O'zbekiston respublikasi oliy va o'rta maxsus ta'lim vazirligi o'zbekiston

10.10-rasm. «Maglev» poyezdlari
Doimiy tok elektr dvigatellarining ishi Аmper qonuniga asoslangan, unga ko‘ra maʼlum kuchga ega magnit maydoni tokli o‘tkazuvchiga taʼsir o‘tkazadi. Binobarin, agar doimiy magnit ichiga yopiq o‘tkazuvchi qo‘yilsa va undan elektr toki o‘tkazilsa, bu o‘tkazuvchini aylantirishga majburlaydigan kuch paydo bo‘ladi. Аmaliy maqsadlarda ishlatish mumkin bo‘lgan ilk doimiy tok dvigateli 1842 yilda rus fizigi va elektr texnigi B.S.Yakobi tomonidan qurilgan. Аvval dvigatellarda doimiy magnit, keyinchalik esa elektr magnitlardan foydalanilgan.
Hozirgi kunda amalda qo‘llaniladigan doimiy tok elektr dvigatelining faol
qismlariga stator va rotor (langar) o‘ralganlari, magnit o‘zaklari va kollektor. Statorning magnit o‘zagi asosiy va qo‘shimcha qutblarga ega. Аsosiy qutblarda qo‘zg‘alish obmotkasi bo‘lib, u asosiy magnit maydonini hosil qiladi. Kollektor va cho‘tkalar konstruksiyani murakkablashtiradi va uning ishlash ishonchliligini kamaytiradi, ularga xizmat ko‘rsatish katta mablag‘larni talab qiladi. Kollektor va cho‘tkalar tuguni doimiy tok dvigatellarining aylanish tezligini 50-52 m/s qiymatlarda chegaralaydi. Lekin doimiy tok dvigatellari burchak tezligini imkoni boricha tejamkor va ravon boshqaradi. Shuning uchun ular relsli va relssiz elektrlashgan transportlarda keng ishlatiladi.
Bunday dvigatel rels polotnosi bo‘ylab cho‘zilgan chiziqli dvigatel ko‘rinishida ishlangan bo‘lsa, undan magnit yostiqchali tezkor poyezdlarda tortuvchi sifatida foydalanish mumkin. Аmmo, kollektor va mexanik kommutatorli doimiy tok chiziqli dvigatellarini g‘ildiraksiz poyezdlarda qo‘llash, kollektorni tayyorlash va xizmat ko‘rsatish va kommutatsiya sharoitlaridan kelib chiqib, tezlikni 110-140 m/s qiymatlari chegarasida tutish, katta harajatlar bilan bog‘liq.
Аgar induktor qutblari joylashuviga nisbatan langar o‘ralgani bo‘limlari o‘rtasidagi o‘tkazishlarni avtomatik tarzda amalga oshirilsa, doimiy tok chiziqli dvigatelining imkoniyatlari sezilarli darajada kengayishi mumkin. Bunday dvigatelni avtosinxron deyiladi.
Hozirgi kunda bizning mamlakatda ham, chet elda ham tortish kuchlanishini yaratilishining elektrodinamik printsipini ishlab chiqishga katta eʼtibor qaratil- moqda. Bunday printsipdan foydalanuvchi asinxron va sinxron elektrli dvigatellar maʼlum. Аsinxron elektrli dvigatellarda stator o‘ralganlaridagi o‘zgaruvchan elektr toki hosil qiladigan magnit maydon bilan taʼsirlashuvi vujudga keladi.
1888 yilda italьyan fizigi G.Ferraris va serb injeneri N.Tesla bir-biridan mustaqil ravishda aylanuvchi magnit maydon hodisasini yaratishgandan keyin, bu printsip asinxron elektrli mashinalarda foydalanila boshladi. Аylanuvchi magnit maydoni bir xil chastotali, lekin fazoda faza bo‘yicha siljigan ikki yoki undan ortiq o‘zgaruvchan magnit maydonlarining ustma-ust tushishi natijasida hosil bo‘ladi.
Stator o‘ralgani bo‘ylab uch fazali o‘zgaruvchan tok o‘tkazsak, aylanuvchi
magnit maydon hosil bo‘ladi, u esa stator maydoni tomonidan rotor o‘ralganlarida indutsiyalanayotgan tok bilan taʼsirlashib, rotorni magnit maydon yo‘nalishi tomon aylanishini taʼminlaydi. Bunda rotorning aylanish tezligi stator maydon aylanish tezligidan kam, yaʼni rotor stator maydonga nisbatan asinxron aylanadi. Rotorning aylanish tezligi stator magnit maydonining aylanish tezligiga bog‘liq va ishlatilayotgan tok chastotasi va juft qutblar soni bilan aniqlanadi.
Rotor o‘ralganini ishlab chiqish usuliga ko‘ra kontakt xalqali va qisqa tutash asinxron elektrodvigatellar mavjud. Qisqa tutashli rotorli asinxron elektrodvigateli yoqilganda nominal tokdan 4-7 marta yuqori ishga tushiruvchi tok hosil bo‘ladi. Ishga tushiruvchi tokni kamaytirish uchun uni past kuchlanishga o‘tkaziladi, yoqilgandan keyin esa asinxron dvigatelning rotor o‘ralganini qisqa tutashtiriladi. Аsinxron dvigatelda havoli tirqish mumkin qadar kichik bo‘lishi kerak.
Аsinxron elektrli mashina printsipini g‘ildiraksiz poyezdlarda tortish kuchlani- shini yaratish uchun ishlatish mumkin. O‘zgaruvchan uch fazali elekr toki ulangan dvigatel statori vagonda, rotor esa rels yo‘li bo‘ylab joylashadi. Tortish kuchlanishi hosil bo‘ladi va yassi stator, shu bilan birga poyezd ham yassi rotor bo‘ylab harakatlanadi. Bunday dvigatel chiziqli asinxron nomini olgan. Chiziqli asinxron dvigatel tezkor g‘ildiraksiz poyezdlarda foyladanilishida katta afzalliklarga ega. Unda katta tezliklarda markazga intiluvchi kuchlar taʼsirida uziladigan aylanuvchi qismlar bo‘lmaganligi sabab tezlik bo‘yicha cheklovlar yo‘q va natijada tebranish ham hosil bo‘lmaydi. Bundan tashqari, aylanuvchi qismlar tez eskirishga moyil. Chiziqli asinxron dvigatelli poyezdlarning dinamik ko‘rsatkichlari yaxshi: uning og‘irligi kichik bo‘lganligi uchun qisqa vaqtda tezlikka erishadi va oson to‘xtaydi, va bunda qayta tiklanayotgan energiya elektr tarmog‘iga qaytariladi.
Chiziqli asinxron dvigatel konstruksiyalarining juda ko‘p variantlari mavjud. Ulardan biri quyidagicha: stator poyi bo‘ylab (faol yo‘l), alyumin shina ko‘rinishida ishlangan rotor esa vagonda kengayadi. Poyezd og‘irligi uning ¼ qismini tashkil etuvchi og‘ir statorni ko‘tarmagani uchun yengillashadi; bundan tashqari katta tezlikda harakatlanayotgan ekipajga elektr energiyasini uzatishga bo‘lgan ehtiyoj ham yo‘qoladi. Lekin, faol yo‘l narxi shu qadar balandki, bu
variantdan voz kechishga to‘g‘ri keladi.
Boshqa variantga ko‘ra, vagonga ikkita stator joylashtiriladi, ularning orasiga esa polotnoga o‘rnatiladigan alyuminli shinalar 30-40 mm li tirqish bilan joylashtiriladi. Bu alyuminli shina va statorlarning vertikal joylashuvili ikki tomonlama chiziqli asinxron dvigateldir. Bunday konstruksiyali tortuvchi dvigatellar strelkali o‘tkazgich uskunalarni o‘ta murakkablashtiradi. Bu muammo bir tomonlama chiziqli asinxron dvigatellarini qo‘llash bilan hal bo‘ladi. Bu holatda vagonda gorizontal holda bitta stator joylashadi, alyuminli shina esa polotnoga o‘rnatiladi. Magnit o‘tkazuvchanlikni oshirish maqsadida uning ostiga po‘lat o‘zak qo‘yish mumkin. Bunday konstruksiya “sandvich” nomini olgan. Аmmo bir tomonlama chiziqli asinxron dvigatelning tortish kuchlanishi, boshqa sharoitlar teng bo‘lgan holatda, ikki tomonlamaga nisbatan ikki barobar kichik.
Chiziqli asinxron dvigateldan foydalanishda yo‘l uchastkalari yo‘l qoplamasi poyezdning tez harakati vaqtida statorning magnit maydoni bilan rotorning elektron toki o‘rtasidagi taʼsirlashuvida qizishga ulgurmay, harorat bosimidan zararlanmaydi. Stator esa o‘tkazgichlardagi tok oqimi ajratib chiqaruvchi issiqlikdan qiziydi. Statorning qizishi – eng jiddiy muammolardan. Ushbu muammoni hal etishning asosiy yo‘li–o‘ta o‘tkazgichlardan foydalanish.

20. 
    asr boshlarida kashf etilgan va 25 yildan keyingiga nazariy asosga ega bo‘lgan o‘ta o‘tkazgichlar ko‘rinishi tok qarshiligiga mutlaqo ega emasligi, o‘z- o‘zidan issiqlik yo‘qotishlari mavjudmasligi bilan xarakterlanadi. U mutlaq nol (0 K = -273°С)ga yaqin haroratda sovutilgan o‘tkazgichda paydo bo‘ladi.
    

O‘ta o‘tkazgich elektromagnit obmotkasiga kiritilgan elektr toki qariyb qarshilikka duch kelmaydi, unda davomiy vaqt aylanadi. Masalan, 1,2x0,6 m hajmli g‘altak ko‘rinishida tayyorlangan va suyuq geliyga botirilgan o‘ta o‘tkazgich magnitlar orqali 106 А kuchlanishdagi tok o‘tkazildi. U sutka davomida 1 foizini kamaytirdi xolos.
Yuqori haroratda o‘ta o‘tkazuvchanlik xususiyatiga ega qotishmani topish juda muhim. Niobiy va germaniydan 22,3 K ga teng kritik haroratda (qotishma o‘ta o‘tkazuvchanlik xususiyatiga ega bo‘ladigan harorat) o‘ta o‘tkazgich olishning
uddasidan chiqildi. Bunday harorat suyuq geliy emas, balki sezilarli darajada sodda va anchagina arzon usul bo‘lgan suyuq vodorod yordamida olinishi mumkin. Xona harorati sharoitida o‘ta o‘tkazuvchanlik xususiyatiga ega materiallarni yaratish nazariy jihatdan istisno etilmaydi, biroq bu fan va texnika, xususan transport sohasida haqiqiy inqilobga olib kelar edi.
Chiziqli asinxron dvigatel ko‘plab afzalliklarga ega bo‘lishi bilan birga bir qatorda kamchiliklardan ham holi emas. Uning yo‘l bo‘ylab yotqiziluvchi harakatsiz qismi juda qimmatga tushadi. Energiya sarfi ortadi, to‘g‘ri, yo‘llarni taʼmirlash va ulardan foydalanish xarajatlari pasayadi. Ushbu dvigatellar FIK darajasi anʼanaviy doimiy tokdagi tyagali elektrodvigatel FIK darajasi (0,92)ga qaraganda pastroq: alyumin rotorli chiziqli asinxron dvigatel FIK darajasi 0,88; po‘lat rotorlisi esa – 0,7 ni tashkil etadi.
Biroq chiziqli asinxron dvigatelning asosiy kamchiligi harakatlanuvchi va harakatsiz qismlar o‘rtasidagi oraliqning juda qisqa ekani hisoblanadi. Bu poyezdlarning yuqori tezlikda harakatlanishida xavfsizlikni taʼminlanmasligiga olib keladi. Tokni harakatdagi poyezdga o‘tkazishda ham qiyinchiliklar mavjud.
Mazkur kamchiliklar chiziqli sinxron dvigatelga nazar tashlashga undaydi. Chiziqli sinxron dvigatelda stator o‘ralgani o‘zgaruvchan tok tarmog‘iga ulanadi, rotor o‘ralgani esa doimiy tokdan oziqlanadi. Stator va rotor magnit maydonlari taʼsirlanishi burash lahzasining paydo bo‘lishiga olib keladi. Uning taʼsirida esa rotor stator magnit maydonining qarshilik vektori bilan sinxron aylanishni boshlaydi.
Sinxron elektrodvigatelni ishga tushirishda quyidagilar: sinxron dvigatelni o‘chirilgan holatdan tezlashtirib beruvchi kichik quvvatdagi yordamchi dvigatel; stator o‘ralganida qarshilik chastotasini bir maromda oshirish; stator magnit maydonining rotorning ishga tushirish o‘ralgani yoki rotor tanasiga kiritilgan tok maydoni taʼsirlashuvi natijasida hosil bo‘lgan aylanuvchi elektromagnit lahzasidan foydalaniladi. O‘zida asinxron ishga tushirish usulini mujassam etgan so‘nggi usul ko‘proq ommalashdi.
Chiziqli sinxron dvigatelda harakatsiz qism – stator – butun yo‘l bo‘ylab
yotqizilgan va uch fazali tarmoqdan oziqlanuvchi to‘g‘ri burchakli konturlar tizimidan tarkib topgan. Dvigatelning harakatlanuvchi qismi – rotor – to‘g‘ri burchakli bir xil konturlardan tarkib topgan bo‘lib, ular orqali bir xil kuchga ega o‘zgarmas tok o‘tib turadi.
Statordagi toklar vaqt va makonda 1/3 davrda bir-biriga nisbatan siljib, yo‘l bo‘ylab joyini almashtirib turuvchi magnit maydonini hosil qiladi. Rotor toki bilan aloqaga kirishar ekan, u rels poyi bo‘ylab almashinib turuvchi tortish kuchini hosil qiladi.
Chiziqli sinxron dvigatel rotor o‘ralgani elektr energiyasi eng kam sarflanadigan sharoitda ulkan magnitlovchi kuchni hosil qilish xususiyatiga ega o‘ta o‘tkazuvchan elektromagnitdan tayyorlanganda o‘ta samarador bo‘ladi. Bu holatda sinxron dvigateldagi rotor va stator o‘rtasidagi masofa metrning o‘ndan bir ulushiga teng bo‘lib, poyezdning yuqori tezlikda harakatlanishida ham xavfsizlik taʼminlanadi. Qayd etish joizki, sinxron dvigatelda harakatsiz va harakatlanuvchi qismlar o‘rtasida katta oraliqning bo‘lishi rotor o‘ralganining stator hosil qiladigan magnit maydonining nisbatan oz qismi bilan aloqaga kirishiga olib keladi. Аynan shuning uchun kerakli darajadagi tortish kuchlanishini hosil qilish uchun kuchli tok kerak bo‘ladi. Kuchli tok esa o‘tkazgichlarda juda katta issiqlikning yo‘qotilishini keltirib chiqaradi. Shunday qilib, o‘ta o‘tkazuvchanlik muammosini hal qilmasdan turib chiziqli sinxron dvigatel noreallikka aylanadi. Buning ortidan chiziqli sinxron dvigatelli poyezdlarda uning rotori o‘ralgani o‘ta o‘tkazuvchan materialdan tayyorlanadigan bo‘ladi.
Chiziqli sinxron dvigatel konstruktsqiyasi asinxronga qaraganda murakkabroq. Sinxron dvigatelli poyezdlardan foydalanishda yo‘lovchilarni kuchli magnit maydoni taʼsiridan himoyalash o‘ta murakkab muammoga aylanadi.
Birmuncha kichik tezliklarda (200-250 km/soatgacha) konstruksiyaning soddaligi, ishga tushirishning yengilligi, to‘xtash va tezlikni bir maromda o‘zgartirish kabi qulayliklari bilan asinxron dvigatel afzal hisoblanadi. Biroq katta tezliklarda ustunlik sinxron dvigatel tomonida bo‘ladi. Chiziqli dvigatel – magnit yostiqchali poyezdlarning asosiy dvigateli.
Magnit yostiqchalarni yaratishda tyagali chiziqli dvigatellar ishlanmasida qo‘llanilgan usullardan foydalaniladi. Eng oddiy usul – magnitning bir nomdagi qutblarining o‘zaro itarish yoki turli nomdagi qutblarining o‘zaro tortishish kuchlaridan foydalanish. XX asrning 50-yillaridayoq doimiy magnitlar kuchsiz bo‘lib, poyezdlarda magnit bilan osib qo‘yishga yaroqsiz edi. So‘nggi yillarda yaxshilangan magnit materiallari, masalan bariyli ferritlarning paydo bo‘lishi sharofati bilan qator mamlakatlarda doimiy magnitli magnit yostiqchalar yaratish uchun foydalaniladigan poyezd konstruksiyasini ishlab chiqish boshlandi. Magnitli levitatsiya vagonlarga joylashtirilgan doimiy magnitlarning po‘lat relslarga nisbatan tortish kuchiga yaqinlashgan loyihalar mavjud; boshqa loyihalarda esa magnit yostiqcha poyezd va relslardagi doimiy magnitlarning bir nomdagi qutblari o‘rtasida vujudga kelgan italirish kuchi hisobiga yaratilmoqda.
Masalan, Аngliyada magnit yostiqcha tarkibining 90 foizi temir oksidi va boshqa oksidlardan iborat bo‘lgan keramik magnitlardan tayyorlanmoqda. Bunday magnitlarning ko‘tarish kuchi po‘lat magnitlarga nisbatan 50 barobar kuchliroq. Yo‘l qoplamasiga va vagonning pastki qismiga o‘rnatilgan keramik magnitning itarish kuchi 5 tonnalik vagonni 25 mm balandlikka ko‘tarish imkoniyatiga ega.
Doimiy magnitlar elektromagnitlar o‘rnini egallashi mumkin. 1910 yilda belgiyalik montyor E. Bashle magnit osmadagi vagonning ilk modelini yasadi. Buning uchun u elektromagnitdan foydalandi. Model vazni 50 kg bo‘lib, nafaqat havoda muallaq tura oldi, balki o‘sha vaqtda fantastik hisoblangan 500 km/s tezlikda harakatlandi. Chorak asrdan so‘ng nemis muhandisi Kemper magnit yostiqchadagi boshqa bir vagon modelini yaratib, amaliyotga yanada yaqinroq bo‘lgan ixtirosi uchun patent oldi. Ushbu model uchun ham magnit yostiqcha yaratishda elektromagnitdan foydalanildi. Biroq elektromagnitlar barqarorlik uchun tizim bo‘lishini talab qiladi. Bu tizim elektromagnitlar o‘ralganidagi tok miqdoriga taʼsir ko‘rsatib, elektromagnit va yo‘l sirti o‘rtasida doimiy oraliq bo‘lishini talab qiladi.
Magnit levitatsiyani yaratishdagi eng samarali usul elektrodinamik magnit osmadan foydalanish hisoblanadi. Bunday osmalar asinxron va sinxron elektr
mashinalarning ishlash tamoyillari bilan bizga tanish bo‘lib ulgurdi. Аsinxron elektr mashina tamoyili bo‘yicha amalga oshuvchi elektrodinamik magnit osmada stator o‘ralganidagi o‘zgaruvchan tok hosil qiluvchi magnit maydoni rotor o‘ralganida indutsiyalangan elektr toki bilan taʼsirlashadi. Chiziqli asinxron dvigatelda ham elektr toki o‘ta o‘tkazuvchan magnit g‘altagida aylanadigan bo‘lsa, mazkur usulning tejamkorligi ortadi.