CC BY
38
УДК 62-523.2
С. В. Котеленко, асп., 8-920-753-69-77, 8. У.Ки7шта@уапёех. ги (Россия, Тула, ТулГУ)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОПОЛОГИИ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ РЕКУПЕРАЦИИ С СИСТЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ РЕКУПЕРАЦИЕЙ, УПРАВЛЕНИЯ ДОЗИРОВАНОГО ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЕЙ УСТАНОВКИ И УПРАВЛЕНИЯ ДОЗИРОВАННОГО ЗАРЯДА/РАЗРЯДА НАКОПИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Рассмотрены существующие функциональные схемы многодвигательных установок, определена топология структуры системы рекуперации совместно с системой управления дозированного питания и управления заряда/разряда накопительной установки, описаны системы управления "дозированного" питания установки и заряда/разряда накопительной установки, предложено техническое решение, определяющее в комплексе вырабатывание управление и распределение электроэнергии с применением резервирования элементов в системе.
Ключевые слова: многодвигательный электропривод, рекуперация электроэнергии, управление рекуперацией, дозированное питание, дозированный заряд/разряд, резервирование элементов.
Введение электрического привода на первом этапе с заменой паровой машины на электрический двигатель практически не затрагивало механическое оборудование предприятий. На следующем этапе переход к установке отдельных двигателей для каждой машины уже потребовал нового подхода к конструированию рабочих машин, рациональной их компоновки в единстве с приводным электрическим двигателем. Однако функции электропривода в схемах, представленных на рисунке, а и б, одинаковы, поэтому обе эти схемы представляют один вид электропривода, называемый групповым.
Групповым электроприводом называется электропривод, при котором от одного электрического двигателя приводятся в движение несколько рабочих машин или несколько исполнительных механизмов одной машины. Главной особенностью группового электропривода является невозможность управления технологическим процессом с помощью системы управления электроприводом. При этом пуск в ход и останов отдельных машин и механизмов, регулирование их рабочей скорости, ограничение механических перегрузок и т.п. могут осуществляться только с помощью специальных механических устройств - управляемых муфт, коробок передач и фрикционов.
Групповой электропривод предприятий и цехов (рисунок а) был сравнительно быстро вытеснен более совершенным групповым электроприводом отдельных машин (рисунок б) и в настоящее время практически не применяется. Машины с групповым электроприводом до недавнего
времени имели широкое распространение, особенно в металлообрабатывающей, текстильной, пищевой и других отраслях промышленности. Было создано много машин-автоматов, в которых точные пространственные перемещения различных взаимодействующих механизмов обеспечивались воздействием управляющих кулачков, специальных механических преобразовательных устройств, а электропривод выполнял только функцию приведения в движение рабочих органов машины.
Сложная кинематика таких машин, необходимость больших затрат на их индивидуальное проектирование и высокие требования к точности изготовления непосредственно определяются недостатками группового электропривода их механизмов. Рост единичной мощности технологических установок, необходимость автоматизации рабочих процессов машин и технологических линий, стремление к упрощению кинематических цепей машин и ряд других факторов привели к замене группового электропривода индивидуальным.
Индивидуальным электроприводом называется электропривод, при котором каждый исполнительный механизм машины приводится в движение отдельным электрическим двигателем (рисунок в) или несколькими двигателями (рисунок г). В последнем случае индивидуальный электропривод называется многодвигательным.
Виды электрического привода:
а, 6 - групповой; в - индивидуальный однодвигательный; г - индивидуальный многодвигательный
В развитии электропривода переход к индивидуальному электроприводу означает качественный скачок, так как при этом, кроме функции преобразования энергии, на электрический привод возлагается важная функция управления технологическим процессом приводимого в движение механизма. Электрический привод органически сливается с приводимым в движение исполнительным механизмом в единую электромеханическую систему, от физических свойств которой зависят производительность, динамические нагрузки, точность выполнения технологических операций и ряд других факторов. Открываются широкие возможности для формирования путем воздействия на систему управления электроприводом заданных законов движения рабочих органов машин, осуществления связанного автоматического управления взаимодействующими в технологическом процессе механизмами, оптимизации их работы по тем или иным критериям.
Современный электропривод является индивидуальным автоматизированным электроприводом. Это означает, что он всегда содержит в своем составе систему автоматического управления (САУ), которая в простейших случаях осуществляет пуск, отключение двигателя и его защиту, а в более сложных управляет технологическим процессом приводимого в движение механизма. Указанные особенности автоматизированного электропривода определяют характерную тенденцию в развитии современного машиностроения — упрощение кинематических цепей машин при усложнении и совершенствовании систем управления их электроприводами. [1]
Стоит отметить, что электрические двигатели подъемно-транспортного оборудования является важнейшей электромеханической установкой, от надёжности и качества функционирования которых, зависит надёжность и качество работы исполнительных механизмов. Выход из строя электрических двигателей приводит к высоким техническим и экономическим издержкам в процессе эксплуатации электромеханических систем.
Одним из важнейших факторов, влияющих на надёжность функционирования электрических двигателей, является их энергоэффективное торможение.
В существующих схемах многодвигательных установок с функцией рекуперации электрической энергии, учитывается либо вырабатывание электроэнергии при работе двигателей в генераторном режиме, либо управление рекуперируемой электрической энергией, либо применение разного рода накопителей, которые заряжаются за счет вырабатываемой электроэнергии при работе двигателей в генераторном режиме и разряжаются на собственные нужды. Недостатком предлагаемых функциональных схем является то, что в них не решаются задачи в комплексе.
Одновременно необходимо учитывать, что для достижения макси-
мального эффекта от энергетической установки требуется, чтобы нагрузка для собственных нужд была максимальной и не снижала надежности применяемых механизмов. Для решения этой задачи необходимо применение резервирования элементов в установке.
Таким образом, возникает необходимость создания устройства, которое объединяло бы в себе все вышеперечисленные задачи, то есть решало бы в комплексе задачи обеспечения дополнительной электроэнергии, управления этой же вырабатываемой дополнительной электрической энергией, задачи рационального распределения дополнительной электрической энергией, как на собственные нужды, так и в сеть, а также задачи надежности установки, за счет применения дополнительных, параллельно подключенных резервных элементов в устройстве. Причем задача рационального распределения дополнительной электрической энергией решается двумя способами, один из которых это применение дополнительной вырабатываемой электрической энергии для питания самой же установки, вырабатывающей электрическую энергию, но не общим потоком, а за счет системы дозированного электропитания. Электропитание установки происходит и от сети и от вырабатываемой дополнительной электроэнергии, но питание от сети происходит дозировано, как только в установке возрастает нагрузка, срабатывают устройства, подключающие установку к сети на необходимый промежуток времени, из расчета восстановления нагрузки на прежний уровень. Аналогично описывается второй способ распределения дополнительной электрической энергии, за счет применения дополнительной вырабатываемой электрической энергии для питания накопительной установки, за счет системы дозированного заряда/разряда. Данный способ заключается в том, что электропитание накопительной установки также происходит и от сети, и от вырабатываемой дополнительной электроэнергии, но питание от сети происходит дозировано, как только в накопительной установке возрастает нагрузка, срабатывают устройства, подключающие установку к сети на необходимый промежуток времени и заряжают ее. В то же время разряд накопительной установки тоже происходит дозировано. Разряд накопительной установки предусмотрен для резервного питания, как для двигательного, так и для генераторного режима работы двигателей. Техническое решение, совмещающее в себе комплекс задач, представляет собой две функциональные ветви, одна из которых отвечает за управление процессами, происходящие в двигательном режиме, а вторая отвечает за управление процессами, происходящие в генераторном режиме. Поэтому, разряд накопительной установки предназначен для резервного питания функциональной ветви, отвечающей за управление процессами, происходящие в двигательном режиме, а также для резервного питания функциональной ветви, отвечающей за управление процессами, происходящие в генераторном режиме.
Резервирование элементов в установке необходимо для функцио-
нальной надежности устройства, поэтому в устройстве присутствует параллельная функциональная ветвь, содержащая резервные элементы, которые включаются при увеличении нагрузки, как в двигательном, так и в генераторном режимах работы двигателей.
Поскольку предлагаемое техническое решение обеспечивает вырабатывание дополнительной электроэнергии и относится к многодвигательным, а одной из особенностей многодвигательного электропривода является возможность управления технологическим процессом с помощью системы управления электроприводом, то в устройстве все применяемые двигатели связаны между собой для функциональной надежности устройства, заключающейся в распределении механической электроэнергии между двигателями. Механическая энергия, поступающая на ротор, и переводя двигатель в генераторный режим работы может в дальнейшем, как преобразовываться в электрическую и передаваться в функциональную ветвь, так и передаваться к соседнему двигателю за счет специальных механических устройств.
Техническое решение относится к области электрических систем многодвигательного подъемно-транспортного оборудования, прессовых установок, крутильно-мотальных механизмов, электротранспорта, а также штамповочных машин и установок, в частности к грузоподъемному крану.
Задачей технического решения является повышение энергоэффективности работы многодвигательного подъемно-транспортного оборудования, путем энергосбережения при управлении рекуперацией электроэнергии, формирования системы, обеспечивающей оптимальный режим дозированого питания, за счет дополнительной вырабатываемой электроэнергии при работе двигателей в генераторном режиме совместно с основным питанием из сети, и формирования системы, обеспечивающей оптимальный режим заряда и экономичный режим разряда накопительной установки.
Сущность технического решения заключается в том, что устройство рекуперации с системой дозированого питания электроэнергией, содержащее несколько функциональных ветвей, первая из которых отвечает за управление процессами, происходящими в двигательном режиме двигателей, вторая отвечает за управление процессами, происходящими в генераторном режиме двигателей, третью функциональную ветвь, отвечающую за резервирование электрической энергии и четвертую резервную функциональную ветвь, в которой происходит управление процессами, происходящими как в двигательном, так и в генераторном режимах работы двигателя. Также, поскольку установка относится к многодвигательной, в устройстве предусмотрена система передачи внешних моментов как от одного более мощного двигателя на каждый отдельно, так и между двигателями в отдельности.
Таким образом, можно сделать следующие выводы:
1) техническое решение по энергосберегающим электромеханическим системам рекуперации электроэнергии многодвигательной установки подъемно-транспортного оборудования должно в комплексе учитывать комбинированную систему выработки электроэнергии с системой дозированной подпитки, накопительной установки и резервирования элементов;
2) применение группового управления электродвигателями, управление системой дозированного питания на рабочие группы и накопительную установку и применение резервирования элементов должны обеспечить энергосберегающие режимы работы ее электромеханических систем.
Список литературы
1. Ключев В.И. Теория электропривода: учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1985. 560 с.
S. V. Kotelenko
DEFINITION OF TOPOLOGY OF STRUCTURE OF SYSTEM OF RECOVERY WITH THE CONTROL SYSTEM OF RECOVERY, MANAGEMENTS OF THE DOSED FOOD OF THE ELECTRIC POWER AND MANAGEMENTS OF THE DOSED CHARGE/CA TEGORY OF ACCUMULA TIVE INSTALLA TION
Existing function charts of multi-engine installations are described, the structure of topology of system of recovery together with a control system of the dosed food and management of the charge/category of accumulative installation is defined, control systems of the "dosed" food and the charge/category are described, the technical solution solving in a complex by electric power production, management and distribution with application of reservation of elements of system is proposed.
Key words: the management, the dosed food, the dosed charge/category, reservation of elements.
Получено 19.06.12
