Научная статья на тему 'Асинхронный частотно-регулируемый электропривод для перегрузочного манипулятора АЭС'

Асинхронный частотно-регулируемый электропривод для перегрузочного манипулятора АЭС Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
394
119
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПЕРЕГРУЗОЧНЫЙ МАНИПУЛЯТОР / ЧАСТОТНОЕ УПРАВЛЕНИЕ / МОДЕЛЬ / ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МОМЕНТ / RELOADING MANIPULATOR / FREQUENCY REGULATION / A MODEL / ELECTROMAGNETIC TORQUE

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Трубецкой В. А., Коровин Е. Н., Разинкин К. А., Поярков Д. В.

Рассмотрены вопросы построения частотно-регулируемых электроприводов с косвенной ориентацией по потоку. В качестве инструмента синтеза системы управления электропривода используется модель асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором как объекта с параметрической обратной связью. Приведена структура частотного электропривода для перегрузочного манипулятора АЭС с раздельным управлением статической и динамической составляющих электромагнитного момента

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Трубецкой В. А., Коровин Е. Н., Разинкин К. А., Поярков Д. В.

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

ASYNCHRONOUS FREQUENCY-REGULATED ELECTRIC DRIVE FOR THE RELOADING MANIPULATOR OF THE ATOMIC POWER STATIONS

Questions of construction of frequency-regulated electric drives with indirect orientation on a stream are considered. As the tool of synthesis of a control system of the electric drive the model of the asynchronous engine with a short-circuited rotor as object with parametrical feedback is used. The structure of the frequency electric drive for the reloading manipulator of the atomic power station with separate management of static and dynamic components of the electromagnetic torque is resulted

Текст научной работы на тему «Асинхронный частотно-регулируемый электропривод для перегрузочного манипулятора АЭС»

УДК 621.314:62-83

АСИНХРОННЫЙ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ДЛЯ ПЕРЕГРУЗОЧНОГО МАНИПУЛЯТОРА АЭС

В.А. Трубецкой, Е.Н. Коровин, К.А. Разинкин, Д.В. Поярков

Рассмотрены вопросы построения частотно-регулируемых электроприводов с косвенной ориентацией по потоку. В качестве инструмента синтеза системы управления электропривода используется модель асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором как объекта с параметрической обратной связью. Приведена структура частотного электропривода для перегрузочного манипулятора АЭС с раздельным управлением статической и динамической составляющих электромагнитного момента

Ключевые слова: перегрузочный манипулятор, частотное управление, модель, электромагнитный момент

Перегрузка ядерного топлива является одним из важных и ответственных этапов производства энергии на АЭС. Основные операции по перегрузке ядерного топлива выполняются с помощью перегрузочных роботов, элементы которых подвергаются воздействию нейтронного и гамма излучений.

Надёжность и качество работы перегрузочных манипуляторов определяются во многом совершенством его исполнительных элементов. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором является наиболее простой по конструкции и надёжной электрической машиной. Отсутствие щёточно-коллекторного узла, простота

эксплуатации определяют перспективность использования АД в качестве исполнительного двигателя для степеней подвижности

перегрузочного манипулятора.

К электроприводам перегрузочных

манипуляторов предъявляются высокие требования, как в отношении динамических показателей, так и в отношении надёжности и безаварийного

функционирования. При неточном

позиционировании перегрузочного манипулятора возможно возникновение такой ситуации, когда в ходе опускания перегружаемый элемент или захват «утыкается» в неподвижное препятствие. Для предотвращения аварий в подобных ситуациях движение захвата при приближении к опасным участкам производится на пониженных скоростях с контролем усилия опускания. Контроль усилия требуется также в момент начала подъёма, так как возможно так называемое «прикипание» элемента активной зоны к окружающим конструкциям.

Анализ существующих вариантов асинхронных приводов показал, что реализация

Трубецкой Виктор Александрович - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, тел. (473) 243-76-87

Коровин Евгений Николаевич - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, тел. (473) 246-79-99

Разинкин Константин Александрович - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, тел. (473) 243-77-03

Поярков Дмитрий Валерьевич - ВГТУ, аспирант, тел. (473) 226-73-53

комплекса требований к электроприводам

перегрузочного манипулятора возможна лишь в

рамках систем векторного управления. Специфические условия эксплуатации ПМ не позволяют использование асинхронных частотнорегулируемых электроприводов с непосредственной ориентацией по потоку («Трансвектор»). Они включают в свой состав датчики Холла,

чувствительные к радиации. В связи с этим целесообразным представляется использование систем с косвенной ориентацией по потоку. В общем случае подобные системы из-за

нестабильности параметров АД и сложной их взаимосвязи уступают по своим характеристикам трансвекторным системам, что требует поиска способов совершенствования систем с косвенной ориентацией по потоку, расширения области варьирования атрибутов системы.

Рассмотрим вариант частотно-регулируемого электропривода с косвенной ориентацией по потоку, в котором реализуется возможность формирования и контроля статической и динамической составляющими электромагнитного момента, что является крайне важным для электроприводов перегрузочного манипулятора. В качестве инструмента синтеза структуры электропривода используется модель роторной цепи асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором как системы с параметрической обратной связью [1].

Для получения соответствующей модели рассмотрим систему векторных дифференциальных уравнений роторной цепи с использованием традиционных для данной модели допущений: фазные обмотки симметричны, воздушный зазор равномерен, потери в стали и зубцовые явления отсутствуют, намагничивающая цепь линейна, намагничивающие силы каждой обмотки и магнитная индукция в воздушном зазоре распределены по окружности статора (ротора) синусоидально, параметры ротора приведены к цепи статора. Эти уравнения в векторной форме, записанные во вращающейся с произвольной частотой системе координат, имеют вид:

+ І( Щ -®) У

л

Уг

уі

У1

' Ьш15 + Ьг1г

3 - -

= -zpkr(Уг хI)

т _ Т^Щ

- П _ ~дх

(1)

где

У I I

Л. 1/1 . Л. 1* . А с

У

результирующие векторы

Г , ^ г ’ * 5

потокосцепления ротора и токов статора и ротора;

Rr, Ьг - активное сопротивление и

индуктивность ротора;

Ш, Шг - электрическая частота вращения ротора АД и частота вращения системы координат; Хр - число пар полюсов;

-р ■

Мэм, Мс - электромагнитный момент

двигателя и момент сопротивления нагрузки;

Т - момент инерции двигателя;

^ = Ьш/Ьг - коэффициент электромагнитной связи ротора;

Тг = Ьг^г - электромагнитная постоянная времени роторной цепи.

Векторная диаграмма АМ в системе координат (0,1,2), вращающейся со скоростью вектора тока статора, представлена на рисунке 1, причем ось 1

совмещена с вектором 18. Величина Мэм однозначно определяется модулями векторов I 8 и Уг и углом между ними во всех режимах работы асинхронной машины.

Рис. 1. Векторная диаграмма АМ в системе

координат (0,1,2)

Введем в структуру АМ оператор, характеризующий угол ф между I и Уг:

Щ2і (5 Тг 1 +Тг^

(2)

Структура роторной цепи будет иметь вид, изображенный на рис. 2. Она построена на основе уравнений:

1 )Ьш - Щ2і Уг Уг (5 ) _ Уг (5 )(1 +Тг5 )'

5ІП Ж )Уг ) _ Щ2і (5 Уг

(3)

СО.5 Ж )Уг (5 )

Рис. 2. Модель АМ как объекта с параметрической связью

Анализ структуры АМ показывает, что

роторная цепь представляет собой систему с параметрической обратной связью. Вход по модулю вектора тока статора является аддитивным, а по скольжению - параметрическим. Системы с параметрической обратной связью обладают свойствами нелинейных, адаптивных и

самонастраивающихся систем. Возможности по

совершенствованию динамических характеристик АМ при использовании методов нелинейной коррекции шире, чем линейной.

Дальнейшее упрощение модели связано с линеаризацией уравнений АМ. Для использовалась формула Тейлора для функции двух переменных в окрестностях точки М0(ю2Н, ¥гН). Структура

линеаризованной модели приведена на рис. 3.

Рис. 3. Линеаризованная модель роторной цепи

Анализ полученной модели показал, что с помощью простейших преобразований она может быть представлена в виде структуры, в которой динамическая составляющая электромагнитного момента формируется с помощью динамической составляющей скольжения, а момент нагрузки компенсируется регулированием модуля тока статора (см. рис. 4).

0

Жт(3)

МсТ

Рис. 4. Преобразованная структура роторной цепи АМ

Коэффициент передачи к > 0 при условии:

Щ0

% <—. (4)

где Ю20 = 1/Тг.

Геометрическая иллюстрация данного условия приведена на рис. 5.

С

Рис. 5. Векторная диаграмма АМ при различных значениях скольжения.

На основе анализа математической модели АМ при частотно-токовом управлении и методов структурного синтеза электроприводов [2, 3] можно реализовать несколько вариантов структур. В

частности, возможен вариант электропривода с раздельным управлением ю и Мс. Структура электропривода приведена на рис.6.

Рис. 6 Структура электропривода На рис. 6 приведены следующие обозначения: БФТ - блок формирования тока статора;

РС, РМ - регуляторы скорости и момента.

Литература

1. Трубецкой В. А. Структурное представление асинхронной машины как системы с параметрической обратной связью / В.А. Трубецкой, Ю.М. Фролов, Н.И. Щеблыкина, Д. В. Дремачев // Анализ и проектирование средств роботизации и автоматизации. Воронеж: ВГТУ, 1999. С. 116.

2. Трубецкой В.А. Методика синтеза частотнотокового электропривода по двум показателям / В.А. Трубецкой, Л.В. Никифорова, Н.И. Щеблыкина // Автоматизация и роботизация технологических процессов. Воронеж: ВГТУ, 2000. С. 117.

3. Трубецкой В.А. Способы управления асинхронной машиной / В.А. Трубецкой, Н.И. Щеблыкина, Е.Б. Мальков // Автоматизация и роботизация технологических процессов. Воронеж: ВГТУ, 2001. С. 21.

Воронежский государственный технический университет

ASYNCHRONOUS FREQUENCY-REGULATED ELECTRIC DRIVE FOR THE RELOADING MANIPULATOR OF THE ATOMIC POWER STATIONS

V.A. Trubetskoy, E.N. Korovin, K.A. Razinkin, D.V. Poyarkov

Questions of construction of frequency-regulated electric drives with indirect orientation on a stream are considered. As the tool of synthesis of a control system of the electric drive the model of the asynchronous engine with a short-circuited rotor as object with parametrical feedback is used. The structure of the frequency electric drive for the reloading manipulator of the atomic power station with separate management of static and dynamic components of the electromagnetic torque is resulted

Key words: reloading manipulator, frequency regulation, a model, electromagnetic torque

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.