Күштік каналдың энергетикалық әсері элементтік типтік сипаттамасы.

Жұ мыстың ә сері тү рлі тү рлендіруші қ ұ рылғ ығ а қ арағ анда қ ажеттілігі – бір жұ мысты сол жұ мыс арқ ылы техникалық есепті ә ртү рлі механикалық конструкцияарқ ылы шешу мү мкіндігі пайда болады.Осы жалпы қ ажетті энергетикалық бағ асын, механикалық мә ндерін мамандар ө зара шешімдері арқ ылы анық тап жақ сы шешімге келіп отырды. Тұ тынушының да эффекті сапалы бағ асы, энергияны тү рлендіруші қ ұ рылғ ығ а қ ызығ ушылығ ы болды. Механикалық жұ мысшы қ арапайым функцияны орындағ анда бір бағ ыттық берілісімен тү рлендіруші энергиясы қ азіргі кезде кең кө лемде қ олданылады. ПӘ К сияқ ты. Жалпы ПӘ К қ ажетті жұ мыс ретінде анық талады, кірмелік қ ұ рылғ ысы жұ мсалғ ан энергия кірмелік қ ұ рылғ ысына:

(4.2)

Егер жұ мыс қ ұ рылғ ысы уақ ыт периодымен бағ аланса, яғ ни кірмелік жә не шық палық қ уаты тұ рақ ты, ПӘ К белгісі былай болады:

(4.3)

Келесі (4.2) жә не (4.3), жұ мсалғ ан энергияның бағ асына байланысты, энергияны қ ұ райтын қ ажетті шығ ындар арқ ылы ажыратамыз.

Жалпы жағ дайда энергия тұ рақ ты жә не ауыспалы қ уат шығ ындарынан қ ұ ралады. Бірінші тә жірибе жү ктемеден тә уелсіз (қ ажетті қ уат), екінші жалпы жағ дайда пропорционалдық қ уат қ ажеттігімен k> 1. Осының қ атынасынан (4.3) келесімен ауыстыруғ а болады:

,

a, b жә не k − коэф фициенттері, керекті қ уат шығ ыны тә уелділігімен анық талалын қ уат қ ажеттігі.

Қ арапайым зоналық белгісі, диапозондық жұ мысшылар қ ұ рылғ ысы режимі осы арақ ашық тық та Р_тол = 0 ÷ Р_н, 4.3-суретте кө рсетілгендей болады. Номиналды жү ктеме белгісі (қ уаты) кө бінесе осы жерден таң далынады, η > η _мах. Осы бойынша, яғ ни барлық жұ мыс қ ұ рылғ ылары ауыспалы уақ ыт жү ктемесі режимінде тү сіндіріледі. Бұ дан басқ а, жү ктеменің дә л бағ асы, конструкторлық машиналарды қ арастырып есептік белгісін анық таймыз. Бұ л бізге фактілік жү ктеменің j қ ұ рылғ ы жиі кіші номиналды қ абылдамайтынын кө рсетеді. Егер осылардың ара қ атынасы η _мах жә не 4.3-суретте кө рсетілгендей, онда орташада да η белгісі жоғ арыда болады, фактілік жү ктеменің саны кө рсетілген учеттік мә ніне тең η _мах.

Жү ктеменің ауыспалы сипаттамалық циклі 1ц белгісі керекті жұ мыс режимін (4.2)

арқ ылы мына тү рде анық тауғ а болады

«Жақ сы» жә не «жаман» тү сініктерінің бекітілген физикалық шегі жоқ, бірақ ең бастысы, берілген жағ дайда электрө ткізгіштің энергетикалық канал қ ұ рылғ ысының қ амтулы бағ алауды кө рсетеді.

Энергетикалық каналдың функционалдандырылу тиімділігін дұ рыс бағ алауғ а кө птеген жауапты - техникалық, экономикалық, ұ йымдастыру, коньюктурлі шешімдер тә уелді. Осындай қ амтылғ ан бағ алау ү шін критерилерді қ ұ растыруғ а тура келеді. Жә не сол конструкция қ аншалық ты сә тті болса, қ аншалық ты «бұ ның жақ сы» екенін, ал қ аншалық ты «БҰ НЫҢ ЖАМАН» екендігін соншалық ты сеніммен айтуғ а болады.

Энергия тү рленуінің энергетикалық тиімділігін бағ алағ анда тү рленген (қ олданғ анын тиімді) жә не шығ ындалғ ан энергия мө лшерін қ ою қ абылданғ ан. Тиімділік кө рсеткіштерінің дә стү рлі «конструкциясы» жә не оларғ а қ ысқ аша сипаттама берілген. Дегенмен электрмеханикалық жү йелерге қ олданғ анда орнатылғ ан жә не беріліс ә лпілерінің барлық кө птү рлілігінде электржетек кү штік каналының жұ мыс тиімділігін сандық нақ ты, физикалық бірмә нді бағ алауғ а мү мкіндік беретін ә мбебап жә не барынша икемді критерилер қ ажет етіледі.

Осығ ан кө зің із жету ү шін, бағ алау критерилерін (4.2) - (4.4) тү рде қ олданып, келесі сұ рақ тарғ а жауап беруге тырысып керек.

ПӘ К дә стү рлі формада қ олданғ анда қ иындық тар туындайды. Мысалы, нақ ты бір жағ дайда пайдалы жұ мыс ретінде нені қ абылдағ ан дұ рыстығ ы белгісіз, электрлік жә не механикалық энергиялар электржетекпен қ олданылғ ан жағ дайда тиімділікті қ алай бағ алау керектігі анық емес. Осы ә лпілерге сандық сипаттама беру мү мкіндігінде оларды ә р жағ дайда жеке, бағ алау қ амтылуын жә не бірмә нділігін жоғ алтумен, бейімдеуге тура келеді.

4.6-сурет. ПӘ К жү кті тү сіру ә лпінде (а); лифт кабинасын кө терген кезде (6) бағ алауғ а болатын кездегі тү рлері.

Бұ л кемшіліктерді дә стү рлі ПӘ К кең ейтілген трактовкасын енгізумен жоюғ а болады. Ол ү шін қ айтадан бірізді қ осылғ ан элементтер тү рінде кү штік каналды қ арастырайық 4.7-сурет жә не кейбір қ арапайым тү сініктерді атап ө тейік.

Технологиялық объектке қ атысы бойынша электржетектің кү штік каналы кө мегімен жұ мысшы органмен орындалатын пайдалы механикалық жұ мыс белгілі бір физикалық объектпен (технологиялық объектпен) – жү кпен, бұ йыммен, сұ йық немесе газ тә різді ортамен жә не т.б. байланысты. Егер қ озғ алысқ а келтірілген механизммен орындалатын белгілі бір технологиялық процестен ауытқ ысақ, онда электржетекпен жү зеге асырылатын пайдалы механикалық жұ мыстың келесі процестермен байланысатындығ ын айта аламыз:

—Технологиялық объекттің потенциалдық энергиясының ө згеруімен;

—Объекттің ішкі энериясының ө згеруімен;

—Объекттің геометриялық ө лшемдерінің ө згеруімен.

Механикалық қ озғ алыс кө мегімен жү зеге асырылатын бү тін физикалық процесс нақ тылығ ы жұ мыс мө лшерінің (энергияның) оның орындалуында қ ажетті нақ тылығ ын да анық тайды. Пайдалы жұ мысты орындау технологиясы (тә сілі) кез келген уақ ыт моментіндегі жұ мысшы орган мен технологиялық объкт арасындағ ы механикалық энергия ағ ымының бағ ыты мен қ уат дең гейін анық тайды.

Пайдалы жұ мыс тү сінігін дұ рыс қ абылдау – кез келген қ ұ рылғ ының энергетикалық тиімділігін бағ алаудағ ы басты сұ рақ болып келеді. Оның бірнеше реттік трактовкасы тікелей сандық нә тижеге ә келуі мү мкін, ал бұ л бізге қ олайсыз. Сондық тан бұ л тү сінікті нақ ты мысалда қ арастырайық.

Қ ұ рылыс мұ нарасы кранының операциясы жү кті G нү ктесінен d нү ктесіне орын ауыстыруды қ арастырады дерлік (4.8- сурет). Пайдалы жұ мыс жү ктің потенциалдық энергиясына бағ ытталғ ан жә не кү штік канал элементтерімен, соғ ан кө теру механизмнің ө зін қ оса (жұ кшығ ыр, ілмек, арқ ан). Жү ктің aed ығ ысу траекториясы мү мкін деп қ арастырайық. Сонда кө теру механизмі ү шін пайдалы жұ мыс потенциалдық энергияның W_ad = Gae қ ажетті ө згерісімен анық талады. Жү кқ арпығ ыш айла бұ йымдардың сол траекториямен ығ ысуы бойынша жұ мысты пайдалылар қ атарына жатқ ызуғ а болмайды, себебі пайдалы жұ мыс технологиялық объектке қ атысы бойынша орындалып жатыр.

4.8-сурет. Пайдалы жұ мыс орындаудағ ы тү рлі технологиялық траекториялар мысалы.

Кө лденең орын ауыстыру жетегімен орындалатын ed ығ ысуы энергия берілісін (шығ ынын) талап етпейді, себебі дұ рысында ауырлық жә не ү йкеліс кү шіне қ арсы жұ мыс орындалмайды (ауа кедергісін ә рине ескереміз) жә не W_ed=0.

Осылай, кө терудің берілген технологиясында жетек пайдалы технологиялық жұ мыс орындады.

Басты жағ дайғ а назар аударайық. Осы участокта ауырлық кү шінің потенциалдық ө рісіне қ атысы бойынша физикалық жұ мыс аздау жә не W_физ = G_ае тең. Бұ нымен технологиялық пайдалы жұ мыс ә рдайым физикалық пайдалы жұ мыспен сә йкес келе бермейтіндігі кө рініс табады.

Егер вертикаль жә не кө лденең ығ ысу жылдамдық тарын шартты бірдей деп қ абылдасақ, онда жү ктерді бірінші нұ сқ а бойынша ығ ысуы кө теру механизмінің пайдалы жұ мыс қ ұ рамына келесі екі тепе-тең қ ұ раушыларды енгізген дұ рыс:

Осылай, еd немесе be соң ғ ы уақ ытта ығ ысуын орындау қ ажеттілігінде (4.6) белгіленумен анық талатын, осы жү к ығ ысуларында кинетикалық энергияны ескерумен пайдалы жұ мысты орындауғ а тура келеді.

4.9-сурет. Тә уелсіз қ озуда тұ рақ ты токты қ озғ алтқ ыш 11 бағ алауғ а ішкі тізбектің электрлік схемасы; б) 4.5.б-суретке сә йкес келетін схема.

Тиімділік критерилерін (4.8) қ олдануды оны тә уелсіз қ озу тұ рақ ты тогты статикалық ә лпілер ү шін анық тау қ арапайым мысалында қ арастырайық. (1.9а- сурет).

Осы жағ дайда электротехника мен электрлік машиналар курсы мә ліметтеріне жү гінумен, қ ажетті қ ұ раушылардың анық тау мү мкіндігін аламыз. Тиімділік эффектілірін қ олданудың негізгі ерекшеліктерін анық тау ү шін якорлық тізбедегі энергияның жылулық сейілуімен жә не қ оздыру тізбесімен анық талатын қ озғ алтқ ыштардағ ы шығ ындарды ескеруге қ ажет. Кірістегі қ озғ алтқ ыштың электрлік қ уаты, 4.9-суретте блокпен кө рсетілген, туындымен и_я1_я — Р_э, механикалық — М механикалық координаттардың туындысымен анық талады.

Қ озғ алтқ ыш якорлық тізбесі статикалық ә лпісі ү шін қ уаттар балансы келесі тең дікпен анық талатындығ ын еске тү сіреміз

(4.11)

мұ ндағ ы — кө зден (кө зге) тұ тынылатын (берілетін) энергия ағ ынының қ уаты; M — роторғ а берілетін (ротормен қ абылданатын) энергия ағ ынының қ уаты; — якорьлық тізбедегі шығ ындар.

Қ озу тізбесі бойынша тұ тынылатын энергия энергияны тү рлендіру процесіне қ атыспайдығ ол тек машинаның магниттік ағ ынын қ олдау ү шін қ ажет, бұ л берілген қ озу тогының ағ уымен қ амтамасыз етіледі.

(4.11) тең деуінен алатынымыз, қ озғ алтқ ыш жылдамдығ ы мен моменті арасындағ ы байланыс тә уелділікпен анық таймыз:

, (4.12)

Немесе ескерсек,

(4.13)

мұ ндағ ы — Ф берілген магниттік тогында электромагниттік момент пен якорь тогының арасындағ ы пропорционалдық коэффициенті.

= const болғ анда ә лпілерді қ арастырғ анда, (4.13) келесі тү рде жазамыз

, (4.14)

мұ ндағ ы — идеал шыбық ты жү рістің бқ рыштық жылдамдығ ы(М=0 болғ анда); — М электромагниттік моменттің жылдамдық ө згеруімен ө згерісін сипаттайтын механикалық сипаттама қ атаң дығ ы.

4.10 -сурет. ІIэ жә не Им коэффициенттерін бағ алау мысалына қ озғ алтқ ыштың жұ мыс ә лпісі мен механикалық сипаттамасы

(4.14) белгісі қ озғ алтқ ыштың механикалық сипаттамасын ω ₀=0 сә йкес келетін момент, яғ ни «қ ысқ а тұ йық талу» моменті,

болғ андық тан.

(4.8) тең деуін ескерумен тиімділік коэффициенттерін, (4.7-сурет) бірінші жағ дайда машинаның электрлік шығ ысындағ ы энергия ретінде қ абылдап, жазайық:

Екіншісінде — механикалық шығ ыстағ ы энергия ретінде:

Н мә нін статикалық ә лпілер ү шін бағ алап, (1-8) энергия орнына сә йкес қ уатты қ ояйық. Осы қ уатта якорьдегі шығ ындарды келесі тү рде жазу қ иын емес

Басында тек якорь шығ ындарын ескерейік, сонда электрлік жә не механикалық кірістерге қ атысты сә йкесінше аламыз:

(4.15)

(4.16)

(4.15) жә не (4.16) сә йкес Н_Э() жә не H_М() тә уелділіктері, 4.11- сурет с, б кө рсетілген. Н_Э коэффициентімен қ озғ алтқ ыштың энергияны тұ тынушы ретінде тиімділігі бағ аланады, ал Н_Э коэффциентімен – энергия тү рлендірушісі ретінде болады. Суретте кө рініп тұ рғ андай, бұ л сипаттамалар санды ә ртү рлі. Олардың 4.10 -суретінде кө рсетілген сә йкес қ озғ алтқ ыш ә лпілері ү шін ө згерістерін талдайық (ә лпілер 4.1 кестесінде кө рсетілген болатын).

4.11- сурет. Н коэффициент мә ндерінің графиктері:

а — Н_Э тиімділік коэффициентінің; б — Н тиімділік коэффициентінің,

Қ абылданғ ан шарттарда, яғ ни болғ анда бос жү ріс ә лпінде (), себебі шығ ындар нө лге тең. Рекуперативті ә лпіде () екі кө рсеткіш те тө мендейді, соғ ан қ оса Н_э желіге қ атысы бойынша машина тиімділігі Н_м қ арағ анда тезірек қ ұ лайды. Қ озғ алтқ ыш ә лпісінде () Н_э жә не Н_М мә ндері тө мендейді, бірақ Н_м ш=0 кезінде Н_М=0 мә нін қ абылдап, тезірек қ ұ лайды. =0 болғ анда Н_Э=0, 5 жә не < 0 болғ анда тө мендей бастайды.

< 0 болғ анда Н_м=0, 5 мә ніне қ айта тырысып Н_м мә ні ө седі. Кері қ осқ ан кезде (; > 0), Н_Э кө рсеткіші нө лге тырысады, ал Н_м — 0, 5 мә нге тең болады. 4.10-суретіне қ осымша ретінде штрих сызық пен қ озғ алтқ ыштың динамикалық тежеу ә лпіндегі сипаттамасы кө рсетілген. Бұ л ә лпі ү шін, ә рине, Н_Э =O (қ озғ алтқ ыш жү йесімен байланысты емес), ал ә рдайым болғ андық тан Н_М=0, 5.

Техникалық жү йеде шекті тиімділік коэффициентін анық тау ү шін келесідей жорамалдауғ а болады. Электржетек мә селесі болып W_тол пайдалы механикалық жұ мысты орындау болса, осығ ан қ оса қ ажет ө німділік Т уақ ытымен анық талады.

Н ең ү лкен мә ніне энергияның ең аз шығ ындары сә йкес келуі керек:

Кү штік канал элементтерінде энергия шығ ындары бірліктен жоғ ары дә режеде энергия ағ ынының қ уатына пропорционал. Сондық тан ең аз шығ ынмен процеске const жә не W_тол/Т=Р_тол=const болатындай қ уат графигі сә йкес келеді. Сондық тан Н_э р тиімділік коэффициентінің шекті мә ні болып табылады. Берілген параметрлермен электржетек жү йесі ү шін қ ойылғ ан жұ мыстың орындалуына сә йкес const жә не const мә ндеріндегі ең аз теориялық мү мкін шығ ындардағ ы оның мә ні болып келеді. Мысалы, «жұ мысшы орган – технологиялық объект» қ имасы ү шін

Н_пр< 1 мә ні бұ л сұ лба ү шін тиімділік шегі болып табылады. Ол Н (шекке жақ ындығ ын) нақ ты мә ніне жә не осы кө рсеткіштің ө згерісімен объективті салыстырмалы бағ а бере алады. Мысалы, Н жеткен дең гейдің Н* салыстырмалы мә ні Н_пр қ атысты анық талады:

Ал ө згерістің салмақ тық мә ні

Мұ ндағ ы Н — тиімділік кө рсеткіштерінің ө згерісі.

4.3. Энергия шығ ынының электржетекте электрмен қ амдауды қ ыздыру шарты бойынша электрқ озғ алтқ ыштарды таң дау.

Энергожү йенің белгілі бір жү йесін жә не есептерін бө лшектеп қ арастыруғ а ө тпестен бұ рын жалпы позициядан ө зін белгілі бір жағ дайлармен байланыстырмай келесі сұ рақ қ а жауап береміз: қ азіргі инженерлі тә жірибеде электржетекте жә не технологиялық сферада электржетек қ ұ ралдарымен негізгі электрмен қ амдау жолдары қ андай?

Бірінші жол қ ысқ а тұ йық талғ ан асинхронды қ озғ алтқ ышпен қ арапайым жә не ең кө п басқ арылмайтын электржетекке жатады жә не белгілі бір қ ондырғ ылар ү шін қ озғ алтқ ыштарды таң дау процедурасын жетілдіруден тұ рады. Мұ нда есептің тү рі анық: тө мендетілген қ уатты қ озғ алтқ ыш тез бұ зылады, яғ ни қ озғ алтқ ыштың ө зінде жоғ арғ ы салыстырмалы шығ ынмен, ал жоғ арлатылғ ан қ уатты қ озғ алтқ ыш энергияны тиімсіз тү рлендіреді. Сонымен бірге есепті шешу ә ркезде элементарлы емес, қ ателіктер жиі болады, себебі мұ ндай қ арапайым электржетектердің саны миллиондармен есептеледі жә не шығ ын кө п болуы мү мкін. Қ арапайым оқ ыс жағ адайларда, жү ктеме ө згермеген кезде қ ателіктер тек қ ана дайындаушылардың тө менгі классификациясынан туындауы мү мкін. Ал сипатты жағ дайда, жү ктеме қ атты жә не іркезде анық ө згермеген кезде теориялық тү рғ ыдан қ иын мә селелер туындайды. Электржетектің классикалық теориясында берілетін қ озғ алтқ ышты таң дау ә дістері белгілі бір режимдердің қ ызуы бойынша кейбір баламаларды анық тауғ а жә не оларды алдын ала таң далғ ан қ озғ алтқ ыштың лайық номинал кө лемдерімен салыстыруғ а негізделген. Бұ л ә дістер балама режимдердің типтілігін ескермейді, энергетикалық кө рсеткішткрдің ө згеруі жә не ә ртү рлі жағ дайларда оқ шауламаның қ ызмет уақ ыты туралы анық тама бермейді, яғ ни балама жә не номинал кө лемдер арасындағ ы фактілі мә н жә не ерекшеліктер туралы. Бұ ның барлығ ы процедуралық қ иындық пен, алғ ашқ ы ақ параттың, паспортты жә не каталогты деректердің жетіспеушілігімен қ иындатылады. Осығ ан байланысты олар есепті шешуге бірінші жақ ындау ретінде ғ ана қ арастырылуы мү мкін. Осында тіпті бірінші жақ ындау да тә жірибеде тиімді болуы мү мкін себебі анық қ ателіктерді шығ аруғ а мү мкіндік беретіндігі анық. Техникалық ә дебиеттерде мынадай ұ сыныс жиі кездеседі: егер қ озғ алтқ ыш 50% ғ а кем тиелсе, онда оны міндетті тү рде ө згерту керек, егер 50-70% болса, онда қ осымша бағ алаулар керек.

Массалы реттелмейтін электржетектің ү немділігін жоғ арылатудың екінші ә дісі энергожинақ таушы қ озғ алтқ ыштарғ а ө ту, оларда активті материалдардың массасы ө су есебінде номиналды мә ндері жоғ арылатылғ ан. Аталғ ан мү мкіндік кең інен қ олданылады, мысалы соң ғ ы жылдары АҚ Ш та қ озғ алтқ ыш тұ рақ ты жү ктемемен жұ мыс жасағ ан кезде ә сер береді жә не дұ рыс таң далғ ан. Энегожинақ таушы қ озғ алқ ыштарды жасаудың жә не қ олднудың мақ саттылығ ы бұ л жетектерде қ осымша шығ ындарды жан жақ ты ескерумен бағ алануы керек, себебі бірнеше пайыздан кө п емес номиналды жә не cos ды жоғ арлатуғ а темір массасын 30-35% ғ а, мысты 20-25% ғ а, алюминииді 10-15%ғ а жоғ арылату арқ ылы қ ол жетеді. номинал қ уаттан бағ ытталғ ан тә уелділіктері қ арапайым ө ндң рң стң к жә не энергожинақ таушы қ озғ алтқ ыштар ү шін 4.13 -суретте келтірілген.

Ү шінші жол реттелмейтін электржетекте энергетикалық кө рсеткіштерге зиянды ісерді тө мендетуді қ амтамасыз ететін арнаый қ осымша техникалық қ ұ ралдарды жасау. Бұ л мү мкіндік соң ғ ы жылдары СССР де жә не шетелде пайда болды жә не кең інен таралуда. Бұ л техникалық қ ұ ралдар желі жә не ө озғ алтқ ыш статоры арасында қ осылатын электр энергиясын арнайы реттегіштері, энергожинақ тау функциясынан басқ а маң ызды емес функцмяларды да орындайды, кейде жылдамдық жә не момоентті реттейді, қ орғ анысты іске асырады жә не т. б. Қ олданудың кө п функциялығ ын ескере отырып, кейіннен бө лшектеп қ аралатын мұ ндай шешім айнымалы жү ктемесі бар жектекпен экономикалық мақ сатты болады.

2 3 4 5 7 10 20 30 40 70 100 220 Р_ш

4.13-сурет. Гоулд (АҚ Ш) фирмасының асмнхронды қ озғ алтқ ышының қ исық ПӘ К жә не cos .

Желі жә не қ озғ алтқ ыш статорының арасында қ андай да бір жартылай ө ткізгішті қ ондырғ ыны қ осу қ озғ алтқ ыштва жә не желіде кернеудің тозуына ә кеп соғ ады. Осылай жаң а мә селе туындайды желінің жә не тораптың электромагнитті ү йлесімділігі. Энергожинақ таушы қ ондырғ ылардың осындай тү рін бір бірден қ олдану кезінде ол ең алдымен қ озғ алтқ ышқ а қ атысады, бірақ оларды жалпы қ олдану кезінде сыртқ ы ә серлерді де ескеру қ ажет. Бұ л мә селе экологиялық мә селені еске тү сіреді адам жасағ ан нысаналардың дамуы қ оршағ ан ортағ а ә сер етеді.

Тө ртінші жол реттелмейтін электржетектен реттелетінге ө ту. Қ ондырғ ының техникалық дең гейінің жоғ арылауы мен шартталатын бұ л объективті ү рдіс электрлі есептерді рационалды шешуге мү мкіндік береді. Энергожинақ таудың бұ л жолын болшектеп қ арастырудан бұ рын тек негізгі ү ш жағ дайларды ғ ана қ арастырамыз.

Біріншіден, реттелетін электржетегіне ө ту кезінде энергияны ү немдеу ө зіндік жетек арқ ылы орындалады, ал сол ү рдіс арқ ылы ү немдеу кейде электржетектің ө зі тұ танғ аннан ә лдеқ айда болады. Осылай, транспортердің ө згермеген жылдамдығ ынан икемді басқ арылуына ө ткен кезде термиялық ү рдісті тиімділеуге болады, атап айтқ анда энергетикалық критерий бойынша анық тайды. Баяу траспорттау ү рдістерінің қ уаты жә не закалкалар бірнеше қ атарғ а ерекшеленетіні анық.

Екіншіден, тиімді энергетикалық жә не басқ а ә серлерді алу ү шін реттеу сапасына шектелген талаптар кезінде электржетектің ө те ү лкен шектерінде координаттардың ө згеруі қ ажет. Осылай ғ имаратқ а ыстық су беретін сорғ ыштың жылдамдығ ы аз ғ ана ө згеруі қ ымбат, ыстық суды айтарлық тай ү немдеуге мү мкіндік береді.

Жә не ү шіншіден, белгілі бір есептердің спецификациясы мынадай, қ андай да бір ә мбебап шешімдер жоқ жә не инженерге ә р бір жағ дайда мү мкіндіктердің ү лкен кө лемінен біреуін ең жақ сысын таң дауғ а тура келеді. Сонымен қ атар, сериялы тү рде, комплектті жә не аталғ ан ауыстыру ү шін жарамды электржетектердің жиынтығ ы шектеулі.

Реттелетін электржетекке жататын бесінші бө лім басқ а энергетикалық критерилермен бірге оның сапасын бағ алауды ескеру. Бұ л жол қ азір айтарлық тай мә нге ие болуда, себебі реттелуші электржетек экзотикалық болуды қ ойды жә не энергетикалық баланста белгілі рө л атқ аруда. Мұ нда, кейіннен кө рсетілетіндей, қ алыпты шешімдерді жақ сартуда жетілген, энергетикалық тұ рғ ыда тиімділерді таң дау.

Нә тижесінде энергия шығ ыны электржетектің элементтерінде жылудың бө лінуімен, олардың қ ызуымен жә не осы шығ ындардың бір бө лігінің қ оршағ ан ортағ а берілумен байланысты. Электржетектің кү штік каналының барлық элементтері температуралы режимге критикалық қ арайды. Бө лінетін жылу температураны жоғ арылатып, яғ ни оқ шаулағ ыш материалдарының тозу қ арқ ыны; жылулық кең еюден конструкциялы материалдардың орнық тылығ ына ә сер ететін қ осымша механикалық кернеулер туындайды. Сондық тан кү штік каналдың элементтерін қ ыздыру ү рдісі энергияның тү рлену ү рдісіне шектеуді қ ояды жә не электржетектердің энергетикалық режимдердің анализіне тығ ыз байланысты. Кейіннен қ ызудың оқ шаулағ ыш материалдардың жұ мысқ а қ абілеттілігіне ә серіне жә не критерилерге ғ ана тоқ таймыз.

Егер оқ шаулау қ ызметінің уақ ыты берілгеннен аз болмаса, жалпы жағ дайда кү штік каналдардың элементтерінде жылу бө ліну режимі, яғ ни электржетектің энергетикалық режимі де рұ қ сат етіледі, Сонымен қ атар, оқ шауламаның шекті рұ қ сат етілгеннен мә ннен жоғ ары қ ысқ ы уақ ытты жергілікті қ ызу туындамау керек, ол кезде оқ шаулама лезде ө з қ асиеттерінен айрылады. Сондық тан да энергияны электромеханикалық тү рлендіру ү рдісінде шығ ындардың бө лінуінің рұ қ сат етілген сипатына екінші ретті шектеу қ ойылады.

Кү штік каналының элементтерінде энергия шығ ынының олардың қ ызу температурасымен жә не оқ шауламаның тозу жылдамдығ ымен қ арапайым байланысы орнатылады. Бұ л жағ дайда АР_Т қ уаттары тұ рақ ты жә не элементтің қ ызуының ө тпелі ү рдісінен кейін тұ рақ ты температура тең

, (4.17)

мұ ндағ ы - қ оршағ ан орта температурасы; - зертелетін элементтің температурасының қ оршағ ан орта температурасынан кө п болуы.

кө лемі жылулық шығ ындар қ уатына пропорционал жә не жылу беріге кері пропорционал:

(4.20) ө рнектен жылу бө ліну режимінің шартын анық тау ү шін ДР_Т тә уелділігінің арасында жә не температураның екң параметрлері арасында байланыс орнату керек оның орташа мә німен жә не орташа квадрат мә німен.

Осы байланыстарды орнатуды айтарлық тай жең ілдететін мысалды қ олданамыз, ол нә тижесінде есепті шешуге жә не одан да қ тын жағ дайда кө мектеспеді. Оқ шауламаның қ ызуын анық тайтын шығ ын графикгі келесі тү рге ие болады деп есептейік

4.16- сурет.

мұ ндағ ы шығ ындардың орташа мә ні-шығ ынның орташа мә ннен ауытқ у амплитудасы жиілік; Т- период.

4.17-сурет. Элементтің жылулық моделінің қ ұ рылымы.

Енді есеп 4.17-суретте кө рсетілгендей. Р_{т орт} жә не Р_Т шығ ындарының орташа қ ұ раушыларының қ ызу температурасы арасында байланыс орнату қ ажет, сонымен қ атар шығ ын амплитудасы жә не температура амплитудасында. Орташа мә ндер жә не айнымалы қ ұ раушылар амплитудалары арасындағ ы байланысты кө рсетіп, қ озғ алтқ ышты қ ыздыру нысанасы ретінде қ арапайым сипаттауды қ абылдаймыз.

Осындай модельге сай қ озғ алтқ ышты жылулық қ атынаста бірінші ретті сызық ты инерциялы тү йін деп қ арастырамыз. Осы тү йін модельдің кірісінде жылу бө ліну қ уаты ДРт, шығ ысында- қ ызу температурасы т. Р_т жә не Р_орт суммасы қ озғ алтқ ыштың жұ мысшы температурасын анық тайды. Сызық ты инерциялы тү йін ү шін белгілі кірістік жә не шығ ыстық сигналдар арасындағ ы байланысты ескере отырып, синусоидалы сигналдың белгілі жиілігі кезінде келесіні табуғ а болады:

(4.24)

мұ ндағ ы - синусоидалы қ ұ раушының амплитудасы;

Р_-Т- шығ ындардың айнымалы қ ұ райшысының амплитудасы;

А- жылу беру;

Сай келетін беру коэффициенті; Т_н- С/А қ озғ алтқ ыштың тұ рақ ты қ ызуы; С- жылу сыйымдылық.

Егер синусоиданың орташа квадрат мә ні амплитудалы мә нге қ арағ анда артық екенін ескеретін болсақ, яғ ни = , онда шығ ындардың айнымалы қ ұ раушысының амплитудасы жә не (1.20) ө рнегінде қ ажет орташа квадрат ауытқ умен байланысын алуғ а болады

= (4.25)

Соң ғ ы ө рнекте Р_-Т/ қ атнасын температура ү шін лайық орташа квадрат мә нге (4.25) ті келесі тү рде жаза отырып ауыстыру қ олайлы:

= (4.26)

Кейіннен шығ ын сипатына шектеу қ оршағ ан ортаның тұ рақ ты температурасы кезінде қ арастырылады жә не температураның ө згергіштігі тек қ ұ раушы мен ғ ана анық талғ ан.(4.26) ө рнек тозу уақ ытын анық тайтын критериді байланыстыруғ а мү мкіндік береді. Шынымен, (4.23) жә не (4.26)ны (4.21) ге қ оя отырып оқ шаулама жұ мысының уақ ытының критерийі бойынша шығ ынның бө ліну режимінің рұ қ сат ету шартын аламыз:

(4.27)

Егер (1.27) ні тең дік тү рінде қ арастырсақ, онда бұ л қ озғ алтқ ышты қ ыздыру шырты жә не шығ ындар бойынша толық тиеу шарты болады. Сонымен қ атар, (4.27) тең дік орындалатын шығ ынның бө ліну режимі қ ызмет уақ ытының критериі бойынша номинал режимге балама деген сө з.

(4.27)энергияны тү рлендіру режиміне шектеумен байланысты мү мкін болатын жағ дайларды бағ алау ү шін негіз болып табылады. Бұ л шектеулер қ озғ алтқ ыштарды таідау жә не оларды қ ыздыру шарттары бойынша тексеру кезінде, баламалық ты тексерген кезде ескеріледі. Осылай (4.27) ден жоғ арыда аталғ ан мағ ынада балама болады, егер олардың ә рқ айсысы ү шін анық талғ ан оқ шауламаның тозуының орташа жылдамдық тары тең екені кө рініп тұ р. Бірақ (4.27)-ні ә ркезде толық кү йде қ олдану қ ажет емес. Қ арастырылып отырғ ан критерии бойынша режимдердің анализін айтарлық тай жең ілдетуге болады.

Электржетектердің энергетикалық қ асиеттері. Статикалық режимдерде механикалық жә не электромеханикалық тү рлендіргіштердің энергетикалық сипаттамалары

Электржетектің элементтерінің энергетикалық кө рсеткіштері бірігіп жұ мыс істеген кезде, бұ л элементтер бір-бірінің режимдерін шарттағ ан кезде олардың қ асиеттерімен анық талады. Бірақ олардың жалпы сипаттамалары туралы тү сініктерді тү рлендіргіш элементтердің ә р тү рінің қ асиеті негізінде алуғ а болады.

Механикалық энергияны тү рлендіргіштер. Электржетектің механикалық бө лігінде энергия шығ ынын анық тайтын негізгі факторлар беруші жә не орындаушы механизмдердің орын ауыстыратын элементтері арасындағ ы соқ тығ ысуы бар болуымен байланысты.

4.18-сурет. Соқ тығ у кезінде туындайтын кү шті есептеуге.

Соқ тығ удың екі тү рі бар: сырғ анау жә не тербелу.

Сырғ анау соқ тығ уы механизмдердің бір бірінен сырғ анайтын элементтердің кедір бұ дырлығ ының ә серлесуімен байланысты. Ө зара қ озғ алуғ а реакция ретінде туындайтын соқ тығ у кү ші ө зара ә серлесуші бө лшектердің материалына жә не ә серлесу кү шіне перпендикуляр ә сер ететін кү шке байланысты. Соқ тығ удың мұ ндай тү рі сырғ анау подшипниктері ү шін сипатты, ол бағ ыттаушы лифтті қ ондырғ ыларда туындайды. Сырғ анау соқ қ ысынан туындайтын соқ тығ у кү ші сырғ анаудың соқ тығ уының белгілі коэффициенттері негізінде анық талады.

4.18-сурет. Тербелу кезінде туындайтын кү шті есептеу.

Тербелу соқ тығ уы дө ң гелек денелерді олардың ө зара деформациясынан бетте тербеу кезінде туындайды. Соқ тығ удың мұ ндай тү рі шарикті роликті тіреулерде, тербелу подшипниктерінде орын ауыстыру механизмдерінде туындайды. Тербелу кезінде кедергіні сипаттайтын кө лем қ озғ алғ ан дененің айналу осіне қ атысты тербелудің соқ тығ у моменті. Тербелудің соқ тығ у моментінің мә ні ө зара ә серлесуші денелердің материалдарын байланысты. Қ озғ алатын дененің диаметрі бір жағ ынан тербелудің соқ тығ уының моментіне ә сер етеді, екінші жағ ынан ү лкен диаметр кезінде айналу аз. Сондық тан тербелудің соқ тығ у моменті бірінші жақ ындауда ө зара ә серлесу денелердің материалдарына жә не олардың бір-біріне қ алыпты қ ысымына тә уелді. Осығ ан ұ қ сас сырғ анаудың соқ тығ у коэффициентіне тербелудің соқ тығ у коэффициенті беріледі.

мұ ндағ ы М_{т к} тербелудің соқ тығ у моменті.

Соқ тығ удан туындағ ан аталғ ан кү штер механизмдердің жанасатын бө лшектерінің ө зара орын ауыстыруы кезінде энергия шығ ынын анық тайды, осы кезде қ уат шығ ыны ө зара орын ауыстырудың салыстырмалы жылдамдығ ына байланысты:

немесе

мұ ндағ ы , - ү йкелетін беттердің салыстырмалы сызық ты жә не бұ рыштық жылдамдық тары.

Кез-келген беруші жә не орындаушы механизмде энергияны беру жә не тү рлендіру болмағ ан жағ дайда да ішкі кү штер ә ер етеді, сондық тан соқ тығ улар жә не энергия шығ ындары механизмдердің бос жү рісі кезінде де туындайды. Энергияны беру жә не тү рлендіру кезінде қ алыпты кү штер ө седі жә не соқ тығ удың, шығ ынның лайық кү штері жә не моменттері ұ лғ аяды. Сондық тан жалпы тү рде соқ тығ у уақ ытты келесі тү рде жазуғ ы болады:

(4.28)

мұ ндағ ы М_х механизмнің бос жү рісі кезінде соқ тығ у кү штерімен шартталғ ан момент; b- берілген механизм ү шін тиімді жү ктеме кезінде соқ тығ уғ а шығ ынның ұ лғ аюын анық тайтын пропорционалдық коэффициенті.

Электромеханикалық тү рлендіргіштер. Электрқ озғ алтқ ыштардың ПӘ К 4.3-сурет. кө рсетілгенге ұ қ сас жү ктемелерге тә уелділігі. Бірақ механикалық элементтер ү шін келтірілген тү рлену жолы электрқ озғ алтқ ыштар ү шін жарамсыз, себебі олардағ ы шығ ындар қ иын электрлік, магнитті жә не механикалық жү ктемелер болады.

Сол уақ ытта элетрқ озғ алтқ ышқ а мақ сатты тү рде бағ ыттағ ан кезде белгілі бір шектерде білікте жұ мыс режимін ө згертпей оның суммалық шығ ындарын ө згерту мү мкіндігі бар. Энергетикалық тұ рғ ыдан аз шығ ындармен сипатталатын қ озғ алтқ ыштың жұ мыс режимі ең тиімді болады. Электр машиналарында шығ ындарды азайту ү шін потенциалды мү мкіндіктер электржетектің жұ мыс режиміне байланысты қ ұ райшы шығ ындарды анализдей отырып шығ аруғ а болады.

Жалпы жағ дайда электрқ озғ алтқ ыштарда энергия шығ ынының қ уаты шығ ындар суммасымен жә не қ озғ алтқ ыштарды тиеумен анық талатын шығ ындардың суммасымен кө рсетуге болады.

Қ уаттың тұ рақ ты шығ ындары болаттағ ы шығ ыннан , механикалық жә не қ озу тогынан Рв дан тұ рады.

Болаттағ ы шығ ындар арынның ө згеруінің жиілігіне жә не амплитудасына байланысты:

=

мұ ндағ ы электротехникалық болаттың маркасына байланысты.

Механикалық шығ ындар қ озғ алтқ ыштың бұ рыштық жылдамдығ ымен анық талады:

=

Асинхронды қ озғ алтқ ыштарды (АД) магнит ағ ынын тудыруғ а арналғ ан арнайы қ озу орамы жоқ. АД ағ ыны магниттеу тогы деп аталатын статор тогыгың реактивті қ ұ раушысымен тудырылады. Сондық тан АД ү шін қ озу тогы ү шін шығ ындар:

мұ ндағ ы r₁- стаотор орамының активті кедергісі.айнымалы шығ ындар АР_v мыстағ ы шығ ындармен анық талады, ол жү ктеме тогының жә не орамдардың кедергісінің квадратына пропорционал. Тұ рақ ты ток қ озғ алтқ ыштары ү шін:

Асинхронды қ озғ алтқ ыштар ү шін айнымалы шығ ындар статор жә не ротор орамдарында шығ ындардан тұ рады. Аз сырғ анаулар аумағ анда жұ мысы кезінде АД ның векторлы диаграмммасынан:

мұ ндағ ы I₁- АД статорының тогы; I₂-статорғ а келтірілген АД ның роторының тогы.

Сол ү шін асинхронды қ озғ алтқ ыштар ү шін:

мұ ндағ ы r₂- ротор фазасының статорғ а келтірілген кедергісі.

Кейінгі анализ ү шін айнымалының ағ ымдық мә нінің номинал мә нге қ атнасы ретінде анық талатын салыстырмалы бірліктерге ө туге болады. Салыстырмалы бірліктерде кө рсетілген айнымалылар жақ ын болашақ та қ осымша символдармен белгілейтін боламыз. Тұ рақ ты ток қ озғ алтқ ыштары жә не асинхронды қ озғ алтқ ыштар ү шін қ атынастар салыстырмалы бірліктерде жалпы болуы ү шін тұ рақ ты тоқ қ озғ алтқ ышы ү шін келеі белгілерді енгіземіз:

Қ озғ алтқ ыштық қ алыпты жұ мыс режимі ү шін қ ұ раушы шығ ындардың салыстырмалы мә ндерін келесідей белгілейміз:

Жү ктеме тогы жә не біліктегі момент арасындағ ы байланыс тұ рақ ты ток машиналары ү шін келесі тү рге ие болады:

Ал синхронды машиналар ү шін:

4.5 Электр энергия тү рлендіргіштердің энергетикалық ерекшеліктері.

Электр энергия тү рлендіргіштері айнымалы токты тұ рақ тығ а тү рлендіреді жә не керісінше, шығ ыстық ток немесе кернеуді реттейді немесе тұ рақ тандырады, айнымалы ток жиілігін ө згертеді. Электр жетекте электр энергия тү рлендіргіштердің екі негізгі типі қ олданылады: электр машиналық жә не статикалық. Электр энергияның сапасы мен электр машиналық тү рлендіргіштері желі жұ мысына ә сері кө зқ арасы статикалық тың алдың да артық шылық қ а ие, бірақ оларды қ олдану ү лесі ү немі азаюда, ө йткені олар статикалық тү рлендіргіштерге қ арағ анда пішіні ү лкен жә не ең жақ ын ПӘ К-ке ие.

U=const

* const

4.19-сурет. Айнымалы ток жиілігін тұ рақ тығ а тү рлендіретін электр машиналық тү рлендіргіштер сұ лбасы.

Шығ ыстық кернеуді амплитуда жә не жиілік бойынша электр машиналық сұ лбада реттеледі, 4.19-суретте кө рсетілген. М3 машинаның жылдамдығ ы якорь орамындағ ы кернеу ө згерісімен реттеледі. М3 білігінде М4 синхронды генератор орналасқ ан, онда статор кернеуінің жиілігі жылдамдық қ а пропорционал, ал кернеудің амплитудасы ток орамының М4 қ оздырғ ышымен реттеледі.

Электр энергияны электр машиналық тү рлендіргіштердің энергетикалық кө рсеткіштерін ә р электр машиналарының шығ ындарын бө лек бағ алауғ а болады, ол ү шін лайық ты ара қ атынас қ олдану керек.

Кү штік статикалық тү рлендіргіштердің ішінде ең кө п таралғ ан жә не перспективалы жартылай ө ткізгішті тү рлендіргіштер (ЖӨ Т) базадағ ы диод, тиристор жә не транзистор болып табылады. Ө зінің энергетикалық қ асиеті бойынша электр энергияны статикалық тү рлендіргіштер бірқ атар ерекшеліктерге ие, оның бастысы электр энергияны беру каналындағ ы жоғ ары шығ ындар мен қ оректенуші желідегі кернеудің бұ зылуын шақ ыратын, жоғ арғ ы гармоникалық ток пен кернеудің генерациясы болып табылады.

Жартылай ө ткізгішті тү рлендіргіштердің ең кө п таралғ ан сұ лбасы 4.20-суретте кө рсетілген. Оқ ырмандар оның жабдығ ы мен іс-ә рекет принципімен таныс деп ойлап ешқ андай мә ліметтер келтірмейміз. Егер қ иыншылық тар кездессе, онда (5)-ке немесе басқ а да мү мкін тү рлендіргіш техникасы бойынша кітаптарғ а сү йену қ ажет.

Электр энергияны тү рлендіру мен реттеу процесі кілттік режимдегі жартылай ө ткізгішті қ ұ ралдардың жұ мысы арқ ылы тү рлендіргіште ө ң деледі. Оғ ан себеп тү рлендіргіштердің кірісі мен шығ ысында жоғ ары гармоникалық токтың пайда болуынан туындайды.

ЖӨ Т-тің ерекшелігі шығ ыстағ ы кернеуді фазалық амалмен реттеуі шарт. Бұ л реттеу желілік кернеудің тиристорды қ осу моментінің кідіруі қ атынасы ә серінен іске асады. Соның ә серінен бірінші гармониканың ток қ ұ раушысы желінің жиілігімен анық талатын, желідегі кернеуге қ арағ анда біршама бұ рышқ а ығ ысады. Сондық тан тү рлендіргішті фазалық басқ аруды реактивтік қ уат тек қ ана жоғ ары гармоникалық жиілікте емес, сонымен қ атар желі жиілігінде қ олданылады.

Жоғ арыда белгіленген ЖӨ Т-тің ерекшеліктері негативті болып табылады, себебі ол электр жетектің кү штік каналында шығ ынның кө беюіне алып келеді жә не басқ а да қ ажет емес эффекттер (қ озғ алтқ ыш орама оқ шауламасының жылдам ескіруі, коллеторлық машинаның коммутациясының қ иындау жә не т.б.)

ЖӨ Т-дің электр машиналық пен салыстырғ анда айтарлық тай оң қ асиеті ток қ ұ раушы бірінші гармониканың аз шығ ыны болып табылады.

Бұ ны біріншіден, электрмашинасымен салыстырғ анда тү рлендіргіше шығ ын аз болады (механикалық шығ ынның, электр машинаны қ оздыратын шығ ынның болмауы) жә не екіншіден, электр энергияны тү рлендірудің аз сан сатысымен. Осы артық шылық тар келесі салыстыруда кө рініп тұ р.

Автономды инверторлар /-const U*const

Фильтр тү зеткіш

4.21 - сурет. Жартылай ө ткізгішті тү рлендіргіштердің кү штік сұ лбасы.
ж)

а) – ү ш фазалы кө пірлі сұ лба бойынша тұ рқ ты ток; б) – ү ш фазалы нө лді сұ лба бойынша тұ рақ ты ток; в) – ШИМ ә дісімен кернеуді реттеу ү шін транзисторлық кілті бар тұ рақ ты ток; г) – тұ рақ ты жиілік кезінде кернеуді реттеу ү шін айнымалы ток; д) – тікелей байланысы бар жиілік; е) – буыны бар тұ рақ ты ток жиілік; ж) – транзисторлы автономды жиілік; я) – электр машиналық жә не жартылай ө ткізгіштік тү рлендіргіш жиілігі тиристорлық автономды инвертор. 4.20.-суретте келтірілген сұ лбада энергияны тү рлендіру тө рт еседе жү ргізіледі, ал жиілікті жартылай ө ткізгішті тү рлендіргіштерде бао болғ аны бір немесе екі тү рлендіру сатысы бар. Қ азіргі заманғ ы жартылайө ткізгішті тү рлендіргіштердің номиналды ПӘ К – і жеткілікті жоғ ары жә не мыналарды қ ұ райды: тү зеткіштер ү шін – 0, 95 – 0, 98, ал жиілікті тү рлендіргіштер ү шін – 0, 9 – 0, 95, электромеханикалық тү лендіргішердің ПӘ К – і айтарлық тай т&#