4 Электр жетегінің энергетикалық каналы.

4.1 Электр жетегінің энергетикалық каналы.Энергияның түрлену режимдері.

Энергияны сақтау электр жетегісі — бұл жүйе, электр энергиясын механикалық энергияға түрлендірумен және де кері түрлендіруді басқарумен орындалады. Жалпы жағдайда электр жетегінің құрамына энергияны түрлендірулер кіреді — электрлік, электромеханикалық және механикалық, энергетикалық (немесе күштік) каналдарды тудырушы, және энергияны түрлендіруін реттейтін құрылғыларды құрайтын информациондық каналдар жатады.

Электр жетегінің жалпы структурасы келесі 4.1- суретте келтірілген, онда шектес облыстар көрсетілген — электр энергияның электр жетегін қамтамасыз ететін электрмен қамтамасыздандыру жүйесі, механикалық жұмыспен байланысты қандай да бір тиімді процесті орындаушы технологиялық қондырғы және технологиялық процесті басқаратын информациялық жүйе көрсетілген.

Нақты технологиялық қондырғылардың көптеген түрлендірулері бар—электрлік сағаттардың тілдерінен немесе миниатюрлі механизмді магнитофоннан бастап, қуатты адымдаушы экскаваторға дейін, компрессор немесе прокатты станға дейін болады.

Сол сияқты электр жетегін құрайтын бөлек блоктардың техникалық реализациялары әртүрлі. Оларға түрлі қондырғылар айнымалы кернеуді тұрақты басқаруға түрлендіру, ток көзі, жиілікті түрлендіргіш, электрлік машиналардың түрлері механикалық берілістер және т.б жатады. Әсіресе информационды каналдың реализациялары әртүрлі-қарапайым релелік элементтен «қосу-ажырату» функциясын орындайтын және кейбір қорғаныстық түрлерінен бастап, түрлі мүмкіндіктері бар ЭВМ-ді басқаруға дейінгі мүмкіндіктері бар.

Электр жетегінің түрлі реализациясында орындалатын фундаментальді физикалық процесс — электромеханиканың энергияға түрленуі, электр энергия механикалық жұмысқа айналады немесе механикалық жұмыс арқылы электр энергиясы пайда болады, осылардың барлығы нақты материалды ортады болады. Электр жетек — халық шаруашылығының барлық сферасындағы механикалық энергияны таратушы ( автомобильді транспорттан басқа, іштен жану қозғалтқышы кең қолданылатын жерде) және сол сияқты механикалық энергияның қозғалысымен байланысты технологиялық операциясының сапасына деген талаптар тез өсуде — өнделетін және эксплуатациялайтын элетр жабдықтары мен технологиялық қондырғылар қолданылатын жердегі электр жетек мамандардың ықыласында болады. Қазіргі манипулятордың жұмыс органының қозғалысын немесе жұмысын қамтамасыз ету, ЧПУ станогына нақтылық пен тез қозғалуды қалай орналастыру, қуатты экскаватордың конструкциялық элементтеріндігі динамикалық жүктемені қалай төмендету керек, мұнаралы ғимараттың жоғарғы өнімін қалай қамтамасыз ету, жүктің аз тербелуін қамтамасыз ету, кранның өнімділігін қалай жоғарлату — міне, осы тапсырмалар электр жетегінің облысында жұмыс істейтін инженерлердің алдына үзіліссіз келетін сипаттамалық тапсырмалар.

Егер мұнда әрбір инженердің алдында тұрған тапсырмаларды қосатын болсақ —конструкцияны қалай тиімді, қымбат, қауіпсіз жасау керек және т.б., онда инженерлердің қамқорлықтары жетіп тұрғаны белгілі болады. Инженер шешетін электр жетегімен байланысты тапсырмалардың қиындығы мен жоспарлығын электр жетегінің тағы бір дефицитті жағымен, яғни энергетикамен түсіндіруге болады.

Электр жетек — электр энергиясының негізгі тұтынушысы: елде 60% -тен жоғары өңделетін энергия электр жетегісі арқылы механикалық жұмысқа айналады. Бірақ басқарылатын технологиялық процестермен келтірілген мысалдар электр энергиясы механикалық жұмысқа айналатын жалпы объектінің санының салыстырмалы бөлігін құрайды. Олардың негізгі бөлігі — қарапайым, әдетте реттелмейтін массалық қондырғылар, вентиляторлар сияқты, насостар, транспортерлердің түрлері, конвейерлер, крандар, механизмдер, ауыл шаруашылығында, құрылыста, өндірісте өндірілетін түрлі материалдар және т.б. Тек осы объектілер электр энергиясының негізгі тұтынушысы болып табылады, онда дефицитті электр энергиясының жартысы шығындалады. Тек мұнда ғана оның реальді экономикасының бай мүмкіндіктері бар.

Енді берілген облыстың техникасына әсерін және оның дамуын тенденциясын анықтайтын процестерін қарастырайық.

Бірінші процесс — нақты энергоресурстардың кемдігі мен энергияны алудағы қиындықтың артуы кезінде халық шаруашылығының энергиясының технологиялық өсуі. Бұл тез прогрестелетін процесс энергияның экономикасы мен электроэнергияның қажеттіліктерін анықтайды. Қазіргі уақытта жылудың бір тоннасын алу, оны үнемдегенге қарағанда энергияның мөлшеріне қатысты екі есе қымбат. Көріп тұрғанымыздай бұл өзгешелік ары қарай өсуі мүмкін.

Екінші процесс — техникалық операцияның қиындауы мен олардың орындалу сапасына деген талаптардың өсуі. Алдыңғы уақытта қарапайым басқарылмайтын жетегісі қанағаттандырылса, бүгін басқару жетегісі қажетті. Бұл процесс басқарылмайтын жетек бөлігінің салыстырмалы төмендеуі мен басқарудың жоғарлауын анықтайды.

Үшінші процесс — нақты техникалық реттеу құралдарының пайда болуы мен қарқынды дамуы, күштік жартылай өткізгіштік аспаптар, микроэлектрониканың элементтері, микропроцессорлық техника және т.б. Егер бірнеше жыл бұрын электр жетегінің массалық комплектісіне тек асинхронды машинаның қысқаша тұйықталу қозғалтқышы кірсе, онда бүгін оны қандай да бір энергияның күштік түрлендіргішімен жабдықтау, режимдерді реттеуді, диагностиканың бұзылуы және т.б. қосқанда орындалатын функцияның принципиалды кеңею проблемалары қарастырылып жатыр.

Төртінші процесс — әрбір нақты жағдайда көптеген факторларды ескере отырып, электр жетегінің рационалды проектісінің жаңа мүмкіндіктерін ашатын әрбір инженерге нақты есептеу құралдарының пайда болуы.

4.1-сурет. Электр жетегінің жалпы структурасы.

Қоректендіретін кернеу сапасы кейінгі элементтердің жұмыс режиміне әсер етеді және керісінше, күштік арнаның кейінгі элементтерінің сипаттамасы мен режимі таратушы желінің режимі мен энергия шығынын анықтайды.

Электрлік түрлендіргіш (ЭП) оның кірісіне түскен электр энергиясын сипаттайтын айнымалы түрін кейінгі түрлендіруге қажетті түрге, яғни электромеханикалық түрлендіргіші бар механикалық жұмысқа түрлендіреді (ЭМП). Жалпы жағдайда ол электромеханикалық түрлендіргіштің энергия ағынының деңгейін және бағытын басқарады. Сұлбада ЭП – нің физикалық реалдандыруы – реверсті басқару түзеткіші.

Электромеханикалық түрлендіргіш, электр энергиясын механикалық энергияға түрлендіре отырып, механикалық бөліктің жүктеме және параметрлер есебін бере отырып, жұмыс органының (РО) механикалық қозғалысын және осы қозғалысты анықтайтын айнымалыларды: айналып қозғалғандағы электромагнитті моментті M және бұрыштық жылдамдығын, ақырын қозғалысының күшін F және сызықтық жылдамдығын V сипаттайды.

ЭМП – мен берілген айнымалылар механизмнің жұмыс органына қажетті түрге және параметрлеріне түрлендіреді (мысалы, 4.1, б – суретте қозғалтқыш айнымалы қозғалысты тудырады, ал жұмыс құрамына көбіне электромеханикалық түрлендіргіш ЭМП – мен атқарушы механизмді (ИМ) байланыстыратын беріліс механизмі (ПМ)) қажет. Бұл мысалда механикалық редуктор ЭМП – нің шығысында алынған (редукторлайтын) жылдамдықты атқарушы механизмінің деңгейіне дейін төмендетеді. Полиспаст ілмекті салпыншақ (РО) жылдамдығының қажетті технологиялық объектінің (ТО) – жүгінің жылдамдығының соңғы келісілуін қамтамасыз етеді. Айта кетсек, электр жетекке қажетті жұмыс органының шығысында қозғалыс түрі пайда болатын ЭМП жасалады және механикалық бөлігіндегі энергияны түрлендіру қажет емес.

Күштік арнадағы энергияны түрлендіру және беру процесі оның әрбір элементтінің бірен – саран шығындарымен беріледі.

Бұл шығындар ∆W арқылы 4.1, а – суретте көрсетілген. Шығындармен энергияны әр түрлі бағытта тарату процесі қоса жүреді, соңғы нәтижесінде энергия шығыны жылу түрінде бөлінеді. Электр жетектің күштік арнасының электрлік және механикалық бөліктерінде энергия ағындарының үйкелу шығындары болады.

Күштік арнаның барлық элементтері үлкен не кіші дәрежеде энергияны элемент түріне байланысты сол не басқа түрде жинай алады. Бұл қабілет күштік арнадағы индуктивті элементтер – магнит өрісінің энергиясын жинақтауыштар, сыйымдылықтың – электр өрісінің энергиясын жинақтауыштар, потенциалды механикалық энергияны жинақтайтын серпімді элементтер және жердің бетінен көтерілген салмақтың, кинетикалық энергияны аккумуляциялайтын сызықты айналатын және қозғалатын салмақтың бар болуымен анықталады. Күштік электр жетектерінде сыйымдылықты энергия жинақтауыштары ретінде механикалық бөлік элементтері жатады.

Көздегі оң бағыттағы энергия ағынын жұмыс органына шартты қабылдап (бұл электр жетекке табиғи болып есептелінеді, өйткені оның негізгі мақсаты — электр энергиясын механикалыққа түрлендіру), айта кететіні, энергия шығынынан бөлек, мәндері теріс бола алмайтын (өйткені, әрдайым Р >0 және ), қалған құраушылары элементтер арасында оң және теріс бола алады. Бұл ағындардың қуаты қосу немесе алу таңбасымен блуы мүмкін. Мысалы, электр жетектің механикалық бөлігіндегі кинетикалық энергиясының өсуінде қуаты аз:

( 4.1)

электр жетектің тежелуі кезінде кинетикалық энергия босағанда, бұл қуат құраушысы теріс.

Теңдеудің мүшесінің әр түрлі байланысу деңгейі, энергияның бағыты және қуаттың белгісі, күштік арнаның энергетикалық жағдайының алуан түрлілігін анықтайтын, оның жұмыс режимінің әр түрлі болуы мүмкін.