Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Разработка и исследование электропривода основных механизмов экскаваторов по системе НПЧ-АД на базе эквивалентных шестипульсных схем Греков Эдуард Леонидович

Разработка и исследование электропривода основных механизмов экскаваторов по системе НПЧ-АД на базе эквивалентных шестипульсных схем
<
Разработка и исследование электропривода основных механизмов экскаваторов по системе НПЧ-АД на базе эквивалентных шестипульсных схем Разработка и исследование электропривода основных механизмов экскаваторов по системе НПЧ-АД на базе эквивалентных шестипульсных схем Разработка и исследование электропривода основных механизмов экскаваторов по системе НПЧ-АД на базе эквивалентных шестипульсных схем Разработка и исследование электропривода основных механизмов экскаваторов по системе НПЧ-АД на базе эквивалентных шестипульсных схем Разработка и исследование электропривода основных механизмов экскаваторов по системе НПЧ-АД на базе эквивалентных шестипульсных схем Разработка и исследование электропривода основных механизмов экскаваторов по системе НПЧ-АД на базе эквивалентных шестипульсных схем Разработка и исследование электропривода основных механизмов экскаваторов по системе НПЧ-АД на базе эквивалентных шестипульсных схем Разработка и исследование электропривода основных механизмов экскаваторов по системе НПЧ-АД на базе эквивалентных шестипульсных схем Разработка и исследование электропривода основных механизмов экскаваторов по системе НПЧ-АД на базе эквивалентных шестипульсных схем Разработка и исследование электропривода основных механизмов экскаваторов по системе НПЧ-АД на базе эквивалентных шестипульсных схем Разработка и исследование электропривода основных механизмов экскаваторов по системе НПЧ-АД на базе эквивалентных шестипульсных схем Разработка и исследование электропривода основных механизмов экскаваторов по системе НПЧ-АД на базе эквивалентных шестипульсных схем
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Греков Эдуард Леонидович. Разработка и исследование электропривода основных механизмов экскаваторов по системе НПЧ-АД на базе эквивалентных шестипульсных схем : диссертация ... кандидата технических наук : 05.09.03.- Самара, 2003.- 235 с.: ил. РГБ ОД, 61 03-5/3028-3

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Разработки экскаваторных электроприводов по системе НПЧ-АД 20

1.1. Характеристики основных механизмов экскаваторов 20

1.2. Разработки, удовлетворяющие требованиям к экскаваторному электроприводу 29

1.3. Сравнение силовых схем тиристорных НПЧ 32

1.4. Разработки и исследования частотно-регулируемых асинхронных приводов 37

1.5. Задачи работы 42

Глава 2. Математическое моделирование систем НПЧ-АД 43

2.1. Общие положения 43

2.2. Моделирование асинхронного двигателя и механизма 43

2.3. Построение модели реверсивного трехфазного трехпульсного тиристорного преобразователя 49

2.4. Построение модели НПЧ на базе схемы Завалишина 52

2.5. Построение модели НПЧ-АД на базе кольцевой схемы 61

2.6. Доказательство адекватности построенных моделей 65

2.7. Спектральный анализ выходного тока и напряжения НПЧ 74

2.8. Выводы по главе 81

Глава 3. Анализ силовых схем НПЧ 83

3.1. Общие положения 83

3.2. Регулировочные характеристики преобразователя в схеме Завалишина 84

3.3. Выбор максимальной допустимой индуктивности сети в схеме Завалишина 95

3.4. Совместная работа преобразователей в кольцевой силовой схеме 103

3.5. Регулировочные характеристики кольцевой схемы 112

3.6. Выбор максимальной индуктивности сети в кольцевой схеме 114

3.7. Короткие замыкания в кольцевом преобразователе 116

3.8. Построение силовой схемы кольцевого преобразователя и фазировка СИФУ 119

3.9. Загрузка вентилей в схемах НПЧ 119

3.10. Разработка устройств, повышающих надежность работы НПЧ 122

3.11. Сравнительный анализ электроприводов ТВ-Г-Д и НПЧ-АД по потерям 131

3.12. Выводы по главе 141

Глава 4. Системы управления электроприводом НПЧ-АД 143

4.1. Общие сведения 143

4.2. Системы электропривода с обратной связью по скорости 144

4.3. Системы электропривода с обратной связью по модулю ЭДС 157

4.4. Система управления с обратной связью по вычисленному потоку 166

4.5. Ограничение моментов в электроприводе НПЧ-АД 174

4.6. Расширение диапазона нагрузок 179

4.7. Выводы по главе 181

Глава 5. Микропроцессорное управление тиристорными преобразователями 183

5.1. Общие положения 183

5.2. Реализация цифрового СИФУ для преобразователя постоянного тока 184

5.3. Реализация цифрового СИФУ для преобразователя переменного тока 201

5.4. Разработка цифровой структуры управления 204

5.5. Выводы по главе 210

Глава 6. Применение разработок 211

6.1. Электропривод длинноходовой глубинной насосной установки 211

6.2. Комплектный электропривод по системе НПЧ-АД 215

6.3. Модульный тиристорный преобразователь с микропроцессорным управлением 218

Заключение 220

Список литературы

Введение к работе

Технологический процесс добычи полезных ископаемых состоит из следующих операций. На первой бурятся взрывные скважины и горные породы разрушаются при помощи взрыва. Разрушенная порода и руда грузятся в транспортные средства экскаваторами. Затем руда транспортируется на горнообогатительную фабрику. В зависимости от прочности и удельного веса грунта применяют различного вида экскаваторы. Карьерные одноковшовые экскаваторы имеют укороченную стрелу и лопату повышенной прочности и используются для разработки взорванных скальных грунтов, тогда как для более легких пород применяются экскаваторы драглайны, которые, напротив, имеют удлиненную стрелу.

Наиболее распространенной машиной среди экскаваторов с механическим оборудованием прямой лопатой, применяющаяся в основном для добычи строительных материалов (щебенка, песок и т.д.), является экскаватор ЭКГ-4,6 и его модификация ЭКГ-5. По данным, приведенным в /2/, на предприятиях Рудпрома их количество составляет 213 и 209 соответственно. На горно-обогатительных комбинатах (ГОКах) наиболее массовой машиной является ЭКГ-8И, количество которых по данным «Рудпрома» составляет 700 /2/. Среди вскрышных экскаваторов драглайнов распространенными являются машины ЭШ-6/45 и ЭШ-10/70.

К электроприводам основных механизмов одноковшовых экскаваторов с оборудованием прямой лопатой относят привода подъема, напора и поворота. Для драглайнов, у которых отсутствует механизм напора, к этой группе относят и привод тяги. Работа данных механизмов характеризуется интенсивным повторно-кратковременным режимом с наличием динамических и тормозных моментов.

Наиболее рациональной и надежной системой электропривода для основных электроприводов экскаваторов до сегодняшнего дня является система генератор-двигатель (Г-Д). Для регулирования возбуждения генераторов применяются в более ранних системах электроприводов магнитные усилители (МУ), а в наиболее современных отечественных и импортных системах управления - тиристорные или транзисторные возбудители. Разработка (и модернизация) электроприводов экскаваторов с использованием эффективных научно-технических разработок повышает производительность машин, а также продлевает срок службы механического оборудования по сравнению с системами, использующими в качестве возбудителей МУ, за счет более совершенных динамических и статических характеристик.

Большинство машин, работающих на открытых разработках, эксплуатируется с морально и физически устаревшим электрическим оборудованием, то есть по системе МУ-Г-Д и требует модернизации, которая на сегодняшний момент возможна по трем направлениям:

  1. применение более современных возбудителей генераторов, не требующее замены двигателей и силового агрегата;

  2. построение системы тиристорный преобразователь - двигатель постоянного тока (ТП-Д), не требующее замены последнего. Силовой агрегат в составе синхронного (асинхронного) двигателя и генераторов приводов заменяется на мощные реверсивные тиристорные преобразователи.

  3. применение системы преобразователь частоты - асинхронный двигатель (ПЧ-АД), требующее замены всей электрической части.

Охарактеризуем тенденции и существующие разработки по каждому из трех приведенных направлений модернизации.

В качестве возбудителей для генераторов на сегодняшний момент наиболее распространенными являются реверсивные тиристорные выпрямители. Модернизация такого вида электроприводов является наиболее рентабельной в условиях дефицита средств и позволяет за счет замены только части оборудования добиться увеличения эффективности работы. В то же время, как показывают тенденции развития горно-добывающей промышленности, система Г-Д становится все менее эффективной по сравнению с другими системами в плане уменьшения износа оборудования, повышения производительности и уменьшения энергозатрат.

Разработанная научной группой кафедры электропривода МЭИ под руководством профессора Ключева В.И. серия унифицированных модульных экскаваторных преобразователей ПТЭМ-1Р максимально приспособлена к тяжелым условиям эксплуатации оборудования на экскаваторах и обладает высокими технико-экономическими показателями 121, /31/, /38/, /65/, /87/. Основной отличительной особенностью разработанных преобразователей, выгодно представляющих их по сравнению с другими разработками, является концепция моноблока, подразумевающая отсутствие внутренних регулировочных элементов. Построение и настройка системы управления осуществляется вне блока с помощью дополнительной платы (платы «обвязок»), не содержащей активных компонентов, следовательно имеющей высокую надежность. Вся разработанная серия имеет идентичные характеристики, что делает ее полностью унифицированной и взаимозаменяемой. Следует сказать, что с использованием моноблока можно строить не

только системы с возбудителем, но и системы ТП-Д, непосредственный преобразователь частоты - асинхронный двигатель (НПЧ-АД), не изменяя при этом внутреннюю схемотехнику.

На основе преобразователя ПТЭМ-1Р для главных электроприводов экскаваторов разработана оптимальная система ТВ-Г-Д. Соответствующее низковольтное комплектное устройство освоено в производстве АООТ «Рудоавтоматика», г. Железногорск Курской области. Цена полного комплекта электрического оборудования окупается за счет сокращения эксплуатационных затрат в течение, как максимум, года. Модернизация экскаваторов ЭКГ-8И с использованием данных НКУ позволило снизить динамические нагрузки, уменьшить износ механической части, повысить производительность на 3-5%, сократить энергопотребление на 35-40 тыс. кВт-ч в год на одной машине за счет применения менее энергоемких по сравнению с магнитными усилителями систем управления /2/. Благодаря моноблочному построению исключились простои экскаватора при отказе электроники, так как время замены вышедшего из строя моноблока резервным составляет 10-15 минут. Сама замена осуществляется неквалифицированным персоналом.

На основе накопленного опыта эксплуатации научная группа МЭИ и АО «Рудоавтоматика» разработали преобразователи новой серии ПТЭМ-2Р, имеющие улучшенную и более современную аналоговую схемотехнику и в настоящее время являются основной серией моноблоков для НКУ, выпускаемых АО «Рудоавтоматика», для модернизации экскаваторов ЭКГ-8И, ЭКГ-10, ЭКГ-12.

В настоящее время существует и развивается тенденция использования микропроцессорных систем управления преобразователями. Такое построение обеспечивает прежде всего абсолютную идентичность характеристик устройств, более надежную работу узлов, гибкость настройки, малое время переналадки и лучшие весогабаритные показатели. В то же время использование данной техники идет в разрез с концепцией безналадочного моноблока, ведь все параметры структуры будут хранится в электронном виде внутри моноблока (или микроконтроллера). Большинство импортных и отечественных преобразователей постоянного тока (или электроприводов) представляют собой «уникальные» электропривода со своими настройками. Для замены вышедшего из строя устройства уже будет недостаточно просто его заменить, но и ввести необходимые параметры, для чего необходим специализированный персонал. В качестве примера преобразователей постоянного тока с полностью цифровым управлением молено привести устройства SIMOREG DC MASTER фирмы SIEMENS с номинальным выпрямленным то-

ком до 2000 А /104/ и преобразователи Mentor II фирмы «control Techniques» с выпрямленным током до 1850 А /105/. К недостатку данных преобразователей, ограничивающему область их применения, можно отнести объектно-ориентированную систему управления, направленную на управление двигателем постоянного тока по системе ТП-Д.

Совместить достоинства полного микропроцессорного управления с концепцией моноблока попыталось ЗАО «Юрэль», которое по заданию ОАО «Урал-маш» разработало и изготовило НКУЭ-3 с микропроцессорными моноблоками для ЭКГ-4,6Б /64/. Каждый из трех моноблоков для возбуждения генераторов основных приводов хранит параметры четырех приводов (напора, подъема, поворота и хода), что делает их взаимозаменяемыми. Информация о том, с какими же параметрами должен работать электропривод, поступает с внешних разъемов, то есть смена параметров происходит автоматически при установке на место соответствующего привода. Данная концепция однако не позволяет производить безналадочную перестановку моноблоков между экскаваторами, а также ограничивает область применения данных моноблоков.

Наряду с концепцией моноблочного построения электроприводов существует и идея централизованного управления одним микроконтроллером, что делает систему управления более дешевой и лучшей по весогабаритными показателями. Разработки такого типа электроприводов для экскаваторов ведутся, например, в АО «Сигнал-Электро» г. Обнинск.

Наряду с тиристорными возбудителями в качестве силовых элементов на сегодняшний момент все больше применяются IGBT-транзисторы. Транзисторные возбудители с ШИМ и с двухступенчатым преобразованием энергии (выпрямитель плюс инвертор) используются в последних двух описанных разработках (АО «Юрэль» и АО «Сигнал-Электро»). К недостатку данного способа построения силовых схем можно отнести сложность рекуперации энергии. Чаще всего «лишнюю» энергию рассеивают на отдельном предназначенном для этого резисторе, что считается нам нецелесообразным в виду многочисленных динамических режимов при работе привода экскаватора и большой энергии, запасающейся в обмотках возбуждения генераторов. Транзисторные преобразователи с непосредственным обменом энергии между сетью и нагрузкой лишены данного недостатка/2/и /106/.

Второе направление модернизации основных электроприводов экскаваторов - это замена системы Г-Д на систему ТП-Д. При этом уменьшаются потери элек-

троэнергии, так как КПД тиристорного преобразователя и КПД силового трансформатора всегда больше чем суммарное КПД генератора и приводного двигателя. К тому же система ТП-Д позволяет достичь большего быстродействия. Стоимость такой модернизации значительно превышает стоимость модернизации, связанной только с заменой возбудителей. Вместе с тем система электропривода ТП-Д привносит дополнительные проблемы связанные с:

возможным опрокидыванием инвертора, например при «подхватывании» ковша в приводе подъема при выходе из режима повышенной скорости, или при пропадании или значительном понижении питающего напряжения;

потреблением значительной реактивной мощности в нижнем диапазоне регулирования скорости вращения двигателя;

потреблением несинусоидального тока из сети.

Наиболее значительной проблемой является аварийный режим опрокидывания инвертора, так как по цепи якоря могут протекать токи, превышающие максимально допустимые, вызывающие возможную поломку двигателя и механического оборудования. Кроме того, при токах короткого замыкания, возникающих в этом режиме, скорее всего выйдут из строя тиристоры. Накопленный опыт в управлении тиристорным преобразователем, а также разработка более надежных схем управления и защиты в настоящий момент позволяет применять данные системы электропривода на экскаваторах. ВНИИ Электропривод совместно с Урал-маш заводом с 1978 по 1990 годы произвел и ввел в эксплуатацию более 20 экскаваторов ЭКГ-20 /67/. 18 из этих машин успешно эксплуатируется. В состав комплекта ТП-Д входит пятиобмоточный силовой трансформатор, питающий все электропривода экскаватора (основные и хода). Все электропривода, кроме подъема имеют реверсивные трехфазные мостовые схемы выпрямления. Спуск ковша в приводе подъема происходит под действием его веса. Частота отказов некоторых узлов для трех экскаваторов за период эксплуатации 10-12 месяцев распределяется следующим образом /67/:

электрические машины 4,5% отказов;

выключатели напряжения в/н 11,6 % отказов;

тиристоры и др. элементы ТП 17,8 %;

системы управления 39,3 %;

прочие отказы 26,8 %.

Как видно «лидирующее» положение по числу отказов занимают системы управления, что требует более внимательного подхода к проектированию именно

этих узлов. Большое количество отказов тиристоров (в данных приведены только процент самих фактов отказов, без учета количества вышедших из строя силовых элементов) также требует разработку более эффективных средств защиты тиристоров. Также примечательно, что в модернизированных ВНИИ Электропривод экскаваторах из-за конструктивных недостатков не были установлены фильтро-компенсирующие устройства (ФКУ), что оказалось приемлемым для эксплуатации. Проблемам разработки систем ТП-Д для экскаваторов посвящены и работы /26/, /36/, /38/, /53/, /79/.

Наиболее перспективным направлением модернизации экскаваторов является переход от приводов постоянного тока к приводам переменного по системе ПЧ-АД. Во-первых, применение данной системы уменьшает потери электроэнергии. Например, для самого мощного электропривода подъема экскаватора типа ЭКГ-8И суммарный КПД двигателя постоянного тока, генератора и синхронного двигателя при номинальной загрузке каждого составляет /78/, /84/:

Vir-д = %.„ **7»„« *Пашх„ =0,925*0,932*0,938 = 81%. (1)

Суммарный КПД системы ПЧ-АД (трансформатор, преобразователь частоты, двигатель) приблизительно составляет:

Ъпч_АД!тр*71пч*'1<>в =0-98* 0.98*0.94 = 90.2%, (2)

где в качестве КПД двигателя был выбран АД типа 4АН355М8УЗ мощностью 200 кВт /82/.

Как видно, что по предварительным подсчетам замена системы Г-Д дает прирост КПД на 9.2 %, что может дать значительную экономию электроэнергии. Надо отметить, что данный вопрос требует более тщательного внимания, так как не учитывается достаточно много параметров (продолжительность включения, загрузка, изменение момента инерции и так далее).

Существуют различные типы преобразователей частоты. По принципу действия их можно разделить на:

преобразователи со звеном постоянного тока;

непосредственные преобразователи частоты;

Каждые из них в свою очередь подразделяются на несколько видов:

  1. со звеном постоянного тока: автономные инверторы напряжения (АИН), автономные инверторы тока (АИТ);

  2. НПЧ делятся по схемам выпрямления или по пульсности - нулевые

(трехпульсные и эквивалентные шестипульсные), мостовые (шести-пульсные), двенадцатипульсные и т.д. Существуют также и так называемые кольцевые схемы, где преобразователи собраны в кольцо.

Каждые из типов ПЧ по конструктивному исполнению могут выполняться на тиристорах или транзисторах.

В большинстве случаев предлагаемые зарубежные и отечественные преобразователи частоты предназначаются для механизмов со спокойным характером нагрузки, главным образом в двигательном режиме, то есть для таких механизмов, как насосы, вентиляторы и т.п. Из зарубежных производителей можно выделить таких производителей как SIEMENS, ABB, HITACHI, OMRON и др. Среди отечественных - корпорацию ТРИОЛ, ЗАО «Эрасиб» (г. Новосибирск).

Основным конструктивным решением для таких электроприводов является система транзисторный АИН-ШИМ с неуправляемым выпрямителем на входе. На рисунке 1 представлена силовая схема такого преобразователя. Для обмена энергией между двигателем и ПЧ предназначены инвертор VT1-VT6 (передача энергии от ПЧ к двигателю) и обратный неуправляемый мост VT7-VT12 (энергия передается от двигателя к ПЧ). Конденсатор С используется для фильтрации выпрямленного напряжения, а также для накопления мощности, приходящей от двигателя. При торможении двигателя механическая энергия преобразуется в электрическую и накапливается на С, постепенно повышая напряжение. Для предотвращения перенапряжения включается резистор торможения, на котором и рассеивается «лишняя» энергия.

Использование данных приводов в электроприводах с активной нагрузкой нецелесообразно вследствие бесполезного рассеивания механической энергии.

VD12

Рис. 1. Силовая схема АИН-АД без рекуперации энергии

Для повышения энергетических характеристик системы АИН-АД комплектуются дополнительными блоками рекуперации, представляющие собой тиристорные или транзисторные инверторы. Количество силовых элементов в таких приводах достигает 24 (6 выпрямительный мост, 6 инвертор, ведомый сетью, 6 транзисторов инвертора с ШИМ, 6 диодов обратного моста). Причем мощность каждого из четырех узлов должна быть не меньше мощности двигателя для нормальной работы в любом квадранте механической характеристики, то есть установленная мощность будет больше в 4 раза чем номинальная. К же достоинству данных приводов можно отнести возможность получения синусоидальных напряжений близких к частоте сети и превышающую ее.

Для экскаваторных электроприводов по системе АИН-АД были произведены несколько разработок. Фирмой Бюсайрос-Ири (США) в Югославии на экскаваторе типа 395-В, выпуска 1990 года, была установлена такая система /2/. Рекуперация не была предусмотрена, а энергия торможения рассеивалась на резисторах мощностью 247 кВт (кратковременно 1150 кВт). Такое нерациональное техническое решение конечно же неприемлемо.

Для улучшения весогабаритных показателей и уменьшения количества силовых элементов в системе АИН-АД ведущие фирмы-производители предлагают объединять группы приводов по шинам постоянного тока. При этом применение одного мощного выпрямителя и инвертора (для рекуперации) является более рациональным решением. Фирма ABB предложила Лебединскому ГОКу модернизировать экскаватор ЭКГ-8И по такой системе АИН-АД, схема которой показана на рисунке 2 /2/. Звено постоянного тока общее для всех приводов связано с сетью через управляемый выпрямитель, выполненный на GTO, мощностью 1700 кВт и разделительный трансформатор 6/0.4 кВ, мощностью 1800 кВт. С точки зрения энергетики такое решение рационально, так как позволяет осуществить рекуперацию энергии в сеть в тормозных режимах. Применение полностью управляемых силовых элементов позволяет иметь высокий коэффициент мощности и отказаться от фильтрокомпенсирующего устройства. Однако, как показывают оценки, приведенные в /2/, комплект оборудования получился громоздким и дорогостоящим. Кроме того, мощный трансформатор и преобразователь способствует увеличению токов короткого замыкания для отдельных электроприводов. Также не способствует увеличению простоты и улучшению безопасности эксплуатации гальваническая связь всех электроприводов по шине постоянного тока.

50Hz 6kV

\

6kV/0.40kV( 1800kVA

Fahrwerk propel

АСА 610 0220-3

^

,rsxy

УВ наСТО

\

'ob

\

'ot,

^

'V

\

'гХ,

^

"V

\

\

'tf,

200 kBA 200 kBA 290 кВА 230 кВА 230 кВА

130 кВА

ЗОкВА

2x200kW

744/min

M2BA355 S

2xl00kW

750/min

M2BA315

Рис. 2. Схема электроприводов основных механизмов экскаватора ЭКТ-8И фирмы ABB

Аналогичные разработки предлагает фирма SIEMENS для ЭКГ-20, а также ОАО «Электропривод» (ранее ВНИИ Электропривод) для экскаватора ЭКГ-10, причем силовые выпрямитель и инверторы импортного изготовления фирмы SIEMENS/107/.

Для электроприводов экскаваторов, характеризующихся частыми динамическими режимами и наличием активной нагрузки в приводе подъема, требуется свободный обмен энергии между двигателем и сетью. Такому требованию удовлетворяют привода по системе АИТ-АД и НПЧ-АД. Выбор режима работы (потребление или отдача энергии в сеть) происходит автоматически, при этом не требуются дополнительные узлы рекуперации.

Схема АИТ-АД показана на рисунке 3. Наличие управляемого выпрямителя дает возможность перевода его в инверторный режим в тормозном режиме. Если в качестве силовых элементов выходного моста применяются незапираемые тиристоры, то в силовую схему добавляются и узлы коммутации.

Другой разработкой выше упомянутой фирмы Бюсарос-Ири была система управления электроприводами на основе АИТ-АД фирмы Дженерал-Электрик (США) на экскаваторе 295ВП 121. Однако вследствие особенности данной системы, а именно ступенчатой формы выходного тока, вызывающей значительное колебание скорости около «нуля», она не получила широкого распространения.

Наиболее оптимальными системами электропривода на наш взгляд для механизмов с резко-переменной нагрузкой с частыми тормозными режимами являются НПЧ-АД, так как в этом случае достигается свободный обмен энергией между двигателем и сетью, и глубокое регулирование скорости с хорошими статическими и динамическими характеристиками.

VD1

z^ z^ z^

Рис. 3. Силовая схема АИТ-АД за запираемые тиристорах GTO

Характерной особенностью НПЧ является то, что мощность к двигателю подводится параллельно через разные преобразователи, а не последовательно, как в предыдущих схемах. Таким образом, установленная мощность преобразователей для НПЧ меньше. Если сравнивать тиристорные схемы ТП-Д и НПЧ-АД по влиянию на питающую сеть, то работа нескольких преобразователей в НПЧ на одну сеть с различными циклически изменяющимися углами управления улучшает гармонический состав и коэффициенты искажения тока и напряжения. На рисунке 4 представлены осциллограммы входных токов и фазного напряжения при совместной работе системы ТП-Д и НПЧ-АД приблизительно одинаковой мощностью (ТП-Д служит нагрузкой НПЧ, то есть работает в генераторном режиме). Как видно токи потребления НПЧ оказываются более гладкими. Также видно значительное влияние токов ТП-Д на сеть (показано напряжение после токоогра-ничивающих реакторов). Следует отметить, что системы АИН-АД хоть и имеют очень высокий cos ф, однако ток потребления (смотрите рисунок 5) также далек от синусоиды и по форме похож на ток системы ТП-Д /2/.

Рис. 4. Фазное напряжение сети и потребляемые токи НПЧ-АД и ТП-Д

Одним из главных недостатков НПЧ является низкая максимальная величина регулирования частоты вращения, которая зависит от управляемости преобразователей. Расширение верхнего диапазона регулирования обеспечивается в основном путем увеличения пульсности выпрямителей, то есть количества тиристоров. Другим способом повышения эффективности использования НПЧ является завышение мощности двигателя и питание его токами пониженной частоты, например до 25 Гц. При этом необходимо выбрать двигатель мощностью и скоро-

2 мс

Рис. 5. Форма потребляемого из сети тока ПЧ по системе НВ-АИН-АД (Ри=14 кВт)

стью вращения в два раза больше необходимых для обеспечения требуемых моментов. Такую замену двигателя можно считать оправданной, так как при этом габариты машин одной серии не изменяться. Например, типоразмер машины 4АН355 имеет мощность 200 кВт при синхронной частоте вращения 750 об/мин, а при 1500 об/мин уже 400 кВт /82/.

Для оценки изменения стоимости при такой замене двигателя приведем относительную стоимость машин (руб/кВт) /91/, /94/ (рисунок 6). Как видно, машины с меньшим числом пар полюсов имеют меньшую относительную стоимость, исключение составляют машины на синхронную скорость вращения 3000 об/мин. Из-за конструктивных особенностей (широкая спинка статорной и роторной магнитных систем) они по стоимости сравнимы с машинами на 1500 об/мин. Таким образом замена двигателя с 2р=8 на двигатель с 2р=4 но с большей в два раза мощностью экономически обосновано. Например, стоимость двигателя 4АИР355М8 мощностью 160 кВт составляет 113600 руб (цены ВЭМЗ 2002 г.), а двигателя4АИР355М4 мощностью 315 кВт- 124500 руб.

Если сравнить стоимость двигателей постоянного и переменного тока, то и здесь АД имеет лучшие экономические характеристики. Так, например, стоимость двигателя ДЭ812У мощностью 100 кВт, применяющийся в приводе напора ЭКГ-8И, составляет 195360 руб (цены ЗАО «Динамо-Плюс» за 2001 г. /94/), в то время как асинхронного двигателя 5АИР315М8 мощностью 110 кВт - 48873.6 руб (цены ВЭМЗ за 1999 год /91/) или 5АМ315М8 - 82288.8 руб (цены ВЭМЗ за 2002 год /91/). То есть в первом случае стоимость АД в 4 раза меньше стоимости ДПТ (цены 1999 и 2001 годов соответственно), во втором в 2.4 раза (цены 2002 и 2001 го-

дов соответственно).

Следует также отметить, что обслуживание АД проще, чем ДПТ, за счет отсутствия щеточно-коллекторного узла.

Проведем ценовую оценку выпускаемых преобразователей для частотного электропривода. На рисунке 7 приведены относительные стоимости электроприводов по системе АИН-АД, выпускаемых зарубежными и отечественными производителями /92/, /93/. Данные сгруппированы по годам для показа динамики изменения цен. Из графиков видно снижение относительной цены на преобразователи с ростом мощности в отличие от двигателей, где такой же параметр практически не изменяется (рисунок 6).

Характерно также резкое падение цен за последние годы. Так относительная цена на привода мощностью ПО кВт, которые выпускает корпорация ТРИОЛ в 1997 г составляла 120 $/кВт, в 1998 г. - 80 $/кВт, в 1999 г. - 90 $/кВт, в 2002 - 60 $/кВт. Снижение цены происходит главным образом из-за возросшего предложения на рынке, а также низкого платежеспособного спроса отечественных предприятий. Наименьшую цену имеют привода выпускаемые на отечественных предприятиях (ТРИОЛ, ВЕСПЕР, и др.) и отличаются от стоимости импортных приблизительно в 1.5 раза. Следует отметить, что цены на преобразователи АИН-АД, имеющие узел рекуперации, имеют существенно большую цену за счет дополнительных затрат на инвертор рекуперации. Так в 2002 г. относительная цена на привод без рекуперации АТ06 (ТРИОЛ) мощностью ПО кВт составляет 60 $/кВт, а на привод с возможностью рекуперации АТ-05 - 100 $/кВт, то есть 1.7 раз больше.

В качестве примера практической реализации систем НПЧ-АД для основных приводов экскаваторов можно привести разработку института Гидроуглеав-томатизации для экскаватора ЭШ 20/90 121. Каждый механизм оснащен индивидуальным преобразователем на группу двигателей. Преобразователь в каждой фазе двигателя представляет собой реверсивный встречно-параллельный мостовой выпрямитель с числом тиристоров 24 и конструктивно выполнен в виде отдельной стойки. Комплект электрического оборудования оказался тяжеловесным (преобразователи для трех основных приводов занимают 17 шкафов) и требует квалифицированного обслуживания.

В ряду практической реализации также следует отметить разработку кафедры АЭП МЭИ для привода поворота экскаватора ЭШ6/45, выполненного по системе НПЧ-АД по модульному принципу на базе моноблоков ПТЭМ-1Р, что значительно повысило надежность работы привода /2/.

руб/кВт $/кВт

юоо 4-

а)

1500 об/мин

руб/кВт $/кВт

10 О

зоо -

б)

Рис. 6. Относительная стоимость ($/кВт и руб/кВт) двигателей серии АИР, АИРМ, 5А, 5AM ВЭМЗ в ценах 1999 г. (а) и 2002 г. (б)

JDMRON HITACHI

Schneider groupe

Веспер (2001)

$/kBt

a)

б)

18 5 «х 132 200 315

11 15 22 30 37 4555 75 90 Г 18,5

11 15 22 30 37 4555 75 90 1
18,5 г)

Рис. 7. Относительная стоимость частотно-регулируемых преобразо

:лей по ценам (а) - 1997 г., (б) - 1998 г., (в) - 1999 г., (г) - 2001 и 2002 г.

Универсальные привода для подъемно-транспортных и центробежных механизмов по системе тиристорный НПЧ-АД выпускаются отечественной и зарубежной промышленностью, хотя и не в таких объемах как транзисторные АИН. Из отечественных производителей можно назвать ЗАО «Эрасиб», выпускающие привода НПЧ с нулевыми и мостовыми схемами соединения тиристоров мощностью до 132 кВт /101/, также ООО «Элпри», ОАО «ВНИИР» (г. Чебоксары) - электропривод ЭТА1-03 мощностью до 500 кВт /25/. Из зарубежных производителей выпуск тиристорных НПЧ осуществляет SIEMENS AG -преобразователи Simovert D /25/.

Из сказанного выше можно сделать следующий вывод. В настоящее время идет интенсивное внедрение частотно-регулируемого электропривода. Накопленный опыт эксплуатации и развитие полупроводниковой техники позволяет фирмам-производителям интенсивно снижать цену на преобразователи. Однако в силу сложности работы и условий эксплуатации экскаваторных электроприводов, замена морально-устаревшей (но пока конкурентно-способной) системы Г-Д на систему ПЧ-АД не ведется так широко, как в других отраслях. Отчасти этому способствует и политика фирм производителей, предлагающая для модернизации экскаваторов «обкатанные» на других механизмах решения в виде систем АИН-АД, кстати не всегда рациональных. В то же время сейчас активно ведутся разработки как в России, так и за рубежом по созданию экскаваторных частотно-регулируемых приводов, работающих в повторно-кратковременном режиме, с резко-переменной нагрузкой вплоть до стопорения и с наличием тормозных режимов в цикле.

Целью данной работы является разработка и исследование электроприводов по системе НПЧ-АД для основных механизмов карьерных экскаваторов, которые бы удовлетворяли всем достаточно жестким требованиям, и, одновременно, имели низкую стоимость.

Характеристики основных механизмов экскаваторов

Свойства и характеристики электропривода будут в значительной мере обусловлены свойствами исполнительного механизма. На рисунке 1.1 показаны кинематические схемы основных механизмов экскаваторов и области нагрузок на механических характеристиках. Так как привод подъема представляет собой неуравновешенную одноконцевую лебедку, то основным усилием является вес груженого ковша, который создает на валу двигателя активный момент, практически не зависящий от скорости его вращения (рисунок 1.1). В процессе резания создаются также дополнительные усилия, которые увеличивают нагрузку на привод в режиме подъема.

В приводе напора основными усилиями будут являться сила реакции разрабатываемой породы при движении рукояти вперед, сила трения в передаче и вес груженого ковша с рукоятью. Вес как нагрузка будет проявляться при положении рукояти, отличном от горизонтального, и смещать диапазон нагрузок в сторону тормозного режима (рисунок 1.1).

Статические нагрузки привода поворота имеют малый диапазон изменения вследствие большой собственной массы поворотной платформы по сравнению с изменяемым весом ковша с породой, и главным образом обусловлены силами трения в передачах и подшипниках, которые составляют обычно 10-15% от стопорного момента электропривода /53/. Так как рабочие площадки для экскаватора не выставляются точно горизонтально (для экскаваторов небольшой емкости до Юм /81/), то в приводе поворота могут возникнуть дополнительные активные моменты, связанные с весом ковша и положением его относительно платформы (выдвинут, задвинут с помощью привода напора).

Основные характеристики рассмотренных механизмов приведены в таблице 1.1. Параметры, отмеченные знаком ( ) рассчитаны по экспериментальным осциллограммам и справочным данным, приведенным в /77/, /78/, /80/, /81/, /84/, /89/. Мощности электродвигателей, приведенные в таблице, соответствуют эксплуатируемым экскаваторам по системе Г-Д. Моменты инерции механизмов рассчитывались по экспериментальным осциллограммам напряжения на якоре и якорного тока в переходных процессах (реверсах и пусках).

Как видно из таблицы 1.1 наиболее мощным приводом экскаватора является привод подъема, что объясняется необходимостью преодоления значительных усилий резания породы. В то же время, хотя статические моменты (силы трения) механизма поворота составляют незначительную часть, установленная мощность двигателей больше чем в приводе напора. Это обусловлено значительным моментом инерции поворотных платформ и длительной работой в динамических режимах (разгон и торможение) с моментами, превышающими номинальные. На карьерных экскаваторах даже при угле поворота 110 90-95% времени занимает разгон и торможение /80/.

В процессе операции копания вследствие неоднородности разрабатываемого грунта нагрузка на электропривода (особенно напора и подъема) носит пиковый характер, временами превышая номинальную.

Достаточно часто механические усилия могут достигать максимально допустимых. При этом система управления электроприводом должна уменьшить скорость двигателя при сохранении момента на его валу. Характерная по форме механическая характеристика (экскаваторная) электропривода основных механизмов показана на рисунке 1.2а (характеристика 1). На рисунке показаны Мотс -момент отсечки, при котором происходит переход характеристики на ограничение момента, Метоп - момент при стопорений привода, когда скорость движения рабочего органа (ковша) равна нулю. Положение Мотс относительно Мстоп определяется коэффициентом отсечки /1/, /20/:

От Котс зависит производительность экскаватора. Теоретически чем она выше, тем более производителен механизм. Однако с точки зрения управляемости желательно иметь жесткость падающего участка характеристики (от Мотс до МСТ011) отличную от нуля для своевременного снижения машинистом нагрузки на привод для избежания полной остановки.

Мотс устанавливается больше номинального для устойчивой работы в области номинальных нагрузок. При этом длительная работа около М0Тс может привести к перегреву как исполнительного, так и приводного двигателя (в системе Г-Д). В системах управления электроприводами производства ведущего предприятия АО «Рудоавтоматика» незначительно уменьшают жесткость характеристики уже после номинального момента (характеристика 2 на рисунке 1.1а), тем самым создавая участок с почти постоянной номинальной мощностью. Далее при увеличении момента характеристика значительно смягчается ограничивая максимально допустимый момент на уровне Мстоп Использование такой характеристики позволяет уменьшить мощность, подводимую к электроприводу и нагрев электрических машин.

Для полного использования возможностей привода механизмов экскаватора применяют регулирование скорости вращения со0- При этом электропривод должен обеспечивать четырехквадрантное регулирование с ограничением максимального момента для работы как в статическом, так и в динамическом режимах. На рисунке 1.26 показано семейство таких характеристик.

В приводе поворота, где стопорения в нормальном режиме работы экскаватора не происходят, экскаваторная характеристика применяется для ограничения углового ускорения поворотной платформы. Коэффициент отсечки стараются делать как можно более близким к единице для получения равноускоренного движения при пуске и торможении.

Моделирование асинхронного двигателя и механизма

В результате анализа рассмотренных выше работ были выявлены, поставлены и в процессе выполнения работы решены следующие задачи, которые молено разделить на три группы: Задачи, связанные с исследованием рациональных силовых схем тири-сторных НПЧ: 1) построение математической модели электропривода по системе тири-сторный НПЧ-АД на базе схемы Завалишина и кольцевой схемы; 2) разработка с помощью модели методик по выбору основных силовых элементов преобразователей для кольцевой схемы НПЧ; 3) исследование методов и разработка средств повышения надежности работы тиристорных НПЧ по схемам Завалишина и кольцевой; 4) сравнительная оценка потерь электроэнергии за цикл работы в приводах подъема экскаватора, выполненных по традиционной системе Г-Д, и предлагаемой системе НПЧ-АД по схемам Завалишина и кольцевой.

Задачи, связанные с исследованием структур управления: 1) исследование способов расширения вверх диапазона регулирования частоты в системах НПЧ-АД; 2) исследование и сравнение свойств электроприводов с различными обратными связями при частотном управлении НПЧ-АД. Задачи, связанные с разработкой микропроцессорных систем управления: 3) разработка способа, устройства и программного обеспечения прямого цифрового управления реверсивным тиристорным преобразователем; 4) разработка структуры и программного обеспечения микропроцессорного управления, отвечающей принципу моноблока; 5) разработка способа, устройства и программного обеспечения прямого цифрового управления тиристорным НПЧ.

Математическое описание объекта является одним из важных способов его исследования. Модель позволяет разобраться в сути происходящих явлений, охватить широкий диапазон изменения параметров системы (например, мощности двигателей), исследовать аварийные режимы (короткое замыкание, неправильная работа некоторых узлов) без разрушения объекта. Простота изменения параметров и структуры позволяет использовать модель также для отработки и синтеза различных способов управления. Также возможен контроль за параметрами объекта управления, которые в реальности невозможно или достаточно сложно получить (например, потокосцепление в электрических машинах).

При создании математической модели систем НПЧ-АД по схеме Завалиши-на и кольцевой мы прежде всего ориентировались на решение следующих задач: - моделирование работы тиристорных преобразователей частоты при их работе на активно-индуктивную нагрузку с наличием противо-ЭДС и получение формы выходного тока, максимально приближенного к реальному; - возможность исследования на модели аварийных режимов тиристорных преобразователей, таких как, например, короткое замыкание; - положение векторов противо-ЭДС и потребляемого тока в нагрузке должно соответствовать векторной диаграмме АД в различных режимах его работы (холостой ход, двигательный и генераторный режимы); - возможность построения различных систем частотного управления при использовании тиристорных НПЧ.

Наиболее трудоемким процессом при моделировании тиристорных преобразователей является учет нелинейной характеристики силовых ключей, заключающейся в односторонней проводимости, и в сложной зависимости проводимости от управляющего сигнала и от протекаемого тока.

В данной работе построены математические модели силовых схем НПЧ-АД, выполненных по схеме Завалишина и по кольцевой схеме, причем использовался принцип моделирования с одной схемой замещения с изменяемыми сопротивлениями тиристоров.

Большинство описываемых методов моделирования АД базируются на уравнениях равновесия в двух координатах а и р III. Для построения моделей НПЧ необходимо чтобы АД был представлен в трех реальных координатах А, В и С для лучшего сопряжения с преобразователем частоты. Другим требованием является моделирование переходных процессов, происходящих в АД, при любой форме питающих напряжений и токов. Обычные Г или Т образные схемы замещения не подходят, так как они рассчитаны лишь на синусоидальное напряжение (или на напряжение конкретной гармоники).

В литературе /25/, /44/ приведена трехфазная модель для несинусоидальных токов и напряжений, которая к тому же позволяет учитывать насыщение магнитной цепи машины. К недостатку можно отнести большую громоздкость полученных уравнений и структурных схем. Большое число вычислений получается вследствие того, что трехфазная система координат для статорной цепи неподвижна, а для роторной - вращается вместе с ним. Таким образом, в состав выведенных уравнений включены взаимные индуктивности фаз статора и ротора, которые изменяются во времени.

В 15/ описана модель АД при несинусоидальном напряжении, система координат которой (и ротора и статора) неподвижна. В этом случае возможно соединение статорной электрической части с роторной и построение Т-образной схемы замещения, которую будем считать базовой при построении моделей тиристор-ных НПЧ. Перед дальнейшим использованием данной схемы замещения произведем ее обоснование 151.

Регулировочные характеристики преобразователя в схеме Завалишина

Преобразователь является неотъемлемой существенной частью автоматизированного электропривода, свойства которого влияют на статические и динамические характеристики всей электромеханической системы. Система управления электроприводом (ее структура и свойства) во многом зависит от характеристик используемого преобразователя, от его требований и алгоритмов управления.

Для управления тиристорным преобразователем с раздельным управлением, как известно, необходимо формировать два входных сигнала - сигнал задания на СИФУ (другими словами это задание на выходное напряжение) и сигнал задания на логическое устройство (ЛУ), определяющий выбор необходимой группы (то есть направление тока). Очевидно, что при работе преобразователя на активно-индуктивную нагрузку с противо-ЭДС данные сигналы не равнозначны. В работе Гаврилова М.П. /28/ для улучшения динамики систем с ЧТУ предложено векторно разделять задания на ЛУ и СИФУ, причем сигнал на СИФУ должен опережать сигнал на ЛУ, а фазу этого опережения необходимо корректировать в различных режимах работы двигателя. Проще это реализуется при использовании метода построения сигналов по взаимно-ортогональным осям, предложенного в работе Баранова Ю.М. /31/. Действительно, при формировании заданий на СИФУ и ЛУ следующим образом: (илу =Ia cos(w t) + Ifl sin(w t) \ Uai py E cos(w t) + UPr (ЗЛ) где Ia - амплитуда задания на активный ток; 1М - амплитуда задания на ток намагничивания; Е - амплитуда задания на компенсацию противо-ЭДС; UPT - выходное напряжение регулятора тока, мы имеем возможность регулировать фазу между этими сигналами с помощью активного тока 1а (от регулятора скорости) и Е (от скорости вращения).

В данной главе рассматриваются вопросы, связанные с функционированием работы тиристорных НПЧ по схеме Завалишина и кольцевой, с точки зрения формирования необходимых сигналов управления, получения качественных выходных характеристик, увеличения диапазона регулирования и обеспечения наибольшей надежности работы.

При одновременном управлении тремя преобразователями в НПЧ на каждый из них подается переменные задающие сигналы, сдвинутые по фазе на 120 , кроме того, через обмотки АД преобразователи влияют друг на друга. В этих условиях их регулировочные характеристики будут отличаться по сравнению с раздельной работой. Исследование данных характеристик позволит выработать практические рекомендации по выбору начального угла, требования к напряжению питающей сети для получения максимального диапазона регулирования.

Так как для тиристорных преобразователей очень важным является вопрос безопасной коммутации вентилей в инверторном режиме, то необходимо исследовать данный процесс с учетом одновременной их работы. В выбранной кольцевой схеме коммутация вентилей вообще ранее не исследовалась. Также в данной главе уделено внимание разработке практических рекомендаций по выбору силовых вентилей для НПЧ по схем Завалишина и кольцевой с учетом неравномерности загрузки тиристоров.

Макетные образцы и готовые частотно-регулируемые привода разработаны нами с использованием тиристорных преобразователей типа ПТЭМ-2Р. Но при испытании опытного образца НПЧ без нулевого провода довольно часто наблюдалось закорачивание сетевого напряжения одновременным включения обоих групп. Это происходило вследствие нечеткой работы логики, которая в специфичных условиях работы давала сбои. Специфика работы, состоит в том, что работа одного выпрямителя будет зависеть от работы двух других. Таких условий нет при работе одного выпрямителя на обмотку возбуждения. Поэтому в данной главе также проводилось разработка устройств, обеспечивающих повышение надежности работы НПЧ, в том числе и ЛУ.

Так как разработанные модели систем электропривода НПЧ-АД позволяют получить реальный гармонический состав тока и напряжения, то возможен учет дополнительных потерь в двигателе из-за несинусоидальности питания. В данной главе произведен сравнительный анализ по потерям системы ТВ-Г-Д с системой НПЧ-АД по схеме Завалишина и кольцевой в реальном цикле работы привода подъема экскаватора ЭКГ-8.

В НПЧ на базе нулевых схем без нулевого провода АД включен между тремя выпрямителями. Для того чтобы в цепи статора протекал ток, необходимо, на 85 пример, открыть тиристор в катодной группе 1-го преобразователя и в анодной группе 2-го. При этом работающие группы образуют мостовую схему (схему Ларионова). Такой преобразователь, с учетом того, что две группы тиристоров управляются раздельно и могут иметь различный угол открытия будем называть несимметричным (смотрите рисунок 3.1). На рисунке 3.1 показаны Lc, Rc - индуктивность и активное сопротивление сети; Ьнл., Rio. - линейные индуктивность и активное сопротивление нагрузки; Ел - противо-ЭДС двигателя (линейная). Номера тиристоров аналогичны рисунку 1.6.

Системы электропривода с обратной связью по скорости

Рассмотрим вопросы, связанные с формированием обратной связи по скорости, а также настройкой коэффициентов структуры с ЧТУ и структуры управления по закону U/f=const. Рассмотрим возможные типы регуляторов и их влияние.

Обратная связь по скорости является самой простой и в то же время позволяет получить наиболее качественные как статические так и динамические характеристики электропривода. Формирование ОС по скорости осуществляется посредством механического датчика, связанного с валом ротора АД. Это может быть тахогенератор на машине постоянного тока, фотоимпульсный датчик, тахо-генераторы переменного тока и т.д.

Выведем основные соотношения, необходимые для установки коэффициентов системы с ЧТУ с ОС по скорости, для которой справедлива структурная схема, показанная на рисунке 4.1. АД представлен в виде суммирующего звена в котором из электрической частоты тока статора со3эл вычитается частота скольжения Асорраз разомкнутой системы (то есть скольжение самого двигателя при условии поддержания номинального магнитного потока). Посредством датчика скорости электрическая частота вращения сорэл преобразуется в напряжение ОС Uoca-Коэффициент передачи датчика скорости будет равен: у U ОС со У ОС со ,А ,N Kf=—— = —Z (4.1) й)р р й)р где р - число пар полюсов, С0р - физическая скорость вращения ротора АД. Сигнал Uocco сравнивается с сигналом задания ИЗАД, ошибка усиливается регулятором скорости Крс. Напряжение Upc, ортогонально складываясь с заданием тока намагничивания 1Ц, используется для задания тока статора: Одновременно Upc используется и для задания частоты скольжения Асо. В итоге задание на частоту тока статора будет иметь следующий вид: ={UOCc + bcD) - = {co ; Kf+UPC KJ±- (4.3) Kf Kf где КЛсо - коэффициент между уровнем напряжения PC и уровнем напряжения, пропорционального электрическому скольжению. 145

Необходимо отметить, что коэффициент передачи узла, который преобразует напряжение задания в частоту выходных сигналов (звено 1/К/на. рисунке 4.1), должен быть строго обратно пропорционален коэффициенту датчика скорости К/.

Сигнал Uoca также используется и для установки уровня положительной обратной связи по ЭДС, которая подается внутрь токового контура: її =U К (4.4)

Задание на ток 1 3 сравнивается с сигналом ОС по току UOCT, поступающего с датчика тока Кт, усиливается регулятором тока Крт, складывается с UЕ и подается на тиристорный преобразователь Кп. Выходное напрял ение Ud создает ток 1 d через суммарное сопротивление R& которое представляет собой сумму сопротивлений статорной и роторной обмоток в схеме замещения: (4.5)

Исходными параметрами, необходимыми для настройки, являются: - коэффициенты К/, Кт, Кп, напряжение смещения UCM преобразователя; - параметры двигателя: соо - номинальная частота питания, рад/с; SH - номинальное скольжение, о.е.; 1ц- номинальный ток, A; Rv- суммарное сопротивление схемы замещения, Ом; 10 - ток холостого хода, А; - параметры требуемой статической характеристики: A& L3 требуемое изменение электрической частоты вращения при номинальном моменте; Ъ, Кт Дюзам К, UOCT JL„ І Р / тт \ т Крс и 1 V J—- Аз т КрТ 4gH,1 Кп ud 1 —її Кдю иЕ U ос со КЕ - id " " UoCro ,/СЛ 1к, ! Дсо- fo0s„ м у У і V9 мн ТУ- в» АД R 1 Рис. 4.1. Структурная схема ЧТУ в статическом режиме с ОС по скорости 146 Км - требуемая перегрузочная способность.

Настройку необходимо начинать с токового контура. Весьма важным является вопрос о виде и параметрах регулятора тока. В приводах постоянного тока с системами подчиненного регулирования РТ выбирают ПИ-типа, обусловливая выбор получением астатической системы. Но токовый контур при этом предполагается использовать главным образом на постоянные значения задания (или в динамике - на переходе с одного уровня на другой). В случае частотно-регулируемого электропривода задание на ток принципиально всегда изменяется, причем происходит и изменение самой частоты. При неизменных параметрах РТ с ростом частоты будет наблюдаться изменение фазового сдвига и амплитуды сигнала на выходе РТ. Эту проблему можно решить следующим образом: - изменять параметры РТ при изменении частоты; - применять достаточно сложные инвариантные (по заданию и по возмущению) структуры токового контура /47/; - применение простого пропорционального РТ /108/.

Наиболее простым для реализации и настройки является пропорциональный РТ (П-типа). Известны и недостатки такого регулятора, а именно: размыкание токовой обратной связи при прерывистом токе; конечная точность поддержания непрерывного тока на заданном уровне. Для увеличения точности регулирования необходимо увеличивать коэффициент усиления РТ, однако в режиме прерывистого тока отсутствие сигнала ОС в паузах между пульсами может привести к значительному увеличению уровня сигнала на выходе РТ (из-за большого коэффициента усиления), что будет препятствовать получению малых выходных токов. В системах НПЧ-АД с эквивалентным шестипульсным преобразованием в области малых значений токов, последний имеет прерывистый характер, поэтому завышать Крт нецелесообразно. По опыту настройки и эксплуатации НПЧ-АД для регулятора П-типа Крт предлагаем выбирать на уровне 1-2. Следует отметить, что в этом случае ООС следует воспринимать как узел токоограничения в перегрузочных режимах, когда ток непрерывен.

Похожие диссертации на Разработка и исследование электропривода основных механизмов экскаваторов по системе НПЧ-АД на базе эквивалентных шестипульсных схем