Коллекторлы тұрақты ток машиналардың (ТТМ) жұмыс істеу принципі және құрылымы

1. Коллекторлы тұрақты ток машиналардың (ТТМ)жұмыс істеу принципі және құрылымы

2. Оң қол ережесі

Егерде оң қолымыздың алақанын солтүстік
полюсқа қаратып жайсақ, ал жазылған бас
бармағымыз өткізгіш қозғалысының бағытын
көрсетсе, онда қосылған төрт саусағымыз
ЭҚК бағытын көрсетеді

3.

4.

5. Сол қол заңы

Егерде сол қолымыздың алақанын солтүстік
полюсқа қаратып жайсақ, ал жазылған бас
бармағымыз электрмагнит күшінің бағытын
көрседеті, онда қосылған төрт саусағымыз
өткізгіштен ағатын токтың бағытын көрсетеді

6.

7.

8. Тұрақты ток генератордың жұмыс істеу принципі

9.

Зәкір айналғанда орамда айнымалы ЭҚК
индуцияланады
E=B·V·l·cos α ,

10. Коллектормен түзелетін ток

11.

• Тұрақты ток машиналардың негізгі
ерекшелігі боп коллектордың пайдалыуын
жатқызады.
• Коллектор – айнымалы токты тұрақты тоққа
немесе керісінше түрлендіретін механикалық
түрлендіргіш
• Генераторда коллектор зәкір орамындағы
индуцияланған айнымалы ЭҚК генератор
шығындарындағы тұрақты ЭҚК түрлендіреді

12. Тұрақты ток қозғалтқыштың жұмыс істеу  принципі

Тұрақты ток қозғалтқыштың
жұмыс істеу принципі

13.

• Қозғалтқышта коллектор және щеткілер бір
полярлық полюстің зонасынан басқа
полюстің полярлық зонасына өткенде зәкір
орамында токтың бағытын өзгертеді, бұл
электрмагнит күштерінің бағытының
өзгермеуіне қажет
• Айнымалы токты тұрақты токқа түрлендіру
үшін коллектор қолданылады, козғалтқышта
коллектор тұрақты токты қозғалтқыштын
зәкіріне берілетін айнымалы токка
түрлендіреді.

14. ТТМ құрылымы

• 1 – зәкір білігі;
3 – коллектор;
4 – щеткілі аппарат;
5 – зәкір;
6 – бас полюс;
7 – қоздыру орауышы;
8 – станина;

15.

16. Бас полюстер -негізгі магнит ағынды жаралату үшін арналған

17.

18.

19. Зәкір орамының ЭҚК

• Зәкір орамындағы ЭҚК негізгі магнит
ағынмен индуцияланады
• Егерде бас полюстердің магнит өрісінің
күштік сызықтары өткізгіштерді кесіп
өтсе, онда машинаның зәкір орамында
ЭҚК индуцияланады.
• Зәкір орамының ЭҚК Еа мәні параллель
тізбектердің бір секциясында
индуцияланатын ЭҚК соммасымен
анықталады

20.

21.

bi - полюстік доғаның есептелу мәні
ТТМ полюстік доғаның есептелу мәні мен
полюстік доғаның мәндерәнде айырмашылық
болмайды :
bi bm 2
немесе полюстық жабын коэффициеті арқылы
анықтауға болады
i bi /
bi i

22.

Негізгі магнит ағыны анықталатын өрнек:(Вб)
Ф B bi li 10
6
B li i 10
ТТМ ЭҚК (В):
Ea
мұнда
pN
Фn c е Фn
60a
cе рN /(60a)
6

23.

,
Зәкір орамының ЭҚК мәні секция еніне y1
тәуелді
y1=τ толық (диаметралды) қадам болғанда
ЭҚК максималды мәнге тең болады, бұл
жағдайда ғана орамның әр бір секциясы
негізгі магнит ағынмен Ф қиылысады
Машинаның ЭҚК щеткілердің орналасқан
жерлеріде әсер көрсетеді .
Ea ceФn cos

24.

Электрмагнит моменті
Зәкір орамының өткізгішінен ток аққандаәр
бір өткізгіште электрмагнит күштері пайда
болады
FЭМ В li ia
Зәкір өзекшесінің (Dа/2) радиусына тең иінгі әсер
ететін зәкірдегі бәр электрмагнит күштердің Fэм
жиынтығы, зәкірде электмагнит мометін М
тудырады
pN
M
ФI a c M ФI a
2 a

25.

cM pN /( 2 )
Машинаның
электрмагнит
моменті
қозғалтқыш режімінде айналдырушы моменті
боп анықталады, ал генератор режімінде
жетек
қозғалтқыштың
айналдырушы
мометіне тежелу моменті боп анықталады
ТМ
60 /( 2 n) Ea I a 9,55PЭМ / n PЭМ /
PЭМ Еа I a

26. ТТМ магнит тізбегі

ТТМ магнит тәзбегі келесі
құрастырушылардан құрылады:
• -бас полюстердің өзекшелерінен
• -ауа саңылауынан
• - зәкір өзекшесінен
• -станинадан

27.

28.

Бос жүріс режімдегі қос полюске келетін
қоздыру
орамының
МҚК
магнит
тізбегіннің
құрастырушыларының
магнит
кернеулер
соммасымен
анықталады
FBO F 2F 2FZ 2Fm Fa FЯ
Егерде машинада компенсациялық
орамасы бар болса онда оның да
магнит
кернеулеріде
FZm есепке
алынады

29.

Магнит тізбегінің есебі
Бас полюстердің магнит ағыны екі
теңсіз бөліктерден құралады:
- үлкен бөлігі – негізгі магнит ағыны Ф
боп анықталады,
- кіші бөлігі – сейілу магнит ағыны Фσ
боп анықалады
Фт Ф Ф Ф(1 т )

30.

31.

• Машинаның берілген ЭҚК Еа бойынша негізгі
магнит ағынның мәні анықталады
60аЕ а
Ф
рNn
• Ары қарай әр бір құрастырушының магнит
индукциясы анықталады :
B x Фx / S x
• және магнит кернеулері анықталады
Fx H x l x

32.

• Ауа санылауының магнит кернеуі
анықталып
F 0,8 B k 10
3
• Машинаның магнит тізбегінің қанығу
койффициенті анықталады
k Fном /( 2 F ) ba / bc 1 /( 2 F )

33. Магнит сипаттамасы

34. ТТМ зәкір реакциясы

• Қос полюстерге келетін зәкір орамының
МҚК
Fa NI a /( 4ap)
,
• Сызықтық жұктеме – зәкірдің сомалық
тоғы боп анықталады
A Nia /( Da )
ia I a /( 2a)

35.

• Зәкір орамының МҚК машинаның магнит
өрісіне көрсететін әсерін зәкір реакциясы
деп атайды. Полюстер осіне қатысты зәкір
реакциясы
машинаның
магнит
өрісін
бұрмалайды.
• Генератор режімінде физикалық нейтраль
зәкір айналу бағытында жылжыйды, ал
қозғалтқыш
режімінде
зәкір
айналу
бағытының бағытына қарсы жылжыйды

36.

37.

38.

39.

40.

Егерде
машинаның
магнит
жүйесі
қанықпаған болса, онда зәкір реакциясы
қорықты магнит ағынның мәнін өзгертпей
жай ғана бұрылмалайды: зәкірдің МҚК
бағыты қоздыру МҚК бағытымен бір бағытқа
бағытталады да полюстің шеті мен оның
астында
орналасқан
зәкірдің
тістер
қабаттары, магниттендіреді; ал басқа
полюстің шеті мен оның астында орналасқан
зәкірдің тістер қабаттарында МҚК қарама
қарсы
бағытталғаннан
олар
магнитсіздендіріледі

41.

Егерде машинаның магнит тізбегі қаныққан
болса онда полюстік үштардың шеттерінің
және оның астында орналасқан тістер
қабаттарында
магнитсіздендіру
және
магниттендіру әсерлерінің мәндерінің әсері
төмен болады.
Қаныққан машинаның зәкір реакциясы
машинаны магнитсіздендіреді

42. ТТМ коммутация

Коллектордағы ұшқындаруының пайда
болуының себебтері
- механикалық
- потенциалды
- коммутациялық

43.

МСТ сәйкес коллектордағы ұшқындау щеткінің
жүгіріп шығатын ұшындағы ұшқындау дәрежесімен
(коммутация классы) анықталады.
• 1 дәрежесі — ұшқындау жоқ(қара коммутация).
• 1 1/4 дәрежесі — щетканың аз бөлігіндегі
ұшқындау,
коллектордың
қараюына
және
щеткілерде күйік пайда болмауына әкелмейді
• 1 ½ дәрежесі — щетканың үлкен бөлігіндегі
ұшқындау,
коллектордың
қараюына
және
щеткілерде күйік пайда болуына әкеледі

44.

• 2 дәрежесі — ұшқындау щетканың барлық
астында болуы мүмкін. Жүктеменің қысқа мерзімді
жоғарлауында және асқын жүктемедеболуы
мүмкін. Коллектордың қараюына әкеледі.
• 3 дәрежесі — ұшқындау щетканың барлық астында
болып, астынан кесек ұшқындар шығады,
коллектордың қараюына және щеткілерде күйік
пайда болмауына немесе күйзелісіне әкеледі

45.

• Коммутациялау деп секцияларды бip
параллель тармақтан eкіншісіне ауыстырып
қосуды және мұндағы ток бағыттарының
өзгеруін айтады.
• Секцияның ауысып қосылу уақытын
коммутациялау периоды деп атайды, ал
коммутация өтетін секцияны
коммутацияланатын деп атайды.
Тк=[60/(Kn)](bщ/bк)

46.

• Осы уақыт |ішінде секциядағы ток + iя-дан
— iя-ға дейін өзгереді. Ток езгергенде
секцияда өздік индукцияның ЭҚК-i пайда
болады.

47.

48. Тік сызықты коммутация

• Егер де машинаның
коммутацияланатын секцияда ЭҚК
соммасы нольге тең болса, немесе
коммутация процессінде секцияда ЭҚК
индуцияланбаса машинада тік сызықты
коммутация өтеді.

49.

Кирхгофтың екінші заңы бойынша
коммутацияланатын секцияда
i1r1 – i2r2 = 0
i1 = ia + i
i2 = ia – i
(ia + i)r1 – (ia – i)r2 = 0
.

50.

коммутацияланатын секциядағы ток келесі
өрнекпен анықталады
i = ia(r2 – r1)/ (r2 + r1)
Коммутацияланатын секцияда токтың өзгеру заңы
уақыт функциясы боп анықталады
i = iа(1 – 2t /Тк)
Тік
сызықты
(идеалды)
коммутация
деп
коммутацияланатын секцияда ток тік сызықты заң
бойынша өзгеретін коммутация айтады

51.

52. Қисық сызықты коммутация

53.

ТТМ коммутация периоды 10-3 - 10-5
құрайды.
Коммутацияланатын секциядағы токтын
орташа өзгеру жылдамдығы
(di/ dt)ср = 2iа/ Тк
өте жоғары, және де ол коммутацияланатын
секцияда өздік индукцияның ЭҚК және
eL = - Lc (di /dt)
өзаралық индукцияның ЭҚК
ем = - Мс (di/ dt)
тудыруға әкеледі

54.

Осы өздік индукцияның және өзаралық
индукцияның ЭҚК-терін реактивтiк ЭҚК-тер еr
деп атайды.
Реактивті
(қорықты)
ЭҚК
–
коммутацияланатын
секцияда
токтын
өзгеруіне кедергі жасайды.
ер = еL + ем = -(Lc + Mс)(di/ dt)
Айналу ЭҚК
еай = Вк 2lwcv
Коммутацияланатын секцияның контурында
ЭҚК соммасы әсер етеді

55.

Щеткамен тұйықталған коммутацияланатын
секцияда Кирхгофтың екінші заңы бойынша
жазылатын өрнек
i1r1 – i2r2 = ∑e
немесе
i = [ia(r2 – r1)/ (r2 + r1)] + [∑e/ (r2 + r1)]
iтік = iа(r2 – r1)/ (r2 + r1)
ЭҚК ∑e әсерінен коммутацияланатын
секцияның контурында пайда болатын
қосымша ток :
iқос = ∑e /(r2 + r1)

56.

57.

Коммутацияланатын секцияда қисық
сызықты коммутацияда ток екі
құрастырушының соммасынан турады:
i = iтік + iқос

58. Тұрақты ток машиналардың орамалары

59.

• Коллекторға қосылған және зәкірдің
өзекшесінде нақты бір түрде
жатқызылған, тұйықталған
өткізгіштердің жүйесі тұрақты ток
машинаның зәкір орамалары деп
аталады
• Коллектордың екі пластинасына
қосылған зәкір орамасының элементі
секция (орауыш) деп аталады
• Секцияның паздық бөліктерінің аралығы
полюсті бөлікке τ тең болу керек
немесе оның айырмашылыңы одан аз
Da /( 2 p)
болу керек :

60.

-
-
Зәкір орамалары келесі параметрлармен
сипатталады:
Секция санымен S;
Паздар санымен (нақты) Z;
Бір пазға келетін секция санымен
Sп S / Z ;
Секциядағы орам санымен wс;
Орамалардағы паз жақтарының санымен N;
Бір паздағы паз жақтарының санымен
nп N / Z 2wc S п .

61.

62.

• Бір пазда жатқан бір
секцияның жоғарғы
паздық жағы және
басқа секцияның
төменгі паздық жағы,
элементарлық
пазды құрайды
• Нақты паздағы
элементарлық
паздардың саны бір
пазға келетін секция
санымен
Sп S / Z
анықталады:

63.

• Зәкір орамы үшін келесі өрнекті келтіріге
болады
S ZЭ K
мұнда Zэ— элементарлық паздар саны;
К — коллектордағы коллекторлы
пластиналардың саны.
Бір нақты пазға келетін секция саны келесі
қатынаспен анықталады Zэ/Z

64. Жай тұзақты зәкір орамалары

• Жай тұзақты зәкір орамаларында әр бір секция
екі бір бірінің қасында жатқан коллектордың
пластиналарына қосылған. Зәкір өзекшесінде
секциялар ды жүргізгенде әр бір келесі
секцияның басы алдынғы секцияның аяғымен
қосылып, зәкір (коллектор) бетінен жылжып
отырып, зәкірді бір айналғанда орамалардың
барлық секциялары орнатылады. Нәтижесінде
соңғы секцияның аяғы бірінші секцияның
басына қосылады, яғни зәкір орамалары
тұйықталады.

65.

66.

• Орам адымы – зәкір секциясының паз
жақтары арасындағы аралық :
- у1 – зәкір бойынша ішінара бірінші адымы,
- у2 - зәкір бойынша ішінара екінші адымы,
- у - зәкір бойынша қорытынды адым .
• Егерде секция орамалары зәкір бойынша
солдан оңға жүргізілсе онда орамалар оң
жүрісті деп аталады, ал егерде секциялар
оңнан солға жүргізілсе онда орамалар сол
жүрісті деп аталады.

67.

68.

• Оң жүрісті орамалардың қорытынды адымы
келесі өрнекпен анықталады :
y y1 y2
• Жәй тұзақты орамаларда әр бір секцияның
басы мен аяғы бір бірінің қасында жатқан
коллекторлы пластиналарға қосылады
• Бір секцияның басы мен аяғы қосылған екі
коллекторлы пластиналардың аралығы
коллектор бойынша орамалар адымы ук
деп аталады
у ук 1
• Плюс белгісі оң жүрісті орамаларда
алынады, ал минус белгісі – сол жүрісті

69.

• Жай тұзақты орамалардың адымын анықтау
үшін зәкір бойынша бірінші адымды анықтау
қажет :
у1 Z Э /( 2 р)
мұнда ε — бірден төмен шама, осы шаманы
қосып немесе алып отыра, бүтін адым
шамасын анықтауға болады.
• Зәкір бойынша екінші адымды анықтайтын
өрнек
у2 у1 у у1 1

70. Зәкір орамаларының параллель тармақтары

71.

• Бір біріне параллель қосылған телімдер
параллель тармақтар деп аталады. Әр бір
параллель тармақта токтары бір бағытта
ағатын бірнеші тізбектеп қосылған секциялар
бар.
• Зәкір орамаларының ЭҚК бір параллель
тармақтың ЭҚК анықталады, ал
орамалардағы ток мәні барлық
тармақтардың токтарының соммасымен
анықталады
I а 2аiа

72.

мұнда 2а — зәкір орамаларының
параллель тармақтар;
ia— бір параллель тармақтың тоғы.
• Жай тұзақты орамалардың параллель
тармақтар саны машинаның бас полюстер
санына тең : 2a = 2p .

73. Күрделі тұзақты орамалар

• Көп параллель тармақты тұзақты
орамалар қажет болғанда күрделі
тұзақты орамаларды пайдаланады
• Мұндай орамалар бір коллекторға
қосылған және бір зәкірде жиналып
бірнеше (көбінеші екі) жай тұзақты
орамалардан турады

74.

• Күрделі тұзақты орамалардың параллель
тармақтар саны
2a = 2pm,
мұнда т — жай тұзақты орамалардың саны
(көбінесе т = 2).
• Күрделі тұзақты орамаларда зәкір бойынша
қорытынды адымы және коллектор
бойынша адым келесі өрнекпен
анықталады
у = ук = т

75.

76. Жай толқынды орамалар

• Әр түрлі мағыналы қос полюстер астында
орналасқан тізбектеп қосылған секцияларды
жай толқынды орамалар деп атайды. Жай
толқында орамалардың аяқтары
коллектордың пластиналарына қосылып,
аралығы коллектор бойынша адыммен
анықталады
ук =у.
• Зәкірді бір айналғанда машинада неше
полюс бар сонша секция орнатылады, бұл
ретте айналғанда орнатылған соңғы
секцияның аяғын алғашқы секцияның
коллекторлы пластинасының қасындағы
пластинасына қосылады

77.

78.

79.

• Егерде айналғанда орнатылған соңғы
секцияның аяғын алғашқы секцияның
коллекторлы пластинасының қасындағы
пластинасына сол жағынан қосылса онда
жай толқынды орамалар сол жүрісті деп
аталады
• Егерде осы пластина оң жағында болса
онда орамалар оң жүрісті деп аталады
• Толқынды орамалардың секциялары бір
орамды және көп орамды болуы мүмкін

80.

• Жай толқынды орамалардың коллектор
бойынша адымы
ук у (К 1) / р
Минус белгісі сол жүрісті орамаларда
алынады, ал плюс белгісі оң жүрісті
орамаларда.
• Орамалардың бірінші ішінара адымы жай
тұзақты орамалардың өрнегі бойынша
анықталады, ал екінші ішінара адымы
келесі өрнекпен анықталады
у 2 у у1

81. Күрделі толқынды орамалар

• Бір зәкірде орналасқан бірнеші жай
толқынды орамаларды күрделі толқынды
орамаларды құрайды
• Күрделі толқынды орамалардың
параллель тармақтар саны 2а = 2т
(көбінеше 2а = 4), мұнда т — жай
орамалар саны (көбінеше т = 2).
• Күрделі орамаларға кіретін жай орамалар
щеткілермен параллель қосылады

82.

• Коллектор бойынша адым, демек зәкір
бойынша қорытынды адым
ук у ( К т) / р
• Бірінші ішінара адым жай тұзақты бірінші
адым сәйкес анықталады

83.

• Егерде параллель тармақтардың электр
қасиеттері: электр кедергілері және ЭҚК
бірдей болса онда зәкір орамалары
симметриялы деп аталады
• Симметриялы емес орамаларда
параллель тармақтарда зәкір токтары
әркелкі таралып, бір тармақтардың
токтары жоғарлайды ал басқа
тармақтарда төмендейді.
• Сондықтан зәкір орамының электр
шығындары өседі, ал машинаның пайдалы
қуаты төмендейді

84.

• Зәкір орамалары симметриялы болу үшін
келесі шарттар орындалу керек:
• Бірінші шарт: Әр бір қос параллель
тармақтарының орамалары бірдей секция
сандарынан туру керек. Егерде қос
параллель тармаққа бірдей секция саны
келсе, онда секция саны S мен қос
параллель тармақтардың санының а
қатынасы бүтін санға(б.с) тең болу керек:
S/a = б.с.

85.

• Екінші шарт. Әр бір қос параллель
тармақтардың секциялары зәкірде бірдей
паздар санын алу керек :
Z/a = б.с.
• Үшінші шарт. Әр бір қос параллель тармақтар
бас полюстер жүйесіне қатысты бір қалыпты
орналасу керек
2p/a = б.с.
Күрделі тұзақты орамалар үшін 2a = 2pm тең
болғандықтан, күрделі тұзақты орамалар келесі
шартта ғана симметриалы болуы мүмкін
2 p / a 2 p /( pm) 2 / m ц.ч.
• Осы шарттар орындалғанда ғана зәкір
орамалары симметриялы болуы мүмкін, осы
шарттар симметрия шарттары деп аталады.

86. Құрама орамалар

• Құрама орамалар тұзақты және
толқынды орамалардан құралады, олар
бір пазға жиналып бір коллекторға
қосылады.
• Құрама орамалардың артықшылығы:
теңдегіш қосындылар жоқполғанда
параллель тармақтардың көптігі

87.

88.

• Құрама орамалардың адымдары бірдей боп
алынады
( у1туз у1тол к )
• Құрама орамалардың зәкір бойынша адымы
екі орамалардың қосындысына тең болады:
ZЭ ZЭ ZЭ К
у1 у1петл у1волн
у ур
2p 2p
р
р
• Құрама орамалардың зәкір бойынша адымы
потенциалды адымға тең
• Құрама орамалардың параллель
тізбектерінің саны: 2а = 2атұз + 2атолқ= 4атолқ

89. Теңдеуіш қосындылар

• бірінші реттік теңдеуіш қосындылар,
машина магнит симметриялық емес
болғанда пайданаланады
• екінші реттік теңдеуіш қосындылар,
коллектор бойынша потенциалдар бір
келкі таралмаса