Электр жетегінің энергетикалық каналы.Энергияның түрлену режимдері.

Энергияны сақ тау электр жетегісі — бұ л жү йе, электр энергиясын механикалық энергияғ а тү рлендірумен жә не де кері тү рлендіруді басқ арумен орындалады. Жалпы жағ дайда электр жетегінің қ ұ рамына энергияны тү рлендірулер кіреді — электрлік, электромеханикалық жә не механикалық, энергетикалық (немесе кү штік) каналдарды тудырушы, жә не энергияны тү рлендіруін реттейтін қ ұ рылғ ыларды қ ұ райтын информациондық каналдар жатады.

Электр жетегінің жалпы структурасы келесі 4.1- суретте келтірілген, онда шектес облыстар кө рсетілген — электр энергияның электр жетегін қ амтамасыз ететін электрмен қ амтамасыздандыру жү йесі, механикалық жұ мыспен байланысты қ андай да бір тиімді процесті орындаушы технологиялық қ ондырғ ы жә не технологиялық процесті басқ аратын информациялық жү йе кө рсетілген.

Нақ ты технологиялық қ ондырғ ылардың кө птеген тү рлендірулері бар—электрлік сағ аттардың тілдерінен немесе миниатюрлі механизмді магнитофоннан бастап, қ уатты адымдаушы экскаваторғ а дейін, компрессор немесе прокатты станғ а дейін болады.

Сол сияқ ты электр жетегін қ ұ райтын бө лек блоктардың техникалық реализациялары ә ртү рлі. Оларғ а тү рлі қ ондырғ ылар айнымалы кернеуді тұ рақ ты басқ аруғ а тү рлендіру, ток кө зі, жиілікті тү рлендіргіш, электрлік машиналардың тү рлері механикалық берілістер жә не т.б жатады. Ә сіресе информационды каналдың реализациялары ә ртү рлі-қ арапайым релелік элементтен «қ осу-ажырату» функциясын орындайтын жә не кейбір қ орғ аныстық тү рлерінен бастап, тү рлі мү мкіндіктері бар ЭВМ-ді басқ аруғ а дейінгі мү мкіндіктері бар.

Электр жетегінің тү рлі реализациясында орындалатын фундаментальді физикалық процесс — электромеханиканың энергияғ а тү рленуі, электр энергия механикалық жұ мысқ а айналады немесе механикалық жұ мыс арқ ылы электр энергиясы пайда болады, осылардың барлығ ы нақ ты материалды ортады болады. Электр жетек — халық шаруашылығ ының барлық сферасындағ ы механикалық энергияны таратушы (автомобильді транспорттан басқ а, іштен жану қ озғ алтқ ышы кең қ олданылатын жерде) жә не сол сияқ ты механикалық энергияның қ озғ алысымен байланысты технологиялық операциясының сапасына деген талаптар тез ө суде — ө нделетін жә не эксплуатациялайтын элетр жабдық тары мен технологиялық қ ондырғ ылар қ олданылатын жердегі электр жетек мамандардың ық ыласында болады. Қ азіргі манипулятордың жұ мыс органының қ озғ алысын немесе жұ мысын қ амтамасыз ету, ЧПУ станогына нақ тылық пен тез қ озғ алуды қ алай орналастыру, қ уатты экскаватордың конструкциялық элементтеріндігі динамикалық жү ктемені қ алай тө мендету керек, мұ наралы ғ имараттың жоғ арғ ы ө німін қ алай қ амтамасыз ету, жү ктің аз тербелуін қ амтамасыз ету, кранның ө німділігін қ алай жоғ арлату — міне, осы тапсырмалар электр жетегінің облысында жұ мыс істейтін инженерлердің алдына ү зіліссіз келетін сипаттамалық тапсырмалар.

Егер мұ нда ә рбір инженердің алдында тұ рғ ан тапсырмаларды қ осатын болсақ —конструкцияны қ алай тиімді, қ ымбат, қ ауіпсіз жасау керек жә не т.б., онда инженерлердің қ амқ орлық тары жетіп тұ рғ аны белгілі болады. Инженер шешетін электр жетегімен байланысты тапсырмалардың қ иындығ ы мен жоспарлығ ын электр жетегінің тағ ы бір дефицитті жағ ымен, яғ ни энергетикамен тү сіндіруге болады.

Электр жетек — электр энергиясының негізгі тұ тынушысы: елде 60% -тен жоғ ары ө ң делетін энергия электр жетегісі арқ ылы механикалық жұ мысқ а айналады. Бірақ басқ арылатын технологиялық процестермен келтірілген мысалдар электр энергиясы механикалық жұ мысқ а айналатын жалпы объектінің санының салыстырмалы бө лігін қ ұ райды. Олардың негізгі бө лігі — қ арапайым, ә детте реттелмейтін массалық қ ондырғ ылар, вентиляторлар сияқ ты, насостар, транспортерлердің тү рлері, конвейерлер, крандар, механизмдер, ауыл шаруашылығ ында, қ ұ рылыста, ө ндірісте ө ндірілетін тү рлі материалдар жә не т.б. Тек осы объектілер электр энергиясының негізгі тұ тынушысы болып табылады, онда дефицитті электр энергиясының жартысы шығ ындалады. Тек мұ нда ғ ана оның реальді экономикасының бай мү мкіндіктері бар.

Енді берілген облыстың техникасына ә серін жә не оның дамуын тенденциясын анық тайтын процестерін қ арастырайық.

Бірінші процесс — нақ ты энергоресурстардың кемдігі мен энергияны алудағ ы қ иындық тың артуы кезінде халық шаруашылығ ының энергиясының технологиялық ө суі. Бұ л тез прогрестелетін процесс энергияның экономикасы мен электроэнергияның қ ажеттіліктерін анық тайды. Қ азіргі уақ ытта жылудың бір тоннасын алу, оны ү немдегенге қ арағ анда энергияның мө лшеріне қ атысты екі есе қ ымбат. Кө ріп тұ рғ анымыздай бұ л ө згешелік ары қ арай ө суі мү мкін.

Екінші процесс — техникалық операцияның қ иындауы мен олардың орындалу сапасына деген талаптардың ө суі. Алдың ғ ы уақ ытта қ арапайым басқ арылмайтын жетегісі қ анағ аттандырылса, бү гін басқ ару жетегісі қ ажетті. Бұ л процесс басқ арылмайтын жетек бө лігінің салыстырмалы тө мендеуі мен басқ арудың жоғ арлауын анық тайды.

Ү шінші процесс — нақ ты техникалық реттеу қ ұ ралдарының пайда болуы мен қ арқ ынды дамуы, кү штік жартылай ө ткізгіштік аспаптар, микроэлектрониканың элементтері, микропроцессорлық техника жә не т.б. Егер бірнеше жыл бұ рын электр жетегінің массалық комплектісіне тек асинхронды машинаның қ ысқ аша тұ йық талу қ озғ алтқ ышы кірсе, онда бү гін оны қ андай да бір энергияның кү штік тү рлендіргішімен жабдық тау, режимдерді реттеуді, диагностиканың бұ зылуы жә не т.б. қ осқ анда орындалатын функцияның принципиалды кең ею проблемалары қ арастырылып жатыр.

Тө ртінші процесс — ә рбір нақ ты жағ дайда кө птеген факторларды ескере отырып, электр жетегінің рационалды проектісінің жаң а мү мкіндіктерін ашатын ә рбір инженерге нақ ты есептеу қ ұ ралдарының пайда болуы.

4.1-сурет. Электр жетегінің жалпы структурасы.

Қ оректендіретін кернеу сапасы кейінгі элементтердің жұ мыс режиміне ә сер етеді жә не керісінше, кү штік арнаның кейінгі элементтерінің сипаттамасы мен режимі таратушы желінің режимі мен энергия шығ ынын анық тайды.

Электрлік тү рлендіргіш (ЭП) оның кірісіне тү скен электр энергиясын сипаттайтын айнымалы тү рін кейінгі тү рлендіруге қ ажетті тү рге, яғ ни электромеханикалық тү рлендіргіші бар механикалық жұ мысқ а тү рлендіреді (ЭМП). Жалпы жағ дайда ол электромеханикалық тү рлендіргіштің энергия ағ ынының дең гейін жә не бағ ытын басқ арады. Сұ лбада ЭП – нің физикалық реалдандыруы – реверсті басқ ару тү зеткіші.

Электромеханикалық тү рлендіргіш, электр энергиясын механикалық энергияғ а тү рлендіре отырып, механикалық бө ліктің жү ктеме жә не параметрлер есебін бере отырып, жұ мыс органының (РО) механикалық қ озғ алысын жә не осы қ озғ алысты анық тайтын айнымалыларды: айналып қ озғ алғ андағ ы электромагнитті моментті M жә не бұ рыштық жылдамдығ ын, ақ ырын қ озғ алысының кү шін F жә не сызық тық жылдамдығ ын V сипаттайды.

ЭМП – мен берілген айнымалылар механизмнің жұ мыс органына қ ажетті тү рге жә не параметрлеріне тү рлендіреді (мысалы, 4.1, б – суретте қ озғ алтқ ыш айнымалы қ озғ алысты тудырады, ал жұ мыс қ ұ рамына кө біне электромеханикалық тү рлендіргіш ЭМП – мен атқ арушы механизмді (ИМ) байланыстыратын беріліс механизмі (ПМ)) қ ажет. Бұ л мысалда механикалық редуктор ЭМП – нің шығ ысында алынғ ан (редукторлайтын) жылдамдық ты атқ арушы механизмінің дең гейіне дейін тө мендетеді. Полиспаст ілмекті салпыншақ (РО) жылдамдығ ының қ ажетті технологиялық объектінің (ТО) – жү гінің жылдамдығ ының соң ғ ы келісілуін қ амтамасыз етеді. Айта кетсек, электр жетекке қ ажетті жұ мыс органының шығ ысында қ озғ алыс тү рі пайда болатын ЭМП жасалады жә не механикалық бө лігіндегі энергияны тү рлендіру қ ажет емес.

Кү штік арнадағ ы энергияны тү рлендіру жә не беру процесі оның ә рбір элементтінің бірен – саран шығ ындарымен беріледі.

Бұ л шығ ындар ∆ W арқ ылы 4.1, а – суретте кө рсетілген. Шығ ындармен энергияны ә р тү рлі бағ ытта тарату процесі қ оса жү реді, соң ғ ы нә тижесінде энергия шығ ыны жылу тү рінде бө лінеді. Электр жетектің кү штік арнасының электрлік жә не механикалық бө ліктерінде энергия ағ ындарының ү йкелу шығ ындары болады.

Кү штік арнаның барлық элементтері ү лкен не кіші дә режеде энергияны элемент тү ріне байланысты сол не басқ а тү рде жинай алады. Бұ л қ абілет кү штік арнадағ ы индуктивті элементтер – магнит ө рісінің энергиясын жинақ тауыштар, сыйымдылық тың – электр ө рісінің энергиясын жинақ тауыштар, потенциалды механикалық энергияны жинақ тайтын серпімді элементтер жә не жердің бетінен кө терілген салмақ тың, кинетикалық энергияны аккумуляциялайтын сызық ты айналатын жә не қ озғ алатын салмақ тың бар болуымен анық талады. Кү штік электр жетектерінде сыйымдылық ты энергия жинақ тауыштары ретінде механикалық бө лік элементтері жатады.

Кө здегі оң бағ ыттағ ы энергия ағ ынын жұ мыс органына шартты қ абылдап (бұ л электр жетекке табиғ и болып есептелінеді, ө йткені оның негізгі мақ саты — электр энергиясын механикалық қ а тү рлендіру), айта кететіні, энергия шығ ынынан бө лек, мә ндері теріс бола алмайтын (ө йткені, ә рдайым Р > 0 жә не ), қ алғ ан қ ұ раушылары элементтер арасында оң жә не теріс бола алады. Бұ л ағ ындардың қ уаты қ осу немесе алу таң басымен блуы мү мкін. Мысалы, электр жетектің механикалық бө лігіндегі кинетикалық энергиясының ө суінде қ уаты аз:

(4.1)

электр жетектің тежелуі кезінде кинетикалық энергия босағ анда, бұ л қ уат қ ұ раушысы теріс.

Тең деудің мү шесінің ә р тү рлі байланысу дең гейі, энергияның бағ ыты жә не қ уаттың белгісі, кү штік арнаның энергетикалық жағ дайының алуан тү рлілігін анық тайтын, оның жұ мыс режимінің ә р тү рлі болуы мү мкін.