Кіріспе
Адамзат қоғамы иелігіндегі өндіріс құралдарының тиімділігі, елеулі дәрежеде өндірістік процестердегі механикалық жұмысты орындау үшін қажетті энергияны алу тәсілдерінің жетілгендігімен анықталады. Қазіргі кезде бір де өндірісті елестетуге болмайтын, өндірістік механизмдер, өнеркәсіпте, көлікте, ауыл шаруашылығы мен тұрмыстық техникадағы сансыз көптеген жұмыс машиналары мен механизмдерді қозғалысқа келтіретін және автоматтық түрде олардың технологиялық процестерін басқаратын, заманауи автоматтандырылған электр жетегі түріне енгенше дейін, дамуының ұзақ жолын өтті.
Заманауи электр жетегінің қуаттылығы бойынша қолдану шегі ватт үлестеріне дейінгі дербес қозғалтқышта он мың киловаттан аса жоғары.
Заманауи автоматтандырылған электр жетегі өз жаратылысынан және мақсаты бойынша құрамында: электр машиналары, электр энергиясын өңдегіштер, күшейткіштер, комутациялық аппараттар мен түрлі механикалық құрылғылар сияқты элементтерді қамтитын, күрделі электр механикалық жүйесін білдіреді. Электр жетегінің негізгі элементі электр қозғалтқышы болып табылады, сондықтан оның негізгі қасиеттері: беріктігі мен қызмет мерзімі, басқару қолайлылығы, тез әрекет етуі, көбіне электр жетегін жалпы сипаттайды. Электр қозғалтқыштарының дамуы мен жетілдірілуі бірнеше өзара байланысты бағыттар бойынша жүреді. Олардың бірі қозғалтқыштарды жасау кезінде қолданылатын жаңа, сапалы материалдарды өңдеу мен қолданудан тұрады. Қозғалтқыш орамдарын оқшаулаудың жаңа түрлері оның жұмыс температурасын 1600C дейін және одан жоғары арттыруға мүмкіндік береді, бұл қозғалтқыштың қолданылуын жақсартады. Жақсартылған магниттік қасиеттері бар қоспаларды пайдалану металл шығынын азайтып, сонысымен қозғалтқыштың салмағы мен габариттерін төмендетеді. Жаңа материалдарды, атап айтқанда пластмассаны қолдану, қозғалтқыштың кейбір қосалқы түйіндері мен бөлшектерінің беріктігі мен қызмет мерзімін арттырады [1].
Автоматтандырылған басқару жүйесі (АБЖ) – оның жұмысының қалыпты тәртібін орнату мақсатында, объектіні автоматтық басқару немесе бірнеше параметрін өзгерту үшін арналған құрылғылар кешені. АБЖ реттелетін параметрлердің тұрақты белгіленген мәндерін және заңды белгіленгені (жүйенің тұрақтандырылуы, бағдарламаларды басқару) бойынша өзгертілуін қамтамасыз етеді. Объект параметрлерінің елеулі өзгерістері кезінде өздігінен бапталатын жүйелер қолданылады. Басқарылатын объектілердің ерекшеліктерінің ескерілуімен басқару тізбегін жүзеге асыру үшін оларға басқарушы ықпалдар беріледі. Басқару типі бойынша АБЖ: тұйықталған, ашық, құрамдастырылған болып бөлінеді. АБЖ негізгі типтері–тұйықталған, олардағы сигналдардың өту тізбегі басқарылатын объектіні және басқару құрылғысын қамтитын, тұйықталған контурды құрайды. Басқарылатын шаманың қалаулы мәндерінен ауытқулары бұл ауытқуларды туындататын себептерге тәуелсіз кері байланыс арқылы әсерімен орны толтырылады. Құрамдастырылған АБЖ басқарудың екі принципі қолданылады: ауытқулар және бұзылуы. АБЖ күрделі техникалық жүйелерімен (өндірістік және энегетикалық кешендері, көлік құралдарымен) немесе реттелетін параметрлердің зор саны бар технологиялық процестермен есептеуіш техника кеңінен қолданылады – бұл, микропроцессорлар, ЭЕМ, басқарушы машиналар[2].
Энергияны тиімді қолдану халық шаруашылығының заманауи маңызды мәселелерінің бірі болып табылады. Оның шешілуі өнеркәсіптік және ауылшаруашылық өнімнің өндірісі кезінде энергетикалық және материалдық ресурстарының шығынын азайтуға, мемлекет пен халықтың тұрғын үй-коммуналдық шаруашылығы саласындағы аса өнімді емес шығындарын азайтуға мүмкіндік береді. Электр энергиясын негізгі тұтынушысы болып табылатын, электр жетегі бұл мәселені шешудегі маңызды рөл атқарады.
Жалпы жағдайда энергияны үнемдеу электр жетегінің өзінде де, сонымен бірге оның өндіретін механикалық энергиясы қолданылатын, қызмет көрсетілетін технологиялық процестерде де жүзеге асырылуы мүмкін.
Электр жетегіндегі энергияны үнемдеу оны жобалау және құрастыру кезеңінде, сонымен қатар, қолданысы кезінде жүзеге асырылуы тиіс. Электр жетегін жобалау кезіндегі энергия үнемдеудің негізгі әдістері келесіден құралған:
1. Жұмыс машинасының немесе өндірістік механизмінің, оның жұмысының барлық жағдайларын ескере отырып, атқару органы қозғалтқышының талап етілетін қуаттылығының негізделген есебі.
2. Жұмыс кезінде энергияның минималды шығындарымен сипатталатын, электр жетегінің компоненті.
3. Электр жетегі координаттарын олардың қолданылуы кезінде қуаттылық пен энергияның шығындары минималды болатын, реттеудің техникалық құралдары мен тәсілдерін таңдау.
Жұмыс жасап тұрған электр жетектерін пайдалану кезінде энергияны үнемдеу дұрыс техникалық қызмет көрсету және олардың модернизациясы бойынша шараларды өткізу есебінен жетуі мүмкін:
Диссертациялық жұмыста қозғалтқыш түрлері, сонымен бірге тұрақты ток қозғалтқыштары мен электр жетектеріне техникалық қызмет көрсетуі қарастырылған.
Өнеркәсіптің түрлі салаларындағы тұрақты ток қозғалтқыштары типтеріне қысқаша шолу жасалған.
«Асинхронды қозғалтқыш тәуелсіз қоздырудың тұақты ток қозғалтқышы» жүйесімен тұрақты ток қозғалтқышы базасында электр жетегін пайдаланудың мақсатқа сәйкестілігі негізделді.
Тәуелсіз қоздыруымен тұрақты ток қозғалтқышының математикалық моделі құрылды. Статикалық және динамикалық сипаттамалар құрылды.
Labview көмегімен электр қозғалтқышының компьютерлік моделі құрылды және оның динамикалық сипаттамаларының зерттеулері жүргізілген.
«Асинхронды қозғалтқыш – тұрақты ток қозғалтқышы» жүйесі бойынша электр жетегінің құрылымдық моделі құрылған.
1 Тарау. Тұрақты ток қозғалтқышы
Тұрақты ток электр машиналары өнеркәсіптің түрлі салаларында кеңінен қолданылады. Тұрақты ток электр қозғалтқыштарының едәуір таралуы олардың құнды қасиеттерімен түіндіріледі: жоғары іске қосу, тежеуіш және жүкті ауыстырып тиейтін сәттерімен, салыстырмалы жоғары тез әрекеттігімен, мұны реверстеу және тежеу кезінде мұны реверстеу және тежеу кезінде білген маңызды, және айналым жиілігін кең және бірқалыпты реттеу мүмкіндігімен.
Тұрақты ток электр қозғалтқыштарын реттелетіндері үшін қолданады. Өндірістік процестер мен механизмдердің басқарылуын автоматтандыруына байланысты қуаттылығы бірліктен жүздеген ваттқа дейінгі жалпы қолданысты тұрақты токтың қуаты төмен қозғалтқыштарын қолдану аясы кеңейеді. Қуаттану схемасына байланысты, тұрақты ток машинасының қоздыру орамы бірнеше типті болып бөлінеді (тәуелсіз, параллель, ретті және аралас қоздыруымен).
1.1 Тұрақты ток қозғалтқышының құрылысы және әрекет ету принципі.
Тұрақты ток машиналарының құрылысы 1 суретте көрсетілген. Машина статорының болат корпусына 1 басты және 2 қосымша 4 полюстер бекітілген. Басты полюстерде қоздыру орамы орналасқан 3, қосымшаларында – қосымша полюстер орамы 5. Қоздыру орамы машинаның магниттік ағынын жасайды Ф.
1 сурет. Тұрақты ток машинасы.
Қозғалтқыш білігінде 10 цилиндрлі магнит өткізгіш бекітілген 6, оның ойықтарында зәкірдің орамы орналасқан 7. Зәуір орамының орам секциялары коллекторға жалғанған 9. Оған серіппелермен қозғалыссыз щеткалар қысылып тұрады 8. Қозғалтқыштың білігіне бекітілген коллектор одан және бір бірінен оқшауланған мыс тілімшелері қатарынан тұрады. Коллектор мен щеткалардың көмегімен зәкір орамының сыртқы электр тізбегімен қосылуы жүзеге асырылады. Қозғалтқыштарда олар сыртқы тізбекті токтың бағыты бойынша тұрақтыны зәкірдегі орамның өткізгіштеріндегі ток бағыты бойынша өзгеретінге түрлендіру үшін қызмет етеді. Қосымша полюстер, оларда орналасқан орамдарымен щеткалар мен машинаның коллекторы арасындағы ұшқындауды азайтады. Қуаттылықтың шығындарын азайту үшін зәкірдің магнит өткізгіші бөлек болат тілімдерінен орындалған.
Барлық орамдар оқшауланған сымнан жасалған. Екі басты полюсі бар қозғалтқыштардан басқа, төрт және одан көп басты полюстер санымен тұрақты ток машиналары бар. Сонымен қатар сәйкесінше, қосымша полюстер мен щеткалардың жиынтықтарының саны ұлғаяды.
Егер қозғалтқыш кернеудің тұрақты желісіне қосылып тұрса, қоздыру орамымен құрылған магниттік өрістің және зәкір өткізгіштеріндегі токтың өзара әрекеттесуі кезінде зәкірге әрекет ететін айналдыру кезі пайда болады:
(1)
(2)
мұндағы КМ – машинаның конструктивтік параметрлеріне тәуелді коэффициент; Ф – бір полюстің магниттік ағыны; IЯ – зәкірдің тогы.
Егер қозғалтқыш сәті n = 0 кезінде қозғалтқыш жүктелген тежеуіш сәтінен артып тұрса, онда зәкір айнала бастайды. Айналым жиілігі ұлғайған кезде n зәкірдегі индукцияланатын ЭҚК өседі. Бұл зәкір тогының азаюына әкеледі:
(3)
1.2. Қозғалтқыштарды іске қосу
Формуладан
шығатыны (3), қозғалтқышты кернеудің
тұрақты желісіне қосқаннан кейінгі
бірінші сәтте, яғни,
и
,
;(4)
rЯ кедергісі зор емес болғандықтан, зәкір тогы қозғалтқыш тогының номиналдық тогын 10…30 есе артуы мүмкін, бұған жол беруге болмайды, себебі қатты ұшқындауға және коллектордың бұзылуына әкеледі. Одан басқа, мұндай ток болғанда, қозғалтқыштың жол бергісіз үлкен сәті туындайды, ал жиі іске қосу кезінде зәкір орамының қызып кетуі мүмкін.
Зәкір тізбегіндегі іске қосу тогын азайту үшін, іске қосу резисторын қосады, оның кедергісі қозғалтқыштың айналым жиілігі ұлғайған шамасына қарай нөлге дейін азайтады. Егер қозғалтқыштың іске қосылуы автоматтандырылған болса, іске қосу резисторын бірнеше сатындан орындайды, және оларды айналым жиілігі ұлғайған шамасына қарай дәйкетілікпен сөндіреді.
Зәкірдің іске қосу тогы:
;
(5)
Қозғалтқыштың екпіні шамасына қарай зәкір орамындағы ЭҚК өседі, ал формуладан шығатыны (3), бұл зәкір тогының азаюына әкеледі IЯ. Сондықтан, қозғалтқыштың айналым жиілігі ұлғаю шамасы бойынша зәкір тізбегіндегі кедергіні азайтады. Салыстырмалы шағын іске қосу тогымен зор іске қосу сәтін алу үшін, қозғалтқыштың іске қоылуын ең үлкен магниттік ағынымен жүзеге асырады. Демек, қоздыру тогы іске қосу кезінде максималды қолжетімді болуы, яғни, номиналды болуы тиіс.