Дәріс №13-14. Электрлі микромашиналар механикалық шамаларды электрлікке түрлендіргіш ретінде.
Тұрақты ток тахогенераторлары.
Қарапайым генераторға N және S полюстерінің магнит өрісінде айналатын орам жатады, (2 - суретті қараңыз). Мұндай орамда уақыт бойынша айнымалы болатын ЭҚК индуцкияланады. Сондықтан, орам ұштарын ораммен бірге айналатын түйіспелік сақиналарымен қосқанда, қозғалмайтын щеткалар арқылы жүктемеде айнымалы ток жүреді, яғни мұндай машина айнымалы ток генераторы болып табылады. Айнымалы токты тұрақты токқа түрлендіру үшін коллектор қолданылады. Коллектордың жұмыс принципін былай түсіндіруге болады. Орам ұштары 1 (2, а- сурет) екі коллектор тілмесі 4 деп аталатын мыс жартылай сақиналарға (сегменттерге) жалғанады. Тілмелерді машина білігіне мекем бекітіп, оларды бір- бірінен және біліктен оқшауламалайды. Тіліктерде энергия қабылдағышы мен жалғанған қозғалмайтын щеткалар 2 және 3 орнатылады. Орам айналғанда коллектор тілігі де машина білігімен қоса айналады. Қозғалмайтын әрбір щетка 2 және 3 коллектор тіліктерімен кезектесіп жанасады. Орамда индукцияланған ЭҚК нөлге тең болған сәтте бір тіліктен екіншісіне өтетіндей етіп щеткаларды коллекторға орналастырады. Якорь айналғанда, магнит өрісі біркелкі таралған жағдайда орамда синусоидамен өзгеретін айнымалы ЭҚК индукцияланады. Бірақ щеткалардың әрқайсысы осы сәтте полярлығы белгілі полюстің астында орналасқан коллектор тілігімен және сәйкес өткізгішпен ғана жанасады. Осының салдарынан 2 және 3 щеткаларында ЭҚК-тің таңбасы өзгермейді
1-сурет. Тұрақты ток генераторы: а — құрылыстың схемасы,б — жалпы көрінісі
Тұйықталған электр тізбегінің сыртқы бөлігінде ток бір бағытпен 2 щеткадан кедергі R арқылы 3 щеткаға ағады. Бірақ, сыртқы тізбектегі ЭҚК-тің бағытының өзгермеуіне қарамастан, оның шамасы уақыт бойынша өзгереді, яғни тұрақты болмай толықсыған ЭҚК алынады. Сыртқы тізбектегі токта толықсыған (пульстелген) болады.
Егер якорьде бір- біріне 90° бұрышпен екі орам орналастырсақ және осы орамдардың ұштарын төрт коллектор тіліктеріне жалғасақ осы ЭҚК пен сыртқы тізбектегі токтың толықсуы едәуір кемиді. Колллектор тіліктерінің санын көбейткен сайын толықсу жиілігі тез азаяды. Коллектор тіліктерінің саны көп болғанда ЭҚК пен ток іс жүзінде тұрақты болады. Тұрақты ток машинасының жалпы көрінісі 2, б- суретте көрсетілген. Қозғалмайтын бөлігі индукциялаушы, яғни магнит өрісін тудырушы, ал айналатын бөлігі индукцияланғыш (якорь) болып табылады.
2-сурет. Тұрақты ток машинасы статорының құрылысы. а- статордың схемасы , б- бас полюстің схемасы.
Машинаның қозғалмайтын бөлігі (2, а- сурет) негізгі полюстерден 1, қосымша полюстерден 2 және станинадан (табанынан) тұрады. Негізгі полюс (2, б- суреті) магниттік ағын тудырушы электр магнит болып табылады. Ол өзекшеден 4, қоздыру орамасынан 6, полюстік ұштамадан тұрады. Полюс машина табанына 3 болт арқылы 5 бекітіледі. Полюс өзекшесі болаттан құйылады, көлденең қимасы сопақша тәрізді болады. Полюс өзекшесінде қоздыру орамасының орауышы орналасады. Ол оқшауламаланған мыс өткізгішімен оралған. Барлық полюстердің орауыштары тізбектеп қосылып, қоздыру орамасын құрады. Қоздырғыш орамасы арқылы өткен ток магниттік ағын туғызады. Полюстік ұштама қоздыру орамасын полюсте ұстап тұрады және магнит өрісінің полюс астында біркелкі таралуын қамтамасыз етеді. Полюстік ұштаманың пішіні полюстер мен якорь аралығындағы ауа саңылауы полюстік доға ұзындығы бойынша бірдей болатындай етіп жасайды. Қосымша полюстер де өзекше мен орамадан тұрады.
Қосымша полюстер негізгі полюстер арасында орналасады. Олардың саны негізгі полюстердің санына тең немесе негізгі полюстердің санынан екі есе кем болады. Қосымша полюстердің қуаты үлкен машиналарға қондырады. Олар щеткалар астында пайда болатын ұшқындарды болдырмау үшін қолданылады. Қуаты шамалы машиналарда әдетте қосымша полюстер болмайды. Машина табаны болаттан құйылады. Ол машинаның сүйеніші болады. Табанға негізгі және қосымша полюстер бекітіледі. Оның екі бүйір жағына машина білігін ұстап тұрушы подшипникті бүйір қалқандары орналасады. Табан (станина) арқылы машина фундаментке бекітіледі. Машинаның айналмалы бөлігі- якорь (3, а-сурет) өзекшеден 1, орамадан 2 және коллектордан 3 тұрады. Якорь өзекшесі электротехникалық болат табақшаларынан жиналған цилиндр болады. Табақшалар бір- бірінен лакпен немесе қағазбен оқшауламаланады. Мұндай оқшауламалау құйынды токтарға кететін шығынды азайтуға мүмкіндік береді. Болат табақтар станоктарда үлгі бойынша штампыланады, оларда якорь орамасын салатын науашалар (фаздар) болады. Якорь денесінде ораманы және оның
3-сурет. Тұрақты ток машинасының якоры: а — жалпы көрінісі, б — щетка және щетка ұстағыш
өзекшесін салқындату үшін ауа жүретін каналдар жасалынады. Орама өзекшеден ұқыпты түрде оқшауламаланып науашаларда магниттік емес сыналармен бекітіледі. Маңдайшалық қосылыстар болат құрсаумен бекітіледі. Якорьдегі орамның барлық секциялары (жеке- жеке бөліктері) бір- бірімен тізбектеле қосылып, тұйықталған тізбек құрады, олар коллектор тіліктеріне жалғанады.Коллектор жеке тіліктерден құрылған цилиндр. Коллектор тіліктері қатты түрінде тартылып созылған мыстан жасалынады. Олар бір- бірінен және біліктен миканит төсемдері арқылы оқшауламаланады. Төлкеге бекіту үшін коллектор тіліктеріне «қарлығаш құйрықты» пішін береді. Олар төлкенің шығыңқы жерімен тығырық арадығына қысылады. Тығырықтың пішіні коллектор тіліктерінің пішініне сәйкес келеді. Тығырық төлкеге болатпен бекітіледі.
Коллектор — машинаның ең күрделі және жауапты бөлігі. Дірілдеп соғылу болмау үшін және щеткалар ұшқын шашыратпау үшін коллектор беті дәлме-дәл цилиндрлі болуы керек. Якорь орамасын сыртқы тізбекпен қосу үшін коллекторда қозғалмайтын щеткалар орналастырылады. Қозғалмайтын щеткалар графиттен, көмірлі графиттен немесе қолалы графиттен жасалынуы мүмкін. Жоғары кернеулі машиналарда щетка мен коллектор аралығындағы алмасу кедергісі үлкен графит щеткалары қолданылады, ал кернеуі төмен машиналарда қолалы графитті щеткалар қолданылады. Щеткаларды ерекше щетка ұстағыштарға орналастырады (3, б- сурет). Щетка ұстағыш сауытына салынған щетка 4, серіппемен 5 коллекторға қатты басылып жабысып тұрады. Әрбір щетка ұстағышта қатар қосылған бірнеше щёткалар болуы мүмкін. Щетка ұстағыштар траверспен байланысқан щеткалық болт- саусақтарға бекітілген. Щеткалық саусақтарға бекіту үшін щетка ұстағыштың тесігі бар. Щеткалық саусақтар траверстен оқшауламалағыш төлке мен тығырық арқылы ажыратылады. Щетка ұстағыштардың саны әдетте полюстер санына тең. Траверс кіші және орта қуатты машиналарда подшипниктер қалқанына ал үлкен қуатты машиналарда олардың табанына бекітіледі.
Траверсті айлалдыру арқылы щетканың полюстерге қарағандағы орнын өзгертуге болады. Траверсті әдетте, щеткалардың кеңістіктегі орналасуын негізгі полюстер өсінің орналасуына туралап қондырады.