O’zgаrmаs tоk mаshinаlаrining tuzilishi vа ishlаsh tаrzi

2. O’zgarmas tok mashinalarida kommutasiya
Kommutatsiyaning fizik asoslari. Kollektorda uchqun chiqish sabablari. O‘T mashinasining yakori aylanganida cho‘tkalar bilan kollektor sirpanuvchi kontakt hosil qiladi. Agar cho‘tka biror sababga ko‘ra kollektorga butun yuzasi bilan tegmasa tokning zichligi nihoyatda ortib ketadi va bu kollektorda uchqun chiqishiga olib keladi. Kollektorda uchqun chiqishi mexanik, potensial va kommutatsion sabablarga ko‘ra vujudga keladi.
Mexanik sabablarga cho‘tkalarning kollektorga bosimining bo‘shlig‘i, kollektor sirtining silliqmasligi va kollektorning kirlanishi kiradi. Qo‘shni kollektor plastinalari orasidagi kuchlanish normadan ortib ketganda kollektorda uchqun chiqishining potensial sabablari vujudga keladi. Potensial sababga ko‘ra uchqun chiqishi, ayniqsa xavfli, chunki u kollektorda elektr yoyiga aylanib ketishi mumkin.
Yakor chulg‘ami seksiyalarining bitta parallel shoxobchadan boshqasiga o‘tishidagi fizik jarayonlar tufayli uchqun chiqishi kommutatsion sabablarga ko‘ra vujudga keladi.
Seksiyalar bitta parallel shoxobchadan uzilib ikkinchisiga ulanganda ularda tokning o‘zgarish jarayoni kommutatsiya deyiladi (3-rasm). Kommutatsiya sodir bo‘ladigan seksiya kommutatsiyalanuvchi seksiya, kommutatsiya jarayoni sodir bo‘lishiga ketgan vaqt esa kommutatsiya davri T deyiladi va u quyidagiga teng bo‘ladi:
T = (b_ch / b_k)60 / (Kn), (2)
bunda: K – kollektor plastinalar soni; n –aylanish chastotasi; b_ch– cho‘tkaning kengligi; b_k – qo‘shni kollektor platinasi o‘rtalari orasidagi masofa.


3-rasm.Kommutatsiyalanuvchi seksiyada tok yo’nalishiningo’zgarishi.
Kommutatsiya jarayonini tahlil qilishda cho‘tkalar geometrik neytralda joylashgan, ularning kengligi bch= bk va kommutatsiyalanuvchi seksiyada butun kommutatsiya davri davomida EYK lar induksiyalanmaydi, deb faraz qilinsa tokning o‘zgarishi quyidagi tenglik orqali ifodalanadi:
I₁ / I₂ = r_ch2 / r_ch1, (3)
bunda I₁, I₂ – tegishlicha, 1 va 2-plastinalardagi toklar.
Kommutatsiyalanuvchi seksiyadagi tok I quyidagi ayirmaga teng:
I = I₁ – I₂ (4)
Kommutatsiya davrida kommutatsiyalanuvchi seksiyadagi tok (+I) dan (–I) gacha to‘g‘ri chiziqli o‘zgaradi va salbiy ta’sir ko‘rsatmaydi. Bunday kommutatsiyani to‘g‘ri chiziqli yoki ideal kommutatsiya deyiladi (5.15-rasm,1).
Ta’kidlash lozimki, O‘T mashinasining real ish sharoitlarida kommutatsiya jarayoni ancha murakkab kechadi, chunki kommutatsiya davri juda qisqa, ya’ni (10–410–5 s) ni tashkil qiladi. Masalan, K =100, b_ch= 2 va n = 1500 ayl/min bo‘lgan mashinada kommutatsiya davri T_k = 60 2/(1001500) = 0, 0008 s.
Seksiyada tokning bunday tez o‘zgarishidan katta qiymatli o‘zinduksiya EYK e_L, qo‘shni seksiyada esa o‘zaro induksiya EYK e_M vujudga keladi:
e_L= – L_S (dI / dt) ; e_M= – M_S (dI / dt), (5)
bunda, L_S – seksiyaning induktivligi; I – seksiyadagi tok; M_S – bir vaqtda kommutatsiyalanuvchi seksiyalarning o‘zaro induktivligi.
Ikkala EYK seksiyada natijaviy EYK enat ni hosil qiladi:
e_nat= e_L+ e_M = e_r. (6)
Bu EYK Lens qoidasiga binoan kommutatsiyalanayotgan seksiyada tokning o‘zgarishiga to‘sqinlik qiladi va, shu sababli reaktiv EYK (e_r) deyiladi.
Bundan tashqari yakor reaksiyasi ta’siri (geometrik neytralda) magnit induksiya biror BK qiymatga yetadi va bu induksiya ta’sirida ham kommutatsiyalanuvchi seksiyada tashqi maydon tufayli EYK hosil bo‘ladi:
e_K = 2B_K l_ w_Sv_a, (7)
bunda: l_ – seksiya aktiv tomonining uzunligi; v_a – seksiya xarakatining tezligi; w_S– seksiyadagi o‘ramlar soni.
Shunday qilib, kommutatsiyalanuvchi seksiyada quyidagi umumiy EYK
hosil bo‘ladi:
. (8)


6-rasm. O’zgarmas tok mashinasida tok kommutatsiyasi: 1– ideal to’g’ri chiziqli kommutatsiya; 2–sekinlashgan kommutatsiya; 3–tezlashgan kommutatsiya.
Agar mashinada qo‘shimcha qutblar bo‘lmasa, enat va eK EYK lar bir-biriga mos ravishda yo‘naladi va ular ta’sirida kommutatsiyalanuvchi seksiyada qo‘shimcha kommutatsiya toki I_K hosil qiladi. Bu tokning yo‘nalishi shu seksiyadagi kommutatsiyaning boshlang‘ich davridagi ish toki I ning yo‘nalishi bilan mos bo‘ladi, natijada kommutatsiyalanayotgan seksiyada tok o‘zgarishining kechikishiga olib keladi.
Kommutatsiyalanuvchi tokni reaktiv EYK hosil qiladi, reaktiv EYK hosil qilgan tok esa, Lens qoidasiga binoan, elektr zanjirida tokning o‘zgarishiga to‘sqinlik qiladi. Shu sababli cho‘tka 2 ta plastinani bir xil qoplaganda ham kommutatsiyalanuvchi seksiyadagi tok nolga teng bo‘lmaydi. Kommutatsiyaning 2-yarim davridagina 0 ga tushadi natijada kommutatsiya egri chiziqli sekinlashgan bo‘ladi (6-rasm,2).
Mashina ortiqcha yuklama bilan ishlaganda cho‘tkaning tok zichligi katta bo‘lgan tomon qizib, kollektor bilan cho‘tka orasida uchqun chiqa boshlaydi.
Kommutatsiyaning asosiy tenglamasi quyidagicha yoziladi:
er + e_K = I₁r₁– I₂r₂, (9)
bunda r₁ va r₂– kommutatsiyalanuvchi seksiya qarshiligi r_s va tegishlicha cho‘tka bilan kollektor plastina orasidagi o‘tkinchi qarshilik (r_ch.1, r_ch.2)lar yig‘indisi.
Qo‘shimcha kommutatsiya toki I_K cho‘tkadan o‘tib kommutatsiyalanuvchi seksiya orqali tutashadi. Natijada cho‘tkaning plastina kirib kelayotgan tomonida tok zichligi ortib, kommutatsiya davri oxirida ancha katta qiymatga erishadi. Mashina ortiqcha yuklama bilan ishlaganda cho‘tkaning tok zichligi katta bo‘lgan tomon qizib, kollektor bilan cho‘tka orasidan uchqun chiqa boshlaydi. Buning sababi qisqa tutashgan seksiya zanjirining cho‘tkadan uzilishidir.
Kommutatsiyalanuvchi seksiyaning qarshiligi ancha kichikligidan uni e’tiborga olmasa ham bo‘ladi, u holda (9) tenglama quyidagicha yoziladi:
e_r + e_K = I₁r_ch.1 – I₂r_ch.2. (10)
Bu tenglama kommutatsiyaning asosiy tenglamasidir.
Kommutatsiyaning zararli ta’sirini kamaytirish usullari. O‘T mashinalarida qoniqarsiz kommutatsiyaning asosiy sababi kommutatsiyaning qo‘shimcha tokidir:
= / , (11)
bunda  – tok  ga bo‘lgan elektr qarshiliklari yig‘indisi.
Eng katta qarshilik, cho‘tkaning qarshiligi bilan o‘tish kontaktining qarshiligi (r_ch) dir.
=  / rch. (12)
Bundan ko‘rinishiga I_K ni kamaytirish uchun yoki r_ch ni oshirish, yoki  ni kamaytirish kerak ekan.
Qoniqarli kommutatsiya olish uchun ko‘mir-grafitli yoki grafitli cho‘tkalar ishlatish maqsadga muvofiqdir, chunki bularda o‘tish qarshiligi eng katta bo‘ladi. Bunaqa cho‘tkalar YK kam tokli mashinalarda ishlatiladi.
Pasaytirilgan kuchlanishli (30 V gacha bo‘lgan) mashinalarda esa mis-grafitli yoki bronza–grafitli cho‘tkalardan foydalaniladi.
Kommutatsiyalanuvchi seksiyada  ni bir necha usullar bilan kamaytirish mumkin.
 = e_L + e_M + e_K = e_nat+ E_K. (13)
Kommutatsiya uchun cho‘tka kengligining muhim ahamiyati bor. Cho‘tka qancha keng bo‘lsa, u bir vaqtning o‘zida shunchalik ko‘p kollektor plastinalarini yopadi. Buning natijasida o‘zaro induksiya EYK EM ko‘payadi. Ingichka cho‘tkalarni tanlashning nokulayligi bunda ularning mexanik mustahkamligi kam bo‘ladi. Eni 23 sm kollektor bo‘linmasiga teng bo‘lgan cho‘tkalar ishlatish maqsadga muvofiqdir.
Reaktiv EYK (e_r)ning qiymatiga yakor chulg‘amining turi sezilarli ta’sir ko‘rsatadi. Masalan, agar yakor chulg‘ami qisqartirilgan qadamli (u₁) qilinsa, bir vaqtda kommutatsiyalanuvchi seksiyalarning aktiv tomonlari turli pazlarda bo‘lib, o‘zaro induksiya EYK (e_M)ning kamayishiga yordam beradi.
Seksiyaning o‘ramlar soni kamaytirilganda, L_S w_S2 bo‘lganligidan, uning induktivligi kamayishi tufayli, o‘zinduksiya e_L ham kamayadi. Lekin ko‘rsatilgan usullar kommutatsiyani to‘la yaxshilash uchun yetarli emas. Shu sababli boshqa usullardan ham keng foydalaniladi.
Masalan, kompensatsion chulg‘am yakor reaksiyasi ta’sirini kamaytiradi. Kommutatsiya zonasida tashqi magnit maydoni yaratilib, bu maydon kommutatsiyalanuvchi seksiyalarda reaktiv EYK (e_r)ga kattaligi jihatidan teng va qarama-qarshi yo‘nalgan EYK (e_K)ni hosil qiladi. Bu holda kommutatsiyalanuvchi seksiyada  nol bo‘lib, kommutatsiya to‘g‘ri chiziqli bo‘lib qoladi.
Kommutatsiya zonasida tashqi magnit induksiyasini hosil qilish uchun quvvati P 1150 kWt bo‘lgan mashinalarda – qo‘shimcha qutblar, 150 kWt va undan katta quvvatli mashinalarda esa qo‘shimcha ravishda kompensatsion chulg‘am ishlatiladi.
Qo‘shimcha qutblar va kompensatsion chulg‘amlar yakor chulg‘ami bilan ketma-ket ulanadi. Bu holda magnitlovchi kuch (F_qoz) mashina yuklamasining o‘zgarishi bilan MYK F_a ga mutanosib ravishda o‘zgaradi.
Agar qo‘shimcha qutblar magnitlovchi kuchining qiymati (F_Qosh.Q F_A) qilinsa, e_K e_r bo‘ladi va ish toki I ga qarama-qarshi yo‘nalgan kommutatsiya toki I_K paydo bo‘lishi tufayli kommutatsiya egri chiziqli tezlashgan bo‘ladi (6-rasm, 3).Agar e_K e_r bo‘lsa, kommutatsiya sekinlashib qoladi.
Kommutatsiyani tekshirish va sozlash. Kommutatsiya jarayoni juda murakkab hamda qo‘shimcha qutblar chulg‘ami o‘ramlar sonini va ulardagi havo oralig‘i o‘lchamlarini to‘g‘ri ulash ancha qiyin bo‘lgani uchun zavodda yangi tayyorlangan mashina kommutatsiyasini sozlash talab qilinadi.
Kommutatsiyani sozlash qo‘shimcha qutblar magnit zanjirining qarshi-igini yoki shu qutbdagi qo‘zg‘atish chulg‘amining magnitlovchi kuchini o‘zgartitirish bilan bajariladi.
Kommutatsiyani tajriba yo‘li bilan tahlil qilishda mashina qo‘shimcha qutblarining chulg‘ami yordamchi O‘T generatori dan qo‘shimcha +I tok bilan ta’minlanadi.
Bu masala quyidagicha amalga oshiriladi. Oldin mashina salt ishlatiladi (I_a=0), keyin qo‘shimcha qutb chulg‘amida (+I) tok kollektordan uchqun chiqquncha oshirib boriladi; bu tezlashtirilgan kommutatsiyaga mos bo‘ladi. So‘ngra sxemadagi qayta ulagich (QU) yordamida qo‘shimcha tokning yo‘nalishi o‘zgartiriladi va (–I) ning qiymati kollektordan uchqun chiqquncha oshiriladi; bu sekinlashgan kommutatsiyaga mos bo‘ladi.


7-rasm.O’zgarmastokmashinasiningkommutatsiyasinitekshirishdaqo’shimchaqutblarchulg’amini“qo’shimchatokbilanta’minlash” egrichiziqlari[+I=f (I) vа I=f(I)]nitajribadaolishsxemasi (а) (bunda: Qch– asosiygeneratorningqo’zg’atishchulg’ami; Yo.G –tordamchigenerator; QQ.ch –qo’shimchaqo’zg’atishchulg’ami, ya’niyordamchigeneratorqo’zg’atishchulg’ami; QU –qaytaulagichhamdato’g’richiziqli (b), sekinlashgan (с)vatezlashgan (d)kommutatsiyalargaoid “qo’shimchatokbilanta’minlash” egrichiziqlari
So’ngrageneratorgayuklamaulanadi, qo’shimchaqutbchulg’amigaoldin (+I) qo’shimchatokberib, so’ngra (–I) tokberiladi, ularningqiymatikollektordanuchqunchiqqunchaoshirilibboriladi.
Yuklamaning turli qiymatida shunday tajriba o‘tkazib ”qo‘shimcha tok bilan ta’minlash” egri chiziqlari, ya’ni +I = f (I) va –I = f (I) bog‘lanishga oid egri chiziqlari quriladi. Shu egri chiziqlar chegarasida, ya’ni I toklar zonasida kommutatsiya uchqunsiz bo‘ladi. Bu zona qancha katta bo‘lsa, mashinada kommutatsiya shuncha turg‘un bo‘ladi. Yuklama tokining ortishi bilan kommumutatsiyaning turg‘unligi kamayadi. Qo‘shimcha qutbning magnitlovchi kuchi va havo oralig‘i to‘g‘ri hisoblangan bo‘lsa +I = f (I) va –I = f (I) egri chiziqlari yuklama o‘qiga nisbatan simmetrik bo‘ladi va N nuqtada kesishadi.
Agar qo‘shimcha qutb (Qosh.Q)larning magnit oqimi (Ф_Qosh.Q) kuchsiz bo‘lsa (sekinlashgan kommutatsiyaga mos) N nuqta yuklama o‘qidan yuqorida joylashadi, agar Ф_Qosh.Q kuchli bo‘lsa (tezlashgan kommutatsiyaga mos) u pastda joylashadi. Ikkala holda ham mashinada kommutatsiya turg‘un bo‘lmaydi.
Qo‘shimcha tok bilan ta’minlash egri chiziqlari yordamida kommutatsiya xarakterini aniqlab qo‘shimcha qutblar rostlanadi: sekinlashgan kommutatsiyada Ф_Qosh.Q oqim kuchaytiriladi, tezlashgan kommutatsiyada esa Ф_Qosh.Q oqim kamaytiriladi. Agar magnit oqimini ancha ko‘paytirish talab qilinsa, unda qo‘shimcha qutb chulg‘amining o‘ramlar soni o‘zgartiriladi.
Kommutatsiya jarayonida yuqori chastotali elektromagnit to‘lqinlar hosil bo‘ladi. Ular esa radiopriyomnik va televizion qurilmalar ishiga xalaqit beradi. Shovqinni kamaytirish uchun yakorga kondensatorlarni parallel ulash yo‘li bilan yuqori chastotali kuchlanish va toklar filtrlanadi.