WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

На основе разработанного математического описания проводится расчет характеристик ДЭП с пускорегулирующим устройством в роторной цепи.

При расчете приняты следующие допущения:

– к входам обмоток фаз ротора приложена ЭДС ротора синусоидальной формы;

– каждый тиристор в фазах роторной цепи заменен на резистор сопротивлением rt. Это сопротивление, в зависимости от того, открыт тиристор или закрыт, принимает значение:

rt=0,001 Ом (тиристор открыт);

rt=100 кОм (тиристор закрыт).

Схема замещения с учетом допущений представлена на рис. 19.

Рис. 19. Схема замещения с учетом принятых допущений Здесь Uab, Ubc, Uca – напряжения на кольцах ротора;

Для схемы записывается система уравнений для статора и ротора:

dа db dA = uA -iA r - =ia r2' +ita rta -ib r2', dt dt dt db dc dB = uB -iB r - =ib r2' +itb rtb -ic r2', (13) dt dt ddt da c dC = uC -iC r - =ic r2' +itc rtc -ia r2', dt dt dt где uA, uB, uC – мгновенные значения напряжений трех фаз статора; A, B, C, a, b, c– мгновенные значения потокосцеплений фаз статора и ротора соответственно; r1 = rA = rB = rC – активное сопротивление фазы обмотки статора; r2 = ra = rb = rc – активное сопротивление фазы обмотки ротора; r2 = r2·ke2 – приведенное активное сопротивление фазы обмотки ротора; rДР = rДР·ke2 – приведенное активное сопротивление фазы дросселя; LДР – приведенная индуктивность обмотки дросселя;

Решение системы дифференциальных уравнений осуществляется методом Рунге-Кутта 4 порядка:

A = iA L1 +iB M +iC M +iа М +ib M +ic M, AB AC Аа Аb Ac B = iA M +iB L1 +iC M +iа М +ib M +ic M, BA BC Bа Bb Bc C = iA M +iB M +iC L1 +iа М +ib M +ic M, CA CB Cа Cb Cc - b = iA М -M +iB M -M +iC M -M + ( ) ( ) ( ) аА bA аВ bB аС bC а +iа L2 -M +ib M -L2 +ic M -M, () () ( ) (14) ba аb аc bc b - c = iA М -M +iB M -M +iC M -M + () () ( ) bА cA bВ cB bС cC +iа M -M +ib L2 -M +ic M -L2, ( ) () () ba ca cb bc c - a = iA М -M +iB M -M +iC M -M + () () ( ) cА aA cВ aB cС aC +iа M -L2 +ib M -M +ic L2 -M.

() ( ) () ca cb ab ac Токи, протекающие через тиристоры, находятся по законам Кирхгофа:

ita = ia - ida + itc, itb = ib - idb + ita, (15) itc = ic - idc + itb, ita rta + itb rtb + itc rtc = 0.

где МАВ=МАС=МВА=МВС=МСА=МСВ=М1 – взаимные индуктивности между любыми двумя обмотками статора; М =Мac=Мba=Мbc=Мca=Мcb=М2 – взаимные инаb дуктивности между любыми двумя обмотками ротора; МАa, МАb, МAc, МВa, МBb, МBc, МCa, МCb, МCc – взаимные индуктивности между соответствующими фазами статора и ротора; МaA, МaB, МaC, МbA, МbB, МbC, МcA, МcB, МcC – взаимные индуктивности между соответствующими фазами ротора и статора; L1, L2 – индуктивности обмоток статора и ротора соответственно.

Для решения уравнений систем (13)–(15) используется метод Крамера. Определяются токи iA, iB, iC, ia, ib, ic и токи, протекающие через тиристоры itra, itrb, itrc.

Напряжения на кольцах ротора определяется следующим образом:

da db Urab = - - ia r2' + ib r2', dt dt db dc Urbc = - - ib r2' + ic r2', (16) dt dt dc da Urca = - - ic r2' + ia r2'.

dt dt Напряжение управления каждого из тиристоров будет формируется следующим образом:

U + U U UУa U Пa Иa ЗАП ПИТ U + U U UУb U Пb Иb ЗАП ПИТ, если (17) Уc ПИТ Пc Иc ЗАП U U U + U U где UПИТ – напряжение питания, UП – пилообразное напряжение, UИ – напряжение на выходе интегратора, UЗАП – напряжение запирания.

Электромагнитный момент асинхронного двигателя определяется по формуле 2 p ((C - B ) iA + (A - C ) iB + (B - A) iC ), М = (18) 3 Экспериментальные и расчетные кривые переходного процесса выхода ДЭП с двигателем MTF 111-6 мощностью 3,5 кВт на характеристику, близкую к естественной, представлены на рис. 20.

Оценивая полученные результаты, необходимо отметить, что разработанная модель достаточно точно отражает процессы, происходящие в ДЭП с пускорегулирующим устройством в роторной цепи. Модель можно рекомендовать для расчетов как нерегулируемого, так и ДЭП с РСТ-05В.

По итогам работы разработано и внедрено в мелкосерийное производство пускорегулирующее устройство РСТ05-В. Получен патент на полезную модель.

Получен диплом победителя первого тура конкурса инновационных проектов студентов и аспирантов по приоритетному направлению Программы «Энергетика и ресурсосбережение» (г. Томск, 2006 г.) В настоящее время система управления данного устройства успешно реализована на микроконтроллере фирмы ATMEL.

а) б) Рис. 20. Экспериментальные а) и расчетные б) зависимости переходных процессов дроссельного электропривода совместно с РСТ05-В ЗАКЛЮЧЕНИЕ На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований решена актуальная задача улучшения энергетических и массогабаритных показателей ДЭП и повышения его производительности.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Разработана математическая модель ДЭП с регулятором РСТ05-В в роторной цепи, на основе которой предложена методика расчета характеристик рассматриваемого привода. На основе экспериментальных исследований показана адекватность разработанной модели и методики расчета реальным процессам, протекающим в ДЭП с регулятором РСТ05-В. Сравнение результатов экспериментальных и теоретических исследований показало, что предложенная методика позволяет рассчитывать статические и динамические режимы работы такого электропривода с погрешностью 5–10%.

2. На основе рассмотрения физических основ работы ДЭП и проведенных экспериментальных исследований определены основные аналитические соотношения для расчета электромагнитных и конструктивных параметров дросселя для промышленных электроприводов мощностью 5–120 кВт.

Сравнение экспериментальных и расчетных данных показало, что полученное математическое выражение позволяет рассчитывать сопротивление дросселя при различных значениях амплитуды и частоты тока, протекающего по его обмотке, с погрешностью 5–10%.

3. На основе двухмассовой модели тепловых процессов разработана математическая модель тепловых процессов, протекающих в дросселе, на основе которой в пакете MatLab 6.5 + Simulink 4.5 создана компьютерная модель. Экс периментально доказана их адекватность реальным тепловым процессам, протекающим в дросселе при его работе в составе ДЭП. Сравнение экспериментальных и расчетных данных показало, что полученная математическая модель позволяет рассчитывать температуру элементов дросселя при различных значениях амплитуды и частоты тока, протекающего по его обмотке, с погрешностью 5–10%.

4. Разработаны методики и программы расчета тепловых и электромагнитных характеристик дросселей для работы в составе электропривода, а также проверочного расчета допустимой мощности дросселя, позволившие улучшить массогабаритные показатели ДЭП на 18–20 %. Предложенные методики позволяют определить, насколько снижается допустимая мощность электродвигателя при включении в роторную цепь дросселя. При этом результаты расчета являются основанием для ограничения нагрузок или выбора двигателя большей мощности с последующей проверкой его на нагрев.

5. По результатам проведенных исследований разработаны каталоги дросселей, серийный выпуск которых осуществляется ООО «Горнозаводское объединение», а также даны инженерные рекомендации по улучшению конструктивных и электрических параметров этих дросселей, позволяющие сократить сроки проектных работ в среднем в 1,4–1,6 раза. При выборе дросселя из предложенного каталога погрешность расчета находится в пределах 10–15%. Данный каталог рекомендуется для использования при проектировании ДЭП.

6. Предложен алгоритм работы регулятора скорости, позволяющего выводить ДЭП на механическую характеристику, близкую к естественной механической характеристике двигателя, обеспечивающий снижение потребления электроэнергии и повышение производительности за счет снижения статических токов статора и ротора и повышения статической скорости привода.

7. Разработано и внедрено в мелкосерийное производство пускорегулирующее устройство (Патент РФ № 55229, Патент РФ № 2311725), обеспечивающее повышение производительности в зависимости от режима работы электропривода на 12–15 % и снижение потребления электроэнергии на 15–20%.

Научные публикации по теме диссертации в изданиях, рекомендованных ВАК 1. Борисов, А.М. Пусковое устройство асинхронного электродвигателя / А.М. Борисов, Г.И. Драчев, Н.Е. Лях, А.С. Нестеров, А.Н. Шишков // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Энергетика». – 2005. – Вып. 6, № 9 (49). – С. 79–83.

2. Борисов, А.М. Автоматизация режимов работы механизмов подъема кранов с асинхронными электроприводами / А.М. Борисов, Г.И. Драчев, Н.Е.

Лях, А.С. Нестеров, А.Н. Шишков // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Энергетика». – 2006. – Вып. 7. № 10 (50). – С. 3–8.

3. Борисов, А.М. Тиристорный регулятор скорости дроссельного асинхронного электропривода с регулируемой жесткостью механической характеристики / А.М. Борисов, Г.И. Драчев, Н.Е. Лях, А.С. Нестеров, А.Н. Шишков // Электромеханика. Известия вузов. – Новочеркасск: ГОУ ВПО ЮРГУ, 2008. – №2. – С. 56–60.

Другие научные публикации по теме диссертации 4. Борисов, А.М. Лабораторный стенд «Средства автоматизации и управления» / А.М. Борисов, А.С. Нестеров, А.С. Одинцов // Электроприводы переменного тока: Труды международной 13-й научно-технической конференции. – Екатеринбург: УГТУ – УПИ, 2005. – С. 341–344.

5. Борисов, А.М. Дроссельный асинхронный регулируемый электропривод / А.М. Борисов, Г.И. Драчев, Н.Е. Лях, С.А. Фомин, А.Н. Шишков, А.С. Нестеров, А.А. Васькин, В.И. Ильинов // Подъемные сооружения. Специальная техника. – 2005. – №10. – С. 14–17.

6. Борисов, А.М. Тиристорный регулятор скорости дроссельного асинхронного электропривода / А.М. Борисов, Г.И. Драчев, Н.Е. Лях, А.С. Нестеров, А.Н. Шишков // Электротехнические системы и комплексы: Межвузовский сб.

науч. тр. вып. 12 / под ред. С. И. Лукьянова. – Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. Г. И. Носова», 2006. – С. 218–222.

7. Нестеров, А.С. Расчет параметров индуктивного реостата дроссельного асинхронного электропривода / А.С. Нестеров // Труды XI-й Международной конференции «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты», МКЭЭЭ-2006 (ICEEE-2006), часть II. – М: ГОУ ВПО МЭИ (ТУ), 2006. – С. 39–40.

8. Нестеров, А.С. Моделирование электромагнитных процессов в индуктивном реостате при пуске асинхронного двигателя с фазным ротором. Оптимизация параметров индуктивного реостата / А.С. Нестеров // Конкурс грантов студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Челябинской области: сборник рефератов научно-исследовательских работ аспирантов. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2006. – С. 154.

9. Нестеров, А.С. Устройство выхода на естественную характеристику РСТ 05-В / А.С. Нестеров // Труды Всероссийской конференции – конкурса инновационных проектов студентов и аспирантов по приоритетному направлению Программы «Энергетика и ресурсосбережение». – Томск: Изд-во ТПУ, 2006. – С. 98–104.

10. Борисов, А.М. Математическая модель асинхронного электропривода с нелинейным сопротивлением в цепи ротора / А.М. Борисов, Г.И. Драчев, Н.Е. Лях, А.С. Нестеров, А.Н. Шишков // Электроприводы переменного тока:

Труды международной 14-й научно-технической конференции. – Екатеринбург:

ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2007. – С. 189–192.

11. Нестеров, А.С. Моделирование тепловых процессов в индуктивном реостате (дросселе) в пуско-тормозных и установившихся режимах работы. Оптимизация конструктивных параметров дросселя / А.С. Нестеров // Конкурс грантов студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Челябинской области:

сборник рефератов научно-исследовательских работ аспирантов. – Челябинск:

Изд-во ЮУрГУ, 2007. – С. 138.

Патенты 12. Патент РФ № 55229, МПК7 Н02Р 5/40, 7/62. Устройство пуска асинхронного электродвигателя с фазным ротором / А.М. Борисов, Г.И. Драчев, Н.Е.

Лях, А.С. Нестеров, А.Н. Шишков; заявл. 10.01.06; опубл. 27.07.06, бюл. № 21.

– С. 6: ил. 1.

13. Патент РФ № 2300169, МПК7 Н02Р 25/26. Способ и устройство управления асинхронным двигателем с фазным ротором / А.М. Борисов, Г.И. Драчев, Н.Е. Лях, А.С. Нестеров, А.Н. Шишков; заявл. 10.01.06; опубл. 27.05.07, бюл.

№ 15. – С. 8: ил. 3.

14. Патент РФ № 2311724, МПК7 Н02Р 25/26. Способ управления асинхронным электродвигателем с фазным ротором / А.М. Борисов, Г.И. Драчев, Н.Е. Лях, А.С. Нестеров, А.Н. Шишков; заявл. 25.06.06; опубл. 27.11.2007, бюл.

№ 33. – С. 8: ил. 4.

15. Патент РФ № 2311725, МПК7 Н02Р 25/26. Способ управления автоматизацией пуско-тормозных режимов дроссельного асинхронного электропривода / А.М. Борисов, Г.И. Драчев, Н.Е. Лях, А.С. Нестеров, А.Н. Шишков; заявл.

24.06.06; опубл. 27.11.2007, бюл. № 33. – С. 8: ил. 7.

Нестеров Александр Сергеевич ДРОССЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С УЛУЧШЕННЫМИ МАССОГАБАРИТНЫМИ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ И ПОВЫШЕННОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ Специальность 05.09.03 – «Электротехнические комплексы и системы»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Издательство Южно-Уральского государственного университета Подписано в печать 16.01.2009. Формат 6084 1/16. Печать трафаретная.

Усл. печ. л. 1,16. Уч.-изд. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ 9/1.

Отпечатано в типографии Издательства ЮУрГУ. 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина 76.

Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»