11-маъруза мавзу: Ўзгармас ток машиналари

11-МАЪРУЗА

МАВЗУ: Ўзгармас ток машиналари

РЕЖА

1. 
   Электр машиналарида қайтувчанлик.
   
2. 
   Ўзгармас ток машинасининг тузилиши ва ишлаши.
   
3. 
   Ўзгармас ток машиналарининг иш режимлари ва қўлланилиши
   

1. Электр машиналарида қайтувчанлик
Агар Фарадейнинг электромагнитик индукция қонунига эътибор берсак электр энергиясини механик энергияга, ёки аксинча, механик энергияни электр энергиясига айлантиришнинг механизмлари бир хил. Яъни электр машинаси ҳам генератор, хам двигател режимларида ишлаши мумкин. Бу электр машиналарининг (айниқса ўзгармас ток машиналарининг) қайтувчанлик хусусиятлари деб юритилади.
Магнит қутблари орасидаги ўтказгични (1- а расм) V йўналишда ҳракатлантирилса, бу ўтказгичда расмда кўрсатилган йўналишдаги ток ҳосил бўлади (қурилма генератор сифатида ишлайди). Агар, аксинча шу ўтказгичдан расмда кўрсатилган йўналишдаги ток ўтказилса, ўтказгичга F_эм йўналишда Ампер кучи таъсир қилади ва ўтказгич V йўналишда ҳаракатга келади (қурилма двигател сифатида ишлайди). Ўзгармас ток машинаси айнан шу принцип асосида ишлайди. Унинг двигател режимида манбанинг электр энергияси ҳисобига механик ҳаракат (энергия) ҳосил қилинади. Аксинча, агар ўтказгич ташқи механик куч (энергия) таъсирида ҳаракатлантирилса унда электр токи (электр энергияси) ҳосил бўлади, бунда машина генератор режимида ишлаган бўлади. Электр машиналари қайтувчанлик хусусиятига эга бўлгани билан амалда генератор ва двигателлар конструкциялари жиҳатидан бир- биридан бироз фарқ қилади. Битта машинадан ҳам генератор, ҳҳам двигател сифатида фойдаланиш кам самара беради.

а б
11.1 –расм. Электр машинасининг қайтувчанлик хусусиятига доир.
а-машина модели, б-машинанинг тузилиши.

Лекин шунга қарамай, баъзан қурилмаларнинг умумий массасини камайтириш мақсадида битта қурилмадан ҳам генератор, ҳам двигател сифатида фойдаланилган ҳолатлар ҳам учрайди.

2. Ўзгармас ток машинасининг тузилиши
Юқорида қайд этилганидек, ўзгармас ва ўзгарувчан ток машиналари, уларнинг генератор ва двигател режимлари ягона физикавий ҳодисага асосланади ва электромагнитик индукция қонуни билан тушунтирилади. Машинанинг ўзгармас ёки ўзгарувчан токда ишлаши, ўзгарувчан ёки ўзгармас ток ишлаб чиқариши машинада электр занжирни қандай ҳосил қилиш билан аниқланади. 2-расмда ўзгармас ва ўзгарувчан ток генераторларининг фарқи кўрсатилган.
Агар магнит қутблари орасида жойлашган мис рамканинг учларини халқалар ва бу халқаларга тегиб турувчи контактлар (чўткалар) орқали ташқи занжирга уласак ва рамкани айлантирсак, ташқи занжирда даврий ўзгарувчан электр токини оламиз ( 2- а расм). Токнинг частотаси рамканинг айланиш тезлиги билан аниқланса, ҳосил қилинган э.ю.к. нинг катталиги эса тезликдан ташқари магнит майдоннинг индукцияси В ва рамканинг (ғалтакнинг) парамерларига ҳам боғлиқ.

11.2-расм. Машинанинг электр занжири. а-ўзгарувчан ток машинаси,
б-ўзгармас ток машинаси.
Энди 2 та халқа ўрнига битта цилиндр олиб, уни узунлиги бўйича иккига ажратиб, ҳосил бўлган ярим ёйли цилиндрларни рамканинг учларига улаймиз (2 - б расм). Натижада рамка айланганда ярим ёйли цилиндрлар а ва b чўткаларга галма-галдан тегиб айланади. Яъни чўткаларни цилиндр бўлаклари фақат бир томонга кесиб ўтади. Натижада а ва b чўткаларда манфий ва мусбат қутблар ажралади. Рамканинг айланишидан ўзгармас (пулсацияланувчи, бир даврда иккита импульс) электр токи ҳосил бўлади. Агар рамкани иккита қилиб, ҳар бир рамканинг учини алоҳида ярим цилиндрларга уласак, рамканинг бир тўлиқ айланиш даврида 4 та импульс ҳосил бўлади 3-а расм. Демак, ярим халқалар сони кўпайгани сари токнинг бир давр ичидаги пимпульслари сони ортиб боради.
Шу тариқа, чулғамларни кўпайтириб пульсацияни камайтириш мумкин. Бунда чулғам учлари уланган пластинкалар ҳам энига кичиклашиб боради ва машинанинг бу пластинкалардан ташкил топган қисми коллектор деб аталади.

а б
11.3 –расм. Иккита рамкали машина ва ташқи занжирдаги кучланиш.

Коллектор. Электр машиналарида технологик жиҳатдан мураккаб масалалардан бири, машинанинг айланувчи қисми якор билан унинг қўғалмас қисми индукторни электр жиҳатдан улашдир. Машинада бу вазифа коллектор-чўтка тизими амалга оширади. Коллектор, 4-расм якорнинг ўқига махкамланган ҳолда айланади, чўтка коллектор пластинкаларига тегиб туради. Коллектор занжиридаги ток чўтка ёрдамида ташқи занжрга уланади (электр двигателда аксинча, тақи манба токи чўтка орқали коллектор занжирига берилади).

11.4-расм. Ўзгармас ток машинасинин якор-коллектор қисми ва коллектордаги
пульсацияли кучланиш.

Ўзгармас ток генераторида коллектор механик тўғрилагич вазифасини бажаради, шунинг учун ҳам ўзгармас ток машиналари баъзан коллекторли машиналар деб ҳам аталади.

11.5-расм. Коллектор ва чўтканинг машинада жойлашган ҳолати.
Коллектор пластинкалари рангли металлдан, одатда мисдан ишланади. Якор чулғамининг учлари коллектор пластикаларига туташади. Бунда чулғам учлари туташган пластинкалар колекторда ўзаро 180° остида жойлашган бўлиб “мусбат” ва “манфий” қутбларни ҳосил қилади.
Чўтка. Коллектор пластинкаларига тегиб турувчи чўткалар юмшоқроқ материалдан, асосан графитдан тайёрланади.
Изоҳ: аслида ўзбек луғатида чўтка (русча “Щётка” сўзининг бузилган формаси) сўзи бўлмаса ҳам, кенг истеъмолга кириб кетганлиги учун шу сўз ишлатилди.

а б
11.6 -расм. Ўзгармас ток генератори чўткаларнинг турлари (а) ва чўтканинг тутқичи (б).

Бу графит контактлар махсус асосларга ўрнатилган бўлади ва эластик пружиналар ёрдамида коллектор пластинкасига унча катта бўлмаган куч билан босилиб туради. Амалда машина турига қараб чўтка ва чўткани тутиб турувчи тутқичлари конструкциялар турлича бўлиши мумкин 6-расм.

Машинанинг ишлаши давомида чўтка тез ейилиб кетади ва алмаштириб турилади. Шунинг учун конструкцияларда бу ҳисобга олиниб, чўткани алмаштириш осонроқ қилиб ишланади 7-расм.

11.7- расм. Ўзгармас ток машинаси коллектор-чўтка қисми ва чўтка.

Расмдан кўриниб турибдики, узоқ вақт ишлаш давомида графит чўтка коллектор пластинкасига ишқаланиб уни қорайтириб қўйган. Лекин бунда коллектор пластинкаси емирилмаслиги керак.

Коммутация ва якор реакцияси. Электр машиналарида коллектор пластинкалари билан чўтканинг уланиши (электр контакти) коммутация деб аталади. Агар машинада чўтка ҳар доим коллектор пластинкаларидан камида биттасига тегиб турса машинанинг электр занжирида (чўтка-коллектр оралиғида) узилиш бўлмайди ва машина меъёрда ишлайди, 8-расм. Бунинг учун чўтканинг кенглиги пластинкалар оралиғидан катта бўлиши керак, шунда занжир доим ёпиқ бўлади.
Машинанинг ишлаши жараёнида чўтканинг ейилиб кетиши ёки коллектор пластинкаларининг носозлиги (синиши, емирилиб кетиши ва бошқалар) коллектор чўтка оралиғида маълум вақтда узилиш содир бўлишига олиб келади. Бу узилиш натижасида колектор-чўтка оралиғида юпқа ҳаво қатлами орқали электр токи ўтиши учқунланишни (разрядни) келтириб чиқаради.

а б
11.8- расм. Машинада чўтка ва коллектор коммутацияси.

Учқунланиш яна токнинг меъёрдан ошиб кетиши, коллектор пластинкаси ёки чўтканинг яхши ўрнатилмаганлиги (чўтканинг коллектор пластинкасига нотекис ишқаланиши) ва бошқа, коллектор пластинкаси ва чўтканинг конструкциясига боғлиқ бўлмаган сабаблар туфайли ҳам юз бериши мумкин. Коммутация бузилиши натижасида учқунланишнинг юзага келиши машина деталларининг қизишига ва уларнинг тез ишдан чиқишига олиб келади.