Синтез системы управления многодвигательного регулируемого электропривода горных машин Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

-------------------------------- © Г.И. Бабокин, Т.В. Насонова,

2011

УДК 62-581.6

Г.И. Бабокин, Т.В. Насонова

СИНТЕЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОДВИГАТЕЛЬНОГО РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ГОРНЫХ МАШИН

Разработана структура системы управления многодвигательным частотнорегулируемым электроприводом, включающая индивидуальные регуляторы тока и общий регулятор скорости. Представлена методика выбора регуляторов тока.

Ключевые слова: многодвигательный электропривода, регуляторы скорости и тока.

Механизмы поворота горных машин - мощных экскаваторов, конвертеров, выполняются многодвигательными с регулированием скорости движения исполнительного органа. В последнее время это частотно-регулируемый асинхронный электропривод (ЧРЭП) [1, 2]. При этом используется от двух до шести асинхронных электродвигателей. Так как у двигателей одного и того же конструктивного исполнения механические характеристики отличаются из-за разброса сопротивлений и индуктивностей статора и ротора, то распределение нагрузки между электродвигателями в статистических и динамических режимах работы может значительно отличаться, при этом отдельные электродвигатели могут работать даже в генераторном режиме. Поэтому задача получить равномерное распределение нагрузки между электродвигателями работающими на общий исполнительный орган является актуальной.

В работе рассмотрен двухдвигательный электропривод конвертера с ЧРЭП, представленный на рис. 1. Два электродвигателя М1, М2 питаются от собственных преобразователей частоты и21 и и22 и приводят в движение исполнительный орган ИО. Рассматривается жесткая механическая система ИО, поэтому частота вращения двигателей М1, М2 одинакова и равна ю. Предложена система управления (СУ) многодвигательным электроприводом, обеспечивающая выравнивание нагрузки двух и более электродвигателей питаемых от преобразователей частоты. СУ включает индивиду-

альные регуляторы тока РТ1, РТ2 и общий регулятор скорости (частоты) РС.

ЭС1

РТ1

Ши-

ре

эсз

—*<^)—\Урп Іфі

-*(2ь лур

Чрс

1Т21

Кот

М1

"Єк

ІІО

ЭС2 РТ2

<2Ь ^ГРТ2

ІЕ2

Кот

Кос

Рис. 1. Структурная схема двухдвигательного электропривода конвертера

В схеме имеются три элемента сравнения ЭС1, ЭС2, ЭС3, датчики тока двигателей с коэффициентом передачи КОТ и датчик скорости с передаточной функцией КОС.

Регуляторы тока и скорости соединены по подчиненному принципу регулирования.

При синтезе регуляторов тока индивидуального канала управления электродвигателем накладывается условие - его передаточная функция Wрт должна быть индивидуальной для каждого электродвигателя и обеспечить одинаковую желаемую передаточную функцию контура тока для обоих электроприводов, рис. 1. Это условие выполняется, если регулятор тока синтезируется по уравнению

Жр)

W=■

(1)

S(р)KomM(р)

где R(р), S(р) - соответственно полюсы и нули контура тока; М (Р) - полином характеристического уравнения замкнутого контура тока.

Передаточная функция замкнутого контура тока

W (p) = 1ф р =-------------------------------------------------1---- (2)

Зт ирс (р) TlPM (р)+ 1

В передаточной функции введен нулевой полюс (р=0), обеспечивающий нулевую ошибку в статике, и полином м(р), определяющий заданное качество переходного процесса.

Принимая полином M (р ) = Т2Р +1, получим характеристическое уравнение (2) в виде

Т1Т 2р2 + Т 1р +1, (3)

где Т2 - заданная постоянная времени переходного процесса.

Желаемую передаточную функцию контура принимаем в виде

W (р) =------УЕот------------------------------------------, (4)

жтУР) Т2р2 + 2фр +1 где Т - постоянная времени контура; С - коэффициент демпфирования контура.

Приравнивая параметры уравнения (3) и характеристического уравнения (4) при заданных Т и С получим коэффициенты Т}=2СТ и Т2 =Т/2С.

Для системы ЧРЭП разомкнутая передаточная функция контура тока:

W^) = ^р) =-------------Г-К-------------- (5)

Щр) ТмТэр + (Гм + Тэ)р +1

где Ki - коэффициент передачи двигателя по току; Тм, Тэ - электромеханическая и электромагнитная постоянные электродвигателя.

В соответствии с (1-5), принимая ТмТэ = 0, передаточная функция регулятора тока для N-двигателя будет иметь вид:

W (р) =----------(Тм + Тэ)р +1---------------------------------. (6)

р"ЛУ' Км Kj К0т 2СГ(Тр/2С + 1)р Передаточная функция общего регулятора Wрс (р) (рис. 1)

синтезируется например, по методу технического оптимума, и представляет пропорционально-интегральный регулятор.

На рис. 2 представлены диаграммы действующих значений токов в относительных единицах двухдвигательного привода, полученные на модели, при работе без выравнивания и с выравниванием в среде МаЙаЬ-ЗшшНпк нагрузок.

I 01 I со

Рис. 2. Работа системы управления в режимах без выравнивания нагрузок (а) и с выравниванием нагрузок (б)

Математическое моделирование двухдвигательного электропривода конвертера показало, что при разбросе параметров электродвигателей до 15 % точность поддержания распределения токов между электродвигателями составила 2-3 %.

------------------------------------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бабокин Г.И., Шпрехер Д.М., Насонова Т.В. Исследование системы выравнивая нагрузок электропривода скребкового конвейера. // Г орный информационно-аналитический бюллетень. - М: МГГУ. 2004. №2. С. 307 - 310.

2. Бабокин Г.И., Насонова Т.В. Выбор системы привода скребкового конвейера. // Электроснабжение и Электросбережение. - Тула: Изв. ТулГУ. 2003. С. 26 - 28. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ------------------------------------------

Бабокин Г.И. - профессор, доктор технических наук, зав. кафедрой «Электротехника», заместитель директора по научной работе Новомосковского института ГОУ ВПО «РХТУ им. Д.И. Менделеева», Prorektor.sciense@nirhtu.ru Насонова Т.В. - старший преподаватель кафедры «Общетехнические дисциплины» Новомосковского института ГОУ ВПО «РХТУ им. Д.И. Менделеева».