CC BY
365
УДК 62-52;51-74;519.711.3
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПЛАВНОГО РАЗГОНА И ТОРМОЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ МЕХАНИЗМОВ
И.Ю. Краснов, Н.В. Гусев, С.В. Ланграф, С.В. Ляпушкин
Томский политехнический университет E-mail: kiu@tpu.ru
Представлен алгоритм осуществления плавного разгона и торможения для промышленных механизмов, имеющих в своей структуре асинхронные двигатели, управляемые преобразователями частоты. Представлены результаты моделирования переходных процессов, протекающих в асинхронном двигателе в процессе его плавного разгона и плавного торможения. Результаты показали, что использование S-образных профилей разгона и торможения электропривода грузоподъемного механизма, в частности пассажирского лифта, обеспечивает плавность хода кабины лифта, что сказывается на комфортности пассажиров, а также на сохранности механических частей оборудования (редуктора привода).
Ключевые слова:
Плавный разгон, плавное торможение, S-образный профиль, асинхронный электродвигатель.
Key words:
Smooth start, smooth stop, S-form, asynchronous motor.
Введение
В связи с всё большим развитием и усложнением технологических процессов, с одной стороны, и с доступностью современной преобразовательной техники - с другой, существует необходимость в разработке новых и совершенствовании уже имеющихся методов и алгоритмов управления промышленными механизмами с целью экономии электроэнергии и увеличения срока их службы. Механизмы, подвергающиеся частым включениям и отключениям, наиболее подвержены износу металлических конструкций именно во время пуска (разгона) и останова (торможения). В настоящее время в частотно регулируемых электроприводах отечественного производства, имеющих в своей структуре преобразователи частоты (ПЧ), используются линейные профили интенсивности [1], позволяющие изменять (увеличивать при разгоне и уменьшать при торможении) частоту питающего напряжения по линейному закону. Однако, в тех технологических процессах, где наиболее важна плавность разгона и торможения (пассажирские лифты), линейные профили не обеспечивают желаемого комфорта и не позволяют оптимизировать использование ресурсов механических конструкций [2]. Для минимизации таких нежелательных воздействий на конструкции механизмов описанных выше типов ставится задача разработать алгоритмы, позволяющие сформировать профили, обеспечивающие наиболее плавные, по сравнению с прямым включением или линейным профилем, разгон и торможение исполнительных органов электроприводов [3].
1. Формирование профилей разгона и торможения
По 8-образным профилям осуществляется постепенное изменение выходной частоты в соответствии с её требуемым уровнем и скоростью изменения.
8-образные профили разгона и торможения состоят из двух участков с равноускоренным характе-
ром, а между ними - участок с прямолинейным характером. Участки равноускоренного характера строятся в соответствии с параболическим законом, участок прямолинейного характера - в соответствии с линейным законом (рис. 1).
В частном случае Т1 может быть отлично от Т3. Тогда профиль разгона будет иметь несимметричный относительно линейного участка вид. Профили разгона и торможения подобных несимметричных типов удобно применять для специфических механизмов (грузоподъёмные механизмы, прокатные станы и т. д.)
Длительность линейных участков Т2 разгона и торможения вычисляется автоматически, исходя и общего времени разгона ТРАЗГ и торможения ТТОРМ, первого и третьего участков 71 и Т3 разгона и торможения:
Т2=ТГазг-(Т1+ТЗ) и 72=Том-(Т1+73).
1.1. Пример формирования профилей разгона
и торможения
Необходимо осуществить разгон асинхронного двигателя (АД) с 0 до 5 Гц по 8-образному профилю за 2 с с длиной первого участка разгона 0,4 с, а третьего - 0,6 с. Полный останов АД необходимо осуществить по 8-образному профилю за 2 с с длиной первого участка разгона 0,6 с, а третьего -0,4 с.
Задаются значения соответствующих параметров, таблица.
Таблица. Параметры профиля разгона и торможения и ихзначения
Параметр Тип движения
Разгон Торможение
fsAJI, Гц 5,0 0
T, с 2,0 2,0
71, с 0,4 0,6
T3, с 0,6 0,4
Рис. 1. Общий вид профиля разгона и торможения: частота (сверху), ускорение (снизу): ЪЗАД - требуемая частота вращения вала ротора электродвигателя; Ъ0 - текущая частота (Ъ0=0 при разгоне остановленного двигателя); аЗАД - максимальное ускорение, соответствующее заданной частоте ЪЗАД; а0 - текущее ускорение (а0=0 при разгоне остановленного двигателя); Тразг и Тторм - длительности разгона и торможения
Для осуществления торможения АД по сформированному профилю с текущей частоты до заданной (или до нулевой - полный останов) требуется изменить значение переменной /ЗАД на требуемое значение частоты. Результат разгона и полного останова АД с текущего значения с параметрами из табл. представлен на рис. 2.
2. Плавный разгон и торможение электропривода пассажирского лифта
Электромеханическими системами, максимально соответствующими современным тенденциям лифтостроения, являются электроприводы по системе «ПЧ-АД». Они соответствуют современным требованиям и запросам современного рынка, но преимущественно производятся за пределами России, в Европе и Китае или собираются на отечественных заводах из импортных комплектующих. Система «ПЧ-АД» вносит новые возможности в управлении и манипулировании
электродвигателями. Как следствие, возникает необходимость в формировании качественно новых алгоритмов управления, наиболее адаптивных и совершенных, способных выполнять широкий комплекс задач. Приоритетными из них, по сей день, являются безопасность, бесперебойность, энергоэффективность и комфортность. Для обеспечения плавности движения механизмов электропривода лифта в качестве формы разгона и торможения целесообразно использовать 8-образный профиль (рис. 1). Останов электропривода пассажирского лифта с редукторной лебёдкой и двухскоростным АД происходит через его торможение с номинальной частоты вращения до малой скорости, а затем - с малой скорости (с момента срабатывания датчика дотягивания) до нулевой. Таким образом, для плавного останова электропривода пассажирского лифта используется комбинированный (составленный их двух профилей) профиль торможения.
< °’4 ) « °д , 0,6 ( 0,6 , О’1 , < °’4 ,
2 2
Рис. 2. Профиль разгона по Б--образному профилю с0до 5 Гц за 2 с
2.1. Моделирование разгона и торможения электропривода пассажирского лифта
На этапе разработки алгоритма плавного разгона и торможения было проведено имитационное моделирование работы электропривода пассажирского лифта.
Модель электропривода состоит из следующих блоков: АД с короткозамкнутым ротором, инвертора, системы управления и формирования частоты по 8-образным профилям (рис. 3) [4, 5].
Блок формирования частоты обеспечивает требуемую частоту вращения вала ротора АД по 8-образным профилям: профиль разгона - с 0 до 50 Гц за 2 с и профиль торможения - с 50 до 5 Гц (замедление) за 2 с, с 5 Гц до 0 за 1,5 с, рис. 4.
АД с короткозамкнутым ротором мощностью 7,5 кВт был выбран исходя из предполагаемой нагрузки (массы кабины лифта с пассажирами).
Трехфазный источник питания, включающий ПЧ, в зависимости от сигнала управления форми-
Рис 3. Модель электропривода пассажирского лифта в системе МаііаЬ Бітиііпк
Рис. 4. Профиль частоты разгона и торможения привода лифта по Б-образному профилю
рует необходимую частоту и амплитуду питающего напряжения.
В процессе проведения имитационного моделирования были получены кривые переходных процессов, протекающих в АД в процессе его разгона (рис. 5). Достаточная плавность кривой электромагнитного момента АД, а также отсутствие знакопеременного характера свидетельствует о требуемой плавности процесса разгона электродвигателя.
2.2. Экспериментальные исследования Предложенные методы обеспечения плавного разгона и торможения асинхронного двигателя были использованы при работе частотно-регулируемого электропривода с ПЧ серии «ESD-TCL 7,5» ЗАО «ЭлеСи» (рис. 6) пассажирского лифта. При работе в составе программного обеспечения ПЧ (рис. 6, а) алгоритм плавного разгона и торможения обеспечил заметное улучшение характеристик процессов асинхронного редукторного электропривода
Рис. 5. Кривые переходных характеристик моделирования АД: а) частота вращения вала ротора, Гц; б) электромагнитный момент, Нм; в) ток фазы А, А
Рис. 6. ПЧ серии «ESD-TCL 7,5» (ЗАО «ЭлеСи») (а), электропривод лифта с редукторной лебёдкой (б)
Рис. 7. Частота вращения вала ротора АД при разгоне и торможении (результат эксперимента)
лифта (рис. 7). Переходный процесс по частоте вращения вала ротора АД, как при разгоне, так и при торможении, имеет S-образную форму, схожую с формой заданной частоты, указанной на рис. 4.
Более того, в ходе проведённых экспериментальных исследований были получены результаты, подтверждающие улучшение плавности хода электропривода лифта, а, следовательно, и кабины с находящимися в ней пассажирами. В кривой частоты вращения вала АД (рис. 7) отсутствуют пульсации, изломы и разрывы. Общий характер частоты вращения вала АД имеет S-образный вид, что свидетельствует о работоспособности предложенного алгоритма формирования профилей разгона и торможения.
Заключение
Разработан метод, обеспечивающий плавный разгон и торможение асинхронного двигателя, промоделированы процессы, протекающие в нем. Использование S-образного профиля разгона и торможения электропривода грузоподъемного механизма пассажирского лифта обеспечивает плавность хода кабины лифта. Алгоритм функционирует в составе программного обеспечения преобразователя частоты серии «ESD-TCL 7,5» ЗАО «ЭлеСи» для питания асинхронных двигателей мощностью 7,5 кВт.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Симаков ГМ., Марченко М.А. Процессы пуска и торможения асинхронного электропривода с частотным управлением при вентиляторной нагрузке // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2010. - № 2. - С. 383-387.
2. Щербаков В.С., Беляков В.Е. Система управления электропривода для автокрана «КС-4562» // Научный вестник Новосибирского государственного технического университета. -2010. - №1. - С. 175-180.
3. Краснов И.Ю., Ланграф С.В., Черемисин В.Н. Бездатчиковые системы электропривода для лифтов // ЙесЬ - журнал интеллектуальных технологий. - 2010. - № 17. - С. 12-20.
4. Кетков Ю., Кетков А., Шульц М. МАТЬАВ 7 - программирование, численные методы. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. -737 с.
5. Куксин А.В., Романов А.В. Математическая модель адаптивновекторной системы управления бездатчикового асинхронного электропривода // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2009. - № 2. - С. 38-43.
Поступила 28.04.2011 г.
УДК 621.791.011
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НАГРЕВА ПОКРЫТОГО ЭЛЕКТРОДА НА СКОРОСТЬ ЕГО ПЛАВЛЕНИЯ ПРИ СВАРКЕ МОДУЛИРОВАННЫМ ТОКОМ
А.Ф. Князьков, К.И. Деменцев, А.О. Лукьянчикова
Томский политехнический университет E-mail: demkiril@tpu.ru
Произведен численный расчет температуры нагрева покрытого электрода при сварке модулированным током. Показано, что основной рост температуры электрода при сварке модулированным током происходит в интервалах протекания основных импульсов.
Ключевые слова:
Покрытый электрод, ручная дуговая сварка, температура нагрева.
Key words:
Coated electrode, Manual Metal Arc, heating temperature.
Сварка модулированным током (СМТ) - процесс сварки электродами с покрытием, заключающийся в изменении по определенному временному закону сварочного тока в виде периодически повторяющихся импульсов. В работе [1] показано, что СМТ характеризуется относительно большим количеством параметров режима таких как: амплитудное значение тока основных 1Ц и дополнительных импульсов 1}л, ток паузы 1п, длительность основного импульса ^нм, длительность основной паузы длительность дополнительных импульсов ^снм и их частота следования в интервале протекания основной паузы Одной из основных проблем при сварке данным способом является обоснованное определение и назначение параметров режима.
В работе [1] приведен метод по определению скорости плавления покрытых электродов при СМТ. Показано, что мощность, идущая на плавление покрытого электрода, имеет относительно большее значение по сравнению с мощностью при ручной дуговой сварке (РДС) и зависит от параметров импульсов, теплофизических коэффициентов материала стержня и покрытия, а также температуры нагрева покрытого электрода. Однако в пределах работы [1] температура нагрева покрытого электрода задается численно и не изменяется с течением времени протекания процесса сварки.
В работе [2] приведен расчет нагрева покрытого электрода от протекающего по нему постоянного сварочного тока. Показано, что с увеличением времени протекания процесса ручной дуговой сварки (РДС) скорость и температура нагрева покрытых электродов увеличивается. С ростом температуры нагрева электрода изменяются входящие в расчетные зависимости: удельное сопротивление электродной проволоки р, объемная теплоемкость электродной проволоки с1-у1, объемная теплоемкость покрытия с2-у2, а также коэффициент теплоотдачи поверхности покрытия окружающему воздуху а3. Согласно [2] численный расчет нагрева электрода протекающим током заключается в том, что всю разность температур от начальной до конечной делят на небольшие промежутки температуры АТ (не более 50...100 °С); для каждого из них выбирают свои осредненные значения (с1-/1)ср,
(с2Тг)ср и рассчитывают среднюю скорость АТ/А1 в данном промежутке, а по скорости нагрева определяют время Аt, необходимое для заданного повышения АТ температуры электрода. Однако в наиболее интересном для практики нагрева электродов интервале температур 0.800 °С коэффициенты теплофизических свойств покрытых электродов можно представить выражениями, зависящими от постоянных (А,Б1,ш), определяемых из опыта,
