5 тарау. Технологиялық кешендердің автоматизациясы және электр жетегі
5.1. Электржетектерінің құрылымы және типтері
Автоматтандырылған электржетегі деп жұмысшы машинаның атқарушы органдарын қозғалысқа келтіру үшін алдын-ала тағайындалған электр қозғалтқыштық, түрлендіргіштік, берілістік және басқару құрылғыларынан тұратын электр механикалық жүйені атайды. Электр энергиясын механикалық энергияға тікелей түрлендіретін негізгі элемент – қозғалтқыш болып табылады. Қозғалтқыш түрлендіруші және басқарушы құрылғылардың көмегімен өндірістік механизмнің талаптарына жауап беретін сипаттамаларды пішіндеуге рұқсат береді.
Автоматтандырылған электржетегінің құрылымдық сипаттамасы 1- суретінде көрсетілген. Онда өзара байланысқан екі жүйені белгілеуге болады:
а) күштік ажыратқыштан КА, күштік түрлендіруші бөліктен Т, бұрыштық жылдамдық ω кезіндегі қозғалтқыштың иінкүші М әсер ететін ротор массасы бар РД энергияның электр механикалық түрлендіргішінен ЭМТ тұратын энергияның электр механикалық түрлендіруін іске асыратын ақпараттық-энергетикалық жүйе;
б) ақпаратты өңдеу жүйесі қорғау және бақылауды басқару функцияларын орындайды. Ақпаратты өңдеу жүйесінің функционалды кіріс шамалары - беруші айнымалылар W және кері байланыстардың r айнымалылары. 1 - суретінде жұмысшы машинаға ЖМ берілетін ток, кернеу, иінкүш, айналу жиілігі және күштеуі бойынша кері байланыстар көрсетілген. Ақпаратты өңдеу жүйесінің шығыс шамалары белгілі мақсатқа бағытталған әсерлер ретінде күштік бөліктің басқарылатын элементіне (күштік ажыратқыш, түрлендіргіш, редуктор және т. б.) беретін басқарушы айнымалылар J болады. Ақпараттық айнымалылар V қызмет көрсетуші адамдарға немесе басқарудың жоғарғы деңгейін бағдарлау үшін қызмет етеді. Басқарушы Б және ақпараттық V айнымалылар беруші шамалар W мен белгілі логика бойынша ақпаратты өңдеу құрылғысына енгізілген кері байланыстар r айнымалыларынан құралады.
Электржетегі жүйесі оның типіне тәуелсіз, белгілі бір сыртқы функцияны x = f(w,z) орындайды. Басқарылатын шама (мысалы, айналу иінкүші, жиілік немесе қозғалтқыш білігінің орны) берілетін сигналдың шамасына W, сонымен бірге бір немесе бірнеше әсер етуші әрекеттерге Z тәуелді.
Автоматтандырылған электржетегі жүйелері автономды құрылғы ретінде (көтергіштер, лифттер, транспортерлердің электржетегі) немесе кешенді автоматтандырылған жүйелердің негізгі элементтері ретінде де жұмыс істейді. Мұндай жүйелерде басқару мәселелері бірнеше деңгей бойынша орналасады.
Төменгі деңгейлерде бір-бірімен технологиялық байланыс арқылы байланысқан және жоғарғы деңгей басқаратын функционалды топтарды құрайтын автоматтандырылған электр жетегі жүйесі орналасқан.
5.1– сурет. Автоматтандырылған электржетегінің құрылымдық сұлбасы: 1- электр энергиясының ағыны; 2 – механикалық энергияның ағыны; r – кері байланыстар айнымалылары; V – ақпараттық айнымалылар; W – беруші шамалар; Б – басқарушы айнымалылар; Z - әсер етуші факторлар;
Жоғарғы деңгей құрылғысын адам немесе келесі одан жоғарғы деңгейдің ақпаратты өңдеу құрылғысы басқарады. Осы текті құрылғылар, мысалы метал өңдеуші және мұнай өңдеуші өнеркәсіптің, станоктар мен басқа автоматты басқару жүйелерінің ЭЕМ – нен басқарылатын технологиялық жүйелерде қолданылады.
5.2. Электржетектерінің жіктелуі
Механикалық энергияны тарату тәсілдері бойынша электр жетектерін үш негізгі типке бөлуге болады:
а) топталған электржетегі жұмысшы механизмдерді бірнеше жұмысшы машиналармен немесе бірнеше атқарушы механизмдердің бір жұмысшы машинамен қозғалысын қамтамасыз етеді. Жетектен атқарушы механизмдерге энергияны беру бір немесе бірнеше беріліс көмегімен іске асады.
б) жеке орналасқан электр жетегі. Әрбір жұмысшы орган жеке тұрған электр жетегімен қозғалысқа келтіріледі. Машинаның жұмысшы органдары өзара байланыспайды, бұл жұмысшы машинаның кинематикалық сұлбасын біршама қысқартады;
в) өзара байланысқан электржетегі екі немесе бірнеше электрлік немесе технологиялық өзара байланысқан электр қозғалтқыштары құрылғыларынан тұрады. Олардың жұмысы кезінде берілген арақатынас немесе жылдамдықтық жүктеме немесе жұмысшы машинаның атқарушы органдары орнының теңесуі ұсталып тұрады. Осындай электржетегінің қажеттілігі технологиялық процесс немесе конструктивті құрылғының талабынан пайда болады. Өзара байланысқан электр жетегінің бір түрі – көп қозғалтқышты электржетегі болады, оның қозғалтқыштық құрылғылары ортақ білікке жұмыс істейді.
Қозғалыс түрі бойынша электр жетегі: айналмалы бір бағытты, айналмалы реверсті және тура жүруші реверсті болады.
Басқарылу дәрежесі бойынша электр жетектері: реттелмейтін – бір жұмысшы жылдамдығы бар машинаның атқарушы жұмысшы органдарын әрекетке қосу үшін; реттелетін – электр жетегінің шамалары басқарушы құрылғының әсерімен өзгереді; бағдарламалық – басқарылатын – электржетегін берілген бағдарлама бойынша басқару; ілеспелі – автоматты, еркін өзгеретін беруші сигналға сәйкес атқарушы органның жылжытуын жасау; адаптивті – машина жұмысының шарттары өзгерген кезде басқарудың кұрылымы мен шамаларын автоматты түрде таңдап алу.
Автоматтандыру деңгейі бойынша электр жетектері: қолмен басқарылатын автоматтандырылмаған; шамалары автоматты реттеумен басқарылатын автоматтандырылған; басқарушы әрекет оператордың қатысуынсыз автоматты түрде өндірілетін автоматты болып бөлінеді.
5.3. Электржетектің типтік статикалық жүктемелері. Статикалық орнықтылық. Тәуелсіз қоздырудың тұрақты токтағы қозғалтқыштың электрмеханикалық және механикалық сипаттамалары
Механизмде орындалатын механикалық сипаттама Мс=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-сурет). Қозғалтқыш білігінің айналу бағытынан тәуелсіз және төмен қарай бағытталған кезде момент кедергісі тең болады
,
Сурет 5.2
МС шамасы жылдамдыққа тәуелді емес. Жүктің орын ауыстыруы 1.1-сурет.
Реактивті күш пен момент деп қозғалтқыш арқылы активті қозғалатын моментте реакция сияқты пайда болатын қозғалысқа кедергі болатын момент пен күшті айтады. Реактивті күш 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 (1.2-сурет) модуль бойынша өзгермейді, бірақ өзінің белгісін жылдамдық белгісі 
өзгергенде секіріп отырады.
Олар станоктық жетектің берілуілеріне, желдеткіштерге, дросселдерге және т.б. үшін сипатталған. 1.3-суретте 
жылдамдық шамасынан сызықтығын сипаттайтын тәуелділіктегі жүктемелі үйкеліс тұтқырлығының моментті келтірілген.
Желдеткіштің бұрыштық жылдамдығы, ортадан тепкіш сорғыштың жүктемелі моменттің тәуелділігі 1.4.-суреттігідей болады және желдеткішті деп аталады және 
, мұндағы n = 1,5…2.5 өрнегімен жазылады.
Электрқозғалтқыштың механикалық сипаттамасы - М=f( ω тәуелділігі. Электрлік машина курсынан білетініміздей, ЭҚ механикалық сипаттамасы (5-сурет) 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 ωУСТ-тан ω кішкене ауытқығанда жағдайда жетек орнықтылық режіміне қайта айналып келмейтін өзгерістерге әкеліп соғады.
Мысал ретінде, жетектің асинхронды жұмысында МС кедергілі моменттің механизмін қарастырамыз. Жұмыс кезінде «а» нүктесінде қандай да мақсатта ω<ωУСТ болсын. Онда механикалық сипаттамаға М>МС сәйкес дұрыс динамикалық сипаттама МДИН=М–МС >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 < ωУСТ, М < МС, МДИН = М – МС < 0, үдеу dω/dt < 0 және жүйе орнықтылық режім нүктесіне қайта айналып келсе, қозғалыс орнықты. Егер жұмыс кезінде «b» нүктесінде ω > ωУСТ, М > МС, МДИН = М – МС > 0, үдеу dω/dt > 0 және жылдамдық төмендей береді. Осындай кезде «b» нүктесінде статикалық орнықсыз болады.
5.3.1. Өндірістік механизмдер мен электрқозғалтқыштарының сипаттамалары
Электржетегінің дұрыс жобалануы және үнемді қолданылуы үшін қозғалтқыштың механикалық сипаттамаларының өндірістік механизмдер сипаттамаларымен сәйкестігін білу керек. Өндірістік механизмнің механикалық сипаттамасы деп қозғалтқыш білігіне келтірілген жылдамдық пен механизмнің кедергі иінкүші ω=f(М) арасындағы тәуелділікті атайды. Әртүрлі өндірістік механизмдердің әртүрлі механикалық сипаттамалары болады. Оларды жалпы түрде келесі формуламен жазуға болады
, (5.1)
мұнда Мс – ω жылдамдығы кезіндегі механизмнің кедергі иінкүші;
Мо – механизмнің қозғалмалы бөлігіндегі үйкеліс кедергісінің иінкүші;
Mс.н – ωн жылдамдығы кезіндегі кедергі иінкүші.
Келтірілген формулаларға сәйкес өндірістік механизмдердің механикалық сипаттамаларын келесі негізгі категорияларға жатқызуға болады.
Жылдамдықтан тәуелсіз механикалық сипаттама (Х=0 кезіндегі 3.1- суретіндегі 2 қисығы). Бұл сипаттамалар көтеру крандары, металл кесуші станоктардың беру механизмдері, поршенді сорғылар, конвейерлерде болады.
5.8 - сурет. Өндірістік механизмдердің механикалық сипаттамалары
Сызықты өсетін механикалық сипаттама (Х=1 кезіндегі 1 қисығы). Мұндай сипаттама тәуелсіз қоздырылатын тұрақты ток генераторында болады.
Сызықты емес - өсетін (парабола) механикалық сипаттама (3 қисығы Х=2 кезінде). Мұндай сипаттамасы бар механизмдер желдеткіштік жүктемесі бар механизмдер деп аталады – ортадан тепкіш сорғылар, есу қалақтары және т. б.
Сызықты емес – құлдилайтын механикалық сипаттама (Х=1 кезіндегі 4 қисығы). Бұл сипаттамаға бірқатар токарлық, жонушы станоктар ие болады.
Электрқозғалтқышының механикалық сипаттамасы деп оның бұрыштық сипаттамасының айналдырушы иінкүшіне тәуелділігін ω=f(M) атайды.
Электржетегінің механикалық сипаттамасының қатаңдығы деп электр қозғалтқышының электрмагниттік иінкүштерінің айырмасының электр жетегінің бұрыштық жылдамдықтары айырмасына қатынасын атайды.
. (5.2)
Механикалық сипаттамалардың түрлері:
а) иінкүш өзгерген кезде жылдамдық өзгеріссіз қалатын абсолютті қатаң механикалық сипаттама, бұл сипаттама синхронды қозғалтқыштарда болады (3.2 - суреті, 1 қисығы);
б) иінкүш өзгерген кезде жылдамдықтың өзгеруі өте аз болатын қатаң механикалық сипаттама, бұл сипаттама тәуелсіз қоздырылатын тұрақты ток қозғалтқыштарында болады (2 қисығы);
в) иінкүш өзгерген кезде жылдамдық біршама өзгеретін жұмсақ механикалық сипаттама (3 қисығы);
