Лекция по предмету "Электротехника" на тему Тұрақты ток машинасының құрылысы мен жұмыс жасау принципі

Дәрістік сабақ конспектілері

Дәрістің тақырыбы: Автоматиканың электромашиналы құрылғылары туралы жалпы мағұлыматтар. Тұрақты ток машиналары. Якорь реакциясы.

Автоматиканың электромашиналы құрылғылары туралы жалпы мағұлыматтар

Электромашиналы құрылғылар автоматиканың негізгі элементтері болып табылады. Олар электр энергиясының көзі генераторлар немесе әртүрлі жұмыс механизмдерін қозғалысқа келтіретін қозғалтқыштар ретінде қолданылады.

Механикалық энергияны электрлікке түрлендіретін құрылғы генератор деп аталады, ал электрлік энергияны механикалыққа түрлендіргіштер қозғалтқыш болып табылады.

Электр машиналары сондай-ақ ток түрін, жиілігін немесе фазалар санын түрлендіргіш ретінде қолданылуы мүмкін бұл жағдайларда түрлендіргіш электромашиналы деп аталады.

Электрмашиналы түрлендіргіштер қатарына трансформаторларды да жатқызуға болады. Трансформатор дегеніміз айнымалы ток кернеуін жиілігін өзгертпей бір мәннен екінші мәнге өзгертетін статикалық электромагнитті түрлендіргіш. Жалпы алғанда олар машина болып табылмаса да (қозғалатын бөлігі жоқ), олардағы процесстер электрмашиналарындағы секілді болғандықтан оларды электрмашиналары теориясымен бірге қарастыру қалыптасқан.

Өндіретін немесе пйдаланатын ток түріне байланысты электр машиналары екі топқа айнымалы және тұрақты ток машиналары болып бөлінеді.

Өз кезегінде айнымалы ток машиналары жұмыс жасау принципіне байланысты екіге асинхронды және синхронды болып екіге бөлінеді, ал қолданылатын айнымалы ток жүйесіне байланысты бірфазалы және үшфазалы болып

Тұрақты ток машинасының құрылысы мен жұмыс жасау принципі

 Тұрақты ток -генераторлары мен қозғалтқыштары – қазіргі кезде де кеңінен қолданылады. Олар негізгі екі бөлік қозғалмайтын полюстер мен айналатын якорьдан құралады 1- суретте төрт полюсті машинаның қимасы және оның негізгі бөліктерінің атаулары келтірілген. Машинаның қозғалмайтын бөлігі индуктор ойықшаларына сәйкесінше қоздырғыш және теңгергіш орамдар орналасатын негізгі және қосымша порлюстерден және олар бекітілген станинадан құралады. Индуктродың негізгі қызметі машинада негізгі магнит ағынын туғызу. Қосымша полюстер негізгі полюстер арасына орналасады және қуаты 1000 Вт жоғары машиналарда қарастырылады, олардың негізгі қызметі коммутацияны жақсарту.

1.1-Сурет- Тұрақты ток машинасының негізгі бөліктері

Машинаның қозғалатын бөлігі якорь мен коллектордан құралады. Якорь қозғалысқа келгенн кезде ол магниттенетін болғандықтан құйынды ток пен гистерезис шығындарын азайту мақсатымен қалыңдығы 0,35-05 мм электротехникалық болат табақшалардан жиналады (1.2, б - сурет). Якорь ойықшаларында коллектор пластиналарына бір ұштары жалғанған орамдар орналасады.

Коллектор цилиндр пішінінде жиналған бір-бірінен оқшауланған мыс пластиналардан құралады (1.2, а - сурет).

Коллекторға якорь орамдарын сыртқы тізбекпен байланыстырып тұратын щеткалар жанасып тұрады.

1.2 – Сурет-Тұрақты ток машинасының коллекторы (а) мен якорь табақшасы (б)

 Тұраты ток машинасының құрылысының кескіні 13-суретте көрсетілген.

1.3 – Сурет-Тұрақты ток машинасының құрылысы

ТТМ екі жолмен электромагниттік немесе магниттік жолмен қоздырылуы мүмкін. Электромагниттік жолмен қоздырылатын машиналарда негізгі магнит ағыны қоздырғыш орамдарға берілетін тұрақты ток әсерінен пайда болса, магниттік жолмен қоздыру кезінде негізгі магнит ағыны тұрақты магниттер арқылы пайда болады.

Қоздырылу әдiсiне байланысты электормагниттік жолмен қоздырылатын ТТМ байланыссыз және өздiгiнен қоздырылатын машиналар болып екiге бөлiнедi.

Бiрiншi жағдайда қоздырғыш орамдарға бөлек тұрақты ток көзінен қоздырғыш ток берілсе, екінші жағдайда қоздырғыш орам сол машинаның якорь тізбегінен қоректенедi.

Қоздырғыш орамдардың якорь орамдарымен байланысу жолына байланысты өздігінен қоздырылатын машиналар параллель, тізбектей және аралас қоздырылатын болып бөлінеді.

Генераторлық режим кезінде электромагнитті жолмен қоздырылатын тұрақты ток машинасының якорын бірінші ретті қозғалтқыш арқылы n - жылдамдықпен айналдыратын болсақ, машинаның негізгі полюстерінің қалдық магнит ағыны әсерінен якорь орамдарына электр қозғағыш күші еніп, якорь орамдарымен ток өтеді, ал қоздырғыш орамдар якорь орамдарымен электрлік жолмен байланысып тұрғандықтан олардың бойында да ток пайда болады да негізгі полюстердің магнит ағынының шамасы күшейеді сәйкесінше якорь орамдарына енгізілген ЭҚК шамасы жоғарылайды. Егер якорь орамдарына жүктеме (электр қабылдағышы) жалғанған болса, онда якорь орамдарына енгізілген ЭҚК әсерінен жүктемеге тұрақты ток беріледі. Негізінде якорь орамдарындағы ток айнымалы болып табылады, бірақ жүктемеге берілетін ток коллекторлы пластиналар көмегімен түзетіліп беріледі.

Якорь орамдарындағы ЭҚК шамасы:

 , (1.1)

мұндағы: C_E – осы машина үшін тұрақты коэффициент; Ф – қоздыру тогы әсерінен пайда болған магнит ағыны;  якордың айналу жиілігі (айн/мин).

Егер машинаның якорын тұрақты магнит немесе электромагнит арқылы пайда болатын тұрақты ток магнит өрісінде ω-жиілікпен айналатын бір немесе бірнеше w - тармақтарданқұралатын рама тәріздес деп ойласақ, онда электромагнитті индукция заңына сәйкес магнит ағынының тоғысуы өзгерген кезде орамдарда электр қозғағаш күші (ЭҚК) пайда болады:

 , (1.2)

мұндағы Ψ- ағындар тоғысуы, w- тармақ саны, B- магнит индукциясы, S- магнит ағынының орамдармен әсерлесіп өтетін ауданның көлденең қимасы.

ЭҚК бағыты оң қол ережесі бойынша анықталады. Тұрақты ток машиналарында индуцйия тұрақты, ал якорь айналмалы қозғалыста болғандықтан якорь орамдарының қоздыру магнит өрісімен байланысу ауданы өзгермелі болып табылады. Сыртқы тізбектен тұрақты ток өтуі үшін машинаның білігіне орналасатын электромеханикалық түзеткіш – коллектор қарастырылған.

Тұрақты ток машинасының магнит өрісі екі құраушыдан – тұрақты магнит арқылы немесе электромагнитік жолмен пайда болатын қоздыру өрісінен және якорь орамдарынан өтетін ток арқылы пайда болатын якорь өрістерінен құралады.

Қоздыру өрісі статорға қарағанда қозғалыссыз болады, ал якорь өрісі якорь орамдары синхронды коммутацияланатын болғандықтан ротор қандай жиілікпен айналатын болса, ол да сондай ω – жиілікпен бірақ қарама-қарсы бағытта айналады, сондықтан якорь өрісі де статорға қарағанда қозғалыссыз күйде болады.

Магнит индукциясы қоздыру магнит ағыны арқылы төмендегіше өрнектеледі:

мұндағы S- полюс ұштарының ауданы:

 ,

p- машинаның полюстер жұбы саны.

Егер тұрақты ток машинасында  – якорь орамдарының саны, ал  – параллель тармақтар жұбының саны болса, онда бұл өрнектерді (1.1) формулаға қойып төмендегі қрнекті аламыз:

 (1.3)

мұндағы  – тұрақты коэффициент, машинаның құрылысына байланысты анықталады.

Сонымен тұрақты ток машинасының ЭҚК оның құрылымдық параметрлеріне, қоздыру ағынына және айналу жиілігіне байланысты.