Синхронды қозғалтқыштың электромагниттік моменті

Электротехника өндірісінде әр түрлі кернеуге және куаттарға арналған тұрақты токтың машиналарын шығарады.Оларды қуаттарына қарай шартты түрде мынадай топтарға бөлуге болады.

1 микромашиналар – қуаты ваттың  үлесінен 500 Вт-қа дейін;

Қуаты аз машиналар – 500 Вт-тан 10 кВт-қа дейін;

Қуаты орташа машиналар – 10 кВт-тан бір неше жүз киловаттқа дейін;

Қуаты үлкен машиналар – бірнеше жүз киловаттан жоғары. [11-254б].

Тұрақты ток машиналарының автокөлікте пайдаланады кернеуі 6...12 В-ке дейін болса,радиотехникалық құрылғыларда пайдаланатын кернеуі 30 кВ-ке дейін өзгеріледі.Тұрақты токтың ең көп қолданылатын машиналарының қуаты 200 кВт-ке дейін,кернеуі 110...400 В,айналу жиілігі бірнеше айналымнан 30000 айн/мин-ке дейін жетеді. Тұрақты ток генераторының э.қ.к-інің машинаның параметрлері болып саналады якорьдің айналу жылдамдығынан және магнит ағынынан қалай тәуелді болатынын анықтайық.Ұзындығы өткізгіш, жылдамдықпен индукциясы болатын магнит өрісінде бірқалыпты орыс ауыстырған кезде,электромагниттік индукция заңы бойынша, э.қ.к-і туады:

Енді якорь орамының өткізгішінің полюстердің магнит өрісіндегі қозғалысын қарастырайық.Бұл өткізгіштегі э.қ.к-інің орташа мәнін анықтау үшін,орташа индукция деген ұғым енгіземіз.Тұрақты ток машиналарының қайтымдылығы.Электр машиналарында белгілі қайтымдық принципі тұрақты ток машиналарына да қатысты генераторлық режимде,машина жұмыс жасағанды,роторды айналдыратын қозғалыстың механикалық моментін тудырады.Бұл теңдік,бірінші қозғалтқыштан генераторға берілетін механикалық энергия,толығымен электр энергиясына түрленетінін көрсетеді.Енді электрқозғалтқышқа тоқталайық.Генераторға қарағанда электрқозғалтқышта электр қабылдағыштарының орынына электр энергиясының көзін қосады,ал оның білігін механикалық беріліс,арқылы механикалық энергияны қабылдаушы жұмысшы машинаға қосады.Якорьдің реакциясы.Магнит ағыны ток жүретін машинаның барлық орамдарында жасалады.Бос жүріс режімінде генератордың якорінің орамында ток болмайды,ал электроқозғалтқыштың якорінің орамында бос жүріс кезінде токтың шамасының мәні аз болады.Сондықтан машинада тек бас полюстердің қоздыру орамы тудыратын,өс сызығымен салыстырғанда симметриялы,тек қана негізгі магнит ағыны болып саналады. [12-214б].

Коммутация туралы түсінік.Электр машиналарының щеткаларының астында пайда болатын барлық құбылыстарды коммутация деп түсінеді.Егер щеткалар ұшқынданса,онда машинаның коммутациясы жаман;ал егер ұшқын шығаруы болмаса,онда коммутациясы жақсы деген пікірлер айтылады.Ұшқындану дәрежесін электр машиналарына арналған арнайы мемлекетік стандарттіқ шкала боынша бағалайды,олар: 1,2 және 3.Коммутацияның сапасы белгілі дәрежеде машинаның жұмыс істеу қабілетін және оны пайдалануда сенімділігін анықтайды.Тұракты ток машиналары куаты онымен бірдей айнымалы ток машиналарына Караганда үлкен жүргізіп жіберу моментін тудырады және олардын айналу жиілігін карапайым тетіктермен біртіндеп реттеуге болады. Міне осы артыкшылыктарының аркасында Тұракты ток машиналары өндіріс-іі» әртурлі салаларында қолданылып келеді.Тұракты ток машиналары генераторлар және қозғалткыш болып бөлінеді. Генераторларда механикалык энергия жұмсап электр энергиясы, aл козғалтқыштарда электр энергиясын пайдаланьп механикалык энергия алынады.Тұракты ток машиналары металл сығымдау түрыкстарында, автомобиль, ұшак. троллейбус, трамвай, электрлік локомотивтердін электр кондырғыларында (генераторлар және козғалткыштар ретінде), пісірістіру жұмыстарында (генераторлар) колданылады. Бұдан баска тұракты ток машиналары автоматы баскару кұрылғыларында және әртүрлі механизмдердің айналу жиіліктерін өлшеуде колданылады.Тұракты ток машиналарынын кернеулері мен куаты әртурлі болып келеді: мысалы. автомобиль генераторларынын кернеуі 12 В те куаты 500...800 Вт, трамвай және троллейбустарда электрлік козгалкыштардың кернеуі 550 В те куаты 45 кВт-ка дейін. электрлік локомотив козгалткыштарының кернеуі 3 кВ те куаты 450...550 кВт.Тұракты ток машиналарыньң негізгі кемшілігі — түйіскі роліи аткаратын түкше мен коллектордын тез істен шыгатындыгы және онда элекгр үшқынының пайда болатындыгы. Электр үшкынының әсерінен коллектор тіліктері қатты кызады, жалып та кетуі мүмкін. үстері бұдырланып түкшемен арадағы түйіс нашарлайды және мұндай машиналарды жарылу каупі бар жерлерде қолдануға болмайды. Мұнымен катар. [13-145б].

 Тұракты ток. машиналары куаты  осындай айнымалы ток машиналарына  Караганда қымбатырақ. Тұракты және  айнымалы ток машиналарына тән  бір касиет - олардың кайтымдылығы, яғни бір электр машинасынын  генератор және козғалткыш өлпінде  жұмыс істей алатындығы. Әрине, бір  оліпке бейімдел арнайы жасалған  машинанын сипаттамалары баска  адпіндегі сипаттамаларынан жақсырак  болатындыктан электр машиналарын  жасайтын кәсіпорындары оларды  генератор немесе қозгалтқышты  кана шығарады.Тұракты ток машиналарының  кұжаттық калақшларында машинанын  аты, түрі. номинал қуаты Р„ номинал  кернеуі £/,„ номинал тогы Л„  номинал айналу жиілігі пн, қоздыру  түрі. коздыру керисуі VK, окшаулық  сыныбы. жұмыс әлпі. саямағы. т. б. негізгі  деректері беріледі.Тұракты ток  машиналары баска да электр  машиналары секілді козғалмайтын  статордан және айналмалы ротордан  тұрады. Әдетте статордын сыртында  машинаның каіггамасы болады. Бірак  тұракты ток машиналарында  калтама (6) статордын кызметін атқарады. Өйткені Тұрақты ток машиналарынын  статорында кұйынды ток болмайтындықтан  оны бөлек табакшалардан жинамай, тұтас электротехникалык болаттан  жасайды. Машинанын калтамасына  онын іш жағынан негізгі магнит  полюстері (7) бекітіледі. Магнит полюстерін  жүптап санайды: бір солтүстік  полюс пен бір оңтүстік полюс жүп магнит полюсін құраиды. Жүп магит полюстерінін санын р әрпімен белгілейді, ендеше машинанын магнит полюстерінң саны 2р болады. Жалпы алғанда. элекгр машиналары екі полюсті, төрт полюсті, алты полюсті, сегіз полюсті т.с.с. болып жасалынады. Магнит полюстері электротехникалык болаттан жасалған озектен (7), онын полюстік ұштамасынан (8) және орамадан (9) тұрады. Магнит полюстерінің орамалары машинаның негізгі магнит өрісін коздыратындыістан оларды коздыру орамалары деп атайды. Қоздыру орамаларына тұракты кернеу беріледі.Магнит полюстерінін ішкі ортасына ротор орналастырылады. [14-241б].

Тұрақты ток машиналарында роторды якорь деп атайды. Якорь жука болат паракшалардан жиналған өзектен (10) және орамалардан (II) тұрады. Өзек паракшалары штамтталып жасалған, дөңгелек, сыртында орама салатын ойыктары (12) бар және бір - бірінен оқшауланған.Якорь білікке (1) отырғызылады да каптамаға ішпек (2) қалқандары (3) арқылы ұстатылады. Якорь мен магнит полюстернін арасыңдағы саңылау шеңбер бойымен біркелкі болуы керек. Машиналардын куатына байланысты саңалаудың и:».масы 0,5... 12 мм-дей болады. Білікке якорьдың жалғасы ретінде коллектор (5) отырғызылады. Коллектор бір - бірінен және біліктен ииканитпен оқшауланған мыс тіліктерінен тұратын цилиндр.

Коллектор тіліктеріне якорь орамаларының ұштары шығарылып, дәнекерленген.

Коллектор тіліктерімен түкше сырғанап отырады. Түкшелер аркылы козғалткыштарда якорь орамаларына кернеу беріледі де, ал генераторларда кернеу алынады. [15-214б].

Түкшелер мыс немесе кола косылған графиттен жасалады да, мыс-графитті не кола-графит түкшелер деп аталады.Негізгі магнит полюстерінің арасына қосымша магнит полюстері орналастырылады. Қосымша магнит полюстері якорьдің негізгі магнит поюстері коздыратың, өрісті бұрмалайтын әсерін болдырмау үшін колданылады.

Якорь орамалары тұзакты және толқынды деп аталатын екі турде жасалады Мұнда орама сымдары бір ойыктан екінші ойыкка . екінші ойыктан үшінші ойыкха т.с.с. тұзак несе толкын тәрізді кіріп және шығып жатады: 1- 5-2-6-... және 1-5-9-1 .>-... Ораманын ойыкта жаткан сымдары орама сымукыд активті бәлігі деп аталады. Жалпы алғанда орама сымдары бірізді және параллель жалганады.

Жұп параллель сымдар санын а әрпімен белгілесе 2a - 4. Ендеше карастырып отырған орамалардағы жұп параллель сымдар саны а — 2.Магнит полюстерінін арасында тпип өрісінін индукциясы нөлге тең болатын нүктелер болады. Бұл нүктелерді геометриялык бейтарап нуктелер деп атайды. Осы нүктелердің жиынынан тұратын және якорь өсіне параллель болып келетін тузу геометриялық бейтарап сызық деп аталады. Якорь осГжене геомефйялык бейтарап сызыктары аркылы жургвшген жазықтыкты геометриялық бейтарап жазықтығы деп атайды.

Якорь шенберінің бір полюске келетін ұзындығын полюстік бөлік деп атап, оны т әрлімен белгілейді - бұл геометриялық бейтарап сызыктардың якорь шеңбері бойынша есептегендегі ара кашыктығы. Ендеше полюстік бшіік аркылы өрнектелген якорь шеңберінің ұзындығы 2рт-га тең болады.

Түкшелер коллектордын геометриялық бейтарап жазыкгығы киып өтетін түзуінін бойына орналастырылады. Өйткені геометриякык бейтарап жазықтығы киып өтетін ойыктардағы сымдардын жэәне олар жалғанған коллектор тілікп ршін потенциалы нөлге тең болады. Тұрақты ток генераторының әрекеттік ларкы. яғни онда ЭҚК-тің пайда болуы электромагниттік индукция заңына негізделген (Полюстерде тұрақты магнит өpiciн қоздыру үшін. жалпы алғанда қоздыру орамаларына (сур ле Н1.Н2) Әрқашанда тұрақты кернеу (t../) берілуі керек. Орамалардың тогы күш сызықтары жоғарыдан төмен қарай бағытгалған тұрақты магнит өpiciн қондырады. [16-333б].

 Тұрақты ток машиналарында  якорь мен магнит полюстерінің  арасындағы санылау бірқалыпты  етіліп, ал полкх: ұцітакаларының  ені b..=<0.65...075)r болатындай eтіп жасалады.Сондықтан  саңылауда магнит өpici индукикясының  эпюpi трапеция тәрізді де. ал жуықтап  алғанда оның орташа мәні (В0) полюстік  балктің ұзына бойына тұрақты  болып қалады деп есептеуге болады. Егер якорьді қандай да болмасын бip қозғалтқышпен (бipiншігep қозғолтқыш) айналдырса, онда электромагниттік индукция заңы бойынша якорь орамасында ЭҚК пайда болады. БұлЭҚК-тің мәні магнит индукциясына (Во), ораманың активті ұзындығын (i=AD+KM) ораманың индукция күш сызықтарын қиып өту жылдамдығына (v) және ораманың күш сызықтарын қиып өтетін бұрышына (а) синусына тура пропорционал.   

Бірақ саңылауда магнит күш сызықтары (магннттік индукция векторы) якорь цилиндірінің жасаушысына перпендикуляр болғандықтан орамалар күш сызықтарын тік бұрышпен қиып өтеді яғни а= 90°.

Ендеше якорьдің ЭҚК-i

Магнит индукциясы полюстiк бөліктің ұзына бойына тұрақты болып қалатындықтан якорь орамасының ЭҚК-i (түкшелердің арасындағы потенциялдар айырымы)

мұнадағы: - 6ipiншi және екінші түкшелердің потенциалдары; ещ. екм - орама жақтаушаларының ЭҚК-тepi.

Орама жақтаушаларының ЭҚК -тepi  өрнегі бойынша

Егер ЭҚК- тердің мәндерін ( өрнегіне қойса онда якорь орамасының ЭҚК-i

E=Btv(AD+KM}.

Орама 180°-қа айналған кезде оның жақтаушалары орындарын ауыстырады, aл олардағы ЭҚК- тep бағыттарын өзгертеді (аАа ецм). Ендеше орама ұштарында трапеция (тік төртбұрыш деуге де болады) түрінде өзгеріп отыратын айнымалы ЭҚК пайда болады. Бipaқ орама ұштары коллектор тіліктерімен дәнекерленіп жалғанғандықтан және коллектр тіліктеpi түкшелерді жанай сырғыл айналып отыратындықтан түкшелерге әркез 6ip полярлы тіліктері келіп отырады. Сондытан түйіспелердің полярлық таңбалары өзгермейді. Мысалы, 143-суретте 1-түкшенің полярлығы әрқашанда плюс, ал 2- тукшенің полярлығы минус болады. Сөйтіп түкшелерден (оларды қысқыштар қалқаншасында Я1 және Я2 деп белгілеу қабылданған) Тұрақты ЭҚК алынады. Бұл коллектор мен түкшелердің якорь орамаларындағы айнымалы ЭҚК-ті тұрақты ЭҚК -ке түзету міндетін атқаратынын көрсетеді. [17-654б].

Жалпы алғанда, якорь орамасы N сымнан тұрса, ал оларда параллель жалғанған сымдар саны 2а болса, онда 6iрізді жалғанған сымдар саны N/(2a) болады (14.2-cурет). Ораманың толық ЭҚК-i бірізді жалғанған сымдардың ЭҚК- терінің қосындысына тең болатындықтан

(14.3)

Якорь орамаларының сышктық жылдамдығы

мұндағы: d - якорьдің диаметрі;  - якорьдің айналу жылдамдығы (айн/ мин).

Егер якорь шеңберінің ұзындығын полюстік  бөлік және полюстер саны арқылы өрнектесе, онда мұндағы: р - жұп магнит полюстерінің саны;  -полюстің белік.

Ендеше якорь орамасының сызықты і жылдамдығы

Якорь орамасының бip жақтаушасындағы ЭҚК-тің және жылдамдықтың мәндерін тендігіне қойса онда 

 

 немесе   

 

мұндағы Ф – В0һ- полюстің магниті.

Жұп магнит полюстерінің саны ортадаға сымдар саны және жұп параллель сымдар саны машинаны жобалау және жасау кезінде айдап алынатын шамалар болғандықтан дайын машиналарда олардың сан мәні тұрақты болады. Сондықтан оларды ЭҚК коэффициенті деп аталатын тұрақты коэффициентпен белгілесе, яғни

(14.6)

онда якорь ораш- гізрының ЭҚК-i 

 

Бұл өрнек тұрақты ток генераторның ЭҚК-i оның габарттік тұрақты ток гевера-мөлшерлеріне якорьдің айналу жиілігіне және полюстердің магнит ағынына торыяыд суібаси тура пропорционал екендігін көрсетеді Егер генераторға электр қабылдағыш қосса,яғни генераторды жүктесе, онда электр қабылдағышпен және якорь орамаларының ток жүреді. Бұл ток якорь орамаларының кедергісінде және электр кабылдағышта кернеудің түсуін тудыратындықтан Кирхгофтың екінші заңы бойынша

 

мұндағы; U - электр қабылдағыштағы (якорь қысқыштарындағы) кернеу;  - якорь орамаларының кедергici;  - якорьдің тогы (бұл ток қабылдағышпен де жүреді яғни 1=1,); RJM- якорь орамасының кедергісіндегі кернеудің түсуі.

Бұл өрнек тұрақты ток машинасының генератор элпіндегі электрлік күйінің тендеуі деп аталады.Синхронды машиналар генератор қозғалтқыш, түрлендіргіш, фазареттеуіш, тахогенератор және автоматика тетігі ретінде пайдаланылады. [18-214б].Синхронды машиналардың генератор әлпіндегі. энергетикалық көрсеткіштері қозғалтқыштық әлпінде қарағанда нашар. Сондықтан синхронды машиналар негізінен қозғалтқыш түрінде қолданылады. Электрлік қозғалтқыштардың ішінде ең көп тарағаны да осы асинхронды қозғалтқыш. Оның себебі: асинхронды қозғалтқыш басқа көзі алтқышарға қарағанда құрылысы жағынан қарапайым, қолданымға женіл, сенімді және арзан.

Ал синхронды қозғалтқыштардың негізгі кемшілігі оның айналу жиілігін реттеудің салыстырмалы қиындығы.

Дүние жүзінде өндірілетін электр энергиясының 40%-ын асинхронды қозғалтқыштар тұтынады, ал 2000 жылдарда барлық асинхронды қозғалтқыштардың қондырғылық қуаты 2 млрд. кВт шамасында болды. Синхронды қозғалтқыштардың кернеуі стандарттық кернеулерге есептелген - 10 кВ-ке дейін, ал қуаты бірнеше ваттан мыңдаған киловатқа дейін барады.

Мысалы, ең көп тараған 4А сериялы қозғалтқыштың қуаты 0.06 кВт-тан 400 кВт- қа дейін, ал кернеуі 200 В - тен 660 В- ке дейін.

Синхронды қозғалттқыштардың айналу жылдамдығы қозғалтқышқа берілетін кернеудің жиілігіне және магнит полюстерінің санына байланысты. [19-185б].

Мысалы, электрлік ықрықтықтың қозғалтқышы кернеуі 36 В те жиілігі 200 Гц кернеу кезінен қоректендірілед, ал айналу жылдамдығы 12000 айн/ мм н.Қозғалтқыштар әр-түрлі жұмыстар үшін және әр-түрлі ауа райының жағдайында қолданылатындықтан оларды ылғалға, ыстыққа, аязға төзімді, ал шаңнан, су тамшыларынан, газдан және бөтен заттардың ішіне түсуінен сақтау үшін қорғалған жабық тамшыдан қорғалған, қопарылыстан қорғалған етіп жасайды, зерілетін кернеудің фазаларының санына қарай асинхронды машиналар бір фазалы және үш фазалы іиіініп. ал ротордың конструкциясына байланысты қысқа тұйықталған және фазалы роторлы деп аталады.