 0,9 U2   тең.

Диодтарға  әсер  ететін   кері   кернеу  .

Екі  жартыпериодты  түзеткіштің  толықсу  коэффициенті 

Кт = 0,67.                                           (22.7)

22.4   Үш  фазалы  түзеткіш

 

Үш  фазалы  түзеткіштер  орташа  және  үлкен   қуатты құрылғыларда   қолданады.

22.6  - сурет.  Үш ф азалы  түзеткіштің  сүлбесі  (а)  және  оның  фазалық   кернеулері

 

Трансформаторлардың  екіншілік  орамасы  жұлдызша   қосылады.  Трансформатордың  А,  В  және  С   фазаларына  катодтары  0  нүктеге   Д1,  Д2  және  Д3  диодтар  қосылған.   Трансформатордың  бейтарап 0  және  0'   нүктелерінің   арасына  Rж   жүктеме   қосылған.  Әрбір   диод  арқылы   ток  тек   оның  анодында   потенциал  катодтың потенциалынан    жоғары  кезде  өтеді.  Бұл  жағдай  1/3    период  кезде  осы  фазалық  кернеуі   қалған  екі  фазаның    кернеулерінен   жоғары  болғанды.  Мысалы,  Д1  диод   ашық  кезде  ток  сол  диод   және   Rж  жүктеме  арқылы   өтеді.  Бұл  уақытта  Д2  және  Д3  диодтар   бекітілген,   себебі   олардың   катодтарының  потенциалдары  анодтардағы  потенциалдар  жоғары.   Келесі  1/3  период   кезде  Д2  диод   ашық  және  солай  сияқты.

Үш  фазалы    түзеткіште  толықсу  шамалы  болады  да   толықсу   коэффициент  Кт = 0,25 тең.

Жүктемедегі  түзетілген  токтың   орташа  мәні  І0 = 0,82 Іm.                  (22.8)

Әрбір   диод  арқылы  ток  1/3  период  уақыт  өтеді,  сондықтан  оның   орташа  мәні   Іорт = І0/3.

Жүктемедегі   түзетілген  кернеу

    .                                                 (22.9)

Әрбір диодтағы кері кернеудің максималді мәні  . 

 

 

22.5  Тиристорлы  түзеткіш.  Кернеу  тұрақтандырғыш.

  

22.7 – сурет.  Бір   жартыпериодты  тиристорлы  түзеткіштің  сүлбесі (а)  және U2  кернеудің,  іб  басқарудың  жүктеме  тоғының  графиктері (б).

 

Тиристоры   бар  сүлбеде  ток тиристордың  басқару   электродына  іб  басқару   серпін  түскен  кезде  өте   бастайды.  22.7 – суретте көріп  тұрғандай  басқару   серпінің  әсері   уақыт  бойынша  U2  кернеудің  период  бастауынан   tб   уақытқа   жылжығанда  басталады.  Ал  ток  Т/2 -   tб  уақыт  мезгілде   өтеді.    Сондықтан, іб  период   басында   әсер  еткенде   Іорт.0  орташа   токтың  мәніне   қарағанда   Іорт.б.  токтың  орташа   мәнін  азайтады.

Сонымен,  жүктемедегі  кернеудің  және  токтың  орташа   мәндерін  басқару  серпінді  беру  мезгілді  өзгертіп  автоматты  реттуге  жағдай  туады.

Реттелетін  түзелткіштермен  бірге    тұрақты  кернеулердің  және  токтардың  тұрақтандырғыштары  кең   қолданады.

Кернеуді   тұрақтандырудың   екі   әдісі  бар:  параметрлік  және  өтемелік.

Параметрлік тұрақтандырғыштарда  сызықсыз  вольт-амперлік   сипаттамалары  бар   элементтер  қолданады.

Өтемелік   тұрақтандырғыштардың  параметрлері  артығырақ  үйлесімді  болады.  Мұндай   тұрақтандырғыштардың   жұмысы   кіріс  кернеуді   тапсырылған  тұрақты   кернеумен  салыстыруына  сүйенеді.  Тұрақты   және  кіріс  кернеулердің  айырымына    тәуелді   бұл   айырымды   төмендету   үшін  автоматты  реттеу   орындалады.

22.8 – сурет.  Кернеу   тұрақтандырғыш  сүлбесі

 

Тұрақтырылған  Uтұр  кернеу  Д   тұрақтандырғышта  құрылады.  Т  транзистор   салыстырғыш  және  реттеуіш  элемент  ретінде  қолданады.

Эмиттермен  база   арасындағы   болымды  кернеу  Uэб = Uтұр - Uшығ.  Егер   кіріс  кернеу  Uкір  өссе,   онда    шығыс  кернеу Uшығ  үлкейеді.  Сондықтан  кернеу   Uэб   азаяды,  ал   онымен   бірге   эмиттердің  Ішығ.  Тоғы да   азаяды.  Бұл  жағдай   Uшығ.  кернеуді   азайтып  бұрынғы   қалыпқа  дейін  келтіреді.   Жүктеменің   кедергісі  үлкейгенде  сүлбе   тап  солай   істейді.  Тұрақтандырғыштың  жұмысын   сипаттайтын  негізгі  параметр – тұрақтандыру  коэффициент  (R = const  кезде)

,                                           (22.10)

 

мұнда   Uкір және  Uшығ.   – кіріс  және  шығыс  кернеулердің  номинал  кернеуері.

 

22.6  Тегістеуші  сүзгіштер

 

Электронды  аппаратураның  бірсыпыра  түйіндерін  көріктендіру   үшін  тұрақты   кернеу  керек.   Жоғарыда    қаралған  түзеткіш  сүлбелердің  шығыстарындағы  кернеулер  толықсушы  немесе  серпінді   болады.  Түзетілген  кернеу   тұрақты  болу  үшін   тегістеуші  сүзгіштер  қолданады.

Тегістеуші сүзгіштер  сыйымдылық  индуктивтік,  индуктивті – сыйымдылық  және   резисторлы – сыйымдылық  түрлерге  бөлінеді.

 

22.9 – сурет.  Сыйымдылық  сүзгіштің  сүлбесі  (а),  оның  кернеулермен  токтың  графиктері  (б).

Сыйымдылық  сүзгіш  Rж  жүктемемен   параллельді   қосылған  Сс  конденсатормен  құралады.  Сүзгіштің  жұмысы   конденсатордың     электр   энергияны   тез   қолданып,   ал  содан   кейін  бәсеңдеп   жүктемеге   беруі   қабілеттілігіне   негізделген.

Сыйымдылық сүзгіштер  шамалы  қуаты  бар түзеткіштерде   қолданады.

Үлкен  токтары  бар  түзеткіштерде индуктивтік  сүзгіштер  (22.10-сурет)  қолданады.  Индуктивтік  сүзгіш - салыстырмалы  үлкен  индуктивтігі   бар  орауыш  (дроссель).

22.10-сурет.  Түзеткіштің   тізбегіндегі   индуктивтік  сүзгіштің  сүлбесі.

 

Көбіне   құрастырылған  сүзгіштер  қолданады:  Г – түрлі  және П – түрлі  (22.11-сурет).

22.11 – сурет.  Сүзгіштердің  сүлбелері:  а – Г – түрлі;  б – П – түрлі.

 

Бұл  сүзгіштер  бір  үзбелі  сүзгіштерге  қарағанда  күрделі   болғанымен  сапалары   жоғары,  яғни толықсу  коэффициенттері  едәуір   кіші  болады.

Тегістеу   коэффициент  LC  - сүзгіштің  тең.

.                                              (22.11)

 

(22.11)  кейіптеме бойынша  есептеу  кезде  сүзгіштің   бір  параметрімен (индуктивтікпен немесе  сыйымдылықпен) беріледі.

П – түрлі  сүзгішті  тегістеу  коэффициент 1000  немесе  одан   жоғары  болу  керек  кезде  қолданады.

 

 

23 Күшейткішті  каскадтар

 

23.1  Жалпы   мағлұматтар

 

Инженерлік көп мақсаттары шешу  үшін электр дабылдарды  күшейту жағдайы   туады. Бұл  жағдайды  шешуге  күшейткіштер  қолданады,  яғни  кернеуді,  токты  және  қуатты   күшейтуге  арналған  құрылғылар.

Күшейтетін  дабылдардың  жиілік ауқымы   бойынша   күшейткіштердің  келесі  түрлері  бар:

 а)  төменгі  жиілік  ауқымда үздіксіз   периодтық  дабылдарды күшейту  үшін төменгі  жиілікті  күшейткіш (ТЖК)  қолданады.  Күшейтілетін   жоғары  жиіліктің   төменгі  жиілікке   қатынасы,  яғни    ТЖК  үшін  бірнеше  мыңға   жетеді;

б)  нөлден  шамалы   жиілікке  дейін  ауқымда   баяу   өзгеретін  кернеулерді  және  токтарды   күшейту   үшін  тұрақты   ток  күшейткіштер  (ТТК)   қолданады;

в)    жоғары  жиілік  ауқымды  үздіксіз  периодикалық  дабылдарды  күшейту  үшін  жоғары  жиілікті   күшейткіш  (ЖЖК)   қолданады.   Күшейткіш   коэффициент  қанша  есе   күшейткіштің  шығысында   кернеу,  ток,  қуат  күшейткіштің   кірісіндегі   сол  шамалардан   үлкен   екенін  көрсетеді,  яғни   кернеу   бойынша  күшейткіш   коэффициент  КU = Uшығ/Uкір,  ток  бойынша,   -  КІ = Ішығкір,  қуат   бойынша.  

                                  (23.1)

 

Көп  каскадты  күшейткіш  үшін  жалпы   күшейткіш  коэффициент

K = K1, K2…Kn.

 

 

 

 

 

23.1 – сурет.  Үш  коскадты  күшейткіштің  құрылыма  сүлбесі

 

Шығыс  қуат – күшейткіштің  шығыс   кедергісінде   өркендейтін  қуат

Ршығ  = U 2шығ/ Rж.                                      (23.2)

 

Пайдалы   әрекет  коэффициент   - пайдалы  шығыс  қуаттың  барлық   көріктендіру   көздердің   қуатына  қатынас:

                                                               (23.3)

Жиілік  бұрмаулар – күшейткіштің  сүлбелерінде реактивтік   элементтердің   (индуктивтік   орауыштар  және   конденсаторлар)  болуынан  әртүрлі   жиіліктерде   әртүрлі   күшейту    дәрежемен    қоздырылған  бұрмаулар.

Фазалы   бұрмаулар – күшейткіштің   кіріс  және  шығыс   кернеулердің  арасындағы   фаза    ығысуының   жиіліктен  сызықсыз   тәуелділігімен   қоздырылған  бұрмаулар.

Сызықсыз  бұрмаулар  күшейткіштердің  элементтерінің   вольт-амперлік  сипаттамаларының  сызықсыздығынан  пайдалы  болады,   күшейтілетін   дабылдық  түрінің  бұрмалаумен  байқалады.   Өнеркәсіптік электроникада  ең  көп  таралған  төменгі   жиілікті   күшейткіштер  болады.

 

23.2   Төменгі  жиілікті  күшейткіш  (ТЖК)

 

ТЖК  негізінде  шығыс  құрылғыда   тапсырылған  қуатты  қамтамасыз  етуге   арналады.  Кіріс  дыбыс   шамалы   болғандықтан  қуат  күшейткіштің  алдында  бір  немесе   бірнеше  алдын - ала  күшейту   каскад  қойылады  (кернеу   күшейткіштер).

ТЖК-тің  алғашқы   каскадтың  жүктеме  ретінде   резисторлар   қолданады.

Екіполярлық   транзисторлардан  құралған   күшейткіштер  әдетте ортақ  эмиттері  бар  сүлбе  бойынша   жиналады  (23.2 – сурет).   Синусоидалды дабылдық  Uкір  кернеуін   бөлгіш  конденсатор  С  арқылы  база – эмиттер  бөлікке  беріледі,  ал  бұл  жағдай  Ібо  тұрақты   құрастырушыға    қарай  база  тоғының   толықсуын   құрады.  Ібо   мәні   көздің  Ек  кернеуімен   және  резистордың  Rб  кедергісімен   белгіленеді.  База  тоғының    өзгеруі  жүктеменің  Rж   кедергісінен   өтетін   коллекторлық   токтың  сәйкесті   өзгеруіне  келтіреді.   Коллекторлық   токтың   айнымалы   құрастырушысы  Rж – кедергіде   амплитуда  бойынша   күшейген    кернеудің   Uшығ  түсуін  құрады.

23.2 – сурет. Ортақ   эмиттері  бар резистивтік  күшейткіштің   сүлбесі

 

Мұндай  каскадты  23.3-суретте транзистордың  келтірілген  кіріс  және  шығыс  сипаттамаларын  пайдаланып  графикалы  түрде   есептеуге  болады.  Егер де    жүктеменің  Rж кедергісі  және  көздің  Ек   кернеуі   берілген  болса,  онда   жүктеме   сызықтың   орнатылуы  С және  Д   нүктелермен  белгіленеді.

23.3 – сурет.  ОЭ  бар  сұлбаның  жұмысын  графикалы  талдау

 

Жүктеменің   СД   сызығы  шығыс  сипаттамаларды   кесіп  өтеді.  Жұмыс  бөлігі  ретінде  жүктеме   сызықтың  АВ  бөлігін  аламыз. 

Синусоналды   кіріс  дабыл  кезде   жұмыс   нүкте   бұл  бөліктін  ортасында  О  нүктеде   болады.  АО  кесіндінің  ординат   білігіне  проекциясы   коллектор  токтың   амплитудасын,   ал  сол  кесіндінің   абсцисс   білігіне   проекциясы  - коллекторлық   кернеудің    айнымалы    құрастырушысының   амплитудасын   белгілейді.   Жұмыс  нүкте  О   дамыл  ережеде   Іко  коллектр    тоғын  және  Uкэо  коллектордағы   кернеуді  белгілейді.

Сонымен  бірге,  О  нүкте  базаның  Ібо  дамыл   тоғын,   ал   сондықтан  кіріс  сипаттамада   О'  жұмыс  нүктенің   қалыпын   белгілейді  (23.3-сурет).   Шығыс  сипаттаманың   А және  В   нүктелеріне  кіріс   сипаттамадағы   А'  және  В'  нүктелер   сәйкесті.   А'  В'  кескіндінің   абсцисс  білікке   проекциясы  Uкір.т.  кіріс    дабылдың   амплитудасын  белгілейді.  Бұл   жағдайда    бұрмалау  ең  аз  болады.

Автоматиканың   құрылғыларында   күшейткіштің  шығыс   каскадтың  жүктеме   ретінде   электромагниттік   реле,  электр   қозғалтқыш  немесе   басқа   орындаушы   механизмдер  болады.

Шығыс  каскад   алдын - ала    каскад    сияқты   ортақ  эмиттері   бар  сүлбе  бойынша   транзисторда   жиналуы  мүмкін.   Жүктемеде   қуат   максималді  болу  үшін   жүктеменің   кедергісі   пайдалы    дабылдың   көзінің  ішкі   кедергісіне   тең  болуы  керек,   яғни   Rж = Rіш.к.  ол  үшін  үйлестіру   трансформатор   қолданады  ( 23.4 - сурет).

 

 

 

 

 

Ортақ  эмиттері  бар  бір  ырғақты  қуат  күшейткіштің  сүлбесі   шығыс   қуат 3-5  Вт   аспаған  кезде  қолданады.  Жүктеме   Rж   үйлестіру   трансформатор  арқылы   қосылады.

Үйлестіру  үшін   Rж  және  Rіш.к   тапсырылған  кезде   трансформациялық   К коэффициентін   табуға  болады.

Белгілі  U2/U1 = W2/W1=  K,    ал  I2/I1  = .  Сонымен,  біріншілік  тізбекке  енгізілетін  кедергі.

.                                   (23.4)

Егерде  =Rіш.к   болса, онда  трансформация   коэффициенті   ,    яғни   трансорматор  төмендеткіш  болуы  керек,   себебі  ≤Rіш.к .

ТЖК-тердің  алдын - ала  және  шығыс    каскадтар  А   ережеде   жұмыс  істейді.  Бұл  ережеде  О  жұмыс  нүктенің  басты  орыны  СД  жұмыс  сызықтың  ортасында  болу  керек.  А  ережеде  жұмыс  сызығы   бұрмалау   минималды,  ал  ПӘК  төмен  (40% шамасы)  деп   сипаттауға  болады.

Егер де  шығыс  қуат  5 Вт   жоғары  болған    болса,  онда   екі  транзистордан   жиналған  екі   ырғақты   күшейткіш   қолданады.    ( 23.5-сурет).  Күшейткіш    (23.4-суретте  келтірілген  күшейткіш)   үйлесті   екі  бірдей   жартыдан   құрылады.   Екі  ырғақты   сүлбенің   ерекшелігі  -  коллекторлық   тізбектердің   дамыл   тоғы  нөлге   жақын   кезде  пайдалануға  болады.  Бұл В ереже   деп   аталады.  Бұл В ережеде  күшейткіштің  ПӘК-ті  70%  дейін  жетеді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2005 жин. жосп. реті 8

 

 

 

 

 

Жүсіпбек Құсайынбекұлы Әміров

 

 

 

 

 

 

Электротехника және электроника

Оқу құралы

 

 

 

 

 

Редакторы Байбураева Ж.А.

2005 ж. жин. тақ. жоспары,_8 реті 

 

 

 

 

 


Теруге берілген күні

1баспаханың қағаз рұқсат

етелді


Бағасы 218 теңге

Көлемі   есеп. баспа таб. 5,4

Тапсырыс 100

Таралымы   дана

Басуға «___» «__» 2005 ж.

 

Алматы энергетика және байланыс институтының

көшірмелі-көбейткіш бюросы

050013 Алматы, Байтұрсынов к., 126