Коммерциялық емес акционерлік қоғам
АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ
Өнеркәсіп қондырғыларының электржетегі және автоматтандырылуы кафедрасы
ЭЛЕКТРЖЕТЕГІ
5В071800 – Электр энергетикасы мамандығының барлық оқу түрлерінің студенттеріне арналған дәрістер жинағы
Алматы 2011
ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР: М.А. Мустафин, Н.К. Алмуратова. Электржетегі. 5В071800 – Электр энергетикасы мамандығының барлық оқу түрлерінің студенттеріне арналған дәрістер жинағы. – Алматы: АЭжБУ, 2011. - 58 б.
«Электржетегі» курсының дәрістер жинағының оқу бағдарламасына сәйкес және 5В071800 - Электр энергетикасы мамандығы бакалаврларына жасалынған.
Тұрақты және айнымалы ток электржетектерінің статикалық сипаттамаларының реттелу әдістері, қуатын таңдау, электржетегінің өтпелі процесстері қарастырылған.
Без. 96, әдеб.көрсеткіші. - 15 атау.
Пікір беруші: техн.ғыл.канд., проф. Шидерова Р.М.
«Алматы энергетика және байланыс институтының» коммерциялық емес акционерлік қоғамының 2010 ж. баспа жоспары бойынша басылады.
Ó «Алматы энергетика және байланыс университетінің» КЕАҚ, 2011 ж.
2010 жиын. жосп., реті 259
Кіріспе
Қазіргі заманғы маман-электр энергетиктерді даярлау үшін түрлендіргіштік техника ең маңызды курстар санатына жатады. Бұл курсты оқу барысында болашақ мамандар түрлендіргіштік техникада қолданылатын аспаптар мен схемалардың негізгі түрлерін, түзеткіштер, инверторлар және тағы да басқа электр энергиясы түрлендіргіштерінің жұмыс принциптерін және ерекшеліктерін оқып біледі.
Түрлендіргіштік техника өнеркәсіп, көлік және энергетиканың көптеген салалары дамуының негізі болып табылады. Елімізде түрлендіргіштік қондырғыларды қолдану және осы салада әлемдегі жетекші мемлекеттер қатарына қосылу үшін мол мүмкіндіктер бар.
Түрлендіргіштік техника мәселелерін ашып беру шалаөткізгіштік аспаптар – диодтар, тиристорлар және күштік транзисторларды қолдануға негізделеді. Қазіргі заманғы өндірістік электрониканың элементтік негізін құрайтын шалаөткізгіштік аспаптар бойынша материал аталмыш құрылғылардың жұмысына олардың параметрлері ықпалын ескеру қажеттілігі тұрғысынан беріледі.
Соңғы уақытта жақсы дамып келе жатқан тұрақты кернеудің импульсті түрлендіргіштері, автономды инверторлар және басқа да түрлендіргіштерге көп көңіл бөлінген.
Бұл курстан болашақ мамандар түзеткіштердің, инверторлардың және басқа түрлендіргіштердің құрылымын, жұмыс істеу принциптерін, физикалық процестерін, сипаттамалары мен ерекшеліктерін оқып біледі.
Бұл курстың басты мақсаты – студенттерді түрлендіргіштік техника құрылғыларының жұмыс істеу принциптерін түсініп, оларды сауатты қолдана білуге үйрету. ОӘК-нен студенттер түрлендіргіштік құрылғыларды металлургия, тау-кен, мұнай-газ және басқа да өнеркәсіп салаларында қолдану жөніндегі мәліметтерді табады.
Мазмұны
1 Дәріс. Автоматтандырылған электржетек жүйесінің белгілеулері мен құрамы. Электржетек қозғалысының теңдеуі
2 Дәріс.Электржетектің типтік статикалық жүктемелері. Статикалық орнықтылық. Тәуелсіз қоздырудың тұрақты токтағы қозғалтқыштың электрмеханикалық және механикалық сипаттамалары
3 Дәріс. ТҚ ТТҚ жасанды электрмеханикалық және механикалық сипаттамалар. ТҚ ТТҚ-ң тежелу режімдері
4 Дәріс. Тізбектей қоздырудағы ТТҚ электрмеханикалық қасиеттері
5 Дәріс. Электржетектегі АҚ -ң электромеханикалық қасиеттері
6 Дәріс. Асинхронды қозғалтқыштардың тежелу режімдері.. ....…
7 Дәріс. Электр жетек координатының реттелуі. ТТҚ реттелуі .
8 Дәріс. «Тиристорлы түрлендіргіш – қозғалтқыш» (ТТ-Қ) сұлбасы бойынша тұрақты ток электр жетегі.
9 Дәріс. АҚ-ты реттелетін электржетектер .....
10 Дәріс. Асинхронды қозғалтқыштарды басқару үшін жиілік түрлендіргіштері
11 Дәріс. Автоматталған электр жетектің тұйықталған жүйелері
12 Дәріс. Электржетектегі өтпелі процестер. Жалпы мағлұматтар
13 Дәріс. Электр магниттік инерциялылықты есептегендегі ЭЖ өтпелі процесстері................................ ………14 Дәріс. Механизмнің және қозғалтқыштың жүктемелік диаграммалары. ЭҚ-ты қыздыру және салқындату.
15 Дәріс. Қыздыру бойынша қозғалтқыштарды тексеру. Эквивалентті өлшемдер амалы.
1 Дәріс. Автоматтандырылған электржетек жүйесінің белгілеулері мен құрамы. Электржетек қозғалысының теңдеуі
Мақсаты: электржетектің негізгі механикалық және кинематикалық сұлбаларын оқып-білу. Есептеу механикалық сұлба құрылуын, денелердің қозғалуы мен байланыс қаттылығы және жүктеменің есеп жылдамдығын келтіру.
Электр энергиясын механикалық энергияға түрлендіру үшін және түрлендірілген электр энергиясымен басқарудағы электрмеханикалық құрылғы электржетек деп аталады.
1.1 суретте өндірістік механизмдегі автоматтандырылған электржетектің толық функционалды сұлбасы көрсетілген. Жетектің басқару ЖБ жүйесі, күштік КЖБ және ақпараттық құраушыларымен бірге, қоректі Uc,Ic,fc параметрлерімен және оларды ЭД қозғалтқыштың қоректенуі үшін соңғы жұмыс режіміне сәйкес түрлендіреді. Беру механизмі БМ, ЭД білігіндегі механикалық параметрлер мен моменттің МВ және айналу жиілігінің ωВ түрлендірілуі үшін және олардың орындаушы механизмге ОМ жіберу қызметін атқарады.
Тұйық жүйелерде АЭЖ сигнал басқаруының қою құрылғысының (ҚҚ) және кері байланыс датчигі КБД сигналдарымен салыстыру кезінде болады. Нақты агрегаттарда сүлбенің бөлек элементтері болмауы мүмкін.
БМ мысалына, жіберу санына i= ωВЫХ/ωВХ сәйкес айналудың бұрыштық жиілігін (1.2 а суретті қара) түрлендіру үшін қолданылатын редукторды айтса болады. Сонымен қатар БМ – ω жиілікті қозғалтқыш білігінің айналу және де керісінше - сызықты жылдамдықты V (1.2 б, с суретті қара) түзетін қозғалысын түрлендіру үшін қолданылады.
Электржетек қозғаласының теңдеуі. Механикалық жүйенің
қозғалтқыштың айналатын бөлігінен (ротор немесе
статор РД) және механизмнің айналып қозғалатын
жұмысшы бөлігін, қозғалтқыштың білігіне
жалғастырылған жай түрін қарастырайық.
Жүйеде екі момент іс-әрекет жасайды – қозғалтқыш
дамытқан МД және оған механизмнің
жұмысшы бөлігімен жасалған және үйкеліс моменті
арқылы жасалған статикалық жүктеме моменті МС.
Бұл моменттер іс-әрекет бағыты мен өлшеміне байланысты
сипатталады. Егер МД және МС қозғалыс
бағытымен іс-әрекет жасаса, оларды қозғалатын,
егер де олардың белгілері жылдамдық белгісіне
қарама-қарсы болса, моменттерді тежелгіш деп атайды.
Деламбер принципіне сәйкес МД және МС
арасындағы іс-әрекет, жүйе үдеуін анықтайтын
динамикалық моменттің 
белгісін және
өлшемін анықтайды. Сонымен, жүйе
қозғалысының теңдеуі жалпы жағдайда мына
түрде болады
. (1.1)
ЭЖ жұмысының қозғалтқыштық режімі үшін (1) теңдеуге жай талдау келтіреміз, онда
. (1.2)
МД >МС dω/dt > 0 болғанда жетектің үдеу режімі орын алады, МД < МС dω/dt < 0 болғанда жетектің баяулау режімі орын алады, ал МД = МС болғанда динамикалық момент пен үдеу нөлге тең болады. Алғашқы екі режімдер өтпелі, ал соңғысын орнықты (стационар) деп атайды.
Статикалық жүктеме моменті мен инерция моменттерін келтіру. ЭҚ және РО арасында, әдетте, бір немесе бірнеше беру құрылғысы (БҚ) болады. 1.4 суретте көтергіш механизм электржетегінің кинематикалық сұлбасы көрсетілген, онда жалпы жағдайда айналу қозғалысын қайтадан түсу қозғалысына түрлендіретін барабан мен айналу жылдамдығын төмендету үшін редукторлардың і (ПУ1–ПУi) қолданылады. Бұл құрылғылардың біліктері байланыстыратын муфталардың БМ көмегімен байланысқан.
Сұлбаның барлық элементтері әртүрлі жылдамдықпен және үдеумен қозғалады және өздерінің инерция моменттері болады, бұл бүкіл жүйенің қозғалыс теңдеуін талдауды және оны құруды қиындатады. Сондықтан тәжірибеде статикалық жүктеменің барлық моменттері және инерцияның моменттері бір ғана білікке келтіріледі, әдетте, қозғалтқыш білігіне келтіріледі және осы білікке байланысты қозғалыс теңдеуін шешеді. Сонымен қатар, берілген сұлбадан 1 суреттегі сұлбаға көшу керек, мұндағы МС және J–ЭҚ білігіне келтірілген өлшемдер қосындысы.
Статикалық жүктеменің моменттерін келтіргеннен кейін қуат теңдігінен шығып реалды және келтірілген сұлбаларға қараймыз:
,
бұдан
. (1.3)
Қайта-түсу қозғалысы кезінде
,
және
. (1.4)
Қозғалтқыш білігіне келтірілген кедергі моментінің қосындысы
Инерция моменттерін келтіргеннен кейін кинетикалық энергия артық теңдігінен шығып, реалды және келтірілген сұлбаларға қараймыз. Айналу қозғалысы кезінде
. (1.5)
Қайта-түсу қозғалысы кезінде
(1.6)
(1), (2) - ден
; 
мұндағы
;
.
Қозғалтқыш білігіне келтірілген инерция моментінің қосындысы
. (1.7)
2 Дәріс. Электржетектің типтік статикалық жүктемелері. Статикалық орнықтылық. Тәуелсіз қоздырудың тұрақты токтағы қозғалтқыштың электрмеханикалық және механикалық сипаттамалары
Мақсаты: Электржетекте қатысы бар күш пен моментті, ДПТ НВ қозғалтқыш сипаттамаларын оқып-білу.
Механизмде орындалатын механикалық сипаттама Мс=f(ω) тәуелділік.
Активті күш пен момент деп электржетек қозғалысынан тәуелсіз қозғалтқыштың механикалық энергияларына қатысы бар сыртын құрайтын күш пен моментті айтады. Мысал, жүкті жіберетін немесе көтеретін салмақпен құралған момент (1 суретті қара). Қозғалтқыш білігінің айналу бағытынан тәуелсіз және төмен қарай бағытталған кезде момент кедергісі тең болады
,
2.1 Сурет
МС шамасы жылдамдыққа тәуелді емес. Жүктің орын ауыстыруы 2.1 сурет.
Реактивті күш пен момент деп қозғалтқыш арқылы активті қозғалатын моментте реакция сияқты пайда болатын қозғалысқа кедергі болатын момент пен күшті айтады. Реактивті күш пен момент жылдамдыққа тәуелді және құрғақ үйкеліс күші мен моменті, үйкеліс тұтқырлығы және желдеткіш типтегі күш мен момент болып бөлінеді.
Құрғақ
үйкеліс күші мен моменті (2.2 суретті қара) модуль
бойынша өзгермейді, бірақ өзінің белгісін
жылдамдық белгісі 
өзгергенде секіріп
отырады.
Олар
станоктық жетектің берілуілеріне, желдеткіштерге, дросселдерге
және т.б. үшін сипатталған. 2.3 суретте
жылдамдық
шамасынан сызықтығын сипаттайтын тәуелділіктегі
жүктемелі үйкеліс тұтқырлығының моментті
келтірілген.
Желдеткіштің
бұрыштық жылдамдығы, ортадан тепкіш сорғыштың жүктемелі
моменттің тәуелділігі 2.4 суреттігідей болады және желдеткішті
деп аталады және 
, мұндағы n =
1,5…2.5 өрнегімен жазылады.
Электрқозғалтқыштың механикалық сипаттамасы - М=f(ω тәуелділігі. Электрлік машина курсынан білетініміздей,
ЭҚ механикалық 
сипаттамасы (5 суретті
қара) абсолютті қатаң (1 - синхронды ЭҚ),
қатаң- (3- тәуелсіз қоздыру кезіндегі
тұрақты ток қозғалтқышы және 2- жұмыс
аймағындағы асинхронды қозғалтқыш) және
жұмсақ - (4-тізбектей қоздыру кезіндегі тұрақты
ток қозғалтқышы) болуы мүмкін.
Абсолютті қатаң сипаттама деп момент өскендегі жылдамдық өсуіне қатынасын айтады.
.
Орнықтылық режімде жетек қозғалысы орнықты немесе орнықсыз болуы мүмкін. ωУСТ-тан ω ауытқыған жағдайда бірінші жағдайда жетек орнықтылық режіміне қайта айналып келеді.
Кез келген орнықты емес қозғалыста, тіпті ωУСТ-тан ω кішкене ауытқығанда жағдайда жетек орнықтылық режіміне қайта айналып келмейтін өзгерістерге әкеліп соғады.
Мысал
ретінде, жетектің асинхронды жұмысында МС кедергілі
моменттің механизмін қарастырамыз. Жұмыс кезінде «а»
нүктесінде қандай да мақсатта ω<ωУСТ болсын. Онда меха-никалық
сипаттамаға М>МС сәйкес дұрыс динамикалық
сипаттама МДИН=М–МС >0 пайда болады, осыған
сәйкес дұрыс үдеу dω/dt>0 және жүйе орнықтылық режім
нүктесіне қайта айналып келеді, қозғалыс орнықты
болады.
Егер жұмыс кезінде «а» нүктесінде ω < ωУСТ, М < МС, МДИН = М – МС < 0, үдеу dω/dt < 0 және жүйе орнықтылық режім нүктесіне қайта айналып келсе, қозғалыс орнықты. Егер жұмыс кезінде «b» нүктесінде ω > ωУСТ, М >МС, МДИН =М–МС>0, үдеу dω/dt > 0 және жылдамдық төмендей береді. Осындай кезде «b» нүктесінде статикалық орнықсыз болады.
Тәуелсіз қоздырудың тұрақты тоқтағы қозғалтқыштың электрмеханикалық және механикалық сипаттамалары.
ДПТ НВ-да электрмеханикалық және электрмагнитті процестер (1 суретті қара) якорь шынжыры мен орам қоздыруындағы электр теңсіздіктері (Кирхгоф) теңдеуімен, сонымен бірге электрмагнитті момент теңдеуімен жазылады:
(2.1)
(2.1) жүйе теңдеулерінің ортақ шешімімен ω = f(I) электрмеханикалық сипаттама теңдеуін аламыз.
(2.2)
және ω = f(M) механикалық сипаттама теңдеуі
. (2.3)
Жетектің орнықтылық режіміндегі жұмысы
,
және (2.3) теңдеуі мына түр береді
(2.4)
. (2.5)
Rдоб =0 және номиналды мәндерде тұрғызылған кернеу сипаттамалары UЯ ≠UН кезінде табиғи, Ф≠ФН немесе Rдоб ≠0 - жасанды электрмеханикалық немесе механикалық сипаттамалар деп аталады. Электрмеханикалық сипаттамалардың сипаттама нүктелері (2 суретті қара) (I = 0, ω = ω0 = UН/kФН) бос жүрісте, (I =IК=UН/RЯΣ, ω=0) қысқа тұйықталуда, IЯ=IН, ω = ωН) номиналды режімде идеальды нүкте болып табылады. Осы координаттың кез келген жұбы бойынша сипаттама тұрғызуға болады.
Енгізілген мәндерді сипаттама қатаңдығына қойғанда:
; 
. (2.6)
Электрмеханикалық және механикалық сипаттамалар үшін келесі өрнекті жазуға болады.
; 
; 
(2.7)
Жетектің жұмыс режімі 2 суретте келтірілген және төмендегідей анықталады.
 |
Қозғалтқышты жұмыс режімінде (3 суретті қара) ЭҚ энергияны электрлік тордан (жүйе) пайдалынады және механикалық энергия білігіне береді. Керіқосылу (қарсы) (4 суретті қара) режімінде ЭҚ энергияны механизмнен жиналғанын пайдаланады және қосымша кедергілерді ыдыратады. Рекуперативті (генераторлық) тежелуде (5 суретті қара) ЭҚ энергияны ЭҚ механизмінен жиналғанын пайдаланады және қосымша кедергілерді ыдыратады.
3 Дәріс. ТҚ ТТҚ жасанды электрмеханикалық және механикалық сипаттамалар. ТҚ ТТҚ-ң тежелу режімдері
Мақсаты: ЭЖ-ң әртүрлі параметрлерінің жұмыс режімі және механикалық сипаттамаларға әсерлерін оқу.
Rдоб ≠ 0 кезінде жасанды реостатты электрмеханикалық сипаттамалар аламыз. (2.4, 2.5)-да RЯΣ үлкеюі, ω0=UН/kФН (3.1 суретті қара) бос жүрістің өзгермейтін жылдамдығында қысқа тұйықталу тогының (IК=UН/RЯΣ) өлшемінің азаюына әкеледі. Өзгермейтін магниттік ағын кезінде Ф=ФН, механикалық сипаттамалар электрмеханикалық сипаттамаларға ұқсас болады.
Машинаның
магниттік ағынының азаюына қарай ғана өзгертуге
болады. Сонымен қатар бос жүріс жылдамдығы ω0=UН/kФН
қысқа тұйықталу тогының IК=UН/RЯΣ өзгермейтін мәнінде өседі (3.2 суретті қара) Ф-var
кезіндегі электрмеханикалық сипат- тама). Ф-var кезінде
қысқа тұйықталу моменті МК=kФIК
төмендейді. 3.3 суретте механикалық сипаттама көрсетілген.
Машинаның зәкіріне берілетін кернеуді номинал мәнінен азаюына қарай ғана өзгертуге болады. Сонымен қатар, бос жүріс жылдамдығы ω0=UН/kФН да кернеу пропорционал азаяды және қысқа тұйықталу тогының IК = UН/RЯΣ мәні де (3.4 суретті қара) U-var кезіндегі электрмеханикалық сипаттама. Ф–const кезіндегі машина моменті зәкір тогына пропорционал және механикалық сипаттамасы ұқсас болады.
 |
Электржетектің қарастырылған жұмыс режіміне сәйкес ДПТ НВ-ң келесі тежелу амалдарын бөліп қарауға болады.
a) Рекуперативті тежелу (торға энергия берілумен)
Электрлік машинаның электрмагниттік моментінің іс-әрекетінің бағыты ТТҚ зәкірі тогының бағытымен және магниттік ағынымен анықталады. (Дәріс 1) сәйкес зәкір тогы
және оның белгісі зәкір ЭҚК және кернеуді қоректейтін қатынастан тәуелді.
кезінде момент
дұрыс және машина қозғалтқыш режімінде
жұмыс істейді.
кезінде-бос
жүріс, және 
кезінде машина генератор режімінде
жұмыс істейді (қуат рекуперациясының режімі торға
беріледі). Рекуперативтік тежелу болу үшін біліктің айналу жиілігі
қозғалтқыштың қоректену параметрлерінен
және берілген қосу сұлбасы кезіндегі бос жүріс жылдамдығынан
үлкен болуы қажет. 3.5 суретте рекуперативті тежелу режімінде жұмыс
істейтін жүк көтергіш механизмнің ДПТ НВ механикалық
сипаттамалары келтірілген.
б) Электрдинамикалық тежелу
3.6 суретте электродинамикалық тежелудің ТҚ ТТҚ сұлбасы көрсетілген. Қозғалтқыш зәкірі тордан өшірілген және қосымша тежелу кедергісіне RТ тұйықталған, қозу орамы қорек көзіне қосылған. Сонымен қатар, зәкір тогы белгісін керісінше өзгертеді.
.
 |
Зәкір тогы қозу ағынымен байланысып, қозғалтқыш зәкірінің айналу жылдамдығына қарсы бағытталған момент тудырады. Электрмеханикалық және механикалық сипаттамалар теңдеуі мына түрде:
;
.
Механикалық сипаттама динамикалық тежелу режімінде координат басы арқылы өтеді (3.7 суретті қара). Жылдамдық төменде -ген сайын тежелу моменті азаяды және төмендеген жылдамдық кезінде, оның өлшемін көтеру қажетті жағдайда да қозғалтқыштың зәкірлі шынжырының кедергісін сатылап азайта отыра, оның жылдамдығының азаюымен екі немесе үш сатылы тежелуге келеді.
c) Керіқосылатын тежелу
Керіқосылу режімінде момент белгісінің сақталуы кезінде қозғалтқыш жылдамдығының белгісі немесе жылдамдық белгісінің сақталуы кезінде қозғалтқыш моментінің белгісі өзгереді. Бірінші жағдай, берілген сипаттамада қысқа тұйықталған моментті өсіретін статикалық жүктеме активті моментінің әсері кезінде орын алады. ( 3.7, 3.8 суреттерді қара).
Қозғалтқыш ЭҚК-нің жылдамдығының белгісінің өзгеру нәтижесінде қосымша кернеумен сәйкес келеді және зәкір тоғы былай анықталады
.
Бұл режім қөтергіш құрылғыларда аз жылдамдықта жүк түсіру үшін қолданылады («күштік төмендеу»). Керіқосылу режімі көбіне зәкірге жақындатылған кернеудің полярлы үзіліс жолымен (3.9, 3.10 суреттерді қара) қозғалтқыш айналу бағытының өзгеруіне немесе тоқтатылуында қолданылады.
Сонымен қатар зәкір тогы бағытын керісінше өзгертеді, кері жағдайда жылдамдық жағындағы қозғалтқыштың тоқтауына бағытталған қозғалтқыш моментінің белгісі де өзгереді.
.
4 Дәріс. Тізбектей қоздырудағы ТТҚ электрмеханикалық қасиеттері
Мақсаты: ТҚ ТТҚ статикалық
сипаттама тұрғызылу әдістерін білу 4.1 суретте тізбектей
қоздыруда қозғалтқышты қосу сұлбасы
келтірілген. Механикалық және электрмеханикалық сипаттама
теңдеуі ТҚ ТТҚ арналған теңдеумен сәйкес
келеді. Басты айырмашылық, ТҚ ТТҚ ағыны жүктеме
тогының функциясы болып табылады, яғни
;
(4.1) 
; (4.2)
.
Ф=φ(I) - тәуелділігі-магниттелу сипаттамасы - қарапайым аналитикалық мінездеме бермейді және оның мысал түріндегі суреті 4.2 суретте көрсетілген.
ТҚ ТТҚ сипаттамасының тұрғызылуы берілгендер бойынша немесе дайындалу ұсынылған завод кестелі немесе графикалық түрдегі немесе арнайы әдебиетте келтірілген универсалды сипаттама қолдануда, немесе (4.3 суретті қара).
Соңғысы қатысты бірліктер қозғалтқыш тоғынан момент пен жылдамдық тәуелділігін ұсынады. Абсолютті бірлікке өту базалық номиналды өлшем арқылы іске асады.
Осындай механикалық ДПТ НВ сипаттамасының тұрғызылуы 4.4 суретте көрсетілген. Жүктеме өзгеру аумағында сипаттама қатаңдығы тұрақты емес. Осы түрде біршама жүктемеде ДПТ ПВ транспорттайтын құрылғы қолдануда анықталатын бірсарынды жіберу болады.
Оның тағы бір ерекшелігі идеалды бос жүріс жылдамдығында (яғни, I=0 болған кезде).
.
 |
Бұл осындай машиналарды білікке жүктемесіз жіберуге болмайтынын білдіреді. Реалды машиналарда ω0 өлшемі қалған магнитті өрістерде шектеулі, бірақ номиналды ондық рет көтеруге болады.
Жасанды ДПТ ПВ статикалық сипаттама. Қозғалтқыштың реостатты (5 суретте сұлбасы көрсетілген) сипаттамасын табиғи сипаттаманы қолданып тұрғызуға болады.
Егер, қозғалтқыш жылдамдығы табиғи сипаттамада ωе бірнеше жүктемелі, ал жасанды – ωи болса, онда
. (4.3)
Егер жүктеменің белгілі бір мәніндегі реостатты сипаттамада жылдамдық өлшемі берілсе, онда (3) қатынасымен қайтардағы тапсырманы шешуге: берілген нүкте арқылы сипаттама өту үшін қосуға керекті қосымша кедергі шамасын табуға болады.
Зәкірді аз жүктемемен (7 суретті қара) шунттаған кезде, зәкірдегі кернеу номиналдыдан аз болып және қоздыру тогы нөлге емес мына өлшемге ұмтылуы мүмкін.
Сондықтан бұл сұлбада қозғалтқыш жылдамдығы идеалды бос жүріс кезінде соңғы мәнді және механикалық сипаттамасы жоғары қатаңдыққа ие болады.
Келтірілген сұлбалардан басқа, тізбектей қоздырылатын ТТҚ жетекте қозғалтқышты шунттаумен (4.9 суретті қара) ОВМ және зәкірмен бірге және қоздыруды шунттау (4.10 суретті қара) нұсқалары қолданылады.
5 Дәріс. Электржетектегі АҚ -ң электромеханикалық қасиеттері
Мақсаты:
Асинхронды электр қозғалтқыштағы (АҚ) негізгі электромеханикалық қатынастар.
АҚ-ң табиғи және жасанды механикалық сипаттамалары.
Дәріс мақсаты:
- АҚ-та электромеханикалық қуатты түрлендіру процесін оқып білу.
- АҚ-тың табиғи және жасанды механикалық сипаттамаларының тұрғызылуын және есептелуін меңгеру.
Асинхронды қысқатұйықталған электрқозғалтқыш (5.1 суретті қара) және фазалық роторлы АҚ (5.2 суретті қара) үлкен ресурста жұмысына қатысты жұмыста жоғарғы көрсеткіштілігімен, жақсы реттегіштік қасиетімен электржетекте кеңінен таралды.
5.3 суретте элетрқозғалтқыштың активті r және индуктивті xкедергілі магниттеуші контурлы параметрлерінің бір фазасының орын басу сұлбасы көрсетілген.
Орын басу сұлбасында:
r1 - статорлық орама фазасының активті кедергісі;
r2′ - статорға келтірілген роторлық орама фазасының активті кедергісі;
x1 -статорлық орама фазасының индуктивті кедергісі;
x2′- статорға келтірілген роторлық орама фазасының индуктивті кедергісі;
xm - магниттеуіш контурдың индуктивті кедергісі.
Орын басу сұлбасына сәйкес, I2’ роторлық тоқ мынадай мәнге ие болады
.
(5.1)
(5.1)-тен байқағанымыздай I2’ роторлық ток тайғанаудан s тәуелді, яғни машинаның роторының айналу жиілігінен, сондықтан
(5.2)
Байқағанымыздай, s = 1 тайғанауды жіберу кезінде (бұл жердегі айналу жиілік мәні w = 0 ), ал w=w0 айналу жиілігінде идеалды бос жүріс тайғанауы s = 0 тең. (5.1) қатынасынан байқағанымыздай, роторлық тоқты жіберуде максималды мәнге I2к’@ (8¸10)Iном жетеді және оны шектеу керек.
Ротор тогының жиілігі fp торлық кернеудің fp = fc×s жиілігінің fc мәнінде, s = 1 жіберілуінде асинхронды машина fp= fc = 50Гц болғанда кернеу трансформаторы бола алады. Қозғалтқыштың екпіні мен sн @ 0,1-дан аспайтын номиналды тайғанайтын sн жұмысы кезінде, ротор тогының жиілігі fp = 1..5Гц де төмендейді.
Тордан АҚ қолданатын қуат Р1, статор орамасына және магниттеу контурындағы шығынды жабуға кетеді және оның қалдығы электрмагниттік қуатқа түрленеді, ол мынаған тең
.
(5.3)
Өз кезегінде,
, және (5.1) мен (5.3) шеше отырып,
электрмагниттік моменттің мәнін таба аламыз
. (5.4)
(5.4) тәуелділігі АҚ механикалық сипаттамасының түсініктемесі болып табылады және тайнағанаудан АҚ-ң моментінің күрделі тәуелділігін ұсынады. Туындысын алып және нөлге теңестіре отырып экстремумға зерттейміз:
.
(5.4) тәуелділігі тайғанаудың критикалық мәндерінде максимум және ол мынаған тең
(5.5)
және критикалық (максималды) моментте
(5.6)
Байқағанымыздай, (+) белгісі қозғалтқышты режімге, ал (-) белгісі машинаның генераторлық режіміне қатысты.
Практикалық есептеу үшін (2…), (2…) және (2…) өрнектерінен алынған Клосс өрнегін қолдану ыңғайлы
, (5.7)
мұндағы 
.
Ірі асинхронды машиналарда r1 <<r2’ , және ε ≈0, АҚ механикалық сипаттамасы 2.4 суретте көрсетілген. Сипаттаманың сипаттамалық нүктелері:
1- s=0; М=0, кезінде қозғалтқыш жылдамдығы синхронды жылдам- дыққа тең;
2- s=sном, М=Мном - қозғалтқыштың номиналды жұмыс режімі;
3- s = sк, М = Мкр.Д - қозғалтқыштық режімдегі максималды момент;
4- s = 1, М = Мп - бастапқы жіберу моменті;
5- s = -sк, М = Мкр.Г - генераторлық режімдегі максималды момент.
АҚ-ң жасанды механикалық сипаттамалары
(5.6) және (5.7) қатынастары негізінде
электрқозғалтқыштың сипаттамасының қорек
кернеуіне әсерін U талдай отыра, кернеу төмендеген кезде
критикалық тайғанау sк тұрақты,
ал критикалық момент Mкр.д қоректейтін кернеу
шаршысына пропорционал азаяды (5.5 суретті қара).
Торлық кернеудің 0,9×Uном мәнге дейін төмендеуі кезінде, яғни Uном–дан 10%, критикалық момент Mкр.д 19%-ке азаяды. Қоректейтін кернеудің төмендеуі кезінде моменттің алдыңғы мәнін дамыту үшін қозғалтқыш үлкен роторлы тоқтармен жұмыс істеуі керек.
Электрқозғалтқышты жобалау кезінде жіберу (s=1)
және критикалық моменттер (s=sк) мәндері
минималды мүмкін болатын кернеу кезінде жұмыс машинасының
талаптарын қанағаттанды- ратынына көз жеткізу керек.
(5.5)-(5.6), қатынастары негізінде ротор шынжырына енгізілген активті кедергі әсерін талдай отыра, (r2’ + Rдоб) тең болатын ротор кедергісі көбейген сайын, критикалық тайғанау Sк да көбейеді, бірақ қозғалтқыштың критикалық моментінің Mкр.д өлшемі өзгеріссіз қалады.
12 суретте механикалық сипаттамалары көрсетілген. Әдіс жіберілу кезінде роторлы шынжырға өлшемі бойынша біршама кедергі Rдоб қосылғанда машина жіберілуі үшін қолданылады. Жіберілу диаграммасы тұрақты токтың тәуелсіз қоздыру қозғалтқышының жіберу диаграммасына ұқсас.
Роторлы шынжырға кедергіні Rдоб енгізу кезіндегі жасанды механикалық сипаттаманы есептеу үшін мына қатынас қолданылады
, (5.8)
мұндағы sи және se – тайғанаулар жасанды және табиғи сипаттамаларға сәйкес.
Роторлы шынжырға Rдоб енгізілген өлшемін біле отыра, (5.8) қатынасы бойынша моменттің сол мәндері үшін тайғанауға sи жасанды сипаттамада есептеу жүргізіледі.
Активті-индуктивті кедергінің роторлы шынжырға енгізілуі
(14 суретті қара) табиғи сипаттамадағы маши- налармен
салыстырғанда машина-ның жіберілу моментінің үлкен
тұрақтылығын ұстап тұру үшін
қолданылады - машинаның меха- никалық сипаттмасы сырғанау
аймағында 1<s<sк бірқалыпты
қисық болып келеді. Машинаның критикалық моменті Mкр.д
және критикалық тайғанауы sк (6)
және (7) қатынастарына сәйкес өзгереді. Активті
және индуктивті кедергілердің машинаның статорлы шынжырына
енгізілуі (15 суретті қара) машинаның жіберілу тогының
шапшаңдығын азайту үшін қолданылады, кернеу статордың
қысқыштарында болғандықтан ток функциясы болып табылады
және жіберілу тогының азаюымен көрсетілген кернеу көбейеді
және де Uном-ң жақын мәніне дейін
қайта қалпына келеді. Машинаның статорлы шынжырынан
шыққан активті және индуктивті кедергілер қорытындысы
релейлі-контакторлы немесе контактсыз сұлбамен іске асырылады.
6 Дәріс. Асинхронды қозғалтқыштардың тежелу режімдері
Мақсаты: АҚ тежелу әдістерін, статикалық сипаттамаларын тежелу режімдерінде қарастыру.
Рекуперативті тежелу ω>ω0 жылдамдықпен активті моментті
 |
ротордың айналуы кезінде іске асырылады (6.1 суретті қара). Егер ротордың ω жылдамдығымен айналуы кезінде, статор өрісінің ω0 жиілік айналуын азайтсақ мынандай режім орын алатын болады (6.2 суретте bc сипаттама аралығы). Бұл жерде активті момент рөлі айналмалы ротордың инециалы күш моментін атқару. Бұл процесс өзіміз оқыған ТТҚ рекуперативті тежелуіне ұқсас.
 |
Керіқосылатын
тежелуді алу үшін статордың кез келген екі фазасын орнын ауыстыру
керек (6.3 а суретті қара). Бұл кезде өріс
айналуының бағыты өзгереді, машина кері қосылу
режімінде тежеледі, содан соң реверстеледі (3 б суретті қара).
Көтергіш механизмдерде реостатты керіқосылу жүйесі қолданылады (күштік түсіру 6.4 сурет). Фазалық роторлы АҚ роторының шынжырына АҚ жұмыс режімін IV ширекке ауыстыру үшін жеткілікті қосымша кедергі енгізіледі (b нүктесі).
Статорға
тұрақты ток қосылған, ал роторы кедергіге
тұйықталған (6.5 суретті қара) тордан ажыратылған
айнымалы ток АҚ генераторлы режімді ұсынатын динамикалық
тежелу режімі спецификалық болып табылады. Бұл режім АҚ
тордан ажыратқаннан кейін реверссіз тез тоқтату қажет
болған жағадайда пайдаланылады. Статор орамына жақындатыл- ған
тұрақты ток кеңістікте қозғалмайтын өріс
тудырады. Ротордың айналу кезінде, оның орамында әсерінен
айнымалы ток ағатын айнымалы ЭҚК болады. Бұл ток та
қозғалмайтын өріс тудырады. Статор және ротор
өрістері қосыла отырып нәтижелі өрісті анықтайды,
әсер нәтижесінде ротор тогында тежелу моменті пайда болады.
Қозғалтқыш білігінен келетін энергия, роторлы шынжыр
кедергілерінде ыдырайды. Статор өрісінің магниттеуші күш (МК)
өлшемі статор орамының байланыстыру сұлбасынан және
тұрақты ток 
өлшемінен
тәуелді. Тұрақты токты статор шынжырының
қоректендіруінің екі сұлбасы аса кең таралған,
6.6 суретте көрсетілген. Есептеу қолайлы болу үшін
тұрақты токты өлшемі бойынша эквивалентті магниттеуші
күші айнымалы үшфазалы токпен ауыстырамыз. Симметриялы
үшфазалы жүйеде айнымалы токтың әсер ететін
мәнінің магниттеуші күшінің амплитудасы:
Айнымалы токты IЭКВ белгілеп және тұрақты ток және эквивалентті айнымалы ток арқылы алынған МК мәндерін теңестіріп, «жұлдыз» сұлбасы үшін алатынымыз (6.7 суретті қара)
бұдан
.
«Үшбұрыш» сұлбасы үшін
, және 
.
6.7 Сурет
Осылайша тежелу сұлбасын таңдап және тұрақты ток өлшемімен қоса, МК бойынша эквивалентті айнымалы токты есептеуге болады.
7 Дәріс. Электржетек координатының реттелуі. ТТҚ реттелуі
Мақсаты: реттелудің негізгі параметрлерін және ТТҚ-ң реттелуінің қолданылуын оқу.
Бұл курста электржетектің келесі координаттарының реттелуін оқимыз: жылдамдық, момент (қозғалтқыш тогы), жұмысшы бөлімінің жағдайы.
Реттелудің негізгі көрсеткіштері
1) Координаттың реттелу нақтылығы мүмкін болатын берілген мәндер ауытқушы факторлар әсерінен ауытқулар арқылы анықталады, мысалға жылдамдық реттелуі кезінде жүктеме өзгеруі, қозғалтқыш моментінің реттелуі кезіндегі жылдамдық өзгеруі, тор кернеуінің тербелуі және т.б.
2) Реттелу диапазоны берілген реттелу әдістері кезінде мүмкін болатын айнымалы мәндердің өзгеру аралығын сипаттайды:
3) Реттелудің бірқалыптылығы реттелу диапазонында берілген реттелу әдістері кезінде іске асырылатын реттелетін параметрлердің үздікті мәндер санын сипаттайды. Бірқалыптылық коэффициентімен бағаланады
4) Электр жетекке реттелудің енгізілуі кезіндегі үнемділік техника-экономикалық есептеулері арқылы анықталады (бизнес-жоспармен бірге жүреді), шығындарды санайтын және эксплуатациялық шығындар, олар өндірістіліктің жоғарылығы және құрылғы сенімділігі және өнім сапасы болуы керек.
5) Реттеудің динамикалық параметрлері (7.1 суретті қара):
а)
тез қозғалу – әсер өзгерісіне
электржетектің реакциясының тездігі:
-tP – айнымалының бірінші рет орнықты мәнге ие болатын реттеу уақыты;
-tmax-бірінші максимум уақыты;
-tПП-барлық бос құрамдары өшетін өтпелі процесстің жалпы уақыты.
b) қайта реттеу динамикалық қате – xУСТ -дан максималды ауытқу
.
с) Тербелмелілік
Тұрақты токтың реттелетін элекржетектері. ТҚ ТТҚ жылдамдығының реостатты реттелуі. Ф–var кезіндегі ТҚ ТТҚ-ң механикалық сипатттамасы және реттелу сұлбасы 7.2, 7,3 суреттерде көрсетілген.
 |
1. Реттелудің нақтылығы
Реттеудің абсалютті қатесі төмендегідей:
(7.1)
мұндағы
реттеудің салыстырмалы қатесі
. (7.2)
2. Реттеудің жоғарғы аралығы ТТҚ табиғи сипаттамасымен, төменгі аралығы - қосымша кедергідегі шығындармен және механикалық сипаттамаларда болатын қатаңдықтармен шектелген. Реттеу диапазонын D=1.5…2 жоғарылатпау керек.
3. Реттеудің бірқалыптылығы: Сатылы реттеу. Бірқалыптылық - реттелетін кедергінің секция санымен анықталады.
4. Үнемділік:
4.1 ТП-Д-мен салыстырғанда капиталды шығындар мен қолданыс шығындары үлкен емес.
4.2 Реттеу кезіндегі қуатты біршама жоғалуы:
; 
мұндағы
- тордан
қолданылатын қуат;
- механикалық
қуатқа түрлендірілген электр магниттік қуат;
- зәкірлі
шынжырдағы қуат шығыны
, содан кейін
,
яғни, қуат шығыны реттеу тереңдігіне пропорционал.
Магнит ағынын өзгерте отырып, ТҚ ТТҚ жылдамдығын реттеу. Ф – var кезіндегі ДПТ НВ-ң механикалық сипаттамасы және реттеу сұлбасы 7.4, 7.5 суреттерде көрсетілген.
Біраумақты реттеу – негізгі жылдамдықтан жоғары. Реттеу ауқымы жылдамдықтың жоғарғы аралығымен шектелген, белгілі бір зәкірдің механикалық беріктілігімен және коллекторлы-щеткалы түйіндегі коммутация шарттарында D=6-8 мәніне жетеді. Әдетте бұл амал, жылдамдықты негізінен төмен қарай реттеуге мүмкіндік беретін басқалармен сәйкестендіріп қолданылады. РВ ретінде вентилді немесе электр машиналық қоздырғыштар, ал аз қуатты ДПТ үшін автотрансформаторлар немесе реостаттар қолданылады.
«Генератор – қозғалтқыш» жүйесінде ТҚ ТТҚ-ң реттелуі 7.6 суретте көрсетілген сұлба арқылы іске асырылады.
Генератор зәкірі ФГ ≈ const жылдамдықпен айналған кезде, оның қысқыштарында ЭҚК ЕГ = kФГωГ және электромеханикалық сипаттамасы төмендегідей
.
(7.5)
М3 қозғалтқыштың жылдамдығын реттеу қоздыру ФГ (яғни, зәкір кернеуімен) ағынының өзгеруімен төмен табиғи сипаттамадан және ФД ағын-жоғары іске асырылады.
Осындай реттеуді екіаймақты деп атайды және алшақтатылған жүйеде реттеу ауқымын D = 8-10 дейін және тұйықталған жүйе басқаруында D = 1000 дейін үлкейтуге мүмкіндік береді.
Реттеу бірқалыпты, сондықтан қоздыру шынжырында жүзеге асады. Қуатты бірнеше рет электрмеханикалық түрлендіруне байланысты, ПӘК-інің төменділігі кемшіліктерінің бірі болып табылады. Жүйенің қосынды ПӘК-і мынаған тең болады:
.
Г-Қ жүйенің тағы да бір кемшілігі үлкен салмағын тексеретін көрсеткіштер. Қазіргі уақытта бұл жүйелер басқарылатын вентилді түзеткішті жетектермен ығысып шығарылады.
8 Дәріс. «Тиристорлы түрлендіргіш – қозғалтқыш» (ТТ-Қ) сұлбасы бойынша тұрақты ток электржетегі
Мақсаты: ТТҚ және жартылайөткізгішті түрлендіргішті жетектердің сұлбалық шешімдері мен сипаттамаларын оқып білу.
ТТҚ сұлбалы жетектер (8.1 суретті қара) тұрақты токтағы аса көп таралған реттелетін жетектер болып табылады. Тиристорлық түрлендіргіштен ТТҚ зәкірінің қоректенуі кезінде электрмеханикалық теңдеулер (2.4) және механикалық сипаттамалар (2.5) мына түрде болады:
; (8.1)
(8.2)
мұндағы RП – тиристорлық түрлендіргіштің эквивалентті кедергісі.
Түрлендіргіш кедергісі әсері нәтижесінде алшақтатылған басқару сұлбасында ЭҚ сипаттамалары табиғи сипаттамаға (8.2 суретті қара) қарағанда аз қатаңдықта бола бастайды. Бірақ та, қазіргі уақыттағы ТТ-де жүктеме өзгерген кездегі жылдамдықты реттейтін, кері байланыстың әртүрлері қолданылуда. ТТ-дің жұмыс принципінде кілт тәріздес кернеуді жартылай периодты қоректейтін тиристорға ашады да, осы жартылай периодтың бөлігіне ғана кернеу береді (8.3 суретті қара).
Сонымен қатар, жүктемедегі орташа түзетілген кернеу UСР басқару бұрышы деп аталатын вентилдің тіреліп кідіретін бұрышымен α анықталады.
ТТ сұлбасына мысал (реверсті үшфазалы нөлдік) 8.4 суретте көрсетілген. m - үздіксіз ток кезіндегі фазалық басқарылатын түзеткіш үшін мынадай болады.
(8.3)
Сонымен
қатар (8.1), (8.2) өрнектерде 
, мұндағы Ud0 ТТ
максималды түзетілген кернеу түзету сұлбасымен және
кернеу сұлбасына келтірілген өлшеммен анықталады
(қоректейтін трансформатордың екінші мәрте фазалық
кернеуі):
Ud0 = kСХU2Ф. (8.4)
Сұлба коэффициенті 2.34-ке, көпірлік сұлба үшін және нөлдік түзету сұлбасы үшін 1.17 тең.
Түрлендіргіштің эквивалентті ішкі кедергісі
RП=RТ+п×RдТ+Rк. (8.5)
Көпірлік сұлбалар үшін RТ екі есе үлкен (екі фазалық трансформатор орамының кедергісі). Коммутациялық кедергі мәні
,
(8.6)
мұндағы m - фазалар саны (көпірлік сұлбалар үшін m=6).
п шамасы тізбектей қосылған тиристорлардың санын көрсетеді (көпірлік сұлбалар үшін екі есе).
ТТ-ң статикалық талдауларын алғанда, оның құрылымдық сұлбасын екі тізбектей қосылған түйіндер түрінде қолдану ыңғайлы (9 суретті қара): импульсті-фазалық басқару жүйесі (ИФБЖ) және тиристорлы түрлендіргіштің өзі (күштік блок). ИФБЖ-ң кіріс сигналына басқарудың кернеуі Uу жатады, ол тиристордың реттелу бұрышында α түрленеді және күштік блок шығысындағы түзетілген кернеудің Ud орташа мәнін анықтайды.
ИФБЖ-ң
беру коэффициенті басқару кернеуінің өсуіне басқару
бұрышының өсуінің қатынасын сипаттайды.
(8.7)
Тиристорлы түрлендіргіш беру коэффициенті тиристорлардың реттелуінің өсу бұрышының түзетілген кернеуінің орташа мәніне қатынасы болып табылады
(8.8)
Тәуелді инвертордың жалпы күшейткіш коэффициенті түзетілген кернеудің орташа мәнінің өсуінің басқару кернеуінің өсуіне қатынасын сипаттайды
(8.9)
және де құрылымдық сұлбасына сәйкес
(8.10)
Түрлендіргіштерде сызықты немесе арккосинусоидалы сипаттамалы (8.6 сурет ) ИФБЖ-лар қолданылады. Екінші жағдайда жұмысшы ауқым аралығындағы сызықтысын аламыз, тәуелділігі Ed = f(Uy).
 |
9 Дәріс. АҚ-ты реттелетін электржетектер
Мақсаты: АҚ негізінде реттелуі мүмкін болатын ЭЖ түрлерімен таныстыру. Айнымалы токтағы электрқозғалтқыштың айналу роторының жиілігін былай анықтауға болады.
(9.1)
мұндағы f - қоректенетін кернеу жиілігі;
pп – полюс жұптарының саны;
s – тайғанау.
(9.1) өрнегіне кіретін бір немесе бірнеше параметрлерді өзгерте отырып, АҚ-ң моментін және айналу жиілігін реттеуге болады. Қысқа тұйықталған машинаның айналу жиілігінің реттелуі (9.1) қатынасы негізінде полюс жұптарының санының қосылуымен үздікті (2:1, 3:2, 3:1 және т.б.) жүзеге асырылады. Қысқа тұйықталған машинаның статорының орамы секционирленген, қорытындысы (басталуы-аяқталуы) электр сымның ұстатқышы бар қорапта орналасқан және басқару жүйесінің релейлі-контакторлы бөлігімен коммутацияланады.
Полюстер жұптарының санының қосылу сұлбасының түрлері көп. Орамда кернеуді өзгерту қажеттігі кезінде орамдар байланысының үшбұрышты, екі үшбұрышты, жұлдызша - үшбұрыш және т.б. түрлері қолданылады. Реттеудің бұл түрі станок құруда, жүккөтергіш техникада (лифттар) және басқа салаларда кең таралған. Көпжылдамдықты электрқозғалтқыштың дайындалуының жұмыс сыйымдылығы жай машинамен салыстырғанда секционирленген орам орындалуымен өседі.
Электрқозғалтқыш айналу жиілігінің реттелуі, оның тайғанауының өзгеруі. ЭҚК немесе қосымша кедергінің АҚ роторы шынжырының кірісіне және электрқозғалтқыш статорының кернеуінің өзгеруіне де негізделген.
Қозғалтқыштың фазалық ротор шынжырындағы қосымша кернеудің өзгеруі электрқозғалтқыштың механикалық сипаттамасының түрін және сорғыштық агрегаттың айналу жиілігін де өзгертуге мүмкіндік береді. Реттеу тереңдігіне пропорционал тайғанау қуаты реттелетін реостаттарда жылу түрінде таралады.
Құрылғының аз құндылығы және шартсыз жайлылығы кезіндегі реттеудің бұл амалы жылдамдық реттеуінің тереңдігіне пропорционалды және тайғанау шығынының көбюіне байланысты үнемді емес. Әдетте олар аз қуатты қозғалтқыштар және АҚ жіберу режімдерінің жасалуы үшін қолданылады.
Электрқозғалтқыштың айналу жиілігінің реттелуі, оның статорындағы кернеудің өзгеруінен «кернеудің тиристорлы реттелуі - асинхронды қозғалтқыш» (КТР-АҚ, 9.1 в суретті қара) жүйесі арқылы жүзеге асырылады.
Асинхронды электрқозғалтқыштың айналу моменті электрқозғалтқышқа жүргізілген кернеу квадратына пропорционал. Кернеуді өзгерту кезінде критикалық тайғанау мәні өзгермейді, сондықтан максималды момент кернеудің кез келген өзгерулері кезінде критикалық тайғанаудың шамамен 0,1-0,2-ге тең болып келетін бір мәнінде ғана сәйкес келеді. Бұдан реттеудің салыстырмалы жіңішке аумағын осы реттеу амалын қамтамасыз ете алатын айналу жиілігі бойынша анықтауға болады. Жоғары тайғанаулы АҚ-ны немесе фазалық ротор шынжырына қосымша кедергі қосылуымен, сонымен қатар жылдамдық бойынша тұйықталған басқару жүйесін қолдану арқылы реттеу аралықтарын үлкейтуге болады.
Қызмет көрсетудің салыстырмалы арзандық және жайлық кезінде берілген нұсқаның негізгі жеткіліксіздігі болып тайғанау энергиясының қозғалтқышта таралуы, ал жүйенің қуат коэффициентінің -қозғалтқыш тайғанауының көбеюімен азаюы болып табылады.
Электржетекте асинхронды вентильді каскад сұлбасы бойынша (АВК - 9.1 д суретті қара) - электр қозғалтқыштың айналу жиілігінің реттелуі ЭҚК инверторға қарсы, фазалық роторлы асинхронды электр қозғалтқыштың роторының шынжырына түзетілген ток енгізілген. Ротордың тайғанау энергиясы, қоректендіретін электрлік торға, басқарылмайтын түзеткіш және тәуелді инвертордан тұратын АВК түрлендіргіші арқылы беріледі. Қорек көзінің номиналды кернеуінің АВК түрлендіргішіндегі номиналды кернеуден айырмашылығы болған жағдайда келісілген трансформатор қажет болады.
Берілген жүйенің негізгі құндылығы ПЧ-АД нұсқасымен салыстырғанда, жылдамдық реттеудің тереңдігіне сәйкес келетін түрлендіргіштің аз орнатылған қуаты және басқарудың жайлылығы болып табылады. Дұрыс сапа ретінде түрлендіргіште апат кезінде реттелмейтін режімге (роторды қысқартып) немесе резисторды ротор шынжырына енгізу кезінде төмендетілген айналу жиілікті режімге өту мүмкіндігі болып табылады.
Вентильді қозғалтқыш - жиілік түрлендіргішінен, синхронды электр қозғалтқыштан және оның роторының кеңістікте қалай орналасқанын көрсететін құрылғыдан (9.1 г суретті қара) тұратын электр механикалық жүйе. Түрлендіргіш тұрақты токтың анық көрсетілген түйіндерінде және басқару түзеткіштерінде және инверторда орындалады. Аз жиілікті аймақта инвертордың тиристорлы вентилдерінің коммутациясы ротор орналасуының берілуінің көмегімен жүзеге асады, ал 3-5 Гц жиілікті аймақта коммутацияланатын ЭҚК-ң көрсетілген түйіндерінің көмегімен электр қозғалтқыш өрістеріндегі кернеуден алынған коммутацияланатын жоғарғы өткізгішті ЭҚК бойынша жүзеге асырылады. Қозғалыс принципі бойынша бұл жүйе, коллектор және щеткалық аппарат функциясын тиристорлы инвертор және ротордың жағдайының датчигі атқаратын тұрақты токтың электрқозғалтқышына ұқсас.
Жиіліктік-реттелетін электржетек
қозғалтқышының қорегі қоректендіретін
тордың 
тұрақты
жиілігі айнымалыға 
түрленетін
жиіліктің вентилді түрлендіргіші арқылы іске асырылады (ЖТ
9.1 суретті қара). Түрлендіргіш шығысына қосылған
электрқозғалтқыштың айналу жиілігі жиілігіне пропорционал өзгереді. Қазіргі уақытта
айнымалы токтың жиіліктік басқару машиналарын жасау үшін
қозғалыс принциптері, сұлбалық шешімдері, басқару
алгоритмдері және т.б. ажыратылатын жиілік
түрлендіргіштерінің әртүрлі нұсқалары
қолданылуда.
Элементтік негіздердің және басқару техникаларының дамуы, жаңа датчиктердің пайда болуы, микропроцессорлық және компьютерлік басқарулар жиіліктік асинхронды электржетек жүйесінің үздіксіз толық жетілуі жеткілікті қарастырылған.
ЖТ-АҚ жүйелерінің құндылығына келесілер жатады:
- АҚ жылдамдық реттеуінің кең ауқымындағы жоғары ПӘК, алдыңғысы барлық реттеу аумағында ротордың аз өлшемді тайғанауымен жұмыс істегендіктен (тайғанаудың аз шығынымен);
- жылдамдық реттеудің бірқалыптылығының мүмкіндігін және талап етілген сипаттамаларды жасайтын және реттеу заңдарын қамтамасыз ететін реттеудің жақсы қасиеттері;
- қысқатұйықталған роторлы АҚ жүйесінде қолданылатын сенімділік.
9.1 сурет– АҚ-ты реттелетін электржетек жүйелерінің нұсқаулары
Жиіліктік реттеудің заңдары.
Статордың активті кедергісін елемегенде, идеалданған электр жетек үшін жиілікті реттеу кезіндегі кернеудің негізгі заңының өзгеруі төмендегідей өрнектеледі.
(9.2)
мұндағы: МС1 және МС2 – f1 және f2 жиіліктегі қозғалтқыш жұмысына сәйкес келетін статикалық жүктеменің моменті;
U11 U12 - f1 және f2 жиіліктегі қозғалтқыштағы кернеу;
Статикалық жүктеменің момент тұрақты болған жағдайда қорек көзінің кернеуі оның жиілігіне пропорционал өзгеруі қажет.
Бұл жағдайда идеалданған қозғалтқыш үшін аса жүктемелілік қабілеттілігі (Мк=const) сақталады және кернеудің өзгеру заңы төмендегідей түрде болады:
U1/ f1 = const, (9.3)
Жылдамдық реттеу процесінде қозғалтқыш білігіндегі қуат тұрақтылығы кезінде кернеудің өзгеру заңы:
, (9.4)
Статордағы кернеу желдеткіші жүктемелі кезінде төмендегі заң бойынша өзгереді:
(9.5)
Бұл жағдайға арналған механикалық сипаттамалар 9.2-суретте көрсетілген.
 |
10 Дәріс. Асинхронды қозғалтқыштарды басқару үшін жиілік түрлендіргіштері
Мақсаты: Айнымалы токтағы реттелетін жетекте қолданылатын ЖТ сұлбалық шешімдерін және қозғалыс принциптерін оқу.
Қазіргі уақытта айнымалы токтың жиіліктік басқару машиналарын жасау үшін қозғалыс принциптерімен, сұлбалық шешімдерімен, басқару алгоритмдерімен және т.б. ажыратылатын жиілік түрлендіргіштерінің әртүрлі нұсқалары қолданылуда. Қарастырудан бұрын қолданылған белгілі кемшіліктері бар электрлік машиналық ЖТ шығарып, қазіргі замандағы статикалық түрлендіргіштерге тоқталамыз.
Шығыс кернеуінің немесе ЖТ тогының түрлену негізі бойынша тікелей жиілікті түрлендіретін (ТЖТ, немесе циклоконверторлар) және тұрақты токты түйінімен ЖТ-ға бөлуге болады.
ТЖТ-да
айнымалы кернеудің (немесе токтың) шығыс қисығы
керекті жиіліктің, амплитуданың және фазаның айнымалы ток
кірісіндегі көпфазалы жүйенің қисық кернеуінен
түрленеді. Берілген типті функция құрылғысында
тордың кернеуінің түзуленуі және оның кернеудегі
түрленуі немесе қажет еткен жиілік тогы бір
құрылғыда орындалады. Бұл энергияның бір рет
түрлендірілуі және ПӘК-ң жоғары мәні, аз
көлемді және ТЖТ салмағын қамтамасыз етеді. Олар да
түзеткіштер сияқты (бірфазалық, көпфазалық,
нөлдік, көпірлік) сол сұлбалар арқылы орындалады. 10.1 суретте
түрлендіру принципін анықтау үшін өндірістік
жиіліктің f1 үшфазалық кернеуінің
реттелетін жиіліктің f2 бірфазалы кернеуге
түрлендірілуін іске асыратын ТЖТ-ң қарапайым сұлбасы
көрсетілген.
Түрлендіру қарсы-параллелді нөлдік сұлба бойынша екі комплексті айналатын түзеткіш сұлба бойынша орындалды. Әр топ 1V және 2V уақытқа ашылады, Т2/2 жартылайпериодты шығыс кернеуіне тең, дұрыс жартылайтолқын 1V тобының жұмысы кезінде, кері –2V тобында түрленеді.
Түрлендіргіштің шығыс кернеуі фазалық кернеулердің айналып өтуін сипаттайды (10.2 суретті қара). Бұл кернеудің пішіні тор фазасының санынан, 1V және 2V, және т.б. топтардың жүргізілуінің ұзақтығын өзгерту жолымен реттеуге болатын шығыс кернеуінің жиілігінен тәуелді.
ТЖТ-ң
кемшілігі болып шығыс жиілігінің шектелген аумақ болып
табылады. 50 Гц тең қоректейтін тор жиілігі кезінде
реттеудің жоғарғы аралығы 25 Гц тең
болады. Жиіліктің ары қарай жоғарылауы табиғи
вентилдің коммутациясынан бас тартуымен, қорек фазасының
немесе жоғарғы жиілікті кернеу түрлендіргішіне жіберілуінің
үлкеюіне байланысты. Сондықтан реттелетін электржетекте ТЖТ-ң
қолдану аймағы баяу жүретін редукторсыз электржетектермен
және ротор шынжыры (қос қоректі машиналар) бойынша
басқару сұлбаларымен шектелген.
Тұрақты ток түйінді ЖТ-ті, басқаратын түзеткішті түрлендіргіштер және кернеудің немесе токтың (АИ ЖТ 10.3 суретті қара) автономды инверторларымен және басқарылмайтын түзеткішті ЖТ және кең-импульсті модуляциялы түзетілген кернеу (КИМ ЖТ 10.4 суретті қара) деп бөлуге болады.
Тұрақты ток түйінді ЖТ-ң екі нұсқасы да АҚ басқару жиілігінде кеңінен қолданылады және осы бөлімде тереңінен қарастырылады.
 |
Түрлендіргіштердің күштік бөлімінің сұлбалық шешімдері, АИ-лы ЖТ және КИМ-лы ЖТ-де қолданылатын жеткілікті шыдап тұратын бұл әдеттегі классикалық үшфазалы көпірлі сұлба. Торды қоректейтін жоғары гармоникалы токты және түзетілген кернеуді азайту үшін түзетудің көпфазалы сұлбаларын қолданады. Түрлендіргіштік пульстіктерінің (18-дік, 24-тік-пульстік сұлбалар) біршама үлкеюі олардың құрылымдық күрделілігімен және құнының өсуімен байланысты, әдетте екі 6-пультік сұлбаларды тізбектей немесе параллель қосқанда алынатын 12-пульстік сұлбалармен шектеледі.
10.5 суретте үшфазалы көпірлі басқарылатын түзеткіштен 1В, фильтр дросселінен Д1, реактивті энергия конденсаторынан С0 және коммутирлейтін сыйымдылығы бар кернеудің автономды үшфазалы көпірлі инверторынан тұратын автономды инверторлы үшфазалы жиілік түрлендіргішінің сұлбасы көрсетілген. Бұл түрлендіргіштен қорек алатын қозғалтқыш түзеткіші энергияны бірбағытта ғана өткізетін болғандықтан торға параллель генераторлық режімде жұмыс істей алмайды. Генераторлық режімнің мүмкіндігін жасау үшін түзеткішке кездесетін-параллельді торға тәуелді, бірге 1В жүретін инвертор қосу қажетт. 1В түзеткіш тиристорлардан V1-V6, диодтардан V7-V12, сыйымдылықтардан С1-С6 құрылған. Блок-сұлбасындағы белгілер: ТББ – түзеткішті басқаратын блок, ИББ – инверторды басқаратын блок, КҚ – коррекция құрылғысы, КД – кернеу датчигі, ТД – ток датчигі.
Тиристорларды идеалды деп санап, электр магниттік коммутациялық процесстерді қарастырмай, АИ қозғалыс принципін қарастырамыз (10.6 суретті қара). Алгоритмдерді тұрғызу үшін фазалар арасындағы Uа, Ub, Uc
қозғалу 2π/3 болады. 2.12 суретте сәйкес тиристорлардың V1-V6 коммутациялары белгіленген. Бірінші интервалда (0-2π/3), V1 анодты топтың және V6 және V2 катодты топтың кілті ашық. Ток осы тізбек бойынша өтеді «+»→V1→ фаза «а» (басы)→«0» статор→фаза «b» (фаза «с») →V6(V2 )→ «-». Статордың «а» фазасына UП/2 кернеу қосылады. (2π/3-π) интервалында анод тобының V3 және катод тобының V2 кілті ашық. Ток мына тізбек бойынша жүреді «+»→V3→фаза «b» (басы)→«0» статор →фаза «c»→V2→«-». Статордың «а» фазасына кернеу қосылмаған. (π-5π/3) интерва-лында анод тобының V3, V5 (кезектесіп) және катод тобының V4 кілті ашық. Ток мына тізбек бойынша жүреді «+»→V3(V5)→фаза «b» (фаза «c»)→«0» статор→фаза «a» →V4→ «-». Статордың «а» фазасына -UП/2 кернеу қосылады.
Сызықты кернеу мына түрде табылады Uab=Ua-Ub. (10.7 суретті қара) кернеудің алынған түрі қорек кернеуінің синусоидадан біршама айырмашылығы бар екенін көрсетеді. Басқа фазалар үшін ұқсас тұрғызу, шығысында бір біріне 120 эл.град-қа жылжытылған үшфазалы кернеу жүйесі жасалғанын көрсетеді.
10.8 суретте бірфазалы КИМ-ді кернеу инверторы көрсетілген.
Шығыс
кернеуінің қисығының тұрғызылуы 10.9 суретпен
сипатталады. Тірек кернеуі ретінде күштік топ вентилдері коммутирленген
жоғары жиілікті 
аратәрізді тірек кернеуі 
қолданылғанда,
мысал ретінде екіполярлы біржақты КИМ қарастырылады. Жиілікті тасып
бара жатқан импульстардың ұзақтығы модульдеуші
кернеу 
түрімен
сәйкес әрбір период сайын өзгеріп отырады. Бұл тірек
кернеулерін модельдеушімен теңестіргенде, және вентильдердің
ауысуы олардың тең болған моменттерінде болады.
Онда шығыс кернеуі мынадай логикалық функциямен сипатталады
(10.1)
Жиілікті тасушы периодында орташа шығыс кернеуін былай жазса болады
(10.2)
мұндағы UП – инвертор кірісіндегі түзетілген кернеу;
t1, t2 – вентилді топтардың қосылып тұрғандағы уақыты;
ТН =2π/ωнес – тірек кернеуінің периоды.
Синусоидалы КИМ кезінде жоғары гармоникалық Uвых минималды мазмұнын қамтамасыз етеді
(10.3)
мұндағы μ=UM/UMmax – модуляция тереңдігінің салыстырмалы мәні;
UMmax – модульдеуші кернеудің максималды кернеуі;
ωвых – шығыс кернеуінің жиілігі.
Осылайша ЖТ КИМ-лы шығыс кернеуінің өлшемі мен жиілігінің реттелуі іске асырылады.
11 Дәріс. Автоматталған электржетектің тұйықталған жүйелері
Талдау көрсеткендей, механикалық сипаттаманың қатаңдығының вентилді түрлендіргішке қатысы аз. Осыған байланысты, тұрақты тоқтағы вентилді электржетектің жүйелерінде жылдамдықты реттеу аумағын кеңейту мақсатында кері байланыс, ал нақты зәкір тогы бойынша дұрыс немесе кернеу мен жылдамдық бойынша теріс байланыс қолданылуы мүмкін.
Жылдамдық бойынша теріс кері байланысты АЭЖ жүйесі 11.1 суретте көрсетілген. 11.1 суреттегі
күшейту коэффициентімен КРС жылдамдық реттегіш
ЖР, беру коффициенті бар жылдамдық. Қосындыда алгебралық Uзс жылдамдық бойынша
берілген кернеу және UДС кернеу жылдамдық
беруінен қойылады. Басқару
кернеуі мынаған тең:
Uy = (Uзс – Uдс)×крс . (11.1)
Түрлендіргіштің ЭҚК түрлендіруі қозғалтқыш ЭҚК-мен және эквивалентті кедергідегі кернеудің құлауымен теңеседі.
Еп = Uу ×кп = Е + I×RЭ (11.2)
мұндағы Е = k×Фн×ω - ТТҚ зәкірдің ЭҚК-і;
КП-түрлендіргіштің күшейткіш коэффициенті.
Жылдамдықтың датчигінің кернеуі қозғалтқыш зәкірінің айналу жиілігіне пропорционал
Uдс = кдс× ω. (11.3)
(11.1), (11.2) және (11.3) теңдеулерінің шешуі теңдеуі жылдамдық бойынша кері байланысты жетектің электрмеханикалық сипаттамасы үшін мынадай түрге келеді, яғни (11.4) өрнегін береді.
(Uзс – кдс× ω)×крс×кп = k×Фн× ω + I×RЭ ,
Uзс×крс×кп + кдс× ω ×крс×кп = k×Фн× ω + I×RЭ ,
(11.4)
мұндағы Кд = 1/kФН – қозғалтқыштың беру коэффициенті.
11.2
суретте жылдамдық бойынша ООС-ты ЭЖ-ң табиғи және
жасанды статикалық сипаттамалары көрсетілген. Тұйық
жүйеде жылдамдық төмендеуі
және кдс×крс×кп=0 кезінде алшақтатылған (ажыратылған) жүйеге сәйкес келеді. кдс×крс×кп → ¥ кезінде (яғни, үлкен күшейту коэффициенттерінде) толық қатаң сипаттаманы (∆ω = 0) алуға болады. Осындай сипаттамаларды жылдамдықтың интегралдық реттегішінен де алуға болады.
11.3 суретте ток бойынша кері байланыстағы ЭЖ
көрсетілген. Басқару кернеуі және түрлендіргіш
ЭҚК-і былай анықталады
Uy = (UзТ ± UдТ)×крТ , (11.5)
Еп = Uу ×кп = Е + I×RЭ . (11.6)
Ток датчигінің кернеуі қозғалтқыш зәкірінің тоғына пропорционал
UдТ = кдТ× I = β×I× RЭ (11.7)
(9.5), (9.6) теңдеулерімен бірге және (9.7) шешілуі (9.8) теңдеуін береді ток бойынша дұрыс және теріс кері байланыстағы жетектің электрмеханикалық сипаттама үшін мынадай түрге ие болады.
(11.8)
мұндағы (+) – ОС дұрысы үшін, (-) – теріс ОС үшін.
Дұрыс
кері байланыс кезіндегі ток бойынша жылдамдықтың төмендеуі
және кдс×крс×кп=0 кезінде алшақта- тылған (ажыратылған) жүйеге сәйкес келеді, кдТ×крТ×β=0 кезінде толық қатаң сипаттама болады, ал кдТ×крТ×β→∞ - ∆ω→-∞ теріс қатаң болады.
Алшақтатылған жүйеге (11.4 суретті қара) қарағанда ток бойынша дұрыс кері байланыс сипаттаманы аса қатаң жасайды.
Ток бойынша теріс кері байланыс жылдамдық кұламасын (перепад) қамтамасыз етеді
және ЭЖ-ң жұмсақ сипаттамаларын жүзеге асыру үшін қолданылады. кдТ×крТ×β=1 кезінде сипаттама алшақтатылған жүйеге сәйкес келеді, ал кдТ×крТ×β→∞ - ∆ω→∞ (толық жұмсақ болады). Бірконтурлы жүйелерде АЭЖ теріс кері байланыста, ереже бойынша, (тоқталған) ұсталған, яғни жұмысқа белгілі бір токтық жүктемеде қолданылады.
ОС
тоқталу үшін стабилитрон қолданылады.
Тоқты шектеу мақсатымен вентилді түрлендіргіште
және қозғалтқыш зәкірінде тоқ бойынша
(тоқтық кесік) ұсталған теріс кері байланыс
қолданылуы мүмкін.
Бұл жағдайда электржетек экскаваторлық сипаттамада болады. 11.5 суретте жылдамдық пен ток кесігі бойынша екіконтурлы жүйелі теріс кері байланысты электржетектің функциялық сұлбасы көрсетілген.
Зәкір тогы өлшемінен тәуелділігінде жетектің екі жұмыс режімі болуы мүмкін:
а) I < Iотс, ½Uдт½< Uст VD.
Жұмыс жасайтын диапазонда бір ғана жылдамдық бойынша теріс кері байланыс жұмыс істейді (тоқ бойынша ОС сигналы (белгісі) күшейткішке түспейді). Онда (Rзс = Rдс кезінде) параметрлер мен сипаттамалар (11.1 – 11.4) теңдеулерімен жазылады.
б) I > Iотс, ½Uдт½> Uст VD.
Токтық бұл аумағында біруақытта жылдамдық реттегішінің кірісінде ОС-ң екі сигналы жұмыс жасайды:
- жылдам (шапшаң) сипаттаманы аса қатаң жасауға тырысатын жылдамдық бойынша сигнал;
- жылдам (шапшаң) сипаттаманы аса жұмсақ жасауға тырысатын ток бойынша белгі.
Қажетті сипаттаманы алу үшін ОС ток бойынша басым (артық) болуы керек. Басқару сигналы мынаған тең
Uy = (Uзс – Uдс – Uдт + Uст)×крс (11.9)
мұндағы UДТ = b×I×RЭ – тоқ датчигінің сигналы;
UСТ – стабилитрон сынауының кернеуі
(11.2), (11.3) және (11.5) теңдеулерін бірге шеше отыра, жетектің ток және жылдамдық бойынша электрмеханикалық сипаттамасының екінші бөлімінің кері байланысы үшін (11.10) теңдеуін аламыз.
[Uзс – ω×кдс – b×I×(Ra + Rп) + Uст]×крс×кп = се×Фн× ω + I×(Ra + Rп),
.
(11.10)
Жылдамдық және ток кесігі бойынша кері ОС АЭЖ-ң екіконтурлы жүйесінің статикалық сипаттамалары 11.6 суретте көрсетілген.
Осындай сипаттамаларды түрлендіру үшін СЕЖ-ң мазмұнын құрайтын ток және жылдамдық датчигінің, реттегіштердің, түрлендіргіш параметрлерін есептеу керек.
12 Дәріс. Электржетектегі өтпелі процестер. Жалпы мағлұматтар
Мақсаты: ЭЖ-ң динамикалық режіміндегі сипаттамалары, түрлері туралы түсінік алу.
Орнықпаған немесе өтпелі процестер (ӨП) жетектің уақыт бойынша бір орнатылған жағдайдан басқаға өту кезінде орын алады. Осыдан кейін қозғалыс теңдеуі dω/dt≠0.
Өтпелі процестердің пайда болу себептері:
- жүктеме моментінің өзгеруі МС;
- қозғалыс моментінің өзгеруі М, яғни жетектің жіберуде, тежелуде, айналуда, жылдамдықты реттеуде, жетектің қандай да бір параметрінің өзгеруінде, бір сипаттамадан басқаға өткізуде.
Оқу-білу тапсырмасы – өтпелі режімдерде ω(t), M(t), i(t) тәуелділіктерін анықтау.
ӨП-ді оқу-білудің төрт тапсырмасы (жіберу (өткізу) деңгейі бойынша):
1. Жетек инерциялы және механикалық инерциялылық болып табылады (J); электрлік инерциялылық (L) аз немесе пайда болмайды. Өтпелі процесс тудыратын фактор секірмелі бір сәтте өзгереді.
2. Әсер етуші фактордың «баяу» өзгеруі.
3. Механикалық және электрлік инерциялылық шамалас (өлшемдес), өтпелі процесс тудыратын фактор секірмелі түрде өзгереді.
Өтпелі процестер L=0 болғанда және әсер етуші фактор секірмелі түрде өзгеретін кезде.
Барлық өтпелі процестер механикалық қозғалыс теңдеуіне бағынады.
. (12.1)
Ізделініп отырған ω(t) және М(t) тәуелділіктер (12.1) бастапқы берілген шарттар шешімімен алынуы керек.
А) M=const, MC =const (1суреттті қара)
Жетек ωБАС нүктеде жұміс істесін делік, Мбас = МС 1сипаттамасы және уақыт моменті t=0 лезде жаңа 2 сипаттамаға келтірілді.
Бұл жағдайда теңдеу (1) ажырататын (бөлетін) айнымалылы ДТ және оның шешімі мынадай түрде
.
Тұрақты интегралдауды С бастапқы шарттан ω(t=0)=ωНАЧ=С табамыз. Нақтысы:
.
(12.2)
Өтпелі процестер сызбасы 12.1 суретте көрсетілген. Өтпелі процес tПП ұзақтығын ω=ωКОН (12.2) өрнекке қойып және t –ға қатысты шешу керек:
. (12.3)
12.1 Сурет 12.2 Сурет
B) MС=const, M ≡ω (12.3 суретті қара)
Қозғалтқыштың кері қатаңдықпен сызықты механикалық сипаттама теңдеуін (мысалы, ДПТ НВ) былай жазуға болады.
,
(12.4)
немесе
(12.5)
мұндағы: β=dM/dω – сызықты β=∆M/∆ω сипаттама үшін механикалық сипаттаманың қатаңдығы.
(12.5) және (12.1) –ден аламыз
,
немесе
(12.1)-ге (12.4)-нен алынған dω/dt мәнін қойып,
,
немесе
.
туынды кезіндегі коэффициент
электромеханикалық тұрақты уақыт деп аталады. Жетектің таратылуы (12.3) және 12.3 суретке сәйкес,
,
тең болады. ТМ мәніне сәйкес келеді. Осы жерден байқайтынымыз, жетектің қысқа тұйықталу моменті әсерінен тыныштық жағдайынан ω=ω0 бос жағдайға өту уақытын ТМ сипаттайтыны. ТҚ ТТҚ үшін
,
және ТМ –ді қозғалтқыш параметрлері арқылы өрнектеуге болады
.
(12.6)
Жылдамдық пен момент үшін теңдеу бірдей түрде болады және төмендегідей шешіледі:
.
Шешім экпонентаны сипаттайтын болғандықтан, t=3TM уақыт ішінде х мән орныққан мәннен 0.95 мәнге жетеді, яғни процесс аяқталған деп есептеуге болады.
С) MС, M сызықсыз (12.4 суретті қара). Бұл жағдайда итерациондық әдістердің біреуін қолданса болады. Мысалға, АҚ жіберілуінің графо-аналитикалық интерпретациясын келтіреміз.
АҚ статикалық механикалық сипаттамасы М(s) 1–ден 0-ге (қозғалтқышты режім) дейінгі тайғанау аумағындағы Клосс өрнегі (5.9) бойынша тұрғызылады. Ары қарай динамикалық моменттің қисығының тұрғызылуы және есептелуі жүргізіледі (12.4 суретті қара).
,
және n бөлікке бөлінеді. Әр бөлікте динамикалық момент Мдинi тең. Шексіз кіші өсуден соңғы өсуге өту кезінде, i бөлігі үшін қозғалыс теңдеуі (3):
,
әр бөліктегі жіберу уақыты
.
 |
12.4 сурет
13 Дәріс. Электр магниттік инерциялылықты есептегендегі ЭЖ өтпелі процесстері
Мақсаты: ЭҚ индуктивтері нөлге тең болған кездегі ЭЖ жұмыстың динамикалық режімдерінің сипаттамасы мен түрлері жайында түсінік алу.
Егер де, механикалық және электрлік инерциялылық шамалас болса, ПП есебінде L≠0 деп аламыз. ТҚ ТТҚ үшін есеп (12.1) теңдеу мен зәкір шынжырының теңдеуін бірге шешуге болады
. (13.1)
ЭЖ теңдеуін ток теңдеуіне салыстырып шешеміз:
, (13.2)
мұндағы IC – МС статикалық моментке сәйкес зәкір тоғы.
Уақыт бойынша дифференциалдаймыз:
.
(13.3)
(13.2) өрнекпен (13.3) өрнекті (13.1) өрнекке қойып алатынымыз:
.
ТЯ = LЯ/RЯ өрнегін статордың тұрақты электр магниттік деп белгілеп алатынымыз
.
(13.4)
(13.4) өрнекте :
ω0 = U/kФ – идеалды бос жүріс жылдамдығы;
∆ωС = iCRЯΣ – жылдамдықтың статикалық құлауы;
ωС = ω0 - ∆ωС – статикалық моментке МС сәйкес келтін жылдамдық.
Токка ұқсас теңдеулерді шеше отырып алатынымыз:
.
(13.5)
(13.5) теңдеу негізінде жылдамдықты реттеу кезіндегі қозғалтқыштың беру функциясын жазуға болады
(13.6)
және ТҚ ТТҚ-ң сәйкес келетін құрылымдық сұлбасын тұрғызуға болады (3 суретті қара).
 |
Ары қарай берілген динамикалық процессті сипаттатын дифференциалдық теңдеулерді (немесе теңдеулер жүйесін) шешу амалын таңдау қажет. Символдық (аналитикалық) амалдар көбіне нақты және артықшылығы бар, бірақ іске көп аса бермейді (күрделілігі және шешімінің қолайсыз үлкендігі немесе оның болмайтындығы). Бұл ДТ шешудің классикалық амалы. h – екінші ретті түйін үшін функцияның дайын өрнегін қолдануға болады және осындай жолмен өтпелі режімдердегі жылдамдық үшін (ток үшін де) өрнекті тауып алса болады. Бірақ бұл өрнектер нақты жетек жұмыс шарттарына әрқашан сәйкес келе бермейді, алғашқы нөлдік шарттарға сәйкес келеді.
Дифференциалдық теңдеулерді шешудің операторлық амалы Лаплас түрлендіргішіне сәйкес олардың суреттерін функция-оригинал теңдеулеріне ауыстыруды іздейді, алынған алгебралық теңдеулердің (мұндағы дифференциалдау және интегралдау сәйкесінше көбейтумен және бөлумен ауыстырылады) шешімдері және алынған нәтижелердің кері түрлендірулері символдық есептеу жүргізген кезде көмекті «Maple» немесе «Mathematica» символдық пакетінің қолдану көрсете алады.
Қазіргі уақыттағы есептеу құрылғыларының қолданылуы санау амалдарының нақтылығын, тез қозғалуларын біршама көтерді. Көптеген математикалық компьютерлік қосымшалар санау амалдарының есебінің қолданылуын қарапайымдандырады және оларды универсалды жасайды. Егер де, модельді (немесе жүйелі) сипаттап және аналитикалық амалдармен шешу жеткілікті болса, онда соңғысына тоқталған жөн. Қазіргі уақытта аса көп таралған инженерлік есептеулер үшін математикалық іс жүзінде қолданылатын бағдарламалар «Mathcad» және «Matlab» болып табылады.
Төменде «Mathcad»
қосымшасында есептелген асинхронды қозғалтқыштың
өтпелі процесстерінің қисықтары келтірілген.
14 Дәріс. Механизмнің және қозғалтқыштың жүктемелік диаграммалары. ЭҚ-ты қыздыру және салқындату
Мақсаты: әртүрлі жұмыс режімінде қозғалтқышты қыздыру және салқындату процестерін оқып-білу.
МС(t) және ω(t) тәуелділіктеріндегі механизмнің жүктемелік диаграммалары – қозғалтқышты таңдаудағы бастапқы берілгендер болып табылады. Жүктемелік диаграммалар әрқашан да кез келген түрде бола алады, бірақ та циклды бөлуге болады, яғни диаграмма қайталанатын уақыт аралығы tЦ бірнеше. Егер сипаттама жұмысы осылай болса, яғни режімдер (лифт, көтергіш кран) нашар өндірілсе, аса күрделі циклдар үшін диаграмма тұрғызады. 14.1 суретте механизм мен қозғалтқыштың талап етілген жүктемелік диаграммасы мен тахограммасы ω(t) көрсетілген. Механизмнің жүктемелік диаграммасы бойынша қозғалтқышты алдын ала таңдауы үшін статикалық жүктеменің орташа моментін тауып алуға болады
(14.1)
мұндағы МСi – статикалық жүктеменің i-ші аралықтағы моменті;
ti – i-ші аралықтың жалғасы;
n – бұл МС=const болғанда- ғы аралықтар саны.
Ізделініп отырған қозғалт- қыштың номиналды моментін былай табуға болады:
МН = kДМС.ср, (14.2)
мұндағы kД=1.1…1.3 -динамикалық режімді есептейтін коэффициент.
Егер негізгі жылдамдықтан біраумақты төмен ωМАКС реттеу немесе негізгі жылдамдықтан біраумақты жоғары ωМИН реттеу болса, номиналды жылдамдық ретінде алуға болады.
Осылай табылған МН және ωН мәндеріне қозғалтқышты тізім бойынша таңдауға, оның инерция моментін анықтау, механикалық сипаттамаларын тұрғызуға, қисық өтпелі процестерге және М(t) қозғалтқыштың жүктемелік диаграммасын тұрғызуға болады. Соңғы негізінде таңдалынған қозғалтқыштың қатты қыздыру және артық жүктеу амалы бойынша тексеру жүргізіледі. Артық жүктеу амалы бойынша тексеру, орындау шарттын тексеруге алып келеді.
(14.3)
мұндағы ММАКС– қозғалтқыштың жүктемелік диаграммасындағы максималды момент;
МДОП – қозғалтқыш моментін артық жүктеу бойынша жіберу.
Нормалдық орындаудағы ДПТ және синхронды қозғалтқыштар үшін МДОП = (2 - 2.5) МН, қоректену кернеуін 10% -ке төмендету мүмкіндігін есептегендегі асинхронды қозғалтқыш үшін МДОП=0.8МК. Асинхронды қозғалтқыштар қосымша жіберу моменті бойынша да тексеріледі; нормалды жіберу үшін төмендегі шарт орындалуы керек.
(14.4)
мұндағы МС.МАКС – жетекті жіберуді іске асыру кезіндегі статикалық жүктемелердің максималды моменті;
МП – қозғалтқыштың жіберу моменті.
Қозғалтқыштарды қыздыру және салқындату
Рұқсат берілген (Допуск):
1 Қозғалтқыш барлық нүктелерде шексіз үлкен жылуөткізгіштік және
бірдей температурада болатын біртекті дене ретінде қарастырылады.
2 Сыртқы ортаға жылуберу қоршаған орта және қозғалтқыш
температурасының бірінші дәрежелі айырмашылығына пропорционал;
3 Қозғалтқышты қыздыру процесінде қоршаған орта температурасы өзгермейді;
4 Қозғалтқыш жылусыйымдылығы және оның жылуберу коэффициенті қозғалтқыш температурасына тәуелді емес.
Жылулық баланс теңдеуі
,
(14.5)
яғни қозғалтқыштағы қуат шығыны қозғалтқышта артық алып қалынған жылуға және қоршаған ортаға алынған жылуға таралады.
Әйтпесе:
(14.6)
мұндағы
А – қозғалтқыштың жылуберуі, Дж/с·˚С;
С – қозғалтқыштың жылусыйымдылығы, Дж/˚С;
-
қозғалтқыш температурасын қоршаған орта
температурасынан арттыру, ˚С.
(2) теңдеудің шешімі:
(14.7)
мұндағы
τуст – қозғалтқыш температурасының орныққан арттырылуы, ˚С;
Тн – қозғалтқыш қыздыруының уақыт тұрақтысы, с.
.
(14.8)
14.2 суреттегі қозғалтқыш қыздырылуының 1, 2 қисығы әртүрлі жүктемелі қозғалтқыш қыздырылу процесінің жіберілуін, 3 қисық машина білігіндегі жүктемені үлкейту процесін сипаттайды. ТН сәйкес қисықтарға жүргізілген жанамалар бойынша анықталады.
 |
14.3 суретте жүктеме төмендеу жағдайлары (1 қисық) үшін қозғалтқыштың салқындату қисықтары және әртүрлі жүктемелер (2, 3 қисықтар) кезіндегі қозғалтқыштың тордан өшірілуі келтірілген.
Табылған заңдылықтар қыздыру бойынша қозғалтқыштың типтік жұмыс режімдерін бөлуге мүмкіндік береді.
Қозғалтқыштың (S1) жалғастыру жұмыс режімі – қозғалтқыш температурасы орныққан мәнге ие болғанға дейінгі уақытта өзгермейтін жүктеме кезіндегі қозғалтқыштың жұмыс режімі. Бұл режімге tР >3TН (14.4 суретті қара) шарт сәйкес келеді.
 |
Қысқа уақытты жұмыс режімі (S2) кезінде tР жұмыс уақытында қозғалтқыштың қатты қыздырылуы орныққан өлшемге жетуге үлгермейді, ал үзіліс уақыты t0 кезінде қозғалтқыш қоршаған орта температурасына (14.5 суретті қара) дейін салқындайды. Сонымен қатар tР < 3TН, а t0 >3TН.
Қайталама-қысқа уақытты режім (S3) tР < 3TН, t0 <3TН шарттарына сәйкес келеді, яғни жұмыс уақытында қатты қыздыру τУСТ жетпейді, ал үзіліс уақыты кезінде нөлге тең болмайды (14.6 суретті қара).
 |
Циклдардың жеткілікті ұзақ қайталануы кезінде процесс орнығады, яғни қатты қызу температурасы циклдың басы және соңында бірдей және оның тербелуі орташа деңгей τСР маңайында болады. Қайталама-қысқа уақытты режім ПВ немесе ε қосудың салыстырмалы жалғастырылуымен сипатталады:
; 
. (14.9)
Қайталама-қысқа уақытты режім кезінде ε (ε ≤ 0.6) шектелгендей, цикл уақыты (tЦ ≤10 мин.) да шектеледі
15 Дәріс. Қыздыру бойынша қозғалтқыштарды тексеру. Эквивалентті өлшемдер амалы
Мақсаты: Әртүрлі жүктеме түрлері үшін қозғалтқыш қуатын таңдауды үйрену.
Жалғасу жұмыс режімінде қыздыру бойынша қозғалтқышты тексеру орташа шығын амалымен жүргізілуі мүмкін. Жүктемелік диаграмманың циклдық сипаттамасы және түрі 7-суретте көрсетілгендей болсын делік. Бұндай жағдайда циклдың басында артық алынған жылу саны, циклдың аяғында артық алынған жылу санынан айырмашылығы болмайды, яғни цикл бойынша алынған барлық жылулар қоршаған ортаға кетеді:
,
(15.1)
Цикл бойынша орташа қуат шығыны қызып кету температурасына пропорционал. Номинал режім үшін
.
(15.2)
∆РН – шығынның номинал қуаты, ол мынаған тең
(15.3)
мұндағы РН – қозғалтқыштың номинал қуаты;
ηН – қозғалтқыштың номинал ПӘК-і;
τН = τДОП – қозғалтқыштың қызып кетуінің номиналды температурасы.
(12.1)
және (12.2) салыстыра отырып, орташа шығын амалының
түрленуіне келеміз. Егер цикл бойынша шығынның орташа
қуаты шығынның номиналды қуатынан (∆РСР
≤ ∆РН) асып түспесе, онда қызып
кетудің орташа температурасы мүмкін болатын температурадан (τСР≤τН=τДОП)
аспайды. Тексерудің реті келесідей. Қозғалтқыштың
жүктемесінің әрбір деңгейіне (15.1 суретті қара)
η(М) қисық бойынша ПӘК ηi мәнін
табамыз, қуатын Pi =Miωi есептейміз және шығынын
анықтаймыз.
.
Содан кейін орташа шығынды есептейміз
және (15.3) бойынша анықталған ∆РН -мен салыстырамыз (n=3 мысалында). Егер ∆РСР ≤ ∆РН болса, қозғалтқыш дұрыс таңдалынған. Егер ∆РСР > ∆РН болып қалса, онда қозғалтқыш қызып кететін болады, ал олай болмауы керек. Ал егер ∆РСР << ∆РН болса, қозғалтқыш қатты қыздыру бойынша нашар қолданылған болады. Екі жағдайда да қозғалтқыштың басқа қуатын таңдау керек және жүктемелік диаграммасын тұрғызу керек және де тексеруді қайта жүргізу керек.
Егер есептеу кезінде жүктемелік диаграмма тұрғызу нәтижесінде токтың I(t) екі қисығы болса, эквивалентті ток әдісін қолдана отырып, қозғалтқышты қатты қыздыру арқылы, тексерілуін шығынды есептемей жүргізуге болады.
ЭҚ-дағы шығындарды толығымен жүктеме бойынша анықталатын, жүктемеден тәуелсіз тұрақты шығындардың k қосындысы және айнымалы шығын I2R ретінде қарастыруға болады
.
Тұрақты шығындарға кернеуден, жылдамдықтан және т.б. тәуелді, іс жүзінде жүктемеден тәуелсіз механикалық, вентиляциондық және болаттағы шығындар жатады.
Эквивалентті ток деп жұмыс кезінде электр қозғалтқышта жүктеменің айнымалы сызба кезіндегі орташа шығынға тең шығынын бөліп шығаратын өлшемі бойынша өзгермейтін токты айтамыз, яғни
.
Жалғасу жұмыс режімінде және қозғалтқыш жүктемесінің айнымалы сызбасында бір цикл кезінде шығынның орташа қуаты:
.
Тұрақты және айнымалы құраушылар арқылы сызбаның әрбір бөлігіндегі шығынды өрнектеп және эквивалентті ток арқылы олардың мәндерін орташа шығынға ауыстырып аламыз
.
Жақшаларды ашып және тұрақты және айнымалы шығындарды топтағаннан кейін;
,
бұл жерден жүктеменің айнымалы сызбасы кезіндегі эквивалентті ток шығады
,
Немесе, жалпы жағдайда
.
Осылай есептелген ток таңдалған қозғалтқыштың номиналды тогымен салыстырылады және IЭКВ ≤ IН кезінде қозғалтқыш қатты қыздыру шарттарын қанағаттандырады.
Егер ЭҚ магниттік ағыны циклда тұрақты болса, онда, М = cI ескергенде, өрнек бойынша былайша есептеледі.
Қатты қыздыру бойынша тексеру шарты- МЭКВ ≤ МН .
Қуат сызбасы түрінде берілген жүктемелік диаграмма және тұрақты ағынды және іс жүзінде тұрақты жылдамдықты ЭҚ жұмысы кезінде, эквиваленттілік әдісін қолдануға болады, ол төмендегідей анықталады:
.
Бұл жағдайда қатты қыздыру бойынша тексеру шарты- РЭКВ ≤ РН .
Қайталама-қысқа уақытты жұмыс режімінде (ҚҚР) қатты қыздыру бойынша қозғалтқыштарды тексеру үшін қосудың салыстырмалы жалғастыру (ҚЖ) түсінігі - цикл уақытына қозғалтқыш жұмыс уақытының қосындысының қатынасы қолданылады.
ҚҚР жұміс істеу үшін электр қозғалтқыштың арнайы сериялары қолданылады.
Стандарт болып бес мән қабылданған: 15, 25, 40, 60 және 100%, олар үшін зауыт – дайындаушы номиналды қуатты, тоқты, және т.б. анықтайды және осы өлшемдер тізімдерде де беріледі. Бізге идеалдыға, стандарттыға реалды сызба келтіру керек. Реалды сызбаны жұмысшы токқа Iε берілген ПВ кезінде эквивалентті жұмыс істейтін тоқты стандартты, идеалдыға келтіре отырып, ПВ-ң жақын стандартты мәні кезінде IεC
ПВ-ң стандартты мәніне келтірілген, осы жолмен алынған жұмысшы ток IεC εС-ң бұрынғы мәні бойынша қозғалтқыштың номиналды тогымен салыстырылады ал, егер IεC,≤ IН, онда қозғалтқыш қатты қыздырудың талаптарын қанағаттандырады.
Қысқа уақытты режімде (ҚР) жұмыс істейтін қозғалтқыштар, әдетте жылулық қатыста дұрыс қолданылмаған, сондықтан олардың таңдалуы және тексерілуі артық қабілеттіліктер арқылы жасалады. Егер ЭҚ-ты арнайы арналған жұмыс үшін сериядан таңдаған болсақ, онда реалды жүктемелік диаграмманы есептеуге келтіріп және алынған нәтижелерді берілген есептеу режімдері үшін каталогта көрсетілген нәтижелермен салыстырамыз.
Қолданылған әдебиеттер
Негізгі
1. И.Ф Ильинский. Учебное пособие для ВУЗов М.: «Изд.дом МЭИ» 2007г.
2. С.А.Ковчин, Ю.А.Сабинин. Теория электропривода. Учебник для
вузов. Санкт-Петербург: Энергоатомиздат, 2000г.
3. М.Г. Чиликин, А.С. Сандлер. Общий курс электропривода. Учебник
для вузов М.: Энергоатомиздат, 1986г.
4. В.В. Москаленко. Автоматизированный электропривод. Учебник для вузов М.: Энергоатомиздат, 1986г.
Қосымша
1. М.Г. Чиликин, А.С. Сандлер. Общий курс электропривода. Учебник для вузов М.: Энергоатомиздат, 1986г.
2. Балагуров В.А. Проектирование специальных электрических машин. - М. Высшая школа, 1982. –272с.
3. Азбукин Ю.И., Аврух В.Ю. Модернизация турбогенераторов. - М.: Энергия, 1980.-232 с.
5. И.Ф Ильинский, В.В. Москаленко. Электропривод. Энерго и ресурсосбережение. М.: Изд.центр «Академия» 2008г.