1 ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА ЖӘНЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИКАЛЫҚ ЖАБДЫҚ
2 КІРІСПЕ • Адам қоғамының материалдық мәдениетінің даму деңгейі бірінші кезекте энергия көздерінің пайда болуымен және пайдалануымен анықталады. Соңғы 100 жылда электрді пайдалану өндірісте техникалық революцияны тудырды және әлеуметтік қатынастың дамуына шешуші ықпал жасады. • Қазіргі заманда кез келген мемлекеттің техникалық және мәдени даму деңгейі әр адам басына шаққандағы өндірілген электр энергиясының мөлшерімен анықталады. Алғашқы электр станциялары 19 ғасырдың аяғында пайда бола бастады. Қазіргі кезде жер жүзіндегі электр станциялардың жалпы қуаты 4 млрд. к. Вт асады. • Барлық электр энергиясы электр машинасымен өндіріледі. Барлық электр машиналары генераторлық режимде жұмыс істеп қана қоймайды, олар қозғалтқыштық режимде электр энергиясын механикалық энергияға түрлендіре отырып, жұмыс жасайды. • Электрмеханикалық өндіріс жылына халық шаруашылығының барлық саласы үшін миллиондаған электр машиналарын шығарады.
3 Электр машиналарынсыз бірде бір кешенді ғылыми бағдарламаның дамуы мүмкін емес. Электр машиналары космоста, терең жер астында, мұхитта және атомдық реакторлардың активті зоналарында, мал шаруашылығы ғимараттарында, сондай-ақ медициналық кабинеттерде де қолданылады. Электр машиналарының ролі космостық, авиациялық және теңіз техникасында ерекше білінеді. Жылжымалы қондырғыларда жұмыс істейтін электр машиналары үлкен мөлшерде шығарылады. Мұндай машиналар жоғарғы энергетикалық көрсеткіштерімен, жоғарғы деңгейде жұмыс істеу сенімділігімен және көлемінің кіші болуымен ерекшеленеді. • Электрмеханиканың жеке бір саласын автоматты басқару жүйелерінде қолданылатын электр машиналары құрайды. Онда олар жылдамдық, бұрыштық қалып датчиктері ретінде қолданылады және күрделі навигациялық жүйенің негізгі элементі болып табылады. • Электр станцияларында өндірілетін барлық электр энергиясының үштен екісі әртүрлі электрмеханикалық түрлендіргіштер арқылы механикалық энергияға айналады. Ол үшін қуаты миливаттан ондаған мың киловаттқа жететін тұрақты және айнымалы токтың миллиондаған электр қозғалтқыштары жасалып шығарылады.
4 • Электр машиналарының түрінің көптігіне қарамастан, олардың жұмыс істеуі жалғыз электромеханикалық түрлендіру теориясына негізделеді. Электр машиналарын жобалау, жасау және дұрыс пайдалана білудің халық шаруашылығы үшін маңызы өте ерекше, сондықтан ғылыми ұжымдардың , электромеханиктердің кәсіби дайындығы жоғары болуын талап етеді. • Электр машиналарын жасау саласында қол жеткен табыстарға қарамастан, әлі де шешуін күтіп тұрған күрделі де, маңызды да және қызықты да мәселелер өте көп. Оларды шешу жас мамандардан электр машиналарының теориясын, оларды жобалауды және жасау технологиясын терең білуді талап етеді. • Электромеханика саласындағы маңызды мәселенің бірі ретінде дәстүрлі емес, қайта жаңғыратын энергия көздерін пайдаланып, жұмыс жасайтын электр машиналарын жасауды айтуға болады. Қазіргі кезде электр энергиясының 80% жуығы органикалық отынды (көмір, газ, мұнай және т. б. ) пайдаланатын жылу электр станцияларында өндіріледі. Ал бұл отындардың қоры жылдан жылға азайып келеді. Сондықтан олардың электр энергиясын өндірудегі үлесін азайтудың маңызы өте зор. Сол себепті де жаңа энергия көздерін қолданатын электрмеханикалық машиналар жасау жас мамандар орындайтын абройлы да күрделі мәселе болып табылады.
5 Қазіргі кезде электр машиналардың дамуының ерекшелігі – оларға материал және энергия үнемдеуге қатысты қойылатын талаптардың артуы. Сондықтан энергетикалық көрсеткіштері жоғары, сенімді жұмыс жасайтын, энергия мен материалды аз қажет ететін, үнемді жаңа электр машиналар жасауға ерекше көңіл бөлінеді. Бұл бағытта да жас мамандар, жас ғалымдар жемісті еңбек етіп, аға буынның жасаған ғылыми жұмыстарын ілгері дамытып, еліміздің техникалық және экономикалық жағынан дамуына өз үлесін қосатындығына сенім мол.
6 Электр машиналарының даму тарихы • Кез келген ғылым саласының заңдылықтарын ұғып, түсіну үшін оның даму тарихын білген жөн. Электр машиналарының тарихы М. Фарадейдің 1821 жылы жасаған электр қозғалтқыштан басталады. Ол айналасында тогы бар өткізгіш 2 айналып тұрған тұрақты магниттен 1 тұрады (1. 1 - сурет). Сырғымалы түйісу шыныға 3 құйылған сынаппен және жоғарғы тірекпен 4 жүзеге асырылады. Фарадейдің бұл қозғалтқышында өткізгіштегі тұрақты ток және тұрақты магнит тудырған магнит өрісі өзара әректтесуі нәтижесінде электр энергиясын механикалық энергияға түрлендіру жүзеге асырылады. • Фарадейдің бұл маңызы ерекше жаңалығы кездейсоқ пайда болған жоқ. Электрлік және магниттік құбылыстар XVIII ғасырда жә не одан да ертерек белгілі болған. Электр бойынша алғашқы жұмыс 1600 жылы ағылшын ғалымы У. Гельберт жазған « Магнит, магнитті дене және үлкен магнит – жер туралы » трактат болды. Гильберт электрленуге мүмкіндігі бар денелерді электрлік денелер деп атады да « электр » деген термин енгізді. • 1650 жылы О. Герике үйкеліс негізінде жасалған алғашқы электр машинасын сипаттады. Ол айналған кезде алақанға үйкелетін күкірттен жасалған шардан жасалды. XVIII ғасырдың басында Ф. Гауксби күкірттік шарды қуыс шыны шармен ауыстырды. 1743 жылы машинаға зарядтарды шығарып алуға арналған сырғымалы түйіспе енгізілді. Соның нәтижесінде машина үзіліссіз электр энергиясын беретін болды.
7 1. 1 – сурет. Фарадей қозғалтқышы
8 • • • XVIII ғасырдың соңында роторы 2 метр дискі түрінде жасалынған сыйымдылық электр машинасы шығарылды. Бұл машина ұзындығы шамамен 2 метр болатындай ұшқын шығаратын болды. Атмосфералық электрмен М. В. Ломаносов, Г. В. Рихман, Б. Франклин көп айналысты. 1785 жылы Ш. Кулон электрлік зарядтар мен магнит өрістерінің өзара әсері туралы заңды қалыптастырды. Осы уақытта Ресейде А. Т. Болотов пен И. П. Клубин және тағы басқалар ғалымдар психологиялық тәжірибе жүргізу және емдеу үшін жылжымалы сыйымдылықты электр машиналарын шығарды. 1799 жылы, итальян ғалымы А. Вольта электрохимиялық генератор ойлап тапқан. Вольттық бағана қышқылмен ылғалданған прокладка арқылы өзара бөлектенген цинк және мыс дискілерден құрастырылған. Бұл генераторда химиялық энергия электр энергиясына түрлендіріледі. Орыс ғалымы академик В. В. Петров 1802 жылы 4200 мыс және мырыш пластиналарынан тұратын электр қозғаушы күші (ЭҚК) 1700 В, ал пайдалы қуаты 85 Вт болатын батареяны жасап шығарды. Осы батерея қолдану арқылы ол алғаш рет электрлік доғаны тудырып, бақылады. Бұл вольттық бағана эксперимент жасау электр тогының жылулық және магниттік әсерін зерттеуге жағдай туғызды.
9 1820 жылы француз ғалымдары Ж. Био және Ф. Савар токтың магнитке әсері заңын тұжырымдады. Сол жылы Г. Эрстед электр тогының әсерінен магнит стрелкасының ауытқуын сипаттады. Ф. Араго соленоид (орама) қолдануды ұсынды. 1823 жылы П. Барлоу дөңгелектен 1 және тұрақты магниттен 2 тұратын қозғалтқышты ұсынды. Фарадей қозғалтқышындағы сияқты сырғымалы түйіспе 3 банкаға құйылған сынаптың және білікке (валға ) жалғанған сымдардың көмегімен жасалды. Қозғалтқыш химиялық элементтер батареясымен қоректендірілді (1 -2 сурет). 1. 2 – сурет. Барлоу дөңгелегі
10 1827 жылы неміс ғалымы Г. Ом өзінің зерттеулерінің нәтижесін (Ом заңын) жариялады 1831 жылы М. Фарадей мыңдаған тәжірибе жасай отырып, “магнетизмді электрге түрлендіруге” болатындығын дәлелдеп, электромагниттік индукция заңын ашты. Ол өз тәжірибесімен индукцияның екі түрін анықтады. Токпен индукция тогын (вольт – электрлік индукция Фарадей терминологиясы бойынша) тудыру және магнитоэлектрлік индукция (магнетизм көмегімен электр тудыру). Бірақ та ол кейінгі зерттеу барысында индукцияның екі түрінің арасындағы айырмашылық болмайтынын атап көрсетті. Фарадей тәжірибелерінің бірінші тобында бірінші реттік ораманы қоректендіргішке қосқан сәтте екінші орамада индукциялық ток пайда болатын байқады. Бірінші және екінші реттік орамаларды өзара қозғаған кезде де осы құбылыс байқалған (1. 3 -сурет) Егер болат өзекше қолданса, онда бұл құбылыстың күшейетіндігін байқаған. Бұл қондырғы трансформаторға ұқсайды. Тәжірибелерінің екінші тобында орамада индукциялық ток магнит пен ораманы өзара жылжытқанда немесе магнит тізбегін қосу немесе ажырату кезінде пайда болатындығын байқаған. Осы құбылыстар негізінде Фарадей электромеханикалық генератор жасауға болатындығын, оның магниттерден және арасына айналатын мыс диск орналасатын полюстік ұштардан тұратындығын айтты. Егер бір сырғымалы щетканы дискінің осьтен қашық шетіне, ал екіншісін оське тигізсе, онда щеткалар тізбегіне қосылған гальванометр диск айналған кезде токтың пайда болғанын көрсетті. М. Фарадейдің ғылыми жұмысының өте маңызды және табысты бөлігі ретінде оның электромагниттік өріс туралы тұжырымдамаларын айтуға болады. Ол алғаш рет магниттік күштік сызықтар және электрлік күштік сызықтар деген ұғымдар енгізді.
11 1. 3 – сурет. Фарадейдің электромагниттік индукция құбылысын зерттеген қондырғылары
12 Ағылшын ғалымы Д. К. Максвелл Фарадейдің ісін жалғастырды, оның электромагниттік өріс туралы идеяларын математикалық түрде сипаттады. Ұстаның баласы, кітап қаптаушы, лаборант М. Фарадей электромеханика саласында өте ірі тұлға ретінде саналады. Ол - 68 ғылыми қоғамдар мен академиялардың мүшесі, ұлы ғалым, өте қарапайым адам, көптеген терең ғылыми жұмыстардың авторы. 1832 жылы Э. Ленц индукциялық токтың бағыты туралы заңды және электр машиналарының қайтымдылық принципін тұжырымдады. Ол тәжірибе жүзінде тұрақты ток машиналары генераторлық және қозғалтқыштық режимдерде жұмыс жасай алатындығын дәлелдеді. 1834 жылы петербург академигі Б. С. Якоби электромагниттердің тартуы және кері итеруіне негізделген электрқозғалтқыш ойлап шығарды (1. 4 - сурет). Осындай электрқозғалтқыштардың 40 данасын біріктіріп, оны 1838 жылы 12 жолаушылық кемеге орнатты. Бұл электр машинасының практика жүзінде алғашқы қолдануы еді. Якобидің электрқозғалтқыштарын қолдану гальваникалық электр энергиясы көздері қуатты қозғалтқыштарды ұзақ уақыт энергимен қамтамасыз ете алмайтындығын көрсетті. Басқаша энергия көздерін жасауды қажет етті. 1832 жылы ағайынды Пиксилер айналмалы тұрақты магниттері бар генератор ойлап шығарды (1. 5 -сурет). Магниттер айналған кезде жылжымайтын орамаларда айнымалы ток пайда болады. Бұл айнымалы токтың ең алғашқы генераторлардың бірі болып саналады.
13 1. 4 –сурет. Б. С. Якоби қозғалтқышы 1. 5 - сурет. Ағайынды Пиксилердің генераторы
14 Өздігінен қозатын генераторларды алғашқы нұсқаларын С. Хиорти (1854), А. Иедлик (1856), В. Сименс (1867) ойлап шығарған. 1870 жылы неміс ғалымы З. Грамм сақиналы орамасы бар якорлы, өздігінен қозатын генератор жасады. Оның қоздыру орамы якорь және жүктемемен тізбектей жалғанған ( 1. 6 -сурет). 1873 жылы Ф. Гефнер-Альтенек және В. Сименс барабанды якоры бар электр машинасын жасады (1. 7 - сурет). Бұл машинада қазіргі заманғы тұрақты машинасына тән барлық негізгі элементтер болды. З. Граммның машинасына қарағанда бұл машина мысты аз қолданатын болды және жасауға ыңғайлы еді. 1885 жылы Т. Эдисон якорьді бірінен – бірі оқшауланған жеке болат қаңылтырлардан жасауды ұсынды. XIX ғасырдың аяғына дейін электр энергиясы тек жарықтандыру үшін қолданылды, ал айнымалы ток ұзақ уақыт қолдану таппады. Орыс өнертапқышы П. Н. Яблочковтың ұсынған жарықтандырғыштар (1878), индукторлы генератор (1877), ашық өзекшелі бір фазалы трансформатор (1876, к =1 ) пайда болуына байланысты айнымалы токты қолдану жүзеге аса бастады. Технико-экономикалық көрсеткіштері жоғары, алғашқы сақиналы, броньдық және стерженьдік трансформаторларды венгер ғалымдары О. Блати, М. Дэри және К. Циперновский 1885 жылы жасады (1. 8 -сурет). Олар “трансформатор” деген термин енгізді
15 1. 6 –сурет. З. Граммның сақиналы орамасы бар генераторы. 1. 7 – сурет. Ф. Гефнер-Альтенек және В. Сименстің барабанды якоры бар электр машинасы
16 Электроэнергетика XIX ғасырдың 70 -80 жылдары алғашқы ірі жетістіктерге қадам жасады. 1879 жылы В. Сименс алғашқы электрленген темір жолды көрсетті. 1882 жылы М. Депре 57 км қашықтыққа 2 к. Вт қуатты тұрақты 1500 -2000 В кернеумен жеткізді. Бірақ бұл кездегі бір фазалы айнымалы ток жүйесі алысқа электр энергиясын жеткізуге мүмкіндік берсе де, өндірісте қолдану мәселесін шеше алмады. Бір фазалы айнымалы ток қозғалтқыштарының іске қозу моменті аз, энергетикалық көрсеткіштері төмен болды, тіпті электржетегінде де қолдану мүмкін болмады. XIX ғасырдың 80 жылдарының аяғында Г. Феррарис пен Н. Тесла екі фазалы айнымалы ток қозғалтқышын жасады (1. 9 -сурет ). Магнит өрісі кеңістікте 90 градусқа ығысқан орамалар арқылы және фаза бойынша 90 градусқа токтар арқылы жасалды. 1889 жылы орыс электротехнигі М. О. Доливо-Добровольский айнымалы токтардың үш фазалы жүйесін ұсынып, сол жылы алғашқы үш фазалы асинхронды қозғалтқышты және трансформаторды ойлап шығарды. 1889 жылдың көктемінде ол қысқаша тұйықталған роторлы үш фазалы асинхронды қозғалтқышты жасады (1. 10 -сурет ). . Үш фазалы трансформатордың орамалары алғашқы кезде радиал жазықтықта орналасты, ал 1891 жылы ол орамалары параллель стерженьдерде бір жазықтықта орналасқан трансформатор ұсынды. Мұндай құрылымды трансформатор қазіргі кезде де қолданылады. XIX ғасырдың 90 жылдарының басынан бастап айнымалы токтардың үш фазалы жүйесі энергетика саласына берік түрде енді. 1899 жылы алғаш рет бу турбинасы қуаты 1 МВт электрлік турбогенератормен жалғастырылып, электр энергиясын өндіре бастады. Электр энергиясын өндірістің бар саласына жаппай ендіру басталды.
17 1. 8 –сурет. О. Блати, М. Дэри және К. Циперновский трансформаторы 1. 9 –сурет. Г. Феррарис және Н. Тесланың 10 -сурет. М. О. Доливо-Добровольскийдің екіфазалы асинхронды қозғалтқышы
18 XX ғасырда электромеханика индуктивтік электр машиналар жасалануы арқылы ірі жетістіктерге қол жеткізді. Бұл машиналарда энергияның түрленуі магнит өрісі арқылы. жүргізіледі. Электр машиналарын жасаумен бірге энергияны электромеханикалық түрлендіру теориясы да дамыды. Бұл теорияны дамытуға М. В. Ломоносов, А. Ампер, Г. Ом, М. Фарадей, Д. Джоуль, Э. Ленц, Г. Гельмгольц және тағы басқа атақты ғалымдар ат салысты Электромагниттік теорияны дамытуда Д. К. Максвеллдің еңбегі айырша. Ол 1873 жылы шыққан “ Электр және магнитизм туралы трактатында” электромагнитік өрісті математикалық тұрғыдан сипаттады. Максвелл теңдеулері энергияны электромеханикалық түрлендіру теориясының фундаменті болып есептелінеді. Электр машиналары теориясын дамытуда проф. Н. А. Умовтың, Д. Пойтингінің, Э. Арнольдтың, Г. Ферраристің, М. О. Доливо –Добровольскийдің және т. б. еңбегін атап өтуге болады. Электр машиналарының даму тарихы бүгін де көптеген ғалымдардың жұмыстарымен жалғасып жатыр. Электромеханиканың жаңа бағыты - космостық электромеханика жылдам дамып келеді.
19 Электромеханикалық түрлендіргіштердің жіктелуі • Электр машиналары - механикалық энергияны электр энергиясына және, керісінше, электр энергияны механикалық энергияға түрлендіруге арналған электромеханикалық қондырғылар. • Энергияны түрлендіру тірі және өлі табиғатта, сондай-ақ адам көмегімен туындаған электр машиналарында да қолданылады. • Электр машиналарын - электромеханикалық түрлендіргіштерді (ЭТ) – үш класқа бөлуге болады: индуктивтік ЭТ, сыйымдылықтық ЭТ және индуктивтік – сыйымдылықтық ЭТ (1. 11 -сурет) • Индуктивтік электромеханикалық түрлендіргіште магнит өрісі жұмыстық өріс саналады, энергияның электромеханикалық түрленуі ораманың индуктвтілігінің өзгеруі нәтижесінде жүзеге асады. • Сыйымдылықтық электромеханикалық түрлендіргіште энергияның электромеханикалық түрленуін электр өрісі сыйымдылықтың өзгеруі нәтижесінде жүзеге асырады.
20 • Индуктивті – сыйымдылықтық электромеханикалық түрлендіргіште энергияның электромеханикалық түрленуі магнит өрісі мен электр өрісі арқылы орындалады, қарапайым жағдайда, бұл түрлендіргіш бір электромеханикалық жүйеге индуктивтік және сыйымдылықтық машинаның электрлік тізбегін және жылжымалы бөліктерін біріктіру арқылы жасалады ( 1 -11 сурет).
21 1. 11 -сурет. Электромеханикалық түрлендіргіштердің кластары
22 Индуктивтік ЭТ-те энергия магнит өрісінде, ал сыйымдылықтық ЭТ-те энергия электр өрісінде шоғырланады. Сыйымдылықтық түрлендіргіштер индуктивтік түрлендіргіштерден ерте пайда болса да өндірісте олар күштік қондырғылар ретінде қолданыс таппады. Индуктивті – сыйымдылықтық электромеханикалық түрлендергіштер жасау жолында жаңадан ғана алғашқы жұмыстар жасалуда. Біз бұдан былай қазіргі қоғамның барлық саласында кең тараған Индуктивтік электр машиналарын қарастырамыз. Индуктивтік электр машиналарының барлық түрлерін қоректену түрлеріне байланысты тұрақты және айнымалы ток машиналары деп бөлуге болады. Айнымалы ток машиналары синхрондық, айнымалы ток коллекторлы машиналары және трансформаторларға бөлінеді. Синхрондық машиналарда ротордың бұрыштық жылдамдығы ωр және магнит өрісінің бұрыштық жылдамдығы ωс біріне тең. Асинхрондық машиналарда ротордың бұрыштық жылдамдығы өрістің бұрыштық жылдамдығына тең емес ωр ≠ ωс. Сондықтан ωр өрістің бұрыштық жылдамдығынан үлкен немесе кіші болуы мүмкін. Ротордың айналу бағыты және статор өрісі қарама – қарсы болуы да мүмкін.
23 Айнымалы токтың коллекторлы машиналарының асинхрондық және синхрондық машиналардан айырмашылығы ротордың немесе статордың орамдарымен жалғанған, фаза саны және жиіліктің механикалық түрлендіргіші – коллекторы бар. Трансформаторлар – энергияның электрмагниттік түрлендіргіші. Оларда электр энергиясын механикалық энергияға немесе керісінше түрлендіру болмайды, тек қана электр энергиясының бір түрден екінші түрге түрленуі ғана болады. Трансформаторлар орамдары бір-біріне қатысты жылжымайтындай етіп жасалынады. Жұмыс режиміне байланысты электр машиналары генераторлар және қозғалтқыштар болып екіге бөлінеді. Генераторларда машинаның білігіне (валына) берілетін механикалық энергия электр энергиясына түрленеді. Қозғалтқыштарда электр энергиясы механикалық энергияға түрленеді. Бір электр машинасы генератор және қозғалтқыш болып та жұмыс істей береді. Бірақта генератор мен қозғалтқышта құрылымдық айырмашылық болады және машинаның зауыттық қорабында жұмыс режимі көрсетіледі. Еркіндік деңгейіне байланысты бір, екі және бірнеше еркіндік деңгейі бар машиналар болып бөлінеді. Еркіндік деңгейінің санына байланысты бір өлшемді, екі өлшемді және басқадай өлшемді машиналар дейді. Тек ротор айналса, онда бір өлшемді болады.
24 Электр машиналарында айналмалы қозғалыстан басқа қайтымды— ілгерлемелі қозғалыс болу мүмкін. Оларды сызықты қозғалтқыштар дейді.
25 Сегментті статорлы және сызықты электр машиналары Индикаторлық машиналар Анық полюсті (орама бір жерге шоғырланған, өнбойлық және көлденең осьтері бар, саңылау әртүрлі магниттік кедергі әртүрлі) және анық емес полюсті электр (саңылау біркелкі, магниттік кедергі барлық бағытта бірдей, орама барлық паздарға таратылған) машиналары( 1. -12 сурет) Көп жағдайда асинхронды машиналар анық емес полюсті болып келеді ( 1. -12 а сурет). Синхронды машиналарда анық полюсті магнит жүйесі роторда орналасады ( 1. -12 б сурет) , ал тұрақты ток машиналарында статорға ( 1. -12 в сурет) орналасады. Индукторлық машиналарда анық полюсті магнит жүйесі статор мен роторға орналасады ( 1. -12 г сурет). Индукторлық машиналарда энергияның түрленуі ауа саңлауының магниттік кедергісінің периодты түрде өзгеруінің нәтижесінде жүзеге асады. Әдетте ротор статордың ішіне орналасады. Кейбір кездерде роторды цилиндрлік статордың сыртына орнаоастырады. Бұндай машиналарды сыртқы роторлы машиналар деп атайды. Бұл машиналардың инерциялық моменті үлкен болады, сондықтан оларды транспортерлардың жетегінде қолданады. Тұрақты токтың кейбір машиналарында қоздыру орамасы айналмалы болады, ал кейбір синхронды машинада қоздыру орамасы қозғалмайтын етіп жасалынады. Бұл машиналарды кері жасалған машиналар деп атайды.
26
27
28 Машиналар жасалу нұсқалар бойынша ГОСТ сәйкес 8 топқа бөлінеді. Ал 8 топ 49 түрге бөлінеді. ГОСТ қа сәйкес машиналардың жасалуы: - ток жүретін және айналатын бөліктерден қорғау бойынша; - Машинаның ішіне бөтен заттардың түсуінен қорғау бойынша; - Машинаның ішіне судың кіруінен қорғау бойынша жіктеледі. Осыған сәйкес машиналарды : - жарылыстан қорғалған - ылғалдан қорғалған, - суыққа төзімді, - химиялық реакцияға төзімді, - тропикалық жағдайған арналған машиналар етіп жасайды. Машиналар салқындату (суыту) тәсіліне байланысты жіктеледі: -табиғи салқындату (айналмалы бөлшектердің желдету әсері арқылы); -еріксіз салқындату( арнаулы қондырғы арқылы) Машиналарды суыту үшін ауа, сутегі, май, су қолданылады. Өндірісті статоры мен роторы диск түрінде жасалған шеттік машиналар да қолданылады. Бұл машиналарда магнит өрісінің энергиясы осы дискілердің арасына шоғырланады. (1. 13 сурет). Конструкциясы жағынан индукторлық машиналар айтарлықтай әртүрлі болып келеді. Екі роторы және екі статоры бар индукторлық машиналар көп қолданады. (1. 14 - сурет)
29 • Төменгі кернеу кезінде өте үлкен ток (100 000 А дейін) алу үшін униполярлы машиналар қолданылады. Оларда коллектор болмайды, бірақ міндетті түрде сырғымалы түйіспе (контакт) болады. (1. 15 сурет) • Айнымалы токтың коллекторлы машиналарының асинхрондық және синхрондық машиналардан айырмашылығы ротордың немесе статордың орамдарымен жалғанған, фаза саны және жиіліктің механикалық түрлендіргіші – коллекторы бар. Трансформаторлар – энергияның электрмагниттік түрлендіргіші. Оларда электр энергиясын механикалық энергияға немесе керісінше түрлендіру болмайды, тек қана электр энергиясының бір түрден екінші түрге түрленуі ғана болады. Трансформаторлар орамдары бір-біріне қатысты жылжымайтындай етіп жасалынады. • Қысқаша тұйықталу тогын шектеу үшін реакторлар (болат өзекшесі бар индуктивтілік орама ) қолданылады. • Біз тек электр машиналарының негізгі түрлерін және негізгі құрылымын қарастырдық. Оларды толық түрде арнаулы курстарда қарастырады.
30
31
32 Электр механикасы заңдары • Электромеханика физиканың бір тарауы болып табылады. Онда энергияның электрмеханикалық түрленуі қарастырылады. Электрмеханикалық түрлендіргіштерде (ЭМТ) – электр машиналарында энергияның электрмеханикалық түрленуі техникалық түрде жүзеге асырылады • Электромеханика фундаментальды ғылым болғандықтан ол маңызды бір заңдарға негізделеді. Ондай заңдар үшеу. • Бірінші заң • Энергияның электрмеханикалық түрлендіргішінің ПӘК – і 100 пайызға тең болуы мүмкін емес. • Энергияның барлық түрлендіргіштерін екіге бөлеміз: қарапайым және күрделі деп. • Қарапайым түрлендіргіштерде энергия бір түрден энергияның екінші түріне толықтай түрленеді. Мұндай түрлендіргіштерге электрлік пештер мысал бола алады, мұнда электр энергиясы тұтасымен жылуға түрленеді. • Күрделі түрлендіргіштердің көпшілігінде энергия бір түрден энергияның бірнеше түріне түрленеді. • Күрделі түрлендіргіштерде, мысалы, жарық энергиясын электрлік энергияға, химиялық энергияны механикалық, ядролық энергияны электрлік энергияға түрлендіреді.
33
34 Күрделі түрлендіргіштерде әдетте энергияның жылу энергияға айналуы қатар жүреді. Бұл жағдайда бөлінеген жылу шығын болып есептеледі. П. ӘК пайдалы энергияның толық энергияға қатынасы Энергияның электрмеханикалық түрлендіргіші күрделі түрлендіргішке жатады. Өйткені оларда әрқашан электромеханикалық түрлену кезінде электрлік Рэл немесе механикалық Рмех энергияларды жылулық энергияға Рж түрленуі де қатар жүріп жатады ( 1 -5 сурет). Жалпы жағдайда ЭМТ ішкі кедергісі zэмт болатын, екі электрлік, екі механикалық және екі жылулық ұштары бар алтыұштық ретінде көрсетуге болады. Шыгынды азайтуға тырысыады. ЭМТ қуаты үлкен болған сайын П. ӘК жоғары болады. ЭМТ сипаттау үшін матемематикалық модель құрады.
35 • Екінші заң Барлық электр машиналары қайтымды, яғни олар қозғалтқыш режимде де және генераторлық режимде де жұмыс жасайды. Бұл олардың басқа энергия түрлендіргіштерден (булық турбина, дизель реактивті двигатель) маңызды артықшылығы болып табылады. Мысалы, электровоздың қозғалтқышы составты орнынан қозғап, жылдамдығын арттырған кезде, электр желісінен өзіне энергия алады, яғни қозғалтқыштық режимде жұмыс жасайды. Ал сотавтың жылдамдығын тежеу режимі кезінде ол электр желісіне энергияны қайтарады, яғни генераторлық режимде жұмыс жасайды. Индуктивті машиналарда статордың және ротордың орамалары магнит өрісі арқылы байланысады, әрекеттеседі. Айналмалы ораманы қозғалмайтын орамамен байланыстыру (әрекеттестіру) үшін айнымалы ток немесе тұрақты ток арқылы ауалық саңылауды айнымалы магнит өрісін тудыру керек. Егер тұрақты ток қолданылса, онда айнымалы магнит өрісін тудыру үшін осы ток жүретін ораманы айналдыру керек. Айнымалы ток машиналарында магнит өрісін тудыру үшін реактивті қуат керек. Олардың орамаларында активті және реактивті токтар жүреді. Реактивті токтар айналмалы магнит өрісін тудырады, ал активті токтар машинаның активті қуатын тудырады.
36 Активті және реактивті энергиялар ағындарының бағыты электр машинасының жұмыс режимдеріне тәуелсіз, бағыттас немесе қарамақарсы болуы мүмкін. Бөлінетін жылу энергиясының бағыты өзгермейді. Бірінші және екінші заңдардан электр машиналары энергияны жинақтағыш (шоғырландырғыш) екендігі туындайды. Индуктивті машиналарды энергия статор мен ротор арасындағы ауалық саңылауға шоғырланса, трансформаторларда магнитөткізгіште және орама арсаындағы кеңістікке шоғырланады. Сондықтан электр машиналарын жобалау кезінде есептеуді саңылау көлемін анықтаудан бастайды, онан кейін магниттік жүйенің геометриялық өлшемдерін анықтайды. Үшінші заң Энергияның электромеханикалық түрленуі бір-біріне байланысты қозғалмайтын өрістер арқылы жүзеге асырылады. Статор мен ротор арасындағы ауалық саңылауда қорытынды өріс және электромагниттік момент Мэм пайда болады
37 М=Рэм/ωс Мұндағы Рэм - электромагниттік қуат, ауалық саңылауға шоғырланған магнит өрісінің қуаты; ωс- өрістің бұрыштық жылдамдығы Бір-біріне байланысты қозғалмайтын өрістер арқылы электромагниттік момент Мэм пайда болса, ал бір-біріне байланысты қозғалатын өрістер арқылы ПӘКті азайтатын жылу ағыны пайда болады. Электр машинасын жобалаған кезде ауалық саңылауда шеңберлік (круговое) өріс тудыруға тырысады (синусоидалы өріс деп те атайды)
Скачать презентацию 1 ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА ЖӘНЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИКАЛЫҚ ЖАБДЫҚ 2 КІРІСПЕ
1-2_D_1240_RIS_EMETZh.ppt