КІРІСПЕ
1	1-тақырып Тұрақты ток электр машиналары. Трансформаторлар
2	2-тақырып Айнымалы ток электр машиналары теориясының жалпы мәселелері
3	3-тақырып Вентильді түрлендіргіштермен басқару. Қадамды қозғалтқышты дискретті жетек
4	4-тақырып Электрлі микромашиналар механикалық шамаларды электрлікке түрлендіргіш ретінде
5	5-тақырып Электрқозғалтқышын таңдау жэне олардың жылулық жұмыс режимдері. Автоматиканың электромагнитті құрылғылары
6	6-тақырып Электромагниттер. Электромагнитті реле
7	7-тақырып Датчиктер
8	8-тақырып Өлшеу түрлендіргіштері Глоссарий

КІРІСПЕ

Пән мақсаты – автоматика жүйелерінің элементерінің - тұрақты ток электр машиналарының, басқарылатын түзеткіштерінің, басқарылатын түзеткіштердің, трансформаторлардың, үш фазалы асинхронды ңозғалтқыштар мен бір фазалы қозғалтқыштар, синхронды машиналардың, автоматты басқару және реттеу жүйелерінде қолданылатын микро-машиналармен, құрылысы мен жұмыс жасау принципі, оларды басқару мен реттеу әдістерін оқыту.

Бұл пәннің негізгі мәселесі студенттерді автоматикалық басқару мен шаралы жүйелерді құрастырудың негізгі әдістерімен таныстру және жүзеге асыру.

Пәнді оқып үйрену нәтижесінде студент:

БІЛУІ - Автоматтандыру және басқару саласының маманы қазіргі заманғы автоматика элементтері мен құрылғыларының негізіндегі физикалық принциптерді білуі керек, оларды дұрыс таңдай және сипаттамаларын анықтауға қажетті жеткілікті білімі болуы керек. Әртүрлі элементтер негізінде жасалған қүрылғыларды пайдалана алу мен оларды баптай білуге қабілетті болуы керек.

ІСТЕЙ БІЛУІ - электрмен камтамасыздандыру құрылғыларын техникалық эксплуатациясын ұйымдастыру мәселелерін шеше алу; сапалы және көлемді жұмыс көрсеткіштерін меңгеру, электрлі құрылғылардың техникалық пайдалану ережелерін білу, ҚР қондырғыларының техникалық пайдалану ережелерін меңгеру.

1. Тұрақты ток электр машиналары. Трансформаторлар.

Дәріс жоспары:

1. Автоматиканың электромашиналы және электромагнитті құрылғыларында қолданылатын магнитті материалдар.

2. Тұрақты токты электр машиналары. Құрылысы мен жұмыс жасау принципі. Қоздыру әдістері. Якорь реакциясы. Тізбектей, параллель, тәуелсіз және аралас қоздырылған тұрақты ток қозғалтқыштарының механикалық және жұмыстық сипаттамалары.

3. Тұрақты токты тиристорлы түрлендіргіштер. Жартылай өткізгішті жетектер. Тиристорлы электржетегінің механикалық сипаттамалары.

4. Бірфазалы трансформатордың негізгі теңдіктері. Трансформатордың параметрлерін келтіру. Трансформатордың ауыстыру схемасымен вектролық диаграммасы. Трансформатордың бос жүріс және қысқа тұйықталу режимдері. Трансформатордағы шығындар мен ПӘК.

5. Үш фазалы трансформаторлар.

6. Автотрансформаторлар.

1.1 Автоматиканың электромашиналы және электромагнитті құрылғыларында қолданылатын магнитті материалдар.

Қазіргі уақытта автоматты басқару және реттеу жүйелері өндіріске, көлік саласына, ауыл шаруашылығына жэне тұрмысқа кеңінен енгізілуде. Жыл сайын алуан түрлі станок-автоматтарды, роботтарды, автоматты құрылғыларды өндіруге, оларды қолдануға деген сұраныс жоғарылауда, әртурлі технологиялық үдерістерді автоматтандыру үлкен қарқынмен жүргізілуде. Көптеген автоматтандырылған телемеханикалық жүйелер теңіздер мен өзендердегі кемелерде, электровоздарда, ұшақтар мен тікұлпақтарда, қарапайым және атом электр станцияларында, байланыс жүйелерінде және ғылыми-зерттеу станцияларында қолданылуда.

Автоматты басқару және реттеу жүйелері нақты заңдармен басқару және реттеу әдістеріне сәйкес берілген функцияларды орындайтын элементтер мен құрылғылардан құралады. Автоматиканың элементтері мен құрылғыларының атқаратын қызметтері алуан турлі, қайсыбір жағдайларда олар маңызды функцияларды да атқарады. Мысалы, жұмыс механизмдерін қозғалысқа келтіреді, арақашықтықтан басқаруға, реттеуге немесе бақылауға мүмкіндік береді, механикалық шамаларды электрлікке немесе керісінше түрлендіруге, сондай-ақ электрлік шамаларды бір түрден екінші түрге түрлендіруге мүмкіндік береді, ілеспелі жүйелердің жұмысын қамтамасыз етеді және координаттарды өзгертуге мүмкіндік береді.

Автоматика элементтері мен құрылғыларының сапасы мен сенімділігі маңызды үдерістерді басқаруға арналған күрделі жэне қымбат болып табылатын автоматтандырылған жүйенің сапасы мен сенімділігіне эсер етеді. Автоматика элементтері мен құрылғыларының жарамсыздығына байланысты жүйенің істен шығуы үлкен материалдық жэне қаржылық шығындарға ұшыратуы мүмкін.

Автоматика элементтері мен құрылғылары электромашиналық жэне электромагнитті қүрылғылар мен датчиктерден құралады.

Электромашиналық құрылғылар автоматиканың негізгі элементтері болып табылады жэне олардың басым бөлігі аз қуатты электр машиналары болып табылады. Олар электр энергиясының көзі (генераторлар) ретінде немесе әртүрлі жұмыс механизмдерін қозгалысқа келтіруге арналған қозғалтқыштар ретінде қолданылады. Автоматиканың электромашиналық қу-рылғылары эртүрлі радио-электрондық аспаттардың кинематикалық құрылғылары ретінде, нақты механика мен оптика аспаптарында, диагнос-тика жасауға (кардиографтар, центрифугтар), емдеуге (ингаляторлар, бор машиналары) арналған алуан түрлі медициналық жабдықтарда, дыбыс жазу немесе дыбыс шығару құрылғыларында, кино аппаратураларында, байланыс жүйелері аппараттарында және т.б. салаларда қолданылады. Кептеген электр машиналары өндіріс пен ауыл шаруашылығы техника-лырында да пайдаланылады.

Бірнеше түрлі микромашиналар тұрмыстық техникаларда қолданылады. Тоңазытқыштардың, шаңсорғыштардьщ, кір жуу машиналарының, магнитофондар, желдеткіштер және т.б. тұрмыстық техникалардың жұмысы микроқозғалтқыштар арқылы қамтамасыз етіледі.

Арналуына байланысты электр машиналарын екі үлкен топқа жіктеуге болады, олар: 1) жалпы өндірісте қолдануға арналған электр машиөналары; 2) автоматтандырылған құрылғылардың электр машиналары. Электр машиналарын бұлай жіктеу жалпы шартты болып есептеледі, себебі электрмашинасының қайсысы болса да өндірісте, тұрмыста немесе автоматты жүйелерде де бір қызмет атақарды.

Механикалык энергияны электрлікке түрлендіруге арналған электр машинасы генератор деп, ал электр энергиясын механикалыққа түрлендіруге арналған электр машинасы қозғалтқыш деп аталады.

Электр машиналары сондай-ақ ток түрін түрлендіруге (мысалы, айнымалы токты түрақтыға), айнымалы токтың жиілігі мен фазасын өзгертуге, бір деңгейдегі тұрақты ток кернеуін екінші деңгейдегі түрақты ток кернеуіне түрлендіру үшін де қолданылуы мүмкін, олар электромашиналық түрлендіргіштер деп аталады.

Электр машиналары қатарына трансформаторлар да кіреді. Трансформатор айнымалы ток кернеуін, жиілігін өзгертпей, бір деңгейден екінші деңгейдегі айнымалы ток кернеуіне түрлендіретін статикалық электромагнитті құрылғы болып табылады. Дегенмен ол электр машинасы болып табылмаса да (қозғалмалы бөлігі жоқ), оның жұмысын сипаттайтын негізгі параметрлері мен шамаларының арасындағы қатынастарды электр машиналарына да қолдануға болады, сондықтан олардың теориясы электр машиналарымен бірге қарастырылады.

Өндіретін немесе тұтынатын ток түріне байланысты электр машиналары тұрақты және айнымалы ток машиналарына жіктеледі.

Айнымалы ток машиналары асинхронды және синхронды болып екіге бөлінеді. Бұлардың қайсысы болса да айналмалы магнит өрісіне негізделіп жұмыс жасайды. Синхронды машинаның роторы статордың магнит өрісі қандай жиілікпен айналса, сондай жиілікпен айналады. Асинхронды қозғалтқышта ротордың айналу жиілігі мен статордың магнит өрісінің айналу жиілігі бір-біріне тең емес.

Айнымалы ток машиналары бір немесе көп фазалы болуы мүмкін, тиісінше бір фазалы және көп фазалы (көбінесе үш фазалы) токпен жұмыс істейді.

Электромагнитті құрылғылар автоматика жүйелерін басқару мен бақылауға арналған негізгі элементтер болып табылады, оларға датчиктер, релелер және т.б. көмекші құрылғылар жатады.

Тұрақты ток машиналарының құрылысы.

Тұрақты ток электр машиналары - генераторлар арқылы электр энергиясын алу немесе оны қозғалтқыштар арқылы эртүрлі максатга механикалық қозғалысқа түрлендіру секілді маңызды функцияларды атқаратын ең көп таралған энергия түрлендіргіштері.

Төрт полюсті тұрақты ток машинасының сызбанұсқалық кимасы 1.1-суретте көрсетілген. Мулдай машинаньщ статоры болаттан түтікше тэрізді болып жасалатын (1) станинадан құралады. Станина қозғалмайтын бөліктерді бекітуге арналған тұрық және машинаның магнит тізбегінің маңызды учаскесі болып табылады. Станинаның ішкі бетіне қалыңдығы 0,5 мм электротехникалық болат табакшалардан жинақталған негізгі полюстер орналасады.

Негізгі полюстер (2) өзекшеден жэне (3) қоздыру орамдарынан құралады. Өзекшелердің (5) ұштары бос ауа қуысында магнит индукциясының біркелкі таралуын камтамасыз етеді. Негізгі полюстердің орамдары қоздыру магнит ағыны пайда болатындай етіп жалғанады.

1.1-сурет. Төрт полюсті тұрақты ток машинасының құрылысы

Кейбір жағдайларда коздыру электр магниттерінің орнына тұракты магниттер қолданылады. Қуаты 1000 Вт жоғары машиналарда якорь тізбегіндегі коммутацияны жақсарту үшін негізгі полюстердің аралығына қосымша полюстер орналастырылады.

Якорь (4) қалыңдығы 0,5 мм электротехникалық болат табақшалардан жинақталған өзекше болып табылады. Якорь қоздыру магнит өрісінде айналу барысында оның магниттенуі кезінде пайда болатын құйынды токтармен пайда болатын қуат шығындарын азайту үшін болат табақшалар бір-бірінен лакпен оқшауланады. Цилиндр тэрізді якорь өзекшелерінің бетіндегі оқшауланған ойықшаларға (6) орамдар орналасады, олар ойық-шаларға гетинакс немесе ағаш тығындармен бекітіледі. Орамдардың өзекшеден шығыңқы бөліктерін якорға арнайы бандаждар арқылы бекітеді. Якорь орамдарының ұштары (7) коллекторлық пластинапарға жалғанады.

Коллектор мыс пластиналардан құралатын цилиндр тэрізді дене болып табылады. Коллекторлық пластиналар бір-бірінен миканитті тілшелер арқылы, ал тұрықтан миканитті манжет арқылы оқшауланады. Коллекторлық пластиналар арасындағы оқшауламаларымен қосылып коллекторлық бөліктер түзейді. Орамдардың секцияларын коллекторлық пластиналарға жалғау секциялардың ұшына киілетін және коллекторлық пластиналарға пісірілетін арнайы қамыттар арқылы жүргізіледі. Коллектор да якорь өзекшесі секілді білікке мойынтіректер арқылы бекітіліп отырғызылады.

Машинаның сыртқы тізбегін коллекторға графиттік немесе электр графитгік щеткалар арқылы жалғайды, щеткалар щетка ұстағыштарға орналасады және коллекторға серіппе арқылы бекітіледі. Щетка ұстағыштар алдыңғы мойынтірек қалқанға орналастырылады. Алдыңғы жэне артқы қалқандарды станинаға болттар арқылы бекітеді. Қалқандардың ішіне шар немесе ролик тәрізді мойынтіректер орналасады.

Якорь орамдары тұрақты ток машиналарының маңызды элементтерінің бірі болып табылады. Олар якорьға бекітіледі, ал ұштары коллекторлық пластиналарға жалғанады.

Тұрақты ток машииаларының якорь орамдары туралы жалпы мағлұматтар

Тұрақты ток машинасының якорь орамдары келесі талаптарға жауап беруі керек:

1) орамдар нақтылы қуатқа сәйкес келетін кернеу мен жүктеме тогының белгілі бір мәніне есептелуі қажет;

2) орамдардың машинаның ұзақ мерзімде (15-20 жыл) жұмыс жасауын қамтамасыз ететіндей электрлік, механикалық және термикалық беріктігі болуы керек;

3) орамдардың құрылысы коллектордан токты алудың сенімділігін қамтамасыз ете алуы керек;

4) белгілі бір пайдалану көрсеткіштері үшін (пайдалы эсер коэффициенті (ПӘК) және т.б.) материал шығыны аз болуы керек;

5) орамдарды дайындау технологиясы қарапайым болуы керек.

Қазіргі уақытта тұрақты ток машиналарында якорь орамдары якорь өзекшесінің сыртқы бетіне орналастырылады, мұндай орамдар барабан (қоғыран) тәрізді деп аталады. Якорь орамдары ілмек тәрізді немесе толқын тәрізді болуы мүмкін. Сондай-ақ осы екі орамның үйлесімі болып табылатын орамдарда кездеседі.

Тұрақты ток машиналарындағы якорь орамдарының негізгі элементі секция болып табылады және ол ұштары коллекторлық пластиналарға жалғанған бір немесе өзара тізбектей жалғанған бірнеше тармақтан құралады (1.2 және 1.3-суреттер)

1.2-сурет. Тұрақты ток машинасының орамдары:

а - орамдардыц ойыкшага ориаласуы; б - ілмек тәрізді орамның бір және екі тармақты секциясы

Орамдарда барлық секциялардың тармақ сандары бірдей болады. Сызбанұсқаларда орамдардың секциялары бір тармақты болып көрсетіледі.

Орамдардың ойықшалардан шығыңқы алдыңғы бөліктерін қолайлы орналастыру үшін якорь орамдары екі қатпарлы болып жасалынады. Бұл кезде секцияның әрбір ойықшасына екі қатардан орналасады (1.2, а-сурет): әрбір секцияның бір беті бір ойықшаның жоғарғы қабатында, ал екінші беті екінші ойықшаның төменгі қабатында орналасады. Сызбанұсқаларда жоғарғы қабатта орналасқан секцияның беттері қалың сызықтармен, ал төменгі қабатта орналасқаны үзік сызықтармен белгіленеді.

Бір қатпарлы якорь орамдарының құрылысы бойынша екі қатпарлы якорь орамдарынан айырмашылығы жок және Р_н < 0,5 кВт болғанда қолданылады.

1.3-сурет. Толқын тэрізді орамның бір жэне екі тармақты секциялары

Орамдардың секциялары бір-бірімен тізбектей келесі тәртіппен жалғанады, яғни соңғы секцияның басы (н) алдыңғы секцияның соңымен (к) қосылып, коллекторлық пластинаға бірге жалғанады (1.4-сурет).

1.4-сурет. Тұрақты ток машиналарының орам секцияларының жалғануы: а - ілмек тәрізді орам; б — толқын тәрізді орам

Орамдардың ілмек және толқын тәрізді деген атаулары тізбектей жалғанған секциялардың сыртқы сұлбаларының кескініне қарап аталған.

Әрбір секцияның екі ұшы бар және әрбір коллекторлық пластинаға секцияның екі ұшы жалғанатын болғандықтан, коллектор пластиналарының жалпы саны К орам секцияларының 8 санына тең, яғни К = 8.

Тұрақты ток машиналарының жұмыс жасау принципі

Тұрақты ток машинасының жұмыс жасау принципін функционалдық сызбанұсқасы 1.5-суретте көрсетілген қарапайым тұрақты ток машинасы-ның негізінде қарастыруға болады.

Генераторлық режим. Генераторлық режимде тұрақты ток машинасын бір немсе w бірнеше тармақтан құралатын, сыртқы күштердің әсерінен n айналу жиілігімен сағат тілімен бағыттас бағытта айналатын рамка ретінде карастыруға болады. Бұл жағдайда бір немесе w бірнеше тармақтан құралатын рамка тұрақты магнит немесе электромагнит арқылы пайда болатын магнит өрісінде айналады.

Электромагнитті индукция заңына сәйкес якорь орамдарында электр қозғағыш күші (ЭҚК) пайда болады:

мұндағы Ψ = w • В ·S- ағындар тоғысуы; w - тармақ саны, В - якорь мен полюстер арсындағы бос ауа қуысындағы магниттік индукция; S - орамдарды қиып өтетін магнит ағыны өтетін көлденең қима.

ЭҚК бағыты оң қол ережесі бойынша анықталады. Бұл ережеге сэйкес магнит ағыны алақанды қиып өтетін болса, бас бармақ айналу бағытын көрсетеді, ал қалған саусақтар ЭҚК бағытын керсетеді.

Бұл жағдайда орам бір тармақтан немесе өткізгіштен құралған. Орамға енгізілген ЭҚК мәні мына өрнекпен анықталады:

е_пр =B·L·v

мұндағы L - өткізгіштің активті ұзьшдығы, яғни машинаның магнит өрісінде орналасқан ұзындық; v— өткізгіш қозғалысының сызықты жыл-

дамдығы.

Екі орамға да енгізілетін ЭҚК мэндері симметриялылыққа байла-нысты бірдей болады жэне олар сұлба бойынша бір-біріне қосылатын болғандықтан, толық ЭҚК мынаған тең:

Е_я=2е_пр=2·B·L·V, (1.2)

мұңдағы ЭҚК Е_я айнымалы шама болып табылады, яғни якорь орамдарының өткізгіштері оң жэне сол полюстер арқылы кезек өтетін болғандықтан, өткізгіштердегі ЭҚК бағыты да өзгермелі. Өткізгіштің бойындағы ЭҚК қисығының формасы уақытқа байланысты бос ауа қуысьщдағы индукцияның В таралу қисығына сәйкес болады.

Екі полюсті машинада ЭҚК жиілігі f айналу секундымен өрнектелетін якорьдің айналу n жиілігіне тең.

f = n,

ал, жалпы алғанда, егер машинаның р полюстер жұбы болса, онда:

f = р·n. (1.3)

Егер якорь орамы щеткалар арқылы сыртқы тізбекпен тұйық тізбек құрайтын болса, онда бұл тізбек арқылы І_я тогы өтеді. Якорь орамдарында бұл ток айнымалы болады, бірақ коллектордың қызметіне байланысты сыртқы тізбекте ток тұрақты болып табылады.

Сонымен, генераторлық режимде коллектор арнайы электромеха-никалық түзеткіш қызметін атқарады.

(7) 1.5-суретте көрсетілгендей, коллектор машинаның білігінде орналасқан жэне бір-бірінен оқшауланған көптеген пластиналардан жэне оларға жанасқан щеткалардан құралады. Щеткалар кеңістікте келесі тэртіппен орналасуы қажет, яғни ЭҚК нөл арқылы өткеңце коммутация жасайтындай болып орналасуы керек. Рамкалар саны көбейген сайын, тиісінше коллектор пластиналарының саны артқан сайын кернеудің пульсациясы төмендейді, мысалы, сегіз коллекторлық пластиналарда кернеудің пульсациясы 1%-дан аспайды, яғни сыртқы тізбектегі ток тұрақты деп есептеуге болады.

Генератордың Uя якорының ұштарындағы тұрақты ток кернеуі Е_я якорь орамдарының Rя кедергісіндегі кернеудің төмен түсу шамасына Е_я кем болады:

Uя=Е_я-І_яR_я. (1.4)

Бойынан І_я тогы өтетін якорь орамдарының өткізгіштері магнит өрісінде орналасқандықтан, оларға бағыты сол қол ережесімен анықталатын электромагниттік күштер әсер етеді:

Fпр=ВLІ_я, (1.5)

Бұл ережеге сәйкес, егер магнит ағыны алақанды қиып өтетін болса, бас бармақтың бағыты осы орамдарға эсер ететін күштің бағытын көрсетеді, ал басқа саусақтардың бағыты токтың бағытын көрсетеді.

1.5-сурет. Қарапайым тұрақты ток машинасының жұмыс істеу принципі: а -генератор режимі; б - қозгалтқыш режимі

Электромагниттік күштер электромагниттік иінкүш (момент) деп аталатын М_эм механикалық күш туғызады, ол иінкүш келесі өрнекпен анықталады:

М_эм =Ғ_прD_я=В LD_я І_я (1.6)

Мұндағы D_я-якорь диаметрі.

Жоғарыдағы 1,5 а-суреттен көрініп түрғандай, генераторлық режимде бұл күш якорьдың айналу бағытына қарсы бағытталған және тежегіш болып табылады.

Қозғалтқыш режимі. Егер якорь орамдарына сыртқы ток көзінен тұрақты ток кернеуін беретін болсақ, тұрақты ток машинасы қозғалтқыш жасайды. Бұл кезде якорь орамдарына Ғ_пр электромагниті әсе етеді, олар (1.5) и (1.6) сәйкес анықталады. М_эм мәні жеткілікті болса, машинаның якоры қозғалысқа келеді жэне механикалық күш туғызады. Бұл кезде М_эм қозғағыш болып табылады және айналу бағытымен бағыттас болады.

Қозғалтқыштық режимде коллектор ток көзінен алатын тұрақты т токты айналымға түрлендіріп, якорь орамдарына береді, яғни коллектор механикадық инвертор қызметін атқарады.

Якорь орамдары магнит өрісінде айналатын болғандықтан, олардың бойында (1.2) теңдігімен анықталатын Е_я ЭҚК енгізіледі. Бұл ЭҚК бағыты генератордағы ЭҚК бағытындай болады. Сонымен, қозғалтқышта Е_я ЭҚК ток I_Я мен U_я кернеуге қарсы бағытталған.

Якорь орамдарына берілген U_я кернеуі якорь орамдарындағы кернеу мен Е_я ЭҚК теңеседі:

U_я =Е_я+І_яR_я. (1.7)

(1.4) жэне (1.7) теңдіктерден көрініп түрғандай, геңераторда U_я <Е_я, ал қозғалтқышта U_я > Е_я .

Кері қайтымдылыц принципі. Жоғарыда айтылғандарға сәйкес тұрақты ток машиналары генератор ретінде де, қозғалтқыш ретінде де жұмыс жасайды. Бұл қасиет барлық электр машиналарына ортақ және кері қайтымдылық принципі деп аталады.

Полюстер мен щеткалардың полярлығы және айналу бағыты кезде тұрақты ток машинасын генератор режимінен қозғалтқыштыққа немесе керісінше ауыстыру үшін якорь орамдарындағы ток бағытын өзгерту жеткілікті, сондықтан мұндай ауыстыру қарапайым жекелеген жағдайларда автоматты түрде орындалады.

Энергия түрленуі. 1.5-суретте тұрақты ток генераторы мен қозғалтқышының якорындағы

Механикалық және электрлік шамалардың әсер ету бағыттары көрсетілген.

Ньютонның бірінші заңына сәйкес денеге әсер ететін қозғағыш және тежегіш иінкүштер бір-бірімен теңгеріледі. Сондықтан генераторда қалыптасқан жұмыс режимі кезінде электромагнитті иінкүш шығындарды қоса есептегендегі генератордың білігіне берілген иінкүшпен теңгеріледі, яғни:

М_эм=М_в-М_тр-М_с, (1.8)

мұндағы: М_в - генератор білігіне берілетін иінкүш; М_тр - мойынтректердің коллектор мен ауаға үйкеліс күші; М_с - тежегіш иінкүш, якорьөзекшесіндегі құйынды токтар мен гистерезис шығындарына сәйкес келеді.

Бұл қуаттың шығындары якорь өзекшесінің қозғалыссыз магнит өрісінде айналуына байланысты пайда болған қуат шығындарына сәйкес келеді.

Қозғалтқыштың қалыптасқан жұмыс режимі кезінде

М_эн=М_в+М_тр+М_с, (1.9)

мұндағы М_в - біліктегі тежегіш иінкүш.

Генераторда М_эм электромагнитті иінкүш тежегіш болса, қозғалтқышта айналдырғыш болып табылады және екі жағдайда да М_в жэне М_эм бағыттары бойынша бір-біріне қарама-қарсы.

Электромагнитгі иінкүш М_эм туғызатын қуат Р_эи электромагнитгік деп аталады жэне:

Р_Эм=М_эмΩ, (1.10)

Ω= 2-π-n, (І.11)

мұндағы Ω- якорьдың айналу жиілігі, n - якорьдың айналу жиілігі, айн/с.

(1.6) жэне (1.11) теңдіктердегі М_эм жэне Ωмәндерін (1.10) өрнегіне қоятын болсақ және якорьдың шеңбер бойындағы сызықты жылдамдығы:

v=Ω·D_я /2=π· D_я·n

машинаның электромагниттік қуатының теңдігін аламыз:

Р_ЭМ=2·В·L·V·І_Я,

немесе (1.2) теңдікке сәйкес

Рэм=Е_я·І_я (1.12)

Якорь орамдарындағы ЭҚК Е_я және І_я тогы әсері нәтижесінде якорьдағы электр қуаты:

Р_я= Е_я·І_я (1.13)

(1.12) және (1.13) теңдіктерден көрініп түрғандай,

Рэм= Р_я

Бүл якордың электр куаты электромагниттік иінкүш туғызатын электромагниттік иінкүшпен теңесетінін көрсетеді, яғни генератордағы механикалық энергияның электрлікке, ал қозғалтқышта керісінше үрдістің жүретінін көрсетеді.

Егер (1.4) жэне (1.7) өрнектерін І_я якорь тогына көбейтсек, генератор үшін қуаттың теңдігін аламыз:

U_я ·І_я =Е_я ·І_я -І_я ² · г_я (1.14)

Және қозғалтқыш үшш

U_я ·І_я = Е_я ·І_я +І_я ² · г_я. (1.15)

Бұл теңдіктердің сол бөлігі якорь үштарындағы электр қуатына, оң жақтағы бөліктің бірінші құраушысы якорьдың электромагниттік қуатын, ал екінші құраушысы якорьдағы электр қуаты шығындарына сәйкес келеді.

Бұл келтірілген арақатынастар қарапайым түрақты ток машинасы үшін алынған, бірақ жалпы жағдайда олар якорь орамдары күрделі машиналарға да дұрыс болып табылады, себебі жекелеген орамдардың ЭҚК мен иінкүштері бір-бірімен қосылады. Бүл өрнектер энергияның сақталу заңына сәйкес келеді жэне тұрақты ток машиналарындағы энергияның түрлену үдерісін сипаттайды.

Магнит индукциясын В қоздыру магнит ағыны Ф арқылы сипаттауға болады:

В = Ф· S,

мұндағы S =π· D_я /2·p - полюс ұштарының ауданы; р - полюстер жұбының саны;

D_я - якорь диаметрі.

Егер түрақты ток машинасында N - якорьдағы өткізгіштер саны ж2не а — параллель тармақтар саны болса, онда (1.1) өрнекті ескеретін болсақ, ЭҚК мына өрнекпен анықталады:

Е_я=С_еФ·n, (1.16)

мұндағы С_е= р· N/60·а - машинаның орамдарына байланысты анықталатын

тұрақты коэффициент.

Сонымен, тұрақты ток машинасының ЭҚК қоздыру магнит ағынына, айналу жиілігіне және орамдардың берілгендеріне байланысты.

Тұрақты ток машиналарындағы якорь реакциясы

Якорьдың магнит өрісінің қоздыру магнит ерісіне әсері якорь реакциясы деп аталады.

1.6-суретте якорь реакциясының әсері көрсетілген. Бос жүріс кезінде машинадағы өріс І.ба-суретте көрсетілгендей, тек қоздыру орамдарындағы ток арқылы ғана пайда болады. Егер жүктеме жалғайтын болсақ, 1.66-суретте көрсетілгендей якорь орамдарынан өтетін ток якорьдың магнит өрісін туғызады.

Машинаның толық магнит ағыны якорь өрісі эсерімен өзгеретіндігін 1.6в-суреттен көруге болады.

І.бв-суреттен көрініп тұрғандай, якорь реакциясы әсерінен генераторлық режимде жұмыс істеп тұрған машинаның магнит өрісі полюстердің жетелеуші жартысында күшейгенін, ал жетеленуші жартысында әлсірейтінін көруге болады, яғни якорь шеңберінің индукцияның мәні нөлге тең болатын нүктелері арқылы өтетін сызық - физикалық бейтараптың жылжып кеткендігін көруге болады.

Бос жүріс кезінде физикалық бейтарап геометриялықпен беттесіп жатады, ал жүктеме жалғанған кезде ол геометриялыққа қарағанда орын ауыстырады: генераторлық режим кезінде айналу бағытымен бір бағытга, қозғалтқыштық режимде айналу бағытына қарама-қарсы бағытқа.

1.6-сурет. Якорь реакциясын түсіндіру үшін:

а — бос жүріс кезіндегі өріс; б - якоръ өрісі, в - жүктеме кезіндегі өріс (пп' - геометриялық бейтарап, тт' - физикалық бейтарап)

Қуаты 0,3 кВт және одан жоғары машиналарда якорь реакциясының алдын алу үшін қосымша полюстер қолданылады. Олар негізгі полюстер арасына орналасады жэне олардың өстері машинаның геометриялық өсімен сәйкес келеді. Қосымша полюстердің орамдары якорь орамдарыментізбектей және оның магниттендіру күші якорь орамдарының магнит-тендіру күшіне қарама-қарсы бағытталатындай етіліп жалғанады.

Қуаты аз қосымша полюстер қарастырылмайтын машиналарда олардын, щеткалары физикалық бейтрапқа қатысты, яғни генераторлық режимде айналу бағытымен бір бағытта, қозғалтқыштық режимде қарама-қарсы бағытқа жылжытылады.

Тұрақты ток генераторлары

Өндірістің көптеген салаларында куаты әртүрлі тұрақты ток генераторлары кеңінен таралған. Автоматты басқару және реттеу жүйелерінде, ілеспелі жүйелерде генераторлар мен тахогенераторлар қолданылады.

Қоздыру эдістеріне байланысты олар өздігінен немесе тәуелсіз қоздырылатын болып екіге бөлінеді. Тэуелсіз қоздырылатын тұрақты ток генераторлары электромагниттік немесе магнитті электрлік жолмен қоздырылатын болып жіктеледі. Өздігінен қоздырылатын генераторлар параллель, тізбектей немесе аралас қоздырылатын болып бірнеше түрге

жіктеледі.

Тұрақты ток машиналарының қоздырылу эдісі олардың сипттамаларына қозғалтқыштық режимде де, генераторлық режимде де үлкен әсер етеді.

Параллель, тәуелсіз, тізбектей немесе аралас қоздырьшатын тұрақты ток генераторларының электрлік сызбанұсқалары 1.7-суретте көрсетілген. Тұрақты ток қозғалтқыштары осы жолдармен қоздырылуы мүмкін.

1.7-сурет. Әр түрлі жолмен қоздырылған тұрақты ток машиналары: а - парллель; в - тәуелсіз; б - тізбектей; г — аралас.

Механикалық энергияны электрлікке түрлендіретін тұрақты ток генераторының энергетикалық диаграммасы 1.8-суретте көрсетілген.

Тәуелсіз, парллель және аралас қоздырылатын генераторлар

Тұрақты ток генераторлары автоматты басқару жүйелерінде кеңінен қолданылады. Генераторлардың қасиеттерін олардың негізгі параметр-лерінің бір-біріне тәуелділігі болып табылатын сипаттамалары арқылы талдауға болады.

Бұл параметрлерге: 1) генератордың ұштарындағы кернеу II; 2) қоздыру тогы І_в; 3) якорь тогы І_я немесе жүктеме тогы І_н; 4) якорьдың айналу жиілігі п жатқызылады.

Жалпы, генераторлар n = const жағдайда жұмыс жасайды, сондықтан олардьщ негізгі сипаттамалары n = n_н = const шарты кезінде алынады. Генераторлардың негізгі сипаттамалары келесілер болып табылады: 1) бос жүріс сипаттамасы; 2) жүктемелік сипаттама; 3) сыртқы сипаттама; 4) рет-теу сипаттамасы; 5) қысқа тұйықталу сипаттамасы.

Тәуелсіз және параллель қоздырылған генераторлардың сызбанұсқалары 1.9-суретте көрсетілген.

1.9-сурет. Тәуелсіз және параллель қоздырылған генераторлардың сызбанұсқалары

Бос жүріс сипаттамасы дегеніміз-жүктеме тогы нөлге тең болған кездегі шығыс кернеуінің қоздыру тогына тэуелділігі, яғни Е_я = f(Ів) жэне Ія = 0, n = соnst. Бүл сипаттама бойынша (1.10-сурет) машинаның магниттік қасиеттерін анықтайды, Е_ост ЭҚК қалдық магниттендіру ағынына Ф_ост сәйкес келеді, ол негізгі ағынның 1-3 %-ына сэйкес келеді.

1.10-суретте ортадағы үзік сызықтармен сызылған сипаттама генератордың магниттік қасиетін сипаттайтын есептік сипаттама болып табылады. Гистерезис ілмегі полюстер мен ярманың қасиетін анықтайды және N нүктесі арқылы магнит тізбегінің қанығу деңгейін анықгайды.

Генератордың сыртқы сипатгамасы (1.11-сурет, қисық 1) - шығыс кернеуінің якорь тогына (жүктеме) тәуелділігі, бұл кезде қоздыру тогы мен кедергісі тұрақгы, яғни U= f(Ів), R_в = соnst (І_в = соnst), және п = соnst.

Якорь тогы жоғарылаған сайын якорь тізбегіндегі кернеудің төмендеуіне жэне якорь реакциясы эсерінен генератордьщ шығысындағы кернеудің азаюына әсер етеді. Кернеудің өзгерісін келесі өрнек арқылы анықтауға болады:

мұндағы U_н — генератордың номинал кернеуі.

1.10-сурет. Тұрақты ток

генераторының бос жүріс сипаттамасы

1.11 -сурет. Тұрақты ток генера-

торының сыртқы сипаттамалары:

/ - тәуелсіз цоздырылган;

2 - параллелъ цоздырылган;

3 — аралас ңоздырылган

Жүктемелік сипаттама. U = f(І_В) І_я = соnst n = соnst (1.12-сурет, қисык 1) тэуелділігіне сэйкес келеді жэне якорь тізбегінде кернеудің төмен түсуіне жэне якорь реакциясының әсеріне байланысты ол (қисық 2) бос жүріс сипаттамасынан төмен орналасады. Якорь тогы жоғарылаған сайын жүктемелік сипаттама бос жүріс сипаттамасынан соғұрлым

төмендей түседі.

Генератордың шығысындағы І_я - жүктеме тогы мен І_в - қоздыру тогы арасындағы байланыс ретгеу сипаттамасы болып табылады f(І_В) при U = соnst , n= соnst. (1.13-сурет, қисық 1). Реттеу сипаттамасына қарап, белгілі бір жүктеме кезінде шығыстағы кернеуді бірқальшты ү_стап тұру үшін, яғни U = соnst болу үшін қоздыру тогын каншалықты жоғары-латуға болатынын білуге болады.

Аралас қоздырылған генератордың сызбанүхқасы 1.14-суретте көрсетілген. Параллель жэне аралас қоздырылатын генераторларда қалдық магниттендіру ағынының Ф_ост. (1.15-сурет) болуына байланысты кернеу пайда болады.

1.12-сурет. Тәуелсіз қоздырулы

генератордың бос жүріс

сипаттамасы

1.13-сурет. Генератордың реттеу сипаттамалары:

1 - тәуелсіз қоздырылған; 2 — па-

раллель қоздырылған; 3 - аралас

қоздырылған

Егер якорьды айналысқа келтірсек, онда осы магнит ағынының әсерінен якорь орамдарында қалдық ЭҚК пайда болады да, қоздыру тізбегі арқылы аздаған ток өтеді, осы токтың әсерінен қосымша ағын Ф_доб пайда

болады.

Генератордың қалдық жэне қосымша ағындарының, яғни Ф_ост және Ф_доб бағыттары бір-біріне сэйкес болғанда ғана қоздырылады. Бүл жағдайда толық ағын көбейеді де, якорьдағы ЭҚК жоғарылауына әсер етеді, ал ол ез кезегінде қоздыру тогының І_в жоғарылуына әсер етеді.

1.14-сурет. Аралас қоздырылған 1.15-сурет. Параллель қоздырылған генератордың генератордың өздігінен сызбанұсқы

қоздырылуы

Параллель қоздырылған генератордың бос жүріс және жүктемелік сипаттамалары тәуелсіз қоздырылатын генератордың сипаттамаларына ұқсас болады. Сыртқы сипаттаманың өзгеше болу себебі - параллель қоздырылған генераторда якорь тізбегіндегі кернеудің төмен түсуі көбірек болады. Себебі, аралас қоздырылатын генератордың параллель ОВ₁ жэне тізбектей жалғанатын ОВ₂, екі қоздыру орамдары бар.