4.2 Күштік каналдың энергетикалық әсері элементтік типтік сипаттамасы.

Жұмыстың әсері түрлі түрлендіруші құрылғыға қарағанда қажеттілігі – бір жұмысты сол жұмыс арқылы техникалық есепті әртүрлі механикалық конструкцияарқылы шешу мүмкіндігі пайда болады.Осы жалпы қажетті энергетикалық бағасын, механикалық мәндерін мамандар өзара шешімдері арқылы анықтап жақсы шешімге келіп отырды. Тұтынушының да эффекті сапалы бағасы, энергияны түрлендіруші құрылғыға қызығушылығы болды. Механикалық жұмысшы қарапайым функцияны орындағанда бір бағыттық берілісімен түрлендіруші энергиясы қазіргі кезде кең көлемде қолданылады. ПӘК сияқты. Жалпы ПӘК қажетті жұмыс ретінде анықталады, кірмелік құрылғысы жұмсалған энергия кірмелік құрылғысына:

( 4.2)

Егер жұмыс құрылғысы уақыт периодымен бағаланса, яғни кірмелік және шықпалық қуаты тұрақты, ПӘК белгісі былай болады:

(4.3)

Келесі ( 4.2) және (4.3), жұмсалған энергияның бағасына байланысты, энергияны құрайтын қажетті шығындар арқылы ажыратамыз.

Жалпы жағдайда энергия тұрақты және ауыспалы қуат шығындарынан құралады. Бірінші тәжірибе жүктемеден тәуелсіз (қажетті қуат), екінші жалпы жағдайда пропорционалдық қуат қажеттігімен k>1. Осының қатынасынан (4.3) келесімен ауыстыруға болады:

,

a, b және k − коэффициенттері, керекті қуат шығыны тәуелділігімен анықталалын қуат қажеттігі.

Қарапайым зоналық белгісі, диапозондық жұмысшылар құрылғысы режимі осы арақашықтықта Р_тол = 0 ÷ Р_н, 4.3-суретте көрсетілгендей болады. Номиналды жүктеме белгісі (қуаты ) көбінесе осы жерден таңдалынады, η > η_мах. Осы бойынша, яғни барлық жұмыс құрылғылары ауыспалы уақыт жүктемесі режимінде түсіндіріледі. Бұдан басқа, жүктеменің дәл бағасы, конструкторлық машиналарды қарастырып есептік белгісін анықтаймыз. Бұл бізге фактілік жүктеменің j құрылғы жиі кіші номиналды қабылдамайтынын көрсетеді. Егер осылардың ара қатынасы η_мах және 4.3-суретте көрсетілгендей, онда орташада да η белгісі жоғарыда болады, фактілік жүктеменің саны көрсетілген учеттік мәніне тең η_мах.

Жүктеменің ауыспалы сипаттамалық циклі 1ц белгісі керекті жұмыс режимін ( 4.2)

арқылы мына түрде анықтауға болады

«Жақсы» және «жаман» түсініктерінің бекітілген физикалық шегі жоқ, бірақ ең бастысы, берілген жағдайда электрөткізгіштің энергетикалық канал құрылғысының қамтулы бағалауды көрсетеді.

Энергетикалық каналдың функционалдандырылу тиімділігін дұрыс бағалауға көптеген жауапты - техникалық, экономикалық, ұйымдастыру, коньюктурлі шешімдер тәуелді. Осындай қамтылған бағалау үшін критерилерді құрастыруға тура келеді. Және сол конструкция қаншалықты сәтті болса, қаншалықты «бұның жақсы» екенін, ал қаншалықты «БҰНЫҢ ЖАМАН» екендігін соншалықты сеніммен айтуға болады.

Энергия түрленуінің энергетикалық тиімділігін бағалағанда түрленген (қолданғанын тиімді) және шығындалған энергия мөлшерін қою қабылданған. Тиімділік көрсеткіштерінің дәстүрлі «конструкциясы» және оларға қысқаша сипаттама берілген. Дегенмен электрмеханикалық жүйелерге қолданғанда орнатылған және беріліс әлпілерінің барлық көптүрлілігінде электржетек күштік каналының жұмыс тиімділігін сандық нақты, физикалық бірмәнді бағалауға мүмкіндік беретін әмбебап және барынша икемді критерилер қажет етіледі.

Осыған көзіңіз жету үшін, бағалау критерилерін (4.2) - (4.4) түрде қолданып, келесі сұрақтарға жауап беруге тырысып керек.

ПӘК дәстүрлі формада қолданғанда қиындықтар туындайды. Мысалы, нақты бір жағдайда пайдалы жұмыс ретінде нені қабылдаған дұрыстығы белгісіз, электрлік және механикалық энергиялар электржетекпен қолданылған жағдайда тиімділікті қалай бағалау керектігі анық емес. Осы әлпілерге сандық сипаттама беру мүмкіндігінде оларды әр жағдайда жеке, бағалау қамтылуын және бірмәнділігін жоғалтумен, бейімдеуге тура келеді.

4.6-сурет. ПӘК жүкті түсіру әлпінде (а); лифт кабинасын көтерген кезде (6) бағалауға болатын кездегі түрлері.

Бұл кемшіліктерді дәстүрлі ПӘК кеңейтілген трактовкасын енгізумен жоюға болады. Ол үшін қайтадан бірізді қосылған элементтер түрінде күштік каналды қарастырайық 4.7-сурет және кейбір қарапайым түсініктерді атап өтейік.

Технологиялық объектке қатысы бойынша электржетектің күштік каналы көмегімен жұмысшы органмен орындалатын пайдалы механикалық жұмыс белгілі бір физикалық объектпен (технологиялық объектпен) – жүкпен, бұйыммен, сұйық немесе газ тәрізді ортамен және т.б. байланысты. Егер қозғалысқа келтірілген механизммен орындалатын белгілі бір технологиялық процестен ауытқысақ, онда электржетекпен жүзеге асырылатын пайдалы механикалық жұмыстың келесі процестермен байланысатындығын айта аламыз:

• Технологиялық объекттің потенциалдық энергиясының өзгеруімен;

• Объекттің ішкі энериясының өзгеруімен;

• Объекттің геометриялық өлшемдерінің өзгеруімен.

Механикалық қозғалыс көмегімен жүзеге асырылатын бүтін физикалық процесс нақтылығы жұмыс мөлшерінің (энергияның) оның орындалуында қажетті нақтылығын да анықтайды. Пайдалы жұмысты орындау технологиясы (тәсілі) кез келген уақыт моментіндегі жұмысшы орган мен технологиялық объкт арасындағы механикалық энергия ағымының бағыты мен қуат деңгейін анықтайды.

Пайдалы жұмыс түсінігін дұрыс қабылдау – кез келген құрылғының энергетикалық тиімділігін бағалаудағы басты сұрақ болып келеді. Оның бірнеше реттік трактовкасы тікелей сандық нәтижеге әкелуі мүмкін, ал бұл бізге қолайсыз. Сондықтан бұл түсінікті нақты мысалда қарастырайық.

Құрылыс мұнарасы кранының операциясы жүкті G нүктесінен d нүктесіне орын ауыстыруды қарастырады дерлік (4.8- сурет). Пайдалы жұмыс жүктің потенциалдық энергиясына бағытталған және күштік канал элементтерімен, соған көтеру механизмнің өзін қоса (жұкшығыр, ілмек, арқан). Жүктің aed ығысу траекториясы мүмкін деп қарастырайық. Сонда көтеру механизмі үшін пайдалы жұмыс потенциалдық энергияның W_ad = Gae қажетті өзгерісімен анықталады. Жүкқарпығыш айла бұйымдардың сол траекториямен ығысуы бойынша жұмысты пайдалылар қатарына жатқызуға болмайды, себебі пайдалы жұмыс технологиялық объектке қатысы бойынша орындалып жатыр.

4.8-сурет. Пайдалы жұмыс орындаудағы түрлі технологиялық траекториялар мысалы.

Көлденең орын ауыстыру жетегімен орындалатын ed ығысуы энергия берілісін (шығынын) талап етпейді, себебі дұрысында ауырлық және үйкеліс күшіне қарсы жұмыс орындалмайды (ауа кедергісін әрине ескереміз) және W_ed=0.

Осылай, көтерудің берілген технологиясында жетек пайдалы технологиялық жұмыс орындады.

Басты жағдайға назар аударайық. Осы участокта ауырлық күшінің потенциалдық өрісіне қатысы бойынша физикалық жұмыс аздау және W_физ = G_ае тең. Бұнымен технологиялық пайдалы жұмыс әрдайым физикалық пайдалы жұмыспен сәйкес келе бермейтіндігі көрініс табады.

Егер вертикаль және көлденең ығысу жылдамдықтарын шартты бірдей деп қабылдасақ, онда жүктерді бірінші нұсқа бойынша ығысуы көтеру механизмінің пайдалы жұмыс құрамына келесі екі тепе-тең құраушыларды енгізген дұрыс:

Осылай, еd немесе be соңғы уақытта ығысуын орындау қажеттілігінде (4.6) белгіленумен анықталатын, осы жүк ығысуларында кинетикалық энергияны ескерумен пайдалы жұмысты орындауға тура келеді.

4.9-сурет. Тәуелсіз қозуда тұрақты токты қозғалтқыш 11 бағалауға ішкі тізбектің электрлік схемасы; б) 4.5.б-суретке сәйкес келетін схема.

Тиімділік критерилерін (4.8) қолдануды оны тәуелсіз қозу тұрақты тогты статикалық әлпілер үшін анықтау қарапайым мысалында қарастырайық. (1.9а- сурет).

Осы жағдайда электротехника мен электрлік машиналар курсы мәліметтеріне жүгінумен, қажетті құраушылардың анықтау мүмкіндігін аламыз. Тиімділік эффектілірін қолданудың негізгі ерекшеліктерін анықтау үшін якорлық тізбедегі энергияның жылулық сейілуімен және қоздыру тізбесімен анықталатын қозғалтқыштардағы шығындарды ескеруге қажет. Кірістегі қозғалтқыштың электрлік қуаты, 4.9-суретте блокпен көрсетілген, туындымен и_я1_я — Р_э, механикалық — М механикалық координаттардың туындысымен анықталады.

Қозғалтқыш якорлық тізбесі статикалық әлпісі үшін қуаттар балансы келесі теңдікпен анықталатындығын еске түсіреміз

(4.11)

мұндағы — көзден (көзге) тұтынылатын (берілетін) энергия ағынының қуаты; M — роторға берілетін (ротормен қабылданатын) энергия ағынының қуаты; — якорьлық тізбедегі шығындар.

Қозу тізбесі бойынша тұтынылатын энергия энергияны түрлендіру процесіне қатыспайдығ ол тек машинаның магниттік ағынын қолдау үшін қажет, бұл берілген қозу тогының ағуымен қамтамасыз етіледі.

(4.11) теңдеуінен алатынымыз, қозғалтқыш жылдамдығы мен моменті арасындағы байланыс тәуелділікпен анықтаймыз:

, (4.12)

Немесе ескерсек,

(4.13)

мұндағы — Ф берілген магниттік тогында электромагниттік момент пен якорь тогының арасындағы пропорционалдық коэффициенті.

= const болғанда әлпілерді қарастырғанда, (4.13) келесі түрде жазамыз

, (4.14)

мұндағы — идеал шыбықты жүрістің бқрыштық жылдамдығы(М=0 болғанда); — М электромагниттік моменттің жылдамдық өзгеруімен өзгерісін сипаттайтын механикалық сипаттама қатаңдығы.

4.10 -сурет. ІIэ және Им коэффициенттерін бағалау мысалына қозғалтқыштың жұмыс әлпісі мен механикалық сипаттамасы

(4.14) белгісі қозғалтқыштың механикалық сипаттамасын ω₀=0 сәйкес келетін момент, яғни «қысқа тұйықталу» моменті,

болғандықтан.

(4.8) теңдеуін ескерумен тиімділік коэффициенттерін, (4.7-сурет) бірінші жағдайда машинаның электрлік шығысындағы энергия ретінде қабылдап, жазайық:

Екіншісінде — механикалық шығыстағы энергия ретінде:

Н мәнін статикалық әлпілер үшін бағалап, (1-8) энергия орнына сәйкес қуатты қояйық. Осы қуатта якорьдегі шығындарды келесі түрде жазу қиын емес

Басында тек якорь шығындарын ескерейік, сонда электрлік және механикалық кірістерге қатысты сәйкесінше аламыз:

(4.15)

(4.16)

(4.15) және (4.16) сәйкес Н_Э( ) және H_М( ) тәуелділіктері, 4.11- сурет с, б көрсетілген. Н_Э коэффициентімен қозғалтқыштың энергияны тұтынушы ретінде тиімділігі бағаланады, ал Н_Э коэффциентімен – энергия түрлендірушісі ретінде болады. Суретте көрініп тұрғандай, бұл сипаттамалар санды әртүрлі. Олардың 4.10 -суретінде көрсетілген сәйкес қозғалтқыш әлпілері үшін өзгерістерін талдайық (әлпілер 4.1 кестесінде көрсетілген болатын).

4.11- сурет. Н коэффициент мәндерінің графиктері:

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

Қабылданған шарттарда, яғни болғанда бос жүріс әлпінде ( ), себебі шығындар нөлге тең. Рекуперативті әлпіде ( ) екі көрсеткіш те төмендейді, соған қоса Н_э желіге қатысы бойынша машина тиімділігі Н_м қарағанда тезірек құлайды. Қозғалтқыш әлпісінде ( ) Н_э және Н_М мәндері төмендейді, бірақ Н_м ш=0 кезінде Н_М=0 мәнін қабылдап, тезірек құлайды. =0 болғанда Н_Э=0,5 және <0 болғанда төмендей бастайды.

<0 болғанда Н_м=0,5 мәніне қайта тырысып Н_м мәні өседі. Кері қосқан кезде ( ; >0), Н_Э көрсеткіші нөлге тырысады, ал Н_м — 0,5 мәнге тең болады. 4.10-суретіне қосымша ретінде штрих сызықпен қозғалтқыштың динамикалық тежеу әлпіндегі сипаттамасы көрсетілген. Бұл әлпі үшін, әрине, Н_Э =O (қозғалтқыш жүйесімен байланысты емес), ал әрдайым болғандықтан Н_М=0,5.

Техникалық жүйеде шекті тиімділік коэффициентін анықтау үшін келесідей жорамалдауға болады. Электржетек мәселесі болып W_тол пайдалы механикалық жұмысты орындау болса, осыған қоса қажет өнімділік Т уақытымен анықталады.

Н ең үлкен мәніне энергияның ең аз шығындары сәйкес келуі керек:

Күштік канал элементтерінде энергия шығындары бірліктен жоғары дәрежеде энергия ағынының қуатына пропорционал. Сондықтан ең аз шығынмен процеске const және W_тол/Т=Р_тол=const болатындай қуат графигі сәйкес келеді. Сондықтан Н_э р тиімділік коэффициентінің шекті мәні болып табылады. Берілген параметрлермен электржетек жүйесі үшін қойылған жұмыстың орындалуына сәйкес const және const мәндеріндегі ең аз теориялық мүмкін шығындардағы оның мәні болып келеді. Мысалы, «жұмысшы орган – технологиялық объект» қимасы үшін

Н_пр<1 мәні бұл сұлба үшін тиімділік шегі болып табылады. Ол Н (шекке жақындығын) нақты мәніне және осы көрсеткіштің өзгерісімен объективті салыстырмалы баға бере алады. Мысалы, Н жеткен деңгейдің Н* салыстырмалы мәні Н_пр қатысты анықталады:

Ал өзгерістің салмақтық мәні

Мұндағы Н — тиімділік көрсеткіштерінің өзгерісі.