CC BY
47
УДК 62-543.2: 624.191.94 Д.В. Зедгенизов
СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТНЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ТОННЕЛЬНОГО ВЕНТИЛЯТОРА МЕТРОПОЛИТЕНА
Семинар № 13
Л ля обеспечения эффективного управления вентиляционным режимом станций метрополитена мелкого заложения необходимо оперативно изменять производительность станционных вентиляторов [1, 2].
Функциональная схема системы автоматического управления производительностью станционного вентилятора (САУ В) приведена на рис. 1.
Устройство управления по сигналу задания требуемого расхода воздуха и3д и сигналу обратной связи с датчика иоС формирует сигналы управления из на преобразователь частоты, вследствие чего изменяется скорость вращения вала электродвигателя. При изменении частоты вращения вала электродвигателя возникают колебания давления вентилятора РВ. При этом в сети изменяется расход воздуха Р, который контролируется соответствующим датчиком.
Система электропривода тоннельного вентилятора испытывает возмущения ДР со стороны вентиляционной сети при прохождении поезда по тоннелю, в который вентилятор нагнетает воздух. Эти возмущения вызваны поршневым эффектом движущихся поездов, который характеризуется периодическими импульсами давления и изменением аэродинамического сопротивления тоннеля при прохождении поезда.
Преобразователь частоты осуществляет регулирование частоты тока статора электродвигателя вентилятора в зависимости от сигнала задания. Скорость вращения ротора определяется частотой тока статора и изменяется не мгновенно, поэтому с достаточной степенью точности передаточную функцию ПЧ можно записать в следующем виде:
^пч (Р) = КПЧ ' Т ~ 1,
Т • Р+1
где Кпч - коэффициент преобразователя частоты, К - коэффициент передачи, который характеризует степень изменения скорости вращения вала вентилятора при изменении частоты тока статора двигателя; Т - постоянная времени, характеризующая инерционность разгона вентилятора.
Станционный вентилятор. Регулирование производительности вентилятора осуществляется изменением частоты вращения электропривода. Семейство аэродинамических характеристик вентилятора при номинальной частоте вращения представлены на рис. 2.
Кривые 1, 2, 3 представляют собой характеристики участка вентиляционной сети при различных аэродинамических сопротивлениях. Характеристика 2 соответствует режиму с
Рис. 1 Функциональная схема системы автоматического управления производительностью станционного вентилятора: УУ - устройство управления; ПЧ - преобразователь частоты питающего напряжения; АО - аэродинамический объект (вентиляционная сеть)
номинальным аэродинамическим сопротивлением. Характеристики 1 и 3 соответствуют режиму при изменении аэродинамического сопротивления вентиляционной сети, вследствие поршневого эффекта. При регулировании частоты вращения вала электродвигателя семейство аэродинамических характеристик вентилятора смещается по характеристике сети 2 к началу координат.
При выбранном способе регулирования производительности вентилятора его передаточная функция представляет собой коэффициент усиления.
Аэродинамический объект характеризует взаимосвязь расхода воздуха в тоннеле с изменением давления на участке. Математической моделью аэродинамического объекта является апериодическое звено первого порядка, передаточная функция которого запишется в виде:
К
А
(Р) = Т + Г
Та • р +1
где Та - постоянная времени участка вентиляционной сети; Ка - коэффициент усиления, определяемый по аэродинамическим характеристикам вентилятора.
Возмушаюшее воздействие.
Основными возмущающими воздействиями, определяющими необходимый воздухообмен, являются тепловыделения от пассажиров и поездов и аэродинамические возмущения (перекрытие поездами сечения тоннеля, возникновение циркуляционных потоков от поршневого действия движущихся поездов и т. д.)
Структурная схема САУ В приведена на рис. 3.
Таким образом, математическое описание САУ В с регулируемой частотой вращения электропривода может быть записано в виде:
К ( р)=
"в (Р)
= К
^пч (р) =
А( р)
из г (Р)
В
= К
пч
Ж, (р) = "В(Р)
К,
Ка (р) =
А(р) р •т, +1
а (р)
рв ( р)
Р • ТА + 1
Ж
Д
(р) = иос
(Р)
= К
Д
О( р)
О(Р) = Ов (Р) ±Абп (р)-
Рис. 2. Аэродинамические характеристики вентиляторного агрегата ВО-21ВК: Рв
- статическое давление вентилятора (Па), 0в - производительность вентилятора (м3/с).
Рис. 3 Структурная схема системы автоматического управления производительностью станционного вентилятора
Исследуемая система не содержит существенных нелинейностей и разноинерционных элементов (Т = 9 сек., ТА = 2,2 сек.), принадлежит к классу одноканальных систем, функ-
ционирующих в режиме слежения или отработки входного воздействия, поэтому при синтезе управляющих алгоритмов был использован частотный метод.
Результаты численного моделирования переходных процессов по управляющему воздействию приведены на рис. 4.
1. Зедгенизов Д.В. Новый подход к управлению проветриванием метрополитенов мелкого заложения // Горный информационно-аналитический бюллетень. Тематическое приложение "Безопасность". М. МГГУ. - 2005. - С. 312 - 323.
Рис. 4. Переходные процессы САУ В по управляющему воздействию
Выводы:
1. Разработана математическая модель объекта «станционный вентилятор с регулируемой частотой вращения - участок вентиляционной сети метрополитена», необходимое для проведения синтеза алгоритмов управления возду-хораспределением в вентиляционной сети линии метрополитена.
2. С применением частотного метода выполнен синтез алгоритмов управления производительностью станционного вентилятора.
3. Численным экспериментом подтверждена
і, с адекватность предложен-
ной математической модели системы автоматического управления станционным вентилятором с регулируемой частотой вращения.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Зедгенизов Д.В. Формирование алгоритмов управления воздухораспределени-ем в вентиляционной сети метрополитена // Материалы VIII школы-семинара молодых ученых «Математическое моделирование и информационные технологии», Иркутск. -2006. -С.64 -68. ЕШ
— Коротко об авторе --------------------------------------------------------------
Зедгенизов Д.В. - кандидат технических наук, Институт горного дела СО РАН, г. Новосибирск.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 13 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. Л.Д. Певзнер.
