CC BY
83
УДК 621.313:62-83
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДВУХДВИГАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА МЕХАНИЗМА ОПРОКИДЫВАНИЯ
Л.Я. Теличко, А.А. Корчагин
Рассмотрены системы многодвигательного электропривода, применяемые для механизма опрокидывания ваго-ноопрокидывателя, выявлены их недостатки. Разработана оптимальная система электропривода, в которой используется сигнал коррекции, устраняющий момент “перекоса” конструкции. Исследование системы производилось с помощью имитационного моделирования в программе Matlab 6.5 Simulink
Ключевые слова: асинхронный двигатель, двухмассовая система, корректирующее устройство
В настоящее время в качестве привода механизмов, имеющих большой момент инерции и относительно большую длину, все большее применение находит многодвигательный электропривод. С одной стороны это ведет к унификации систем электропривода, но с другой стороны к усложнению системы управления.
Применение нескольких двигателей ведет к уменьшению момента инерции электромеханической системы и разветвлению упругих механических связей [1].
Критерием для настройки системы электропривода является сохранность конструкции рабочей машины, приводимой в движение электроприводом, энергосбережение и быстродействие. Под сохранностью конструкции понимается снижение динамических нагрузок.
Двухдвигательный электропривод, являющийся частным случаем многодвигательного, зачастую строится по принципу выравнивания нагрузок, что приводит энергосбережению [1] и снижению нагрузки на отдельные электродвигатели системы электропривода. Выбор электропривода ведется из критерия распределения нагрузки между отдельными электродвигателями. [2]
В современных системах электропривода, например, двухдвигательных электроприводах фирмы “Шнайдер Электрик”, применяется система электропривода “ведущий-ведомый”, в которой реализован контур выравнивания нагрузки.
Для некоторых механизмов выравнивание нагрузок с точки зрения воздействия на механическую часть не является оптимальным (привод передвижения моста мостового крана,
Теличко Леонид Яковлевич - ЛГТУ, д-р техн. наук, профессор, тел. (4742) 34-43-30
Корчагин Артем Александрович - ЛГТУ, аспирант, Е-mail: [email protected]
механизм опрокидывания вагоноопрокидыва-теля). Рассмотрим в качестве примера механизм опрокидывания вагоноопрокидывателя.
На сегодняшний день в эксплуатации осталось множество четырехопорных вагоноо-прокидывателей, которые предназначены для опрокидывания вагонов грузоподъемностью от 63 до 125 тонн. При этом основным подвижным составом использующимся в грузоперевозках, являются полувагоны, которые устанавливаются в вагоноопрокидывателе неравномерно в зависимости от загрузки бункера. Нагрузка (момент статический) для каждого
электродвигателя в этом случае неодинакова.
Конструкция вагоноопрокидывателя достаточно жесткая, следовательно, скорость отдельных электродвигателей можно считать одинаковой. При идентичности механических характеристик нагрузка между электродвигателями делится пополам (рис.1) [3], что приводит к возникновению упругого момента. Упругий момент вызывает деформацию конструкции, наглядным проявлением которой является различный угол поворота переднего и заднего венцов, что приводит к скручиванию конструкции, что влияет на срок службы механической части и снижению надежности электромеханической системы со стороны конструкции.
Оптимальная система электропривода, с точки зрения снижения момента упругости, для механизма опрокидывания является система, в которой упругий момент “перекоса” конструкции вагоноопрокидывателя не возникает или его действие минимизируется.
На сегодняшний день в применяемых системах электропривода не устраняется упругий момент.
В системе двухдвигательного электропривода с асинхронными двигателями с фазным ротором (рис.2), добиваются деление нагрузки между электродвигателями подборкой остаточных сопротивлений в цепи ротора. В режиме пониженной скорости (один двигатель
переводится в режим электродинамического торможения) конструкция еще больше подвержена скручиванию, т.к. имеется противодействие двигателей системы электропривода друг другу.
Рис.1. Механические характеристики системы “механический вал”: 1 - мех. х-ка 1-го двигателя системы, 2 - мех. х-ка 2-го двигателя системы
электродвигателей с идентичными параметрами. Пониженную скорость для получения плавной привалки вагона и позиционирования при установке вагона на угол 0о, получают с помощью частотного регулирования по закону иЯ=соп8І. (рис.3).
Рис.3. Система ПЧ-АД с асинхронными электродвигателями с кз ротором при питании от одного преобразователя
Для устранения указанных недостатков вышеприведенных систем электропривода была предложена система, в которой используется сигнал разности углов поворотов венцов (ф1 и ф2) пропорциональный “перекосу” конструкции (рис.4).
Рис.2. Система “Механический-вал” с асинхронными электродвигателями с фазным ротором
При модернизации существующих ваго-ноопрокидывателей и на вновь вводимых в эксплуатацию стремятся применять преобразователи с наиболее простым законом управления. При этом выравнивание нагрузок достигается питанием электродвигателей от одного преобразователя и подбором асинхронных
Рис.4. Кинематическая схема механизма опрокидывания: 1 -зубчатый венец; 2 - коман-доаппарат; 3 - шестерня; 4 - промежуточный вал; 5 - тормоз; 6 - муфта; 7 - редуктор; 8 -электродвигатель “подачи”; 9 - электродвигатель “выдачи”; 10, 11 - датчики угла поворота венцов со стороны “подачи” и “выдачи” вагонов
Помимо перечисленного система обеспечивает возврат энергии в питающую сеть. Це-
лесообразность применения рекуператора энергии в питающую сеть может быть доказано тем, что момент статический имеет активный характер.
Для проверки эффективности используемого корректирующего устройства разработаем упрощенную математическую модель в программе имитационного моделирования МаЙаЬ 6.5 8ти1тк.
В качестве модели механической части используем двухмассовую систему с упругостью.
Расчет корректирующего сигнала юк производится согласно рис.6.
В качестве индивидуального электропривода используется система с прямым управлением момента (БТС) (рис.7), которая с максимальным быстродействием отрабатывает задание скорости [4].
Рис.6. Схема корректирующего устройст-
ва
При моделировании были получены графики скоростей и моментов двух электродвигателей системы и график изменения момента упругости Му в зависимости от времени без учета и с учетом корректирующего сигнала (рис.8, 9). Из рисунков видно, что момент статический “делится” пополам между электродвигателями, хотя статические моменты различны (200 Нм и 500 Нм).
Рис.5. Оптимальная система электропривода, устраняющая “перекос” конструкции ва-гоноопрокидывателя
ЗИ
Ф
Ши
иг
РС №
Шос.1
м*
V*.
ФфГ
Блок
выделения
скорости
ф*г
РМ
К2>—
Блок
выделения
момента
ГГ
РП
Блок выбора вектора напряжения
Фч>5
Блок
выделения
напряжения
иау
Наблюдатель
потока
+ -
и<1 9 9
Преобразователь
координат
т
Рис.7. Система с прямым управлением моментом БТС
При введении коррекции, в установившемся режиме углы поворота венцов синхронизируются, упругий момент стремится к нулевому значению. При этом каждый из электродвигателей несет “свою” нагрузку (рис.9).
Рис.8. Графики переходных процессов без корректирующего сигнала: а) M1=f(t), M2=f(t), ®1=f(t), ®2=f(t); б) My=f(t)
My, Нм
а)
Рис.9. ГрафшМ переходных процессов с учетом корректирующего сигнала a) Ml=f(tj,’
M2=f(t), col=f(t), oj2^f(t): б) My=f(t) лп
Липецкий государственный технический;
б)
Рис.9. Продолжение
В результате приведенного исследования с использованием методов моделирования можно заключить, что применение корректирующих устройств для рабочих механизмов (РМ), имеющих протяженную конструкцию эффективно с токи зрения снижения влияния упругих моментов или уменьшения их времени действия. Это повышает надежность механической части, приводит к точности позиционирования РМ (в частном случае для вагоноопро-кидывателя - это точность позиционирования рельсовых путей внутри вагоноопрокидывателя с внешними рельсовыми путями для возможности выхода полувагона после опрокидывания).
Литература
1. Браславский И.Я., Ишматов З.Ш., Поляков В.Н. Энергосберегающий асинхронный электропривод. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. -256 с.
2. Гребенник В.М., Иванченко Ф.К., Ширяев В.И. Расчет металлургических машин и механизмов. - К.: Выща шк. Головное изд-во, 1988 - 488с.
3. Ключев В.И. Теория электропривода. -М.: Энергоатомиздат, 1998. -704 с.
4. Козярук А.Е., Рудаков В.В. Современное
и алгоритмическое обеспечение частотнорегулируемых электроприводов. - Санкт-
Петербург.: Санкт-Петербургская Электротехническая к^мдания, 2004д-^27 с.
1,0
t, с
DEVELOPMENT AND RESEARCH OF OPTIMUM SYSTEM OF THE DOUBLE-MOTOR ELECTRIC DRIVE OF THE MECHANISM OF WAGON TIPPER
L. Ja. Telichko, A. A. Korchagin
Systems of the multiengined electric drive applied to the overturning wagon tipper, their lacks are revealed. The optimum system of the electric drive in which the signal of correction eliminating the torsion moment in mechanism is applied . System research was made by means of imitating modelling in program Matlab 6.5 Simulink
Key words: asynchronous motor, two-mass system, correcting device
