CC BY
82
2. Устройство управления многодвигательным механизмом подачи горной машины: пат. 1731946 Рос. Федерация. №4795254; Заявл. 22.02.90; Опубл. 07.05.12; Бюл. №17.
G. Babokin
The two-impellent electric drive of the conveyor with system of alignment of loadings The frequency-controlled electric drive conveyor loading motor even of dynamic conditions is presented.
Keywords: fluctuations of traction effort, static symmetry, the frequency converter.
Получено 06.07.10
УДК 62-83:621/.69
А.М. Борисов, канд. техн. наук, доц., проф., (351) 267-93-21, [email protected] (Россия, Челябинск, ЮУрГУ), Г.И. Драчев, канд. техн. наук, доц., проф., (351) 267-93-21, [email protected] (Россия, Челябинск, ЮУрГУ), Н.Е. Лях, канд. техн. наук, директор, (351) 267-93-21, [email protected] (Россия, Челябинск, ООО «ЧелПривод»), А.С. Нестеров, канд. техн. наук, доц., (351) 267-93-21, nas [email protected] (Россия, Челябинск, ЮУрГУ), А.Н. Шишков, канд. техн. наук, доц., (351) 267-93-21, [email protected] (Россия, Челябинск, ЮУрГУ), М.Ф. Фрик, инженер, (351) 267-93-21,
[email protected] (Россия, Челябинск, ООО «ЧелПривод»)
АСИНХРОННЫЙ ДРОССЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С РЕГУЛЯТОРОМ СКОРОСТИ
Представлен асинхронный электропривод с дросселем (индуктивным реостатом) в роторной цепи, снабженный регулятором скорости РСТ, обеспечивающим плавное регулирование скорости двигателя с выходом на естественную механическую характеристику. Разработаны структурная схема дроссельного электропривода и программа расчета на ЭВМ статических и динамических характеристик электропривода в переходных процессах пуска, торможения и приложения нагрузки.
Ключевые слова: асинхронный электропривод с дросселем, индуктивный реостат, статические и динамические характеристики.
При работе асинхронного двигателя в зависимости от скорости в цепи ротора изменяются скольжение s, частота и амплитуда ЭДС.
Дроссель (индукционный реостат) изменяет свое сопротивление Z^ при изменении частоты f p и амплитуды тока Igp, а также при изменении числа витков w^ его обмотки [1,2,3]. Полное сопротивление дросселя описывается уравнением
2 др к1
др
др
- ^дрср
v (1+к2 ■w др ■ !др )
где кь к2 - эмпирические коэффициенты для конкретного дросселя; ^др, 1др - число витков, частота и ток дросселя.
Эти свойства дросселя при включении его в цепь ротора асинхронного двигателя используются для обеспечения желаемого вида механических характеристик. На рис. 1 приведена схема включения дросселя в цепь ротора. На рис. 2 показаны естественная механическая характеристика двигателя и граничные характеристики дроссельного электропривода при разном числе витков и полностью открытых тиристорах, обеспечивающих замыкание в звезду концов дросселя А, В, С.
-и!
Е.Р1
Рис. 1. Принцип регулирования скорости асинхронного двигателя
Применение дроссельного электропривода, обеспечивающего выполнение технологических требований различных механизмов в переходных процессах пуска и торможения, позволяет:
- поддерживать постоянство пускового момента двигателя до скорости 0,6.. .0,7 от синхронной;
- регулировать величину пускового момента за счет изменения числа витков дросселя, подбираемую при наладке;
- исключить броски тока и момента двигателя, характерные для реостатного пуска;
- исключить режим торможения противовключением на естественной характеристике двигателя при управлении от силового контроллера;
235
- повысить эксплуатационную надежность электропривода за счет отсутствия пускорегулирующей аппаратуры в цепи ротора и снижения динамических ударов в механической части привода.
Рис. 2. Граничные механические характеристики дроссельного электропривода
К недостаткам дроссельного асинхронного электропривода (ДАЭП) следует отнести:
- увеличение токовой нагрузки двигателя в связи с ростом реактивной составляющей тока, что при установленной мощности двигателя приводит к ограничению числа включений в час;
- снижение скорости двигателя при номинальном моменте на валу за счет активного сопротивления обмоток дросселя при минимальной частоте тока ротора, что может повлиять на производительность механизма;
- отсутствие промежуточных скоростей (ступеней) в системе управления электроприводом приводит к применению толчковых режимов работы, что вызывает дополнительный нагрев двигателя.
Технологические условия работы механизмов часто требуют применения пониженных скоростей электропривода. В частности, для механизма подъема необходимо обеспечивать пониженные скорости для выбора слабины канатов и для мягкой посадки груза, для механизмов передвижения пониженная скорость требуется для выбора зазоров с целью снижения ударов в механической части; для волочильных станов пониженная скорость необходима для заправки заготовки в фильеры и на моталку.
Пониженная скорость при питании двигателей от промышленной сети традиционно обеспечивается введением сопротивлений в цепь ротора
или толчковыми режимами работы. В усовершенствованных крановых станциях управления применяют импульсно-ключевой принцип [5], где среднее значение скорости двигателя поддерживается кратковременным включением и отключением сопротивлений в цепи ротора. Применение частотно-регулируемого электропривода сдерживается высокой стоимостью преобразователей частоты и необходимостью высокой квалификации обслуживающего персонала.
Пониженная скорость в асинхронном дроссельном электроприводе может быть обеспечена установкой в цепь ротора тиристорного регулятора скорости (РСТ). В упрощенной схеме фазового регулирования скорости АДЭП (см. рис. 1) в цепь ротора включен пусковой дроссель L1, L2, L3. Между выходными зажимами дросселя включаются тиристоры по схеме треугольника. При полностью открытых тиристорах (угол а = 0) зажимы дросселя соединяются в звезду, и схема практически соответствует включению дросселя без регулятора. Если тиристоры закрыты, токи в цепи ротора не протекают, двигатель не создает момент. Таким образом, изменяя угол включения тиристоров от а = 0 до а = 180°, можно регулировать ток ротора. Максимальное значение тока ротора при этом определяется числом витков обмоток дросселя. Для управления углом включения тиристоров используется напряжение на кольцах ротора, частота которого зависит от скорости двигателя.
СИФУ всех трёх фаз реализованы одинаково и потому рассмотрим работу СИФУ фазы А, которая подключена к аноду тиристора VSA (см. рис. 1). Тиристор VSA включен под линейное напряжение UAB фаз А и В. К фазам А и В колец ротора двигателя подключена первичная обмотка трансформатора TVA. Вторичная обмотка этого трансформатора через диод VD1, источник напряжения управления Uy на потенциометре RP1 подключается к цепи управляющий электрод - катод тиристора VSA.
На рис. 3 представлены для пояснения линейное напряжение иАВ, напряжение на тиристоре UT, напряжение управления Uy и напряжение иСиФУ на промежутке управляющий электрод УЭ - катод тиристора VSA. Для формирования угла а используется момент перехода суммарного напряжения на УЭ через нуль. В момент времени а, когда иСИФУ > иУ, формируется управляющий импульс, тиристор включается.
а
<->
Рис. 3. Зависимости а от иСИФУ при Uy=const
С ростом частоты вращения ротора иАВ уменьшается, снижается иСИФУ и увеличивается угол регулирования а. Уменьшаются ток и момент двигателя.
При увеличении нагрузки скорость привода стремится снизиться, растут иАВ и иСИФУ, угол а уменьшается, тиристор большее время открыт и этим самым создаётся больший момент двигателя при незначительном снижении частоты вращения ротора.
Таким образом, напряжение СИФУ выполняет функции обратной связи по напряжению ротора, но эта связь оказывается недостаточной для поддержания скорости.
Для повышения точности поддержания скорости при изменении момента формируем обратную связь по напряжению, сравнивая напряжения обратной связи иОС и напряжения задания иЗ. Напряжение управления иУ в данной схеме формируется суммой напряжений иУ = иЗ - иОС. Изменением напряжения задания иЗ регулируется скорость двигателя.
Функциональная схема регулятора скорости РСТ асинхронного двигателя с фазным ротором с обратной связью по напряжению на кольцах ротора в составе асинхронного дроссельного электропривода (АДЭП) приведена на рис. 4.
Рис. 4. Функциональная схема системы управления роторной цепи с тиристорным регулятором скорости
Управление АДЭП осуществляется командоконтроллером БЛ. На определенных позициях БЛ в узле управления формируется необходимое напряжение задания иЗ. Блок обратной связи обеспечивает регулятор выпрямленным напряжением иОС с колец ротора и синусоидальным напряжением иСИФУ, изменяющимся с частотой и амплитудой роторного напряжения. Микроконтроллер формирует управляющие импульсы, которые через усилители импульсов УИ открывают оптотиристоры.
Такой электропривод устанавливается на различных механизмах, в частности, для механизма подъема крана. Электропривод обеспечивает плавный пуск и торможение двигателя, поддержание скорости на заданном уровне при изменении нагрузки на валу двигателя, пониженные скорости подъема и спуска груза, а также возможность плавного регулирования скорости подъема и спуска при использовании джойстика или плавного потенциометра задания скорости.
Для механизма подъема, обладающего активным статическим моментом, можно регулировать как скорость подъема от нуля до граничной характеристики, так и скорость спуска груза в режиме противовключения -от нуля до требуемого значения.
Механизмы, продолжительное время работающие на рабочих скоростях, обеспечиваются устройством вывода на естественную характеристику двигателя путем закорачивания обмоток дросселя (колец ротора) с помощью второго тиристорного комплекта БС РВ. Регулятор вывода РВ включается в работу на крайних позициях командоаппарата после разгона двигателя с регулятором РС до установившегося значения на граничной дроссельной характеристике. Регулятор РВ постепенно, в функции времени, открывает оптотиристоры, не допуская резкого нарастания тока ротора при закорачивании его колец при выводе двигателя на его естественную характеристику.
Для выполнения расчётов, связанных с оценкой статических и динамических характеристик электропривода, разработана программа расчета на ЭВМ. Программа позволяет строить характеристики дроссельного электропривода и проверять работу регуляторов в переходных процессах пуска, торможения и приложения нагрузки.
Наличие дросселя в цепи ротора двигателя позволяет воспользоваться рассмотрением процессов в двигателе на базе его статических характеристик [1].
На базе приведенной на рис. 5 схемы замещения АДЭП с РСТ составлена система уравнений асинхронного двигателя с дросселем в цепи ротора и с регуляторами РС и РВ. Соответствующая структурная схема АДЭП с включенным дросселем Ь1...Ь3 и регулятором скорости РС и РВ приведена на рис. 6. Программа расчета статических и динамических характеристик электропривода разработана в процедуре «МайаЬ».
Рис. 5. Схема замещения одной фазы ДАЭП
Рис. 6. Структурная схема асинхронного электропривода с регуляторами РС и РВ
Чтобы пояснить работу электропривода, необходимо воспользоваться результатами расчетов.
На рис. 7 представлены динамические характеристики (рис. 7, а) и нагрузочные диаграммы (рис. 7,б) пуска и торможения в режиме проти-вовключения двигателя 4МТН225М8 механизма подъема с дросселем ДПД-6 при 40 витках. Переключение режимов работы привода осуществляется путем изменения напряжения задания иЗ с помощью командоаппа-
рата БЛ в соответствии с заданной программой расчета в определенные программой моменты времени.
1.5
0.5
-0.5
а -15-з
5
— 1 со 09-мау-2008 4 к \шп= 78.54 атн225м8 мс= I 1 wd= 40
иг. = 74.6 12п = 71 мп= зэ7.9167 (о=ят2)
(7)=1'(м) ш=£ < (о м, 12
/
\ /у' У \ *
б
Рис. 7. Динамические характеристики (а) и нагрузочные диаграммы (б) двигателя при работе на подъем и торможении противовключением на спуске
При подъеме двигатель разгоняется по граничной характеристике, при достижении пониженной скорости включается регулятор РС и на пониженной скорости выбирается слабина канатов. Через 11 = 0,4 с регулятор РС полностью открывает тиристоры, двигатель разгоняется по граничной характеристике до момента, равного статическому.
При 1;2 = 1,2 с включается регулятор РВ, двигатель в функции времени выходит на естественную механическую характеристику двигателя и работает с полной скоростью.
В конце подъема при 113 = 1,8 с (установившийся режим подъема на заданную высоту в нагрузочных диаграммах не отражен) двигатель отключается от сети, тормозится на выбеге под действием статического момента. При скорости, близкой к нулю, накладывается механический тормоз.
При 14 = 2,1 с (время транспортировки груза до площадки опускания груза в нагрузочных диаграммах не показано) двигатель включается ко-мандоаппаратом на спуск, скорость нарастает. Через точку синхронной скорости двигатель выходит в режим рекуперативного торможения, и в этом режиме осуществляется спуск груза.
Перед посадкой груза на площадку (при 1 = 2,6 с) двигатель переводится на пониженную скорость спуска, чтобы обеспечить мягкую посадку. Вновь реверсируется статор, устанавливается соответствующее напряжение задания РС, и двигатель на пониженной скорости в режиме противовключения спускает груз на площадку. После посадки активный момент на валу отсутствует, двигатель останавливается.
На представленных нагрузочных диаграммах (рис. 7,б) приведены интегральные показатели переходного процесса электропривода. Они позволяют оценить энергетические показатели электропривода и проверить двигатель и дроссель по нагреву. Максимальные значения токов статора и ротора позволяют выбрать регуляторы роторной цепи и тиристорный коммутатор для статорных цепей.
Описанная система АДЭП с РСТ внедрена на механизмах подъема и передвижения кранов в Волгограде, Ревде и др., а также на волочильных станах Череповца, Челябинска, Белорецка.
Список литературы
1. Математическая модель асинхронного электропривода с нелинейным сопротивлением в цепи ротора / А.М. Борисов [и др.] Электроприводы переменного тока: труды Международной 14-й научно-технической конференции. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007. С. 189-192.
2. Тиристорный регулятор скорости дроссельного асинхронного электропривода / А.М. Борисов [и др.] // Электротехнические системы и комплексы: межвузовский сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ им. Г. И. Носова, 2006. Вып. 12. С. 218-222.
3. Тиристорный регулятор скорости дроссельного асинхронного электропривода с регулируемой жесткостью механической характеристики/ А.М. Борисов [и др.] // Известия вузов. Электромеханика. Новочеркасск: ЮРГУ, 2008. №2. С. 56-60.
4. Ковчин С.А., Сабинин Ю.А. Теория электропривода: учебник для вузов. СПб.: Энергоатомиздат, 1994.
5. Яуре А.Г., Певзнер Е.М. Крановый электропривод : справочник. М.: Энергоатомиздат, 1988.
A. Borisov, G. Drachev, N. Luah, A. Nesterov, A. Shishkov, M. Frik
The asynchronous throttle electric drive with a regulator of speed
Induction electric drive with an inductive rheostat in the rotor chain supplied with SCR speed regulator which provides smooth regulation of the motor speed turning to natural mechanical characteristic is presented. The block diagram of such electric drive is developed and the computer calculation program of static and dynamic characteristics of electric drive in transients of start-up, deceleration and loading is developed.
Keywords: induction electric drive with an throttle, inductive rheostat, static and dynamic characteristics.
Получено 06.07.10
УДК 62-83:621/.69
А. А. Боровик, ведущий инженер-конструктор, (499) 171-99-43, [email protected] (Россия, Москва, ОАО АХК «ВНИИМЕТМАШ»)
МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД СТАНА ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
Анализируются требования к электроприводам подачи и поворота заготовки на стане холодной прокатки труб, выбор электроприводов, разработка системы управления и результаты экспериментальных исследований электроприводов на действующем стане.
Ключевые слова: требования к электроприводам, анализ результатов экспериментальных исследований электроприводов на действующем стане.
На рынке потребления трубной продукции особое место занимают трубы специального назначения. К ним относятся трубы из металлов со специальными свойствами (нержавеющие магнитные и немагнитные стали, титановые сплавы, цветные металлы), с повышенными требованиями по точности обработки, в большинстве своем особотонкостенные (с соотношением наружного диаметра D и толщины стенки S 100:1).
Основными потребителями подобных труб являются предприятия авиационно-космической, атомной, химической, энергетической отраслей промышленности.
Одним из основных способов изготовления труб данного класса является прокатка на станах периодической холодной прокатки труб с валковыми клетями (стан ХПТ). Возвратно-поступательное движение рабочей клети на станах отечественного производства осуществляется с помощью
