Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Анализ современного состояния буровых снарядов на грузонесущем кабеле и существующих электромеханических систем 10
1.1 Конструкции зарубежных колонковых электромеханических буровых снарядов на грузонесущем кабеле 10
1.2 Динамически уравновешенный буровой снаряд 15
1.3 Вентильные электродвигатели. 18
1.4 Погружные электродвигатели 20
1.5 Метод управления авторезонансными колебаниями и датчик скорости и положения ротора 26
1.6 Бездатчиковые способы управления вентильными электродвигателями 29
1.7 Грузонесущий кабель и его параметры 32
1.8 Практическое применение авторезонанса 35
Выводы к первой главе 36
ГЛАВА 2 Теоретические исследования резонансного вентильного электропривода возвратно-вращательного движения с бездатчиковой системой управления 39
2.1 Предварительные замечания 39
2.2 Математическая модель динамически уравновешенного бурового снаряда 39
2.3 Определение основных параметров динамически уравновешенного бурового снаряда 41
2.4 Расчёт упругого элемента 46
2.5 Электромагнитный момент вентильного электродвигателя в авторезонансном режиме работы 49
2.6 Энергетические и режимные параметры бурового комплекса с вентильным электродвигателем ВД16-117В5 54
2.7 Обоснование бездатчиковой системы управления авторезонансными колебаниями динамически уравновешенного бурового снаряда 57
2.8 Состав и параметры электротехнического бурового комплекса для бурения донных пород подледникового озера Восток 64
Выводы ко второй главе 66
ГЛАВА 3 Имитационное моделирование процессов динамически уравновешенного бурового снаряда с бездатчиковой системой управления вентильным электроприводом 69
3.1 Имитационная модель электромеханической системы динамически уравновешенного бурового снаряда с бездатчиковой системой управления вентильным электроприводом 71
3.2 Результаты имитационного моделирования 79
Выводы к третьей главе 85
ГЛАВА 4 Лабораторные исследования режимов работы динамически уравновешенного бурового снаряда с бездатчиковой системой управления вентильным электроприводом на физическом макете 86
4.1 Основные элементы лабораторной установки 86
4.1.1 Принципиальная электрическая схема лабораторного макета динамически уравновешенного бурового снаряда 89
4.1.2 Приводной электродвигатель
4.1.2 Упругий элемент 94
4.1.3 Лабораторный автотрансформатор 96
4.1.4 Инвертирующий трансформатор 96
4.1.5 Датчик напряжения 97
4.1.6 Датчики тока 98
4.1.7 Генератор импульсов 99
4.1.8 Источник питания для схемы управления 100
4.1.9 Схема формирования импульсов управления авторезонансными колебаниями
4.1.10 Компаратор и биполярные транзисторы схемы управления 103
4.1.11 Схема бездатчикового управления 106
4.1.12 Осциллограф АСК-2065 107
4.2 Экспериментальные исследования 112
4.2.1 Исследование замкнутой системы управления с датчиком скорости и положения ротора на холостом ходу 112
4.2.2 Исследование замкнутой бездатчиковой системы управления на холостом ходу 114
4.2.3 Исследование замкнутой системы управления с датчиком скорости и положения ротора с нагрузкой на буровой коронке 118
4.2.4 Исследование замкнутой бездатчиковой системы управления с нагрузкой на буровой коронке 120
Выводы к четвёртой главе 123
Заключение 125
Список литературы 128
- Динамически уравновешенный буровой снаряд
- Математическая модель динамически уравновешенного бурового снаряда
- Результаты имитационного моделирования
- Приводной электродвигатель
Введение к работе
Актуальность работы.
Активная разработка электротехнического комплекса для
бурения донных пород водоёмов на базе бурового снаряда на
грузонесущем кабеле в Горном университете началась с 1995 года
после открытия в Антарктиде под станцией Восток на глубине 3600-
4000 метров уникального озера. С достаточно высокой
определенностью стало очевидным, что после вскрытия этого озера
мировое научное сообщество поставит задачу взятия донных проб.
В то время силами ЛГИ и ААНИИ на станции Восток с 1970 года
проводилось глубинное бурение ледника с целью изучения строения
ледника и восстановления палеоклимата на Земле.
К моменту вскрытия озера Восток на глубине 3769,3 метра
5 февраля 2012 года работы по решению задачи бурения донных
пород озера значительно продвинулись. Разработаны и защищены
патентами РФ буровые динамически уравновешенные буровые
снаряды (ДУБС) на грузонесущем кабеле, алгоритмы и схемы
управления возбуждением и поддержанием авторезонансных
возвратно-вращательных движений ротора электродвигателя
привода колонковой трубы с буровой коронкой, датчик скорости и
положения ротора для управления возбуждением и поддержанием
авторезонансных колебаний ротора. Проведены теоретические и
лабораторные исследования динамических процессов в
электромеханической системе бурового снаряда. Отличительными
особенностями динамически уравновешенного бурового снаряда от
известных являются отсутствие редуктора и распорной системы,
воспринимающей реактивный момент при работе
породоразрушающего инструмента на забое (рисунок 11), что упрощает конструкцию и обеспечивает надежную работу снаряда в металлической обсадной колонне и на дне водоемов.
Актуальными задачами при дальнейшем совершенствовании разрабатываемого электротехнического бурового комплекса можно считать:
разработку методики определения электромагнитного момента серийного погружного вентильного электродвигателя в режиме резонансных возвратно-вращательных колебаний ротора по
номинальным параметрам этого электродвигателя при работе в паспортном вращательном режиме;
создание бездатчиковой системы управления
авторезонансными возвратно-вращательными движениями ротора вентильного электродвигателя при бурении донных пород водоёмов.
Решение этих задач позволит значительно упростить схему бурового электротехнического комплекса, исключив из конструкции бурового снаряда датчик скорости и положения ротора и высвободив в грузонесущем кабеле пару токоведущих жил, что при его длине 4500-4800 метров существенно. Решению указанных задач и посвящена настоящая работа. В литературных источниках работ по ДУБС не обнаружено кроме тех, которые выполнены в нашем университете.
Работа базируется на результатах исследований известных учёных Асташева В.К., Альтшуллера М.И., Блехмана И.И., Богданова А.А., Васильева Н.И., Горшкова Л.К., Загривного Э.А., Кудряшова Б.Б., Луковникова В.И., Ланда П.С., Нагаева Р.Ф., Тимошенко С.П., Усольцева А.А., Усынина Ю.С., Фоменко Ф.Н. и многих др.
Цель работы.
Обоснование методики определения потокосцепления статора серийного погружного вентильного электродвигателя в режиме авторезонансных возвратно-вращательных колебаний ротора по номинальным параметрам этого электродвигателя при работе его в паспортном режиме вращения и построение бездатчиковой системы управления авторезонансными колебаниями ротора электродвигателя.
Задачи исследования:
-
Анализ научно-исследовательских работ по изучению процессов в ДУБС с авторезонансным электроприводом (АРЭП);
-
Анализ известных бездатчиковых систем управления электроприводом и разработка вариантов бездатчикового управления авторезонансными электроприводами возвратно- вращательного движения (ЭПВВД);
-
Определение электромеханических параметров серийного вентильного электродвигателя в режиме резонансных возвратно-
вращательных колебаний ротора по номинальным параметрам этого электродвигателя при его работе в паспортном режиме;
-
Обоснование бездатчикового способа управления авторезонансными колебаниями вентильного электропривода;
-
Разработка имитационной модели и анализ режимов работы.
-
Модернизация лабораторного стенда и проведение экспериментальных исследований.
Идея работы.
Анализ равных по величине результирующих потокосцепле-ний статора серийного вентильного электродвигателя при использовании в авторезонансном и паспортном вращательном режиме позволяет получить зависимость тока авторезонансного режима от тока номинального паспортного вращательного режима работы, а анализ резонансных соотношений угла поворота и скорости поворота позволяет по наблюдаемым параметрам обеспечивать управление авторезонансными колебаниями.
Научная новизна.
-
Получение зависимостей электромагнитного момента и тока серийного вентильного электродвигателя в режиме резонансных возвратно-вращательных колебаний ротора от номинальных параметров при работе его в режиме вращения.
-
Обоснование структур бездатчиковых систем управления авторезонансными колебаниями динамически уравновешенного бурового снаряда.
Теоретическая и практическая значимость заключается в разработке:
-
Алгоритмов и схем, реализующих бездатчиковую систему управления авторезонансным вентильным электроприводом динамически уравновешенного бурового снаряда на грузонесущем кабеле;
-
Физического макета бурового электротехнического комплекса на основе ДУБС на грузонесущем кабеле с бездатчиковой системой управления колебаниями авторезонансного вентильного электропривода.
Методология и методы исследований.
Теоретические исследования, имитационное моделирование
электромеханической системы с использованием приложения
Simulink пакета прикладных программ Matlab, анализ полученных
результатов. Экспериментальные исследования режимов работы
макета ДУБС на лабораторном стенде с разработанной
бездатчиковой системой управления авторезонансным вентильным
электроприводом возвратно-вращательного движения, анализ
полученных результатов.
Обоснованность и достоверность научных положений,
выводов и результатов основывается на применении известных
положений теоретической электромеханики, теории
автоматизированного электропривода, методов моделирования с помощью компьютерных программ. Сходимость результатов теоретических и экспериментальных исследований не хуже 90-95 %.
Апробация работы. Результаты теоретических и
экспериментальных исследований обсуждались на ежегодных
конференциях молодых ученых СПГУ в 2012-2014 г., на научных
семинарах кафедры электроэнергетики и электромеханики
«Национального минерально-сырьевого университета «Горный», на международной конференции «Биогеохимические, биофизические и астробиологические исследования на российской станции «Восток» в Антарктиде: заделы и перспективы» 25-27 сентября 2015 года.
Личный вклад автора:
-
Проведена модернизация лабораторного физического макета ДУБС на основе вентильного электродвигателя для работы в авторезонансном режиме.
-
Получена зависимость номинального тока серийного вентильного электродвигателя в режиме резонансных возвратно-вращательных колебаний ротора от тока номинального режима вращения.
-
Реализованы и исследованы бездатчиковые системы управления авторезонансным электроприводом ДУБС на грузонесущем кабеле.
-
Разработана имитационная модель ДУБС и проведены сравнительные исследования различных режимов работы.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 95 наименований, 76 рисунков и 22 таблицы. Общий объем 139 страниц.
Динамически уравновешенный буровой снаряд
Для вращения магнитного поля статора фазные обмотки переключают таким образом, чтобы вектор магнитного потока статора находился перед потоком ротора. Таким образом, как и в синхронных двигателях, ротор вращается вслед за магнитным полем статора с синхронной частотой.
Порядок подключения фаз или секций обмоток статора к источнику питания осуществляется в зависимости от положения ротора относительно осей подключаемых фаз. Эта информация как раз и поступает с датчика положения ротора на систему управления. Система управления формирует сигналы, которые включают и отключают ключи соответствующих фазных обмоток или секций в необходимой последовательности. Таким образом, когда при повороте ротора он занимает определённое положение, происходит переключение статорных обмоток. В результате вектор магнитного потока статора поворачивается на следующий шаг, а ротор вращается за ним с синхронной частотой [81].
Конструктивно погружные маслозаполненые электродвигатели (ПЭД) отличаются от асинхронных двигателей традиционного исполнения. Их главное отличие – это отношение длины статора к его наружному диаметру; у ПЭД оно составляет 5-8 вместо 1-2 у обычных асинхронных электродвигателей. Это вызывает эксцентриситет ротора и неравномерную магнитную индукцию во всём воздушном зазоре, что приводит к появлению высших временных и пространственных гармоник потока. Из-за малого диаметра ротора относительно его длины индукция в его спинке может достигать предельных значений (2 Тл), а сам магнитный поток замыкается через массивное тело вала ротора. Всё это способствует росту потерь на гистерезис и вихревые токи. Так же большое отношение длины ротора к его диаметру приводит к увеличению поперечных токов в роторе, что приводит к росту потерь [77]. Погружные электродвигатели обычно используются для привода погружных центробежных насосов для добычи нефти. Обычно это маслонаполненные асинхронные короткозамкнутые электродвигатели, которые предназначены для работы в пластовой жидкости в вертикальном положении на глубине до 2000 метров. Наружный диаметр корпуса таких двигателей составляет, как правило, 103, 117, 123 мм. Он определятся внутренним диаметром обсадной колонны и необходимым зазором между ней и электродвигателем, конструкцией и размерами кабельного ввода, толщиной питающего кабеля и обычно берётся на 10-20 мм меньше внутреннего диаметра обсадной колонны. При этом длина электродвигателя может достигать 6-8 метров для односекционной конструкции, а для двухсекционной конструкции - 16 метров. Внутриполостное пространство электродвигателя заполняется маслом высокой диэлектрической прочности [77]. Накопленный в середине прошлого века опыт разработки, испытаний и эксплуатации забойных электродвигателей на трубах и на кабеле привел к ошибочному мнению о непреодолимых технических трудностях широкого практического освоения электробурения скважин, особенно малого диаметра. Основными недостатками этой технологии считались неизбежные потери напряжения вследствие негерметичных соединений, трудности в процессе эксплуатации бурильных труб и проложенных в них кабелей, а так же большие финансовые затраты. Ещё бурение на электрическом кабеле связано с труднорешаемыми задачами промывки и компенсации реактивного момента. Кроме того, чтобы обеспечить достаточную мощность электродвигателя при уменьшении диаметра скважины необходимо увеличить количество его секций, а, следовательно, его общую длину [77].
В 1980 годах в СССР серийно выпускались погружные электродвигатели серии ПЭД-БВ5 с номинальной мощностью 32, 45, 63, 90 и 125 кВт с напряжением питания 2000 В и частотой 50 Гц. Эти двигатели изготовлены с применением оригинальных в то время конструктивных решений, прогрессивных технологий и новых материалов. В процессе работы электродвигатель охлаждается потоком пластовой жидкости вокруг его корпуса, а циркуляция масла внутри двигателя способствует равномерному распределению температуры по всей его длине.
Для уменьшения потерь электроэнергии в питающем кабеле при его большой длине применяются двигатели с повышенным напряжением питания и меньшей силой тока.
С целью повышения надёжности отечественной промышленностью была разработана и освоена в производстве унифицированная серия ПЭД (УПЭД). Она также отличается снижением металлоемкости конструкции и удобством эксплуатации. Эти электродвигатели могут эксплуатироваться в тяжёлых условиях при температуре окружающей среды до 110С при тех же габаритах (таблица 1.1).
Математическая модель динамически уравновешенного бурового снаряда
На первом этапе необходимо наличие какой-либо информации об объекте исследования. Исследовательские возможности модели объясняются тем, что она воспроизводит, имитирует или как-либо отображает определённые свойства исследуемого объекта. При этом вопрос о точности и идентичности оригинала и модели требует отдельного рассмотрения. Следует учитывать, что модель теряет своё значение как при абсолютном сходстве с оригиналом исследуемого объекта (тогда она перестает быть моделью), так и при значительных отличиях от оригинала в основных свойствах. Таким образом, исследование одних свойств объекта сопровождается отказом от других, менее важных для исследователя. Поэтому каждая модель соответствует оригиналу только в строго ограниченном смысле. Следовательно, что для каждого объекта исследования должно быть создано несколько «специализированных» моделей, которые будут отражать некоторые определённые свойства объекта или характеризовать его с различной долей точности. На втором этапе сама модель уже является самостоятельным объектом для исследований и экспериментов. При этом, например, намеренно изменяются и регулируются различные условия функционирования модели и собираются параметры её поведения. В результате появляется множество информации об исследуемой модели.
На третьем этапе полученная во время исследований информация переносится на оригинал, которая формирует значительный объём знаний об исследуемом объекте. При этом «язык» модели переходит на «язык» оригинала. Однако в процессе переноса знаний необходимо, чтобы знания о модели были скорректированы относительно тех свойств оригинала, которые не были учтены в модели или были изменены.
На четвёртом этапе проходит практическая проверка результатов, полученных с помощью модели. По полученной информации строится обобщающая теория исследуемого объекта, его преобразований и управления им.
Моделирование – процесс циклический. После первого прохождения четырёхэтапного цикла могут последовать второй, третий, четвёртый и так далее. В результате модель постепенно уточняется и знания об исследуемом объекте расширяются. При этом ошибки и неточности в модели, обнаруженные при моделировании, могут быть исправлены при последующих итерациях [14, 43].
В настоящее время моделирование применяется практически во всех областях человеческой деятельности. Разработаны, например, различные модели производства автомобилей, выращивания пшеницы, функционирования отдельных органов человека, последствий атомной войны и прочие. В будущем для каждого объекта или системы будут построены свои модели. Поэтому при реализации любого технического или организационного проекта необходимо построить его модель. 3.1 Имитационная модель электромеханической системы динамически уравновешенного бурового снаряда с бездатчиковой системой управления вентильным электроприводом Имитационная модель для исследования авторезонансных режимов работы ДУБС на грузонесущем кабеле с бездатчиковой системой управления вентильным электроприводом построена на основе дифференциальных уравнений Лагранжа второго рода для электромеханической системы. Процесс моделирование производился с помощью пакета прикладных программ MatLab SimuLink – это набор программ и графическая среда для имитационного моделирования, в которой с помощью блоков в виде направленных графов из ряда внутренних библиотек можно разрабатывать динамические модели различных типов, например, дискретные, непрерывные, гибридные, нелинейные и другие системы [43]. Моделирование в Simulink осуществляется по принципу визуального программирования. Согласно нему пользователь создает модель системы из библиотеки стандартных блоков. При этом пользователю не обязательно досконально знать язык программирования и численные методы математики. Чтобы построить модель достаточно основных знаний о работе на компьютере и, конечно, знаний в предметной области, в которой он разработка [43].
Представленная ниже имитационная модель разрабатывалась для решения следующих задач: 1. Исследование установившихся авторезонансных колебаний электромеханической системы на холостом ходу и при номинальной нагрузке. 2. Исследование нормальных и аварийных режимов работы ДУБС при различных видах нагрузки на буровой коронке (сухое, вязкое трение и их комбинация в различных пропорциях). 3. Проводить сравнительный анализ режимов работы ДУБС с нагрузкой в виде сухого и эквивалентного вязкого трения с целью упрощения имитационной модели. 4. Исследовать поведение ДУБС с бездатчиковой системой управления и проводить её сравнительные исследования с имитированной системой управления с датчиком скорости и положения ротора. Исследование режимов работы электромеханической системы ДУБС включает в себя следующие этапы: 1) исследование нормального режима работы в режиме авторезонансных колебаний с номинальной нагрузкой при различных способах управления; 2) исследование аварийного режима работы при «заклинивании» статорной части бурового снаряда; 3) исследование аварийного режима при «заклинивании» роторной части бурового снаряда («бесконечная» нагрузка на коронке); Движение статорной и роторной части динамически уравновешенного бурового снаряда на грузонесущем кабеле с вентильным электроприводом в виде, удобном для имитационного моделирования, описывается системой уравнений (3.1):q
Результаты имитационного моделирования
Для отображения сигнала используются специальные интерполяторы типа sin(x)/x. Во многих моделях современных цифровых осциллографов есть технические проблемы, связанные с реализацией данного интерполятора. Анализ работы интерполятора в цифровом осциллографе Актаком АСК-2065 показывает, что интерполяция сигнала осуществляется идеально и прибор имеет архитектуру, не снижающую частоту дискретизации при работе на 2 канала.
В цифровом осциллографе Актаком АСК-2065 для подавления помех и анализа сигналов имеются 4 вида цифровых фильтров: низких частот (НЧ), высоких частот (ВЧ), режективный и полосовой. Полосу фильтрации можно регулировать.
В цифровом осциллографе Актаком АСК-2065 предусмотрена возможность математических действий между каналами: сложение, вычитание, умножение и инверсия.
Функция БПФ может, например, применяться для анализа колебаний, измерения коэффициента гармоник, может, также, использоваться для измерения шумовых характеристик источников питания и т.п. В цифровом осциллографе Актаком АСК-2065 - 5 видов окон БПФ: прямоугольный, Hanning, Hamming, Blackman, Flattop.
В цифровом осциллографе Актаком АСК-2065 имеется 3 режима курсорных измерений: ручной, слежение, имитация автоизмерений. Кроме того, предусмотрено 28 автоизмерений: 12 в амплитудной и 16 во временной и частотных областях. В числе данных 28-ми автоизмерений есть и уникальные для данного класса приборов, такие, например, как: измерение разности фаз, измерение задержки во времени между сигналами по разным каналам и др.
В цифровом осциллографе Актаком АСК-2065 данная функция позволяет отслеживать изменения сигнала, определяя, находится ли сигнал внутри заранее заданной области маски или нет. Маску можно, как задавать самим, так и загружать из внутренней памяти или с внешнего USB-носителя. Результаты работы данного режима отображаются, по желанию, на экране и/или со звуковым оповещением.
Цифровой осциллограф Актаком АСК-2065 предлагает разнообразные режимы запуска: по фронту, по спаду, по длительности импульса (8 условий), от видеосигнала (PAL/SECAM, NTSC), чередование каналов. Для всех режимов запуска источником запуска могут быть: канал 1, канал 2, AC, внешний, внешний/5, поочередный.
В цифровом осциллографе Актаком АСК-2065 режим усреднения служит для уменьшения отображаемого белого шума в цифровых осциллографах Актаком. Число регистраций, в этом режиме, можно устанавливать от 2 до 256.
Режим самописца в цифровом осциллографе Актаком АСК-2065 доступен при коэффициентах развертки 500мс/дел и медленнее. Форма сигнала обновляется справа налево. Это удобно для наблюдения низкочастотного сигнала и, фактически, является аналогом ленточного самописца
Режим X-Y в цифровом осциллографе Актаком АСК-2065 отображает соотношение напряжения сигнала канала 1 по горизонтальной оси и напряжения сигнала канала 2 по вертикальной оси. Полезен для изучения соотношения фаз 2-х сигналов.
В цифровом осциллографе Актаком АСК-2065 можно сохранять осциллограммы и профили настроек не только во внутреннюю память (10 осциллограмм и 10 профилей настроек), но и во внешнюю память – USB носитель. Профили сохраняются в формате -".stp", осциллограммы - ".wfm". Кроме того, результаты можно задокументировать в графическом формате ".bmp", а данные сохранить в табличной форме ".csv".
Сохранение, как, впрочем, и загрузка сохраненных осциллограмм и профилей настроек осуществляется при помощи полноценной файловой системы. Любому файлу можно присвоить свое оригинальное имя и файловая система автоматически установит дату и время сохранения файла. Это очень удобная особенность, которая реализована далеко не во всех осциллографах других производителей.
Кроме возможности сохранения через файловую систему, имеется возможность быстрого сохранения экрана посредством специальной кнопки расположенной на передней панели осциллографа. Вместо подключения USB-накопителя также предусмотрена возможность подключения к данному интерфейсу и USB-принтера с возможностью выбора параметров печати: монохромный или цветной режим.q
Приводной электродвигатель
При замкнутой бездатчиковой системе управления сигнал на компаратор схемы формирования импульсов управления авторезонансными колебаниями поступает со схемы бездатчикового управления БУ (рисунок 4.2), в которой определяется момент остановки ротора по току и напряжению. Работа замкнутой системы с бездатчиковой системой управления полностью соответствует режиму авторезонансных колебаний. Сопротивления R3, R4, R5 подключаются параллельной вторичной обмотке трансформатора Т, а сопротивления R11, R13, R14 подключаются параллельно проволочному сопротивлению Rт, которое в свою очередь включено в цепь последовательно со статорными обмотками вентильного электродвигателя. Таким образом, формируются сигналы, пропорциональные напряжению и току вторичной обмотки соответственно. Их величина и пропорции регулируются друг относительно друга потенциометрами R16, R13 и R7,17.
Параметры основных величин, измеренные аналоговыми контрольно-измерительными приборами, представлены в таблице 4.12:
На рисунке 4.24 совмещены управляющие импульсы (красный) и сигнал с датчика скорости и положения ротора (синий), который включен для контроля фазовых соотношений. Очевидно, что схема бездатчикового управления авторезонансными колебаниями вентильного электропривода формирует управляющие импульсы, которые с достаточной точностью совпадают с нулевыми точками датчика скорости (точками реверса электромагнитного момента электродвигателя).
На рисунке 4.37 совмещены осциллограммы напряжения, подаваемого на вход компаратора со схемы БСУ, определяющей момент остановки ротора по току и напряжению на вторичной обмотке Uбс (с сопротивления R13 на рисунке 4.2) и сигнал с датчика скорости и положения ротора UДС.
Исследование замкнутой системы управления с датчиком скорости и положения ротора с нагрузкой на буровой коронке
Для исследования работы ДУБС под нагрузкой в конструкции лабораторного физического макета предусмотрены цементные забои различной плотности. Так же могут применяться материалы различной формы и плотности. При исследовании систем управления под нагрузкой производилось бурение красного полнотелого кирпича марки М150.
Параметры основных величин, измеренные аналоговыми контрольно-измерительными приборами приборами, представлены в таблице 4.13: По результатам исследований получены следующие осциллограммы основных параметров, представленные на рисунке 4.26: 1. напряжение с обмоток датчика скорости и положения ротора Uдс. Используется для контроля. На рисунке 4.2 место измерения обозначено датчиком напряжения DV3. 2. напряжение U2 и ток I2 на вторичной обмотке трансформатора. На рисунке 4.2 место измерения обозначено датчиком напряжения DV2 и датчиком тока DA3 соответственно. 3. напряжение U1 и ток I1 на первичной стороне трансформатора. На рисунке 4.2 место измерения обозначено датчиком напряжения DV1 и датчиком тока DА1 соответственно. 4. напряжение UVS1 и ток IVS1 на тиристоре VS1. На рисунке 4.2 место измерения обозначено датчиком напряжения DV6 и датчиком тока DА2 соответственно. Рисунок 4.26 - 1) напряжение с обмоток датчика скорости и положения ротора, 2) напряжение вторичной обмотки трансформатора, 3) ток вторичной обмотки трансформатора, 4) напряжение на первичной стороне трансформатора, 5) общий ток на первичной стороне трансформатора, 6) напряжение на тиристоре VS1, 7) ток тиристора VS1. Напряжение на коммутирующем конденсаторе Uc представлено на рисунке 4.27. Рисунок 4.27. Осциллограмма напряжения на коммутирующем конденсаторе Ск На рисунке 4.28 совмещены управляющие коммутацией тиристоров импульсы (UVT1, UVT2) и сигнал напряжения датчика скорости и положения ротора (UДС), который используется для контроля фазовых соотношений.
По результатам исследований получены следующие осциллограммы основных параметров, представленные на рисунке 4.29: 1. напряжение с обмоток датчика скорости и положения ротора Uдс (используется для контроля) и напряжение, снимаемое с сопротивления R15 бездатчиковой системы управления Uбс (рисунке 4.2), которое подаётся на вход компаратора и соответственно, по которому и происходит управление авторезонансным режимом работы. На рисунке 4.2 места измерений обозначены датчиками напряжения DV3 и DV5. 2. напряжения U2 и ток I2 на вторичной обмотке трансформатора. На рисунке 4.2 места измерений обозначены датчиком напряжения DV2 и датчиком тока DA3. 3. напряжение U1 и ток I1 на первичной стороне трансформатора. На рисунке 4.2 место измерения обозначено датчиком напряжения DV1 и датчиком тока DА1. 4. напряжение UVS1 и ток IVS1 на коммутирующем тиристоре VS1. На рисунке 4.2 место измерения обозначено датчиком напряжения DV6 и датчиком тока DА2 соответственно. Рисунок 4.29 - 1) напряжение с обмоток датчика скорости и положения ротора, 2) напряжение, подаваемое на вход компаратора от БСУ, 3) напряжение вторичной обмотки трансформатора, 4) ток вторичной обмотки трансформатора, 5) напряжение на первичной стороне трансформатора, 6) общий тока на первичной стороне трансформатора, 7) напряжение на тиристоре VS1, 8) ток тиристора VS1. Напряжение на коммутирующем конденсаторе Uc представлено на рисунке 4.30. На рисунке 4.31 совмещены управляющие импульсы (красный) и сигнал с датчика скорости и положения ротора (синий), который включен для контроля фазовых соотношений. Очевидно, что схема бездатчикового управления авторезонансными колебаниями вентильного электропривода формирует управляющие импульсы, которые с достаточной точностью совпадают с нулевыми точками датчика скорости (точками реверса электромагнитного момента электродвигателя).