Электромеханикалық түрлендіргіштердің жіктелуі Электр машиналары — механикалық энергияны

Электромеханикалық түрлендіргіштердің жіктелуі Электр машиналары - механикалық энергияны электр энергиясына және, керісінше, электр энергияны механикалық энергияға түрлендіруге арналған электромеханикалық қондырғылар. Электр машиналарын - электромеханикалық түрлендіргіштерді (ЭТ) – үш класқа бөлуге болады: - индуктивтік ЭТ, - сыйымдылықтық ЭТ индуктивтік – сыйымдылықтық ЭТ 1

Индуктивтік электромеханикалық түрлендіргіште магнит өрісі жұмыстық өріс саналады, энергияның электромеханикалық түрленуі ораманың индуктивтілігінің өзгеруі нәтижесінде жүзеге асады. Сыйымдылықтық электромеханикалық түрлендіргіште энергияның электромеханикалық түрленуін электр өрісі сыйымдылықтың өзгеруі нәтижесінде жүзеге асырады. 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. 2

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 алғашқы жұмыстар жасалуда. 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 өз кезегінде мынадай топтарға бөлінеді: синхрондық; асинхрондық; айнымалы ток коллекторлы машиналары; трансформаторлар. 3

Синхрондық машиналарда ротордың бұрыштық жылдамдығы ωр және магнит өрісінің бұрыштық жылдамдығы ωс бір 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. Айнымалы токтың коллекторлы машиналарының асинхрондық және синхрондық машиналардан айырмашылығы ротордың немесе статордың орамдарымен жалғанған, фаза саны мен жиіліктің механикалық түрлендіргіші – коллекторы бар Трансформаторлар – энергияның электромагниттік 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. 4

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. Бірақ та 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. 5

6 Электр машиналарында айналмалы қозғалыстан басқа қайтымды—ілгерлемелі қозғалыс болу мүмкін. Оларды сызықты қозғалтқыштар дейді . Төменде статоры мен роторы цилиндр тәрізді машиналар (сурет а), статоры сегмент тәрізді машиналар (сурет б) және сызықты машиналар (сурет в) көрсетілген.

Тұрақты және айнымалы ток машиналарыконструктивтік жасалуына байланысты: анық полюсті (орама бір жерге шоғырланған, өнбойлық және көлденең осьтері бар, магниттік кедергілері әртүрлі саңылаулар бар) машиналар (сурет б); анық емес полюсті (саңылау біркелкі, магниттік кедергі барлық бағытта бірдей, орама барлық паздарға таратылған) машиналары (сурет а). Көп жағдайда асинхронды машиналар анық емес полюсті болады (сурет а) . . 7

Синхронды машиналарда анық полюсті магнит жүйесі роторда орналасады (сурет б), ал тұрақты ток машиналарында статорға ( в сурет) орналасады. Индукторлық машиналарда анық полюсті магнит жүйесі статор мен роторға орналасады (г сурет). Индукторлық машиналарда энергияның түрленуі ауа саңылауының магниттік кедергісінің периодты түрде өзгеруінің нәтижесінде жүзеге асады. Әдетте ротор статордың ішіне орналасады. 8

9 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 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 тәсілі бойынша; машинаның ішіне бөтен заттардың түсуінен қорғау тәсілі бойынша; машинаның ішіне судың кіруінен қорғау тәсілі бойынша жіктеледі.

Осыған сәйкес машиналарды : жарылыстан қорғалған; - ылғалдан қорғалған; суыққа төзімді; химиялық реакцияға төзімді; - тропикалық жағдайға 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. Өндірісте статоры мен роторы диск түрінде жасалған шеттік машиналар да қолданылады. Бұл машиналарда магнит өрісінің энергиясы осы дискілердің арасына шоғырланады. Конструкциясы жағынан индукторлық машиналар айтарлықтай әртүрлі болып келеді. Екі роторы және екі статоры бар индукторлық машиналар көп қолданады. 10

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.) 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. 11

Электромеханиканың заңдары Электромеханика физиканың бір тарауы болып табылады. Онда энергияның электромеханикалық түрленуі қарастырылады. Электромеханика маңызды үш заңға негізделеді. Бірінші заң Энергияның электромеханикалық түрлендіргішінің ПӘК – і 100 пайызға тең болуы мүмкін емес. Энергияның барлық түрлендіргіштерін қарапайым және күрделі деп екіге бөлеміз. Қарапайым түрлендіргіштерде энергия бір түрден энергияның екінші түріне толықтай түрленеді. Мұндай түрлендіргіштерге электрлік пештер мысал бола алады, мұнда электр энергиясы тұтасымен жылуға түрленеді. . 12

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. 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 (5 сурет). 13

14 Жалпы жағдайда ЭМТ ішкі кедергісі zэмт болатын, екі электрлік, екі механикалық және екі жылулық ұштары бар алтыұштық ретінде көрсетуге болады. Шығынды азайтуға тырысыады. ЭМТ қуаты үлкен болған сайын П.ӘК жоғары болады. ЭМТ сипаттау үшін матемематикалық модель құрады.

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 составтың 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. 15

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. Активті және реактивті энергиялар ағындарының бағыты электр машинасының жұмыс режимдеріне тәуелсіз, бағыттас немесе қарама-қарсы 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. 16

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 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 ПӘК-ті азайтатын жылу ағыны пайда болады. Электр машинасын жобалаған кезде ауалық саңылауда шеңберлік (круговое) өріс тудыруға тырысады (синусоидалы өріс деп те атайды) 17