Тәуелсіз қоздырылатын тұрақты ток қозғалтқыштары негізіндегі электр жетегі.

Тә уелсіз қ оздырылатын тұ рақ ты ток қ озғ алтқ ышы (ТТҚ) электр энергиясын механикалық энергияғ а тү рлендіру ү шін қ олданылатын автоматты басқ ару жү йесінің бір бө лігі болады. Машиналардың кері жұ мыс істеу принципі бойынша тә уелсіз қ оздырылатын тұ рақ ты ток қ озғ алтқ ыштары қ озғ алтқ ыштық режиммен бірге тежеу режимдерінде де жұ мыс істей алады. 2.1 - суретте машинаның якорь тізбегін қ оректендіретін тү рлендіргіштің шамалары ескерілген электр қ озғ алтқ ышының орын басу сұ лбасы кө рсетілген. 2.1 - суреттегі белгілеулер: Е_т –тү рлендіргіштің э.қ.к – сі; R_т, L_п – тү рлендіргіштің активті жә не индуктивті кедергілері; E_қ , I_я – қ озғ алтқ ыштың э.қ.к – сі жә не тогы; R_қ , L_қ - қ озғ алтқ ыштың активті кедергісі жә не индуктивтілігі; U_{қ оз} – W_{қ оз} орам саны бар машинаның қ оздыру орамасындағ ы кернеуі; F - машина ағ ыны; R_{қ оз} – қ оздыру орамасының кедергісі; L_s – сейілу индуктивтілігі; I_{қ оз} – қ оздыру тогы; R_к – қ ұ йынды токтар контурының балама кедергісі; M_қ жә не M_с – қ озғ алтқ ыш иін кү ші жә не статикалық кедергілер иін кү ші (2.1.2 - сурет); J – қ озғ алтқ ыштың инерция иін кү ші. Машинаның якорь тізбегі жә не электр жетегінің механикалық бө лігі ү шін тө мендегідей арақ атынасын аламыз

E_т(p)-E_қ (p)=I_я(p)× [R_т+R_қ +(L_т+L_қ )p], (2.1)

M_қ (p)-M_с(p)=J× p× w(p), (2.2)

M_қ (p)=k× F× I_я(p), (2.3)

E_қ (p)=k× F× w(p). (2.4)

K_ря коэффициенті бар якорь реакциясын, сонымен қ атар ағ ын F мен қ оздыру тогы I_{қ оз} шамалары арасындағ ы пропорционалдық коэффициенті бар магниттелу сипаттамасының қ исық сызық тығ ын, I – ші тү йін жә не IK, 2K контурлары ү шін Кирхгоф заң дары негізінде алынғ ан қ оздыру тізбегінің тең деулерін есепке ала отырып, келесі арақ атынасты табамыз

I_м(p)=I_{қ оз}(p)-I_к(p)-K_ря× I_я(p), (2.5)

U_{қ оз}(p)=I_{қ оз}(p)× [R_s+L_s× p]+I_к(p)× R_к , (2.6)

I_к(p)× R_к-W_{қ оз}× p× F(p)=0, (2.7)

F(p)=K_F× I_м(p). (2.8)

(2.5)-(2.8) тең деулеріне тү рлендірулер жү ргізе отырып, аралық айнымалыларды шығ арып тастап, қ оздыру тогы I_{қ оз}(p) жә не ағ ын F(p) ү шін келесі тең деулерді аламыз

, (2.9)

, (2.10)

мұ нда T_{қ т} – қ ұ йынды токтардың уақ ыт тұ рақ тысы;

T_{қ оз} – қ оздыру орамасының балама уақ ыт тұ рақ тысы, T_{қ оз}=T_{қ о}+T_s;

T_s – сейілу ағ ынының уақ ыт тұ рақ тысы;;

T_{қ о} – қ оздыру орамасының уақ ыт тұ рақ тысы;;

(2.1), (2.4), (2.9), (2.10) тең деулері негізінде 2.1 - суретте қ озғ алтқ ыштың қ ұ рылымдық сұ лбасы келтірілген.

Оның электр магниттік уақ ыт тұ рақ тысы T_я келесі формула бойынша анық талады

,

.

2.1 - суретте якорь реакциясы ә серін есептемеген жағ дайда алынғ ан қ озғ алтқ ыштың қ ұ рылымдық сұ лбасы келтірілген. Машина ағ ынын F тұ рақ ты деп есептеп, 2.3 - суретте кө рсетілген қ озғ алтқ ыштың қ ұ рылымдық сұ лбасын аламыз.

Ә сер етуші ә рекетті иін кү ш M_с(p) тү рінде шығ ысына ауыстырып, қ озғ алтқ ыштың электр механикалық уақ ыт тұ рақ тысы T_эм мен қ озғ алтқ ыштың беріліс коэффициентін K_д есепке ала отырып, 2.2 - суретте келтірілген қ озғ алтқ ыштың қ ұ рылымдық сұ лбасын аламыз.

Қ ұ рылымдық сұ лбаны тү рлендіре отырып, басқ ару жә не ә сер ету ә рекеттері бойынша машинаның беріліс функциясын аламыз.

, (2.11)

. (2.12)

Динамикада қ озғ алтқ ыштың қ ұ рылымдық сұ лбасы 2.3-суретте кө рсетілген.

Статикада p=0, иін кү ш M_қ пен қ озғ алтқ ыш тогы I_Я арасындағ ы байланыс (2.3) бойынша, сонымен бірге тү рлендіргіш э.қ.к – сі E_т тұ рақ ты ток желісі кернеуіне тең деп есептеп, 2.5 - суретте келтірілген қ озғ алтқ ыштың статикадағ ы қ ұ рылымдық сұ лбасын аламыз. Қ озғ алтқ ыштың электр механикалық жә не механикалық сипаттамаларының тең деулері мына тү рге келеді

, (2.13)

. (2.14)

Графиктік тү рде қ озғ алтқ ыштардың электр механикалық жә не механикалық сипаттамалары (2.7 - сурет) жазық тық та тө ртінші квадрантта келтіріледі. Электр механикалық жә не механикалық сипаттамалары w=f(I_я), w=f(M) арақ атынасына сә йкес; бұ л жерде w - қ озғ алтқ ыштың айналу жиілігі; I_я – қ озғ алтқ ыштың якорь тогы; М – қ озғ алтқ ыштың иін кү ші.

Қ озғ алтқ ыштың ө зіндік сипаттамасы оның нақ ты кернеумен қ оректеніп, қ алыпты сұ лбасымен қ осылғ анда жә не қ озғ алтқ ыштың якорь тізбегінде қ осымша кедергілер R_{қ ос} болмағ ан кезде алынады.

Тежеу режимдерінде тұ рақ ты ток машинасы генератор ретінде жұ мыс істейді, ал ә ртү рлі тежеудің тү рлері бір-бірінен тек тұ рақ ты ток желісі кернеуі мен якорь кернеуі бағ ытына қ атысты болады. Ү ш тежеу тү рі бар: рекуперативті, динамикалық жә не қ арсы қ осумен тежеу.

(2.13) жә не (2.14) тең деулерінен анық талғ андай, қ озғ алтқ ыштың айналу жылдамдығ ын w басқ ару келесі тә сілдер арқ ылы мү мкін болады:

1) қ озғ алтқ ыштың якорь тізбегіне қ осылғ ан кернеуді U ө згерту;

2) қ озғ алтқ ыштың якорь тізбегіне кедергі R_{қ ос} енгізу;

3) қ озғ алтқ ыштың ағ ынын F_{ә л} мә ніне дейін азайту.

1 аймақ та (2.7 - сурет) қ озғ алтқ ыштың якорь тізбегіне қ осылғ ан кернеуді U ө згерту жә не 2 аймақ та (2.7 - сурет) қ озғ алтқ ыш ағ ынын F_{ә л} (ағ ынды ә лсірету) мә ніне дейін азайту арқ ылы қ озғ алтқ ыштың айналу жылдамдығ ын басқ ару екі аймақ ты реттеу деп аталады. Мұ нда қ алыпты ағ ын F_н тұ рақ ты кезінде якорьдегі кернеуді басқ ару қ озғ алтқ ыштың иін кү ші тұ рақ ты кезінде айналу жылдамдығ ын w реттеуге сә йкес келеді. Қ озғ алтқ ыштың якоріндегі кернеу U тұ рақ ты кезінде қ озғ алтқ ыш ағ ынын F басқ ару қ озғ алтқ ыштың қ уаты тұ рақ ты кезіндегі айналу жылдамдығ ын w реттеуге сә йкес келеді.

Якорге тұ рақ ты кернеу U берілген тә уелсіз қ оздырылатын ТТҚ – ның М принциптік сұ лбасы 2.8 - суретте кө рсетілген. Қ оздыру орамасы LM арқ ылы машинаның М ағ ыны Ф пайда болады. Машинаның якоріндегі кернеу U полюстерін ө згертумен (айналу бағ ытын ө згерту) қ озғ алтқ ышты кері айналдыру іс жү зінде қ олданыс тапты. Кері айналдыру кезінде қ озғ алтқ ыштың электр механикалық тең деуі тө мендегідей болады:

. (2.15)

2.9 - суретте қ озғ алтқ ышты кері айналдыру сұ лбасы кө рсетілген. S₁-S₂ кілттері ретінде тү йіспелі, сонымен бірге тү йіспесіз элементтерді қ олдануғ а болады. S₁ кілті тү йіскен кезде I_Я якорь тогы +, S1, М, S1, - тізбегі бойынша ағ ады, сол кезде якорге +, - таң баларымен белгіленген кернеу U қ осылады. S₂ кілті тү йіскен кезде I_я якорь тогы +, S2, M, S2, - тізбегі бойымен ағ ады, бұ л кезде якорге шең бермен белгіленген + жә не – таң балы кернеу U қ осылады.

Рекуперативті тежеу режимінде қ озғ алтқ ыштың қ арсы э.қ.к – сі тұ рақ ты ток желісі кернеуінен U ү лкен болады жә не рекуперативті тежеу режиміндегі электр механикалық сипаттамасының тең деуі тө мендегідей болады

. (2.1.16)

Қ арсы қ осу режимінде қ озғ алтқ ыштың қ арсы э.қ.к – сі желі кернеуімен U бірге қ озғ алтқ ыштың якорь тізбегін қ оректендіреді. Тұ рақ ты ток желісімен U тізбектеле қ озғ алтқ ыш генератор ретінде жұ мыс істейді жә не барлық энергия жылу тү рінде қ озғ алтқ ыштың якорь тізбегінде бө лінеді. Бұ л режимде қ озғ алтқ ыш ө зінің иін кү шіне қ арама-қ арсы бағ ытта айналады. Қ арсы қ осу режиміндегі қ озғ алтқ ыштың электр механикалық сипаттамасының тең деуін аламыз

. (2.1.17)

Динамикалық режимде қ озғ алтқ ыш якорі желіден ажыратылғ ан (U=0) жә не тежеу кедергісіне тұ йық талғ ан. Динамикалық тежеу режиміндегі электр механикалық сипаттаманың тең деуі

. (2.1.18)

2.10 - суретте қ озғ алтқ ышты динамикалық тежеу сұ лбасы кө рсетілген.

Қ озғ алтқ ыштың электр механикалық жә не механикалық сипаттамасының ең істігі қ ателік шамасымен бағ аланады

, (2.19)

мұ нда Dw_с - (2.13) - (2.14) тең деулерінен анық талатын қ озғ алтқ ыш М жылдамдығ ының статикалық тө мендеуі

(2.20)

Қ озғ алтқ ыштың іске қ осу тогының секіруін шектеу қ озғ алтқ ыштың якорь тізбегіндегі шамасын якорь тогы, қ озғ алтқ ыш жылдамдығ ы немесе уақ ыт функцияларының бірімен реттеп ө згерту жолымен іске асырылады. Машинаны іске қ осу диаграммасы дұ рыс тұ рғ ызылғ ан кезде кедергілерді қ осу максималды жә не минималды мү мкін якорь токтарының шамаларында орындалады. Максималды мү мкін якорь тогы шамасы l_I× I_н мә ніне, ал минималды мү мкін шама (1, 05¸ 1, 1)× I_н мә ніне сә йкес болады, мұ нда: I_н – қ озғ алтқ ыш якорь тогының нақ ты мә ні; ₁ – қ озғ алтқ ыштың ток бойынша аса жү ктеу коэффициенті.

Қ озғ алтқ ыштың басқ ару W_б(p) жә не ә сер ету ә рекеті W_ә (p) бойынша беріліс функцияларын (2.11 - 2.12) тең деулері арқ ылы талдау сипаттамалық тең деу тү бірлерінің тү ріне байланысты қ озғ алтқ ыш тербелмелі, екі апериодты, апериодты бө ліктердің бірі болып берілуі мү мкін. Бұ л кезде басқ ару бойынша ө тпелі процестер w=f(t) ә ртү рлі сипат алады:

а) комплексті тү бірлер кезінде – тербелмелі ө тпелі процесс;

б) жай тү бірлер кезінде – иілу нү ктесі анық кө рінген екі экспонента тү ріндегі ө тпелі процесс;

в) қ озғ алтқ ыштардың уақ ыт тұ рақ тыларының арасындағ ы айырмашылығ ы T_эм> > T_я кезінде – экспонентті ө тпелі процесс.

Тә уелсіз қ оздырылатын ТТҚ – ның жақ сы реттеу қ асиеттері бар. Соң ғ ы уақ ытта пайда болғ ан микропроцессорлық басқ аруы бар жиіліктік электр жетектері кө мегімен асинхронды қ ысқ а тұ йық талғ ан машинаны ТТҚ – ның орнына қ олдануғ а мү мкіндік алды.