CC BY
38
УДК 62.523; 622.23.05
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-524-531
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ШАХТНОГО СКРЕБКОВОГО КОНВЕЙЕРА
Д.М. Шпрехер, Д.С. Овсянников
Скребковый конвейер является основным средством доставки угля от очистного комбайна до транспортных средств конвейерного штрека при подземной разработке угольных месторождений. Проанализированы особенности работы привода, используемого в настоящее время в скребковых конвейерах, и сделан вывод, что использование частотно-регулируемого привода является наилучшим. Рассмотрены варианты систем управления частотно-регулируемым многодвигательным электроприводом. Предпочтение было отдано системе прямого управления моментом, основанной на методе пространственно-векторной широтно-импульсной модуляции. Предложено для выравнивания нагрузки нескольких двигателей использовать стратегию на принципе «ведущий-ведомый». Данная схема управления была реализована в среде МАПАБ/БтиПпк. Результаты моделирования показали, что режим управления по принципу «ведущий-ведомый» может решить проблему выравнивания нагрузки скребкового конвейера во всех режимах его работы, тем самым, увеличив срок службы скребкового конвейера, снизив износ оборудования, а значит повысить эффективность производства шахты
Ключевые слова — скребковый конвейер, двухдвигательный привод, частотно-регулируемое управление, дисбаланс нагрузки, ведущий-ведомый
Введение. Скребковый конвейер (СК) представляет собой транспортирующее средство непрерывного действия, обычно используемое в угольных шахтах, и представляет собой конструкцию, состоящую из неподвижного желоба (рештака) вдоль которого движется тяговый орган. Тяговый орган, в свою очередь, состоит из двух параллельно расположенных тяговых цепей, с укрепленными на них перегородками - скребками, огибающими концевые (головную и хвостовую) звездочки. Движение тяговая цепь получает от приводных станций, расположенных в голове и хвосте конвейера. Приводная станция СК конвейера состоит из приводного вала со звездочкой, редуктора и асинхронного электродвигателя с коротко-замкнутым ротором - рис.1.
Работа предприятий угольной отрасли характеризуется устойчивой тенденцией увеличения интенсивности добычи угля в комплексно-механизированных очистных забоях. Повышение нагрузки на очистные забои приводит к увеличению производственной мощности очистных комбайнов (ОК). Пропускная способность СК должна соответствовать производительности ОК, поэтому мощность СК также движется в направлении высокой производительности: «большая мощность, большие расстояния». Длина современных СК для различных забоев изменяется от 200 до 500 м, суммарная мощность приводных электродвигателей от 1000-2500 кВт, а производительность от 2000-3000 т/ч. Получение такой мощности электропривода, в условиях ограничения оборудования по габаритам, стало возможным с применением многодвигательного электропривода, включающего от двух до четырех электродвигателей.
АД
Редуктор головного
привила
ПЧ
АД
ПЧ хвостового Реду ктор привода _
Головная при пол пая
Хвостовая ¿'креокоцан иена, приводная звездочка
Рис. 1. Структурная схема привода скребкового конвейера
Постановка проблемы. Традиционный метод управления приводом СК: неуправляемый электропривод или двухскоростные двигатели, уже не может удовлетворить эксплуатационным требованиям, предъявляемым к СК, т.к. существуют следующие нерешенные задачи при их эксплуатации: [1-2]
1. Сложности запуска СК при большой нагрузке. Из-за сложных условий эксплуатации СК и ряда причин, его остановка происходит случайным образом. После неожиданного отключения, конвейер необходимо перезапустить, при этом на тяговом органе остается невыгруженный уголь. Такой пуск вызывает ударные нагрузки в механических и электрических узлах электропривода и тягового органа. В результате возможны обрывы цепи, сокращение срока службы двигателя, повреждение трансмиссии (редуктора). Ток при прямом пуске электродвигателя может превышать номинальный ток в 6-8 раз и вызывать значительные просадки напряжения, тем самым оказывая влияние на безопасную работу другого оборудования.
Решение проблемы - обеспечить одновременный, плавный пуск всех двигателей СК под нагрузкой, тем самым исключить влияние пускового тока на энергосистему и приводные электродвигатели СК, а также уменьшить влияние пускового момента на трансмиссию и тяговый орган СК.
2. Необходимость распределения нагрузки между электродвигателями в случае многодвигательного электропривода. Баланс мощности между двигателями напрямую влияет на нормальную работу каждого электродвигателя. В результате неравномерного распределения нагрузки, один из двигателей будет перегружен, а другой недогружен. Перегруженный электродвигатель может начать перегреваться, что приведёт к преждевременному износу его изоляции и, следовательно, уменьшению срока эксплуатации, а также к увеличению усилия натяжения в цепи возле более загруженного двигателя, что ведёт к интенсивному износу тягового органа. В этот момент, недогруженный электродвигатель работает с низкими энергетическими показателями.
Решение проблемы - обеспечить сбалансированное распределение мощности (нагрузки) на каждом двигателе во время работы СК, тем самым добиваясь полного использования установленной мощности конвейера, повышения энергетических показателей и стремление к бесперебойной работе всего очистного комплекса.
Разработке и исследованию методов управления балансом мощности многодвигательного электропривода шахтного СК и посвящена данная работа.
Основное содержание. Существенными преимуществами, позволяющими реализовать технологические режимы работы СК, обладает частотно-регулируемый электропривод переменного тока с системой управления и, «даже такая консервативная отрасль, как угольная промышленность, постепенно переходит к внедрению этого оборудования» [3].
В настоящее время широко используемыми методами частотного управления асинхронными электродвигателями (АД) являются: 1) скалярное управление с характеристикой U/f =const, 2) векторное управление, разделяемое на полеориентированное (FOC) и прямое управление моментом (DTC) [4].
1. Управления U/f=const является скалярным способом управления, его основное преимущество в том, что возможно реализовать групповой привод, тем самым уменьшая количество требуемых преобразователей частоты (ПЧ), позволяет использовать простую, а зачастую и достаточную, разомкнутую систему управления, не требующей установки дополнительных датчиков скорости или момента. Однако этот способ управления не имеет функции управления крутящим моментом электродвигателя. Кроме того, игнорируется влияние активного сопротивления статора, а оно у АД оказывает значительное влияние при низкой питающей частоте, что приводит к значительному снижению максимального крутящего момента двигателя и влияет на его устойчивую работу. Поэтому данный метод управления подходит для ситуации, когда АД работает в стабильном состоянии, чему и не могут удовлетворить рабочие требования к системе с высокими динамическими характеристиками.
На рис. 2 представлены результаты моделирования различных режимов работы конвейера: пуск (с 0,2 с. по 5 с.); уменьшение нагрузки (на 6 с.); увеличении нагрузки (на 8 с.) и установившийся режим работы при использовании скалярной системы управления ПЧ. Регулятор выравнивания выполнен в виде ПИД регулятора [5].
При применении данной системы управления амплитуда пускового тока наиболее загруженного двигателя достигает 1,8/ном, дисбаланс токов при пуске достигает 40% (Д/=0,4). Следовательно, скалярное управление электродвигателями не позволяет решить задачу полного выравнивания мощностей во всех режимах работы многодвигательного электропривода, также переходный процесс пуска проходит со значительными колебаниями токов, а, следовательно, и моментов, оказывающими разрушающее воздействие на трансмиссию и тяговый орган.
о
О 1 2 3 4 5 6 7 S 9 t, с
Рис. 2. Результаты моделирования работы скребкового конвейера при скалярной системе управления преобразователями частоты: 1 - АД головного привода; 2 - АД хвостового привода
525
У M 1 2 ■Л A 0,4 o,: 0,2 0,1 —{ Д1. o.e. JlljU/ i, : : 1 : j - 1 l
1 - »' '1 - 'l'y —tV i/ i i -0,2 -01 г
i\ ¡i il j / 'Л. f v У % V V V «
---— / /- :
-- ~гтт~
2. Векторное управление. 2.1 Полеориентированное управление - это метод управления, основанный на ориентации поля ротора, и по существу приравнивает АД к двигателю постоянного тока, тем самым улучшая динамические характеристики регулирования скорости [6]. Питание АД в режиме векторного управления осуществляется от инвертора, в котором выходное напряжение формируется с использованием принципа широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Момент, развиваемый АД, формируется в
контуре регулирования активной составляющей тока статора Iп, который подчинен контуру регулирова-
п
ния скорости. Требуемое значение вектора потокосцепления определяется в контуре регулирования реактивной составляющей тока статора I^. Разъединение может быть достигнуто математически - разложением мгновенного значения вектора тока статора во вращающейся системе координат, ориентированной по полю ротора с помощью прямого преобразования Парка, для выполнения которого также требуется информации о положении ротора. Затем необходимо произвести обратное преобразование Парка для вычисления опорных составляющих вектора напряжения и.
а
и Up. Для определения положения ротора
используется либо датчик положения ротора, установленный в электродвигателе либо, реализованный в системе управления, бездатчиковый алгоритм управления, который вычисляет информацию о положении ротора в режиме реального времени на основании тех данных, которые имеются в системе управления. Данный способ получил название полеориентированное управление по полю ротора (FOC - flux-oriented control) - рис.3. Недостатком его является сложность математических вычислений и зависимость потока ротора от точного знания сопротивления ротора АД, которое существенно изменяется во время работы АД в результате повышения температуры ротора и его скольжения.
Регулятор CKQgocm J *
Регулятор
TOKil I.
Преобразован яс Парка
Шг
Регулятор тока Ij
а-
F.-ftiMAM fH(UfJfRJdt
(-)-ar£iiml4'fJ4>„)
Наблюдатель потокосцепления
Преобразование 11адка
Преобразование Кларк
Рис. 3. Структурная схема системы полеориентированное управления по полю ротора асинхронного двигателя
2.2 Прямое управление моментом (БТС) — метод управления, основанный на ориентации поля статора с использованием пространственного вектора напряжения для одновременного управления и моментом, и потокосцеплением статора. Измеренные токи и напряжения статора из трехфазной системы координат преобразуются в двухфазную, с помощью прямого преобразования Кларка. Рассчитанные значе-
* *
ния потокосцепления статора у ^ и момента Те сравниваются с управляющими сигналами у^ и Т* соответственно, посредством гистерезисного регулятора. Требуемый вектор напряжения управления электродвигателем выбирается из таблицы включения исходя из оцифрованных ошибок потокосцепления ёу ^ и момента ёТ* , а также исходя из сектора положения вектора потокосцепления статора N(6*). Таким образом, импульсы 5д, £в и SC для управления силовыми ключами для управления силовыми ключами инвертора генерируются посредством выбора вектора из таблицы включения - рис.4 [7-8].
Однако путем выбора таблицы переключателей можно получить только базовый вектор напряжения, что ограничивает точность управления потокосцеплением и моментом. Кроме того, традиционная система прямого управления крутящим моментом в основном имеет два недостатка: пульсации электромагнитного крутящего момента слишком велики, частота переключения ключей инвертора непостоянна [9-11].
Чтобы устранить проблемы, существующие в традиционном прямом управлении моментом, была принята система прямого управления моментом, основанная на методе пространственно-векторной широтно-импульсной модуляции (БУРШМ) - рис.5. Основная идея БУ№РМ состоит в том, чтобы генерировать соответствующие сигналы ШИМ, чтобы можно было создать вектор напряжения с любым желаемым углом.
Регулятор скорости — •
* е
пи
р-ф—
Компаратор момента
с/Т,,
шг
Компаратор 11ото косI леплен н я
р.
в,=агсш(Чу¥„)
Те=1МЫгГ/Ы
Наблюдатель двигателя
а/1 /
,щ /ч.Ь
а,Р/ /а,Ь
■
11реобраэование Кларк
Рис. 4. Структурная схема системы прямого управления моментом асинхронного двигателя
Прямое управление моментом относится к стратегии, в которой математическая модель трехфазного АД и физические величины регуляторов анализируются в системе координат статора ё и ц, а скорость вращения осей координат равна частоте статора тг. Потокосцепление и крутящий момент статора напрямую определяются как управляющие переменные. Благодаря устранению необходимости в ориентации магнитного поля (потокосцепления), векторном преобразовании и управлении током стратегия прямого управления крутящим моментом еще больше улучшает динамическую способность системы управления двигателем.
Регулятор скорости — -
~ТТ! ''
Регулятор Преобразование момента Парка'
Рис. 5. Структурная схема системы прямого управления моментом асинхронного двигателя на методе пространственно-векторной широтно-импульсной модуляции
В этой схеме используются два ПИ-регулятора для регулировки потокосцепления и крутящего момента, чтобы сгенерировать опорный вектор напряжения. Регулятор потокосцепления, сравнивая заданное и вычисленные значения потокосцепления, выдает сигнал ошибки в виде составляющей вектора опорного напряжения иё, заданный сигнал крутящего момента Те* сравнивается с крутящим моментом Те, рассчитанным по обратной связи, и полученный сигнал ошибки проходит через регулятор крутящего момента, чтобы получить составляющую вектора опорного напряжения иц. Путем прямого преобразования Парка, вектор опорного напряжения в системе координат ё-ц преобразуется в двухфазную стационарную систему координат а-р. Эти составляющие напряжения затем вводят в модуль БУР'^М, на выходе которого получаем сигналы переключения инвертора. [12-13].
По сравнению с полеориентированным управлением, прямое управление моментом не требует слишком большого числа преобразований координат, соответственно меньше объём вычислений. Так как для скребкового конвейера необходимо точное управление моментом двигателей, при пуске, выравнивании нагрузки и аварийном торможении, наиболее целесообразно выбрать метод прямого управления моментом.
Для решения проблемы равномерного распределения нагрузки между электродвигателями в случае многодвигательного электропривода СК была выбрана векторная система прямого управления моментом на основе БУР'№М по принципу «ведущий-ведомый» - рис.6. При этом головной электродвигатель выбирается в качестве главного (ведущего) приводного двигателя (АД1), а хвостовой электродвигатель считается ведомыми (АД2). Главный двигатель АД1 имеет регулятор скорости (РС) и контур регулирования крутящего момента с регулятором РМ1. Ведомый двигатель АД2 имеет только контур крутящего
момента с регулятором РМ2, и работает в режиме отслеживания крутящего момента. Сигнал задания крутящего момента Те* поступает от РС главного двигателя АД1. Выходной крутящий момент ведомого приводного двигателя АД2 соответствует изменению момента основного приводного двигателя АД1, а значит, крутящий момент и мощность головных и хвостового приводных двигателей СК будут сбалансированы.
РС
РМ1
ПЧ1
\ , РМ2 ПЧ2
) '
тс2
МХУ)^-
Рис. 6. Структурная схема выравнивания нагрузок по способу «ведущий-ведомый»
В программном продукте МайаЬ/БШиНпк было осуществлено моделирование способа выравнивания нагрузок по схеме «ведущий-ведомый» применительно к двухдвигательному электроприводу конвейера марки Анжера-30 с производительностью 1000 т/ч (рис. 7). Все электродвигатели создают усилие (моменты суммируются), перемещающее тяговые цепи с грузом-углем, отбитым комбайном, поступательно. Выравнивание моментов электродвигателей необходимо для исключения перегрузок одного или двух электродвигателей и реализуется управлением электромагнитными процессами электродвигателей в предложенной системе управления многодвигательным электроприводом.
На рис. 8, а и б приведены временные диаграммы токов и моментов электродвигателей головного и хвостового приводов СК при пуске с номинальной нагрузкой (от 0 до 8 с.) и в установившемся режиме при ступенчатом уменьшении (на 10 с.) и увеличении (на 12 с.) нагрузки. Для создания неравномерности распределения нагрузки вводилась следующая асимметрия: а) активных сопротивлений ротора:
Яр1 = +20%Я,
Кр2 = "20%^рном
(где Ярном - номинальное значение сопро-
у АД1 ^ рном, у АД2
тивления обмотки ротора); б) активных сопротивлений кабеля, питающих АД1 головного привода и АД2
Якл1 = 0,026 Ом Якл2 = 0,104 Ом ( б КГЭШ 3х70 !кл1 = 100
хвостового привода: кл1 ' , кл2 ' (кабель марки КГЭШ 3x70, кл1 м,
1КЛ2 =400.
м.
-►О*
ИИ I
г9
Регулятор скорости
Р1М Т
Регулятор Момента!
Р1{2) I
УаЬс 141
ПЧ1-АД1
Регулятор Преобразование Потокосцепления1 Парка/Кларк
Наблюдатель АД1
ч>
Р\(г) I
Регулятор Момента2
Р1(2) I
УаЬс —► УаЬс И2
»(3
ПЧ2-АД2
Регулятор Преобразование Потокосцепления2 Парка/Кларк
Набл юдатель АД2
Рис. 7. Реализация выравнивания нагрузок по способу «ведущий-ведомый» в системе Ма^аЪ/БШаИпк
Оценка работоспособности предлагаемого способа оценивалась по относительной погрешности отклонения токов и моментов:
1 ср
; 51 =£
\П 1ср ^ Теп • 5Г ^ \Т*П Т*ср 1пп%
100%; Теср =-' 5Те = ^-=-1100%,
I
ср
ср 528
п
Те
ср
п
где п - число двигателей; 1п - ток п-го двигателя, А; 1ср - средняя величина тока, А; Ы - относительная погрешность токов, %; Теп - момент п-го двигателя, Нм; Теср - средняя величина момента, Нм; ЫТе - относительная погрешность моментов, %.
1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2
1, о.е.
8 |\
■
: V :
\;
2 'А 0
. 6 1 ■
\ /
\ /
1 " \ —
,1 • ■
/ 1,04 1,03 г\ \
' / V/ - л V
\ 'Д •
1,02
' ' * 1
ад 1 Ж 13,0 1 ,3.2, ш
10
12
б
Рис. 8. Результаты моделирования изменения токов (а) и моментов (б) электродвигателей при выравнивании нагрузок по способу «ведущий-ведомый»: 1 - АД1; 2 - АД2
Из анализа диаграмм рис.8 следует, что предложенная схема управления выравниванием нагрузок в многодвигательном электроприводе СК обеспечивает погрешность поддержания токов разных электродвигателей, при пуске не более 8%, при увеличении и уменьшении нагрузки не более 1% и нулю в установившемся режиме. Для моментов во всех режимах работы электропривода погрешность выравнивания моментов не превышает 0,4%. Пусковой ток при этом уменьшился до 1,4/ном, что меньше на 20% чем при скалярном управлении, и многократно меньше чем при прямом пуске. Полученные результаты говорят о результативности предлагаемого способа.
Выводы:
1. Установлено, что традиционные приводные системы для СК имеют ряд недостатков. Большинство из них связано со сложности запуска СК при большой нагрузке и неравномерностью загрузки приводных двигателей из-за дрейфа параметров двигателей, что, в свою очередь, приводит к снижению производительности при запуске и чрезмерной нагрузке на приводы в установившемся режиме. Доказано, что частотно-регулируемый привод может значительно улучшить характеристики плавного пуска конвейера, а также может решить проблему дисбаланса мощностей привода из нескольких машин.
2. Проанализированы системы управления асинхронными двигателями привода конвейера, предпочтение отдано системе прямого управления моментом АД на методе пространственно-векторной широтно-импульсной модуляции
3. Предложено для выравнивания нагрузки нескольких двигателей использовать стратегию на принципе «ведущий-ведомый» при векторном управлении каждым электродвигателем. Данная схема управления была реализована в среде МАТЪАВ^тиИпк. Показано, что максимальная неравномерность
а
нагружения электропривода во всех рабочих режимах работы и при самом неблагоприятном сочетании его параметров, не более 8% и 0,4% соответственно, по току и моменту, что говорит о результативности предлагаемой стратегии.
Список литературы
1. Wen Tao Lu, Yu Qing Li Research of the Key Technologies for Explosion-Proof and Intrinsically Safe High Voltage Frequency Converter // Applied Mechanics and Materials, 2014. Vol. 494-495. P.1552-1555.
2. Ещин Е.К. Динамика скребковых конвейеров. Обзор // Вестник Кузбасского государственного технического университета, 2015. № 1 (107). С. 108-116.
3. Алиев С.Б., Брейдо И.В., Данияров Н.А., Келисбеков А.К. Перспективы применения в угольной промышленности многодвигательного пластинчатого конвейера с частотно-регулируемым электроприводом // Уголь. 2020. № 5. С. 45-48.
4. Мичурина А.А., Нуруллин Р.Ю. Частотное управление асинхронным двигателем. Основные сведения // Достижения науки и образования. 2015. № 1(1). С. 4-5.
5. Шпрехер Д.М., Бабокин Г.И., Колесников Е.Б, Овсянников Д.С. Исследование неравномерности нагружения двухдвигательного частотно-регулируемого электропривода скребкового конвейера // Известия вузов. Электромеханика. 2021. Т. 64. № 4-5. С. 37-45.
6. Panyuan Ren, Bulai Wang, Xiutao Ji, Xiangsheng Liu & Yuanyuan Yang, "Simulation Research Based on Asynchronous Motor Vector Control Technology", 2018, Proceedings of 2018 Chinese Intelligent Systems Conference, pp. 445-453/
7. Giuseppe Buja, Kazmierkowski M.P. Direct torque control of PWM inverter-fed AC motors - A survey // IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2004. 51(4). P. 744 - 757.
8. Inkov Yu.M, Kosmodamianskii A.S, Pugachev A., Sachkova E.V. Simulation of Electric Drive With Direct Torque Control of Induction Motor // Journal of Information Technology and Applications (Banja Luka), 2018. Vol. 8, Issu 1. P. 5-13.
9. Kumar T, Rao S.S. Improved Direct Torque Control of Induction Motor Drive under Low Speed Operation // Sadhana, 2008. Vol. 33. Part 5. P. 551-564.
10. Najib El Ouanjli, Aziz Derouich, Abdelaziz El Ghzizal, Saad Motahhir, Ali Chebabhi, Youness El Mourabit & Mohammed Taoussi. Modern improvement techniques of direct torque control for induction motor drives - a review:, Protection and Control of Modern Power Systems, 2019, Vol. 4, Article number: 11. P. 1-12.
11. Шй, ШТ- SVPWM fa DTC [J]. еЬЛ&^Ш—, 2005, 25(6): 41-43.
12. Xu Wang Yan Xing Zhipeng He Yan Liu Research and Simulation of DTC Based on SVPWM of PMSM // International Workshop on Information and Electronics Engineering (IWIEE), 2012, № 29. P. 16851689.
13. шЙ¥, шт. ifii^i PWM штшш&шшшш [J]. % шж^т, 2007,
19(2). P. 344-347.
Шпрехер Дмитрий Маркович, д-р техн. наук, профессор, shpreher-d@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Овсянников Дмитрий Сергеевич, аспирант, ovsyannikov_d_s@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
DEVELOPMENT AND RESEARCH OF CONTROL SYSTEMS FOR A MULTI-MOTOR ELECTRIC DTIVE OF
A MINE SCRAPER CONVEYORr
D.M. Shprekher, D.S. Ovsyannikov
The scraper conveyor is the main means of delivering coal from the shearer to conveyor drift vehicles in underground mining. The features of the drive currently used in scraper conveyors are analyzed, and it is concluded that the use of a frequency-controlled drive is the best. Variants of control systems for a frequency-controlled multi-motor electric drive are considered. Preference was given to a direct torque control system based on the method of space-vector pulse-width modulation. It is proposed to use a strategy based on the "master-slave" principle to balance the load of several engines. This control scheme was implemented in the MATLAB/Simulink environment. The simulation results showed that the master-slave control mode can solve the problem of leveling the load of the scraper conveyor in all modes of its operation, thereby increasing the service life of the scraper conveyor, reducing equipment wear, and therefore increasing the efficiency of mine production.
Key words: scraper conveyor, double motor drive, variable frequency control, load unbalance, master-
slave.
Shprekher Dmitry Markovich, doctor of technical science, professor, shpreher-d@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Ovsyannikov Dmitry Sergeevich, postgraduate, ovsyannikov_d_s@mail. ru, Russia, Tula, Tula State
University
УДК 629.7.062.2
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-531-537
ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КАНАЛА ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРИВОДА
В.И. Лалабеков, С. Л. Самсонович
Разработана математическая модель энергосберегающего силового канала электромеханического привода, позволяющая верифицировать эффективность введения в структуру энергетического тракта канал отрицательной обратной связи между блоками источника питания исполнительного механизма и разностью скоростей располагаемой приводом и требуемой нагрузкой.
Ключевые слова: располагаемая механическая характеристика привода, нагрузочная характеристика органа управления, электромеханический привод, эллипс нагрузки.
В работе [1] представлена проектная методика, позволяющая снизить потери энергии в силовом тракте рулевого привода за счёт введения в структуру энергетического тракта канал отрицательной обратной связи между блоком источника питания исполнительного механизма и разностью скоростей располагаемой приводом и требуемой нагрузкой.
Подтверждение эффективности работы переменной (адаптивной) структуры силового тракта электромеханического привода [2, 3] получено для варианта 2, принципиальная блок-схема которой представлена на рис. 1.
При этом строилась с использованием комбинированной математической модели, включающей в свой состав две характеристики (рис. 2):
- предельную механическую характеристику ЭМП МЭМП = /(П) для максимального сигнала
и Я
управления Пумса - П(М) = —^--К--м ;
СЕ СМ ' С Е
- нагрузки МН = /(П, ш>) с фиксированными значениями частоты ш гармонического сигнала управления максимальной амплитуды <рт;
Q = Pm1 -
м (q) '2
Рт ЛСШ - J• ®2
- нагрузки произвольного вида, полученного по данным натурных испытании или результатов моделирования возмущённого движения ЛА МН = /(П) [7].
Результаты моделирования. Результаты моделирования механических характеристик ЭМП и нагрузки без реализации действия в блоке питания ЭД отрицательной обратной связи по скорости (Киа = 0 В'с/рад) и при её наличии (Киа = 200 В • с/рад) представлены на рис. 3, 4.
Как следует из графиков рис. 6, 7, при реализации действия отрицательной обратной связи по скорости в блоке питания ЭМ, происходит максимальное сближение механических характеристик ЭМП и нагрузки (рис. 5).
При этом, в отличие от постоянного напряжения питания в схеме без ООС по скорости, напряжение питания становится переменным (адаптивным) в схеме с ООС по скорости (рис. 6), максимально сближая конфигурацию характеристик ЭМП и нагрузки, обеспечивая минимальные потери энергии источника питания.
Оценка энергетических показателей сравниваемых вариантов структур ММ (с ООС и без ООС) проводилось с использованием двух ММ, в каждой из которых ручной переключатель
Manual Switch
включён и отключен) к блоку питания ЭД (рис. 7), а телеметрия формируется в
двух блоках
