CC BY
53
144
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 6 (15), 2015 | ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
3. Коу Чэньцзянь, Хуандань Шуифэнь. Изучение и применение пыленепроницаемых технологий ветрозащитных сеток на портовых складах сборных грузов, / Коу Чэньцзянь, Хуандань Шуифэнь -Электронный издательский дом китайского академического журнала, 2010;
4. «Методическое пособие по расчету выбросов от неорганизованных источников в промышленности строительных материалов», ЗАО «НИПИОТ-СТРОМ», Новороссийск, 2001;
5. Отраслевая методика расчета количества отходящих, уловленных и выбрасываемых в атмосферу загрязняющих веществ при сжигании угля и технологических процессах горного производства на предприятиях угольной промышленности», ОАО «МНИИЭКО ТЭК», Пермь, 2014;
6. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 «Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов»;
7. Серебровский Ф.Л., Аэрация населенных мест / Ф.Л. Серебровский. М.: Стройиздат, 1985 - 170 с.;
РАЗРАБОТКА СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЧАСТОТНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ СТАНОЧНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Порватов Артур Николаевич
К.т.н., доцент кафедры «Электротехника, электроника и автоматика» ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», г.Москва
Порватова Арина Николаевна
Аспирантка кафедры «Электротехника, электроника и автоматика» ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», г.Москва АННОТАЦИЯ
Изложен способ построения схемотехнической модели частотного преобразователя станочного электропривода. Приведена методика проверки адекватности разработанной модели.
ABSTRACT
The method for constructing a model of the inverter circuit engineering machine drive described. The technique of checking the adequacy of the developed model.
Ключевые слова: моделирование, частотный преобразователь, электропривод.
Keywords: simulation, frequency inverter, electric drive.
Станочный электропривод (СЭ) представляет собой сложную систему, состоящую как из электронных и электротехнических (датчики, преобразователи частоты (ПЧ), устройства электроавтоматики и др.), так и механических и электромеханических устройств (муфты, передаточные звенья, электродвигатели) [1, с.3]. При проектировании СЭ зачастую необходимо смоделировать ситуацию, характерную для технологических операций станка, на котором СЭ будет использоваться [2, с.6-7]. Это становится особенно актуально при внедрении новых (инновационных) компонентов СЭ и других элементов электроавтоматики и проверки работоспособности этих систем друг с другом [3].
Большинство задач проверки работоспособности проектируемого СЭ решают при помощи экспертной оценки либо с использованием специального стенда, который предварительно необходимо собрать и отладить. Результаты экспертной оценки не всегда поддаются численному выражение, чаще всего это всего лишь мнение специалиста (или группы специалистов) в виде «зарабо-тает/не заработает» [4, с.20].
В отличие от экспертного мнения, работа со стендом позволяет получить необходимые характеристики и данные о работе СЭ и, если необходимо, внести изменения и оценить их влияние на систему в целом. Однако, цена самого стенда и время на его создание могут быть сопоставимы с временем и стоимостью всего проектируемого СЭ. Выходом из положения может быть проведение моделирования с использованием специализированных средств и моделей [5, с.35-36].
Основной проблемой при этом становится создание адекватных моделей, данные на выходе которых идентичны данным реального прототипа [6, с.20-25]. Применение пакета программ NI Multsim 13, в состав которой уже
входит ряд готовых моделей, позволяет сконцентрироваться на проектировании всей системы в целом, а не на каждом блоке в отдельности. А совместное использование Multisim 13 со средой разработки измерительных систем LabVTEW позволяет сравнивать теоретические данные с реальными непосредственно в процессе создания схем, что снижает количество проектных итераций, число ошибок в прототипах и ускоряет выход продукции на рынок.
На рис. 1 показана блок схема модели преобразователя частоты.
Модель ПЧ состоит из следующих блоков: выпрямитель, LC фильтр, IGBT инвертор, генератор ШИМ, модуль датчиков обратной связи, микроконтроллер и модуль связи с внешними устройствами и системами (например, системой ЧПУ).
Блок микроконтроллера при моделировании может быть заменен на специальное программное обеспечение (СПО), в котором реализованы алгоритмы управления. Как упоминалось выше совместно с Multisim возможно использование пакета LabVIEW, для управления процессами в ПЧ по данным о токе, напряжении и текущем положении.
Для проведения эксперимента была разработана схемотехническая модель преобразователя частоты и подключена к библиотечной модели асинхронного двигателя (рис. 2). Параметры модели АД были идентифицированы по типу двигателя 4А132М4У3, для которого в дальнейшем выполнялись все расчеты.
Цель эксперимента заключается в сравнении данных, полученных при моделировании с данными, полученными при проведении расчетов. Расчеты проводились по известным методикам [7, с.360-361].
Первая часть опыта заключается в получении временной диаграммы схемотехнической модели ПЧ (рис. 3).
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 6 (15), 2015 | ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
145
Модель преобразователя частоты
Сеть 380В, 50Гц
Выпрямитель
LC фильтр
IGBT
инвертер
АД
encoder
Рисунок 1. Блок-схема модели преобразователя частоты, где: i1-i3 - выходные токи, u1-u3 - выходные напряжения,
n - скорость на валу двигателя, encoder - датчик угла поворота.
Рисунок 2. Общая схема модели привода с разработанным частотным преобразователем, где: V6 - трехфазная сеть с напряжением 220В и частотой 50Гц, D1-D6 - диоды, совокупность которых является диодным мостом, L1 и C1 - являются Г -образным LC-фильтром, S1-S6 - ключи инвертора на базе биполярных транзисторов, V2, V4, V7 - элементы управления, V8 - элемент, задающий частоту ШИМа, HB1-HB3 - ШИМ, М2 - библиотечная модель АД.
После проверки работоспособности модели привода в холостом режиме проведем моделирование изменения внешней нагрузки. Внешняя нагрузка может представлять собой, к примеру, процесс резания (рис. 4).
Из диаграммы (рис. 4) видно, что после приложения внешней нагрузки (4), скорость вращения вала электродвигателя ’’просела”. После, так называемого, проседания скорость вращения ротора равна пн = 1460,5об/мин, а момент нагрузки равен номинальному моменту Мном =
146
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 6 (15), 2015 | ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
71,5 Нм, что означает, что двигатель вышел в номинальный режим с номинальной нагрузкой (2). После того, как скорость и момент устоялись, производим увеличение внешней нагрузки в полтора раза (5). Данная процедура симулирует момент перегрузки двигателя, например, врезание резца слишком глубоко по ошибки программирования. После приложения момента перегрузки снова наблюдается “проседание” скорости вращения вала двигателя.
Скорости вращение ротора при этом равна ппер = 1438 об/мин. Как видно из диаграммы (рис. 4) после приложения нагрузки перегрузки двигатель продолжает стабильно работать (3), хоть и с меньшей скоростью и после отключения внешней нагрузки (6) возвращается в холостой режим (1).
Результаты сравнения расчетных данных и проведенного виртуального эксперимента приведены в табл. 1.
Рисунок 3. Временная диаграмма схемотехнической модели электропривода: V(3) - скорость вращения ротора,
V(4) - момент на валу двигателя.
Мэ. Нм п, об/мин
Рисунок 4. Диаграмма реакции электропривода на приложенные внешние воздействия: V(3) - скорость вращения ротора, V(4) - момент на валу двигателя,1 - холостой ход, 2 - выход в номинальный режим (Мном), 3 - перегрузка (Мпер = 1,5 Мном), 4 - момент «наброса» нагрузки (врезание резца на номинальную глубину резания), 5 - момент «наброса» дополнительной нагрузки (врезание резца глубже номинальной глубины резания), 6 - снятие нагрузка (отвод инструмента).
Основываясь на полученных данных, можно отметить, что разработанная модель адекватно ведет себя в номинальном режиме, показывая скорости и моменты, близкие или совпадающие со значениями, полученными при расчетах.
Пусковые, номинальные и максимальные значения моментов и скоростей, полученные при моделировании и расчете, различаются не значительно (0,67% от всего диапазона). Таким образом, разработанная модель показала результаты, близкие к расчетным в нагрузке и перегрузке.
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 6 (15), 2015 | ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
147
В настоящее время разработанная модель работает по Работа выполнена при поддержке Гранта Прези-
принципу скалярного управления, но с использованием дента №14.256.14.2749-МК от 03.02.2014г.
пакета программ LabVIEW становится возможным исследование алгоритмов векторного, а также «бездатчико-
вого» управления.
Таблица 1
Результаты виртуального эксперимента
Режимы Момент, Нм Скорость, об/мин
Холостой ход Точка 1 Расчет 177,3 1278,9
Эксперимент 175,3 1279,8
Точка 2 Расчет 1,9 1499
Эксперимент 3,7 1498,3
Номинальная нагрузка Точка 1 Расчет 72,2 1458
Эксперимент 71,5 1460,5
Перегрузка Точка 2 Расчет 108,3 1435,7
Эксперимент 108,2 1438,2
Список литературы
1. Григорьев С.Н., Кузовкин В.А., Филатов В.В. Имитационное моделирование асинхронного электропривода станков // Мехатроника. Автоматизация. Управление. - 2011. №11. С. 2-7.
2. Григорьев С.Н. Проблемы и перспективы развития отечественного машиностроительного производства // Справочник. Инженерный журнал. - 2011. №12 (177). С. 3-7.
3. Григорьев С.Н. Научно-технические проблемы построения современных технологических систем с числовым программным управлением // Мехатро-ника, автоматизация, управление. - 2011. № 4. С. 19-26.
4. Кузовкин В.А. Электронные системы управления. Теория и технические средства электроавтоматики: учеб. Пособие. М.: Из-во «Станкин», 2006. - 268 с.
5. Кузовкин В.А., Филатов В.В. Моделирование асинхронного двигателя в программной среде Electronics Workbench // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2009. № 1(94). С. 35-41.
6. Кузовкин В.А., Филатов В.В. Моделирование электрических и электронных устройств в Multisim 10: учеб. пособие. М.: МГТУ «Станкин», 2010. - 213 с.
7. Соколов Е.А., Чумаев Д.А. Экспериментальное определение статических и динамических параметров трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором // XII науч. конф. МГТУ «Станкин» и «Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ "Станкин" -ИММ РАН» по математическому моделированию и информатике: сб. докл., 2009. - с. 360-363.
ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКА НА КПД ФЛОТАЦИОННОГО УСТРОЙСТВА
Приходько Анастасия Евгеньевна,
студент; Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт» г. Киев,
Украина;
АННОТАЦИЯ
Добыча нефти и газа непрерывно увеличивается из года в год. Объемы пластовой воды также увеличиваются как побочный эффект добычи нефти. Составляющие пластовой воды являются основным источником загрязнения при добыче нефти и газа и являются одним из основных направлений исследований в оффшорной нефтяной промышленности. Несколько технологий были изобретены для уменьшения концентрации нефти в пластовой воде. Компактное флотационное устройство (КФУ) является одним из современных технологий, основанных на принципе флотации. Оптимизация режима работы КФУ требует он-лайн мониторинга, что и является главной целью в данном исследовании. В данной работе было доказано положительное влияние ультразвука на КПД (коэффициент полезного действия) компактного флотационного устройства, используя метод главных компонент в качестве метода оценки. ABSTRACT
Production of oil and gas continuously increases from year to year. Produced water rates increase also as a side effect of oil production. The constituents ofproduced water are the main source ofpollution in oil and gas production and are one of the main research areas in the offshore oil industry. Several technologies have been invented for reduction of oil concentration in produced water. A Compact flotation unit (CFU) is one of the current technologies based on the flotation principle. Real time optimization of the CFU’s energy consumption requires on-line monitoring as is the main objective in this study.
A pilot scale CFU capable of cleaning crude oil under realistic offshore conditions was used for the experiments. The effect of usage of ultrasound together with compact flotation unit is studied in this paper. The principal component analysis is used as a tool for studying the possibility of increasing of cleaning efficiency of compact flotation unit. From the analysis of experiments may be done the decision that the usage of ultrasound leads to increase of cleaning efficiency of compact flotation unit.
Ключевые слова: сепарация нефти, флотационное устройство, метод главных компонент, ультразвук.
Key words: water treatment, flotation unit, principal component analysis, ultrasound.
