CC BY
98
Александров Николай Алексеевич, инженер-исследователь 2-й категории, kbkedr@tula.net, Россия, Тула, ОАО «Конструкторское бюро приборостроения им. академика А.Г. Шипунова»,
Савенко Дмитрий Юрьевич, ведущий инженер-конструктор, kbkedr@tula.net, Россия, Тула, ОАО «Конструкторское бюро приборостроения им. академика А . Г. Шипунова»
THE APPROACH TO DESIGNING OF DRIVES GAS DYNAMIC MANAGEMENT N. A. Alexandrov, A.A. Vasilyev, D.YSavenko
The approach to designing of a drive of gas dynamic management by the rocket is considered at change of requirements to operating effort.
Key words: a drive of gas dynamic management, designing, aerodynamic management, gas dynamic management, an electromagnet, jet force, an one-cascade drive, a two-cascade drive.
Vasilev Alexander Anatolevich, 2nd category research engineer, alexan-der5151@rambler.ru, Russia, Tula, KBP named after academician A.G. Shipunov,
Alexandrov Nikolay Alexeevich, 2nd category research engineer, kbkedr@tula.net, Russia, Tula, KBP named after academician A.G. Shipunov,
Savenko Dmitriy Yurevich, chief design engineer, Russia, Tula, kbkedr@tula.net, KBP named after academician A.G. Shipunov
УДК 623.467
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПУСКОМ ПРИВОДНОГО ДВИГАТЕЛЯ ЭГП ЗЕНИТНОГО РАКЕТНО-ПУШЕЧНОГО
КОМПЛЕКСА
О.В. Горячев, И. А. Шигин, В.В. Артющев, А. А. Новиков
Предложен способ пуска асинхронного приводного двигателя электрогидравлического привода при ограниченной мощности системы электропитания зенитно-ракетного пушечного комплекса.
Ключевые слова: асинхронный трехфазный двигатель, автономный инвертор напряжения, система электропитания, трехфазный ключ.
Электрогидравлические приводы (ЭГП) в настоящее время широко используются в качестве силовых систем мехатронных комплексов средней и большой мощности, работающих от автономных источников питания -
180
систем электропитания (СЭП) ограниченной мощности. Применение СЭП ограниченной мощности приводит к тому, что прямой пуск приводного асинхронного трехфазного двигателя (АТД) оказывается невозможным, т. к. сопровождается большим мгновенным потреблением энергии, вызывающим падение, а после разгона АТД - резким скачком напряжения. Такое изменение напряжения вызывает срабатывание защиты и отключение аппаратуры СЭП и ряда других систем, в том числе и центральной вычислительной системы мехатронного комплекса.
В связи с вышеизложенным задача «плавного» пуска приводного АТД ЭГП является актуальной.
В настоящей работе предлагается для решения указанной задачи реализовать интеллектуальный пуск АТД, позволяющий снизить его мгновенную потребную мощность.
Рассмотрим алгоритм включения двигателя. Функциональная схема включения АТД представлена на рис. 1. При получении от центральной вычислительной системы (ЦВС) команды на включение привода блок управления (БУ) подает команду на включение блока пускозащитного (БПЗ). БПЗ подает напряжение 380 В, частоту 50 Гц на АТД. АТД приводит в движение входной вал регулируемого насоса ЭГП.
Мощность рассматриваемого приводного АТД составляет 37 кВт. Таким образом, необходимо найти способ управления пуском АТД, обеспечивающий разгон электродвигателя за заданное время (2 с) с номинальным для двигателя такой мощности током /ном = 70 А при обеспечении номинального возможного развиваемого момента 240Нм в условиях СЭП ограниченной мощности (60 кВт).
Рис. 1. Функциональная схема включения АТД ЭГП: ГП-гидропривод, Н-нагрузка
На сегодняшний день существует большое количество различных схем пуска АТД. В зависимости от способа изменения регулируемых параметров их разделяют на две группы:
1) амплитудный пуск;
2) амплитудно-частотный пуск.
Недостатком амплитудного пуска является то, что при линейном снижении тока в квадратичной зависимости падает момент пуска электро-
двигателя.
То есть при уменьшении пускового тока с 500 А (паспортный пусковой ток электродвигателя А200ЬЛ4 мощностью 37 кВт) до 100 А (1,5 номинального тока этого двигателя) [1], пусковой момент упадет в 25 раз и составит всего
MmcK = Mном — = 240 • 2,2 • — = 21 Нм,
пуск ном M 25 25
ном
что в 3 раза меньше необходимого пускового момента.
Амплитудно-частотный пуск позволяет в любой точке разгонного участка находиться на рабочем отрезке механической характеристики, где сохраняется линейная зависимость момента от тока:
M = K • I ,
дв дв'
где K = ^ = 3,43
I ном А
То есть энергетически - это наиболее выгодный режим эксплуатации асинхронного трехфазного двигателя [2]. Однако в случае работы АТД от автономного инвертора напряжения (АИН) необходимо учитывать и обеспечивать тепловые режимы последнего: снимая с двигателя среднюю мощность около 15 кВт и имея КПД преобразователя 95 %, мы получим 750 Вт потерь, которые необходимо рассеять в окружающей среде, имеющей температуру 60 °С.
Для решения такой задачи необходимы соответствующий по площади радиатор и его принудительный обдув независимым вентилятором, что по предварительной оценке приводит к габаритному размеру АИН 500х500х500 мм и массе около 100 кг.
С целью снижения массогабаритных характеристик было предложено выполнить схему включения АТД согласно рис. 2.
ТК 2
Рис. 2. Схема включения АТД с АИН
Ключ (К) подает питание на блок частотного пуска (БЧП), который по заданному закону увеличивает напряжение и частоту питания, которое через трехфазный ключ (ТК)1 поступает на АТД. Поскольку момент двигателя в 3-4 раза превышает потребный момент, двигатель гарантированно разгоняется до номинальных оборотов. По окончании разгона ключ
ТК1 закрывается, а после временной выдержки на окончании электромагнитных переходных процессов в электродвигателе, ключ ТК 2 открывается, подключая АТД к сети 380 В, 50 Гц. Таким образом, БЧП работает только в течение времени разгона и, следовательно, тепловые процессы можно не учитывать.
При проведении экспериментальных работ на макете блока частотного пуска (БЧП) было зафиксировано следующее:
- длительность электромагнитных переходных процессов при выключении электродвигателя зависит от начальных условий на момент выключения и общая длительность процесса разгона достигает 3 с, что превышает заданное время;
- момент сопротивления на валу двигателя обеспечивает достаточно быстрое падение частоты вращения ротора АТД;
- в момент переключения с БЧП на сеть возникает бросок тока, амплитуда которого зависит от фазового сдвига между напряжением сети и остаточным напряжением на двигателе. Максимальный бросок тока возникает при сдвиге фаз 180
На основании вышеизложенного были сделаны следующие выводы:
1. Переключение необходимо производить максимально быстро, чтобы частота вращения и соответственно остаточного напряжения выключенного АТД изменилась минимально.
2. Для исключения бросков тока при переключении необходима фазовая синхронизация выходного напряжения АИН с сетью 380 В, 50 Гц по окончании разгона АТД.
Синхронизация и дальнейшая стабилизация напряжений были осуществлены за счет компенсации фазового сдвига путем определения величины рассогласования фаз и компенсации этого рассогласования посредством регулирования частоты и фаз напряжений АИН.
Для обеспечения синхронизации АИН с сетью первоначально необходимо определить мгновенную фазу между напряжением сети и выходным напряжением АИН. Для этого воспользуемся известной формулой:
sin(ot + ф) • cosot = i [sin(ot + ф- ot) + sin(ot + ф + ot)] = -2 [ф + sin(2ot + ф)\
Если пропустить этот сигнал через сглаживающий фильтр, гармоническая составляющая удвоенной частоты sin(2ot + ф) уменьшается до величины, которой можно пренебречь, и тогда выходной сигнал такой схемы будет
пропорционален -^тф.
2
Выделив таким образом сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу, можно замкнуть обратную связь на задающий генератор АИН и, воздействуя на частоту генератора, обеспечить согласование АИН с сетью.
Структурная схема управления АИН со стабилизацией фазового
сдвига приведена на рис. 3.
Генератор 380 В 50 IV'
¡сореЮ
50 --»-О-> 1 --
ТндопотеМс РипсШоп
Обратная связь
Сеть
Схема определения величины рассогласования
Бсор«в
О ПЧ с сетью
по ошиоке синхронизации
т
9 со рев
в
Тггге^гГейЗ 314
ЗтеЖдое 1 I _ _ -I
*-=1Р
■=(Р
Со пйапйЗ
Г
1
Т гапгГег Р сп2
всоре7
J 5оор«3
Рис. 3. Структурная схема управления АИН со стабилизацией
фазового сдвига
На рис. 4 представлена осциллограмма, являющаяся результатом работы схемы стабилизации фазового сдвига. До момента подключения цепи синхронизации напряжения сети и АИН имеют различные частоты, при этом напряжения сети и АИН идут друг относительно друга с фазовым сдвигом, изменяющимся от 0 до 360
По окончании разгона двигателя, когда частота АИН становится постоянной, срабатывает ключ, который подключает цепь синхронизации, фазовый сдвиг начинает стремиться к нулю. Таким образом, приблизительно через 0,5 с фазы напряжений сети и АИН совпадают.
По принципу, описанному в модели пуска АТД, были разработаны схема управления АИН и схема фазовой синхронизации сетей.
Из результатов, полученных в ходе работы макетного образца, можно сделать следующие выводы: при предложенном способе разгона двигателя значения тока примерно в 7 раз ниже, чем при прямом пуске; разгон АТД осуществляется с током, близким к номинальному; синхронизация напряжений при максимальной величине рассогласования 180 0 осуществляется в течение 0,5 с; величина потребной мощности при разгоне АТД с помощью ПЧ примерно в 5 раз меньше, чем при прямом пуске.
Рис. 4. Процесс синхронизации напряжений ПЧ и сети 380 В, 50 Гц
Таким образом, в ходе исследования было найдено решение, кото -рое позволяет осуществлять разгон АТД с токами, близкими к номинальному току двигателя, обеспечивая при этом необходимый момент. Пусковая мощность системы уменьшена в 5 раз по сравнению со штатным способом включения. Тем самым гарантируется успешный запуск АТД в условиях ограниченной мощности СЭП с минимальным влиянием на остальные системы БМ.
Список литературы
1. Асинхронные двигатели серии 4А: справочник / А.Э. Крав-чик [и др.]. М.: Энергоиздат, 1982. 504 с.: ил.
2. Гандин Б.Д., Гревнин Г.Р., Лазаревский Н.А. Пуск асинхронных электродвигетелей. Л.:Судостроение, 1980. 192 с.: ил.
3. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование систем в MATLAB 6.0: учеб. пособие. СПб.: КОРОНА принт, 2001. 320 с.
Горячев Олег Владимирович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, i.tula@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Шигин Илья Александрович, аспирант, i.tula999@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Артющев Владимир Васильевич, зам. начальника отделения, kbkedr@,tula.net, Россия, Тула, ОАО «Конструкторское бюро приборостроения им. академика А.Г. Шипунова»,
Новиков Александр Анатольевич, начальник сектора, kbkedr@,tula.net, Россия, Тула, ОАО «Конструкторское бюро приборостроения им. академика А.Г. Шипунова»
DEVELOPMENT OF CONTROL SYSTEM FOR ASYNCHRONOUS MOTOR OF ELECTRO-
HYDRAVLIK DRIVER.
O.V Goryachev, V.V. Artushev, A.A. Novikov, I.A. Shigin
Designed of control system for asynchronous motor of electro-hydravlik drive taking into account the saturation of power system.
Key words: asynchronous three-phase motor, autonomous voltage inverter, power supply system, three-phase wrench.
Goryachev Oleg Vladimirovich, doctor of engineering, professor, head of department, i.tula@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Shigin Ilya Alexandrovich, postgraduate., i.tula999@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Artyushchev Vladimir Vasilevich, head department deputy, kbkedr@,tula. net, Russia, Tula, KBP named after academician A.G. Shipunov,
Novikov Alexander Anatolevich, head of sector, kbkedr@,tula.net, Russia, Tula, KBP named after academician A.G. Shipunov
УДК 62-50: 621.13.22
СИНТЕЗ МНОГОМЕРНЫХ СКОЛЬЗЯЩИХ РЕЖИМОВ В АСИНХРОННОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ ЗЕНИТНОГО КОМПЛЕКСА
Е.В. Александров, А.В. Жуков
Рассматриваются вопросы синтеза многомерных скользящих режимов в асинхронном трехфазном электроприводе. Процедура синтеза управления разработана для случая, когда количество разрывных управлений превосходит размерность пространства управления.
Ключевые слова: скользящий режим, асинхронный двигатель, разрывное управление, электропривод, динамика, синтез.
Наиболее простой электрической машиной среди используемых в электроприводах наведения пеленгаторов и вооружения зенитных комплексов «Каштан», «Панцирь» является асинхронный двигатель (АД) с короткозамкнутым ротором. Он компактен, имеет малую массу на еди-
