Инамические режимы многодвигательных электромеханических систем Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Т. е. при сохранении мощности привода время цикла по сравнению с первым вариантом увеличится на 37%.

Согласно нагрузочной диаграмме (рис. 1) при оптимальных режимах с учетом равенства (7) находим

= /т = 0,246 с; I = 0,754 с; <„ = 1.246 с; (ц1 = 2.246 с;

ПВ, = 55,5%;

V =0,81; ц/„~ 1.11; уя = 0,51; мощность двигателя Р,.

При кратнос ти динамических моментов Ч*9„(о1р/= “ V, ® ».5 следует /„=/„ = 0,133 с; I = 0,867с; /ж= 1,133 с; /1|7 = 2.133 с; ПВ, = 54,7 % ; ®ш+уг = = 1,5 + 0,3/1.18=1,754; 1^**^-^= 1,5-0,3/1,18 = = 1.246; необходимая мощность двигателя составляет Р, = Р, 1.18; Я2|ПЙ„= 1,154Р-

При сохранении мощности привода, равной Р,, время цикла увеличится на 33 %.

Как видно, результаты исследования с учетом динамики роста и спада моментов двигателя хорошо согласуется с теоретическими положениями в отношении быстродействия при прямоугольной форме изменения моментов.

Выводы.

1. Независимо от допустимой перегрузочной способности электродвигателя имеют место оптимальные по быстродействию (энергетическим затратам) переходные процессы, отступление от которых приводит к существенному снижению быс тродействия механизма и увеличению потерь энергии.

2. Если в периоды пуска и торможения не возникает необходимости ограничения двигателя по перегрузочной способности, законы изменения пускового и тормозного момен тов поддерживаются постоянными или близкими к трапецеидальному изменению, наибольшее быстродействие механизма с минимальными потерями энергии достигается при симметричных скоростных режимах (равенстве динамических моментов пуска и торможения).

Библиографический список

1. Безродный, А.П К расчету плавно действующего электропривода в пуско-тормоэных режимах (Тексг| / А.П. Безродный // Электричество. — 1971. — N94. - С.45 —47

2, Бычков, В.П. Электропривод и автоматизация металлургического производства [Текст| / В.П. Бычков. — М. : Высшая школа, 1977, — 391 с.

З Гсмская, X. В. К вопросу оптимизации режимов работы реверсивных обжимных станов (Текст) / Х.В. Гемская. А.К. Пв-грашин, В.Д. Стефанович // Изв. вузов. Черная металлургия. -1976. - №9. - С. 117-120.

4. Зимин, П.11. Автоматическое управление электрпрнводами (Текст) / В.Н. Зимин, В.И. Яковлев. — М.: Высшая школа. 1979. -318с.

ЕГОРОВ Владимир Фёдорович кандидат технических наук, доцент кафедры механического оборудования металлургических заводов.

Адрес, для переписки: e-mail: evf@7:aoproxy.ru

Статья поступила в редакцию 07.12.2009 г.

СО В. Ф. Егоров

УДК 621. 06: 62 83 В. Ф. ЕГОРОВ

С. В. ЕГОРОВ

Сибирский государственный индустриальный университет, г. Новокузнецк

ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат», г. Новокузнецк

ДИНАМИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Разработаны теоретические положения выравнивания токов и моментов нагрузки двигателей в динамических режимах при выполнении больших и малых заданий скорости электромеханических систем с многодвигательным приводом, работающим на общий жесткий вал. Выполнен синтез систем управления, обеспечивающих выравнивание токов и моментов двигателей в переходных и установившихся режимах работы. Предложенные способы выравнивания токов и моментов внедрены на приводе поворота конвертера в конвертерном цехе Западно-Сибирского металлургического комбината.

Ключевые слова: многодвигательный привод, динамические режимы, выравнивание нагрузок.

С тановление многодвигательных электроприводов (МЭМ), двигатели которых связаны через общий механический вал, вызвано развитием современной грузоподъемной техники, механизмов металлургической промышленности, станкостроения, куз-

нечно-прессовых машин, специальных установок большой мощности и многих других [ 11- В настоящее время разви тие данного типа приводов сдерживается недостаточной их изученностью. Остаются нерешенными проблемы равномерного распределения

нагрузок МЭМ в динамических режимах даже в двухдвигательном варианте. Незнание особенностей МЭМ приводит к тому, что созданные системы не обеспечивают качественных показателей переходных процессов и приемлемой точности распределения нагрузки между двигателями и, как следствие, суммарная мощность применяемых двигателей завышается. По рекомендациям [2], чтобы обезопасить двигатели от перегрузки, суммарная мощность должна составлять З-кратную расчетную рабочую мощность. С увеличением числа двигателей, повышением требований к быстродействию и снижению затрат энергии возникает необходимосгь в более полном использовании собственных свойств и возможностей МЭМ.

Актуальным направлением в решении данных задач является разработка и усовершенсгвование активных способов распределения нагрузок, что позволяет досгичь наиболее полного их выравнивания с наименьшими потерями энергии, как в установившихся, так и в динамических режимах работы электропривода. Для оценки распределения нагрузок двигателей в динамических процессах составим структурную схему МЭМ. Чтобы исключить переменные индуктивнос ти обмоток возбуждения Цф). воспользуемся следующим соотношением

IV гїфііу) =-/ Я +и

ш

(1)

где 1Ш, им, /?п(, IV ( — ток, напряжение, сопротивление и число витков обмотки возбуждения электродвигателей МЭМ.

Производя кусочио-линейную аппроксимацию кривой намагничивания и взяв производную, приходим к зависимости

СІІ

С учетом (1) находим:

сіі

сП

■и.

(2)

(3)

где Лф.. — коэффициент наклона аппроксимированного участка кривой намагничивания нау'-ом участке /-и) двигателя.

Уравнение (3) дает возможность исключить трудно определимые индуктивности обмоток возбуждения, а использование зависимости магнитного потока оттока возбуждения линеаризован. модель, выполнив кусочно-линейную аппроксимацию кривой намагничивания.

С учетом вышеизложенного составим уравнения математической модели МЭМ в преобразованиях по Лапласу

1

ЬЛі(Р)Р*-Кл1«і(Р) сі(Ф1,(рКо-»-имі(р).] где і = 1,2,....п

1 -я подсистема; (4)

со [р)р

(Ф М))1М-м,(р)

2-я подсистема; (5)

*ф«и^^(р)р - -щм+им ]

где |-1,2,...,п

3-я подсистема; (6)

Ьці I 9І

Еи2і

и., і

С|ф|

1/К-, ІШІ.

Т..Р + 1

С2Ф2

\/К,2 1йи

Т.:Р + 1

Бш,І

и,п І

1/Л.п и

Мп

М,

(її

и.,

и*

1/к

Т..Р + І

Тв2р+!

1ц2|--------гг--------------------------3 -----С: ф;

"► Фдік ( *»2|к~ ^ ■ЗІ*’ 9?-----------------------------►

и,

«/К*

Т.Р + 1

Фп|к ~ ------►

Рис. 1. Структурная схема МЭМ но цепям якорей л обмоток возбуждения электродннгателей

Ф,у(Р) = Ф,ук к^^шфГ^ІР)).

(7)

где I = 1,2,.... п — номера двигателей; л — число двигателей в МЭМ;

Кг V»? *-«!' Яц ~ ток* напряжение, индуктивность и активное сопротивление якорной цепи 1-го электродвигателя;

(О — скорость вращения привода; фу — магнитный поток у'-го участка кривой намагничивания;

к — точки перегиба линейных участков кривой намагничивания;

С' — конструктивные постоянные двигателей,

М(. - момент статических сопротивления механизма, приведенный к валу привода;

./£ — суммарный момент инерции системы;

Перейдем к структурной схеме уравнений.

Построенная в соо тветствии с уравнениями (4,5, б, 7) структурная схема МЭМ приведена на рис. 1.

Механическая часть МЭМ характеризуется интегрирующим звеном с постоянной времени Jr , соответствующей сумме моментов инерции якорей электродвигателей и моментов инерции системы, приведенных к палам двигателей. Электромеханическое преобразование токов /и| в моменты М1 отображается произведением с,ф) на 1и1 с помощью блоков умножения. Электрические цепи якорей и обмоток возбуждения электродвигателей представлены инерционными звеньями. Их постоянные времени Тт=1т/Ят и Т^к^^м/Яя1 - соответственно. Внутренние обратные связи по ЭДС отображаются векторами Еа. = с.ф((о. На входы якорных цепей электродвигателей подаются разности значений им—ЕйГ Пересчет токов возбуждения /ш в магнитные потоки и далее в с,ф, на каждом участке линеаризованной кривой намагничивания осуществляется с помощью блоков расчета функции (ф^ - Л/(Р)))и

пропорциональных звеньев с коэффициентами с(.

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЇС1МИК Н* 1 <171 2010

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ МСІНИК да 1 »;> 2010

Рис. 2. Прообразованная структурная схема МЭМ по цепям якорей, отображающая зависимость тока якоря двигателя от входных напряжений питания и суммарного статического момента нагрузки

Для определения зависимостей влияния входных воздействий на токи якорей двигателей МЭМ преобразуем структурную схему рис. I но цепям якорей рис. 2.

Согласно струк турной схеме рис. 2 составим зависимость тока якоря от управляющих воздействий но одному из двигателей (8)

Этой схеме соответствуют передаточные функции: для тока при изменении напряжений питания на якоре рассматриваемого двигателя (Унг и якорях остальных двигателей ия1 при постоянных значениях магнитных потоков.

Для тока якоря 1пг при подаче напряжения по входу им,

и,АР)

Я-, (с,ф,)* Т„р+\

(8)

♦М>,)' + я.Лр(Г,;р+1)

Я*, ТІІ,р +1 при изменении напряжения но входу 1)а І.АР) _

и-(Р)

____________с<ФХФ/К.У(Т„р + 1)___

V л-(с-ф-) т«р+х

;-І...П Т'м1Р +1

(9)

^гФг)' + ^гР[Тя,Р + \)

Из анализа передаточных функций следует, что, несмотря на взаимовлияние управляющих воздействий, при управлении напряжениями питания ии1 можно обеспечить выравнивание нагрузок с необходимой для практических условий точностью. При этом в динамических режимах актуальное значение приобретает не только равное распределетше токов нагрузки, пои моментов нагрузки, а следовательно, необходимость выравнивания магнитных потоков ф(, в случае неравенства конструктивных постоянных с1 - произведенийсф..

Рис. 3. Переходные процессы в системе с раздельными регулируемыми источниками питания якорей и общим источником питания обмоток возбуждения двигателей: Т*=МТ1|,Т.г1.15Г.,,Т.=112Г.|;

сф =1.1гф,, сф,=1.15сф1, сф(=1,2сф,

Переходные процессы приводов предусматривают отработку больших и малых заданий. Отработка больших заданий выполняется с ограничением токов якорей двигателей. Вследствие чего при выходе на основную скорость наблюдается рассогласование ■гоков якорей рис. 3, вызванное влиянием внутренних обратных связей но ЭДС при изменении скорости привода.

Величина динамической ошибки регулирования тока якоря 1-го контура в режиме ограничения

А/ =

(Г„р+2^7^

1/К.

_________Р + 1

ГÄР+ 2Є)7> + 1

£С,ф,

Р

Я.,

(10)

где 4 — коэффициент демпфирования колебаний; е - ускорение привода па участке ограничения токов якорей электродви гателей/

В результате различия магнитных потоков и сопротивленийякорей разброс токов Д/в, произвольной а, к) пары двигателей сост ави т

д/,*, = д/„-д/.,=-2г;Г,іЄі

с,ф,

’ 1 Л* V

(11)

Мх2х10'\ їх І О2, (о

Рис. 4. Цепи коррекции синтезированных контуров тока

Из (11) следует, что выравнивание токов якорей двигателей с различающимися величинами магни тных потоков и сопротивлений якорей в режиме ограничения обеспечивается выравниванием соотношений

С.Ф. _ с,ф2 _ = с„ф„

Я.,

К.

>2

Я.

(12)

Синтезированная на основе метода больших и малых перемещений передаточная функция регулятора 1-го контура тока системы реіулирования многодвигательного электропривода с раздельными источниками питания якорей имеет вид;

у, Гг» = + Ц (

^кы^Р^)Тр1р

передаточная функция замкнутого контура тока

^«т((Р) = у 1 ... —--- •

Сопротивления Кн|; Ля2;... /?и11 входят в состав передаточных функций, поэтому их значения могут быть заменены. Подберем, согласно (12), значения сопротивлений К',; Л'2;... К', и, производя замену /?м1;

Ляп на Я*,; Я'2; ... Кп, преобразуем передаточные функции.

Преобразованная функция регуля тора тока

И?*(Р)~

К..\ Т...Т.. И'1 Р* +1 т,

К’

-+т4;;>

+1

(13)

Передаточная функция замкнутого кошуратока приметвид

(Р)*

1

(14)

(7)?Р3 + 24Г„р) 7>±!_+.

г,Р+;-:

В результате данных изменений сдвиг кривых относительно друг друга составляет не более 1 %. Однако на перегибах кривых рассогласопание токов

Рис. 5. Переходные процессы в системе регулирования при настройке регуляторов тока по наибольшему сопротивлению якорной цепи электродвигателя привода с корректирующими обратными связями

МхЗхЮ5. 0). ІхІО3

О 0,2 0,4 0.6 0.8 1,0 1

Рис. 6. Переходные процессы в системе регулирования с настройкой регуляторов тока по параметрам электродвигателей при отработке малых заданий

увеличивается до 10—12 %. Выполнение условия выравнивания токов якорей (12), при рассогласовании магнитных потоков может приводить к значительному отклонению величин настроечных сопротивлений /^( от сопротивлений что увеличивает рассогласование токов и моментов на перегибах кривых.

При равных магнитных потоках и конструктивных постоянных двигателей величина динамической ошибки регулирования токов якорей составляе т

а,—

Я..

— для системы с настройкой регу-

ляторов тока якорей но параметрам соответствующих двигателей;

Я

— для системы с измененными

настроечными сопротивлениями.

Динамическую ошибку регулирования Д/, при настройке регуляторов тока якорей в режиме ограничения в этом случае можно уменьшить, приняв /?', равным наибольшему значению Яя1 из соответствующих сопротивлений якорных цепей электродвигателей. Однако на перегибах кривых рассогласование остается на уровне 10— 12%.

Уменьшить разброс токов на интервалах перегиба кривых можно применением обратных связей с усредненными параметрами. Производя суммирование токов всех электродвигателей и вычисляя среднее

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ МСТНИК Ш 1 («7) М10

значение 1С(, = ]£/,„/п, в Це,1Ь обратной связи каж-

ы

дого электродвигателя вводим корректирующий сигнал, пропорциональный разности токов /-го двигателя и/срик-кпя,А1 = к1К.т1(1в-1гр) (рис. 4).

На рис. 5 приведены отклонения токов и моментов двигателей при использовании обратных связей. Отклонения от равномерного распределения токов нагрузки на интервалах перегиба кривых снижаются до 3 — 4 %. Данный способ выравнивания токов предпочтителен для систем, работающих с большими заданиями скорости.

Для систем с малыми заданиями скорости токи якорей не входят в режим ограничения. Исключение даннот режима позволяет перейти к настройке ре1-у-ляторов по параметрам соответствующих электродвигателей, чем обеспечивающих более результативное выравнивание токов моментов нагрузки (рис. 6).

Как следует из рисунка, имеет место практически полное согласование токов и моментов двигателей.

Выводы

Выравнивание токов двигателей многодвигатель-ного электропривода с общим механическим валом в динамическом режиме при отработке больших заданий скорости с ограничением нагрузки обеспечивается настройкой регуляторов тока по параметрам электродвигателя с наибольшим сопротивлением якорной цепи и введением перекрестных обратных

связей пропорциональных разности между током соответствующего электродвигателя и средним значением из токов всех двигателей. При отработке малых заданий скорости - настройкой регуляторов тока по параметрам соответствующих электродвигателей.

Опытная проверка теоретических положений, выполнялась на двенадцати двигательном приводе поворота конвертера массой 350 т Западно-Сибирского металлургического комбината. Получена хорошая согласованность результатов.

Библиографический список

1. Чиликни, М.Г. Общий курс электропривода (Текст] / М.Г. Чиликнн, Л.С.. Сандлер. М.: Энергоиздат. 1981. — 576 с.

2. Бычков. В.П. Электропривод и автоматизация металлургического производства |Текст| / В.П. Бычков. - М. : Высшая школа, 1977. - 391 с.

ЕГОРОВ Владимир Фёдорович, кандидат технических наук, доцент кафедры механического оборудования металлургических заводов Сибирского государственного индустриального университета.

Адрес для переписки: e-mail: [email protected] ЕГОРОВ Сергей Владимирович, руководитель отдела КИПА ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат».

Статья поступила в редакцию 07.12.2009 г.

© В. ф. Егоров, С. В. Егоров

УДК 621.43 + 621.51 В. J1. ЮШЛ

Г. И. ЧЕРНОВ

Омский государственный технический университет

ИДЕАЛЬНЫЙ

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ ЦИКЛ КОМБИНИРОВАННОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ ПОДОГРЕВОМ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ________________________

В статье представлены результаты теоретического анализа эффективности идеального термодинамического цикла комбинированного двигателя внутреннего сгорания с подачей воды в камеру сгорания. Проведён анализ влияния параметров воды, поступающей из системы охлаждения компрессорной ступени в камеру сгорания двигателя после её дополнительного рекуперативного подогрева выхлопным газами, на характеристики двигателя.

Ключевые слова: рабочий цикл, камера сгорания, парогазовая смесь

Компрессорные агрега ты являются составной частью технологаческих и энергетических машин и установок различного назначения, производительности и мощности, в том числе транспортных и стационарных комбинированных двигателей внутреннего сго-

рания, в которых они используются для наддува воздуха в цилиндры [1, 2, 3, 4]. Одним из направлений повышения термодинамической эффективности комбинированных ДВС является впрыск испаряющейся воды в поток рабочего газа [ 1 ], поэтому стано-