CC BY
32
УДК 621.313 https://doi.org/10.18503/2311-8318-2022-1(54)-11-18
Белоусов A.C.1, Мещеряков В.Н.1, Баранов Д.С.2
1 Липецкий государственный технический университет
2 Воронежский государственный технический университет
Моделирование системы управления электропривода намоточного станка
для последующей наладки
В статье рассматривается вопрос моделирования системы управления электроприводом намоточного станка СНП-0,1-150В «Пульсар» с целью определения параметров регуляторов для последующей наладки. Электропривод представляет собой два регулируемых асинхронных двигателя намоточного устройства и натяжного ролика, объединенных общей системой управления, обеспечивающих намотку провода катушки электрической микромашины на определенный шаблон с поддержанием натяжения. Для технологического процесса намотки тонкого провода без общего контура характерен высокий процент брака до 50%, основной причиной которого является обрыв провода из-за высокого натяжения. Система управления должна поддерживать как можно меньшее натяжение при сохранении прежней скорости намотки, что достигается точной настройкой регуляторов, которая будет меняться в зависимости от шаблонов, диаметра и материала провода. Наладка путем нескольких итераций при смене провода займет долгое время и приведет к большому браку наматываемого провода. Уменьшить эти негативные процессы возможно путем предварительного моделирования технологического процесса, модель которого разрабатывается в данной статье. В ней поэтапно показана разработка модели, начиная от расчета электродвигателей и до построения общего контура натяжения провода. Значительный интерес в данном исследовании составляет тот факт, что приводом натяжного ролика является двухфазный асинхронный двигатель с полым ротором. Он имеет малый момент инерции, позволяющий мгновенно реагировать на любое изменение заданной скорости и момента нагрузки. Однако в силу малой распространенности регулирование этих двигателей исследовано не в полной мере и заключалось скорее в разработке новых алгоритмов и типов широтно-импульсной модуляции, чем в применении их в многоконтурных системах управления реальных технологических процессов.
Ключевые слова: моделирование, регулируемый электропривод, система управления, намоточный станок, тонкий провод, технологический процесс, регулирование натяжения, двухфазный асинхронный двигатель, трехфазный асинхронный двигатель, векторное управление, замкнутый контур.
Введение
В настоящее время в сфере миниатюрного электромашиностроения стоит комплексная задача обеспечения высокого качества изготовления гладких обмоток двигателей из сверхтонкого провода. Любые отклонения технологического процесса при их изготовлении влекут за собой брак, который достигает 50% [1, 2]. Намоточные станки должны обеспечивать жесткую фиксацию витков катушки для обеспечения стабильности ее параметров, что решается оптимизацией системы управления электроприводом станка [3-6].
Один из вариантов решения данной проблемы заключается в комплексной настройке системы управления электропривода шпинделя намоточного станка и привода натяжения с двумя каналами управления и поддержанием натяжения провода обмотки на минимальных значениях [7, 8]. Однако, прежде чем перейти к фактической настройке системы управления станка по разработанным принципам, было необходимо провести математическое моделирование и отследить взаимное влияние двух двигателей, определяющее натяжение наматываемой катушки, как это показано в работах [9-12]. Проблема осложнялась нехваткой данных об основных электротехнических параметрах двигателей, на основе которых должны быть рассчитаны звенья подчиненных систем регулирования, поскольку приводом натяжного ролика служил двухфазный асинхронный двигатель, системы управления которого исследованы в недостаточной степени [13, 14]. Таким образом, в данной работе стояла задача построить мо-
© Белоусов A.C., Мещеряков В.Н., Баранов Д.С., 2022
дели двух двигателей, затем поэтапно разработать каждый контур их систем управления и в итоге объединить их в общую систему управления электропривода станка [15], которая обеспечит контроль натяжения и в итоге позволит производить катушки микромашин с меньшим браком [16].
Применяемые методы
Основными методами исследования в данной статье являются анализ технологического процесса, математический расчет параметров электрических машин, теоретические расчеты настройки регуляторов и систем управления электроприводом, а также математическое моделирование в программной среде ЫайаЬ &ти1тк с использованием надстройки &тРоч>ег$>у81ет для моделирования в области электротехники.
Структурная схема намоточного станка СНП-0,1-150В «Пульсар» показана на рис. 1.
Станок работает следующим образом: провод разматывается со смоточной катушки 1 и проходит через баллоноограничитель 2, обеспечивающий защиту вращающейся петли, направляющий глазок 3 обеспечивает выпрямление провода под прямым углом. Направляющие ролики 4, 8, 9 задают траекторию движения провода, его натяжение обеспечивается роликом 5, приводимым в движение двигателем 6. Датчик натяжения 10 обеспечивает обратную связь преобразователя частоты 7, который осуществляет регулировку двигателя 6 для стабилизации натяжения провода. Через устройство укладки 11 и ролик датчика учета растяжения 12 провод попадает на намоточный шаблон, вращающийся с частотой п = 90 об/мин [12, 15].
Рис. 1. Структурная схема намоточного станка
Итак, в состав станка входят два регулируемых электропривода: привод намоточного устройства (НУ), который должен поддерживать постоянную скорость намотки и привод натяжного ролика (HP), который должен поддерживать постоянное минимальное натяжение провода. Система управления (СУ) первого двигателя должна иметь два контура: тока и скорости, а СУ второго помимо тех же контуров имеет третий, технологический контур натяжения. Кроме того, полезный момент рабочих органов каждого из этих приводов будет являться нагрузкой для другого.
Технологически настройка станка состоит из двух этапов: до пуска ролик 5 тормозит провод и обеспечивает заданное натяжение Тст = 3,75 г с2, затем при статической настройке во время пуска натяжение ведомой ветви провода должно приблизиться к нулю [6, 7, 16].
Электропривод НУ состоит из трехфазного асинхронного двигателя (ТАД) АИР63В4 и преобразователя частоты TOSHIBA VF-nC3S-2004P-W на основе трехфазного инвертора с подключением к однофазной сети, а привод HP представлен в виде двухфазного асинхронного двигателя (ДАД) ДИД-5ТВ. Предлагается подключить его к сети через аналогичный преобразователь частоты. Параметры ДАД и ТАД представлены в табл. 1 и 2 соответственно.
Таблица 1
Параметры двигателя натяжного ролика ДИД-5ТВ
Параметр Значение
Мощность P, Вт 5
Пусковой момент Мп, мН м 0,22
Токи обмоток возбуждения IlB, мА 1,2
статора управления I1v, мА 0,5
Скорость холостого хода п, об/мин 6000
Напряжение обмоток статора П\ъ, П^, В 36
Частота / Гц 400
КПД ц, % 20
Момент инерции 3, мг м 0,25
Сопротивление возбуждения Rb+Xb,Om 50+/50
обмотоксгатора управления Ry+Xy, Ом 50+/50
Таблица 2
Параметры двигателя намоточного устройства АИР63В4
Параметр Значение
Мощность Р, кВт 0,37
Синхронная скорость п, об/мин 1500
Частота / Гц 50
КПД ц, % 68
Коэффициент мощности соБфн 0,7
Скольжение sн, % 8,7
Отношение пускового момента кпы 2,3
Отношение максимального момента X 2,2
Отношение пускового тока кт 5,0
Момент инерции 3, г м2 0,8
Для построения модели работы двигателей в среде ЫайаЪ БШыНпк предполагалось воспользоваться стандартными моделями двухфазного и трехфазного асинхронных двигателей из стандартной библиотеки $1тРоч>ет$у81ет, поскольку они учитывают больше факторов, нежели математические модели двигателей на основе основных уравнений. Для настройки моделей двигателей и в дальнейшем СУ были проведены расчеты согласно [17-19]. Для двигателя ДИД-5ТВ:
n =
ю =
60 f ^ p _ 60/ _ 60 • 400 _ 4-
p n
2/ 2л ■ 400
6000 = 628 рад/с;
■cos2 фх
X_,=ЦЦ/П
Xххв = ^1 - cos2 Фх
— = 72 Ом; 0,5
— = 30 Ом; 1,2
X „ =4 X+ X L =4722 + 302 = 78 Ом;
X0 =4Xу2 + Xв2 =4502 + 502 = 70,7 Ом; Xm = Xхх -Xо = 78 -70,7 = 7,3 Ом;
Аоу = Аов = ^ = — = 79,6 мГн;
X_
ю 628 7,3
L = — = — = 11,8 мГн; ю 628
R
P
1,4-
0,2
2,2 2■( 15Т-2
2kL I у
12 Ом;
L » 0,1 мГн,
(1) (2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8) (9)
(10) (11)
где р - число пар полюсов; со - синхронная частота вращения; Ххх в, Ххх у, Ххх - индуктивные сопротивления холостого хода обмоток возбуждения, управления, статора; Хс - индуктивное сопротивление статора; Хт - индуктивное сопротивление намагничивания; Ь\аъ, Ь\ау - индуктивности обмоток возбуждения и управления; Ьт - взаимоиндукция; Я'г - активное сопротивление ротора; Ьг - индукция полого ротора, приближенная к нулю.
Расчеты двигателя АИР63В4:
60 f 60•50 „
Р = —L =-= 2;
n 1500
ю0 = 2л/ = 2 л • 50 = 314 рад/с;
(12) (13)
2
5
k
P
370
4 =-=-р-—-=1,18 А; (14)
н V3UH^ cos ф V3-380-0,680-0,7 v 7
с = i+Ll = i+0.0425=1,026,
1 L 1,6575
(25)
M,, =
P= Р
370 • 2
ю0 (1-sH) 314 (1-0,087) '
= sH + ) =
0,087 (2,2 + yl2,22 -1J = 0,362;
= 2,58 Нм;
(15)
(16)
AP = P
мех h
R =-
f-L -^
v^ /
= 370-I--1 1 = 29 Вт; (17)
1 0,68 1 V '
Ul (1 - sH )
2c,
( c >
1 + C
V SK у
к (P +AP )
пм V h мех /
3802 (1 - 0,087)
(18)
2• 1,026-I 1 + I'2,3-(370 + 29)
= 5,47 Ом;
кпм (PH + APMex)
R =
3 (1" sH) кп2т • 12
2,3 •( 370 + 29)
(19)
3(1 -0,087)5,02 -1,18
uj S
= 9,625 Ом;
L = L =-
s r
2pflv V1 " C0S Фн - C0S Фн • ~
V
380/ч/3
к у
(20)
2-2• 50- 1,181V 1-0,72 -0,7-
0,087 0,362
= 1,70 Гн;
P =
R
5,47
cR 1,026 • 9,625
= 0,554 •
(21)
x=сяЛ-p2 =
= 1,026 • 9,625J—i— - 0,5542 = 26,7 Ом; V 0,3622
(22)
L„ = L„ = = = 0,0425 Гн; (23)
se ra
2ю„ 2•314
Lm = L -Lsa = 1,7-0,0425 = 1,6575Гн; (24)
где /н, MH - номинальные ток статора и электромагнитный момент; sK - критическое скольжение; APMex -механические потери; Rs, Rr - активные сопротивления статора и ротора; Ls, Lr -индуктивности статора и ротора; Р - коэффициент соотношения сопротивлений обмоток; с1 - конструктивный коэффициент двигателя; xK - индуктивное сопротивление цепи короткого замыкания; Lsa, Lra - индуктивности статора и ротора; Lm -взаимоиндукция.
Результаты исследования
На основе описанных расчетов были построены модели скалярного управления каждым двигателем с открытыми контурами по закону U / f = const (рис. 2) [20].
В СУ заданиями служат номинальные скорости двигателей, задатчики интенсивности (блоки ЗИ) обеспечивают их плавное нарастание в основном диапазоне и на малых частотах. Закон регулирования U / f = const реализован в блоках Pulse generator, где формируемые синусоиды задания сравниваются с пилообразным несущим сигналом и формируют импульсы для ключей инверторов. ИР-компенсация реализована только для ТАД, поскольку у ДАД с полым ротором активное сопротивление ротора не зависит от скольжения. На данном этапе нагрузка двигателей представлена соответствующим статическим номинальным моментом. Механические характеристики пуска двигателей показаны на рис. 3, они позволяют говорить об адекватности расчетов параметров двигателей.
Как видно из рис. 3, для скалярного управления характерна большая амплитуда пусковых скачков момента, его колебания при приложении нагрузки и главное - низкая точность. Дальнейшее регулирование будет проводиться системами с векторным управлением и замкнутыми контурами тока и скорости. Структура такой системы представлена на рис. 4 и ранее была более подробно описана в [14, 21].
Как и у трехфазных двигателей векторное управление основано на разделении тока статора на составляющие потокосцепления и момента. Потокосцепле-ние ротора принимается постоянным (было определено по результатам моделирования прямого пуска), а задание составляющей момента формируется ПИ-регулятором скорости PC. Затем составляющие тока статора пересчитываются в токи фаз и подаются на релейный регулятор тока, где по алгоритму коммутации формируются управляющие импульсы для ключей инвертора. В свою очередь, задание скорости формируется на выходе П-регулятора внешнего технологического контура, в данном случае контура натяжения тонкой нити. Для удобства моделирования сигнала обратной связи мы принимаем его аналогичным контуру положения.
Схема векторной СУ ТАД (рис. 5) типовая [18], значение потокосцепления ротора рассчитывается, а не
снимается по показаниям датчиков Холла. Регулятор скорости ПИ, третий контур по технологии станка не требуется - необходимо поддерживать постоянной только скорость намоточного устройства. Общая структура моделей систем векторного управления не отличается от систем скалярного, отличием является наполнение блоков Pulse generator, отражающая схемы на рис. 4 и 5. В обеих СУ контур тока реализован релейными регуляторами тока.
После настройки всех регуляторов на модульный оптимум при постоянном задании и постоянных номинальных статических моментах были получены следующие графики переходных процессов электромагнитного магнита, угловой скорости ДАД и натяжения тонкого провода (рис. 6), электромагнитного момента и угловой скорости ТАД (рис. 7).
700 600 500 400 300 200
100 0 -100
to, рад/с
М, мНм
Рис. 2. Модель систем управления двигателями
М, Нм
Рис. 3. Механические характеристики в скалярных системах: а - двухфазного двигателя, 6 - трехфазного двигателя
Рис. 4. Структурная схема векторной СУ двухфазным приводом
|Ф Г
. ф,. РТТ Id
) *
зи
РФ
Р Td Ifd
u*q
РТq
Рис. 5. Структурная схема векторной СУ трехфазным приводом
300
300
100
-100
-200
Рис. 6. Графики переходных процессов ДАД
М, мкН-м; со, рад/с
со /
- - - -
0
1
Рис. 7. Графики переходных процессов ТАД
Как видно из рисунков, при изменении нагрузки на каждый из двигателей их скорости не меняются, это дает нам право говорить о правильности настройки ПИ-регуляторов скорости. Значение электромагнитного момента ДАД становится больше номинального только при изменении скорости. Контур натяжения реализован П-регулятором, а потому для натяжения характерно малое перерегулирование, не ухудшающее свойства провода, так как его предельно допустимое натяжение в 2 раза больше заданного. До пуска НУ двухфазный двигатель НР тормозит сматываемый провод для обеспечения первоначального натяжения Гзад=3,75 г-с2. После выхода на установившуюся скорость двигателя на него начинает действовать статический момент нагрузки. После выхода на заданное натяжение провода включают двигатель НУ, нагрузкой для которого будет являться момент натяжного ролика, приведенный через кинематическую цепь провода, и наоборот, для ДАД нагрузкой станет приведенный момент ТАД. После этого натяжение провода можно уменьшить почти до нулевого значения. Соответственно, будут уменьшаться и моменты нагрузки каждого двигателя.
Комплексная модель такого электропривода показана на рис. 8. На рис. 9 показаны характеристики ДАД при пуске системы электропривода.
Рис. 8. Комплексная модель системы электропривода станка
Рис. 9. Характеристики ДАД при пуске системы электропривода
Полученные графики приближенно отражают технологический процесс работы станка. Вначале запускают ДАД НР, который обеспечивает начальное натяжение провода при воздействии статического момента нагрузки, создаваемого кинематической цепью провода. После достижения заданного натяжения в момент времени 3 с включают ТАД НУ, нагрузкой для которого служит приведенное натяжение провода. Затем через 1 с заданное натяжение начинает плавно снижаться до 0,75 г с2. Из-за этого скорость ДАД становится отрицательной, под воздействием действующего момента двигатель меняет направление вращения, при этом нагрузка на ТАД ослабевает, следовательно, плавно снижается и момент нагрузки ДАД, и текущее натяжение провода. После достижения малого натяжения процессы переходят в установившийся режим. Однако важно помнить, что НУ создает вращение прямоугольного шаблона катушки, следовательно, натяжение, создаваемое НУ, будет иметь пульсирующий характер с частотой, равной частоте вращения НУ. Роль данного условия в нашей модели играет блок синусоиды, выступающий в роли поправки к моменту нагрузки, приложенному к ДАД. За счет этого его электромагнитный момент имеет ярко выраженный пульсирующий характер, однако он не оказывает влияния на текущее натяжение провода на выходе НР, которое принимает установившееся значение.
Заключение
Была смоделирована работа электропривода намоточного станка, состоящего из двухфазного двигателя натяжного ролика и трехфазного двигателя намоточного устройства с регулированием от преобразователей частоты с трехстоечным инвертором напряжения и внешним контуром регулирования натяжения сматываемого провода. Благодаря правильной настройке регуляторов электропривод станка способен обеспечивать равномерную намотку провода на прямоугольный шаблон без бросков его натяжения, что является основной причиной брака. Таким образом, описываемая в статье СУ способствует снижению брака катушек электрических микромашин с 50% до целевого значения 15% [16].
Разработанная модель позволяет определять необходимые настройки регуляторов СУ до их экспериментальной апробации. Таким образом, для того чтобы обеспечить оптимальную работу станка при смене изготавливаемых изделий, не придется путем многочисленных итераций и отбраковок добиваться требуемого качества намотки. На основе данной модели возможно проводить дальнейшие исследования для катушек с квадратным, пластинчатым шаблоном и другим диаметром провода.
Статья написана при поддержке гранта РФФИ 19-48-480001 «Разработка, исследование и оптимизация энергосберегающих электротехнических и электроприводных автоматизированных комплексов для плазменных, электрометаллошлаковых и индукционных технологий и агрегатов».
список литературы
1. Лысов А.Н., Виниченко Н.Т., Лысова A.A. Прикладная теория гироскопов: учебное пособие. Ч. 3. Челябинск: Изд. центр ЮУрГУ, 2009. 255 с.
2. Ларин В.П. Технология намотки в приборо- и электро-аппаратостроении: учебное пособие. СПб.: СПбГУАП, 2003. 56 с.
3. Литвиненко A.M., Баранов Д.С. К определению погрешностей изготовления катушек на намоточном станке с электрическим приводом // Вести высших учебных заведений Черноземья. 2019. № 1. С. 43-48.
4. Новиков В.А., Савва C.B., Татаринцев Н.И. Электропривод в современных технологиях: учебник для студентов вузов. М.: Академия, 2014. 400 с.
5. Еремин А. Новейшие решения по намотке катушек от компании FUR // Технологии в электронной промышленности. 2020. № 6. С. 50-53.
6. Литвиненко A.M., Баранов Д.С., Евтушенко Е.Р. Исследование особенностей изготовления катушек на намоточном станке с электрическим приводом // Вести высших учебных заведений Черноземья. 2019. № 2. С. 30-36.
7. Литвиненко A.M., Баранов Д.С. Адаптивная система управления электроприводом намоточного станка // Электротехника. 2020. № 10. С. 31-36.
8. Litvinenko A.M., Baranov D.S. An adaptive control system for a winding-machine electric drive // Russian Electrical Engineering. 2020. T. 91. No. 10. Pp. 620-625. doi: 10.3103/S1068371220100077
9. Study of Thickness Control of Strip Head Section Using Mathematical Simulation Methods / V.R. Hramshin, A.S. Karandaev, A.A. Radionov, R.R. Hramshin // Вестник ЮУрГУ. Серия: Энергетика. 2013. Вып. 13. № 1. С. 144-151.
10. Храмшин В.Р. Разработка и внедрение автоматизированных электроприводов и систем регулирования технологических параметров широкополосного стана горячей прокатки // Вестник ИГЭУ. 2012. № 6. С. 100-104.
11. Система автоматического регулирования натяжения и петли с перекрестными связями для широкополосного стана горячей прокатки / А.С. Карандаев, С.А. Евдокимов, А.А. Чертоусов, В.Р. Храмшин // Изв. вузов. Электромеханика. 2004. №2. С. 21-27.
12. Храмшин В.Р. Разработка электротехнических систем непрерывной группы стана горячей прокатки при расширении сортамента полос: дис. ... д-ра техн. наук; Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова. Магнитогорск, 2013. 393 с.
13. Hayakwong E., Kinnares V., Bunlaksanunusorn C. Two-phase induction motor drive improvement for PV water pumping system // 19th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS), IEEE. 2016. 6 p.
14. Мещеряков B.H., Белоусов А.С. Разработка алгоритма управления трехфазным инвертором двухфазного электропривода для снижения числа коммутаций ключевых элементов // Вестник ИГЭУ. 2019. №3. С. 49-61. doi: 10.17588/2072-2672.2019.3.049-061
15. Пат. 2704493 Российская Федерация, МПК B65H 54/08 (2006.01). Электропривод намоточного станка / A.M. Литвиненко, Д.С. Баранов; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет». №2018125577; заяв. 11.07.2018; опубл. 29.10.2019, Бюл. №31.
16. Burkovsky V.L., Litvinenko A.M., Baranov D.S. Optimal Control of Specialized Electric Drive // International Russian Automation Conference (RusAutoCon). IEEE, 2020. Pp. 16-21. doi: 10.1109/RusAutoCon 49822.2020.9208143.
17. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием: учебник для студ. высш. учеб. заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2006. 272 с.
18. Мещеряков В.Н., Данилов В.В. Повышение энергоэффективности асинхронного электропривода с векторным управлением за счет регулирования продольной составляющей тока статора при неполной статической нагрузке // Электротехнические системы и комплексы. 2018. № 3(40). С. 4-11. doi: 10.18503/2311-8318-2018-3(40)-4-11
19. Виноградов Н. В., Виноградов Ю.Н. Как самому рассчитать и сделать электродвигатель. 3-е изд. М.: Энергия, 1974. 168 с.
20. Мещеряков В.Н., Данилов В.В. Ограничение колебаний электромагнитного момента асинхронного двигателя при скалярном частотном управлении // Вестник ЮжноУральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2018. Т. 18. №. 3. С. 88-97. doi: 10.14529/power180311
21. Development of a Control Algorithm for Three-Phase Inverter in Two-Phase Electric Drives Reducing the Number of Commutations / A.S. Belousov, V.N. Meshcheryakov, S. Valtchev, O.V. Kryukov // 1st International Conference on Control Systems, Mathematical Modelling, Automation and Energy Efficiency (SUMMA). IEEE, 2019. Pp. 444-449. doi: 10.1109/SUMMA48161.2019.8947487
Поступила в редакцию 06 октября 2021 г.
Information in English
Simulation of Winding Machine Electric Drive Control System for Subsequent Adjustment
Aleksey S. Belousov
Postgraduate Student, Electric Drive Department, Lipetsk State Technical University, Lipetsk, Russia, 011bas962@gmail.com, https://orcid.org/0000-0002-9464-2260
viktor N. Meshcheryakov
D.Sc. (Engineering), Professor, Head of the Electric Drive Department, Electric Drive Department, Lipetsk State Technical University, Lipetsk, Russia, mesherek@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0003-0984-5133
Denis S. Baranov
Postgraduate Student, Department of Electric Drive, Automation and Control in Technical Systems, Voronezh State Technical University, Voronezh, Russia, den.baranov.1993.@bk.ru
The paper is concerned with electric drive control system simulation for the winding machine SNP-0.1-150V "Pulsar" in order to determine the regulators parameters for subsequent adjustment. The electric drive consists of two adjustable asynchronous motors of the winding device and the tension roller, united by a common control system. They ensure that the coil wire of the electric micromachine is wound on a predetermined template while maintaining tension. The technological process of winding a thin wire without a common circuit is characterized by a high percentage of rejects up to 50%, the main reason for which is wire breakage due to high tension. The control system must maintain as little tension as possible while maintaining the same winding speed. This is achieved by fine tuning the regulators, which will vary depending on the templates, diameter and the wire material. Setting up through several iterations when changing the wire will take a long time and will lead to a large rejection of the wound wire. It is possible to reduce these negative processes by preliminary modeling of the technological process, the model of which is developed in this article. It shows the development of the model in stages, starting from the calculation of electric motors, and up to the construction of a general contour of wire tension. One of the most interesting research issues is the fact that the tension roller is driven by a two-phase induction motor with a hollow rotor. It has a low moment of inertia that makes it possible to instantly react to any change in the set speed and load torque. However, due to its low prevalence, the regulation of this type of motors has not been fully investigated and consisted rather in the development of new control algorithms and types of pulse-width modulation, than in their application in closed multi-loop control systems of real technological processes.
Keywords: simulation, variable speed drive, control system, winding machine, thin wire, process technology, tension control, two-phase induction motor, three-phase asynchronous motor, vector control, closed loop.
References
1. Lysov A.N., Vinichenko N.T., Lysova A. A. Prikladnaya teoriya giroskopov [Applied theory of gyroscopes]. Chelyabinsk, SUSU Publ., 2009. 255 p. (In Russian)
2. Larin V.P. Tekhnologiya namotki v priboro- i elektroappa-ratostroenii [Winding technology in instrument and electrical apparatus construction]. Saint Petersburg, SPbSUAI Publ. 2003. 56 p. (In Russian)
3. Litvinenko A.M. Baranov D.S. To the determination of errors in the manufacture of coils on a winding machine with an electric drive. Vesti vysshikh uchebnykh zavedeniy Cher-nozemya [News of Higher Educational Institutions of the Chernozem Region], 2019, no. 1, pp. 43-48. (In Russian)
4. Novilov V.A., Savva S.V., Tatarintsev N.I. Elektroprivod v sovremennykh tekhnologiyakh [Electric drive in modern tech-
nologies] Moscow, Academy Publ., 2014. 400 p. (In Russian)
5. Eremin A. The latest coil winding solutions from FUR. Tekhnologii v elektronnoy promyshlennosti [Technologies in the electronics industry], 2020, no. 6, pp. 28-31. (In Russian)
6. Litvinenko A.M. Baranov D.S., Evtushenko E.R. The research of the features of the manufacture of coils on a winding machine with an electric drive. Vesti vysshikh uchebnykh zavedeniy Chernozemya [News of Higher Educational Institutions of the Chernozem Region], 2019, no. 2, pp. 30-36. (In Russian)
7. Litvinenko A.M. Baranov D.S. Adaptive control system for the electric drive of the washing machine. Elektrotekhnika [Electrical engineering], 2020, no. 10, pp. 31-36. (In Russian)
8. Litvinenko A.M., Baranov D.S. An adaptive control system for a winding-machine electric drive. 2020 Russian Electrical Engineering. 2020. Vol. 91. No. 10. Pp. 620-625. doi: 10.3103/S1068371220100077
9. Hramshin V.R., Karandaev A.S., Radionov A.A., Hramshin R.R. Study of Thickness Control of Strip Head Section Using Mathematical Simulation Methods. Vestnik YuUrGU. Seriya: Energetika [Bulletin of South Ural State University. Series: Power Engineering], 2013, vol. 13, no. 1, pp. 144-151.
10. Khramshin V.R. Developing and Implementation of Automated Electric Drive and Systems of Controlling the Process Parameters of Wide-Strip Hot Rolling Mill. Vestnik IGEU [Bulletin of Ivanovo State Power Engineering University],
2012, no. 6, pp. 100-104. (In Russian)
11. Karandaev A.S., Yevdokimov S.A., Chertousov A.A., Khramshin V.R. System of Automatic Control of Strain and Height of Loops with Cross Couplings for Thick-Gage Hot Rolling Mill. Izv. Vuzov. Elektromekhanika [HEIs News. Electrical engineering], 2004, no.2, pp. 21-27. (In Russian)
12. Khramshin V.R. Razrabotka elektrotekhnicheskikh system nepreryvnoy gruppy stana goryachey prokatki pri rasshirenii sortamenta polos. Doct. Diss. [Development of electrotech-nical systems of continuous hot rolling mill group when expanding assortment of bands. Doct. Diss.]. Magnitogorsk,
2013. 360 p.
13. Hayakwong E., Kinnares V., Bunlaksanunusorn C. Two-phase induction motor drive improvement for PV water pumping system. 19th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS). IEEE, 2016, pp. 1-6.
14. Meshcheryakov V.N., Belousov A.S. Development of a control algorithm for three-phase inverter of two-phase electric drive to reduce the number of switching. Vestnik IGEU [Bulletin of the Ivanovo State Technical University], 2019, no. 3, pp. 49-61. DOI 10.17588/2072-2672.2019.3.049-061. (In Russian)
15. Litvinenko A.M., Baranov D.S. Elektroprivod namo-tochnogo stanka [Electric drive of the winding machine]. Patent RF no. 2704493, 2019.
16. Burkovsky V.L., Litvinenko A.M., Baranov, D.S. Optimal Control of Specialized Electric Drive. 2020 International Russian Automation Conference (RusAutoCon). 2020, pp. 16-21. doi: 10.1109/RusAutoCon 49822.2020.9208143
17. Sokolovsky G.G. Elektroprivody peremennogo toka s chastotnym regulirovaniem [AC drives with frequency regulation]. Moscow, Academiya Publ., 2006. 272 p. (In Russian)
18. Meshcheryakov V.N., Danilov V.V. Increase of Energy Efficiency for Induction Motor with Vector Control by Means of Regulation of Flux-Generation Component of Stator Current at Half Static Load. Elektrotekhnicheskie sistemy i kompleksy [Electrotechnical Systems and Complexes], 2018, no. 3(40), pp. 4-11. doi: 10.18503/2311-8318-2018-3(40)-4-11. (In Russian)
19. Vinogradov N.V., Vinogradov Yu.N. Kak samomy rasschitat
Белоусов А.С., Мещеряков В.Н., Баранов Д.С. Моделирование системы управления электропривода намоточного станка для последующей наладки // Электротехнические системы и комплексы. 2022. № 1(54). С. 11-18. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2022-1(54)-11-18
i sdelat elektrodvigatel [How to calculate and make an electric motor yourself]. Moscow, Energija Publ., 1974. 168 p. (In Russian)
20. Meshcheryakov V.N., Danilov V.V. Limiting electromagnetic torque fluctuations of an induction motor with scalar control. Vestnik Juzhno-Uralskogo Gosudarstvennogo Universiteta [Bulletin of the South Ural State University], 2018, vol. 18, no. 3, pp. 88-97. doi: 10.14529/power180311. (In Russian)
21. Belousov A.S. et al. Development of a Control Algorithm for Three-Phase Inverter in Two-Phase Electric Drives Reducing the Number of Commutations / A.S. Belousov, V.N. Meshcheryakov, S. Valtchev, O.V. Kryukov. 2019 1st International Conference on Control Systems, Mathematical Modelling, Automation and Energy Efficiency (SUMMA). IEEE, 2019, pp. 444-449. doi: 10.1109/SUMMA48161. 2019.8947487
Belousov A.S., Meshcheryakov V.N., Baranov D.S. Simulation of Winding Machine Electric Drive Control System for Subsequent Adjustment. Elektrotekhnicheskie sistemy i kompleksy [Electrotechnical Systems and Complexes], 2022, no. 1(54), pp. 11-18. (In Russian). https://doi.org/10.18503/2311-8318-2022-1(54)-11-18
