Динамічні режими електромеханічних систем підйомних механізмів кранів з електроприводом "Перетворювач напруги – асинхронний двигун" - Автореферат

Найпоширеніші стандартні магнітні контролери з контакторным керуванням резисторами в ланцюзі ротора асинхронних двигунів вже не задовольняють багатьом сучасним вимогам до цих механізмів. Переобладнання портових та інших кранових механізмів на асинхронний електропривод з частотним керуванням задовольняє всі вимоги, які висуваються до електропривода; але такий електропривод вимагає значних капіталовкладень і забезпечує надлишкові можливості. Найбільш доцільним при модернізації таких механізмів, які працюють з низькими швидкостями лише короткочасно, є застосування перетворювачів напруги: вони дозволяють, залишивши той же двигун з фазним ротором, плавно регулювати його момент, а при використанні негативного зворотного звязку за швидкістю - і швидкість у необхідному діапазоні. При цьому виникає завдання одержання жорстких механічних характеристик, а електропривод зі зворотним звязком за швидкістю і електромеханічна система (ЕМС) в цілому внаслідок особливостей асинхронного двигуна можуть виявитися нестійкими. Саме тому ця робота, присвячена виробленню рекомендацій щодо вибору параметрів електропривода перетворювач напруги - асинхронний двигун (ПН-АД), які забезпечують надійну й високої якості роботу електромеханічної системи підйомних механізмів, є актуальною для народного господарства України і Соціалістичної республіки Вєтнам.У першому розділі описуються особливості електромеханічної системи механізмів підйому, вимоги до електропривода цих механізмів, перелічені переваги електропривода перетворювач напруги - асинхронний двигун (ПН-АД). Показано, що внаслідок короткочасної роботи цих механізмів на знижених швидкостях електропривод ПН - АД з ідеальним перетворювачем, заснованим на силових транзисторах із ШІМ, може бути придатним для механізмів підйому при модернізації масових кранів. У формулах (1) - це напруга в точці розкладання, а - коефіцієнти; вони постійні, якщо не змінюються параметри асинхронного двигуна (активні й реактивні опори ланцюгів статора, ротора) і ковзання. Згідно рис.1 передаточна функція АД для швидкості може бути представлена у вигляді У третьому розділі, використовуючи критерій стійкості Найквиста для лінеаризованих систем з передаточною функцією (3), розраховано граничний коефіцієнт підсилення розімкнутої системи ; при ньому замкнутий за швидкістю електропривод перебуває на межі стійкості, коли частота зрізу дорівнює тій частоті , при якій фаза , тобто .Отримано залежності фіктивних сталих часу й коефіцієнтів демпфування складових типових ланок АД від його параметрів, швидкості та напруги, які дозволяють проводити аналіз і синтез електропривода ПН-АД. Показано, що отримані передаточні функції й частотні характеристики двигуна дозволяють аналітично досліджувати стійкість замкнутого електропривода. Розглянуто кілька математичних моделей асинхронного двигуна, який живиться від ПН, зі зворотним звязком за швидкістю, зроблено їхні співставлення; доведено, що моделі, засновані на передаточних функціях, доцільно використовувати для синтезу електропривода, а відома модель, що базується на вихідних рівняннях двигуна, - для перевірки і оцінки результатів.

Основний зміст роботи

1. Виведено передаточні функції асинхронного двигуна при його лінеаризації «у малому» та живленні від ПН. Отримано залежності фіктивних сталих часу й коефіцієнтів демпфування складових типових ланок АД від його параметрів, швидкості та напруги, які дозволяють проводити аналіз і синтез електропривода ПН-АД.

2. Проведено аналіз частотних характеристик АД при цьому способі регулювання. Показано, що отримані передаточні функції й частотні характеристики двигуна дозволяють аналітично досліджувати стійкість замкнутого електропривода.

3. Розглянуто кілька математичних моделей асинхронного двигуна, який живиться від ПН, зі зворотним звязком за швидкістю, зроблено їхні співставлення; доведено, що моделі, засновані на передаточних функціях, доцільно використовувати для синтезу електропривода, а відома модель, що базується на вихідних рівняннях двигуна, - для перевірки і оцінки результатів.

4. Запропоновано аналітичну методику розрахунку граничних коефіцієнтів підсилення за умовою стійкості, отримані залежності поправних коефіцієнтів від напруги, які уточнюють на 20…30 % значення цих граничних коефіцієнтів.

5. Показано, як нелінійна модель ЕМС з двомасовою механічною частиною дозволяє будувати графіки областей стійкості ЕМС в координатах , при цьому враховується зміна насичення АД.

6. Проаналізовано динамічні навантаження в елементах кінематики при пуску АД. Виявилося, що реальний момент двигуна може привести до перевантажень, які залежать від частоти власних коливань і коефіцієнта співвідношення мас ; вони становлять 2 - 3,5 - кратне значення від статичного моменту номінального вантажу.

7. Показана можливість зниження динамічних навантажень в елементах кінематичної передачі та линви до 1,2…1,5- кратного значення використанням властивостей перетворювача напруги, а саме - плавним зростанням напруги, яка підводиться до двигуна, запропоновано закон зміни цієї напруги.

8. Запропоновані методи розрахунку параметрів і методика обмеження динамічних навантажень дозволяють розширити область застосування електропривода ПН-АД, особливо при модернізації масових кранів.

Герасимяк Р.П., Нгуен В.Х., Тарабанчук А.С. Влияние параметров и режима работы асинхронного двигателя на его частотные характеристики // Вісник НТУ «ХПІ». - Харків, НТУ ХПІ, 2005, № 45. - С. 86-88.

Герасимяк Р.П., Нгуен В.Х., Здрозис К.П. Динамические режимы электромеханической системы с асинхронным приводом // Електромашинобуд. та електрообладн. - 2006. -Вип. 66. - С.30-32.

Герасимяк Р.П., Нгуен В.Х. Устойчивость замкнутой системы электропривода преобразователь напряжения - асинхронный двигатель // Електромашинобуд. та електрообладн. - 2007. - Вип. 69. - С.23-27.

Нгуен В.Х. Расчет граничных коэффициентов усиления замкнутой системы асинхронного электропривода с учетом насыщения // Електромашинобуд. та електрообладн. - 2008. -Вип. 70. - С.23-27.

Герасимяк Р.П., Нгуен В.Х., Лещев В.А. Электромеханическая система подъемных механизмов с замкнутым асинхронным электроприводом // Вісник НТУ «ХПІ». - Харків, НТУ ХПІ, 2008, № 30. - С.326 - 328.

Нгуен В.Х. Динамические нагрузки в кинематических звеньях подъемных механизмов с электроприводом преобразователь напряжения - асинхронный двигатель// Електромашинобуд. та електрообладн. - 2008. - Вип. 71.- С. 18 - 21.