Айнымалы ток генераторы

Айнымалы ток генераторы

Контурдағы еркін электромагниттік тербелістер тез өшеді, сондықтан олар іс жүзінде қолданылмайды. Керісінше, өшпейтін еріксіз электромагниттік тербелістердің практикалық маңызы өте зор.

Пәтердің жарықтандыру желісіндегі, заводтар мен фабрикалардағы айнымалы ток дегеніміз – еріксіз электромагниттік тербелістер. Ток күші және кернеу уақыт бойынша гармоникалық заң бойынша өзгереді.

Гармоникалық заң бойынша өзгеретін ток айнымалы электр тогы деп аталады.

Қазіргі кезде айнымалы токтың электромеханикалық индукциялық генераторларының атқаратын рөлі басым. Осы генераторларда механикалық энергия электр энергиясына айналады. Олардың қызметі электромагниттік индукция құбылысына негізделген. Мұндай генераторлардың құрылысы қарапайым және олар біршама жоғары кернеу кезінде үлкен ток өндіруге мүмкіндік береді. Осы заманғы электр тогының генераторы дегеніміз – мыс сымдардан, изоляциялық материалдардан және болат конструкциялардан тұратын қомақты құрылым. Өлшемдері бірнеше метрге дейін жететін генератор бөлшектері миллиметрге дейінгі дәлдікпен дайындалады.

Генератордың негізгі бөліктері: біріншіден, бұл магнит өрісін туғызатын электромагнит не тұрақты магнит, екіншіден, айнымалы ЭҚК-і индукцияланатын орама. Тізбектеп қосылған орамдарда өндірілген ЭҚК-тер қосылады, сондықтан рамадағы индукция ЭҚК-інің амплитудасы рама ішіндегі орамдардың санына пропорционал болады.

Үлкен магнит ағынын шығарып алу үшін генераторларда арнаулы электротехникалық болаттан істелген, екі өзектен тұратын магнит жүйесі қолданылады. Магнит өрісін туғызатын орамалар өзектердің біреуінің қуыстарына, ал ЭҚК-і индукцияланатын орамалар екіншінің қуыстарына орналастырылады. Өзектердің біреуі өзінің орамасымен қоса горизонталь не вертикаль өстен айналады. Сондықтан оны ротор деп атайды. Қозғалмайтын өзекті орамасымен қоса статор деп атайды. Статор мен ротор өзектерінің арасындағы саңылауды мейлінше тар етіп жасайды. Осының нәтижесінде магнит индукция ағынының ең үлкен мәні алынады.

Әдетте қоздыру орамалары энергияны тұрақты ток генераторы болып табылатын қоздырғыштан алады. ҚоздырғьшІ жұмыс машинасымен бірге бір білікте орналасқан және оның қуаты өзі қозды-ратын синхронды машинаның қуатының 1—5% шамасындай шағын болады. Қуаты үлкен болмаған жағдайда синхронды машиналардың қоздыру орамаларын қоректендіру үшін айнымалы ток желісі арқылы жүмыс істейтін шала өткізгіштік түзеткіш схемаларын жиі пайдаланады.

Магнит өрісінде айналып тұрған өткізгіштерден тұратын орам қарапайым генератор бола алады. Магнит өрісі статордың N—S полюстерінде орналасқан коздыру орамасының тогымен қоздырылады. Орамды айналдырғанда өткізгіштері N—S полюстерінің магнит өрісін кесіп өтеді, оның салдарынан орамда ЭҚК индукцияланады. Орам ұштары онымен бірге айналатын сақиналармен қосылған. Егер сақицаларға қозғалмайтын щеткалар (сырғымалы түйіспелер) орнатып, оларды электр қабылдағышымен қоссақ, онда орам, сақина, щетка, энергия қабылдағышынан тұратын түйықталған тізбекпен ЭҚК әсерімен ток жүреді. Осындай қарапайым генераторда алынған ЭҚК орамның магнит өрісіндегі қалпына байланысты үздіксіз өзгереді. Өткізгіштері полюстер өсінің астына орналасқан кезде де орамды айналдырсақ онда бір уақыт бірлігінде олар магнит өрісінің ең көп сызықтарын кесіп өтеді. Сондықтан осы сәтте орамда индукциялана-тын ЭҚК-тің мәні ең үлкен болады. Орамды ары қарай айналдырғанда өткізгіштері бір уақыт бірлігінде кесіп өтетін магнит өрісінің сызықтарының саны өзгереді. Орамды кеңістікке 90°-қа бұрғанда өткізгіштердің кеңістіктегі бағыттары магнит өрісі сызықтарының бағыттарымен сәйкес келеді. Демек, өткігіштері магнит сызықтарын кеспейді, орамдағы ЭҚК нольге тең болады. Орамды 90°-тан көбірек бұрышқа бұрсақ, бұл өткізгіштедің магнит өрісіндегі қозғалу бағыты өзгереді, соның салдарына орамда индукцияланған ЭҚК-тің бағыты да өзгереді.

Егер N және S полюстерінің арасындағы магнит өрісі біркелі таралған болса, онда ЭҚК уақыт бойынша синсуоидамен өзгеред. Орам кеңістікте бір айналым жасаса, ондағы индукцияланаты ЭҚК бір периодтық өзгеріске ұшырайды.

Өткізгіштегі ЭҚК осы өткізгішті тұрақты магнит өрісінде орнын ауыстыру арқылы да және керісінше, магнит өрісін жылжымайтын өткізгішке қарағанда козғалту арқылы да алуға брлады. Бірінші жағдайда, магнит өрісін қоздыратын полюстер, яғни машинаның индукцияланатын бөлігі машинаның қозғалмайтын бөлігінд (статорда) орналасады, ал индукцияланатын бөлігі (якорь), яғн ЭҚК пайда болатын өткізгіштер машинаның айналмалы бөлігінд (роторда) орналасады. Екінші жағдайда полюстар роторда, ал якорь статорда орналасады.

Сырғымалы түйіспелер үлкен қуат тізбегінде айтарлықтай энергия шығынын тудырады, ал жоғарры кернеулерге мұндай түйіспенің болуы- тіптең орынсыз. Сондықтан айналмалы якорълі және қозғалмайтын полюстері бар генераторларды кернеуі жоғары емес (380/220 В дейін) және қуаты шағын (15 кВ • А дейінгі) етіп жасайды.

Айнымалы токтың жиілігі дегеніміз – 1 с ішіндегі тербелістер саны. Өндірістік айнымалы токтың стандарттық жиілігі 50 Гц-ке тең. Бұл 1 секунд ішінде ток 50 рет бір жаққа қарай және 50 рет қарама – қарсы жаққа қарай ағады деген сөз. Осы 50 Гц жиілік дүние жүзінің көптеген елдерінде өнеркәсіп тогы үшін қабылданған. АҚШ-та 60 Гц жиілік қабылданған.