Вентильді түрлендіргіштермен басқару. Қадамды қозғалтқышты дискретті жетек
Дәріс жоспары:
1. Тиристорлы түрлендіргіштер және тиристоларды басқару. Тиристорлы түрлендіргіштерді тікелей цифрлы басқару. Жолақты импульсті түрлендіргіштерді басқару. Транзисторлар мен тиристорлардағы жолақты импульсті түрлендіру.
2. Коммутация жиілігін таңдау. Импульсті жетек схемалары. Вентильді түрақты ток қозғалтқыштарын (түйіспесіз) басқару. Жылдамдықты импульсті басқару. Жиіліктік басқарудың қүрылымы мен схемасы. Тікелей байланысты түрлендіргіштер. Тұрақты ток звеносы бар түрлендіргіштер. Инверторлар және оларды басқару.
3. Дискретті жүйелердегі орындаушы кұрылғы - қадамды синхронды қозғалтқыштар. Қадамды қозғалтқыштардың жүмыс жасау режимдері. Басқару болктары - коммутатор, күшейткіш- қалыптастырғыш және т.б. Қадамды қозғалтқышты дискретті жетектің динамикасы. Болымсыз орынауыстыру қозғалтқыштары - пьезоэлектрлі, магнитострикционды, олардың жұмыс жасау паринципі мен сипаттамалары.
Электрлі микромашиналар механикалық шамаларды электрлікке түрлендіргіш ретінде.
Дәріс жоспары:
Жұмыс режимдері. Электрқозғалтқышының жылулық күйі. Электрмашиналары температурасының өзгеру заңдылықтары. Қозғалтқыштың кызу тұрақтылығы. Ұзақ уақытты жүктеме үшін қозғалтқыштың қуатын таңдау.
Ысқа және қайталанбалы - қысқа уақытты режимдер үшін қозғалтқыш қуатын таңдау. Ілеспелі жетек үшін қозғалтқыш қуатын таңдау.
Электрмашиналары температурасының өзгеру заңдылықтары. Қозғалтқыштың кызу тұрақтылығы. Ұзақ уақытты жүктеме үшін қозғалтқыштың қуатын таңдау.
Электр машинасы оның жұмыс істеу кезіндегі жылу алмасуға және жылу бөлуге қатысты алғанда күрделі нысан болып саналады. Машина ток ағып жатқан кезде орамдардың бөлінетін жылу есебінен, сондай-ақ айнымалы магнит ағындарының әсерінен болатын болат өзекшелердегі жылу есебінен де жылиды. Электр машиналарындағы жылу бос ауа қуысы арқылы желдеткішпен ауа жіберу есебінен қоршаған ортаға таралады жэне статор мен ротор арасындағы бос ауа арқылы арнайы бос ауа арналарына
жіберіледі.
Машина дұрыс таңдалған болып есептеледі, егер ол оған тапсырылған қызметтерді орындайтын болса және қызып кетпейтін болса, яғни оның орамының оқшаулағышы мүмкін болатын шектен аспайтын қызу температурасына шыдайтын болуы қажет дегенді білдіреді. Егерде машина температурасы жұмыс жасау кезінде мүмкін болатын шектен темен болса, онда бүл машинаның толықтай қолданылмағандығын білдіреді жэне оның қуаты мен тиісінше оның көлемі мен габариттері жоғары болғандығы. Бүл температура мен машинанын, қызмет ету мерзіміне байланысты болады жэне орамдарға арналып жасалған оқшауланған материалдардың жылуға қарсы тұра алуымен анықталады. Материалдардың жылуға қарсылығы үлкен болған сайын машина дэл сондай көлем мен габариттер болған жағдайдағы қуатты жоғарылата алады. Машинаны дұрыс қолдануға қол жеткізу үшін қарқынды суыту қолданылады (қозғалтқыштардағы генераторлардағы және түрлендіргіштердегі желдеткіштер; трансформаторлардағы түтіктер).
Электр машиналарында қолданылатын барлық оқшаулағыш материалдарды олардың жылуға қарсылығына байланысты келесі негізгі мынадай кластарға бөледі:
А класы - мақтадан, целлюлоза және жібектен жасалған, электр оқшаулағыш сырлармен сіңірілген табиғи талшықты материалдар (мүмкін болатын шектік температура (rшек=120°С);
Е класы - синтетикалық органикалық пленкалар, сырлар және талшықты материалдар (rшек=125°С);
В класы - слюдадан, асбестен жэне шыны талшығынан жасалған, құрамында органикалық байланыстырушы заттары бар материалдар (rшек =130°С);
Ғ класы - тура В класындағыдай құрамында синтетикалық байла-ныстырушы және сіңіруші заттары бар материалдар (гшек=155°С);
Н класы - бұл да В класындағыдай құрамында кремний-органикалық байланыстырушы жэне сіңіруші затгары бар материалдар (гшск=150°С);
С класы - слюда, шыны, кварц, органикалық байланыстырушы қүрамдары бар немесе болмайтын керамикалық материалдар (гшск>150°С); материалдардың физикалық, химиялық жэне электрлік қасиеттерімен шектеледі).
Машинадан бөлінетін жылу немесе қызу температурасы жоғалту-ларға, сондай-ақ ауқымды шектерде өзгеретін онын, суыту жағдайларына да байланысты болады. Егерде өнеркэсіп орындарындағы ауаның температурасы мен тығыздығын өзгеріссіз деп санайтын болсақ, онда температура түрлі кеңдіктегі ашық ауада жұмыс жасайтын қозғалтқыш-тардың температурасы -60°С-дан +50°С-ға дейін құбылып тұрады. Әсіресе температураның кенеттен болатын құбылуына ауа тығыздығының езгерісі қосылатын, авиациялық және ғарыштық аппаратуралардағы суыту жағдайлары қатты езгеріске ұшырайды. Ашық ғарышта жұмыс шстеу кезінде суыту тек сәулелену есебінен ғана болады.
Машинаның жеке бөліктеріндегі жылу алмасу біртекті болмайды, өйткені машинаның түрлі бөліктеріндегі суыту жағдайлары да эртүрлі болады. Соған қарамастан жылыту мен суыту ұдерістерін анализдеу кезінде машина біртекті дене ретінде қарастырылады жэне ондағы жылу бөліну барлық көлемде біртегіс болып жүреді.
Өзгермейтін жүктеме кезіндегі қозғалтқышты жылыту үдерсін қарастырайық, яғни кедергінің өзгеріссіз иінкүшіндегі, тиісінше бірлік уақытында қозғалтқыштан бөлінетін жылу иінкүшіндегі процесс.
Жылытудың дифференциалдық теңдеуі мына түрге ие болады:
(4.1)
Мұндағы τ- қозғалтқыш температурасының қоршаған орта темпера-турасына асуы; °С; 1 - уақыт, С; (2 - қозғалтқышта бөлінетін жоғалтулар, кал/с; А - қозғалтқыштың жылу беруі, кал/°С-с; С - қозғалтқыштың жылу сыйымдылығы, кал/°С.
Аτdt қосылғышы қозғалтқыштың dtуақытта қоршаған ортаға беретін жылуының мөлшерін анықтады, ал Сdτ қосылғышы - осы уақыттағы қозғалтқыштың жұтатын жылуынын, мөлшері.
(4.1) формуласын Аτdt-ға бөліп, теңдеуді мына түрге келтіреміз:
оның шешімі жылудың жылулық уақыт тұрақтысы бар экспонента болып табылады ТТ=С/А[с].
Уақыт бойынша қозғалтқыштың температурасының өзгерісі:
(4.2)
мұндағы τқ.ж. - орнатылған қозғалтқыш температурасының қоршаған орта температурасынан асуы, бұл кезде Q=А·τк.ж.
8.1-суретте (8.2) теңдеуге сәйкес, түрлі жұктемелердегі температура өзгерісінің уақытқа тэуелділігі көрсетілген. Жылытудың мүмкін болатын температурасына rшек, сэйкес келетін деңгейлес сол немесе басқа жүктеме кезіндегі қозғалтқыштың қосылу уақытын tдп анықтайды. Аз немесе тең жүктеме кезінде қозғалткыштын, жұмыс уақыты шектелмейді.
Қозғалтқышты ажыратқанда суыту үдерісінің дифференциалдық теңдеуі келесі түрде болады:
АЧй1+ Сйт= 0, (8.3)
Мұнда жылжымайтын қозғалтқыштың жылу беруі қозғалыстағы қозғалтқыштікінен аз болады. Сондықтан суыту уақытының жылулық тұрақтысы жылытудікіне қарағанда көп болады, бұл кезде олардың қатысы Тт/Тт қозғалтқыш құрылысына тэуелді болады және желдеткіші жоқ жабық қозғалтқыштар үшін 0,95, сыртқы желдеткіші бар жабық қозғалтқыштар үшін 0,45-0,55 жэне ішкі желдеткіші бар жабық қозғалтқыштар үшін 0,25-0,35-ке тең болады.
Ажыратылған күйде қозғалтқыш температурасы (8.3) тендеуге сәйкес экспонента бойынша (8.2-сурет) төмендейді.
Тәжірибеде қозғалтқышты таңдау кезінде жэне олардың қызуға төзімділігін тексеру үшін шығындарды жанама бағалау әдісі қолданылады. Бұл үшін қозғалтқыштың қызуға төзімділігін балама ток, балама иінкүш және балама қуат әдісімен тексерсе болғаны.
Бұл жағдайда қозғалтқышта бөлініп жатқан жылу ток квадратына пропорционалды деп саналады жэне ток мәнінің жылулық шығындарға кететін баламаны табады, ол номиналды токтан төмен болуға тиіс.
мұндағы І1, І2.....Іn жэне t1,t2..tп - ток мәні және осы токтар ағып өтетін, уақыт аралықтарының ұзақтығы; Іn - қозғалтқыштың номинал тогы.
Егер Іэкв ≤ Ін теңсіздігі қанағаттандырылатын болса, онда қозғалтқыш қызып кетпейді, бірақ бұл кезде аралықтар ұзақтығы, әсіресе үлкен жүктемелер кезінде t1≤ (1÷2)Т шартын қанағаттандыруға тиіс.
Кейбір қозғалтқыштарда айналу иінкүші токқа пропорционал болады (мысалы, тұрақты тоқ қозғалтқыштарында), онда машинаның жылулық жүктемесін балама иінкүш эдісімен бағалауға болады:
Мұндағы M1, М2...Мn жэне t1,t2..tп - иінкүш мәні жэне уақыт аралықтарының ұзақтығы; Мп - қозғалтқыштың номиналды иінкүші.
Егер қозғалтқыштың айналу жиілігі жүмыс кезінде елеусіз езгеретін болса (асинхронды жэне синхронды қозғалтқыштар), онда қызу балама қуат эдісімен бағаланады, өйткені бүл жағдайда ол айналу иінкүшіне пропорционалды болады:
мұндағы Рі, Р2...Рп және t1,t2..tп - тұтынылатын қуат мәні және тиісінше уақыт аралығының ұзақтығы; Рп - номиналды қуат.
Ысқа және қайталанбалы - қысқа уақытты режимдер үшін қозғалтқыш қуатын таңдау. Ілеспелі жетек үшін қозғалтқыш қуатын таңдау.
Жылыту және суыту жағдайына тэуелді болатын қозғалтқыштың жұ-мыс жасау кезінде оның жұмысының негізгі үш: ұзақ уақытты, қысқа уақытты жэне қайталама қысқа уақытты режимдерін бөліп көрсетуге болалы.
Ұзақ уақытты деп қозғалтқыштың жұмыс уақытында оның қызу температурасы мүмкін болатын мәнге жетпейтін режимді айтады (8.1-суреттегі Qз режимі). Мұндай режим t > (3+4) Тт- болғанда орындалады.
Қысқа уақытты деп қозғалтқыш жүмысынын, уақытында оның тем-пературасы орнатылған мэнге жетпейтін, ал үзіліс уақытында температура қоршаған орта температурасына дейін төмендейтін режимді айтады.
Мұндай режимдегі температуралық қисық түрі 8.3-суретге келтіріл-ген. Әдетте, қысқа уақыттық жұмыс режимінің қозғалтқыштарына арнал-ған каталогтарда оның қосылуының мүмкін болатын уақыты көрсетіледі.
Егер ұзақ уақытты жұмыс режиміне есептелген қозғалтқыш қысқа уақытты режимде жұмыс жасайтын болса, онда ол жүктемелік иінкүшті номиналдыдан асырып жібереді және үлкен қуатты номиналдыға қарағанда, қысқа уақытга тарата алады. Қосылу жағдайының ұзақтығы 1В термиялық қайта жүктемелеу коэффициентінің көмегімен анықталады, ол қысқа уақыттық режимде Q п ұзақ уақытты режимдегі номиналды жоғал-туларға Q п қатысты алғандағы қозғалтқыштағы жылытуға кететін шығындардан қанша есе асуға болатынын көрсетеді:
(8.7) теңдеуін (8.8) тендеуіне Коя отырьш және алынған теңдеуді тдоп қысқартып, мынаны аламыз:
Қайталама-қысқа уақытты деп қосылу жағдайының уақытында tкос қозғалтқыш температурасы орнатылған мәнге жетпейтін, ал үзіліс уақытында tүз қоршаған орта температурасына дейін төмендеп үлгермейтін режимді айтады.
8.4-суретте қайталама - қысқа уақытты режим кезіндегі температура өзгерісінің қисығы көрсетілген.
Бұл режим, әдетте, пайызбен өрнектелетін қосылу үзақтығы (ПВ) деп аталатын салыстырмалы коэффициентпен сипатталады:
Өнеркәсіптік борттық қозғалтқыштардың қосылу ұзақтығы 15,25 немесе 40%, көбінесе авиациялық қозғалтқыштар үшін үш түрін шығарады, ПВ=10%(кейде ПВ=1,5%).
Егер жылыту мен суытудың уақыттық тұрақтыларын Тт-ға тең деп алатын болсақ, онда термиялық жүктемелердін, коэффициенті келесі теңдеумен анықталады:
