авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 |

«СИСТЕМА ВЕКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЯГОВЫМ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ТРОЛЛЕЙБУСА А.Л. Лесков Научный ...»

-- [ Страница 3 ] --

Задача синтеза САУ РЭП является в первую очередь задачей динамическо го синтеза, под которым понимается определение параметров элементов, обес печивающих требуемые динамические свойства всей системы. В случаях, когда заданы структурная схема САУ и параметры механической системы и силовой части электрической системы электропривода, задача сводится к определению параметров корректирующих цепей. Эта задача не является однозначной, по этому важен выбор метода расчета, который, обладая простотой и наглядно стью, позволил бы рассмотреть несколько вариантов и выбрать наиболее ра циональный. Этим требованиям удовлетворяют методы расчета САУ, бази рующиеся на использовании логарифмических частотных характеристик (ЛЧХ). На этапе предварительного синтеза САУ РЭП используются линеаризо ванные характеристики системы и её элементов и соответственно методы син теза линейных систем. При синтезе по заданным показателям качества опреде ляют желаемые частотные характеристики разомкнутой системы и характери стики корректирующих цепей. Эти методы синтеза САУ хорошо развиты в тео рии автоматического управления. При проектировании электроприводов, вы полненных по многоконтурной структуре с последовательной коррекцией, для построения желаемых ЛАЧХ разомкнутых контуров получили распространение настройки на оптимум по модулю (технический оптимум) и симметричный оп тимум.

Типовая линеаризованная двухконтурная структура САУ РЭП, выполнен ной по системе ТП-Д представлена на рис. 2.

Рис. 2. Структурная схема линеаризованной САУ РЭП Переходные процессы моделируем с помощью программы WINDORA.

Расчет одномассовой системы произведен по структурной схеме. Здесь звено учитывает нереверсивный характер движения электропривода.

В приводе с нереверсивным преобразователем при малых нагрузках при перерегулировании по скорости тиристорный преобразователь закрывается так как сигнал на его входе отрицательный. Двигатель тормозится выбегом, за счет потерь в двигателе и механизме, после того как скорость двигателя спадет до установившейся преобразователь включается вновь. Работа экструдера с малой нагрузкой возможна только при отсутствии полипропилена в экструдере, одна ко такой режим работы нежелателен так как возможны задиры на поверхности червяка и внутренней поверхности цилиндра экструдера. Поэтому все исследо вание произведены в режиме реальной нагрузки, т.е. с моментом сопротивле ния на валу двигателя близким к номинальным нагрузкам. Переходные процес сы тока I и скорости при пуске двигателя с последующим набросом нагруз ки приведены на рис. 3.

Рис.3. Переходные процессы тока и скорости при пуске электропривода без задатчика интенсивности Переходные процессы, приведенные на рис.3, удовлетворяют требованиям технологического процесса производства полипропиленовой нити.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ШЛИФОВАНИЯ Р.А. Зимонин Научный руководитель: Ю.Н. Дементьев, к.т.н., доцент ЭНИН ТПУ Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия В современных производствах предъявляются высокие требования к качеству обработанной поверхности. Шлифование призвано обеспечить высокую точность обработки, низкую шероховатость обработанной поверхности, отсутствие прижогов и целый ряд других технологических параметров в сочетании с высокой производительностью.

Математическая модель врезного шлифования как объекта управления должна отражать взаимосвязи сил резания и регулирующих воздействий, учитывающих влияние на динамику процесса шлифования собственно процесса резания, износ шлифовального круга, упругой системы СПИД, а также «следов» обработки.

Методику и особенности математического описания объектов этого класса рассмотрим на примере врезного круглого внутреннего шлифования, имеющего наиболее обобщенную динамическую структуру вследствие большого числа присущих ему внутренних взаимосвязей.

В данной работе математическая модель процесса шлифования базируется на результатах исследований описанных в [1], здесь приводиться ее краткое описание и адаптация под структурную схему конкретного станка.

Для дальнейшего синтеза структуры САУ процессом шлифования и нахождения передаточных функций регуляторов необходимо найти эквивалентную передаточную функцию WПШ замкнутых контуров выделенных штриховой линией, разложив р показательную функцию е Ш в ряд Пада. Ограничившись тремя членами этого ряда, получим:

Ш р 2 6 Ш + р Ш = е (1) Ш р 2 + 6 Ш + Тогда Ш р 2 6 Ш + 12 Ш р 2 + 6 Ш + 12 Ш р 2 + 6 Ш 2 2 р Ш 1 е = 1 2 = = Ш р 2 + 6 Ш + 12 Ш р 2 + 6 Ш + (2) 12 Ш р = Ш р 2 + 6 Ш + Таким образом, передаточная функция WПШ ( р) будет выглядеть так:

FУ ( Р) k ПШ р WПШ ( р ) = =2 (3) С ( Р) Т ПШ 1 р 2 + Т ПШ р + Ш k РЕЗ где k ПШ = (4) – коэффициент передачи процесса;

1 + Ш k РЕЗ k ИК Ш 6 Ш + 12 Ш k РЕЗ kУС Т ПШ 1 = Т ПШ = и (5) (6) 12 + 12 Ш k РЕЗ k ИК 12 + 12 Ш k РЕЗ k ИК постоянные времени процесса. Таким образом, аппроксимированную передаточную функцию WПШ ( р), можно использовать в виде формулы (3), или упростить до звена первого порядка пренебрегая членом Т ПШ р 2 в знаменателе, тогда WПШ ( р) будет:

F ( Р) kр WПШ ( р ) = У = ПШ (7) С ( Р ) Т ПШ р + р С учетом аппроксимации показательной функции е Ш, разложением в ряд Пада, и приведению WПШ ( р) к виду, показанному в формуле (3) и (7) структурная схема процесса шлифования примет более упрощенный вид рис. 1, удобный для последующего синтеза и расчета структуры САУ процессом шлифования.

Рис. 1. Структурная схема процесса шлифования с учетом аппроксимации а - аппроксимация WПШ ( р) звеном второго порядка;

б - аппроксимация WПШ ( р) звеном первого порядка Рассмотрим процесс шлифования на координатно-шлифовальном станке Н k РЕЗ = 8, характеризуемый следующими параметрами 3284СФ мкм мкм мкм, Ш = 0,5 с, К = 0, 0025 с. По уравнениям (4) - (6) k ИК = 0, 0065, kУС = 0, сН Н получим:

Ш k РЕЗ 0,5 8 Н с k ПШ = = = 3,899 ( ), 1 + Ш k РЕЗ k ИК 1 + 0,5 8 0, 0065 мкм Ш 0, Т ПШ 1 = = = 0,142 (с), 12 + 12 Ш k РЕЗ k ИК 12 + 12 0,5 8 0, 6 Ш + 12 Ш k РЕЗ kУС 6 0,5 + 12 0,5 8 0, Т ПШ = = = 0,555(с).

12 + 12 Ш k РЕЗ k ИК 12 + 12 0,5 8 0, Для исследования модели процесса шлифования и его аппроксимаций используется приложение Simulink пакета программ MATLAB R2009b, в котором данная модель набирается с помощью передаточных функций типовых динамических звеньев. На рис. 2 представлена компьютерная модель исходного процесса шлифования и его аппроксимации.

На рис. 3, 4 показана реакция на ступенчатое воздействие величиной 100 мкм силы резания Fy (t ) и снимаемого припуска Д (t ) соответственно, на этих рисунках кривая 1 - реакция исходного процесса, кривая 2 - при аппроксимация WПШ ( р) звеном второго порядка, кривая 3 - при аппроксимации WПШ ( р) звеном первого порядка.

Рис. 2. Компьютерная модель процесса шлифования и его аппроксимации Рис. 3. Переходная характеристика силы резания Fy (t ) Д (t ) Рис. 4. Переходная характеристика толщины срезаемого слоя металла исходного и аппроксимированных процессов В результате проделанной работы, из графиков представленных на рис. 3 и рис. видно, что в дальнейшем предпочтительнее использовать аппроксимацию 2-го порядка, как наиболее близкую к исходному процессу.

Список литературы:

Михелькевич В. Н. Автоматическое управление шлифованием. М, 1. «Машиностроение», 1975, 303 с.

Дьяконов В., Круглов В. MATLAB. Анализ, идентификация и моделирование систем. — СПб.:

2.

Питер, 2002 — 448 с.: ил.

БЕЗДАТЧИКОВЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД СПИРАЛЬНО-ВИНТОВОГО КОНВЕЙЕРА С НЕЧЕТКИМ РЕГУЛЯТОРОМ СКОРОСТИ Д. В. Гречушников, А. С. Глазырин Национальный исследовательский Томский политехнический университет, ЭНИН, г. Томск, Россия asglazyrin@tpu.ru Целью данной работы было спроектировать ЭП винтового конвейера с нечетким регулятором скорости. Винтовой конвейер предназначен для транспортирования в горизонтальной плоскости или под углом до 60° к горизонту сыпучих материалов. Конструктивно данный конвейер представляет собой спирально-винтовую поверхность, помещенную в цилиндрический кожух. Принцип действия основывается на использовании вращающегося винта, спиральная часть которого способна перемещать материал, расположенный в полостях между корпусом и винтовым пером шнека.

Важной особенностью данного механизма является нелинейный характер нагрузки, представленный на рисунке 1:

Рис. 1. Механическая характеристика нелинейной нагрузки механизма Особое внимание следует уделить падающему участку А-В, на котором коэффициент жесткости характеристики M() принимает отрицательные значения На первоначальном этапе необходимо выбрать двигатель по мощности.

Мощность приводного двигателя выбираем согласно • заданной производительности Q т/ч и • параметров шнека: длина транспортирования L, м, высота подъема Н,м • физическим свойствам транспортируемого материала Мощность двигателя шнека определяется по формуле:

PДВ =k З Q ( L w0 + H ) = 0.0033 200 (30 1.2 + 26) = 41 кВт.

Приблизительная мощность двигателя составила 41 кВт.

Так как мы выбираем двигатель общепромышленного назначения с самовентиляцией, то для обеспечения требуемого диапазона регулирования необходимо завысить его по мощности. Таким образом, выбираем асинхронный двигатель серии 4А.

Структурная схема нелинейной САУ РЭП представлена стандартной четырехконтурной схемой во вращающейся системе координат, ориентированной по результирующему вектору потокосцепления ротора. Все контуры настроены на с использованием регуляторов пропорционально интегрального (ПИ) типа.

Сравнительные переходные процессы скорости и момента в системах с классическим и нечетким Fuzzy -регуляторами скорости при попадании рабочей точки на падающий участок механической характеристики шнека представлены на рисунке 2 и 3 соответственно:

рад / с рад / с = 0.48 (t) (t) t ру = 0,098 с t ру = 0,26 с t,c t,c а) С ПИ-регулятором б) С FUZZY-регулятором Рис. 2. Переходная характеристика скорости M Нм M Нм M (t) M (t ) t,c t,c а) С ПИ-регулятором б) С FUZZY-регулятором Рис. 3. Переходная характеристика момента Для наглядности представим динамические механические характеристики (Рис. 4):

а) С ПИ-регулятором б) С FUZZY-регулятором Рис. 4. Динамическая механическая характеристики Улучшение работы регулирования в динамике позволяет улучшить экономические и энергетические показатели.

• Устранение колебаний скорости на прямую улучшает производительность конвейера, предотвращая проскальзывания транспортируемого материала.

• Устранение колебаний момента избавляет систему от нежелательных динамических ударов, что положительно отражается на механической части механизма Таким образом, данная работа является актуальной. В этой сфере возможно много направлений для дальнейшего развития. Для улучшения показателей возможно применение различного рода гибридных регуляторов.

Список литературы:

Нечёткая логика и её применение в автоматическом регулировании: Учеб. пособие/ 1.

В.В. Стальский, Р.М. Проскуряков;

СанктПетербургский горный ин-т. СПб., 1998.

94 с.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ОТДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ Н.А. Гопалова Научный руководитель: А.Ю. Чернышев, к.т.н., доцент, ЭНИН, ТПУ.

Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия Одно из основных устройств в линиях производства кабеля различного назначения являются отдающие устройства. В работе рассмотрены основные особенности и тенденции развития автоматизированных электроприводов отдающих устройств на примере линии производства кабеля связи. Выбран, в качестве предмета исследования, электропривод отдающих устройств линии производства телефонного кабеля «TEL-60», которая предназначена для непрерывного производства от десяти- до сто-парного телефонного кабеля.

Имитационная модель двухмассовой системы автоматического управления следящего электропривода (САУ СЭП) приведена на рис. 1.

1.5*L_m *z_p/L_ Out 1 F 1.5*L_m*z_p/L_2 Mcd 10 In1 moment Id F Product Uzad _Flux Mc FluxLoop sp_W 73. TwoMassSystem moment Scope Mc Sp_loop Id Iq Step 2 simout Irms ParabolicReg Speed Iq P -regPosition SpeedLoop Current errorposition kp kp 1/kp simoutEr P-regPosition 1/kp +- Рис. 1.Имитационная модель двухмассовой САУ СЭП Графики переходных процессов основных координат нелинейной двухмассовой системы автоматического управления следящего электропривода с настройкой параболического регулятора положения и ПИ регулятора скорости на максимальный момент инерции электропривода для различных задающих воздействий, приведены на рис. 2 и 3.

Рис. 2 ПП двухмассовой САУ СЭП зад = 500 дискрет, J = 0,565 кг·м Рис. 3 ПП двухмассовой САУ СЭП зад = 500 дискрет, J = 0, 249 кг·м Рис. 4. ПП двухмассовой САУ СЭП зад = 1000 дискрет, J = 0,565 кг·м Анализ графиков переходных процессов показывает, что при средних (рис. 2 и 3) и больших входных воздействиях (рис. 4), с моментом инерции для полного и для пустого барабана, следящий электропривод ведет себя как нелинейная система. Однако нелинейная двухмассовая система автоматического управления следящего электропривода с параболическим регулятором положения при любом входном реальном воздействии не позволяет компенсатору отклониться на недопустимо большие отклонения, приводящие к вытягиванию десятипарного пучка.

Исследования электропривода отдающего устройства показывают, что электропривод точно отрабатывает заданную скорость, наброс нагрузки до номинального значения и сброс нагрузки до минимального значения, следовательно, асинхронные электроприводы могут успешно применяться в отдающих устройствах.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ЭКСТРУДЕРОВ К.Ю. Белаш Научный руководитель: А.Ю. Чернышев, к.т.н., доцент, ЭНИН ТПУ.

Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия e-mail: belashky@mail.ru Создание автоматизированных систем управления позволяет увеличить производительность, упростить управление технологическим процессом, улучшить качество управления и энергосбережение, упростить обслуживание таких систем, а также сократить количество обслуживающего электротехнического персонала предприятия, с целью снижения технико экономических затрат предприятия.

Объектом автоматизации в данной работе является экструдер (рис. 1.), который входит в состав экструзионной линии. Экструзия представляет собой непрерывный технологический процесс, заключающийся в продавливании материала, обладающего высокой вязкостью в жидком состоянии, через формующий инструмент (экструзионную головку), с целью получения изделия с поперечным сечением нужной формы. Основным технологическим оборудованием для переработки полимеров в изделия методом экструзии являются одночервячные, многочервячные, поршневые и дисковые экструдеры.

Рис. 1. Устройство червячного пресса 1 – электродвигатель;

2 – редуктор;

3 – загрузочная зона;

4 – червяк;

5 – цилиндр;

6 – головка пресса;

7 – формирующий инструмент (дорн и матрица);

8 – расплав полимера;

9 – изолируемый проводник Функциональная схема асинхронного электропривода шнека для автоматического регулирования диаметра изолированной проволоки включает в себя внутренний контур регулирования частоты вращения экструдера. На входе регулятора диаметра, выполненного в микроконтроллере программно, суммируются сигнал задания на диаметр dЗАД, поступающий с персонального компьютера и сигнал с усилителя, пропорциональный текущему диаметру нанесенной изоляции dТЕК. Выход регулятора диаметра (РД) является заданием на частоту преобразователя и, соответственно, скорости вращения асинхронного двигателя шнека. Реализация данной системы приведет к повышению качества выпускаемой продукции.

На рис. 2. представлена структурная схема нелинейной САУ частотно– регулируемого привода при векторном управлении.

M ср Mс = sign ± ± U р доп ± Е и макс ± U рт макс M ЭМ 2х U з () kи 1/ Rэ I1 х 3 Lm Lm zp Wртх ( р) Wр ( р) Tи p + 1 Tэ p + 1 T2 p + 1 2 L'2 Jэ р рад () () U от с Uо kт Tµто p + k Tµо p + ± Е и макс ± U рт макс ± Uрсдоп U зс kи 1/ Rэ I 1 у W.ф(р) W у(р) Wрс ( р) Tи p + 1 Tэ p + вх ± 10 В рт () () U от Uос kт Tµто p + kс T µ со p + Рис. 2. Структурная схема нелинейной непрерывной САУ частотно–регулируемого асинхронного электропривода при векторном управлении Рис. 3. Имитационная модель нелинейной непрерывной САУ частотно регулируемого асинхронного электропривода при векторном управлении Результат моделирования переходного процесса скорости (t), электромагнитного момента М(t) и потокосцепления ротора 2(t) на имитационной модели системы векторного управления асинхронным электроприводом в неподвижной системе координат с ограничениями регуляторов приведен на рис. 4.

500 2 x Вб 10 рад / с M Нм M (t ) УСТ = 0, 951 Вб M = 354,8 Н м 2 (t ) УСТ = 15, 7 рад / с (t ) t c M УСТ = 53, 23 Н м Рис.4. Переходные процессы скорости, электромагнитного момента и потокосцепления в нелинейной САУ асинхронного электропривода с векторным управлением Привод точно отрабатывает заданную скорость, наброс нагрузки до номинального значения и сброс нагрузки до минимального значения, следовательно, система настроена правильно.

БЕЗДАТЧИКОВЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С НАБЛЮДАТЕЛЕМ КАЛМАНА К.С. Афанасьев, К.Н. Мязин, А.С. Глазырин Национальный исследовательский Томский политехнический университет, ЭНИН, г. Томск, Россия asglazyrin@tpu.ru В последнее время разработчики асинхронных электроприводов стремятся удешевить и упростить их конструктивно, что достигается путем отказа от механических датчиков координат электропривода. Тахогенераторы, используемые в качестве датчиков скорости, имеют невысокую надежность и вместе с тем увеличивают стоимость электропривода. К тому же в некоторых случаях из-за особенностей технологического процесса установка тахогенератора на вал электродвигателя может быть физически неосуществима.

Датчики Холла, используемые для контроля потокосцепления при векторном управлении асинхронным электроприводом, имеют погрешность измерения, иногда превышающую допустимые значения. В последнее время в связи с интенсивным развитием полупроводниковой и микропроцессорной техники стало возможным создание бездатчиковой системы управления, в которой программно реализованы как регуляторы переменных электропривода, так и специальный алгоритм, позволяющий оценить значения этих переменных.

Таким алгоритмом является фильтр Калмана. Одной из главных проблем бездатчикового электропривода является нестационарность его внутренних параметров, так как активные сопротивления обмоток двигателя зависят от его теплового состояния, а индуктивности могут изменяться в зависимости от степени насыщения магнитной системы. Одним из решений указанной проблемы является применение расширенного фильтра Калмана, позволяющего оценивать не только координаты электропривода, но и его внутренние параметры. В данном случае рассматривается контроль за роторным сопротивлением, одним из важнейших параметров. Переход от обычного фильтра Калмана к расширенному производится путем расширения вектора состояния.

Список литературы:

1. L. C. Zai, T. A. Lipo. An Extended Kalman Filter Approach to rotor time constant Mesurement in PWM induction Motor Drives // IEEE-IAS Annual Meeting Conference Rec., 1997, 177-183.

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ АППАРАТА ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗА А.Ю. Рожков Научный руководитель: И.А. Чернышев, к.т.н., доцент ЭНИН ТПУ Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия Функциональная схема системы управления представлена на рис. 1.

Рис.1. Функциональная схема системы управления В состав данной схемы входят: УК – управляющий компьютер, МК – микроконтроллер, ПЧ1 - ПЧ2 – преобразователи частоты, БЭК – блок электромагнитных контакторов, АД1 - АД8 – асинхронные двигатели, В1 - В8 – вентиляторы, ДТ – датчики температуры, КАС – концентратор аналоговых сигналов, КРМ – компенсатор реактивной мощности Последовательность работы системы управления состоит в следующем.

Вначале на основании измерительной информации о температуре окружающего воздуха система определяет число вентиляторов, необходимых для запуска. При пуске того или иного вентилятора программируемый логический контроллер (ПЛК) подключает электродвигатель данного вентилятора к сети посредством блока электромагнитных контакторов (БЭК) через ПЧ. После того, как электродвигатель разогнался до требуемой частоты, ПЛК посредством БЭК подключает его к трехфазной сети напрямую. При этом параллельно к электродвигателю вентилятора подключается КРМ (конденсатор большой емкости). Если от управляющего компьютера (УК) поступает сигнал о том, что температура газа на выходе превысила верхний предел допустимого диапазона, ПЛК посредством БЭК подключает необходимый вентилятор к ПЧ, который увеличивает частоту вращения электродвигателя. При поступлении сигнала о том, что температура газа на выходе оказалась меньше нижнего предельного значения допустимого диапазона, ПЛК посредством БЭК подключает необходимый вентилятор к ПЧ, который уменьшает частоту вращения вентилятора. После достижения требуемой частоты вентилятор отключается от ПЧ и переводится на сеть. Если от УК поступает сигнал о достижении температуры стенки теплообменных трубок той или иной секции к температуре 0°С (это означает, что в трубках началось гидратообразование, и газ по ним не поступает), ПЛК посредством БЭК отключает необходимый вентилятор от сети, подключает его к ПЧ, который, после того, как электродвигатель остановится, запускает его в обратном направлении (реверс).

Так как гидратообразование начинается с нижних рядов теплообменных трубок, то данная процедура позволяет «разморозить» нижние ряды потоком теплого воздуха от верхних рядов, по которым все еще проходит теплоноситель.

Для систем воздушного охлаждения газа используют трехуровневую структуру системы управления (рис.2).

Рис.2. Программно-аппаратный комплекс Нижний уровень содержит датчики и исполнительные устройства. В данном случае к ним относятся датчики температуры, двигатели, компенсаторы реактивной мощности и контакторы.

К среднему уровню системы автоматизации относятся программно аппаратные модули: концентратор аналоговых сигналов, микроконтроллер, программируемый логический контроллер и преобразователи частоты.

Верхний уровень представляет собой автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора на базе персонального компьютера.

После выбора аппаратных средств, схема структуры автоматизированной системы управления технологическим процессом аппарата воздушного охлаждения газа будет выглядеть следующим образом рис.3.

Рис.3. Структура автоматизированной системы управления ЭЛЕКТРОПРИВОД ЛИТЦЕКРУТИЛЬНОЙ МАШИНЫ А. П. Поляков Научный руководитель: А. Ю. Чернышев, к.т.н., доцент ЭНИН ТПУ Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия Потребность в повышении производительности труда в кабельной промышленности заставляла искать новые пути и резервы также и в области скрутки. Наряду с увеличением скоростей крутильных машин очень эффективным мог оказаться способ совмещения различных операций скрутки, как между собой, так и с другими смежными операциями, например с наложением изоляции. Такое совмещение помимо других преимуществ могло бы дать значительную экономию времени, затрачиваемого на вспомогательные операции по транспортировке, съему и установке кабельной тары.

Литцекрутилъная машина пригодна в первую очередь для приготовления литцы неупорядоченной структуры из неизолированной проволоки. Машина является оборудованием двойного действия, то есть при одном повороте вращающейся рамы изготавливается литца длиной, соответствующей двум шагами скрутки.

Функциональная схема двойной скрутки литцекрутильной машины приведена на рис. 1. Проволоки или жилы 1 поступающие с отдающих устройств, входят в ниппель А, расположенный на оси вращения крутильной рамки, а на участке АБ скручиваются в пучок 3, который, проходя вдоль крутильной рамки, на участке ВГ дополнительно подкручивается и через тяговое устройство 2 и механизм раскладки поступает на приемный барабан 4, расположенный внутри крутильной рамки. Схема двойной скрутки приведена на рисунке 2.

Рис. 1. Схема двойной скрутки литцекрутильной машины В работе проведены исследования регулируемого электропривода литцекрутильной машины выполненной по схеме преобразователь частоты – асинхронный двигатель. Схема силовой цепи электропривода приведена на рис.2.

VD1 VD3 VD R С0 VT 1 VT VT 3 M VT VD 4 VD 6 VD В1 VT 4 VT 6 VT Рис. 2. Асинхронный электропривод с автономным инвертором напряжения, выполненным на IGBT-транзисторах Механические характеристики частотнорегулируемого асинхронного электропривода приведены на рис. 3, а переходные процесс скорости при пуске двигателя на рис. 4.

Рис. 3. Механические характеристики двигателя при законе регулирования скорости U1Ф / f1 = const Рис. 4. Переходный процесс скорости двигателя 6А160М4УЗ при пуске с задатчиком интенсивности Полученные статические и динамические характеристики полностью отвечают требованиям технологического процесса скрутки пучка жил на литцекрутильной машине.

РАЗРАБОТКА ДВУХФИДЕРНОЙ СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЗАСЛОНКИ С БЕСКОНТАКТНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ДЛЯ КОРАБЛЕЙ ВОЕННО-МОРСКОГО ФЛОТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Е.В. Трусов Научный руководитель: Ю.Н. Дементьев, к.т.н., доцент ЭНИН ТПУ ОАО «НПЦ «Полюс»

E-mail: jordan1987@sibmail.com В настоящее время для отечественного морского флота, возникла необходимость в создании и обновлении электрооборудования, в состав которого входят электровентиляторы постоянного и переменного тока, электроприводы заслонки с бесконтактными двигателями, предназначенные для перемещения воздуха по воздуховодам в системах кондиционирования и вентиляции помещений кораблей и судов.

Заслонки предназначены для перекрытия трубопроводов в системах вентиляции морских судов. Заслонка представляет собой единую конструкцию, включающую в себя проточную часть с герметизирующим элементом (дросселем), электродвигатель, редуктор и конечные выключатели, а так же систему управления. Схема управления, включает в себя контакторы и реле для включения и отключения электродвигателя, а так же аппаратуру защиты и контроля работы заслонки [1].

Согласно техническому заданию система питания электропривода заслонки должна соответствовать основным техническим требованиям:

1. Дроссель заслонки должен устанавливаться в любое, заданное из корабельной системы управления (КСУ) или с блока питания управлением (БПУ) положение: закрытое, любое промежуточное, открытое. Погрешность установки ±2° в диапазоне (3-85)°.

2. Электропитание заслонок с электроприводом должно осуществляться от двух бортов распределительной сети постоянного тока напряжением 175… В с качеством электроэнергии в соответствии с требованиями ГОСТ В 23394 78, ГОСТ В 23396-78 с учётом следующего.

3. Заслонка с электроприводом не должна создавать импульсных перенапряжений амплитудой более 600 В между входными клеммами электропитания и между клеммами и корпусом при внутренних коммутациях БР и БПУ (включении, отключении, переключении и изменении режима работы).

4. БПУ должен обеспечивать следующие виды защит: от токов короткого замыкания в обственных цепях и цепях БУ;

нулевую;

тепловую защиту при не выключении двигателя или превышении момента.

5. БПУ должен обеспечивать плавный пуск электродвигателя, не создавая при этом вибро-шумовые характеристики выше приведенного допуска.

Структурная схема заслонки приведена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема заслонки Простейшая принципиальная электрическая схема управления электроприводом заслонки приведена на рис. 2.

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема управления электроприводом заслонки Трехфазное напряжения питания электродвигателя подключается к контактам соединителя ХР1. Напряжение постоянного тока для питания схемы управления, команды «Закрыть», «Открыть» поступают на контакты соединителя ХР2. Команды на включение электропривода подаются на контакты 1 и 2 в виде импульса постоянного тока напряжением (27±3)В длительностью 1–10 с. Ток в цепи команд не более 0,2 А. Сигналом о положении дросселя служат замкнутые сухие контакты реле РЭК 10, подключенные к контактам соединителя 4,5 и 6,7 ХР2. Напряжение в цепи сухих контактов (27±3) В, ток в цепи не более 0,15 А.

В схеме предусмотрена блокировка от одновременного поступления противоречивых команд на движение, а также от поступления следующей команды до завершения исполнения предыдущей.

Защита силовой цепи и цепи постоянного тока осуществляется плавкими предохранителями.

Данная схема не соответствовала ряду требований, и требовала доработки.

На рис. 3. приведена структурная схема доработанного БПУ с бесконтактным двигателем постоянного тока БДПТ.

Рис. 3. Структурная схема БПУ с БДПТ Принятые обозначения:

СУ – система управления, ДПЗ – датчик положения заслонки, ДПР – датчик положения ротора, ИП – источник питания, Р – редуктор, Д – драйверы, К – компаратор, ЛУ – логическое устройство, ГПН – генератор пилообразного напряжения, И – интегратор, Фо – формирователь нуля, ФЧВ – формирователь сигналов частоты вращения Трехфазное напряжение 380 В, частотой 50Гц по основной и резервной сетям поступает в основной и резервный каналы, состоящие из источников питания ИП1, ИП2, включенных постоянно. Источники ИП1 и ИП2 предназначены для получения постоянных стабилизированных напряжений ±9 В и +27 В, необходимых для работы БУ, и формирования логических сигналов при отклонениях напряжений основной и резервной сетей за пределы +13 … -30 % от номинального значения, обрыва фазы и перегорания предохранителей в цепях питания БУ. Источники ИП1, ИП состоят из силовых и измерительных трансформаторов (ТС) и (ТИ), выпрямителей (В1) и (В2), фильтра (Ф), и логических устройств (ЛУ1, ЛУ2). Напряжение с ТТ подается на вход В и затем фильтруется с помощью Ф. С выхода Ф постоянное напряжение, пропорциональное току электродвигателя, поступает на входы устройства интегрирования (И). С датчика положения заслонки (ДПЗ) сигнал поступает на сумматор. Сигнал рассогласования между Uпз и Uзд поступает на формирователь нуля (Фо).

Сигнал с датчика положения ротора (ДПР) поступает на формирователь сигналов частоты вращения (ФЧВ). Далее И начинает отсчет времени.

Логические сигналы с И поступают на входы ЛУ1. Далее в зависимости от требования происходит старт или останов.

После обработки полученной информации ЛУ вырабатывает сигналы на включение или отключение силовой части и сигналы на устройство индикации (УИ), осуществляющее светодиодную индикацию режимов работы электровентилятора и срабатывания защит. Схожий принцип построения двухфидерного БУ реализован в ряде корабельных электровентиляторов и полностью удовлетворяет решению поставленной задачи [2].

На рис. 4. показана диаграмма срабатывания силовых ключей (транзисторов).

Рис. 4. Диаграмма срабатывания транзисторов Список литературы:

Корабельное малошумное электрооборудование систем вентиляции и 1.

кондиционирования нового поколения. / Гладущенко, Гейнц, Братковский / Электронные и электромеханические системы и устройства: Сб. науч. тр. – Новосибирск: Наука, 2007, с. 150.

Основы промышленной электроники: Учебник спец. вузов /В. Г. Герасимов и др., / Под 2.

ред. В. Г. Герасимова. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1986.

ОБУЧЕНИЕ И РАБОТА НЕЙРОСЕТЕВОГО ИДЕНТИФИКАТОРА СКОРОСТИ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ В УСЛОВИЯХ СИЛЬНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ПОМЕХ В ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ Р. Ю. Ткачук, А. С. Глазырин Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия asglazyrin@tpu.ru Регулируемый асинхронный электропривод является в настоящее время одним из главных потребителей электроэнергии. Среди проблем энергоэффективного управления электроприводом имеется проблема синтеза нейросетевого идентификатора скорости асинхронного электродвигателя в условиях сильных импульсных помех в измерительной системе.

В случае реальных задач, характеризующихся наличием шумов в данных вход-выход, возникают особенности, которые могут привести к тому, что обученный нейроэмулятор не будет способен давать краткосрочный прогноз из-за низкого уровня обобщения в нем [1].

Для анализа влияния импульсных помех на нейросетевую идентификацию проведем исследование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором АИР 54А4У3 с параметрами: Р=0,12 кВт;

nc=1350 об/мин;

КПД=63%;

cos=0,66;

/Y 220/380 B;

0,76/0,44 A на лабораторной установке. Получим переходные характеристики фазных токов и напряжений и скорости вращения ротора двигателя при пуске, набросе и сбросе нагрузки и торможении двигателя. Пример графика переходного процесса показан на рис. 1.

, рад/с Рис. 1. График опытных данных при набросе и сбросе нагрузки, рад/с, рад/с ~ Рис. 2. Графики сглаженных опытных данных и оценки частоты вращения ротора при пуске двигателя вхолостую, рад/с, рад/с ~ Рис. 3. Графики сглаженных опытных данных и оценки частоты вращения ротора при набросе и сбросе нагрузки На обучающей выборке, сформированной из полученных зашумленных данных, обучим нейроэмулятор. В результате обучения была сформирована ИНС, содержащая 20 нейронов в скрытом слое. Входными величинами являлись текущие и задержанные единожды, дважды и трижды значения токов и напряжений двух фаз статора двигателя, выходной – частота вращения ротора двигателя.

Для оценки точности идентификации опытные данные сгладим при помощи взвешенной локальной квадратичной регрессии. Сглаженные опытные данные примем в качестве эталонных. Графики сглаженных опытных данных и оценки скорости с использованием нейроэмулятора приведены на рис. 2.

Среднеквадратическую погрешность 1 измерения частоты вращения ротора двигателя в условиях сильных импульсных помех в измерительной системе предлагается определять по формуле:

где – сглаженная частота вращения ротора на шаге интегрирования i.

Среднеквадратическая погрешность 2 измерения при пуске двигателя вхолостую за 2,5 с составила 0,88 рад/с, при набросе и сбросе нагрузки за 25 с – 4,06 рад/с, при торможении за 6 с – 2,62 рад/с.

Среднеквадратическая погрешность оценивания частоты вращения ротора двигателя с помощью нейроэмулятора рассчитывается по формуле:

Среднеквадратическая погрешность оценивания при пуске двигателя вхолостую за 2,5 с составила 2,6 рад/с, при набросе и сбросе нагрузки за 25 с – 1,69 рад/с, при торможении за 6 с – 1,92 рад/с.

, рад/с, рад/с ~ Рис. 4. Графики сглаженных опытных данных и оценки частоты вращения ротора при торможении двигателя Следовательно, нейроэмулятор позволяет оценивать частоту вращения ротора асинхронного двигателя с достаточной точностью даже при значительной погрешности измерения.

Список литературы:

Махотило К. В. Разработка методик эволюционного синтеза нейросетевых компонентов 1.

систем управления: Дис. … канд. техн. наук. – Харьков, 1998. – 179 с.

ПРОБЛЕМЫ И МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ПОВРЕЖДЕНИЙ СТЕРЖНЕЙ РОТОРОВ КОРОТКОЗАМКНУТЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В. В. Тимошкин, Т. А. Глазырина, А. С. Глазырин Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия Timvv@sibmail.com С развитием высоких технологий и ростом цен на полезные ископаемые особый акцент ставится на энергосбережение. Во многих странах, в том числе и нашей, такой политики придерживается государство, которое стимулирует внедрение энергосберегающих технологий.

Основной долей потребителей электроэнергии, которая составляет около 80%, в мире являются электроприводы. Поэтому активно внедряются как в нашей, так и зарубежной промышленности, регулируемые и энергосберегающие привода, которые потребляют столько мощности, сколько необходимо в данный момент времени.

Как показала практика, одним из дополнительных источников потребления электроэнергии в электроприводе могут быть различные неполадки, которые обычно сразу специалистом не диагностируется. В качестве примера можно привести обрыв стержней ротора, где электропривод теряет часть своей мощности и тем сам приводит к дополнительному потреблению энергии.

Причиной отгарания стержней ротора у асинхронного электродвигателя чаще всего является большой протекающий ток, который возникает обычно при пуске.

Обнаружение неисправности в режиме реального времени дало бы возможность быстро ее локализовать и исправить. Поэтому сейчас активно видеться разработка диагностирующих систем, способных определять место и причину неисправностей. При создании таких систем возникают определенные сложности, которые связаны с тем, что для использования их нужны либо дополнительные датчики или хорошие алгоритмы. Первый вариант является не самым лучшим, так как приводит к значительному удорожанию электропривода. Второй же вариант основывается на использовании минимальной информации, такой как токи, напряжение или скорость, полученной с имеющихся датчиков. Для составления таких алгоритмов, способных диагностировать обрыв стержней, нужны характеризующие, признаки по которым будет производиться диагностика.

При исследовании данных систем было установлено, что в тот момент времени, когда ротор проходит мимо зоны неисправного стержня, то скорость вращения его замедляется, но при выходе уже наоборот ускоряется за счет увеличивающегося электромагнитного момента. Эти незначительные ускорения и замедления будут проявляться в виде появления высокочастотных колебаний вокруг основной гармоники частоты вращения и суммарного вектора тока [1, 2].

Для анализа полученных данных удобно использовать математический аппарат, который позволяет определять частотный спектр сигналов, а также обладает высокой разрешающей способностью. Обычно для решения таких задач используют Фурье-анализ или вейвлеты. Основное отличие вейвлетов от Фурье-анализа заключается в том, что они локализуют колебания не только в частотной, но и еще во временной области. Суть анализа данных, полученных с датчиков, сводится к сравнению работы электропривода в нормальном режиме и в аварийном.

Стоит отметить, что данная диагностирующая система не дает сто процентного результата, т.е. существует вероятность принять возникшую помеху в каналах связи датчиков за неисправность или не зафиксировать ее при работе привода на холостом ходу. Первая проблема решается путем фильтрации или экранирования, вторая же путем внедрения идентификатора момента в систему.

Список литературы:

В.Ф. Сивокобыленко и др. Математическое моделирование асинхронных двигателей 1.

при повреждениях стержней короткозамкнутого ротора. URL:

http://www.nbuv.gov.ua/portal/natural/Npdntu_eie/2009_9/Art_39_222.pdf.

2. H. Douglas, P.Pillay, A. Ziarani. Detection of broken rotor bars in induction motors using wavelet analysis. URL: http:// citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.132. &rep=rep1&type=pdf fault detection induction motors broken rotor.

ЭЛЕКТРОПРИВОД ШАХТНОГО ВЕНТИЛЯТОРА ГЛАВНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ М.С.Сахаров Научный руководитель: Ю.Н. Дементьев, к.т.н. ЭНИН ТПУ.

Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия sm88@sibmail.com Современное горное предприятие немыслимо без принудительной вентиляции. Прекращение проветривания влечет за собой остановку всего технологического комплекса шахты или рудника, к выводу людей на поверхность, прекращению работы всех машин и механизмов. От надежной, безотказной работы системы проветривания полностью зависит безопасность, а зачастую и жизнь людей, работающих в шахте.

В связи с необходимостью наличия в шахтных условиях надежного, необходимой мощности и управляемого источника сил движения воздуха, в качестве основного источника этих сил используется вентилятор.

Вентиляторы широко применяются во всех отраслях промышленности. На их привод расходуется огромное количество электроэнергии, вырабатываемой в стране. В частности, в горной отрасли на привод вентиляторов, обслуживающих шахту, уходит до 8 – 10% электроэнергии расходуемой всей шахтой [1].

В угольных шахтах в процессе эксплуатации постоянно изменяются длина, сечение и число горных выработок, а также утечки воздуха между выработками и естественная тяга. Все это обусловливает изменение сопротивления шахтной сети. Кроме того, изменяются производственная мощность шахт, газовыделение из горных пород и температура поступающего в шахту воздуха, количество людей, находящихся в шахте и т.д.

В силу этих причин действительный вентиляционный режим всегда бывает переменным и отличается от проектного. Поэтому шахтные вентиляторные установки главного проветривания должны иметь устройства, позволяющие значительно изменять их аэродинамическую характеристику без существенного уменьшения КПД, т.е. они должны экономично и глубоко регулироваться.

На сегодняшний день, основным способом регулирования режимов работы шахтных вентиляторов является изменение угла поворота лопаток. Однако у данного способа имеется целый ряд недостатков. Например, работа центробежного вентилятора на низких аэродинамических параметрах с использованием подобного способа регулирования (лопатки перекрыты практически полностью) приводит к неустойчивому динамическому режиму, что способствует повышенному механическому износу подшипников ротора вентилятора [2].

Наиболее благоприятные условия для регулирования центробежных вентиляторов по экономичности можно достичь, применив регулируемый электропривод. Применение регулируемого электропривода обеспечивает высокую экономичность работы в широком диапазоне вентиляционных режимов.

Применение регулируемого электропривода, по сравнению с изменением угла поворота лопаток, позволяет уменьшить энергопотребление в среднем на 35%;

устранить пусковые токи и перегрузки двигателя в период пуска;

уменьшить механический износ оборудования и снизить затраты на его техническое обслуживание и ремонт, благодаря снижению кратности пусковых токов;

получить устойчивые динамические режимы работы во всем диапазоне аэродинамических характеристик.

В связи с этим, одним из актуальных направлений в развитии систем шахтной вентиляции является создание экономичного и надежного электропривода шахтного вентилятора, а также решение ряда задач связанных с разработкой и исследованием системы частотного регулирования этого электропривода.

В ходе исследований было принято, что требованиям к проветриванию шахты “Дзержинская” в большей степени удовлетворяет центробежный вентилятор ВШЦ16, с диаметром рабочего колеса 1,6 метра и частотой вращения 1000 об/мин.

Имитационная модель асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором и вентиляторной нагрузкой в стационарной системе координат, составленная на основе математического описания [3], приведена на рис. 1.

Рисунок 1 - Имитационная модель асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором и вентиляторной нагрузкой в стационарной системе координат С помощью данной имитационной модели были проведены исследования динамических режимов работы регулируемого электропривода вентилятора. На рис 2. и рис 3. приведены полученные графики переходных процессов скорости, тока и момента АД вентилятора.

Рис 2. График переходного процесса момента АД с вентиляторной нагрузкой при векторном управлении Рис 3. График переходного процесса скорости АД с вентиляторной нагрузкой при векторном управлении На рис. 4 представлена динамическая механическая характеристика двигателя при векторном управлении.

Рис 4. Динамическая механическая характеристика АД с вентиляторной нагрузкой при векторном управлении Анализ полученных характеристик позволяет установить, что применение частотно-регулируемого электропривода позволяет обеспечить заданный диапазон регулирования скорости вентилятора, а значит необходимое для жизнедеятельности человека проветривание шахты.

Список литературы:

1. Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы: Учеб. пособие. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2003 – 196 с.

2. Горбунов В.И. Проектирование вентиляции рунных шахт: учебное пособие. – МГТУ им. Г. И. Носова. – Магнитогорск: МГТУ, 2007 – 136 с.

3. Удут Л.С., Мальцева О.П., Кояин Н.В. Проектирование и исследование автоматизированных электроприводов. Ч.8. Асинхронный частотно регулируемый электропривод: Учебное пособие. – Томск: Томский политехнический университет, 2010 –448 с.

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ДИАМЕТРА ЛИНИИ ПРОИЗВОДСТВА ИЗОЛИРОВАННОЙ ПРОВОЛОКИ TL- Л.В. Быкова Научный руководитель: И.А. Чернышев, к.т.н., доцент ЭНИН ТПУ Национальный исследовательский Томский политехнический университет г. Томск, Россия Для реализации системы автоматического регулирования диаметра была предложена функциональная схема, представленная на рис.1. Она состоит из:

ПК – персональный компьютер;

МК – микроконтроллер;

ПЧ – преобразователь частоты;

БРК – блок релейной коммутации;

У – усилитель;

М – двигатель (АД);

ДД – датчик диаметра.

Рис.1. Функциональная схема системы автоматического регулирования На входе регулятора диаметра, выполненного в МК программно, сумми руются сигнал задания на диаметр dЗАД, поступающий с ПК и сигнал с усилите ля, пропорциональный текущему диаметру нанесенной изоляции dТЕК. Выход регулятора диаметра (РД) является заданием на частоту преобразователя и, со ответственно, скорости вращения асинхронного двигателя шнека.

Имитационная модель САР диаметра представляет собой имитационную модель системы ПЧ – АД с векторным управлением (рис.2) с добавлением оп тимизированного контура диаметра (рис.3).

Рис.2. Векторная система управления ПЧ – АД Рис.3. Оптимизированный контур регулирования диаметра Переходные процессы диаметра, полученные при помощи имитационной модели, приведены на рис. 4. Проведя анализ полученных переходных процес сов можем сделать вывод о том, что при уменьшении задающего воздействия на диаметр, время переходного процесса уменьшается и составляет t1 =2c (для D1=1 мм) и t2 =1,05c (для D2=0,6 мм). Графики переходного процесса системы автоматического управления диаметром, полученные путем моделирования, соответствуют процессам, протекающим в реальных системах и выполняется главное требование – отсутствие перерегулирования.

Рис. 4. Переходные процессы в системе Список литературы:

Дементьев Ю. Н. и др. Электрический привод: учебное пособие / Ю. Н. Дементьев, А.

1.

Ю. Чернышев, И. А. Чернышев;

Национальный исследовательский Томский политех нический университет (ТПУ). – Томск : Изд-во ТПУ, 2010. – 224 с. : ил.

Удут Л. С. И др. Проектирование и исследование автоматизированных электроприво 2.

дов. Ч. 8: Асинхронный частотно-регулируемый электропривод: учебное пособие / Л.

С. Удут, О. П. Мальцева, Н. В. Кояин;

ТПУ. – Томск : Изд-во ТПУ, 2010. – 448 с. : ил.

ЭЛЕКТРОПРИВОД ПИТАТЕЛЯ СУШИЛЬНОГО БАРАБАНА Е. С. Попова Национальный исследовательский Томский Политехнический университет (филиал) г. Новокузнецк, Россия Данная работа посвящена вопросам разработки и исследованию электропривода питателя сушильного барабана, предназначенного для обогащения угля или железосодержащей руды.

Полезные ископаемые большей частью непригодны для непосредственного использования в промышленности и обычно их подвергают предварительной обработке – обогащению.

Обогащение полезных ископаемых осуществляется на обогатительных фабриках. В результате обогащения полезного ископаемого в качестве конечного продукта получают концентрат, в котором сосредоточена основная масса полезных составляющих, и одновременно отходы – хвосты, в которые переходит большая часть пустой породы.

Обычно уголь, после дробления подаётся в аккумулирующие бункера. Из аккумулирующих бункеров уголь поступает в основной цех, где происходит его обогащение на отсадочных машинах. Концентрат после обезвоживания на центрифугах поступает в цех сушки, где складируется в бункерах. Из бункеров, с помощью питателей, концентрат подаётся в сушильные барабаны. Далее сухой концентрат распределяется по силосам, откуда его загружают в железнодорожные вагоны.

Сушильный барабан представляет собой полый сварной цилиндр, к стенкам которого с внутренней стороны приварены лопасти. Со стороны горячего конца сушильного барабана имеется кожух, с помощью которого перенесено мягкое манжетное уплотнение от горячей части сушильного барабана.

Питатель сушильного барабана представляет собой механизм непрерывного действия, рабочим органом которого является тяговая цепь со скребками, представляющая собой две пластинчатые втулочные цепи, связанные между собой скребками. Цепь приводится в движение приводным валом с двумя восьмизубыми звёздочками, установленными на приводной секции.

Так как по требованиям технологического процесса диапазон регулирования скорости сушильного барабана не должен превышать D 1 : 100, в настоящее время рекомендуется применять бездатчиковые системы асинхронных электроприводов с векторным управлением. В частотно регулируемых асинхронных электроприводах векторное управление связано как с изменением частоты и текущих значений переменных (напряжения, тока статора, потокосцепления), так и с взаимной ориентацией их векторов в декартовой системе координат. За счет регулирования и амплитудных значений переменных, и фазовых углов между их векторами достигается наиболее качественное регулирование скорости, момента и тока асинхронного двигателя, как в статике, так и динамике. В таких системах информация о текущих значениях и пространственных положениях векторов потокосцепления и значениях скорости вращения асинхронного двигателя определяется косвенно по мгновенным значениям токов и напряжений фаз двигателя на основе математической модели асинхронного двигателя. Функциональная схема асинхронного электропривода с бездатчиковым векторным управлением с ориентацией по вектору потокосцепления ротора приведена на рис. 1.


ПКП 2з 2 I1x I1xз U1xз U 'A x, y РП РТ ПЧ () I1x () a, b ' UB I1yз I U1yз з 1y (АИН) A, B, C РC РТ ' UC () I1y () I1x I A,U A • • A, B, C I1y I B,U B • • a, b • U1x I C,U C 2x • • Вычислитель x, y • U1y 2 y = 0 • потока M ОКП ос Вычислитель положения и скорости Рис. 1. Функциональная схема асинхронного электропривода с бездатчиковым векторным управлением с ориентацией по вектору потокосцепления ротора Результаты моделирования переходных процессов в контуре скорости, настроенного на симметричный оптимум, при отработке ступенчатого входного воздействия U зс = 0,1 В приведены в виде переходной характеристики (t) на рис. 2.

Рис. 2. Переходные характеристики (t), (t) и i(t) контура скорости Анализ графиков переходных процессов показывает, что переходный процесс пуска асинхронного электропривода с векторным управлением протекает за достаточно короткое время и не превышает 0,2 с, перерегулирование не превышает 12 %, что полностью удовлетворяет требованиям технологического процесса такого класса механизмов.

Список литературы:

Чернышев А.Ю. Расчет характеристик ЭП переменного тока, часть 1, АД 1.

Расчет и проектирование ленточных конвейеров. Учебное пособие. Шейнблин В. А.

2.

Краунив Г. А. М.: Металлургия, 1987.

Автоматизация процессов дозирования в металлургии. Бабенко В. Т., Шидлович Л. Х., 3.

Левинсон Б. А. и др. М.: Металлургия, ЭЛЕКТРОПРИВОД ЛЕНТОЧНОГО ВЕСОДОЗАТОРА НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ Н.С. Ушакова Национальный исследовательский Томский Политехнический университет (филиал), г. Новокузнецк, Россия Данная работа посвящена вопросам разработки и исследованию ЭП ленточного весодозатора непрерывного действия, предназначенного для весового дозирования кокса или железосодержащей руды.

Для повышения качества производства металла в доменном производстве, обычно используется не железосодержащая руда, а специально подготовленный агломерат. Агломерация – это термический процесс окусковывания измельченных материалов, являющихся железосодержащей частью руды, путем их спекания, с целью придания свойств, необходимых для доменной плавки. Для производства агломерата используют специальные агломерационные машины [3].

Технологическая схема, поясняющая процесс производства агломерата металлургического производства приведена на рис. 1.

Рис. 1. Технологическая схема, поясняющая процесс производства агломерата металлургического производства Согласно технологической схеме из шихтовых бункеров 1 производится дозирование компонентов шихты, ленточными весодозаторами 2 на ленточный конвейер 3. Затем компоненты шихты поступают в барабанный смеситель 4, ленточным транспортером 5 шихта перемещается в окомкователь 6, где она увлажняется и окомковывается.

С выхода агломерационной машины агломерат подвергается дроблению.

Затем его отправляют на самобалансный (горячий) грохот 12, где крупный агломерат отделяется от мелкого и поступает в охладитель 13.

В соответствии с требованиями доменной плавки агломерат должен иметь:

• постоянный с наименьшими отклонениями от базового состава химический состав;

• высокую механическую прочность;

• минимальное содержание мелочи.

Таким образом, для выплавки чугуна необходим качественный агломерат и, следовательно, для его качественного приготовления необходимо приготовить шихту с определенными массовыми концентрациями составных компонентов [2].

В настоящее время ЭП ленточного весодозатора на базе двигателя ПТ, т.к.

ЭП постоянного тока практически не выпускаются, на их замену пришли АД с частотным регулированием скорости. Для того чтобы ЭП переменного тока был по своим показателям качества не хуже привода постоянного тока, в начале был исследован привод постоянного тока, установленный на механизме ленточного весодозатора.

По структурной схеме составлена имитационная модель электропривода в программе «WINDORA». Произведены исследования переходных процессов скорости и тока.

Из–за трудности охлаждения асинхронного двигателя его мощность должна быть увеличена на 25% по отношению к мощности установленного двигателя постоянного тока. Для механизма был выбран асинхронный двигатель типа 4А100М2УП3 мощностью 5,5 кВт.

По паспортным данным двигателя были определены параметры схемы замещения и рассчитаны статические механические характеристики.

Для расчета переходных характеристик была составлена структурная схемы ЭП переменного тока во вращающейся системе координат. В программной среде «WINDORA» рассчитаны переходные процессы прямого пуска АД. Эти переходные процессы сходящиеся, и это позволяет сделать вывод о правильности параметров схемы замещения АД.

В настоящее время наиболее эффективным способом регулирования скорости является регулирование частоты подводимого напряжения, в работе подробно произведен обзор ПЧ. Выбрана схема подключения преобразователя частоты Danfoss VLT 5016 HVAC к двигателю и питающей сети. Подключение произведено через сетевые фильтры.

Т.к. данный механизм требует D больше 1:30, то для ЭП ленточного весодозатора выбрана функциональная схема с бездатчиковым векторным управлением. [1] (рис. 2).

Рис. 2. Функциональная схема с бездатчиковым векторным управлением По данной функциональной схеме составлена структурная схема системы векторного управления (рис. 3).

Рис. 3. Структурная схема системы векторного управления В работе произведен синтез параметров регуляторов тока, потокосцепления и скорости. Составлены схемы имитационных моделей.

Результаты исследования переходных режимов ЭП представлены на рис. 3.

Из полученных графиков следует, что качество переходных процессов удовлетворяет требованиям технического задания, максимальное перерегулирование не превышает 5%, время переходного процесса не превышает 0,164 с. Графики п/п. с различным заданием теоретически подтвердили, что ЭП обеспечивает D регулирования 1:100.

Рис. 3. Переходные процессы (t), (t), i(t) и М(t) при учёте насыщений регуляторов Uз.макс=10 В и Мс=0 Нм В работе произведен синтез параметров регулятора веса и исследованы п/п работы системы весодозатора непрерывного действия при изменении плотности материала.

, о.е. Q, тонн/ч Рис. 4. График переходного процесса при отработке ступенчатого изменения линейной плотности материала при МС = 22 Н·м и Q = 40 тонн/ч Как следует из графиков изменение плотности материала в данной системе не приводит к изменению веса агломерата. Т.о. данная система полностью удовлетворяет требованиям технического задания.

Список литературы:

Чернышев А.Ю. Расчет характеристик ЭП переменного тока, часть 1, АД 1.

Расчет и проектирование ленточных конвейеров. Учебное пособие. Шейнблин В. А.

2.

Краунив Г. А. М.: Металлургия, 1987.

Автоматизация процессов дозирования в металлургии. Бабенко В. Т., Шидлович Л.

3.

Х., Левинсон Б. А. и др. М.: Металлургия, АЛГОРИТМ И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С. В. Воробьева Научный руководитель: Умурзакова А.Д., старший преподаватель Инновационного Евразийского Университета г. Павлодар, Казахстан granat_72@mail.ru Для измерения значения крутящего момента асинхронного электродвигателя был разработан алгоритм и выведено выражение (1), которое позволяет обеспечить требуемую точность результата [1, 2].

НАЧАЛО ВВОД ПОСТОЯННЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ, ПАСПОРТНЫХ ДАННЫХ ИЗМЕРЕНИЕ МГНОВЕННЫХ ЗНАЧЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЙ ua, ub, МГНОВЕННЫХ ЗНАЧЕНИЙ ТОКОВ ia, ib, ЧАСТОТЫ f,ТЕМПЕРАТУРЫ t ВЫЧИСЛЕНИЕ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА АДКР ВЫВОД РЕЗУЛЬТАТОВ Рис. 1. Алгоритм косвенного контроля крутящего момента асинхронного электродвигателя 1/ f 1/ f М = 3 * pn * [ia * ( ub dt r1( 20) * [1 + (t 20)] * ib dt ) 0 (1) 1/ f 1/ f ib * ( ua dt r1( 20) * [1 + (t 20)] ia dt )].

0 где f - частота основной гармоники напряжения питания АДКР, Гц;

r1( 20 ) - активное сопротивление проводников обмотки статора АДКР при температуре 20 0 C, Ом (паспортные данные);

- температурный коэффициент, характеризующий свойства проводников обмотки статора асинхронного электродвигателя, 1 / 0C ;

t - температура проводников обмотки статора АДКР, 0 C.

Проверим размерность формулы (1):

1/ f 1/ f * [1 + (t 20)]* ib dt )] = u dt r 3 * pn * [ia * ( b 1( 20 ), 0 = [А * ( В * с Ом * А * с)] = [ А * ( В * с В * с)] = А * В * с 1/ f 1/ f ib * ( u a dt r1( 20 ) * [1 + (t 20)] ia dt )]. = [А * (В * с - Ом * А * с)] =, 0 = [ А * ( В * с В * с)] = А * В * с М [В*А*с]=[В*А*с].

В соответствии с выражением (1) и алгоритмом, представленном на рисунке 1, для определения крутящего момента асинхронного электродвигателя необходимо произвести измерение мгновенных значений фазных напряжений и токов, частоты основной гармоники напряжения, температуры проводников обмотки статора асинхронного электродвигателя, и с учетом активного сопротивления проводников обмотки статора асинхронного электродвигателя при температуре 20 C, температурного коэффициента, характеризующего свойства проводников обмотки статора асинхронного электродвигателя, произвести операции преобразования, перемножения, интегрирования.

Для исследования статических и динамических свойств косвенного контроля крутящего момента асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором использовались методы имитационного моделирования с применением прикладных программ системы MATLAB, создана система имитационного моделирования системы косвенного контроля координат асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором [3].

Для моделирования был принят режим пуска асинхронного двигателя как наиболее тяжелый, при котором параметры изменяются в широких пределах.


При моделировании были приняты нулевые начальные условия, кроме того, принято: время начала моделирования t0 =0;

время окончания было определено по завершению переходного процесса.

Расчет осуществлялся методом Рунге-Кутта четвертого порядка точности с фиксированным шагом интегрирования.

Визуализация результатов моделирования осуществляется многоканальным осциллографом на основе визуальных регистрирующих устройств, входящих в состав библиотеки компонентов пакета системного моделирования Simulink программы Matlab. Результат моделирования представлен в виде осциллограммы динамических процессов при прямом измерении на рисунке 2, (а), полученной при непосредственном снятии кривой с электродвигателя, и для косвенного контроля на рисунке 2, (б), полученной по формуле (3), для асинхронного электродвигателя с номинальной мощностью 4А50А4.

а) б) Рис. Анализ динамических процессов, приведенных на рисунке 2, показывает, что косвенный контроль крутящего момента асинхронного двигателя дает достаточную сходимость с измеренными характеристиками двигателя.

Таким образом, разработаны алгоритм и способ измерения крутящего момента асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, которые повышает точность измерения крутящегося момента в динамических режимах работы электропривода и упрощает способ измерения.

Список литературы:

Мельников В.Ю., Умурзакова А.Д.Инновационный Патент № 20031 бюл. № 2 от 1.

14.02.2009 Способ измерения крутящегося момента асинхронного электродвигателя/ Мельников В.Ю., Умурзакова А.Д. Косвенный метод контроля крутящего момента 2.

асинхронного электродвигателя// Материалы II Международной научно-практической конференции ««Наука и образование в XXI веке: динамика развития в евразийском пространстве», Павлодар, 2011.- с.65-67.

Мельников В.Ю., Умурзакова А.Д. Моделирование системы непрямого контроля 3.

координат асинхронного электродвигателя// Материалы Международной научно практической конференции «Экологические проблемы и перспективы применения чистых технологий для устойчивого развития регионов», Павлодар, 2005г.- с.47-49.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ОБРАЗОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СИНТЕЗИРУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИМЕНЯЕМЫХ В АГРОПРОМЫШЛЕННЫХ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ М.В. Дорожкин, А.В. Коротких Научный руководитель: В.М. Коротких, профессор кафедры ОЭ Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, г. Барнаул, Россия vkorot@mail.ru Ремонт сельхозтехники, включая лемехи, лапы культиваторов, ножи плоскорезов, совмещают с восстановлением рабочих поверхностей [1].

Традиционно способ восстановления выбирается, исходя из сложности и технологичности ремонтных работ, энергозатрат, наличия оборудования, порошковых металлов и сплавов. В последнее время замена дорогостоящих порошковых металлов на синтезируемые композиционные материалы становится все более актуальной из-за простоты их получения, энергоэффективности и высоких эксплуатационных характеристик. Способ получения материалов с заданными свойствами - это самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС), открытый академиком Мержановым А.Г.

и группой ученых [2]. Продукты образуются с выделением тепла и свойствами, которые регулируются стехиометрией и режимами реакции [3]. Вот почему важно установить функциональные связи между теплофизическими параметрами и тепловой кинетикой СВС.

Телевизионные методы регистрации и контроля, использующие аналоговые и цифровые образы СВС хранящиеся в памяти, позволяют оценивать не только саму динамику, но и температурно-энергетические параметры. Для этой цели производят съемку видеокамерой – 2 процесса – 1 с записью в память – 3 (рис. 1).

В режиме считывания видеоинформация выводится на телевизионный монитор – 4, на котором с учетом базового расстояния устанавливаются два фотодатчика – 5, аналоговый сигнал, которых поступает на двухканальный аналого-цифровой преобразователь – 6, управляемый через шину – 7 микро ЭВМ – 8. В качестве телевизионных образов взяты записи, сделанные аналоговым видеомагнитофоном (VCR) «HITACHI H-600», с отключенной системой автоматического уровня яркости. Фотодатчики к экрану крепились на специальные присоски, с установленным базовым расстоянием по изображению метрического инструмента. Схема включения фотоприёмника с S1 = 17 мA/лм, I У = 10 мкА, VП = 12,6 В, Фmax= 0,035 лм во вход интегрального операционного усилителя К140УД1Б с коэффициентом усиления 100 показана на рис. 2 [4,5].

Сопротивление нагрузки рассчитывается при Фmax= 0,035 лм согласно формуле VП 12. Rн max = 2 10 4 Ом.

I У + S1 Ф max 10 10 + 17 10 3 0. Максимальная вольтовая чувствительность фотоприёмника будет составлять S v max = S Rн max = 17 10 3 2 10 4 = 340 В/лм.

Параметры схемы по расчёту имеют следующие значения: RН =20 кОм, R вх1= R вх2=2 кОм, сопротивление обратной связи RОС =k R вх1=200 кОм.

Используя 10-разрядный АЦП в измеряемом диапазоне напряжений от 020В и частоте дискретизации fД =200 кГц, имеем соответственно диапазон регистрируемых оптических величин: световой поток от 05,9·10-2 лм, с шагом дискретизации Ф = 5,9·10-5 лм. Устройством аналого-цифрового преобразования и ввода в ЭВМ используется виртуальный USВ - осциллограф (ВМ8220) с техническими характеристиками (табл. 1).

Таблица 1. Технические характеристики Осциллограф Количество каналов Частота дискретизации 100 Гц … 200 кГц Глубина памяти Чтение через буфер 1126 отсчетов/канал(1канал), 563 отс/кан (2 канала) Потоковое чтение 64К отсчетов/канал (1 и 2 канала) Входное напряжение -20…+20 В (аппаратно 2 поддиапазона) Разрядность АЦП 10 бит Абсолютная (по нарастающему/спадающему фронту), дифференциальная (по разнице между соседними отсчетами) Синхронизация Внешняя (по нарастающему/спадающему фронту ТТЛ уровни) Оконные функции Хамминга, Ханнинга, Блэкмана, Блэкмана Харриса Самописец Частота дискретизации 0,01 Гц …200 кГц Максимальное время 24 часа при Fд 100Гц записи Входное напряжение -20…+20 В (аппаратно 2 поддиапазона) Разрядность АЦП 10 бит Пример регистрации термограмм высокотемпературной стадии, показаны на рис. 3. Уровень яркости соответствующий температуре начала реакции и максимальной температуре во фронте горения определялся по эталонной лампе согласно методике изложенной в [6].

Канал Б Канал А T, 0 C 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6, t,s Рис.3. Термограммы горения системы Ti-Al (Ti-63%, Al-37%) в двух каналах Термограммы, полученные из телевизионных образов СВС, дают возможность определить не только температурную динамику, но и скорость распространения высокотемпературной зоны реакции благодаря использованию двух каналов регистрации. Скорость фронта определяется как базовое расстояние между фотоприемниками, деленное на разность времен между вторым каналом регистрации и первым в моменты времен достижения одинаковой температуры. Так для данного эксперимента скорость фронта горения лежит в пределах 7.69 мм/c.

Список литературы:

Соломкин А.П., Комаренко П.А., Бабушкин В.А. Восстановление изношенных деталей 1.

сельхозтехники// http//www.tspc.ru/about/lit/agrotechprotection Мержанов А.Г., Шкиро В.М., Боровинская И.П. Способ получения тугоплавких 2.

неорганических соединений. Авторское свидетельство №255221, 1967, Бюллетень изобретений №10, 1971.

Мержанов А.Г. Самораспростроняющийся высокотемпературный синтез // Вестник АН 3.

СССР. - 1976. - № Ишанин Г.Г. Приёмники излучения оптических и оптико-электронных приборов. - Л.:

4.

Машиностроение, 1986. - C. 57.

Коломбет Е.А. Применение аналоговых микросхем. - М.: Радио и связь, 1990.

5.

Коротких В.М., Гуляев П.Ю., Гумиров М.А., Еськов А.В., Евстигнеев В.В. Способ 6.

измерения яркостной температуры. Патент РФ N 2099674 от 20.12.97 г.

ОПТИМИЗАЦИЯ РАБОТЫ СТАНКА-КАЧАЛКИ Н.В. Садчиков Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина, г.

Москва, Россия sadchickoff@gmail.com В последние годы ярко выражена тенденция возрастания добычи нефти механизированными способами эксплуатации скважин. Лидирующее положение на данный момент занимают установки штанговых глубинных насосов (ШГН) и центробежных насосов (УЭЦН).

Ни для кого не секрет, что УЭЦН уделяется все больше и больше внимания. Сейчас ими оборудовано чуть более 50 % от общего фонда нефтяных скважин и добывается более 70 % всей добываемой нефти нашей страны. Однако, в связи с изменением структуры отечественных нефтяных месторождений в сторону более вязкой и тяжелой нефти, будет неэффективно использовать установки центробежных насосов в таких условиях, при которых они выдают низкий кпд. Таким образом, скорее всего установки штанговых насосов станут вновь востребованными.

Поскольку в последнее время в России в виду кризиса и постоянно повышающихся тарифов на электроэнергию одним из наиболее острых вопросов стал вопрос политики эффективного энергосбережения, то стоит рассматривать возможные варианты повышения кпд и, соответственно, экономии электроэнергии при добыче нефти. Учитывая значительное число штанговых глубинных установок, уже находящихся в эксплуатации – около % общего числа нефтяных скважин, актуально рассматривать способы модернизации уже имеющегося оборудования. Одним из таких способов является использование регулируемого привода насосных установок.

Частотно-регулируемый электропривод обладает высокими энергетическими показателями, гибкой настройкой параметров и режимов работы электропривода, простотой и удобством в эксплуатации, высоким качеством статических и динамических характеристик;

обеспечивает плавный пуск, реверсивное торможение, защиту электрического и электромеханического оборудования, высокую производительность управляемых машин [1]. На наш взгляд наиболее оптимально использовать системы преобразователь частоты – асинхронный двигатель (ПЧ-АД) или преобразователь частоты – вентильный двигатель (ПЧ-ВД). В настоящее время штанговые скважинные насосные установки (ШСНУ) в основном оборудованы асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором.

Поскольку частота вращения напрямую зависит от момента на валу электродвигателя, основным является расчет момента сопротивления на ведущем валу редуктора станка-качалки.

Момент сопротивления предлагается считать по следующей формуле [2]:

M c = 2 * r * P * cos( ) M yp * sin '' (1), где r – радиус кривошипа;

P – нагрузка в точке подвеса штанг;

– угол между радиусом кривошипа и шатуном;

M yp - уравновешивающий момент;

'' – угол между радиальным направлением центра вращающихся масс и вертикалью.

Приведенная формула отличается своей универсальностью и описывает случаи использования как одноплечих, так и двуплечих станков-качалок.

Поскольку, нагрузка в точке подвеса штанг различна при ходе вверх и вниз, ее максимальное и минимальное значение определяется по методике, разработанной на кафедре машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина [3]. Расчет нагрузок по данной методике позволяет учитывать потери мощности, возникающие из-за жидкостного трения, механического трения, сил инерции, вибрации.

Был произведен расчет момента сопротивления для определенной модели станка-качалки (СК5-3-2500). В данном расчете были приняты следующие допущения:

• считается, что скважина вертикальная, поэтому не учитываются силы механического и жидкостного трения;

• КПД всех элементов системы принят равным единице;

• движение колонны штанг рассматривается как движение упругой линейной инерционной системы;

• уравновешивающий груз на кривошипе расположен симметрично относительно кривошипа;

• скважина состоит из колонны штанг одного диаметра.

Рис. 1. Зависимость Мс на ведущем валу редуктора от угла поворота кривошипа.

Далее планируется провести ряд аналитических и натурных экспериментов для сравнения данных, полученных в том и другом случае. Также предполагается проверить возможность внедрения вентильных двигателей в качестве привода ШСНУ и работы их в продолжительном режиме с изменяющейся нагрузкой. Использование вентильных электродвигателей может быть оправдано в связи с тем, что • они обладают большей надежностью по сравнению с асинхронными;

• как показывает практика внедрения ВД в нефтегазовую промышленность, следует ожидать снижение удельного расхода электроэнергии;

• обладают высокими кпд (90 % и более);

• имеют широкий диапазон регулирования.

Для подтверждения ряда преимуществ вентильного электродвигателя перед асинхронным, необходимо провести испытания на стенде с одновременным запуском двух одинаковых штанговых насосов с вентильным и асинхронным электродвигателем.

Регулирование частоты вращения вала электродвигателя необходимо производить таким образом, чтобы минимизировать потери, возникающие в колонне штанг, а также исключить возможность появления отрицательного момента сопротивления и максимальные ударные нагрузки, возникающие при начале хода вверх и вниз.

Рис. 2. Периодический режим работы станка-качалки.

В совокупности ожидаемые результаты работы представят собой решение проблемы, связанной с разработкой методов анализа и синтеза систем автоматизированного электропривода для штанговых скважинных насосных установок;

предполагается достижение существенного энергосберегающего эффекта.

Список литературы:

Белоусенко И.В., Шварц Г.Р., Великий С.Н., Ершов М.С., Яризов А.Д. Новые 1.

технологии и современное оборудование в электроэнергетике нефтегазовой промышленности. – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2007. – 478с.

Чичеров Л.Г., Молчанов В.Г., Рабинович А.М. Расчет и конструирование 2.

нефтепромыслового оборудования – М.: Недра, 1987. – 422с.

Ивановский В.Н., Дарищев В.И., Сабиров А.А., Каштанов В.С., Пекин С.С.

3.

Скважинные насосные установки для добычи нефти – М.: ГУП Изд-во «Нефть и газ»

РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2002 – 824 с.

УСТРОЙСТВО АДАПТИВНОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ ГЕНЕРАТОРОВ И ЧАСТЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ Н.А. Беляев Научный руководитель: Ю.В. Хрущёв, д.т.н., профессор ЭНИН ТПУ Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г.

Томск, Россия I_am@sibmail.com Для надёжного и эффективного функционирования электроэнергетических сетей и систем необходимо, чтобы при любых операциях в системе сохранялась устойчивость, а переходные процессы не вызывали существенных возмущений.

Одним из переходных режимов является включение на параллельную работу генератора с электроэнергетической сетью, а также частей энергосистем. Для успешного включения необходимо, чтобы уравнительный ток при этом не превышал допустимого значения, а ротор включаемого генератора не переходил в асинхронный режим. Наиболее эффективным методом, обеспечивающим данные условия, является метод точной синхронизации, при котором к синхронизируемым объектам предъявляются следующие требования:

а) равенство напряжений по абсолютному значению;

б) равенство частот;

в) совпадение по фазе векторов напряжений;

г) идентичность чередования фаз напряжений.

Общим недостатком существующих систем синхронизации является отсутствие формализованной процедуры перевода используемых параметров состояния генераторов и частей ЭЭС к необходимым для точной синхронизации значениям. Вследствие чего используются такие действия, как подгонка и ожидание, которые по своему существу вносят неопределённость в задачи повышения точности и уменьшения длительности достижения конечных значений, используемых для точной синхронизации режимных параметров [1,2]. Так, например, паспортное время включения на параллельную работу для синхронизатора СПРИНТ-М варьируется от 1 до 30 минут, для синхронизатора SYNCHROTACT от 0,5 до 15 минут [3, 4].

Более эффективным представляется подход, развиваемый в Энергетическом институте Томского политехнического университета, суть которого заключается в приложении методов автоматического управления программным движением объектов с эталонной моделью [5] к задачам автоматического управления динамическими переходами электроэнергетических систем [6], в том числе и к задаче синтеза устройств адаптивной синхронизации генераторов с сетью.

Устройство адаптивной синхронизации – это микропроцессорное устройство, способное в ходе реального времени анализировать результаты текущих измерений, формировать на их основе программные (желаемые) траектории движения (ПТД) для параметров синхронизации, формировать законы управления, обеспечивающие движение в некоторой окрестности ПТД и корректировать ПТД в ходе процесса в соответствии с результатами измерений и анализа. Свойство адаптивности в данном случае означает, что необходимые конечные значения параметров синхронизации с заданной точностью достигаются при наличии неопределённых внешних возмущений и неполной информации о свойствах и условиях функционирования синхронизируемых объектов [5].

Параметрами синхронизации в рассматриваемой задаче являются параметры относительного движения векторов напряжения генератора UГ и сети UС: относительное ускорение =Uг–Uс, относительная скорость =Uг– Uс и относительное значение угла =Uг–Uс. Цель построения ПТД состоит в том, чтобы в течение интервала управления ТУ (к моменту t=tТ на рисунке 1) она обеспечивала плавный переход всех обозначенных компонентов к нулевым значениям: рТ = 0;

рТ = 0;

рТ = 0.

Основным управляющим воздействием применительно к задаче синхронизации генератора с сетью является изменение мощности турбины (РТ), через которую может быть выражено относительное ускорение на основании уравнения движения ротора генератора (1).

( P - P ) = Т, (1) Tj где Tj – постоянная инерции ротора (с);

– угловая скорость (рад/с);

Р – электрическая мощность генератора(о.е.).

На основе проведённых исследований с учётом ограничений, вводимых реальными устройствами воздействия на турбину, а также возможностями реализации измерительного блока, в настоящее время выделено два наиболее перспективных для дальнейших исследований алгоритма построения ПТД:

равноускоренного движения (рис. 1, а) и равномерно ускоренного движения (рис. 1, б).

а) б) Рис. 1. Примеры построения ПТД по алгоритмам а) – равноускоренного движения, б) – равномерно ускоренного движения Алгоритм равноускоренного движения (рис. 1, а) предполагает обеспечение постоянного относительного ускорения на всём интервале управления. В конце интервала управления относительный угол р и относительная скорость р приобретают нулевые значения, а ускорение обнуляется скачком.

Алгоритм равномерно ускоренного движения (рис. 1, б) подразумевает линейное изменение ускорения таким образом, чтобы к концу интервала управления все параметры относительного движения векторов напряжения плавно подходили к нулевым значениям.

Реализация управляющих воздействий в задаче синхронизации частей энергосистем может осуществляться не только посредством изменения вращающих моментов турбин. Воздействия могут быть сформированы с помощью гибких устройств управления – FACTS-устройств [1,6] и любых других устройств, позволяющих произвести точную коррекцию параметров для успешной синхронизации.

В ходе исследовательской работы было проведено моделирование алгоритмов работы устройства адаптивной синхронизации в программном комплексе Mustang на основе вышеназванных алгоритмов построения ПТД.

При этом воспроизводилась следующая схемно-режимная ситуация:

энергосистема состоит из двух изолированных районов. Изменение параметров синхронизации осуществляется с помощью регулирующих устройств первого энергорайона, второй энергорайон моделируется шинами бесконечной мощности. Инерционность исполнительных органов не учитывается.



Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.