CC BY
27
низмов машин перегрузочных АЭС. М.: Труды НПП ВНИИЭМ. Т. 110. № 3. 2009.
S. Zaharov, Uy. Portnoi, M. Smirnitski
The basic features frequency-operated asynchronous бездатчиковых electric drives of reloading cars of the atomic power station with reactor VVER-1000
Main peculiarities of frequency-control asynchronous sensorless electric drives of refueling machines of NPP equipped with WWER-1000 reactor are considered. It deals with a comparative analysis of drives manufactured in Russia and other countries as well.
Keywords: frequency-operated asynchronous sensorless the electric drive, the comparative analysis of domestic and foreign electric drives.
Получено 06.07.10
УДК 62-83:621/.69
Н.И. Присмотров, д-р техн. наук. проф., (8332) 64-84-37, [email protected],
С.И. Охапкин, канд. техн. наук, доц. ,(8332) 64-25-25, [email protected],
С.А. Корякин, инженер, (8332) 64-84-37, [email protected], Н.В. Садаков, инженер, (8332) 64-84-37, [email protected] (Россия, Киров, ВятГУ)
ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ ГРУППОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ МАШИН СРЕДСТВ МАЛОЙ МЕХАНИЗАЦИИ
Рассмотрены особенности построения и реализации объектно-ориентированных преобразователей частоты групповых электроприводов, обеспечивающих реализацию требований, предъявляемых к электроприводу машин средств малой механизации. Разработанные преобразователи имеют высокие эксплуатационно-технические и энергетические характеристики и соответствуют современному уровню в области систем электропривода машин СММ.
Ключевые слова: преобразователь частоты, средства малой механизации, системы электропривода машин.
Повышение производительности труда в технологических процессах, использующих средства малой механизации (СММ), достигается при применении редукторного электропривода (ЭП) с высокоскоростными двигателями, обеспечивающего минимизацию массы машины при допустимом уровне шума и вибробезопасности.
В настоящее время зарубежные фирмы в силу очевидных преимуществ своей продукции по качеству, надежности, внешнему виду и высоким эргономическим свойствам практически вытеснили с внутреннего
рынка отечественных производителей индивидуальных СММ с коллекторными двигателями переменного тока.
Однако рынок промышленных СММ c групповым питанием на основе высокочастотных асинхронных двигателей (АД) в настоящее время не подвергся существенной экспансии со стороны зарубежных производителей. Проблемы сохранения рынка требуют решения задач, направленных на создание конкурентно способной продукции, отвечающей современному уровню научно-технического прогресса. Создание конкурентно способных машин СММ с высокими эксплуатационно-техническими и энергетическими характеристиками достижимо при реализации их ЭП на основе высокочастотных АД и полупроводниковых преобразователях частоты (ПЧ), реализованных на основе современной элементной базы силовой полупроводниковой техники и микроэлектроники.
На основании теоретических и экспериментальных исследований, проводимых кафедрой ЭП и АПУ Вятского государственного университета [1] и результатов опытно-промышленного внедрения, созданы технические предпосылки создания отечественных конкурентноспособных машин СММ на базе концепции реализации их ЭП с высокоскоростными АД, полупроводниковыми ПЧ и микропроцессорными системами управления.
Помимо удовлетворения общих требований, предъявляемых к машинам и электрооборудованию СММ, согласно ГОСТ 12.013.0-91 объектно-ориентированные ПЧ для машин СММ обеспечивают реализацию (в отличие от известных) дополнительных конструктивных и функциональных возможностей: выполняются в виде законченных устройств, предназначенных для ручной транспортировки и установки на рабочем месте без применения специальных мер по их монтажу и размещению; используют питание как от однофазной, так и от трехфазной сети переменного тока; имеют в своем составе устройство подключения ПЧ и нагрузки, а также разделительно-согласующий трансформатор для СММ III класса защиты.
Системы управления ПЧ должны обеспечивать специальные режимы ПЧ и ЭП, связанные с особенностями и условиями эксплуатации машин СММ. ПЧ для ЭП с групповым питанием в сочетании с повышенной коммутационной способностью обеспечивает стабилизацию выходного напряжения; временное разделение подключения нагрузки; блокировку пуска ПЧ при подключенной нагрузке на его выходе; блокировку работы ПЧ при отсутствии нагрузки.
На рисунке приведена функциональная схема объектно-ориентированного ПЧ для систем группового ЭП СММ.
В состав ПЧ входят: QF1 - сетевой автоматический выключатель; УПП - устройство переключения питания от однофазной или трёхфазной сети; В, Ф1 - силовой выпрямитель, фильтр; БРСН - блок регулирования и стабилизации выходного напряжения; Ф2 - фильтр; И2 - силовой инвертор; ППН - пускатели подключения нагрузки; Пр - предохранитель; ИП -
источник питания цепей управления; СУ - система управления. Подключение нагрузки к ПЧ осуществляется кнопками SB1 - SBn, расположенными на ПУСММ (пультах управления машин СММ).
Основой рассматриваемого ПЧ является инвертор И2, реализован-ныйо на базе JGBT-транзисторов с системой управления от микроконтроллера (МК). В качестве управляемого контроллера применен МК AVR корпорации «Atmel». Выбор контроллера данного типа обусловлен их доступностью и наилучшим соотношением цена - качество, а также наличием разнообразных, доступных средств поддержки разработок. Устройство переключения УПП обеспечивает реализацию работы ПЧ как от однофазной, так и от трехфазной сети переменного тока за счет соответствующей установки перемычек на клеммной панели. Резистор R и контакты контактора К1, его шунтирующие, обеспечивают ограничение зарядных токов конденсатора Ф1 при включении ПЧ в сеть. Контактами 12-3-4 выделено место включения блока стабилизации и регулирования выходного напряжения ПЧ БРСН.
Датчик тока ДТ2 в положительном плече инвертора И2 обеспечивает защиту от токов короткого замыкания как внутри инвертора, так и на его выходе.
В качестве драйвера управления выходными ключами инвертора используется трехфазный драйвер 1К2130 фирмы «International Rectifier». Получив сигнал о включенной блокировке, драйвер выдает управлявшему процессору сигнал, на основании которого контроллер прекращает выдачу на драйвер управляющих сигналов и включает режим индикации аварии по току. Помимо датчика тока в инверторе И2 устанавливается датчик температуры Д! В качестве датчика температуры используется программируемый датчик термостат DS1820 фирмы «Dallas Semiconductor» калиброванный при производстве. Это позволяет упростить программное обеспечение микроконтроллера и исключить настроечные операции по установке порогов температуры. Сигнал с датчика заведен непосредственно на микроконтроллер и в случае превышения допустимой температуры микроконтроллер устанавливает запирающие уровни на входе драйвера и переходит в режим индикации повышенной температуры. После уменьшения температуры до допустимого уровня индикация отражает нормальное состояние, соответственно ПЧ возвращается в рабочее состояние.
Помимо управления драйвером и индикации защиты, микроконтроллер обеспечивает общее функционирование ПЧ. В частности, при включении питания на соответствующих выходах МК формирует выходную частоту ПЧ 400 или 200Гц и направление вращения, выбранное пользователем. Указанные параметры могут быть изменены лишь при выключенном преобразователе, т.к. устанавливаются в момент инициализации микроконтроллера и в процессе работы не анализируются.
МОБРЕТ
и> 0\
Функциональная схема ПЧ группового электропривода машин СМС
Для машин СММ III класса защиты с безопасным напряжением (до 42 В) в состав ПЧ со стабилизацией выходного напряжения включается блок БСРН, работающий в импульсном режиме.
Блок БСРН при выходном напряжении инвертора до 42 вольт реализуется на основе однофазной мостовой схемы с использованием в качестве силовых ключей MOSFET-транзисторов, управляемых от ШИМ-контроллера типа TL494 через драйверы-усилители 1R2110. Высокочастотный силовой разделительный трансформатор имеет обмотку со средней точкой, что позволяет использовать в схеме выпрямителя только два высокочастотных диода, а высокая частота преобразователя (40 кГц) обеспечивает малое число обмоток трансформатора и малую емкость конденсатора Ф2. Стабилизация напряжения на выходе ПЧ обеспечивается за счет обратной связи, введенной с датчика напряжения ДН через оптрон на ШИМ-контроллер. В случае аварии высокочастотной части на микроконтроллер подается соответствующий сигнал и он переходит в режим индикации аварии высокочастотной части.
При уровнях входных напряжений ПЧ меньше 42 В инвертор И2 строится на базе низковольтных MOSFET-транзисторов.
Применение данной схемы ПЧ позволяет значительно снизить его массогабаритные показатели за счет снижения более чем на порядок массы согласующего трансформатора, а также значительно снизить его виброактивность и избавиться от шума, сопровождающего работу ПЧ, в сравнении со случаем использования согласующего трансформатора с сердечником из электротехнических сталей, устанавливаемого на выходе ПЧ и работающего на частоте основной гармоники.
Несмотря на увеличение количества ступеней преобразования энергии, КПД разработанного ПЧ в целом выше за счет использования высокочастотного согласующего трансформатора, КПД которого достигает 0,93, тогда как КПД трансформатора, работающего на частоте 200...400 Гц, установленного на выходе ПЧ, не превышает 0,7.
По отзывам эксплуатирующих организаций, в которых проходило опытно-промышленное внедрение партии ПЧ (10 шт.), разработанные ПЧ имеют высокие технические характеристики, надежны и удобны в эксплуатации.
Список литературы
1.Присмотров Н.И. Электромеханические исполнительные устройства средств малой механизации// Мехатроника, автоматизация, управление. 2006 №6. С.23-29.
N. Prismotrov, S. Ohapkin, S. Koruakin, N. Sadakov
Objective-orintirovannye converters of frequency of group electric drives of cars of
means of mechanization of auxiliary operations
The features of the construction and implementation of object-oriented frequency inverter drives the group to ensure implementation of requirements for electric drive power tools (PT) are considered. Designed converters have high operation and maintenance and energy characteristics, reliability and meet current standards of scientific and technological progress in the field of electric drives of PT.
Keywords: the converter of frequency, means of mechanization of auxiliary operations, system of the electric drive of cars.
Получено 06.07.10
УДК 62-83:621/.69
Г.Я. Пятибратов, д-р техн. наук, проф., (8635) 25-52-10, [email protected] (Россия, Новочеркасск, ЮРГТУ (НПИ)), А.М. Борисов, канд. техн. наук, проф., (8635) 25-52-10, [email protected] (Россия, Челябинск, ЮУрГУ)
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ КОПАЮЩИХ МЕХАНИЗМОВ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ
Показано, что внедрение быстродействующих полупроводниковых электроприводов экскаваторов способствует снижению потребления электроэнергии и повышению надёжности работы электротехнического оборудования. Обращается внимание разработчиков и изготовителей карьерных экскаваторов на возможность эффективного применения активных способов снижения динамических нагрузок в упругих передачах механизмов, сокращения отказов механического оборудования и увеличения производительности экскаваторов.
Ключевые слова: полупроводниковый электропривод, динамические нагрузки в упругих передачах механизмов, увеличения производительности.
Важным фактором повышения эффективности работы карьерных экскаваторов является совершенствование систем их электроприводов (ЭП) благодаря применению полупроводниковых преобразователей. Мировой опыт показывает, что в этом направлении наибольших успехов достигли экскаваторостроительные фирмы США. Фирма «Нарнишфегер» (« Hamishfeger») с середины 1970-х годов выпускает карьерные экскаваторы с тиристорными электроприводами постоянного тока главных механизмов, реализованных по системе ТП-Д. Фирма «Бюсайрус» («Bysyrus») с 1980 г. применяла на экскаваторах частотно-регулируемые приводы с системой АИТ-АД, а в последнее время - с использованием системы АИН (ШИМ)-АД.
В России в середине 1970-х годов НПО «Энергоцветмет» была выполнена работа по модернизации главных ЭП карьерных экскаваторов типа ЭКГ-4,6Б и ЭКГ-8И с заменой электромашинных преобразователей ти-
138
