Elektromexanika.

Ushbu kitob elektr energetika va elektr texnikasi, elektr mexanikasi va elektr texnologiyalari yo‘nalishlari talabalari uchun mo‘ljallangan bo‘lib, unda transformatorlar, o‘zgaruvchan (asinxron va sinxron) va o‘zgarmas tok mashinalarining tuzilishi, ishlash prinsipi, ularda bo‘ladigan asosiy fizik jarayonlar va ularning xarakteristikalari tahlil qilingan. Shuningdek, ularning parametrlarni rostlash buyicha nazariy ma’lumotlar va amaliy maslahatlar berilgan. Kitob O‘zbekiston Respublikasi Oliy va o‘rta maxsus ta’lim vazirligi texnika oliy o‘quv yurtlarining “Elektr energetika” va “Elektr texnikasi, elektr mexanikasi va elektr texnologiyalari” yo‘nalishlari bo‘yicha o‘quv rejasiga mos holda tayyorlangan.

Asosiy mavzular

So'z boshi: Kelajakning negizi bo‘lgan yuksak ma’naviyatli va malakali kadrlar tayyorlash uchun xalqaro standart talablari asosida ishlab chiqarilgan elektromexanik qurulmalarga oid yetarli darajada ma’lumotlarni qamrab olgan darslik va o‘quv qo‘llanmalar yaratish hozirgi kunning dolzarb masalalaridan biridir. Elektrotexnika sanoatining muhim qurilmalaridan elektr mashinalari va transformatorlar turli ishlab chiqarish korxonalarda, energetikada, transportda (aviatsiya, temir yo‘l, avtomobil, metro, tramvay, trolleybus), qishloq va suv xo‘jaligida, qurilishda, va boshqa sohalarda keng qo‘llaniladi.
Kirish: Tabiatda energiyaning bir turdan ikkinchi turga utishi va undan ma’lum maqsadlarda foydalanish insoniyat yashashining omili bo‘lib kelgan. Hozirgi kunda ham bu masala o’z aktualligini yuqotgani yo‘q. Elektr mashina mexanik energiyani elektr energiyaga (elektr generatorlari) yoki elektr energiyani mexanik energiyaga (elektr motorlari) aylantira oladigan elektromexanik o‘zgartgichdir. Elektr mashinalarida energiyaning elektromexanik o‘zgartirilishi magnit maydon vositasida amalga oshirilib, elektromagnit induksiya qonuniga asoslangan, shuning uchun ham ularni induktiv elektr mashinalari deyiladi. O‘zgaruvchan tok kuchlanishini o‘zgartirib beruvchi transformatorlar ham induktiv elektr mashinalarining o‘ziga xos turidir. Elektr-mashinaviy o‘zgartgichlar (masalan, o‘zgaruvchan tok chastotasini va fazalar sonini o‘zgartira oladigan) va kam quvvatli elektr signallar vositasida nisbatan katta quvvatli ob’ektlarni boshqarishga imkon beruvchi elektr-mashinaviy kuchaytirgichlar ham EMO‘ hisoblanadi. Sanoat elektronikasining jadal ravishda rivojlanishi tufayli yarim o‘tkazgich (tranzistor, tiristor)li o‘zgartgichlar va kuchaytirgichlar sanoatda keng qo‘llanilmoqda. Natijada elektr-mashinaviy o‘zgartgichlar va kuchaytirgichlarni amalda qo‘llash sohalari ancha kamaygan.
Birinchi bo‘lim. TRANSFORMATORLAR: Transformator – o‘zgaruvchan tok kuchlanishini o‘zgartiradigan (bu jarayonda chastota f= const) statik (aylanuvchi qismi bo‘lmagan) elektromagnit o‘zgartgichdir. Lekin transformatorning ishlash prinsipi ham elektr mashinalariniki singari elektromagnit induksiya hodisasiga asoslanganligi va o‘zgaruvchan tok mashinalaridagi fizik jarayonlar ko‘p jihatdan transformatordagiga o‘xshaganligi uchun ushbu kursda transformatorlar nazariyasi asoslarini o‘rganish, o‘zgaruvchan tok mashinalari nazariyasining yanada chuqurroq tushunib olishga imkon beradi. Elektr mashinalari quyidagicha klassifikasiyalanadi, ya’ni quvvatiga ko‘ra: 1) 500 W gacha – elektr mikromashinalari; 2) 0,5 P10 kW – kam quvvatli; 3) 10P 200 kW – o‘rta quvvatli; 4) quvvati P200 kW – katta quvvatli; aylanish chastotasiga ko‘ra: a) n = 300 ayl/min. gacha – kam tezlikli; b) n = 300  1500 ayl/min – o‘rta tezlikli; v) 1500  n  6000 ayl/min – katta tezlikli; g) n  6000 ayl/min – o‘ta katta tezlikli elektr mashinalari. Elektr mashinalarida rotor va stator magnit maydonlarining o‘zaro qo‘zg‘almasligi hamda elektr mashinalarining generator va motor rejimlarida ishlash mumkinligi elektr mashinalari nazariyasining asosiy qoidalaridir. Elektr mashinalariga qo‘yiladigan umumiy texnik talablar. Umumiy maqsadli elektr mashinalariga qo‘yiladigan asosiy talablar standart tomonidan belgilab, ular quyidagilardan iborat: 1) ishda ishonchliligi yuksak bo‘lishi; 2) energetik ko‘rsatkichlari yuqori bo‘lishi; 3) gabarit o‘lchamlari, massasi va narxi imkon qadar minimal bo‘lishi; 4) 35 konstruksiyasi ishlab chiqarishda oddiy va ularga texnik xizmat ko‘rsatish hamda ishlatishda qo‘lay bo‘lishi zarur. Har qaysi elektr mashina ekspluatatsiyaning aniq sharoitlarida (yuklamaning rejimi, ruxsat berilgan o‘ta yuklama, kuchlanish, o‘zgaruvchan tok chastotasi, aylanish chastotasi, sovitish muhitining temperaturasi, dengiz sathidan balandligi, namlik va boshqalarda) ishlashga hisoblangan bo‘ladi. Bu sharoitlarda mashina belgilangan (davriy ta’mirlashlar orasidagi) vaqt mobaynida avariyasiz va nosozliklarsiz nominal quvvatda ishlay olishi zarur.
2-Bob. Transformatorning magnit tizimlari va chulg‘amlari: Magnit o‘tkazgich transformatorning muhim tarkibiy qismi bo‘lib, u chulg‘amlararo magnit bog‘lanishni kuchaytirishdan tashqari, chulg‘amlari va yordamchi qismlarini o‘rnatish hamda mahkamlash uchun konstruktiv asosdir. O‘zgaruvchan tokda (f = 50 Hz) uyurma toklar tufayli hosil bo‘ladigan energiya isroflarini kamaytirish maqsadida transformatorlarning magnit o‘tkazgichlari 0,35 va 0,30 mm qalinliklardagi sovuq holatda jo‘valangan anizotropli (magnit xossalari yaxshilangan, masalan, 34043406 markali) elektrotexnik po‘lat plastinalari maxsus lok va oksid pardalari bilan qoplan-gan holda izolyatsiya qilinib yig‘iladi. Bunday po‘latni qo‘llash magnit o‘tkazgichdagi induksiyani 1,61,65 T gacha oshirishga (issiq holatda jo‘valangan po‘latda esa magnit induksiyani 1,4-1,45 T dan oshirib bo‘lmas edi) imkon yaratib, transformatorning aktiv (magnit va elektr o‘tkazuvchi) materiallari massasini hamda energiya isroflarini keskin kamaytirishga imkon berdi. Magnit tizimning chulg‘am joylashtirilgan qismini «sterjen», ular-ni ulab, berk magnit zanjir hosil qiladigan qismini «yarmo» deyiladi. Uch fazali transformatorlarning magnit o‘tkazgichlari. Uch fazali tok va kuchlanishlarni magnit o‘tkazgichi umumiy bo‘lgan bitta uch sterjenli uch fazali transformator vositasida o‘zgartiriladi. Agar uchta bir fazali transformatorni 2.1,a-rasmda ko‘rsatilgandek joylashtirilsa, unda magnit o‘tkazgichining o‘zaklarini konstruktiv jihatdan bitta umumiy o‘zakka almashtirish mumkin. Uch fazali tizimda sinusoidal magnit oqimlar oniy qiymatlarining yig‘indisi nolga teng bo‘lganligidan umumiy o‘zakda magnit oqimi bo‘lmaydi, shuning uchun bu o‘zakka zarurat ham qolmaydi. Mazkur konstruksiyani soddalashtirish uchun uchta sterjenni bitta te-kislikka joylashtirib, ustki va ostki yarmolar bilan ulansa, uch fazali uchta sterjenli yassi shaklli magnit o‘tkazgich hosil bo‘ladi (2.1,c-rasm). Barcha o‘zak va yarmolarning bo‘ylama o‘qlari bitta tekislikda joylashgan bo‘lsa, transformator magnit o‘tkazgichini yassi shaklli (2.1,c-rasm), agar har xil tekisliklarda joylashgan bo‘lsa – fazoviy shaklli deyiladi (2.1,b va 2.3-rasmlar). O‘zaklarning yarmolar bilan birikishiga ko‘ra magnit tizimlar sterjenli, zirh-sterjenli va zirhli turlarga bo‘linadi. Amaliyot uchun muhim ma’lumot. Bitta uch fazali transformatorni tayyorlash va ishlatish uchun o‘rnatish, xuddi shunday ishlarni uch fazali transformator quvvatiga teng keladigan uchta bir fazali kuch transformatorlari uchun ketadigan xarajatning kam bo‘lganligi va uch fazali transformatorning massasi uchta bir fazali transformatorlar massasining yig‘indisidan 3035 foiz kamligi hamda uch fazali transformator ishda va unga xizmat ko‘rsatishda iqtisodiy jihatdan samarali bo‘lganligi sababli yassi shakldagi magnit o‘tkazgichli uch fazali «sterjenli» kuch transformator-lari amalda keng qo‘llaniladi.
10-Bob. O‘zgaruvchan tok mashinalari konstruksiyasi va nazariyasining umumiy masalalari: O‘zgaruvchan tok mashinalari ikkita turga, ya’ni asinxron va sinxron mashinalarga bo‘linadi. Bu mashinalar qo‘zg‘almas qismi stator va uning ichiga podshipnik qalqonlari vositasida mahkamlanib aylanish imkoniyatiga ega bo‘lgan rotordan iborat. Stator va rotor bir-biridan havo oralig‘i bilan ajratilgan bo‘ladi. Havo oralig‘ining o‘lchami mashinaning ish xossalariga jiddiy ta’sir qiladi. Masalan, sinxron mashinalarda u o‘ta yuklanish qobiliyatini oshirsa, asinxron mashinalarda havo oraliqning katta bo‘lishi ularning quvvat koeffitsienti cos ni va aylantiruvchi momenti M ni keskin kamaytiradi. An’anaviy o‘zgaruvchan tok mashinalari – asinxron va sinxron mashinalar boshqa elektr mashinalari singari E. Lens kashf qilgan qaytuvchanlik xossasiga egadirlar, ya’ni ularning har qaysi generator va motor rejimlarda ishlay oladilar. Shu sababli asinxron va sinxron mashinalarni batafsil o‘rganishdan oldin, mazkur mashinalar nazariyasining umumiy masalalari bilan tanishish maqsadga muvofiqdir.
11-Bob. Asinxron mashinalarda fizik jarayonlar: Asinxron motorning rotori stator ichiga o‘rnatiladi. Rotor – val, po‘lat o‘zak va uning pazlariga joylashtirilgan qisqa tutashgan chulg‘am yoki uchta fazaviy chulg‘amdan iborat. Stator – tana, po‘lat o‘zak va uning pazlarida joylashgan bir, ikki yoki uch fazali chulg‘amdan iborat. Stator va rotorlarning po‘lat o‘zaklari maxsus elektrotexnik po‘latdan tayyorlangan yupqa tunukalardan yig‘iladi. Havo oralig‘ining o‘lchami mashinaning ish xossalariga jiddiy ta’sir qiladi. Masalan, sinxron mashinalarda u o‘ta yuklanish qobiliyatini oshirsa, asinxron mashinalarda havo oraliqning katta bo‘lishi ularning quvvat koeffitsienti cos ni va aylantiruvchi momenti M ni keskin kamaytiradi. An’anaviy o‘zgaruvchan tok mashinalari – asinxron va sinxron mashinalar boshqa elektr mashinalari singari E. Lens kashf qilgan qaytuvchanlik xossasiga egadirlar, ya’ni ularning har qaysi generator va motor rejimlarda ishlay oladilar. Shu sababli asinxron va sinxron mashinalarni batafsil o‘rganishdan oldin, mazkur mashinalar nazariyasining umumiy masalalari bilan tanishish maqsadga muvofiqdir.
12-Bob. Asinxron mashinalarning elektromagnit momenti va mexanik xarakteristikalar: Elektromagnit momentni ikki xil yo‘l bilan, ya’ni: a) elektromagnit kuchlar va b) elektromagnit quvvat orqali aniqlash mumkin. Elektromagnit momentni elektromagnit kuchlar orqali aniqlash. Asinxron mashinaning elektromagnit momenti rotor chulg‘ami o‘tkazgichlaridan o‘tadigan tok aktiv tashkil etuvchisi (I2 cos2) ning stator chulg‘amining hosil qilgan aylanma maydon, ya’ni magnit oqim Фmax bilan ta’sirlashib Amper qonuniga asosan elektromagnit kuch Fem = B li vujudga keladi (12.1-rasm). Bu kuch hosil qilgan elektromagnit moment quyidagicha aniqlanadi: M = CM ФmaxI2 cos2 , (12.1) bunda: СM = rm2kch.2 / 2 – o‘zgarmas kattalik; Фmax – magnit oqimning maksimal qiymati. Elektromagnit momentni elektromagnit quvvat orqali aniqlash. Energetik diagrammadan (11.5-rasm) aniqlangan elektromagnit (Pem) va mexanik quvvat (Pmex)larni elektromagnit moment orqali ifodalaymiz: Pem = M 1; Pmex = M , (12.2) bu yerda: 1=(2n160)(p/p) = (2/p)(p n160) = 2f/p va   2n 60 tegishlicha statordagi aylanma magnit maydonning va rotorning burchak tezliklari. (12.2) ga asosan elektromagnit moment quyidagiga teng bo‘ladi: M = Pem/ 1. (12.3) Demak, asinxron motorning elektromagnit momenti, uning elektromagnit quvvatiga mutanosib bo‘lar ekan. Energetik diagrammadan foydalanib rotor chulg‘amidagi isroflarni aniqlashning quyidagi ifodalarini yozish mumkin: P’e2 = Pem  Pmex .
30-Bob. O‘zgarmas tok motorlari: O‘zgarmas tok motorlari (O‘TM) lari elektr transportida, avtomatik rostlash tizimida, jo‘valash stanoklarida, yuk ko‘tarish kranlarida, ekskavatorlarda, metallarga ishlov berish stanoklarida, to‘qimachilik sanoatida keng ishlatiladi. O‘T generatorlari esa O‘T energiya manbai sifatida (masalan, katta quvvatli O‘TM larni O‘T bilan ta’minlashda) ishlatiladi. O‘T mashinalari cho‘tka-kollektor apparatlarining ishi bilan bog‘liq bo‘lgan kamchiliklari mavjud, ya’ni katta yuklamada cho‘tkalar bilan kollektor orasida yuzaga keladigan uchqunlanish mashina ishiga salbiy ta’sir ko‘rsatib ishonchlilik darajasini pasaytiradi. Shu sababli O‘T mashinalarini portlashga xavfli bo‘lgan muhitlarda ishlatib bo‘lmaydi. Kollektor O‘T mashinasining konstruksiyasini murakkablashtiradi, ekspluatatsiya jarayonida uni muntazam nazorat qilib turish talab qilinadi. O‘TM qisqa tutashgan rotorli asinxron motorga nisbatan 2,53 marta qimmat va uni ishlatish uchun O‘T energiya manbasi yoki o‘zgaruvchan tokni to‘g‘rilagich qurilmasi zarur bo‘ladi. Lekin, so‘nggi yillarda O‘TM ni reostatsiz ishga tushirishga imkon beradigan O‘T ni rostlashning tejamli usuli ishlab chiqilganligi; O‘T yuritmasi chastota vositasida rostlanadigan yuritmaga nisbatan arzonligi; kollektorsiz O‘T mashinalari ham ixtiro qilinib amalda qo‘llanila boshlanganligi kollektor bilan bog‘liq bo‘lgan jiddiy kamchilikka nisbatan barham berilib ishonchlilik daraja yaxshilanmoqda.
31-Bob. Maxsus maqsadli va zamonaviy o‘zgarmas tok mashinalarining ayrim turlari: Ko‘pgina sohalarda umumiy maqsadli asinxron motorlar va generatorlar bilan bir qatorda maxsus maqsadli asinxron mashinalari ham ishlatiladi. Bunday maxsus mashinalarga asinxron chastota o‘zgartgich, faza rostlagich, induksion regulyator, aylanuvchi (buriluvchi) transformator, selsinlar, chiziqli motorlar va boshqalar kiradi. Ular yordamida chastotani, fazani va kuchlanish qiymatlarini rostlash; rotorning burilish burchagini shu burchakka yoki uning biror bir funksiyasiga mutanosib o‘zgaradigan kuchlanishga aylantirish; o‘zaro mexanik bog‘liq bo‘lmagan ikki yoki bir nechta o‘qlarning sinxron burilishi yoki aylanishini ta’minlash; mexanik ob’ektlarning chiziqli yoki yoysimon siljishini amalga oshirish mumkin.
32-Bob. Elektr mashinalarining qizishi va sovushi: EM larining ish jarayonida energiyaning bir qismi ulardagi isroflarni qoplashga sarflanadi. Energiya isroflarining barcha turlari issiqlikka aylanib, asosiy EM ning aktiv qismlari temperaturasini oshirsa, uning bir qismi esa atrof muhitga uzatiladi.