Научная статья на тему 'Способ адаптивного формирования потокосцепления в асинхронном безредукторном электроприводе лифтовой лебедки'

Способ адаптивного формирования потокосцепления в асинхронном безредукторном электроприводе лифтовой лебедки Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
203
69
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТИХОХОДНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ / БЕЗРЕДУКТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД / АДАПТИВНОЕ ФОРМИРОВАНИЕ ПОТОКОСЦЕПЛЕНИЯ / LOW-SPEED INDUCTION MOTOR / GEARLESS ELECTRIC DRIVE / ADAPTIVE FORMATION OF FLUX LINKAGE

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Тургенев Дмитрий Викторович, Дементьев Юрий Николаевич, Ланграф Сергей Владимирович

Представлен способ формирования потокосцепления тихоходного асинхронного двигателя: в функции от момента нагрузки на валу двигателя, влияющего на характеристики безредукторного асинхронного электропривода лифтовой лебедки. Приведены результаты исследований в виде расчетных характеристик. Установлено, что применение адаптивного способа формирования потокосцепления тихоходного асинхронного двигателя обеспечивает энергосбережение в электроприводе лифтовой лебедки.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Тургенев Дмитрий Викторович, Дементьев Юрий Николаевич, Ланграф Сергей Владимирович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The article presents a method of forming flux linkage for a low-speed induction motor: as a function of load torque on the motor shaft influencing the characteristics of asynchronous gearless electric drive of elevator winch. The research results are represented in the form of design characteristics. It was ascertained that the use of adaptive method of flux linkage formation for the low-speed induction motor provides energy savings in electric drive of elevator winch.

Текст научной работы на тему «Способ адаптивного формирования потокосцепления в асинхронном безредукторном электроприводе лифтовой лебедки»

УДК 621.313.333

СПОСОБ АДАПТИВНОГО ФОРМИРОВАНИЯ ПОТОКОСЦЕПЛЕНИЯ В АСИНХРОННОМ БЕЗРЕДУКТОРНОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ ЛИФТОВОЙ ЛЕБЕДКИ

Д.В. Тургенев, Ю.Н. Дементьев, С.В. Ланграф

Томский политехнический университет E-mail: turgenev@tpu.ru

Представлен способ формирования потокосцепления тихоходного асинхронного двигателя: в функции от момента нагрузки на валу двигателя, влияющего на характеристики безредукторного асинхронного электропривода лифтовой лебедки. Приведены результаты исследований в виде расчетных характеристик. Установлено, что применение адаптивного способа формирования потокосцепления тихоходного асинхронного двигателя обеспечивает энергосбережение в электроприводе лифтовой лебедки.

Ключевые слова:

Тихоходный асинхронный двигатель, безредукторный электропривод, адаптивное формирование потокосцепления.

Key words:

Low-speed induction motor, gearless electric drive, adaptive formation of flux linkage.

В настоящее время большинство электроприводов лифтовых лебедок представляют собой конструкцию, состоящую из двухскоростного асинхронного двигателя (АД) с короткозамкнутым ротором, редуктора, тормозного устройства и релейно-контакторной схемы управления. Основной причиной выхода из строя электродвигателей в электроприводе подъема лифтовой лебедки является низкая надежность релейно-контакторной схемы управления, приводящая к отклонению параметров настройки и увеличению бросков токов при пуске асинхронного двигателя. Для механического оборудования главную опасность представляют высокие динамические моменты и жесткие механические характеристики в электромеханической системе, возникающие вследствие несовершенства системы управления [1].

Благодаря существенным достижениям в развитии силовой и микропроцессорной техники и систем частотно-регулируемого электропривода переменного тока в грузоподъемных механизмах наметилась тенденция перехода к безредукторному электроприводу, выполненному по системе преобразователь частоты-асинхронный двигатель, ли-

шенному присущих редукторным электроприводам недостатков. К основным преимуществам без-редукторного электропривода, в сравнении с ре-дукторным, относятся: отсутствие редуктора, более высокая комфортность лифта, меньший уровень шума и вибраций.

Одним из направлений развития безредуктор-ных частотно-регулируемых электроприводов, в частности лифтовых лебедок, является применение в электроприводе лифта тихоходного асинхронного двигателя (ТАД). Электропривод на его основе качественно отличается от электроприводов, применяемых в настоящее время, и определяется особенностями работы ТАД в переходных процессах и выбранной структуре системы управления [2, 3]. Кроме того, применение для управления ТАД цифровой системы на базе современных микропроцессоров и микроконтроллеров дает возможность реализации гибких алгоритмов управления электроприводом лифтовой лебедки и обеспечивает необходимые характеристики электропривода, заданную точность позиционирования кабины в начале движения и при полном останове и более высокую комфортабельность лифта.

Рис. 1. Функциональная схема асинхронного безредукторного электропривода

Цель статьи - разработка и исследование модифицированной системы управления асинхронным безредукторным электроприводом лифтовой лебедки с переменной структурой на базе тихоходного асинхронного двигателя, обеспечивающей заданную точность позиционирования кабины в начале движения и при полном останове и более высокую комфортабельность лифта.

Функциональная схема асинхронного безре-дукторного электропривода приведена на рис. 1.

Для управления ТАД электропривода лифтовой лебедки применено векторное управление с датчиком скорости/положения. Применение ТАД в без-редукторном электроприводе лифтовой лебедки приводит к рывкам момента на валу двигателя из-за большой индуктивности статорной обмотки ТАД и поддержания потокосцепления на номинальном уровне. При этом также формируются жесткие характеристики момента, приводящие к колебаниям кабины и противовеса, уменьшающие комфортность передвижения в кабине и ресурс механического оборудования [4, 5]. Для исключения подобного эффекта в статье рассматривается способ адаптивного формирования потокосцепления тихоходного асинхронного двигателя в функции от текущего момента нагрузки.

Кривая формирования потокосцепления от момента нагрузки представлена на рис. 2.

- М і макс , О.Є.

\\ \ч \\ \\ \ ч \\ \ч 08 X -Мг у Т 035 Г] ¥ 1.20 М макс 4 // // // // // _ Мдв ^

% ' макс і % 1 XX % г ж % г макс г Мдв

-2 -1 1 2 О.с.

и =

г к1к3 Т аМ , Т

■X Т'- кТ"- кЛ

^ к1М к3 ш Л

—— + а—Т

■ к5 Т г к4

(1)

а = а +

к4М к5Т 2

где

кі =

, к2

^Ьт

ьь - к’ ^ ьь - ь2 ’ кз ьь - ь2 ’

4 ьь -Ь2’ 5 Т т2

5 г т

и - фазное напряжение обмотки статора; Я - активное сопротивление обмотки статора; Яг - активное сопротивление обмотки ротора; Ц - индуктивность статора; Ьг - индуктивность ротора; Ьт - индуктивность цепи намагничивания; г.р - число пар полюсов; ае - электрическая угловая частота вращения ротора; М- момент на валу электродвигателя; Тг - потокосцепление ротора.

Задавая необходимые значения частоты вращения ротора аК, момента на валу электродвигателя М, потокосцепления ротора Тг и используя известные выражения [5], можно получить расчетные механические характеристики ТАД (рис. 3) для постоянного и изменяемого потокосцеплении ротора при изменении момента нагрузки. Кроме того, на рис. 4 приведены кривые переходных процессов по скорости электропривода лифтовой лебедки на базе ТАД при различных способах формирования потокосцепления.

рад/с

(О >млв2;^-;мдв3

= соп 1 г

=“ тг= ГСМцагр)

М

двЗ

■Мдв2

240

М дві

Рис. 3.

Рис. 2. Кривая формирования потокосцепления в функции от текущего момента нагрузки

Для исследования влияния на механические характеристики ТАД способа адаптивного формирования потокосцепления воспользуемся формулами, приведенными в [4]:

2 Р ЬЬ -Ь

5 г т

Механические характеристики ТАД в электроприводе лифтовой лебедки при постоянном и формируемом адаптивном потокосцеплении ротора при изменении момента нагрузки

Как следует из механических характеристик (рис. 3), адаптивное формирование потокосцепле-ния ротора ТАД в функции от момента нагрузки на валу двигателя Т,.=/(Мнагр) приводит к изменению жесткости механических характеристик ТАД, позволяет исключить рывки момента и уменьшить колебания скорости (рис. 4) кабины и противовеса с 5...6 до 2...3 %, по сравнению с механическими характеристиками ТАД при формировании постоянного по величине потокосцепления.

На рис. 5 приведены электромеханические характеристики ТАД при постоянном и переменном пото-косцеплении ротора при изменении момента нагрузки, рассчитанные по следующему выражению [2]:

I , =7/2 +1:2 + 2/т/; віп^, (2)

где 1т - ток намагничивания; I' - ток ротора, приведенный к обмотке статора.

На рис. 5: 1Щл Мй - значение тока, рассчитанное для постоянного потокосцепления Т =сош1 и момента нагрузки Мс3; ІЩлМіі - значение тока, рассчитанное при переменном потокосцеплении Т =/(Мнагр) и моменте нагрузки равном Мс3.

) ...... ' 2 .............4.8 ' ......' "ТГ " '.....' 9.6....'........ 12 с

Рис. 4. Кривые переходных процессов по скорости при различных способах формирования потокосцепления

рад/с

03.

0) м . м ,>м Ч', %

1 j

і 1

1 1 X

1 і 1 \ 1 \ ! N 1 Wr 2

1 1 ’ 1 4 1 - \

Рис. 5. Электромеханические характеристики ТАД в электроприводе лифтовой лебедки при постоянном и изменяемом потокосцеплении ротора при изменении момента нагрузки

Из анализа выражений (1), (2) и формулы для расчета приведенного тока ротора [5] следует, что уменьшение потокосцепления ротора приводит к росту тока статора Is и уменьшению напряжения статора Us и влияет на энергопотребление безре-дукторного электропривода лифтовой лебедки. На рис. 6 представлены расчетные зависимости угловой скорости от активной мощности ТАД при постоянном и адаптивном потокосцеплении ротора при изменении момента нагрузки.

На рис. 6: Р1щщ - значение мощности, рассчитанное для постоянного потокосцепления Trt=const и момента нагрузки Mc3; Р1лЛі - значение мощности, рассчитанное при переменном потокосцеплении Т^/Ж^р) и моменте нагрузки равном Mc3.

Из приведенных зависимостей следует, что при номинальном моменте нагрузки M=Mc1 и номинальной скорости а=ан регулирование потокосцепления незначительно влияет на изменение потребления активной мощности (рис. 6). При некотором изменении момента нагрузки M=Mc2<Mc1 и величины потокосцепления Т =T,m <TrtMi наблюдается небольшое снижение потребления активной мощности. При значительном уменьшении момента нагрузки M=Mc3<Mc2<Mc1 и величины потокосцепления

Т^Т^<ТгШл можно получить достаточно большое снижение потребления активной мощности.

В реальных условиях режим работы безредуктор-ного асинхронного электропривода лифтовой лебедки редко является номинальным и большую часть времени электропривод работает в условиях неполной загруженности (рис. 7), поэтому применение способа адаптивного формирования потокосцепления ТАД обеспечивает работу безредукторного асинхронного электропривода в режиме энергосбережения.

Рис. 6. Кривые зависимости угловой скорости от активной мощности ТАД при постоянном и формируемом адаптивном потокосцеплении ротора при изменении момента нагрузки

Рис. 7. Зависимость активной мощности от момента ТАД при различных способах формирования потокосцепления ротора

Из графиков рис. 7 следует, что при формировании постоянного по величине потокосцепления ротора на номинальном уровне отношение активной мощности к моменту двигателя PJM^ =const) представляет собой нелинейную зависимость, а при адаптивном формировании потокосцепления отношение

вышеуказанных величин P1/M(x¥ =f(Mнаrр)) имеет линейный характер (рис. 7). Заштрихованная область на рис. 7 показывает потери энергии, которые можно исключить, используя способ адаптивного формирования потокосцепления в функции от момента нагрузки и тем самым повысить КПД безредуктор-ного электропривода лифтовой лебедки.

Заключение

1. Применение адаптивного способа формирования потокосцепления тихоходного асинхрон-

ного двигателя позволяет исключить рывки момента и уменьшить колебания скорости кабины, что положительно сказывается на комфортабельности движения лифтовой лебедки.

2. Способ адаптивного формирования потокосце-пления тихоходного асинхронного двигателя обеспечивает энергосберегающий режим, уменьшающий энергопотребление электропривода во время работы лифтовой лебедки.

Статья подготовлена по результатам работ в рамках

Госзадания 7.2826.2011.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Тургенев Д.В., Дементьев Ю.Н., Ланграф С.В. Особенности механики лифтов с безредукторным приводом лебедки // Электромеханические преобразователи энергии 2009: Сборник трудов Междунар. научно-техн. конф. - Томск: Изд-во ТПУ, 2009. - С. 236-240.

2. Тургенев Д.В. Анализ трехмассовой механической системы для безредукторного привода лифтовой лебедки // Электротехнические комплексы и системы управления. - 2012. - № 1 (25). -С. 59-63.

3. Исследование параметрической робастности бездатчикового векторного асинхронного электропривода с идентификатором

Калмана / С.В. Ланграф, А.С. Глазырин, Т.А. Глазырина, К.С. Афанасьев, В.В. Тимошкин, Л.Е. Козлова // Известия Томского политехнического университета. - 2010. - Т. 317. -№ 4. - С. 120-123.

4. Виноградов А.Б. Векторное управление электроприводами переменного тока. - Иваново: Изд-во Ивановского государственного энергетического университета имени В.И. Ленина, 2008. - 298 с.

5. Булгаков А.А. Частотное управление асинхронными двигателями. 3-е изд., перераб. - М.: Энергоиздат, 1982. - 216 с.

Поступила 20.01.2013 г.

УДК 621.34

МИНИМИЗАЦИЯ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ В ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКЕ

В.В. Аржанов, Ю.А. Шурыгин, Ю.А. Шиняков, К.В. Аржанов

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники E-mail: otdel11tomsk@yandex.ru

Приведены результаты проектирования автоматической системы наведения на Солнце фотоэлектрической энергетической установки с минимизацией энергопотребления электроприводами при наведении.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Ключевые слова:

Фотоэлектрическая энергетическая установка, солнечная батарея, микроконтроллер, минимизация энергопотребления, автоматическое слежение за Солнцем.

Key words:

Photovoltaic power plant, solar battery, microcontroller, minimization of power consumption, automatic tracking of the sun.

В Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) разработана фотоэлектрическая энергетическая установка (ФЭУ) с автоматическим слежением солнечных батарей за Солнцем. Реализация автоматического слежения за Солнцем позволяет повысить энергетическую эффективность ФЭУ не менее чем на 30 % [1]. При этом в режиме наведения солнечных батарей на Солнце проведена минимизация потребления электрической энергии электроприводами. На рис. 1 приведена фотография разработанной в ТУСУРе ФЭУ. Блочная схема ФЭУ приведена нарис. 2, где М1, М2 - шаговые

двигатели; ДШД1, ДШД2 - драйверы шаговых двигателей; КНС - контроллер наведения на Солнце; СБ - солнечная батарея; БДПС - блок датчиков положения Солнца; БКВ X, БКВ Y - блоки конечных выключателей, Р1, Р2 - редукторы; КЗАБ - контроллер заряда аккумуляторной батареи; И - инвертор; АБ1, АБ2 - аккумуляторные батареи.

В ФЭУ используется: две солнечные батареи типа КСМ-190, инвертор с синусоидальным выходом типа TS 1000-224, два последовательно соединенных аккумулятора типа TUDOR T12V 155FT, два шаговых двигателя типа ШД-5Д, два драйвера ша-

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.