Дәріс конспектісі

Дәріс тақырыбы: Тұрақты ток генераторлары. Тәуелсіз қоздырылатын генератор. Генераторлардың өздігінен қоздырылу шарттары. Параллель және аралас қоздырылатын генераторлар. Параллель жұмыс істеуі.

Тұрақты ток генераторының жұмыс істеу принципі.Якорьдің ЭҚК-і.

Тұрақты ток генераторында ЭҚК-ң қалай және қайда пайда болатынын түсіну үшін екі полюсті тұрақты ток машинасын қарастыралық (14.1-сурет). Мұнда қоздыру орамаларына (Н1, Н2) тұрақты ЭҚК көзінсн кернеу (U_қ) берілген. Орамалардың тогы күш сызықтары жоғарыдан төмен қарай бағытталған тұрақты магнит өрісін қоздырады. Тұрақты ток машиналарында якорь мен магнит полюстсрінің арасындағы саңылау бірқалыпты етіліп, ал полюс ұштамаларының ені b_n= (0,65...0,75)τ болатындай етіп жасалады. Сондықтан саңылауда магнит өрісі индукциясының эпюрі трапеция тәрізді (14.2, а-сурет) де, ал жуықтап алғанда оның орташа мәнін (В₀) полюстік бөліктің ұзына бойына тұрақты болып қалады деп есептеуге болады.

Суретті және түсініктемені жеңілдету үшін якорьде бір ғана орама бар екен деп алалық. Енді якорьді қандайда болмасын бір қозғалтқышпен (бастапқы қозғалтқыш) айналдырса, онда электр магниттік индукция заңы бойынша якорь орамасында ЭҚК пайда болады.

14.1-сурет. Екі полюсті тұрақты ток генераторының схемасы.

Бұл ЭҚК-тің мәні магнит индукциясына (В₀), ораманың активті ұзындыгына (l=AD+КМ), ораманың индукция күш сызықтарын қиып өту жьш-рмдығына (v) және ораманың күш сызықтарын қиып өтетін бүры-шннң (а) синусьгаа тура пропорционал:

e = B₀lvsinα

14.2-сурет. Полюсбөлігінде магнит индукциясының таралу (а) жәнеякорь кысқыштарындағы потенциалдар мен ЭҚК-ң (б)графиктері.

Бірақ саңылауда магнит күш сызықтары (магнитгік индукция векторы) якорь цилиндрінің жасаушысына перпендикуляр болғандықтан орамалар күш сызықтарын тік бұрышпен қиып өтеді, япш α = 90⁰.

Ендеше

е=В₀lv (14.1)

Магнит индукциясы полюстік бөліктің ұзына бойына тұрақты болып қалатындықтан якорь орамасының ЭҚК-і (сырғыма түйіспелердің арасындағы потенциалдар айырымы)

Е=φ₁ – φ₂ = e_AD+e_KM, (14.2)

мұндағы: φ₁, φ₂ – бірінші және екінші сырғыма түйіспелердің потенциалдары; e_AD, e_KM – орама қабырғаларының ЭҚК-ттері.

Орама қабырғаларының ЭҚК-тері (14.1) өрнегі бойынша

e_AD = В₀v ·AD e_KM = В₀v ·KM

Егер ЭҚК-тердің мәндерін (14.2) өрнегіне қойса, онда якорь орамасының ЭҚК-і (графигi 14.2, б-суретте келтірілген).

E = B₀v(AD+KM)

Орама 180⁰C-қа айналған кезде оның қабырғалары орындарын ауыстырады, ал олардағы ЭҚК-тер бағыттарын өзгертеді (e_AD, e_KM). Ендеше орама ұштарында трапеция (тік төртбұрыш деуге де болады) түрінде өзгеріп отыратын айнымалы ЭҚК пайда болады. Бірақ орама ұштары коллектор тіліктерімен дәнекерленіп жалғанғандықтан және коллектор тіліктері сырғыма түйіслелерді жанай сырғып айналып отыратындықтан түйіспелерге әркез бір полярлы тіліктер келіп отырады. Сондықтан түйіспелердің полярлық таңбалары өзгермейді. Мысалы, 14.1-суретте 1-түйіспенің полярлығы әрқашанда плюс, ал 2-түйіспенің полярлысы минус болады. Сөйтіп, сырғыма түйіспелерден (оларды қысқыштар калқаншасында Я1 және Я2 деп белгілеу қабылданған) тұрақты ЭҚК алынады. Бұл коллектор мен сырғыма түйіспелердің якорь орамаларындағы айнымалы ЭҚК-ті тұрақты ЭҚК-ке түзету міндетін атқаратынын көрсетеді.

Жалпы алғанда якорь орамасы N сымнан тұрса, ал оларда параллель жалғанған сымдар саны 2а болса, онда бірізді жалғанған сымдар саны N /(2а) болады.

Ораманың толық ЭҚК-і бірізді жалғанған сымдардың ЭҚК-терінің қосындысына тең болатындықтан

(14.3)

Якорь орамаларының сызықтық жылдамдығы

мұндағы: d – якорьдің диаметрі; n – якорьдің айналу жиілігі (айн/мин).

Егeр якорь шеңберінің ұзындығын полюстік бөлік және полюстер саны арқылы өрнeктесе, онда

πd = 2pτ

мұндағы: р – жұп магнит полюстсрінің саны; τ – полюстік бөлік.

Ендеше якорь орамасының сызықтық жылдамдығы

(14.4)

Якорь орамасының бір кабырғасындағы ЭҚК-тiң (14.1) және жыламдықтың (14.4) мәндерін (14.3) теңдігіне қойса, онда

(14.5)

мұндағы Ф = B₀lτ – бір полюстің магнит ағыны.

Жұп магнит полюстерінің саны, орамадағы сымдар саны және жұп параллель сымдар саны машинаны жобалап және жасап жатқанда таңдап алынатын шамалар болғандықтан, дайын машиналарда олардың сан мәні тұрақты болады. Сондықтан оларды ЭҚК коэффициенті деп аталатын тұрақты коэффициентпен белгілесе, яғни

(14.6)

якорь орамаларының ЭҚК-і

(14.7)

Бұл өрнек тұрақты ток генераторының ЭҚК-інің якорьдің айналу жиілігіне және полюстердің магнит ағынына тура пропорционал екендігін, яғни тұрақты ток генераторының ЭҚК-ін өзгерту үшін якорьдің айналу жылдамдығын немесе полюстің магнит ағынын өзгерту керек екендігін керсетеді.

14.5-сурет. Жүктелген тұрақты ток генераторының схемасы.

Егер генераторға электр қабылдағыш қосса, яғни генераторды жүктесе, онда электр қабылдағышпен және якорь орамаларымен ток жүреді (14.5-сурет). Бұл ток якорь орамаларының кедергісінде жәнеэлектр қабылдағышта кернеудің түсуін тудыратындықтан Кирхгофтың екінші заңы бойынша

U + R_яI = E

мұндағы: U – элeктр кабылдағыштағы (якорь қысқыштарындағы) кернeу; R_я – якорь орамаларының кедергісі; I – ток күші (бұл ток якорь орамаларымен де жүреді, яғни I = I_я; R_яI – якорь орамасының кедергісіндегі кернеудің түсуі.

Бұл өрнек тұрақты ток машинасының генератор әлпіндегі электрлік күйінің тендеуі деп аталады.

Тұрақты ток генераторларын қоздыру тәсілдері

Тұрақты ток генераторының якорь орамаларында ЭҚК пайда болуы үшін күш сызықтары якорь орамаларын қиып жатқан магнит өрісінің болуы шарт. Негізінде магнит өрісін екі жолмен тудырады: тұрақты магнит арқылы және магнит өрісін қоздыратын арнайы орама (қоздыру орамасы) арқылы (14.6-сурет).

14.6-сурет. Тұрақты ток генераторларында магнит өрісін қоздыру әдістері: а) тұрақты магнитпен және (б...д) қоздыру орамалары арқылы

Тұрақты магнит (14.6, а-сурет) техогенераторларда және кейбір автомобильдер мен ауыл шаруашылық машиналарының генераторлары мен қозғалтқыштарында қолданылады. Бірақ тұрақты магниттің қасиеті біраз уақыттан кейін әлсірейтіндіктен және оның магниттік индукциясы салмағына шаққанда электромагнитке қарағанда.

Тұрақты ток генераторларының негізгі сипаттамалары

Тұрақты тоқ генераторларына тән негізгі шамалар олардың ЭҚК-і мен кернеуі болып табылады. Сондықтан осы шамалардың басқа шамалардан тәуелділігін көрсететін графиктер генераторлардың негізгі сипаттамалары болып есептеледі.

Негізгі сипаттамаларға жоғарыда қелтірілген E=f(I_k) тәуелділігі – бос жүріс сипаттамасы мен шықпалық және реттемелік сипаттамалар жатады.

Тұрақты ток генераторының шықпалық сипаттамасы деп оның жүктелген әлпіндегі (7.11-сурет) кернеуінің жүктің тоғынан тәуелділігін- айтады, яғни U=f(I).

Генератордың электрлік күйінің теңдеуі бойынша жүктеме тогы өскен сайын якорь кедергісінде кернеудің түсуі де өсетіндіктен генератордың шықпасындағы (Я1, Я2) кернеу аззяды. Тәуелсіз қозбалы генераторда I=I_n болғандықтан

U=E-RI

Бірақ қоздыру тогы өзгермейтіндіктен, яғни

ал якорь орамасының кедергісі өте аз болатындықтан, тәуелсіз қозбалы генераторда кернеудің кемуі де аз болады және түзу сызық бойыман өзгереді (14.8-сурет, 1-график).

Кернеудің жүктеме тогынан тәуелділігін анықтаған кезде ЭҚК-ті тұрақты етіп ұстап тұру керек. Ал Е=const болу үшін (14.7) өрнегі бойынша n=const және Ф=const болуы керек.

Өзінен параллель қозбалы генераторда якорь орамасының тогы I_n=I+I_k (14.7, б-сурет). Сондықтан оның электрлік күйінің теңдеуі

U=E-R_a(I+I_k)

Мұнда қоздыру орамасының кернеуі якорь қысқыштарындағы кернеуге тең болатындықтан, қоздыру тогы

кернеу төмендеген сайын азая береді. Қоздыру тоғы азайған сайын магнит өрісінің ағыны да азаяды. Ал магнит ағынның азаюы ЭҚК-тің азаюына әкеліп соғады.