CC BY
11
ISSN 2521-6244 (Online) Роздш «Електротехшка»
УДК 621-926
КОМПЕНСАЦ1Я Р1ЗКО-ЗМ1ННОГО СТРУМУ ЯКОРЯ ПОТУЖНИХ СИНХРОННИХ ПРИВОД1В ЗАСОБАМИ АВТОМАТИЧНО? СИСТЕМИ ЗБУДЖЕННЯ 13 НЕСТАНДАРТНИМ АЛГОРИТМОМ КЕРУВАННЯ
БОРОДАЙ В.А. канд. техн. наук, доцент, доцент кафедри електропривода Нацюнального ТУ „Дшпровська поттехшка", Днiпро, Украша, e-mail: [email protected];
БОРОВИК Р. О. шженер, асистент, асистент кафедри електропривода Нацюнального ТУ „Дшпровська поттехшка", Днiпро, Украша, e-mail: [email protected];
НЕСТЕРОВА О.Ю. канд. пед. наук, доцент, доцент кафедри перекладу Нацюнального ТУ „Дшпровська полггехшка", Дншро, Украша, e-mail: [email protected].
Мета роботи. Розробка автоматичноi системи збудження i3 нестандартним алгоритмом керування потужних синхронних приводiв механiзмiв гiрничо-металургiйного комплексу, як характеризуются перюдич-ними ударними навантаженнями.
Методи до^джень. Для проведення до^джень використанi положення теорп електричних машин, ме-тоди синтезу автоматичних систем, математичне моделювання у пакетi Matlab.
Отримаш результати. Створено варiант моделi синхронного двигуна для випадюв частотного керування, на базi якого синтезовано структуру системи автоматичного керування збудженням, отримано уточню-ючий коефщент для розрахунку пiдсилення iнтегральноi частини регулятора та запропоновано алгоритм ра-цюнального керування синхронним приводом за умови кращо'1' нейтрал1зацИ зусиль руйнування iзоляци дротiв яюрних котушок двигуна.
Наукова новизна. Запропоновано оригтальний варiант динамiчноi моделi синхронного двигуна, яка дозволяв скористатись класичним методом синтезу регулятора повздовжнього струму якоря, що стабшзуеться магнтним потоком збудження, а також сформульовано вимоги до реалгзацИ нестандартного алгоритму керування збудженням, що забезпечуе суттеве зменшення динамiчного струму якоря в момент пково'1' ди наван-таження.
Практична цштсть. Використання запропонованого методу дозволить створити автоматичну систему збудження потужних синхронних двигутв, завдяки якш можливо збшьшити мiжремонтний термт роботи синхронного приводу.
Ключовi слова: потужний синхронний двигун; система автоматичного керування збудженням; модель двигуна для частотного керування; синтез та уточнення параметрiв регулятора; обГрунтування методу керування
ВСТУП
Ввдмшною особливютю механiзмiв, робочий ш-струмент яких - це валки руйнування руд корисних копалин або валки пластично! обробки металiв, е те, що специфша !х експлуатаци передбачае перюдичне виникнення ударних навантажень. Наслвдком цього е значний сплеск струмiв в обмотках привщних синхронних двигушв, що у свою чергу провокуе рiзко-змшш зусилля, дiя яких викликае вiбрування лобових частин яшрних котушок. Врешп вплив останшх стае причиною аваршних ситуацш, пов'язаних i3 пошко-дженням iзоляцiйних матерiалiв дропв котушок якоря в зон !х переходу i3 магнггопроводу в лобову части-ну, ремонт яких вимагае значних фшансових ви-трат [1].
АНАЛ13 ДОСЛ1ДЖЕНЬ ТА ПУБЛ1КАЦ1Й
Зазвичай пiковi навантаження компенсують ме-ханiчними або електромагшгаими способами. Наяв-нiсть абсолютно жорстко! меха^чно! характеристики
© Бородай В. А., Боровик Р.О., Нестерова О.Ю., 2018
DOI 10.15588/1607-6761-2018-1-8
синхронного привода виключае використання в таких електромехашчних системах шнетичних накопичува-чiв енергп. Щодо пружних муфт, то 1х застосування передбачае визначення оптимального значення параметра компенсацп, аби не створити умови коли система приводу стае неприпустимо коливальною [1].
Серед шших механчних способiв нейтралiзацil неприйнятно! коливальносп е спосiб передрозгону двигуна [2], який культивуе до початку робочого режиму тдвищення жорсткостi електромехатчнох системи шляхом вибору зазорiв шпиндельних пристро1в прокатних валк1в. Це значно знижуе ударне навантаження в момент захвату металу, але споаб потребуе визначення оптимального режиму передрозгону осш-льки е вiрогiднiсть повторного розкриття люфтiв.
Не потребуе доказу те, що для яшсного електро-магнiтного демпфування коливань кута навантаження тiльки завдяки iндукторному контуру [3] необхщно забезпечити швидшсне та суттеве форсування напру-ги збудження. Перепоною реалiзацil тако! умови е
¡ББМ 1607-6761 (РпП) «ЕЛЕКТРОТЕХН1КА ТА ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКА» № 1 (2018)
2521-6244 (ОпНпе) Роздш «Електротехшка»
неспроможнють серiйних автоматичних збудник1в забезпечити кратнють форсування напруги необхщ-ного рiвня, а також е питання щодо стiйкостi обмоток двигунiв до рiзко-змiнного пiдвищення напруги. Як результат швидкодiя регулювання поля збудження стае недостатньою, а ефектившсть компенсацп коли-вань суттево падае.
Досить перспективним е споаб пiдвищення про-тиди синхронних приводiв [4] ударним навантажен-ням шляхом прискорення швидкосп форсування збу-дження за рахунок розряду попередньо зарядженого конденсатора в цьому ж контурi з одночасною подачею напруги вщ тиристорного перетворювача. Але питання стшкосп iзоляцi! двигуна у цьому випадку також не е виршеним.
До традицiйних методiв електромагнiтного дем-пфування коливань електромехатчних систем слад ввднести вiдомi закони керування збудженням [5]-[7]:
- шдтримка постiйного рiвня коефiцiента потуж-носп двигуна;
- стабiлiзацiя реактивно! потужносп двигуна задано! величини;
- компенсац1я реактивного струму якоря.
Так, в методi [8] використана векторна система збудження потужного двигуна iз стабiлiзацiею коефь цiента потужностi. Споаб досить добре нейтралiзуе коливання системи з незначною амплиудою, але у випадку ткового навантаження його д1я залишае ба-жати кращого.
1снуе клас автоматичних систем збудження, де яшсть компенсацп коливань забезпечуеться за раху-нок нелшшних зворотних зв'язк1в [9], яш також добре поглинають збурення мало! амплиуди, а щодо макси-мальних значень, то !х робота також мае низьку ефек-тивнiсть.
В джерел1 [10] показана доцiльнiсть використан-ня методу програмного керування напругою збудника для зниження динамiчних навантажень в перехвдних режимах. Суть методу полягае в цшеспрямованому живленнi обмотки збудження перюдичною змiнною напругою, яка о^м зменшення перiодично! складо-во! електромагштного моменту частково пiдвищуе його середню складову, яко! достатньо для плавного розгону двигуна до синхронно! частоти обертання. Недолiком методу е необхщшсть використання реверсивного збудника.
Як варiант протидп ударним навантаженням мо-же бути запропонована електромеханiчна система граничного ступеня стiйкостi iз мiнiмальною колива-льшстю пружно! механiчно! пiдсистеми [11]. Суть методу полягае в оптимальному налагоджент регулятора та пружносп системи в наперед оговорених умо-вах. Але i такий спосiб також лише частково вщповь дае вимогам компенсацi! екстремальних навантажень.
Метод, наведений у джерелах [12]—[14] демон-струе потенцшну можливють компенсацi! пускових
струмiв за рахунок випереджаючого збiльшення на-пруги збудження на прогнозований провал напруги живлення. Але система збудження у даному випадку адаптована для роботи синхронного генератора.
Усi зазначенi методи, на жаль, мало вщповвдають умовам нейтралiзацi! шк1дливих зусиль в яшрних ко-тушках, що е прюритетом при розв'язаннi поставлено! задача Показана актуальна проблема вирiшена шляхом розв'язання ошгашзацшно! задачi, де в комплекс визначенi необхвдне значення пружностi i фгк-сованi налаштування контуру збудження [15]. До па-раметрiв налаштування системи входять час завчасно-го початку змiни форсування i концевого рiвня напруги збудження. При позитивному виршенш проблеми метод мае недолiк, який полягае в необхвдносл перь одичного переналаштування системи при кожнiй змь ш фiзичних та геометричних властивостей вхщного матерiалу обробки.
МЕТА РОБОТИ
Розробка автоматично! системи збудження iз не-стандартним алгоритмом керування потужних син-хронних приводiв механiзмiв гiрничо-металургiйного комплексу, яш характеризуються перiодичними удар-ними навантаженнями.
ВИКЛАД ГОЛОВНОГО МАТЕР1АЛУ I АНАЛ1З ОТРИМАНИХ РЕЗУЛЬТАТА
Уникнути зазначених недолiкiв пропонуеться за рахунок створення системи автоматичного регулю-вання збудженням iз новими властивостями. Для цьо-го скористаемося математичним описом роботи синхронного двигуна, реалiзованим у ввдносних одини-цях (в.о.). Вхiднi рiвняння балансу напруг синхронно! машини iз повним набором обмоток роторно! частини мають такий вигляд [5], [16].
и й = + Р^й -® 1?д
Ы'а
и д = ¡дГа + Р^д + ®
и г = 1ггг + р*г;
0 = ¡кёГкё +
0 = ¡кдГкд + Р^кд,
= хй'й + хай'/ + х ай'кй' ^д = хд^д + хад^кд>
(1)
(2)
= хай'й + х+ х ай'кй' ^кй = х ай'й + хай+ хскй'кй> ^кд = хад^д + хкд^кд,
де й, ид, й ¡л 1д, ц ¡ы ¡кд - напруги i струми в осях й-д котушок якоря, обмоток збудження та демпферно! обмотки, в.о.; га, г, гкЛ гкд - активш опори якоря, збудження та демпферно! обмотки, в.о.; \ал "хад - реак-
¡ББМ 1607-6761 (РпП) «ЕЛЕКТРОТЕХН1КА ТА ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКА» № 1 (2018)
!88М 2521-6244 (ОпНпе) Роздш «Електротехшка»
тивш опори реакцп якоря в осях ё-д, в.о.; "хё, "хч, х \кё, хкд - реактивш опори в осях ё-д яшрних котушок, збудження та демпферно! обмотки, в. о.; ^ У¥д,
У¥кё, ¥кд - потокозчеплення в осях ё-д якоря, збудження та демпферних котушок, в.о.; Р=ё/ё1 - оператор Лапласа; т1 - частота обертання поля якоря.
В основу розробки моделi був покладений випа-док побудови двигуна для частотного керування. Для цього iз рiвнянь потокозчеплення контуру збудження та демпферно! обмотки (2) отримано струми
'кё - к9Укё - к10'ё -
- - к7'ё - к8Укё ,
(3)
де
к1 - -.-; к2 - -X—>' к3 - хаё - хаёк2;
хкё хкё
к4 - хf - хаёк2; к5 - хаёк1; к6 - к ;
к4
кз к5
к7-—; к8- —; к9 -к1 + к2к8, к4 к4
кю - к2 + к2к7; кп - к2к6.
11
26
Базуючись на результатах рiвнянь (1) та (3), ви-значено потокозчеплення якоря за вюсю ё
Уё - к12'ё + k13У'f - к14Укё ,
(4)
де
к12 - хё - хаё[к7 + к10]; к13 - хаё[к6 - к11]; к14 - х аё [к8 - к9
Зпдно iз системою рiвнянь (1) похiднi потокоз-чеплень мають вигляд
Pч/f -и f + к16'ё + к17^/кё-kl5^/f; р ^кё - к19'ё + k20lI/f - к18^кё; р кд - к22'д - к21у/кд,
к15 - г^6'> к16 - г^7; к17 -де к 18 - гкёк9; к19 - гкёк10; к20 - гкёк11;
(5)
к21 -
гкд х кд
к22 -
гкд х ад х кд
Скориставшись розглянутими залежностями, за-пишемо рiвняння напруги
иё - 'ё[га + к12Р] + ,
де - к1зРУ! - к14Р Укё -® 1Уд .
Тодi перехвдна функщя з урахуванням останньо-го рiвняння напруги виглядае
1/
'ё
иё - Её ТёР +1
к12
. де Тё.
(6)
Подiбним чином формуеться перехiдна функцiя за вюсю д:
'кд - к23Укд - к24'д, Уд - к26Укд + к25'д;
к25 - хд - хадк24, К26 - хадк23;
к23 —-, к24 —-, к25 — хд хадк24, к26 — хадк2
х кд
х кд
1
ид - Ед ТдР + 1
(7)
де Тд -
125
Ед - к26РУкд +® 1?ё .
Для завершення побудови модел1 синхронного двигуна слад навести рiвняння механiчноl частини приводу:
ММе -Уё'д -Уд'ё;
Ме - ММ с - ТтР<п 1;
Т -
М ъРп
де Ме, УМС - моменти двигуна та статичного навантаження, в.о.; Тт - механiчна постiйна часу, в.о.; ] - момент шерци системи, в.о.; Р„ - кшьшсть пар по-люсiв; Мь, а>ь - базовi момент i частота обертання. Звщки отримана перехiдна функщя
1
Ме - ММ с * т
ТтР
(8)
На базi отримано! математично! моделi побудо-вана структурна схема двигуна, до контуру збудження яко! додано блоки перетворювача напруги, регулятора струму за вюсю ё та пiдсилювача зворотного зв'язку (рис.1).
Для синтезу регулятора бажаного контуру задiяна його перехвдна функцiя, яка налагоджена за модуль-ним оптимумом.
Ж -■
1
2Т^[Т^Р +1]
(9)
Для такого випадку регулятор мае пропорцшно-штегральну структуру
Жр -
ТёР +1 уТцР
, де у - -
2 • кР ' к13 ' к'ё
(10)
а
д
а
а
ISSN 1607-6761 (Print) ISSN 2521-6244 (Online)
«ЕЛЕКТРОТЕХН1КА ТА ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКА» № 1 (2018) Роздш «Електротехшка»
Tq
Wp - перехвдна функщя регулятора; Ц, ^ - параметри перетворювача напруги; Kid - коефщент щдсилен-
ня зворотного зв'язку
Рисунок 1. Структурна схема системи регулювання струму id
Обгрунтування алгоритму керування збу-дженням. Як згадувалось рашше, причиною аварш синхронного привода прокатних сташв е в1брування лобових частин котушок якоря у момент втягнення металу в валки. Зрозумшо, що цей факт е результатом дп зусиль, що виникають в дротах обмоток якоря вна-слвдок присутносл ткового зростання струму. При цьому також потр1бно пам'ятати, що р1вень величини зусилля залежить в1д квадрату струму в яшрних ко-тушках. Тобто зменшити в1брування - значить змен-шити величину динам1чного струму 1 його коливаль-шсть.
Умови прокатного виробництва передбачають перюдичну роботу приводу в режимах холостого ходу (д1лянка 1) або р1зко-змшного навантаження (д1лянка 2) рис.2. Обидва штервали ди струму якоря зазвичай
При близькому розгляд1 форми переходного про-цесу струму якоря (рис.3) слад видшити декшька дшя-
soo
400
200
0
Ic, А
О---
г
-IL. J hm»m
10
. 2
Г 1 1
... J ! V
Рисунок 2. Струм якоря при двох проходах прокатки реального прокатного стану
налагоджують на функцюнування системи 1з рацюна-льним збереженням енергоресурсу. Одним 1з можли-вих канал1в впливу на регулювання цього струму е автоматична система збудження. Реал1защя енергоо-щадного режиму за ввдсутносл мехашчного навантаження можлива у випадку перезбудження двигуна та ввдповщно емшсного характеру його потужносп, при якш струм якоря тдтримуеться нульовим. Синхронна стшшсть привода у промислових умовах досягаеться завдяки традицшним законам керування збудженням
1-максимальне збурення; 2- залишкова коливальшсть.
Рисунок 3. Перехщний процес струму якоря
нок, де мае м1сце ткове зростання (1) характерне для моменту прикладення навантаження 1 залишково! ко-ливальносп (2), що ввдповвдае завершенню процесу втягнення заготовки в валки. Така особливють переходного процесу обумовлена шерцшшстю контуру збудження 1 пов'язана з тим, що при накид1 навантаження двигун «зустр1чае» збурення з послабленим полем. Як наслщок, для створення необхщного моменту на валу двигун вимушений споживати бшьший струм якоря.
Беручи до уваги анал1з литературного огляду про досить ефективну компенсацш коливань струму якоря мало! амплпуди та практичну неспроможшсть вь домих способ1в поглинати екстремальне зростання струму, сл1д зробити висновок, що потр1бен шший щдх1д до виршення такого питання. Тому як вар1ант ефективно! протидп максимальному струму якоря (дшянка 1 рис.3) пропонуеться завчасно збшьшити напругу збудження, що у свою чергу зменшить р1зни-цю м1ж поточним сталим та миттевим збшьшеним
ISSN 2521-6244 (Online) Роздш «Електротехшка»
значениям струму якоря при наквд навантаження. Щодо залишково! коливальностi (дiлянка 2 рис.3), то ця задача устшно може бути виршена завдяки, на-приклад, закону регулювання збудженням при стабь лiзацi! повздовжнього струму якоря на нульовому рiвнi. Такий алгоритм керування збудженням може бути практично втшеним за вiдомих параметрiв рiвия форсування напруги, iнтервалiв часу його завчасного увiмкиения та скиду завдання на струм у нульовий стан.
Аналiз результатiв дослiджень. За запропоно-ваною структурою (рис.1) розрахована та побудована МаНаЪ модель серiйного синхронного двигуна СДМЗ-2-24-59-80-УХЛ4. Попереднiми досл1дженнями вста-новлено, що визначенi за класичною методикою кое-фiцieнти пвдсилення регулятора збудження, робота яких стабiлiзуe струм /¿, створюють умови для част-ково! коливальностi системи. Крiм того виявлено, що значного впливу на коливальнють системи пропор-цiйна частина регулятора не створюе. На ввдмшу вiд пропорцшно!, iнтегральна частина при зменшеш кое-фiцiента шдсилення дае задовшьний результат ком-пенсацп коливальносл струму якоря. Цикл дослiдiв (рис.4) дозволив визначити коефщент корекци штег-
Рисунок 4. Визначення коефiцiенту корекци iнтегральноl частини регулятора
рально! частини регулятора на рiвнi 0,22 одинищ, за-вдяки чому стало можливим суттево зменшити роз-мах та час тривалосл переходного процесу струму.
Зменшення динамiки системи (рис.1) на пвдгото-вчому етапi до появи збурення досягнуто за рахунок встановлення на входi вузла вводу завдання на збудження задавача iнтенсивностi, коефiцiент шдсилення якого на час поточних дослвджень прийнято таким, що дорiвнюе контурному коефщенту к15 розрахунку потокозчеплення збудження.
При визначенш необхвдного рiвия форсування збудження було встановлено, що при досягненнi де-якого зменшеного значення динамiчного струму якоря його шковий максимум починае зростати (рис.5), через що подальше прагнення до мiнiмiзацi! параметру форсування втрачае сенс.
Шдхвд до визначення часових iнтервалiв регулю-вання збудження слiд роздшити вiдповiдно на час
О max Is _---max IsO —A— min Is -----min IsO
b--*
i .
О 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.В 0.9 1
max Is0, min Is0 - струм якоря стандартного збудження, в.о.; max Is, min Is - струм якоря нового збудження, в.о.; kuf - кратшсть завдання на форсування струму.
Рисунок 5. Визначення максимально можливого рiвня форсування збудження
завчасного форсування для гарантованого досягнення визначеного рiвня струму якоря перед моментом прокатки i час одного нашвперюду його максимального коливання з моменту втягнення деталi у валки. Очевидно, що тривалють форсування залежить вiд швид-кодй' зростання струму в обмотцi збудження. Можли-во вважати, що гарантована тривалють форсування буде достатньою для будь-яких випадк1в навантаження при ii дотриманнi на рiвнi п'яти постшних обмотки збудження. Зрозумiло, що у випадку використання надлишкового термшу може виникнути перегрiв двигуна. Тому цей час пропонуеться оптимiзувати за методом джерела [15]. Щодо визначення часу одного нашвперюду максимально! коливальносл, яка власне додаеться до часу форсування, i е межею, шсля яко! завдання на реактивний струм скидаеться в нульовий стан, то вш може бути розрахований через частоту власних коливань системи.
Запропонований алгоритм керування збудженням буде неповним, якщо не розглянути процес пуску двигуна. У даному випадку початок запуску практично не в^^зняеться вiд стандартного методу. Навпаки, синхронiзацiя за увiмкненого регулювання повздовж-нього струму якоря може унеможливити вдале завер-шення цього процесу через наявшсть позитивного зворотного зв'язку i використання в системi задавача штенсивносл. Тому такий спосiб керування збудженням передбачае введення в роботу регулятора за ввд-сутностi на ньому завдання та при розвантаженому двигунi i тiльки пiсля завершения синхрошзаци, яку потрiбно здiйснювати iз номiнальною напругою збуд-ника.
Система електропривода i нестандартний алгоритм керування збудженням випробуваний на модел^ результат дй' яко! показано на рис.6.
ISSN 2521-6244 (Online) Роздш «Електротехшка»
U 1\ \\ Ts , r.u.
\ \ \\ \ 4 \ v^n illWv^ .___
10 12 14 16 18
W r.l l. w.contr ---contr
Мd - електромагштний момент двигуна, в.о.; - струм якоря, в.о.; W - частота обертання валу двигуна, в.о.;
И — струм збудження, в.о.
Рисунок 6. Експериментальш перехвдш процеси синхронного привода з класичною ( ) та новою ( системою збудження
Н запуск виконувався за рахунок демпферно! обмотки, а процес синхрошзаци - шляхом подач1 напру-ги в обмотку збудження при досягненш швидкосп обертання двигуна на р1вш 0,95 в1д номшально!. Регулятор при завданш 0,8 максимального форсування вмикався тсля завершення переходного процесу у контур1 збудження в момент часу 8 с (рис.6). Через 0,5 с з моменту накиду навантаження завдання на струм статора за вюсю С було зменшено до нуля, що ввдповвдае завершенню часу дп максимального сплес-ку струму якоря. Скид статичного моменту виконано через 3 с. Анал1з отриманих залежностей дозволяе стверджувати, що у момент прикладення навантажен-ня змша струму якоря зменшилась приблизно втрич1, сплеск його максимуму зрю майже на 3 %, а трива-лють переходного процесу скоротилася на 34 %. При знятп навантаження характер змши струму практично однаковий для обох вар1антш.
ВИСНОВКИ
£ очевидним, що керованим магнгтним потоком збудження при накид1 навантаження здшснити ком-пенсащю ткового струму якоря досить складно. Тому для ефективно! протиди наслвдкам ударних наванта-жень автоматична система збудження повинна забез-печити вщмшт властивосп роботи на штервалах максимального збурення 1 залишково! коливальносп струму якоря.
Зважаючи на те, що максимальне збурення - це найб№ша складова, яка руйнуе iзоляцiю котушок якоря, обмежити ii вплив можливо шляхом зменшення перепаду струму у момент прикладення навантаження. Для реалiзацü цього сл1д до початку прокатки у термш п'яти постшних часу обмотки збудження [15] збшьшити завдання на струм за повздовжньою вiссю до рiвня 0,8 вщ максимального форсування, а пiсля завершення ди удару (достатня тривалiсть 0.5 с.) скинути його до нуля, що надал1 забезпечить роботу приводу в енергозбер^аючому режимi. При цьому величина форсування збудження лiмiтуeться, з одного боку, отриманням мiнiмуму перепаду струму якоря, а з шшого боку - обмеженням екстремуму на рiвнi не вищому за величину максимуму характерного для класично! системи збудження за однакових умов роботи.
СПИСОК Л1ТЕРАТУРИ
[1] Разработка рекомендаций по эксплуатации синхронного двигателя главного привода автомат-стана прокатки труб ООО "ИНТЕРПАЙП НИКО ТЬЮБ":отчет о НИР (заключ.) : 030383/Нац. горн. ун-т; рук. А.С. Бешта; исп.: А.В. Балахонцев, Р.А. Боровик, В.В. Барабан. - Днепр, 2013. - 34 с.
[2] Малакова Е. А. Использование предразгона двигателя прокатной клети для уменьшения динамической нагрузки / Е. А. Маклакова // Russian
)
ISSN 2521-6244 (Online) Роздш «Електротехшка»
Internet Journal of Electrical Engineering. - 2017. -T. 4, No. 1. - C. 19-22.
[3] Линьков С.А. Анализ систем управления синхронных электроприводов [Текст] / С. А. Линьков, А.С. Сарваров, И.В. Бачурин // ЭСиК. Серия „Теория и практика автоматизированного электропривода". - 2014. - №2(23). - С. 25-28.
[4] Слободенюк Д.В. £мнюний накопичувальний пристрш у контурi збудження синхронно! маши-ни для форсування та гасшня поля [Текст] / Д.В. Слободенюк, О.В. Бялобржеський // Електротехшка i Електромехашка. - 2015. - №2. - С. 16-20.
[5] Шевченко 1.С. Спешальш питання теорп електро-привода. Динамша синхронного електропривода [Текст] : навч. поаб. / 1.С. Шевченко, Д.1. Морозов. - К. : Кафедра, 2014. - 267 с.
[6] Пат. 53711 Укра!на, МПК (2009) Н02М 1/08. Споаб стабшзаци реактивно! потужносп синхронного генератора шляхом сладкую чого коригування його напруги збудження / В.М. Рябенький, О.О. Ушкаренко, О.Л. Бшоконь; Заявник i патентовла-сник НУК iм. акад. Макарова. Заяв. №U201005973 вад 10 лютого 2011 р.
[7] Пат. 56988 Укра!на, МПК (2010) Н02М 1/08. Споаб послвдовного коригування струму збудження синхронного генератора для стабшзаци його реактивно! потужносп / В.М. Рябенький, О.О. Ушкаренко, О.Л. Бшоконь; Заявник i патентовласник НУК iм. акад. Макарова. Заяв. №U201005970 вад 10 лютого 2011 р.
[8] Шурыгина Г.В. Улучшение эксплуатационных характеристик синхронных электроприводов металлургических агрегатов : автореф. дис. ... канд. техн. наук : спец. 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы» / Шурыгина Галина Владимировна ; Магнитогорский гос. техн. ун-т им. Г.И. Носова. - Магнитогорск, 2005. - 20 с.
[9] Babaei M. Nonlinear feedback control of chaos in synchronous reluctance motor drive systems [Техт] / M. Babaei, J. Nazarzadeh, J. Faiz // IEEE International Conference. - 2008. - 4 p. doi: 10.1109/ ICIT. 2008.4608524.
[10] Кириченко В.И. Программно управляемый возбудитель синхронных двигателей [Текст] / В.И. Кириченко, М.И. Школа, В.В. Кириченко, Р.А. Боровик // Наука та шноваци. - К., 2006. - Т2. №3. - С. 28-37.
[11] Задорожняя И.Н. Синтез электромеханической системы предельной степени устойчивости и минимальной колебательности упругой механической подсистемы [Текст] / И.Н. Задорожняя, Н.А. Задорожний // Вюник НТУ «ХП1». - 2017. -27(1249). - С. 150-155.
[12] Пат. 63053 Укра!на, МПК (2010) Н02М 1/08. Споаб випереджаючого коригування напруги збудження генератора при робот на асинхронний двигун / В.М. Рябенький, О.О. Ушкаренко, О.Я. Дубовик; Заявник i патентовласник НУК iм. акад. Макарова. Заяв. №U201102430 ввд 26 верес-ня 2011 р.
[13] Пат. 62906 Укра!на, МПК (2010) Н02М 1/08. Споаб випереджаючого коригування генератором, що працюе на асинхронний двигун / В.М. Рябенький, О.О. Ушкаренко, О.Я. Дубовик; Заявник i патентовласник НУК iм. акад. Макарова. Заяв. №U201100496 вад 26 вересня 2011 р.
[14] Пат. 62904 Укра!на, МПК (2010) Н02М 1/08. Споаб випереджаючого коригування генератором, що працюе на асинхронний двигун / В. М. Рябенький, О.О. Ушкаренко, О.Я. Дубовик, А.В. Крилов; Заявник i патентовласник НУК iм. акад. Макарова. Заяв. №U201100491 ввд 26 вересня 2011 р.
[15] Borodai V. Efficient Transient Modes of Synchronous Drive for Mining and Smelting Mechanisms [Техт] / V. Borodai, R. Borovyk, О. Nesterova. // Mechanics, Materials Science & Engineering. -2017. -Vol.8. - No.8. - P. 133-142.
[16] Низимов В.Б. Система векторного управления синхронным двигателем с емкостным накопителем энергии в контуре возбуждения [Текст] / В.Б. Низимов, А.А. Снижко // Вюник СумДУ. Серiя „Техшчш науки". - 2011. - №3. - С. 7-12.
Стаття Ma.iiiMii.ia до редакци 10.05.2017
КОМПЕНСАЦИЯ РЕЗКО-ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ЯКОРЯ МОЩНЫХ СИНХРОННЫХ ПРИВОДОВ СРЕДСТВАМИ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ С НЕСТАНДАРТНЫМ АЛГОРИТМОМ
УПРАВЛЕНИЯ
БОРОДАЙ В.А. канд. техн. наук, доцент, доцент кафедры электропривода Национального ТУ „Дшпровська полгтехшка", Днепр, Украина, e-mail: [email protected];
БОРОВИК Р.О. инженер, ассистент, ассистент кафедры электропривода Национального ТУ „Дшпровська полгтехшка", Днепр, Украина, e-mail: [email protected];
НЕСТЕРОВА О.Ю. канд. пед. наук, доцент, доцент кафедры перевода Национального ТУ „Дшпровська полгтехшка", Днепр, Украина, e-mail: [email protected].
ISSN 2521-6244 (Online) Роздш «Електротехшка»
Цель работы. Разработка автоматической системы возбуждения с нестандартным алгоритмом управления мощных синхронных приводов механизмов горно-металлургического комплекса, которые характеризуются периодическими ударными нагрузками.
Методы исследования. Для проведения исследований использовались положения теории электрических машин, методы синтеза автоматических систем, математическое моделирование в пакете Matlab.
Полученные результаты. Создан вариант модели синхронного двигателя для случаев частотного управления, на базе которого синтезирована структура системы автоматического управления возбуждением, получен уточняющий коэффициент для расчета усиления интегральной части регулятора и предложен алгоритм рационального управления синхронным двигателем при условии лучшей нейтрализации усилий разрушения изоляции проводников якорных катушек двигателя.
Научна новизна. Предложен оригинальный вариант динамической модели синхронного двигателя, которая позволяет воспользоваться классическим методом синтеза регулятора продольного тока якоря, стабилизируемого магнитным потоком возбуждения, а также сформулированы требования к нестандартному алгоритму управления возбуждением, который обеспечивает существенное уменьшение динамического тока якоря в момент пикового действия нагрузки.
Практическая ценность. Использование предложенного метода позволит создать автоматическую систему возбуждения мощных синхронных двигателей, благодаря которой возможно увеличить межремонтный период работы синхронного привода.
Ключевые слова: мощный синхронный двигатель; система автоматического управления возбуждением; модель двигателя для частотного управления; синтез и уточнение параметров регулятора; обоснование метода управления
COMPENSATION OF THE ABRUPTLY VARIABLE CURRENT OF ARMATURE OF HIGH-POWER SYNCHRONOUS DRIVES BY MEANS OF AUTOMATIC EXCITATION SYSTEM WITH SPECIFIC CONTROL
ALGORITHM
BORODAI V.A. Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor, Associate Professor of the Department of
Electric Drive, Dnipro University of Technology, Dnipro, Ukraine, e-mail: [email protected];
BOROVIK R.A. Engineer, Assistant Lecturer of the Department of Electric Drive, Dnipro University
of Technology, Dnipro, Ukraine, e-mail: [email protected];
NESTEROVA O.YU. PhD, Associate Professor, Associate Professor of the Translation Department,
Dnipro University of Technology, Dnipro, Ukraine, e-mail: [email protected].
Purpose. Development of the automatic excitation system with non-standard algorithm for controlling powerful synchronous drives of the mechanisms of the mining and metallurgical complex, which are characterized by periodic shock loads.
Methodology. The positions of theory of electric machines, methods of automatic systems synthesis, mathematical modeling in the package Matlab were used for conducting researches.
Findings. A variant of the model of the synchronous motor for cases offrequency control is proposed, on the basis of which the structure of the system of the automatic excitation control is synthesized, a correction coefficient for the calculation of the gain of the regulator integral part is obtained, and the algorithm of rational control of the synchronous motor is tested, the improved neutralization of the forces of destruction of the conductors insulation of the armature coils of the motor is provided.
Originality. The original version of the dynamical model of the synchronous motor is proposed, which allows using the classical method of synthesis of the armature longitudinal current regulator stabilized by the magnetic flux of excitation, as well as the requirements for the implementation of a non-standard excitation control algorithm providing a significant reduction of the dynamic current of the armature at the moment ofpeak load action.
Practical value. The use of the proposed methodology will allow the creation of an automatic system for exciting high-power synchronous motors, which can prevent accidents in the armature circuit of the motor and increase the inter-repair interval of the synchronous drive.
Keywords: powerful synchronous motors; automatic excitation control system; engine model for frequency control; synthesis and refinement of the parameters of the regulator; substantiation of the control method
ISSN 2521-6244 (Online) Po3gi. «E.eKTpoTexmKa»
REFERENCES
[1] Beshta, O.S., Balakhontsev, O.V., Borovik, R.O., Drum, V.V. (2013). Razrabotka rekomendacij po jekspluatacii sinhronnogo dvigatelja glavnogo privoda avtomat-stana prokatki trub OOO "INTERPAJP NIKO TJuB" [Development of recommendations on the operation of the synchronoous motor of the main drive of the machine-rolling mill of pipes of LLC INTERPIPY NIKO TYUB]. Report on research and development (conclusions). State University "NSU", Dnipropetrovs'k, 34.
[2] Maklakova, Ye.A. (2017). Using of Pre-Acceleration of Rolling Mill Motor Shaft for Reduce the Dynamic Load. Russian Internet Journal of Electrical Engineering, 4, 1, 19-22. (in Russian)
[3] Linkov, S.A., Sarvarov, A.S., Bachurin, I.V. (2014). Analiz sistem upravlenija sinhronnyh jelektroprivodov [Analysis of control systems for synchronous electric drives]. EsiK. Series "Theory and practice of an automated electric drive"., 2 (23), 25-28. (in Russian)
[4] Slobodenyuk, D.V., Byelorzhezsky, O.V. (2015). Capacitive storage device in the excitation circuit of a synchronous machine for forcing and extinguishing the field. Electrical Engineering and Electromechanics, 2015, 2, 16-20.
[5] Shevchenko, I.S., Morozov, D.I. (2014). Special'ni pytannja teorii' elektropryvoda. Dynamika synhronnogo elektropryvoda: navch. po-sib. [Special issues in the theory of electric drive. Dynamics of synchronous electric drive]: [Teach. Manual]. Kiev, Department Publ., 267 p.
[6] Stalemate. 53711 Ukraine, IPC (2009) H02M 1/08. Sposib stabilizacii' reaktyvnoi' potuzhnosti synhronnogo generatora shljahom slidkuju chogo koryguvannja jogo naprugy zbudzhennja [The way to stabilize the reactive power of the synchronous generator by following the correction of its excitation voltage]. V.M. Ryabenky, OO Ushkarenko, O.L. Bilokin; Applicant and patent attorney NUS them. acad. Makarov Application U.S. 01005973 dated February 10, 2011.
[7] Stalemate. 56988 Ukraine, IPC (2010) H02M 1/08. Sposib poslidovnogo koryguvannja strumu zbudzhennja synhronnogo generatora dlja stabilizacii' jogo reaktyvnoi' potuzhnosti [Consistent correction of the excitation current of the synchronous generator to stabilize its reactive power]. V.M. Ryabenky, OO Ushkarenko, O.L. Bilokin; Applicant and patent attorney NUS them. acad. Makarov Application U.S. 01005970 dated February 10, 2011.
[8] Shurygina, G.V. (2005). Uluchshenie jekspluatacionnyh harakteristik sinhronnyh jelektroprivodov metallurgicheskih agregatov [Improvement of performance characteristics of synchronous electric drives of metallurgical units].
The thesis abstract on the competition of a scientific degree of the Cand.Tech.Sci. Magnitogorsk State Technical University. G.I. Nosov, 20. (in Russian)
[9] Babaei, M., Nazarzadeh, J., Faiz, J. (2008). Nonlinear feedback control of chaos in synchronous reluctance motor drive systems. Industrial Technology, ICIT 2008. IEEE International Conference, 4 p. doi: 10.1109/ICIT.2008. 4608524.
[10] Kirichenko, V.I., School, M.I., Kirichenko, V.V., Borovik, R.A. (2006). Programmno upravljaemyj vozbuditel' sinhronnyh dvigatelej [Software-driven exciter of synchronous motors]. Nauka ta innovacii, Kiev, 2, 3, 28-37.
[11] Zadorozhnaya, I.N., Zadorozhny, N.A. (2017). Sintez jelektromehanicheskoj sistemy predel'noj stepeni ustojchivosti i minimal'noj kolebatel'nosti uprugoj mehanicheskoj podsistemy [Synthesis of the electromechanical system of the limiting degree of stability and minimum vibration of the elastic mechanical subsystem]. ISSN 2079-8024. Bulletin of NTU "KhPI", 27 (1249), 150-155.
[12] Stalemate. 63053 Ukraine, IPC (2010) H02M 1/08. Sposib uperezhdajuchogo koreguvannja naprugy zbu-dzhennja generatora pry roboti na asynhronnyj dvy-gun [The method of overcoming the correction of the voltage of the generator's oscillation when working on an asynchronous motor]. V.M. Ryabenky, OO Ushkarenko, O.Ya. Dubovik; Applicant and patent holder NUS them. acad. Makarov Application U.S. 01102430 of September 26, 2011.
[13] Stalemate. 62906 Ukraine, IPC (2010) H02M 1/08. Sposib uperedzhujuchogo koryguvannja genera-torom, shho pracjuje na asynhronnyj dvygun [The method of preemptive correction by a generator operating on an asynchronous motor]. V.M. Ryabenkiy, OO Ushkarenko, O.Ya. Dubovik; Applicant and patent holder NUS them. acad. Makarov Application U.S. 01100496 of September 26, 2011.
[14] Stalemate. 62904 Ukraine, IPC (2010) H02M 1/08. Method of biasing correction by a generator working on an asynchronous motor. V.M. Ryabenkiy, OO Ushkarenko, O.Ya. Dubovik, AV Krylov; Applicant and patent holder NUS them. acad. Makarou. Application U.S. 01100491 dated September 26, 2011.
[15] Borodai, V., Borovyk, R., Nesterova, O. (2017). Efficient Transient Modes of Synchronous Drive for Mining and Smelting Mechanisms. Mechanics, Materials Science & Engineering,8, 8, 133-142. doi: 10.2412/ mmse.71.21.693.
[16] Nizimov, V.B., Snigko, A.A. (2011). Sistema vektornogo upravlenija sinhronnym dvigatelem s emkostnym nakopitelem jenergii v konture vozbuzhdenija [Vector control system for a synchronous motor with a capacitive energy storage device in an excitation circuit]. Herald Sumy State University. Seria "Technical sciences", 3, 7-12
