Электромеханические системы. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Безредукторный асинхронный привод в системах низкочастотной виброобработки металлических конструкций
Статья научная
Рассмотрены вопросы построения электромеханических систем для низкочастотной виброобработки металлических конструкций, выполненных на базе двухфазного асинхронного двигателя, работающего во вращательно-колебательном, колебательном или вращательно-пульсирующем режимах за счет фазовой модуляции питающих напряжений. Представлена функциональная схема системы управления электроприводом, а также законы изменения электромагнитного поля в воздушном зазоре асинхронного двигателя при различных режимах работы. Произведена оценка выходных параметров электропривода с учетом параметров нагрузки и функций регулирования. Установлено условие обеспечения автономности регулирования колебательной составляющей движения при регулировании частоты.
Бесплатно
Статья научная
Объектом исследования является система векторного управления вентильным электроприводом, выполненная на базе автономного инвертора напряжения с релейными регуляторами тока статора. Область применения - нефтяная промышленность, высокоточные электроприводы станков. Применение современной элементной базы, позволяющей использовать новые алгоритмы управления, расширяет функциональные возможности систем управления вентильным двигателем и помогает добиться энергосбережения. Разработана и исследована модель преобразователя частоты с автономным инвертором напряжения (АИН), построенного на базе IGBT-транзисторов с обратными диодами, и релейным регулированием токов статора. В цепи постоянного тока содержится транзисторный ключ, позволяющий регулировать выпрямленный ток и мощность, подаваемую на вход инвертора. Данная система позволяет получить форму напряжения и тока на зажимах обмотки статора близкую к синусоидальной и уменьшить пульсации напряжения за счет использования релейных регуляторов. Построена модель исследуемой системы с использованием программной среды MATHLAB. Результаты моделирования совпадают с аналитическими исследованиями и показывают, что система полностью соответствует предъявляемым требованиям.
Бесплатно
Статья научная
Исследован вентильный электропривод на базе синхронного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов на роторе (СДПМ). В звено постоянного тока включен дополнительный импульсный повышающий преобразователь напряжения, позволяющий поддерживать повышенное напряжение на входе автономного инвертора напряжения (АИН). Управление осуществляется с помощью двухконтурной векторной системы управления, в которой реализован алгоритм совместного релейного управления преобразователем напряжения и силовыми транзисторными ключами инвертора. Управление импульсным преобразователем напряжения осуществляется в соответствии с уравнением баланса мощности на его входе и выходе. Данная система управления позволяет получать синусоидальную форму тока на выходе инвертора. Построены математические модели электропривода в среде MATLAB Simulink, позволяющие провести исследование его свойств. Кроме того, возможно выполнить гармонический анализ тока, чтобы оценить электромагнитную совместимость разработанного электропривода с питающей сетью.
Бесплатно
Влияние противоЭДС двигателя на колебания электромеханических систем
Статья научная
Повышение производительности и качества работы технологических установок с быстродействующими электроприводами требует комплексного решения задач проектирования современных электромеханических систем и комплексов. Сложность исследования современных электроприводов повышается при изменении параметров объектов управления, упругости и зазоров механических передач, сил трения и других факторов, усложняющих алгоритмы управления. Для повышения качества управления современными электромеханическими системами часто требуется более точный учет влияние противоЭДС двигателей на работу электроприводов. Выполнен анализ влияния противоЭДС двигателя на процессы в электроприводах с подчиненным регулированием координат. Обобщены результаты исследований влияния противоЭДС двигателя на работу электроприводов, имеющих абсолютно жесткие механические передачи. Определены условия и факторы, ухудшающие качество управления электроприводами из-за влияния противоЭДС двигателя при изменении управляющих и возмущающих воздействий. Исследовано влияние противоЭДС двигателя на колебания координат электромеханических систем с упругими механическими передачами. Определены условия и параметры регуляторов тока и скорости систем подчиненного регулирования, когда влияние противоЭДС двигателей на демпфирующую способность электроприводов в электромеханических системах с упругими связями можно не учитывать.
Бесплатно
Выбор силовых элементов электропривода стана холодной прокатки труб ХПТ-450 ПАО "ЧТПЗ"
Статья научная
С ростом требований к позиционным системам электропривода для применения в металлургии стандартная замена оборудования не позволит обеспечить необходимую точность и быстродействие. Модернизацию системы электропривода необходимо производить комплексно, с последовательной частной оптимизацией силовых элементов. В работе описаны критерии и методы выбора силовых элементов. Оптимизация на каждом участке переходного процесса производилась по критерию минимума расчетного времени. Выбор элементов осуществлялся исходя из полученных опытным путем данных о технологической установке, а именно стана ХПТ-450 на ПАО «ЧТПЗ». Выявлено, что изменение передаточного числа редуктора позволяет повысить качество настройки системы подчиненного регулирования с учетом податливости механической части системы. Увеличение отношения длины активной части ротора к его диаметру позволяет увеличить быстродействие системы, а, следовательно, и его точность. Результаты выбора оборудования были опробованы на опытном образце в НТЦ «Приводная техника», в результате удалось сократить время технологического процесса практически в 2 раза.
Бесплатно
Гибридное микроконтроллерное управление бесконтактным электродвигателем с постоянными магнитами
Статья научная
Рассмотрен вариант повышения энергоэффективности электромехатронного преобразователя на основе бесконтактного электродвигателя с постоянными магнитами за счет совершенствования структурного, алгоритмического и информационного обеспечения процесса его управления. Возможность существенного влияния на выходные показатели бесконтактного электродвигателя с постоянными магнитами за счет вариаций алгоритмов и способов управления, формируемых микроэлектронной компонентой электромехатронного преобразователя, также способствует повышению энергоэффективности, но ведет к усложнению микроэлектронной компоненты. В этом случае актуальны поиски решений, минимизирующих аппаратные затраты за счет перехода на программные варианты реализации алгоритмов работы. Использование микроконтроллера общего применения, обеспечивающего управление с разнополярной коммутацией трехфазного бесконтактного электродвигателя с постоянными магнитами, и специализированного шестиканального драйвера силовых ключей упрощает задачу построения энергоэффективных электромехатронных преобразователей.
Бесплатно
Демпфирование колебаний ротора вентильного двигателя в синхронном режиме
Статья научная
Основным недостатком работы вентильных двигателей в синхронном режиме является достаточно высокая колебательность ротора, присущая всем синхронным двигателям и приводящая к неравномерности вращения ротора. В настоящей статье дается теоретическое обоснование и пример конкретной реализации одного из способов демпфирования колебаний ротора двигателя с возбуждением от постоянных магнитов в синхронном режиме путем введения обратной связи по току статора с воздействием на фазу напряжения питания.
Бесплатно
Единое информационное обеспечение безредукторной электромехатроники
Статья научная
Рассмотрены преимущества безредукторной электромехатроники в ответственных применениях. Отмечено повышение качества движения для большинства технологических процессов при реализации приведенных временных диаграмм составляющих перемещения. Показано, что повышение эффективности безредукторных электромехатронных преобразователей (ЭМТП) на основе бесконтактных электромашин с постоянными магнитами (БЭПМ) требует формирования единого информационного обеспечения (ЕИО) процесса конвертации электроэнергии и информации в функциональное движение рабочего механизма (РМ). Обоснован выбор первичного измерительного преобразователя (ПИП), в качестве которого используются кинестетические синусно-косинусные сенсоры (СКС) или генераторные синусно-косинусные магнитные энкодеры (СКМЭ), обладающие свойствами хронотопа.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты моделирования и экспериментального исследования процесса намагничивания трехфазного трансформатора с витыми ленточными плоскими и пространственными магнитопроводами. Введены понятия «кольцо» и «стержень» трансформатора с витыми ленточными плоскими и пространственными магнитопроводами. Разработана математическая модель трехфазного трансформатора с витыми ленточными плоскими и пространственными магнитопроводами, на основе которой проведено имитационное моделирование процесса намагничивания трансформатора и экспериментальное подтверждение результатов моделирования. В результате были получены зависимости изменения фазных токов, напряжений, потока в стержне, потока в кольце, ЭДС, наводимая в обмотках в кольце магнитопровода, гармонический состав напряжения в обмотках в стержне и в кольце магнитопровода. Полученные результаты могут быть использованы при определении параметров схемы замещения трехфазного трансформатора с витыми ленточными плоскими и пространственными магнитопроводами с различным характером нагрузки.
Бесплатно
Статья научная
В статье выполнены теоретические исследования применения технологии промышленной Smart Grid системы для главного электропривода прокатной клети толстолистового стана 5000 с точки зрения генерации реактивной мощности. Типовые особенности основного силового электрооборудования главного электропривода прокатной клети позволяют организовать управления потреблением или генерированием реактивной мощности. Генерирование или потребление реактивной мощности может быть осуществлено с помощью управления двухзвенными преобразователями частоты с активными выпрямителями напряжения. На базе экспериментальных и расчетных данных для марки стали X70 было определено, что генерация реактивной мощности возможна в больших диапазонах во время черновых проходов. Наиболее актуально использовать данный метод управления, когда рядом с точкой их подключения параллельно работают установки с нелинейной нагрузкой. Данный метод управления перспективно использовать только совместно с технологией промышленной Smart Grid системы. Промышленная Smart Grid система должна осуществлять на верхнем уровне управления мониторинг в реальном времени величин активной и реактивной мощности и формировать на локальном уровне управления преобразователями задание на генерацию или потребление реактивной мощности. Это позволит уменьшить величину потребляемой реактивной мощности с подстанции и улучшить технико-экономические показатели системы электроснабжения.
Бесплатно
Статья научная
Вентильно-индукторные машины, являющиеся главной составляющей вентильно-индукторного электропривода, - перспективный и недостаточно исследованный электромеханический преобразователь энергии. Данный тип электрических машин имеет возможность расширения своей области применения практически во всех отраслях промышленности. Для создания вентильно-индукторного электропривода, конкурентоспособного на мировом рынке, имеющего высокие технико-экономические показатели, необходимо иметь достоверную, научно обоснованную информацию о взаимосвязи и степени влияния геометрических переменных магнитной системы и среднего значения электромагнитного момента. Цель данной статьи состоит в определении силы и направления связи среднего значения электромагнитного момента и варьирующихся значений геометрических размеров элементов активной части исследуемой машины. По результатам корреляционного анализа установлена степень влияния рассматриваемых конструктивных параметров активной части на среднее значение электромагнитного момента. Расчет численной величины момента осуществлялся посредством пакета прикладных программ MATLAB, взаимодействующей с программой по расчету и визуализации магнитных полей FEMM версии 4.2. Также для получения числовых значений момента был использован стохастический метод, основанный на алгоритме Монте-Карло. Проведенные в статье исследования позволяют судить о наличии соответствующей связи между исследуемыми конструктивными элементами магнитной системы и значением электромагнитного момента, а также об определенной степени их воздействия на формирование его величины.
Бесплатно
Статья научная
На основании аналитических расчетов, а также имитационного моделирования с использованием программного комплекса MATLAB и пакета Simulink, рассмотрены вопросы исследования режимов работы асинхронных двигателей различной мощности с короткозамкнутым ротором серии 4А. Основной целью данного исследования является анализ влияния несимметрии фазных напряжений, созданной отклонениями фазных напряжений, на режимы работы АД. Величина отклонения напряжений изменялась с шагом в 5 %, предельное значение отклонения напряжений составляло 10 % от номинального. Проведены исследования статических и динамических механических характеристик двигателей, зависимостей фазных токов электродвигателей от величины отклонения напряжений, показывающих качественное и количественное влияние отклонения напряжений в одной или более фазах, возникающих при одновременном подключении трехфазной и значительной однофазной нагрузок. Полученные результаты имитационного моделирования позволят разработать методы и технические средства, оперативно реагирующие на изменения величины отклонения питающего напряжения в местах действия значительных нелинейных, несимметричных нагрузок.
Бесплатно
Статья научная
С использованием модели электромеханической системы черновых клетей сортового стана исследуется силовое взаимодействие электроприводов через прокатываемую полосу при изменении различных технологических условий прокатки. Анализируется работа участка черновых клетей при работе стана без регулирования межклетьевых натяжений и с использованием двух различных систем косвенного регулирования натяжения, в которых о величине натяжения прокатываемого металла судят по величине момента прокатного двигателя. Проведена оценка точности регулирования натяжения для исследуемых систем.
Бесплатно
Статья научная
Объектом исследования является асинхронный двигатель для электропривода редукторного n-блочного волочильного стана поводкового типа, применяемого для производства стальной проволоки из горячекатаной заготовки диаметром 8-12 мм. Показано, что современные волочильные станы оснащены регулируемыми автоматизированными электроприводами на основе традиционных асинхронных двигателей, частотных преобразователей или устройств плавного пуска. Приведены технологические особенности процесса волочения и главные требования к электроприводу волочильного стана, одним из которых является величина пускового момента двигателя. Отмечено, что вращающий момент асинхронного двигателя, пусковой момент которого в 1,6-2,2 раза больше номинального момента, передается на вал тянущего барабана блока через многоступенчатый редуктор, понижающий скорость и повышающий момент двигателя в 3,5-16,5 раза. Наличие редуктора уменьшает КПД электропривода минимум на 13-20 %, что снижает энергоэффективность процесса волочения и конкурентную способность продукции. В работе поставлена задача исследования момента асинхронного двигателя с целью создания безредукторного волочильного стана и его электропривода путем разработки объектно-ориентированного асинхронного двигателя с увеличенной кратностью пускового момента. Задача решается с учетом насыщения магнитной системы двигателя и эффекта вытеснения тока в обмотке ротора. Решение задачи выполнено методом математического анализа и моделирования механической характеристики двигателя с использованием специализированной программы для ЭВМ. Показана возможность создания асинхронного двигателя с пусковым моментом, достаточным для обеспечения процесса волочения без использования механического редуктора. Применение безредукторного тянущего барабана волочильного блока позволит упростить его конструкцию, повысить надежность, снизить эксплуатационные расходы, уменьшить удельный расход электроэнергии на процесс волочения на 17-20 %. Результаты исследований рекомендуются специалистам по разработке электрических машин, электромашиностроительных предприятий, технологам и конструкторам механического оборудования для метизной промышленности.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты исследования работы синхронного двигателя при кратковременной потере напряжения, выполненные посредством моделирования в среде Simulink MATLAB. Исследования выполнены с учётом особенностей систем электроснабжения горных предприятий. Рассмотрен процесс самозапуска синхронного двигателя при различных значениях просадок питающего напряжения, возникающих при аварийных ситуациях. Одной из причин самозапуска может являться кратковременное глубокое снижение напряжения вследствие близкого короткого замыкания (К3). Восстановление питания в условиях горных предприятий происходит в условиях сниженной суммарной мощности источника питания. Потому неоправданное увеличение суммарной мощности синхронных электродвигателей, участвующих в самозапуске, может в этих условиях привести к отрицательным результатам. Выполнен анализ результатов исследования. Сделан вывод об эффективности модели, используемой для анализа динамических свойств синхронного двигателя при кратковременной потере питания.
Бесплатно
Исследование способов снижения пускового тока при запуске высоковольтных двигателей
Статья научная
Функционирование мощных электроустановок промышленного производства, в частности металлургии и нефтегазовой отрасли, связано со сложными технологическими процессами, требующими повышенного внимания к используемому оборудованию, так как оно функционирует в сложных и особо опасных производственных условиях, используется на объектах непрерывного действия. Мощные высоковольтные воздушные и газовые компрессоры относятся к объектам с повышенным потреблением электрической энергии, имеющим значительные пусковые токи. Данные обстоятельства накладывают отпечаток не только на форму питающего напряжения, но и на состояние энергетической системы в целом. В настоящее время разработка методов ограничения пусковых токов является актуальной задачей для объектов, используемых на промышленных предприятиях разного профиля. Включение компрессора в технологический процесс не всегда возможно без предварительного согласования его пуска с уже работающим оборудованием, особенно с объектами с высокой категорийностью электроснабжения. В данной работе произведено исследование имеющейся системы управления, а также рассмотрены возможные варианты модернизации системы, направленные на улучшение ее энергетических показателей.
Бесплатно
Контроль температуры обмоток и защита от перегрева электрических машин переменного тока
Статья научная
Рассмотрены и проанализированы основные методы контроля температуры обмоток электрических машин переменного тока (ЭМ), такие как методы термометра, сопротивления и заложенных термопреобразователей, предусмотренные ГОСТ 11828-86, а также косвенные методы контроля, основанные на результатах прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной, и расчетные методы контроля, и расчетные методы, основанные на математическом моделировании процессов нагрева машины с использованием тепловых схем замещения. Показано, что наиболее целесообразным методом контроля температуры обмотки ЭМ является метод сопротивления, основанный на принципе зависимости активного сопротивления проводника от температуры, в котором в качестве термодатчика используется непосредственно сама обмотка ЭМ. При этом проблема теплового контроля обмоток ЭМ в полном объеме не решена и требует разработки новых принципов построения систем оперативного контроля нагрева. Предложен новый способ контроля нагрева обмоток ЭМ непосредственно в процессе работы без отключения от сети и без нарушения нормального режима работы, основанный на использовании в качестве дополнительного информативного параметра фазовых соотношений между измеряемыми величинами. Анализируются физические эффекты, лежащие в основе данного способа контроля, описан регламент необходимых операционных процедур при его реализации. Показано, что на основе предложенного способа контроля температуры легко построить систему тепловой защиты, которая может осуществляться как в режиме отключения ЭМ, так и в режиме контрольной сигнализации. Приведены результаты экспериментальной проверки устройства, реализующего предложенный способ.
Бесплатно
Магнитные проводимости двухполюсной реактивной машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора
Статья научная
На основе предложенной схемы замещения магнитной цепи реактивной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора получены аналитические зависимости, позволяющие определить продольную и поперечную магнитные проводимости двухполюсной реактивной машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора с учетом крепежной выемки и межполюсного немагнитного промежутка. Представлены результаты сравнения двух вариантов изготовления ротора реактивной машины с использованием продольной шихтовки ротора (ALA) и поперечной шихтовки ротора (TLA) по коэффициенту поперечной магнитной проводимости. Представленное математическое описание может быть использовано для построения методики проектирования реактивной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора с продольной шихтовкой пакетов полюса ротора (ALA). Из полученных результатов следует, что крепежная выемка и межполюсный воздушный промежуток существенно уменьшают поперечную магнитную проводимость машины, а следовательно, улучшают ее эффективность.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена поиску и исследованию направлений оптимизации магнитных систем бесконтактных синхронных генераторов мощностью 30-50 кВА, используемых в автономных системах электроснабжения наземных подвижных объектов. Основное внимание уделено электрическим генераторам с комбинированной системой возбуждения, поток воздушного зазора которых создается совместным действием постоянных магнитов основного индуктора и электромагнитным регулировочным звеном, необходимым для поддержания, постоянства выходного напряжения при изменении частоты вращения ротора и нагрузки генератора. По убеждению авторов, при увеличении мощности источника свыше 30-35 кВА на смену машинам постоянного тока придут генераторы именно такого типа. В статье также описана машина с принципиально новой магнитной системой, которая содержит элементы конструкции электрических машин цилиндрической и торцовой формы. Предлагаемая магнитная система, по мнению авторов, позволяет наиболее полно использовать потенциальные возможности, заложенные в машинах обеих форм, улучшить удельные характеристики и, что весьма важно, сохранить наивысшую техническую надежность, присущую бесконтактным электромеханическим преобразователям.
Бесплатно
Математическая модель электромеханической многокоординатной силокомпенсирующей системы
Статья научная
Одним из средств построения тренажеров для подготовки космонавтов являются стенды обезвешивания, реализуемые с использованием многокоординатных силокомпенсирующих систем (СКС), обеспечивающих до шести степеней подвижности объекта. Реализацию составляющих движения целесообразно обеспечить суммой трех поступательных взаимно перпендикулярных движений, а также вращением и качанием объекта относительно его центра масс в кардановом подвесе. Для выполнения комплексных исследований, структурно-параметрического синтеза системы управления, анализа статических, динамических показателей работы СКС необходимо разработать математическую модель, адекватно описывающую силовые взаимодействия в многокоординатных СКС. Сформулированы допущения, принимаемые при получении математического описания механической части СКС. С учетом этих допущений и выделения четырех основных элементов, взаимодействующих друг с другом: моста, тележки, барабана и обезвешиваемого объекта, получены уравнения, описывающие взаимосвязанное изменение поступательных координат при приложении к обезвешиваемому объекту внешнего силового воздействия. С учетом принципов управления электродвигателями и анализа физических процессов в механической части СКС обоснована целесообразность представления математического описания координат СКС единой обобщенной двухмассовой электромеханической моделью с упругой связью.Приведены аналитические выражения для определения параметров обобщенной математической модели и рассмотрены методы по идентификации упруго-диссипативных свойств механических передач и сил трения в СКС. На примере комплекса «Сармат» показано определение параметров математической модели для систем вертикального и горизонтального перемещений.
Бесплатно
