Сурет. Қарапайым тұрақты ток машинасының жұмыс істеу принципі: а -генератор режимі; б - қозгалтқыш режимі
Электромагниттік күштер электромагниттік иінкүш (момент) деп аталатын Мэм механикалық күш туғызады, ол иінкүш келесі өрнекпен анықталады:
Мэм=ҒпрDя=В LDя Ія (1.6)
Мұндағы Dя-якорь диаметрі.
Жоғарыдағы 1,5 а-суреттен көрініп түрғандай, генераторлық режимде бұл күш якорьдың айналу бағытына қарсы бағытталған және тежегіш болып табылады.
Қозғалтқыш режимі.Егер якорь орамдарына сыртқы ток көзінен тұрақты ток кернеуін беретін болсақ, тұрақты ток машинасы қозғалтқыш жасайды. Бұл кезде якорь орамдарына Ғпрэлектромагниті әсе етеді, олар (1.5) и (1.6) сәйкес анықталады. Мэм мәні жеткілікті болса, машинаның якоры қозғалысқа келеді жэне механикалық күш туғызады. Бұл кезде Мэм қозғағыш болып табылады және айналу бағытымен бағыттас болады.
Қозғалтқыштық режимде коллектор ток көзінен алатын тұрақты т токты айналымға түрлендіріп, якорь орамдарына береді, яғни коллектор механикадық инвертор қызметін атқарады.
Якорь орамдары магнит өрісінде айналатын болғандықтан, олардың бойында (1.2) теңдігімен анықталатын Ея ЭҚК енгізіледі. Бұл ЭҚК бағыты генератордағы ЭҚК бағытындай болады. Сонымен, қозғалтқышта Ея ЭҚК ток IЯ мен Uя кернеуге қарсы бағытталған.
Якорь орамдарына берілген Uя кернеуі якорь орамдарындағы кернеу мен Ея ЭҚК теңеседі:
Uя =Ея+ІяRя. (1.7)
(1.4) жэне (1.7) теңдіктерден көрініп түрғандай, геңераторда Uя <Ея, ал қозғалтқышта Uя > Ея .
Кері қайтымдылыц принципі.Жоғарыда айтылғандарға сәйкес тұрақтыток машиналары генератор ретінде де, қозғалтқыш ретінде де жұмыс жасайды. Бұл қасиет барлық электр машиналарына ортақ және кері қайтымдылық принципідеп аталады.
Полюстер мен щеткалардың полярлығы және айналу бағыты кезде тұрақты ток машинасын генератор режимінен қозғалтқыштыққа немесе керісінше ауыстыру үшін якорь орамдарындағы ток бағытын өзгерту жеткілікті, сондықтан мұндай ауыстыру қарапайым жекелеген жағдайларда автоматты түрде орындалады.
Энергия түрленуі.1.5-суретте тұрақты ток генераторы мен қозғалтқышының якорындағы
Механикалық және электрлік шамалардың әсер ету бағыттары көрсетілген.
Ньютонның бірінші заңына сәйкес денеге әсер ететін қозғағыш және тежегіш иінкүштер бір-бірімен теңгеріледі. Сондықтан генераторда қалыптасқан жұмыс режимі кезінде электромагнитті иінкүш шығындарды қоса есептегендегі генератордың білігіне берілген иінкүшпен теңгеріледі, яғни:
Мэм=Мв-Мтр-Мс, (1.8)
мұндағы: Мв - генератор білігіне берілетін иінкүш; Мтр - мойынтректердің коллектор мен ауаға үйкеліс күші; Мс - тежегіш иінкүш, якорьөзекшесіндегі құйынды токтар мен гистерезис шығындарына сәйкес келеді.
Бұл қуаттың шығындары якорь өзекшесінің қозғалыссыз магнит өрісінде айналуына байланысты пайда болған қуат шығындарына сәйкес келеді.
Қозғалтқыштың қалыптасқан жұмыс режимі кезінде
Мэн=Мв+Мтр+Мс, (1.9)
мұндағы Мв - біліктегі тежегіш иінкүш.
Генераторда Мэм электромагнитті иінкүш тежегіш болса, қозғалтқышта айналдырғыш болып табылады және екі жағдайда да Мв жэне Мэм бағыттары бойынша бір-біріне қарама-қарсы.
Электромагнитгі иінкүш Мэм туғызатын қуат Рэиэлектромагнитгік деп аталады жэне:
РЭм=МэмΩ, (1.10)
Ω= 2-π-n, (І.11)
мұндағы Ω- якорьдың айналу жиілігі, n- якорьдың айналу жиілігі, айн/с.
(1.6) жэне (1.11)теңдіктердегі Мэм жэне Ωмәндерін (1.10) өрнегіне қоятын болсақ және якорьдың шеңбер бойындағы сызықты жылдамдығы:
v=Ω·Dя /2=π· Dя·n
машинаның электромагниттік қуатының теңдігін аламыз:
РЭМ=2·В·L·V·ІЯ,
немесе (1.2) теңдікке сәйкес
Рэм=Ея·Ія(1.12)
Якорь орамдарындағы ЭҚК ЕяжәнеІя тогы әсері нәтижесінде якорьдағы электр қуаты:
Ря= Ея·Ія (1.13)
(1.12)және (1.13) теңдіктерден көрініп түрғандай,
Рэм= Ря
Бүл якордың электр куаты электромагниттік иінкүш туғызатын электромагниттік иінкүшпен теңесетінін көрсетеді, яғни генератордағы механикалық энергияның электрлікке, ал қозғалтқышта керісінше үрдістің жүретінін көрсетеді.
Егер (1.4) жэне (1.7) өрнектерін Ія якорь тогына көбейтсек, генератор үшін қуаттың теңдігін аламыз:
Uя ·Ія=Ея ·Ія -Ія 2 · гя(1.14)
Және қозғалтқыш үшш
Uя ·Ія=Ея ·Ія +Ія 2 · гя. (1.15)
Бұл теңдіктердің сол бөлігі якорь үштарындағы электр қуатына, оң жақтағы бөліктің бірінші құраушысы якорьдың электромагниттік қуатын, ал екінші құраушысы якорьдағы электр қуаты шығындарына сәйкес келеді.
Бұл келтірілген арақатынастар қарапайым түрақты ток машинасы үшін алынған, бірақ жалпы жағдайда олар якорь орамдары күрделі машиналарға да дұрыс болып табылады, себебі жекелеген орамдардың ЭҚК мен иінкүштері бір-бірімен қосылады. Бүл өрнектер энергияның сақталу заңына сәйкес келеді жэне тұрақты ток машиналарындағы энергияның түрлену үдерісін сипаттайды.
Магнит индукциясын В қоздыру магнит ағыны Ф арқылы сипаттауға болады:
В = Ф· S,
мұндағы S =π· Dя /2·p - полюс ұштарының ауданы; р - полюстер жұбының саны;
Dя - якорь диаметрі.
Егер түрақты ток машинасында N - якорьдағы өткізгіштер саны ж2не а— параллель тармақтар саны болса, онда (1.1) өрнекті ескеретін болсақ, ЭҚК мына өрнекпен анықталады:
Ея=СеФ·n, (1.16)
мұндағы Се=р· N/60·а - машинаның орамдарына байланысты анықталатын
тұрақты коэффициент.
Сонымен, тұрақты ток машинасының ЭҚК қоздыру магнит ағынына, айналу жиілігіне және орамдардың берілгендеріне байланысты.