Тұрақты ток қозғалтқыштары

 Дәріс. Тұрақты ток қозғалтқыштары. Жүргізу әдістері, қозғалтқыштың сипаттамалары.

Дәрістің мазмұны:

         - тұрақты қозғалтқыштар туралы жалпы мәліметтер;

         - жүргізу әдістері;

         - қозғалтқыштардың сипаттамалары.

         Дәрістің мақсаты:

         Студенттерді тұрақты ток қозғалтқыштарының түрлерімен, тұрақты ток қозғалтқыштарының сипаттамаларымен таныстыру.

Трансформаторларды электр энергиясын тұтынушыларға жеткізіп беруге және оны олардың арасында таратып беру үшін қолданады:

Әдетте электрстанциясындағы генератор кернеуі 624 кВ-қа тең айнымалы ток электр энергиясын өндіреді.

Алыс арақашықтыққа энергияны жеткізу жоғары кернеу кезінде тиімді болады, өйткені бұл кезде энергияны беру жолдарында электр шығыны азаяды. Мысалы, қуаты 10 МВт-қа тең электр энергиясын 100 шақырым қашықтыққа беру үшін кернеудің шамасы 500 кВ-қа тең болуы керек. Сол себептен электр станцияларында кернеудің шамасын жоғарылататын трансформаторлар қойылады. Қазіргі уақытта жоғары вольтты электрлік беріліс жолдарында кернеуі 330, 500 және 750 кВ, қуаты 1200-1600 МВА-ге тең трансформаторлар қолданады.

Қалаларда, ауылды жерлерде, кәсіпорындарда және олардың ішінде электрэнергиясының кернеулері 110, 35, 10 және 6 кВ ауа және кабель жолдары арқылы таратылады.

Трансформатордың жұмысы бірінші және екінші реттік орамалардың электр қозғалтқыш күштері (ЭҚК) мен магниттік қозғаушы күштерінің (МҚК) теңдеулеріне негізделеді.

Құрылымдық жағынан, тұрақты электр қозғалтқышы магнит өрістерінің өзара әрекеттесу принципіне сәйкес ұйымдастырылған.

Қарапайым ТЭҚ келесі негізгі түйіндерден тұрады:

• Тізбекпен байланысқан екі орам. Бұл дизайн білікте орналасқан және ротор немесе якорь деп аталатын түйін құрайды.

• Әр түрлі полюстермен орамаларға бұрылған екі тұрақты магнит. Олар бекітілген статордың міндетін орындайды.

• Коллектор-ТЭҚ білігінде орналасқан екі жартылай шеңберлі, оқшауланған плиталар.

• Қоздыру орамаларына дейін коллектор арқылы электр тогын беруге арналған екі қозғалмайтын түйіспелі элементтер (щеткалар).

1. Қозғалтқыш ережедегi электр машинасының негiзгi теңдеулерi

Тұрақты ток қозғалтқыштарының жақсы реттеу қасиеттерi бар және олардың айналу жиiлiктерiн реттеуi, ауыспалы ток қозғалтқыштары электр жетектердiң күрделi жүйелерiнде кең қолданады.

Егер де тұрақты ток машинасын тұрақты токтың көзiне қоссақ, якорь орамаларында ток пайда болады. Якорь тоғымен қоздыру магниттiк өрiстiң өзара әрекеттестігі якорде М электромагниттiк моменттi туғызады, бiрақ бұл момент генератордағыдай тежеуiштi емес, айналдыру моменті болады.

Э лектромагниттiк моменттiң әсерiмен якорь айнала бастайды, яғни машина желiден электр энергияны тұтынып, оны механикалық энергияға өзгертедi де, қозғалтқыш ережеде жұмыс iстей бастайды. Қозғалтқыш якорь айналған  кезде магниттiк өрiсiнiң күш сызықтарында кеседi де, якорь орамасында ЭҚҚ  Е_А –ны индукциялайды. Бұл ЭҚҚ-тiң бағыты «оң қол» ереже арқылы табылады, яғни I_а тоғына керi бағытталады, сол  себептен оны қарсы ЭҚҚ деп атайды.

Тұрақты айналу жиiлiкпен iстеп тұрған қозғалтқышта

                  U=E_a+I_aR_a                             (16.1)

Формуладан көрiнiп тұр: қозғалтқышқа қосылған кернеу якорь орамасының ЭҚҚ-iмен және якорь тiзбегiндегi кернеу құлаумен теңестiредi.

                                     I_а=U-E_а/R_а                                                       (16.2)

Теңдеу (16.1) –дiң екi жағын якорь тоғына көбейтсек, онда якорь тiзбегiнiң қуат теңдеуiн табамыз

                                     UI_а=E_аI_а+I_а²R_а                                                 (16.3)

мұнда  UI_а- қозғалтқыштың желiден алатын қуаты:

             E_аI_а=М=Р_Э- қозғалтқыштың желiден алатын қуаты:

             I_а² R_а –якорь тiзбегiндегi электр шығынының қуаты.

(16.3)-тiң түрлендiруiн былай жазуға болады

UI_а=  М + I_а²R_а .                                                     (16.4)

 Бұл теңдеудің талдауы көрсетіп тұр: егер де қозғалтқыштың білігіндегі жүктемені үлкейтсек, яғни электрмагниттік моментті үлкейтсек онда желістен алынатын UI_а қуатқа үлкейтеді. Желістің кернеуі тұрақты болғандықтан, жүктеменің үлкеюі якорь орамасындағы I_а токтың үлкеюімен қабаттасады.

Тұрақты токтың қозғалтқыштарының қасиеттері негізінде қоздыру орамаларының қоректендіру әдістерімен белгіленеді. Сол себептен қозғалтқыштар параллель, тізбекті және аралас қоздырылатын түрлерге бөлінеді.

Мысал 1

Параллель қоздырғыш тұрақты ток қозғалтқышы u = 220 В кернеуі бар желіге қосылған. Білікке пайдалы қуат Р2 = 10 кВт, арматураның айналу жиілігі n = 2400 айн/мин, қозғалтқыштың тиімділігі η = 80%.

Анықтау: 1) қозғалтқыш дамытатын айналу моменті М; 2) Р1 берілген қуаты; 3) желіден қозғалтқыш тұтынатын ток I; 4) қозғалтқыштағы қуаттың жалпы шығындары ΣР.

Берілген: U=220 В, Р2 = 10кВт, η = 80%, n= 2400 айн/мин.

Анықтау: I, M, P1, ΣP.

1.Қозғалтқыш білікке және айналу жиілігіне берілген қуатта дамитын айналу моменті:

М = 9550 Р2 / n = 9550 ∙ 10 / 2400 = 39,79 н ∙ м.

2. Желіден қозғалтқыштың қуатын тұтыну

η = Р2 / Р1 → Р1 = Р2 / η = 10 / 0,8 = 12,5 кВт

3. Желіден қозғалтқыш тұтынатын Ток I (қуат тұтыну формуласынан):

P1 = UI → I = P1 / U = 10000/220 = 45.45 A.

4 P1 және P2 мәндерін білетін шығындардың жалпы қуаты;

ΣР = Р1-Р2 = 12,5-10 = 2,5 кВт.

Мысал 2 Параллель қозуы бар тұрақты ток қозғалтқышы номиналды режимде жұмыс істейді, Un = 220 В кернеуде Inom = 102A желісінен ток тұтынады. Арматура орамасында индукцияланатын ЭҚК қарсы, Е = 214,9 в.

Анықтаңыз: 1) арматура орамасындағы ток; 2) арматура орамасының кедергісі Rя.

Берілген: Uн = 220 В, Іном = 102 А, R в = 32 Ом, Е = 214,9 в.

Анықтау: Ія, Rя.

1. Арматура орамасындағы токты екі формула бойынша анықтауға болады:

Іном = Ія+Ів, Ія = Іном-I в

немесе Ія = (U-E) / Rя.

Шешімнің екінші формуласы сәйкес келмейді, өйткені белгісіз, Rя.

Бірінші формуланы қолдану үшін алдымен Ів қоздыру орамасындағы токты анықтау керек.

2. Rв арқылы қозу орамындағы ток:

Ів = U / Rв = 220/32=6,87 А,

сонда

Ія = Іном - і в = 102-6,87 = 95,13 а.

3 I үшін екінші формула бойынша якорь орамасының кедергісін анықтаймыз

Ія = (U-E) / Rя,

қайдан

Rя = (U-E) / Ія =(220 - 214,19) / 95,13 = 0,05 Ом.

1-есеп:

Параллель қозуы бар тұрақты ток генераторы, арматура орамасының кедергісі Rа = 0,1 Ом және қоздыру орамасының кедергісі Rқ = 60 Ом, сыртқы кедергісі R= 4 Ом жүктелген. Машинаның қысқыштарындағы кернеу U = 220 В.

Анықтау: 1) Uв қоздыру орамасындағы және Ія Зәкір орамасындағы жүктеме токтары; 2) E генераторының ЭҚК; 3) жүктемеде жұмсалатын Р2 пайдалы қуаты.

Табу керек: I, Iв, Iя, Е, Р2.

Шешілуі: 1 Сыртқы тізбектегі ток:I = U/R = 220/4 = 55A

Қоздыру орамасындағы ток Iв = U/Rв = 220/65 = 3,38 А;

Арматура орамасындағы ток Iя = I + Iв = 55 + 3,38 = 58,38 А.

3 Генератордың ЭҚК

Е = U + IяRя = 220 + 58,38 ∙ 0,1 = 220 + 5,838 = 225,838 = 225,84 В.

4 Пайдалы қуат

Р2 = UI = 220 ∙ 55 = 12100 Вт = 12,1 кВт.

2-есеп: Параллель қозуы бар тұрақты токтың қозғалтқышында келесі мәліметтер бар: арматура орамасының кедергісі Rа = 0,2 Ом; қоздыру орамасының кедергісі Rв = 40 Ом; генераторының тиімділігі η =0,95; қоздыру тогы Iв = 5A, жүктемедегі ток I= 95 А.

Анықтау: 1) Е генераторының электр қозғаушы күші; 2) U генератордың қысқыштарындағы кернеу; 3) Ія арматура орамасындағы ток; 4) Р2 генераторының пайдалы қуаты; 5) генератордың жұмысына жұмсалатын Р1 бастапқы қозғалтқышының қуаты.

Ответ: Е = 220 В; Iя = 100 А; Р2 = 19000 Вт, Р1 = 20000 Вт; U = 220 В.

3-есеп: Параллель қозуы бар тұрақты ағынның қозғағышында келесі мәліметтер бар: 1) қозғағышты беретін желінің кернеуі, U= 300 Вт; 2) арматура орамасындағы ток Iа= 100 А; 3) арматура орамасының кедергісі Rа = 0,1 Ом, қоздыру орамалары Rв = 50 В; 4) пайдалы әрекет коэфициенті η = 0,9.

Анықтау: 1) қозғалтқыштың жұмысы кезінде арматура орамасындағы ЭҚК Е; 2)I жүктеме және Ів қоздыру орамасындағы токтар; 3) Р2 қозғауышының пайдалы және Р1 желісінен талап етілетін қуат.

Ответ: E= 310 Вт; Ів = 6а; I = 64 А; Р1 = 31800 Вт; Р2 = 28620 Вт.