Дәріс. Автоматтандырылған электржетек жүйесінің белгілеулері мен құрамы. Электржетек қозғалысының теңдеуі

Коммерциялық емес акционерлік қоғам

АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ

Өнеркәсіп қондырғыларының электржетегі және автоматтандырылуыкафедрасы

 

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

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.

 

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 U_c,I_c,f_c параметрлерімен және оларды ЭД қозғалтқыштың қоректенуі үшін соңғы жұмыс режіміне сәйкес түрлендіреді. Беру механизмі БМ, ЭД білігіндегі механикалық параметрлер мен моменттің М_В және айналу жиілігінің ω_В 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= ω_ВЫХ/ω_ВХ 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 М_Д және оған механизмнің жұмысшы бөлігімен жасалған және үйкеліс моменті арқылы жасалған статикалық жүктеме моменті М_С. Бұл моменттер іс-әрекет бағыты мен өлшеміне байланысты сипатталады. Егер М_Д және М_С қозғалыс бағытымен іс-әрекет жасаса, оларды қозғалатын, егер де олардың белгілері жылдамдық белгісіне қарама-қарсы болса, моменттерді тежелгіш деп атайды. Деламбер принципіне сәйкес М_Д және М_С 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)

М_Д >М_С dω/dt > 0 болғанда жетектің үдеу режімі орын алады, М_Д < М_С dω/dt < 0 болғанда жетектің баяулау режімі орын алады, ал М_Д = М_С 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–ПУ_i) 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 М_С 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)

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 М_с=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

 

М_С 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. Реактивтікүш 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 сипаттама сы - 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. ω_УСТ -тан ω ауытқыған жағдайда бірінші жағдайда жетек орнықтылық режіміне қайта айналып келеді.

Кез келген орнықты емес қозғалыста, тіпті ω_УСТ-тан ω кішкене ауытқығанда жағдайда жетек орнықтылық режіміне қайта айналып келмейтін өзгерістерге әкеліп соғады.

Мысал ретінде, жетектің асинхронды жұмысында М_С кедергілі моменттің механизмін қарастырамыз. Жұмыс кезінде «а» нүктесінде қандай да мақсатта ω<ω_УСТ болсын. Онда меха-никалық сипаттамаға М>М_С сәйкес дұрыс динамикалық сипаттама М_ДИН=М–М_С >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 < ω_УСТ, М < М_С, М_ДИН = М – М_С < 0, үдеу dω/dt < 0 және жүйе орнықтылық режім нүктесіне қайта айналып келсе, қозғалыс орнықты. Егер жұмыс кезінде «b» нүктесінде ω > ω_УСТ, М >М_С, М_ДИН =М–М_С>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)

R_доб =0 және номиналды мәндерде тұрғызылған кернеу сипаттамалары U_Я ≠U_Н кезінде табиғи, Ф≠Ф_Н немесе R_доб ≠0 - жасанды электрмеханикалық немесе механикалық сипаттамалар деп аталады. Электрмеханикалық сипаттамалардың сипаттама нүктелері (2 суретті қара) (I = 0, ω = ω₀ = U_Н/kФ_Н) бос жүрісте, (I =I_К=U_Н/R_ЯΣ, ω=0) қысқа тұйықталуда, I_Я=I_Н, ω = ω_Н) 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.