лекция. ЭМ лек 13 каз. Лекция 13. Траты ток машиналардын энергетикалы
 Скачать 1.19 Mb.
|
|
Лекция 13. Тұрақты ток машиналардын энергетикалық диаграмма мен генератордың сипаттамалары 13.1. Энергетикалық диаграммалар Тұрақты ток машиналарға анализ жасағанда электр магниттік моменты мен ЭҚК формулары негізгі арақатынас боп қызмет етеді: Мэм = cM ˖Фδ˖Ia , (12.4) Еа = cM ˖Фδ ˖ωмех, (13.1) мұнда ωмех =  – якордың айналу механикалық жылдамдығы.Якордың ішкі электр қуаты Еа ˖Ia электромагниттік қуатына Мэм ˖ωмехтең: Еа ˖Ia = Мэм ˖ωмех = Pэм .(13.2) Бұл теңдеу электр қуатты механикалық қуатқа түрлендіруына математика жағынан көрсетеді. Электр машинаның активті қуат балансының энергетикалық диаграммамен көрсетуге ыңғайлы. Тұрақты ток генератордың білігіне алғашқы козғалтқышпен жеткізген механикалық қуат Р1 механикалық рмех , магниттік рмг және рдоп шығындарды алыған кейін электромагниттік қуатына Рэм түрлендіреді (сур. 13.1).  Сур. 13.1. Тұрақты ток генератордың энергетикалық диаграммасы Механикалық шығындар рмех щеткалардың қажалғандағы, айналмалы тіректерде (подшипниктерде) қажалғандағы және желдетуге жұмсалатын шығындардың қосындысына тең. Магниттік шығындар рмг магнит гистерезистің және құйынды токтардың шығындарының қосындысына тең. Машина жүктелегенде қосымша шығындары рдоп пайда болады. Оның ішінде ораманың өткізгіштерде және сырғушы түйіспенде токтын біркелкі емес таратылғанынаң шығындары және якорь реакция бойынша магнит өрісінің таратылғанынан бұрмалай өзекшедегі туатын шығындар. Электромагниттік қуат Рэм жарым-жартылай якорь тізбегіндегі кедергіде болатын электрлік шығындарына рэл және қоздыру орамадағы шығындарына рвоз таратылады. Бұл шығындардан қалған электромагниттік қуаты жүктемеге жетіп пайдалы қуат Р2 боп шығады. Қозғалтқыш тәртібінде электр қуаты Р1 = U ˖ I тұрақты ток көзінен алынады. Қоздыру рвоз және электрлік рэл шығындарынан азайғанынан кейін қуат машинаның толық механикалық қуатына түрлендіреді (сур. 13.2).  Сур. 13.2. Тұрақты ток қозғалтқыштың энергетикалық диаграммасы Бұл қуат механикалық рмех , магниттік рмг және қосымша рдоп шығындарды алғаннан кейін қозғалтқыштың біліктен алатын пайдалы механикалық қуат Р2 деп қалады. Тұрақты ток машинаның қосынды шығындары тең:  Р = рмг + рмех + рвоз + рдоп + рэл (13.3)Машинаның пайдалы әрекет коэффициенті (ПӘК) дегеніміз жүктемеге жеткізген қуат Р2 машинаға келіп түскен қуат Р1-ге қатынасы: η =  = = 1- (13.4)13.2. Генератордың бос жүріс мінездемесі ЕҚК-тін қоздыру токтан тәуелділігі, жүктемеге тізбегі ажыратылып тұрғанда және ротор жылдамдығы тұрақты болғанда (n=const, I=0), бос жүріс сипаттама Eа = f (  ) деп аталады.  Сур.13.3. Тәуелсіз қоздырылатын генератордың принципиалды сулбасы (а) және бос жүріс мінездемесі (б) Генератордың бос жүріс ережесінде (жүктеме тізбегі ажыратылып тұрғанда) якорь қысқыштарында  кернеуі ЭҚК-ке тең ( ). Якорьдың айналу жиілігі тұрақты болғандықтан, кернеу тек Фδ магниттік ағынына тәуелді, яғни бұл ағынды туғызатын қоздыру ток -ға тәуелді. Сол себептен  магниттік мінездеме сияқты  (сур. 13.3б).Бос жүріс мінездемені эксперименттік түсіруге болады (сур.13.3б). Бұл үшін алдымен қоздыру ток арқылы кернеудің мөлшерін 1,1  -ға тең етіп орнатады, содан кейін қоздыру токты нөлге дейін төмендетеді де, қайтадан бұрынғы мөлшеріне жеткізеді. Мінездемелер бір нүктеден шығатын ұлғаймалы қисық сызық 1-болып шығады. Қоздыру ток азайғанда ЕҚК  қисық сызық 2-болып азаяды магниттік гистерезис бойынша. Сызықтар арасындағы айырмашылық гистерезис құбылысы болғандықтан пайда болады. Ток  болған кезде -ды 2-4 % тең қалдық магнетизм индукциялайтын  ЭҚК якорь орамасында қалады.13.3. Генератордың сыртқы сипаттамалары Якорь қысқыштарында кернеу U жүктеме токтан I тәуелділігі, қоздыру тізбектің кедергісін және айналу жиілікті тұрақты ұстағанда (  сыртқы мінездесі U = f (I) деп атайды.Якорь тізбектің кернеу теңдеуі былай жазылады: U =  (13.5)мұнда  – якордың ЕҚК, кедергісі және тогы.Сыртқы мінездесінің түрі машинаның қоздыру әдісіне байланысты (сур. 13.4).  Сур. 13.4. Тұрақты ток генератордың сыртқы сипаттамалары Жүктеме ток I =  өскенде тәуелсіз қоздырылатын генератордың кернеуі азаяды (13.4 суретінде 3-ші қисық сызық) екі себебімен:1) жүктеме ток өсуімен (13.5) теңдеуде кернеудің түсуі  өседі;2) якорь тогі өсуімен магнитсіз дендіру әрекеті күшейеді де, магниттік ағыны Фδ және ЕҚК (Еа = ce˖Фδ ˖n) азайя бастайды. Параллель қоздырылған генераторда жүктеме ток I өскенде кернеу азаятын екі себебіне енді біреу қосылады: 3) кернеу азайғанымен Ом заңы бойынша қоздыратын тогы ( = ) азайады. Онымен бірге магниттік ағыны Фδ және якорь ораманың ЕҚК азаяды. Сонымен параллель қоздырылған генератордың сыртқы мінездесінің 4-ші қисық сызығы 3-ші қисық сызығынан құламалы боп көрінеді (сур. 13.4).Тізбекті қоздырылған генераторда жүктемеден, якорь және қоздыру орамаларда бірақ ток өтеді I =  . Сол себептен сыртқы мінездесі бос жүріс мінездесімен бірдей болады (1-ші қисық).Аралас қоздырылатын генераторда тізбекті қоздыру ораманың магниттік ағыны якорь реакция магниттік ағынына қарсы бағытталынады. Сол себептен жүктеме ток өскенде ауа саңылау ағыны да өсу бастайды және кернеудің өзгерісі аз болады (2-ші қисық сызығы). Егер тізбекті қоздыру ораманың магниттік ағыны якорь реакция магниттік ағынына сәйкес бағытталынса, онда кернеу ең тік қисық бойымен 5 төмендейді. 13.4. Генератордың реттеу сипаттмалары Қоздыру токтың жүктеме токтан I тәуелділігі, генератордың айналу жиілікті және кернеуді тұрақты ұстағанда (n=const, U=const), реттеу мінездесі = f (I) деп аталады.(13.5) формуладан ЕҚК тең: = . (13.6)Реттеу мінездесінің түрі машинаның қоздыру әдісіне байланысты (сур. 13.5).  Сур. 13.5. Тұрақты ток генератордың реттеу сипаттамалары Жүктеме ток I өскенде ЕҚК Еа үлкейеді.Олай болса ауа саңылауда магниттік ағынды Фδ қоздыру токпен көтеру керек. Реттеу сипаттамаларының түрі сыртқы мінездерімен анықталады (сур. 13.4). Сонымен 13.5-ші суретте тәуелсіз (3-ші қисық сызық), параллель (4-ші) және аралас (2-ші мен 5-ші) қоздырылатын генераторлардың реттеу мінездемелері көрсетілді. Реттеу сипаттамаларының сызықтық еместігі қоздыру тогы реттелген кезде магниттік тізбектің қанықтылығының өзгеруіне байланысты. 13.5. Параллельді қоздыру генераторының өздігінен қозуы Өздігінен қозу – бұл генератор қысқыштарындағы кернеудің қар көшкініне ұқсас және стихиялық өсу процесі, бұл қоздыру орамасын якорьмен параллель қосқанда пайда болады. Өзін-өзі қоздыру үшін қажетті (бірақ жеткіліксіз) шарт – бұл машинаның магниттік тізбегіндегі қалдық магнетизм ағынының болуы, бұл әдетте номиналдың 2-3% құрайды. Бұл ағын айналмалы якордың орамында кішкентай ЭҚК тудырады, якорь мен қоздыру орамалардың қысқыштарда кернеуді көтеріп. Өскен кернеу арқылы қоздыру орамында аз бастапқы ток ағып кетеді. Егер осы токпен құрылған полюстер ағыны бағытта қалдық ағынымен сәйкес келсе, онда пайда болатын магнит ағыны және, демек, якорь ЭҚК-і артады. Бұл, өз кезегінде, қоздыру тогының жоғарылауын тудырады және т.с.с. Процесс якорь ЭҚК-іне дейін және генератор қысқыштарындағы кернеу тұрақты күйге жеткенше жалғасады. Егер қоздыру орамасы якорьмен ол жасаған ағын магниттіліктің қалдық ағынына қарсы бағытталған етіп қосылса, өздігінен қозу пайда болмайды. Сондықтан қоздыру орамының ұштары керісінше болуы керек. Өздігінен қозу процесі қоздыру орамасының кедергісі белгілі бір сындық кедергіден аз болған жағдайда ғана жүреді (Rқ ˂ Rқ кр). Генератордың бос жұріс сипаттамасын қолдану арқылы критикалық қоздыру кедергісінің мәнін анықтауға болады. Басталған өзін-өзі қоздыру процесі генератордың магниттік тізбегінің қанықтылығына байланысты соңғысының бейсызықтығына байланысты бос сипаттаманың белгілі бір кезеңінде тоқтатылады. |