№4 дәріс
4 Электр жетектің координаттарын реттеу
Электр жетектің негізгі бір міндеті оның координаттарын басқару, яғни технологиялық үрдіс талабына сай жылдамдық пен моментті мәжбүрлі түрде бағытты өзгерту.
Технологиялық процесстің талабына сәйкес қозғалтқыштың механикалық сипаттамасына әсер ете отырып мәжбүрлі түрде жылдамдық пен моментті өзгерту, яғни реттеу координаталарды басқарудың өте маңызды жағдайы болып табылады. Ал, координаттардың біреуін басқасы тәуелсіз түрде өзгергенде керекті деңгейде ұстап тұру реттеудің жекелеген жағдайы болады. Жылдамдық өте жиі реттелетін координата болып табылады, мысалы қозғалыс жағдайына байланысты көлік құралының жылдамдығын өзгерту керек болады, сумен қамтамасыз ету жүйесінде керекті қысым жасау үшін сораптың жылдамдығын реттеу қажет т.с.с.
Жылдамдықты реттеу ұғымын әр түрлі сипаттамалар пайдаланылғанда (2.8.а-сурет) жүктеменің артуымен немесе төмендеуімен туындайтын жылдамдықтың өзгерумен, тіпті елеулі өзгерумен араластыруға болмайды. (2.8.б-сурет)
а б
2.8. сурет жылдамдықты реттеу (а) және өзгерту (б)
Жылдамдықты реттеу механикалық сипаттамаларды бағытты қалыптастырумен байланысты болғандықтан мүмкін болатын бір сипаттаманы негізгі ретінде бөліп қарастыруға болады. Әдетте негізгі сипаттама ретінде қозғалтқыштың номинал шамаларына (кернеу, жиілік, магнит ағыны және т.б.) сәйкес келетін табиғи сипаттамасын қабылдайды.
Алда, қозғалтқыштың әр түрі үшін табиғи сипаттама алу шарттарын нақты белгілейміз.
Ал басқадай, жылдамдықты реттеу үшін жасалатын сипаттамаларды жасанды сипаттамалар деп атайды. Олар әр түрлі техникалық, экономикалық көрсеткіштерімен ерекшеленетін тәсілдермен қалыптастырылады.
1. Реттеу бағыты. Егер жасанды сипаттамалар табиғи сипаттамалардан төмен орналасатын болса, онда бұл бір аймақтық реттеу негізгі жылдамдықтан төменгі бағыт болады, егер табиғи сипаттамадан жоғары орналасатын болса- бір аймақтық реттеу негізгі жылдамдықтан жоғары бағыт болады, егер табиғи сипаттамадан жоғарыда, төменде орналасатын болса-екі аймақтық реттеу болады.
2. Реттеу диапазоны — жүктеме моментінің берілген өзгеру шегінде максимал мүмкін жылдамдықтың минимал жылдамдыққа қатынасы
Д=ω_max∕ω_min
2.9 — суреттен жеңіл байқалатын жағдай: бірдей табиғи сипаттамаларға және моменттің өзгеру шегіне ∆M_k айырмашылықтары үлкен реттеу диапазондары сәйкес келеді. Бұл жасанды сипаттамалардың қатаңдығына байланысты, сондай-ақ қатаңдыққа тағы да бір көрсеткіш жасанды сипаттамадағы жылдамдықтың тұрлаулылығы тәуелді.
Тұрлаулылық төмен (сурет 2.9.а) және жоғары (сурет 2.9.б) болуы мүмкін, ал кейбір жағдайларда абсолютті қатаң сипаттамалар β=∞ керек болады, сондай-ақ басқадай жағдайларда керісінше өте жұмсақ сипаттамалар (моментті реттеу) қажет етіледі.
а, б,
а, б,
2.9- сурет. Жылдамдықты реттеу диапазонын анықтау.
3. Реттеудің жатықтығы: бір-біріне қалайда ең жақын орналасатын жасанды сипаттамалар алу мүмкіндігі-жатық реттеу, ал керісінше тек қана бірнеше белгіленген сипаттамалар алу мүмкіндігі-сатылық реттеу болады.
4. Жасанды сипаттамалардағы рауалы жүктеме – электр жетегінің сенімділігін анықтайтын аса маңызды көрсеткіш. Қозғалтқыштың рауалы қызуын анықтайтын ұзақ мерзімді рауалы жүктемені қарастырамыз.
Табиғи сипаттамадағы рауалы жүктеме белгілі — ол қозғалтқыштың номинал моменті Мном. Есепті жеңілдету үшін жылу беру өзгеруін есепке алмай-ақ күштік тізбектегі рауалы ток кез-келген жылдамдықта қозғалтқыштың номинал тоғына тең деп санаймыз. Онда мәжбүрлі салқындатылатын қозғалтқыш үшін рауалы момент тиісті жасанды сипаттамадағы қозғалтқыштың магнит ағынына тәуелді болады.
M_рау~ I_(ном ) Ф (2.11)
Реттеу жүргізгенде kФ=Фном=const M_(рау )~〖 I〗_(ном ) Ф_ном=M_ном (2.11) өрнекті үстүрт бағалау рауалы жүктеме туралы жалпылама көрініс береді және ол әр-бір нақты жағдайда дәлірек қарастырылу керек.
5. Реттеу үнемділігі — әр түрлі реттеу тәсілдерімен бірге қосарлана жүретін энергия шығасыларымен бағаланады. Кейде, үнемділікті үстүрт бағалауға болады. Ол үшін пайдалы қуатты P_2=Mω желіден тұтынатын қуатпен Р1 салыстырады да әлде бір ерекше нүктеде қуат шығасылын ∆ P немесе пайдалы әсер коэффициентін (ПЭК) есептеп шығарады
=P_2/P_1 =P_2/(P_2+∆P) (2.12)
Әр түрлі тәсілдерді салыстырғанға реттеудің үнемділігінің нанымды бағалары циклдік (ПЭК) негзіделеді. Бұл (ПЭК) жетектің нақты жұмыс жағдайын есепке алып цикл tц уақыты бойынша анықталады.
_ц=(I_o^tц P_2 (t)dt)/(∫_o^tц▒P_2 (t)dt+∫_o^tц▒∆P(t)dt) (2.13.)
6. Реттеуге кететін шығындарды оны жүзеге асыруға керекті қосымша жабдықтардың құны Сжаб ретінде анықтауға болады. Шығындардың тиімділігін олардың қайтарым мерзімімен бағалауға болады.
T_қай=C_жаб∕Ц_(ж.тд) (2.14)
мұндағы Цж.тд-реттеуді пайдаланудың жылдық тиімділік құны.
Әртүрлі кәсіптік механизмдерінің жүктеме моментінің өзгеруінің жылдамдықтан тәуелділігі әр түрлі. Мысалы, көптеген механизмдер реттеу тұрақты момент кезінде болатанын қалайды. Оларға жататындар: көтеру крандары, прокат станоктары және т.б. Ал көптеген механизмдер реттеуді тұрақты қуат кезінде болғанын қалайды, оларға металл кесу станоктары жатады.
Қозғалтқыштың рұқсат етілетін жүктемесі деп, қозғалтқыштың тоғы номиналды тоққа тең жүктемені айтады. Онда рұқсат етілетін момент, мысалы тұрақты ток қозғалтқыштың моментіне тең
Мрук КФІном
Момент реттеу тәсіліне тәуелді.
2.10 сурет-Тәуелсіз қоздырылатын тұрақты ток қозғалтқыштың екі зоналық реттеуінің сипаттамалары.
Зона 1 — тұрақты момент кезіндегі реттеуге сәйкес. Шынында, қозғалтқыштың магнит ағыны номиналды кезінде реттеу негізгі тізбекте кернеу немесе кедергі өзгерту арқылы жүзеге асырылса, онда якорь тоғы номиналды болса, момент тұрақты болады:
Мрұқ КФІном Const Mном
Бұл зонада қозғалтқыш білігіндегі қуат сызықты заңдылық бойынша өзгереді, себебі ол бұрыштық жылдамдығына тура пропорционал
Р2 М
Зона II тұрақты қуатпен реттеуге сәйкес, себебі бұл реттеу магнит ағынын өзгерту арқылы орындалады. Бұл жағдайда номиналды тоққа тең тұрақты ток кезінде бұрыштық жылдамдығы өскен кезде, магнит ағынын гипербола заңы бойынша өзгерту керек.
Мрұқ КФІном Мном .
Бұдан, бұл реттеу зонасында қуаттың тұрақты болып қалатыны шығады, себебі
Ррұқ Мрұқ Мном ном Рном сonst.
4.1 Жаттығулар
4.1 Сызықтық жылжу үшін қозғалыс теңдеуін жазыңыз және талдаңыз.
4.2 Егер dv⁄dt≥4м∕с^2 болса рауалы жүктемені m анықтаңыз.
4.3 Қозғалтқыштың білігіне келтірілген M_(k )^’ және J_m^’ анықтаңыз
4.4. Қозғалтқыштың білігіне келтірілген M_(k )^’ және J_m^’ анықтаңыз.
4.5 Алдыңғы 2.5.3. және 2.5.4. есептердің берілгені бойынша механизмнің білігіне келтірілген M^’ мен J_қоз^’ анықтаңыз.
4.6. АИР 160 84 қозғалтқышы жүкті 0,5 м/с жылдамдықпен көтеру үшін редуктордың беріліс қатынасы қандай болу керек. Егер (ПЭК) =0,85 болса, жүк көтергіш (жүкті көтеру-түсіру) қандай жүкпен үздіксіз жұмыс істей алады.
4.7 А112М2 қозғалтқыш пайдаланатын центрифугаға (Мкц=0) максималь үдеу қамтамасыз ететін редуктордың беріліс санын анықтаңыз. J_ц=70J_қоз Егер М=Мном болса центрифуганың жүгіріс және үдеу Е_ц=(dω_ц)⁄dt уақыттарын бағалаңыз.
4.8 Моменттерді «активтік», «реактивтік», «мәліметтер аз» деп белгілеңіз. (Таңбалардың жалпы ережесі пайдаланылады M=J dw/dt)
4.9 Электр жетегінде қабылданған қозғалыс теңдеуінің жазылуындағы
«-» таңбасы нені білдіреді (M-M_k=J dw/dt)
4.10 Асинхронды қозғалтқыштың «механикалық сипаттамасының екі бұтағы» орнықты және орнықсыз деген тұжырым қатаң ба? Оны қалай дәлірек тексереді?
4.11 Қозғалыс орнықты ма (M-M_k=J dw/dt)?
2.6. Түйін
Электр жетегінің механикалық бөлімінің негізгі моделі — жалпы білікке жалғанған қозғалтқыштың роторы, яғни түсірілген М момент және Мқ моментмен эквиваленттік жүктеме (машинаның жұмысшы бөлігі). Жалпы инерция моменті J болатын жүйе ω жылдамдығымен айналады.
Қозғалыс теңдеуі M=J dw/dt екі режимді анықтайды: қалыптасқан (статикалық), мұнда dω⁄dt=0 және M=0 және өтпелі (динамикалық) онда dw⁄dt≠0 және
M_дин=J_dt^dw ω(М) және ω(Мк) тәуелділіктері қозғалтқыштың және жүктеменің механикалық сипаттамалары; сипаттамалардың қатаңдығы β=dм∕dω.
Таңбалар ережесі: жылдамдық таңбасы тағайындалады, қозғаушы моменттің таңбасы жылдамдық таңбасымен сәйкес, тежеуші моменттің таңбасы жылдамдықтың таңбасына қарама-қарсы.
Активтік моменттер М және Мк қозғалыс туындатады (қозғаушы) және қозғалысқа кедергі етеді (тежеуші)-қозғалтқыштың, жүктің, серіппенің және т.с.с. моменттері; олар ω-М жазықтығының төрт квадраттарында орналасады.
Реактивтік моменттер әрқашан қозғалысқа кедергі етеді, олар ω-М жазықтығының II және IV квадраттарында орналасады — үйкеліс, серпінсіз материалдардың деформациясының т.с.с. моменттері.
Механикалық сипаттамалар қалыптасқан режимнің ω_қол және М_қол координаттарын анықтайды-бұл ордината осінен шағылысқан ω(М_к ) сипаттамасымен ω(М) сипаттамасының қиылысқан нүктесі. Негізгі қозғалыс теңдеуінде шағылыс операциясын «-» таңбасымен есепке алады.
±M-(±M_k )=J dw/dt немесе әдетте M-M_k=J dw/dt
Механикалық сипаттамалардың түрі қозғалыстың статикалық орнықтылығын анықтайды: егер қалыптасқан режимде ω_қол және М_қол орнықты нүктесімен кездейсоқ ауытқығанда жүйені қалыпты күйіне қайтаратын момент артықтау болса — жүйе орнықты.
Егер жүктеме ротормен механикалық беріліс арқылы байланысқан болса, онда негізгі моделді алу үшін жүктеме моментін Мк.м және жүктеме инерция моментін J_m қозғалтқыштың білігіне келтіру операциясы пайдаланылады. Бастапқы және келтірілген жүйелерде қуат Мω және кинетикалық энергия Jω^(2 )∕2 өзгеріссіз қалу керек. Қуат шығасы қозғалыс тудыратын элементпен жабылады. Моменттер мен инерция моменттерін бастапқы жүйенің кез-келген білігіне келтіруге болады.
Жылдамдық, момент, ток — электр жетектің координаттары. Реттеу-координаттарды мәжбүрлі түрде өзгерту, оны механикалық ω(м) немесе электрмеханикалық ω(I) сипаттамалардың түрлеріне сәйкес табиғи өзгерістермен араластыруға болмайды.
Координатаны реттеудің негізгі көрсеткіштері: табиғи сипаттамаға қатысты реттеу бағыты, диапазон, жатықтық, рауалы жүктеме, үнемділік, реттеуге кететін шығындар.