CC BY
62
Библиографический список
1. Жданов, А.В. Обоснование допущений при математическом моделировании объемных гидроприводов с целью выбора методики их диагностирования / А.В. Жданов, В.В., Н.В. Титова // Машины и процессы в строительстве: Сб. науч. тр. №6. -Омск: СибАДИ, 2007. - С. 157-160.
2. Титова, Н.В. Разработка математической модели шестеренного гидронасоса как элемента системы автоматизированного проектирования диагностических комплексов / Н.В. Титова // Сборник научных трудов / Иртышский филиал ФГОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта» (в г. Омске) - Омск, 2008. -Вып. 6. - С. 160-163.
Modelling of pump diagnostic process
M.Yu. Arhipenko, N.V. Stroganova
The method of system engineering of the automated projecting of complexes of malfunction diagnosing of a hydrodrive systems is described. System making basis is submitted by mathemati-
cal program. The suggested system allows to model the diagnostic process of a drive in the real time and to form the conclusion about hydrosystem by comparison of experimental data with parameters of modelling.
Архипенко Маргарита Юрьевна - канд. техн. наук, доцент кафедры «Прикладная механика» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии, имеет более 30 опубликованных работ. Основное направление научных исследований - системы автоматизации проектирования технических объектов. E-mail: Arkhipenko_m@ sibadi.org
Строганова Надежда Васильевна - аспирант кафедры «(Прикладная механика» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии, имеет 10 опубликованных работ. Основное направление научных исследований - автоматизация проектирования диагностических комплексов гидросистем дорожных машин. E-mail: nv_titova@ mail.ru
Статья поступила 01.12.2008 г.
УДК 621.87
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ
В.Е. Беляков, аспирант Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)
Аннотация. В статье рассматривается возможность применения частотного пуска и дроссельного управления асинхронного двигателя в автокранах. Производится моделирование частотного пуска, дроссельного управления в программе Ма^аЬ пакета Simulink.
Ключевые слова: электропривод, частотное и дроссельное управление, математическое моделирование систем управления
Введение
Технологические режимы многих производственных механизмов на разных этапах работы требуют движения исполнительного органа с различной скоростью, что обеспечивается путем регулирования скорости электропривода. В большинстве случаев регулирование скорости механизма обеспечивается заданием различной скорости двигателя, поддержанием ее на заданном уровне, изменением во времени по требуемым законам с определенной точностью [5, 6].
Получение низких посадочных скоростей, низких скоростей при выборе канатов, низких скоростей для точной остановки крановых ме-
ханизмов с асинхронными электродвигателями остаётся актуальной задачей.
В настоящее время существует множество электроприводов решающих поставленную задачу. Одним из таких электроприводов является электропривод с торможением противо-включением [4, 5, 7]. Здесь имеет место большая зависимость от выбора начального пускового момента. С одной стороны, желательно уменьшить этот момент с целью снижения толчков момента. С другой стороны, снижение пускового момента может привести к опусканию тяжелых грузов на позициях подъема и возникновение чрезмерных скоростей на позициях спуска.
Постановка и решение задачи
Пуск электроприводов может производиться при различных условиях [1, 2]. Пуск может быть нормальным, когда по производственным условиям не требуется быстрого ускорения. Это справедливо для редко пускаемых приводов. В этих случаях пики тока и момента могут быть небольшими.
Пуск может быть форсированным, когда требуется быстрое ускорение привода. Такое ускорение требуется для часто пускаемых приводов. В этом случае необходимо задаваться максимально допустимыми пиками тока и момента
Возможно, для электропривода потребуется осуществлять плавный пуск. Для этого необходимо, чтобы разность между пиками момента и моментами переключения была небольшой. Задача формирования пуско-тормозных режимов осложняется факторами, ограничивающими предельные нагрузки двигателей [3]. Кратковременные перегрузки незначительно сказываются на эквивалентной нагрузке, в то же время резко повышают температуру обмоток. Так при номинальной нагрузке температура ротора и статора повышается со скоростью 0,2°/с, а при нагрузке 0,8 от максимальной, скорость повышения температуры увеличивается в 30 раз. В результате следует ограничивать предельные нагрузки на уровне 1,7 от номинальной для двигателей с фазным ротором, при максимальном пусковом моменте не более 2,5 момента номинального.
Слишком большое начальное ускорение приводит к рывкам и вследствие этого опасному раскачиванию груза.
Требования к ускорениям механизмов крана определяются следующими условиями. Максимальное ускорение не должно превосходить значений, при которых нарушается условия сцепления колес с грунтом, и возникают не допустимые раскачивания груза. Раскачивание груза может быть небезопасно для персонала и снижает производительность механизмов. Для уменьшения раскачивания груза рекомендуется уменьшать приращение скорости, путем увеличения количества ступеней разгона или торможения, то есть, более плавного изменения скорости. Другим методом снижения раскачивания груза предлагается переход на другие механические характеристики с небольшими скоростями. Применение дросселей для создания пуско-тормозных режимов позволило полностью
исключить проблему выбора соотношения моментов переключения и пиками моментов. Разгон или торможение будет осуществляться по одной характеристики, обусловленной параметрами дросселя.
Традиционным средством ограничения пусковых токов асинхронных электродвигателей с фазным ротором является введение в цепь ротора пусковых сопротивлений (рис.1). Сопротивления ускорения R1У, R2У ограничивают роторный ток при пуске электродвигателя и контакторами КМ3 и КМ4 при пуске последовательно выводятся из роторной цепи электродвигателя. При торможении противо-включением (противотоком) в роторную цепь отключением контактора КМ5 дополнительно вводится ступень противовключения Rп.
-Н 50 Гц
Рис. 1 Схема управления асинхронным двигателем с пусковыми резисторами.
Из рис.1 видно, что для пуска и торможения электродвигателя необходима коммутационная аппаратура, усложняющая схему электропривода и требующая обслуживания. Эксплуатационный персонал всегда приветствует любое упрощение схемы управления. Такое упрощение схемы пуска имеет место при использовании дросселей, включенных в цепь ротора асинхронных электродвигателей.
Дроссель представляет собой активно-индуктивное сопротивление, значение которого за счет изменения величины и частоты тока ротора автоматически уменьшается при пуске от исходного значения до практически нулевого значения. Тогда исключается вся коммутационная аппаратура роторной цепи электродвигателя (рис.2).
Рис.2 Схема управления асинхронным двигателем с дросселем в роторной цепи
Дроссельный регулируемый электропривод включает в себя дроссель пусковой типа ДПД, регулятор скорости тиристорный типа РСТ05 и устройство вывода на естественную характеристику типа РСТ05-В (УВЕХ) (рис.3). Для выполнения отдельных функций на основе дросселя каждое из устройств может работать самостоятельно.
Рис.3 Функциональная схема ротора электродвигателя
Для исследования работы асинхронного двигателя, составлена математическая мо-
дель и получены результаты его работы (рис.4, 5). С учетом системы управления, которая является релейно-контакторной, получены графики (рис.6, 7).
Рис. 4 Результаты работы АД
Рис.5 Скорость подъема груза с релейно-контакторной схемой управления
На сегодняшний день очень модно использовать частотный преобразователь для пуска асинхронного двигателя.
Схема модели асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (АКЗ) показана на рисунке 8. Моделирование осуществлялось при изменении частоты, питающей двигатель от 0 до 50 Гц в течение 0,5 с (частотный пуск).
Из рисунка 9 видно, что частотный пуск оказывает благоприятное воздействие на вид кривой тока. То есть, ограничивая нарастание частоты, мы ограничиваем пусковые токи.
□ рег^оН
3.0
Рис.6 Математическая модель асинхронного двигателя с дроссельным управлением
ев ррр «ив ване_"
»п,,| с.......... т | Д].... - чш I 4. тпш_I 1-й-_|Щ,к.,.,1„»1,."., ■■■ II «ВК, И 15:1
Рис.7 Скорость подъема груза асинхронного двигателя с дроссельным управлением
Рис.8 Математическая модель АД-ПЧ
пор, пока двигатель не наберет скорость, колебания еще есть.
Рисунок 9 - График изменения тока isa фазы А статора при частотном пуске
Так как с помощью частотного пуска удалось ограничить пусковые токи, то это отразилось на графиках момента и скорости (рисунок 10).
Рисунок 10 - Графики скорости и момента
при частотном пуске Однако по истечении установленного времени пуска (0,5 с), двигатель начинает работать на номинальной частоте (50 Гц). Поэтому не удалось снизить колебания тока и до тех
Рисунок 11 - Графики изменения скорости и момента
Из рисунка 11 видно, что при набросе нагрузки, происходит стабилизация скорости, и колебания исчезают. Если производить пуск с начальным значением статического момента нагрузки, можно увидеть, что возникает ощутимый провал скорости, но колебания несколько снижаются (рисунок 12).
Рисунок 12 - График изменения скорости при статическим моменте Мс = 50 Нм
Если в звене обратной связи сделать коэффициент передачи равным Кпер = 0,9, искусственно создавая некоторую разность сигналов задания Дш > 0, то удается избежать колебаний. На рисунке 13 показаны графики скорости и момента в этом случае.
Так как из-за особенностей технологического процесса требования к быстродействию небольшие, то увеличение времени переходного процесса с 0,7с до 1с не отразится на его выполнении. Однако произошло снижение пусковых токов, что отразилось в снижении колебаний момента и скорости при пуске.
Рисунок 13 - График изменения скорости и момента при Кпер = 0,9
Выводы
• дроссель с массивными (в ферромагнитном понимании) сердечниками создает активно-индуктивное сопротивление, величина которого автоматически уменьшается с ростом скорости электродвигателя при пуске;
• при включении дросселя в роторную цепь уменьшение пускового тока идет в большей мере, чем соответствующее уменьшение пускового момента;
• механические характеристики дроссельного электропривода по внешнему виду приближаются к "экскаваторным" характеристикам, являющиеся желаемыми для плавного пуска электродвигателя;
• рабочая часть механических характеристик дроссельного электропривода несколько мягче, чем естественные характеристики, что снижает статическую скорость механизма на 3%-8%. Этот недостаток можно устранить шунтированием колец ротора электродвигателя контактором после завершения пуска;
• дроссельный электропривод с тири-сторным регулятором скорости обеспечивает
все требуемые режимы работы механизмов подъема крановых механизмов, включая реализацию режимов выбора слабины канатов и низкие посадочные скорости;
• опыт показал эффективность использования дросселей в приводах крановых механизмов, упрощая схемы управления и резко повышая их эксплуатационную надежность;
Библиографический список
1. Яуре, А.Г., Певзнер, Е.Н. Крановый электропривод: Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1988. -344 с.
2. Соколов, М.М. Автоматизированный электропривод общепромышленных механизмов, М.: «Энергия», 1969, - 544 с.
3. Крановое электрооборудование: Справочник / Алексеев Ю.В., Богословский А.П., Певзнер Е.М. и др.; Под ред. Рабиновича А.А. -М.: Энергия, 1979. -240 с.
4. Певзнер, Е. М., Яуре А.Г. Эксплуатация крановых тиристорных электроприводов. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 104 с.
5. Москаленко, В. В. Электрический привод: Учеб. для электротехн. спец. вузов.-М.: Высш. шк.,1991, -430 с.
6. Башарин, А. В. и др. Управление электроприводами / Учеб. пособие для вузов по спец. "Электропривод и автоматизация пром. установок и технол. комплексов".- Л.: Энергоатомиздат,1982 - 392 с.
7. Андреев, В. П., Сабинин, Ю. А. Основы электропривода - 2-е изд., перераб.- М.: Л.: Гос-энергоиздат, 1963, - 772 с.
8. Масандилов, Л.Б., Москаленко, В.В. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей. 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергия, 1978 - 96 с.
Perspective control systems of electric drives
V.E. Belyakov
The possibility of application of frequency starting and choke management of asynchronous engine is examined in truck cranes. The designs of the frequency starting and choke management are produced in the program Matlab of package of Simulink.
Беляков Виталий Евгеньевич - соискатель кафедры «Автоматизация производственных процессов и электротехника» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии, имеет 14 опубликованных работ. Основное направление научных исследований - автоматизация проектирования диагностических комплексов грузоподъёмных кранов. E-mail: vitaliy_belyakov@pochta. ru
Статья поступила 20.11.2008 г.
