Введение к работе
Актуальность темы исследования определяется растущим спросом на экономичные системы регулируемого электропривода, предназначенные для использования на подъемно-транспортных механизмах (ПТМ), выполняющих разнообразные погрузочно-разгрузочные операции. Электрооборудование ПТМ работает в сложных условиях, связанных с запыленностью воздуха, вибрациями, в ряде случаев с высокой температурой и повышенной влажностью. Режим работы систем электропривода интенсивный повторно - кратковременный с частыми пусками, реверсами и торможениями. В этих условиях наилучшим образом себя зарекомендовали системы электропривода, выполненные на базе асинхронного двигателя с фазным ротором (АД ФР). Однако широко применяемые в настоящее время системы параметрического управления пуском и регулированием частоты вращения АД ФР, неэкономичны и не удовлетворяют современным требованиям к динамическим показателям.
Перспективными энергосберегающими системами электропривода на базе АД ФР являются гибридные системы, построенные на базе частотного и параметрического с индукционным сопротивлением (ИС), а также частотного и каскадного электроприводов, обеспечивающих механические характеристики экскаваторного типа. Для распространения данных систем электропривода на ПТМ необходимо совершенствовать системы управления, обеспечить возможность работы в интенсивном повторно-кратковременном режиме.
Объектом исследования являются системы электропривода на базе асинхронного двигателя с фазным ротором, предназначенные для использования на подъемно-транспортных механизмах.
Целью работы является совершенствование систем асинхронного электропривода с частотным управлением, предназначенных для подъемно-транспортных механизмов, путём разработки новых схемных решений и алгоритмов управления, позволяющих осуществлять коррекцию моментообразую-щих переменных двигателя.
Идея работы заключается в разработке и исследовании новых систем асинхронного частотно-параметрического и частотно-каскадного электропривода, имеющих механические характеристики экскаваторного типа, с использованием принципа косвенного управления положением моментообразующих векторов переменных двигателя.
В ходе работы ставились и решались следующие задачи:
исследование динамических свойств двухдвигательного электропривода с упругой механической связью;
математическое моделирование динамических процессов в ЭМС ПТМ при различных системах управления электроприводом;
изучение влияния величины абсолютного скольжения на взаимное положение векторов переменных и момент асинхронного двигателя;
разработка и исследование системы частотного электропривода на базе АД ФР и ИС с заданием абсолютного скольжения и коррекцией задания для поддержания на заданном уровне, близком к л/4, угола между векторами тока статора и главного потокосцепления на основании обработки информации о мгновенных значениях фазных токов ротора и статора;
разработка двухдвигательного электропривода на базе АД ФР и ИС с параллельно подключенным к ИС вентильным блоком синхронизации скоростей двигателей;
- разработка исследование системы двухдвигательного частотно-
каскадного асинхронного электропривода, выполненной на базе инвертора на
пряжения, с синхронизацией скоростей двигателей.
Методы исследования: методы структурных преобразований теории автоматического управления, метод математического анализа динамических свойств систем, методы математического моделирования нелинейных динамических систем на ЦВМ с применением численных методов решения, методы экспериментального подтверждения.
Научная новизна:
установлено, что использование в системе двухдвигательного упругос-вязанного электропривода отрицательной обратной связи по разности скоростей двигателей оказывает такое же демпфирующее влияние на динамику системы, как и действие диссипативных сил вязкого трения;
разработана новая система частотного управления АД ФР с заданием абсолютного скольжения и поддержанием угла ф0 между векторами тока статора и главного потокосцепления на уровне, близком к л/4, отличающаяся от известных принципом работы и конструктивным выполнением блока коррекции абсолютного скольжения, вырабатывающего сигнал коррекции на основании сравнения заданного и вычисленного (по мгновенным значениям фазных токов статора и ротора) угла ф0 , за счет чего достигается минимизация тока статора при заданной величине момента;
- разработан и исследован двухдвигательный частотно-каскадный элек
тропривод для механизмов с упругими связями с улучшающей динамические
свойства системой синхронизации скоростей двигателей, реализуемой за счет
включения в цепи роторов двигателей мостовых выпрямителей с их параллель
ным подключением к общему потребителю энергии скольжения, отличающий
ся использованием в качестве потребителя энергии скольжения инвертора на
пряжения, питающего обмотку статора, и наличием каскадного блока, пере
дающего энергию скольжения в звено постоянного тока преобразователя часто
ты.
Практическая значимость:
предложено новое техническое решение, представляющее схему частотного управления АД ФР с ИС, выполненную на базе инвертора напряжения с релейным регулятором тока и устройством параллельной коррекции задания на абсолютное скольжение, обеспечивающее процесс регулирования частоты вращения асинхронного двигателя, с обеспечением заданного значения момента при минимальном значении тока статора;
улучшены динамические и энергетические показатели систем двухдви-гательного электропривода на базе АД ФР с синхронизацией скоростей двигателей за счет замены резисторного потребителя энергии на каскадный блок, позволяющий рекуперировать энергию скольжения в цепи статоров двигателей.
Достоверность полученных результатов подтверждается математическим обоснованием разработанных моделей, хорошей сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований с погрешностью 5-7%, сопоставимостью полученных результатов с положениями общей теории электропривода.
Реализация результатов работы.
Разработанная система управления электроприводом используется на предприятии ООО ЛПК «Новолит». Применение нового способа управления электроприводом позволило существенно снизить динамические нагрузки возникающие в ферме мостового крана и снизить количество пусков, реверсов и торможений на 15-20%. Ожидаемый экономический эффект составил 7104 рублей в год на каждой единице подъемно-транспортного оборудования. Также результаты, полученные в диссертации, используются в ГОУ ВПО Липецкий государственный технический университет. Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2010-2013 г.г.
На защиту выносятся:
результаты исследования и принцип коррекции динамических свойств электромеханических систем ПТМ с двухдвигательным электроприводом;
результаты аналитических исследований систем частотного управления асинхронным электроприводом, выявивших влияние величины абсолютного скольжения на взаимное положение векторов переменных и момент асинхронного двигателя;
результаты разработки и исследования системы частотного управления АД ФР и ИС, выполненной на базе инвертора напряжения с релейным регулятором тока, с коррекцией абсолютного скольжения в функции угла между векторами тока статора и главного потокосцепления, обеспечивающей наименьшую величину тока статора при заданном моменте двигателя;
результаты разработки и исследования двухдвигательного электропривода на базе АД ФР и ИС с параллельно подключенным к ИС вентильным блоком синхронизации скоростей двигателей;
- результаты исследования системы двухдвигательного частотно-
каскадного электропривода для механизмов с упругими связями с системой
синхронизацией скоростей двигателей, реализуемой за счет включения в цепи
роторов двигателей мостовых выпрямителей и их параллельного подключения
к общему каскадному блоку, осуществляющему передачу энергии скольжения в
общее звено постоянного тока преобразователя частоты.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
Всероссийской научно-технической конференции «Электроэнергетика, энергосберегающие технологии» Липецк, 20-30 апреля 2004г.;
Всероссийской научно технической конференции «Энергосбережение и энергоэффективные технологии 2004» ЛГТУ. Липецк 26-28.10.2004г.;
Международной научно-технической конференции «Энергетика и энергоэффективные технологии» 4-5октября 2007г.;
Межрегиональной научной конференции «Фундаментальная наука центральной России», Тамбов ТГТУ. 17-19 октября 2007г.;
Областной научной конференции «О научном потенциале региона и путях его развития» 2010 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, из них 2 работы в ведущих рецензируемых научных изданиях из Перечня ВАК России.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы и 14 приложений. Общий объём
диссертации - 190 страниц, в том числе 158 страниц основного текста, 87 рисунков, 8 таблиц, список литературы из 99 наименований.
