Комплектний синхронний електропривід з програмним керуванням
Algorithms of the program control over the feed source of an engine are proposed. The feed source includes gages and two regulators, and the microprocessor control system has two channels for the realization of the algorithms and the compensation of the instability of parameters of the electric driv...
Gespeichert in:
| Datum: | 2007 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2007
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/1781 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Комплектний синхронний електропривід з програмним керуванням / Г.Г. Півняк, В.І. Кириченко, В.В. Кириченко, Р.О. Боровик // Доп. НАН України. — 2007. — N 7. — С. 93–97. — Бібліогр.: 4 назв. — укp. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860076225172602880 |
|---|---|
| author | Півняк, Г.Г. Кириченко, В.І. Кириченко, В.В. Боровик, Р.О. |
| author_facet | Півняк, Г.Г. Кириченко, В.І. Кириченко, В.В. Боровик, Р.О. |
| citation_txt | Комплектний синхронний електропривід з програмним керуванням / Г.Г. Півняк, В.І. Кириченко, В.В. Кириченко, Р.О. Боровик // Доп. НАН України. — 2007. — N 7. — С. 93–97. — Бібліогр.: 4 назв. — укp. |
| collection | DSpace DC |
| description | Algorithms of the program control over the feed source of an engine are proposed. The feed source includes gages and two regulators, and the microprocessor control system has two channels for the realization of the algorithms and the compensation of the instability of parameters of the electric drive, respectively.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:13:42Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621-926
© 2007
Академiк НАН України Г. Г. Пiвняк, В. I. Кириченко,
В.В. Кириченко, Р.О. Боровик
Комплектний синхронний електропривiд з програмним
керуванням
Algorithms of the program control over the feed source of an engine are proposed. The feed source
includes gages and two regulators, and the microprocessor control system has two channels for
the realization of the algorithms and the compensation of the instability of parameters of the
electric drive, respectively.
Невиправдано значне споживання електроенергiї у промисловостi зумовлене низкою чин-
никiв, серед яких нерацiональнi режими роботи потужних синхронних двигунiв. Причиною
значних витрат електроенергiї є неповне використання встановленої потужностi двигунiв
у сталих режимах. Для ряду потужних механiзмiв, зокрема гiрничорудної промисловостi,
запас встановленої потужностi нерiдко перевищує 15–30% i навiть бiльше. Це пояснюєть-
ся дискретнiстю iснуючої шкали номiнальних потужностей двигунiв i її невiдповiднiстю
до конкретних механiзмiв, труднощами попереднього визначення моменту статичного на-
вантаження, необхiднiстю забезпечення успiшного самозапуску. Вагомого значення набула
проблема погiршення к. к. д. двигуна. З економiчної точки зору згаданi обставини зумов-
люють невиправдане зростання вартостi як власне електроприводу, так i експлуатацiйних
витрат при його використаннi.
Серед вiдомих напрямiв полiпшення ситуацiї можна видiлити такi: по-перше, бiльш ре-
тельне визначення необхiдної потужностi двигуна; по-друге, для промислових установок,
для яких експериментально встановленi режими використання, доцiльна розробка бiльш
рацiональної шкали серiйних двигунiв. На значну увагу заслуговує розробка нових джерел
живлення i методiв керування ними для пiдвищення надiйностi у сталих та динамiчних
режимах потужних синхронних двигунiв.
На сьогоднi вiдомi розробки, що спрямованi на бiльш ефективне використання iснуючих
нереверсивних збудникiв шляхом застосування циклiчного керування [1]. Однак динамiчнi
навантаження електромеханiчної системи при цьому зростають. Перспективнiше викорис-
товувати програмне керування реверсивним збудником [2]. Розробленi алгоритми забезпе-
чують пiдвищення середньої складової моменту при одночасному обмеженнi перiодичної.
Останнє особливо важливе для двомасових систем з пружнiстю, для яких характерним є ви-
никнення нестацiонарного резонансного режиму з високими динамiчними навантаженнями
i навiть руйнуванням елементiв приводу. Програмне керування реверсивним збудником по-
лiпшує умови асинхронного пуску, однак мало впливає на рiвень навантажень самозапуску.
I для їх зниження слiд регулювати напругу статора в момент її вiдновлення [3].
Таким чином, можна зробити досить виважений висновок про доцiльнiсть розробки
електроприводу iз програмно-керованим джерелом живлення обмоток двигуна. Алгоритми
функцiонування повиннi враховувати тип електромеханiчної системи (одно- або двомасова),
вимоги щодо пускового струму i рiвня напруги на обмотках.
У Нацiональному гiрничому унiверситетi впродовж останнiх рокiв виконано обсяг робiт
з обгрунтування алгоритмiв програмного керування джерелом живлення обмоток синхрон-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2007, №7 93
Рис. 1. Вплив програмного керування напругою збудника з коефiцiєнтом форсування 2 для пiдвищення
середнього моменту: 1 — результуюча амплiтуда перiодичної складової моменту; 2 — результуючий середнiй
момент; 3 — амплiтуда перiодичної складової за вiдсутностi збудника; 4 — середнiй момент за вiдсутностi
збудника; 5 — розрахунковий кут двигуна
них двигунiв. Узагальненi результати досягнень у напрямi створення програмно керованого
комбiнованого джерела живлення синхронних двигунiв наступнi.
Модель електромагнiтного моменту. Для квазiстацiонарного режиму миттєвий
електромагнiтний момент на i-й дiлянцi керування отримано у виглядi
mei = u2
mif11i −
umiu
m
fi sin γi
2f31i
+
+
[
umi
√
u2
mif
2
21i +
um2
fi
4f2
31i
− f21i
umium
fi
f31i
cos(γi − γ)
]
sin(2Θ + αni). (1)
Першi два доданки визначають середню складову електромагнiтного моменту, а третiй —
амплiтуду i частоту його перiодичної складової (f11i, f21i, f31i — функцiї параметрiв двигуна
i ковзання; γi, γ, αni — кути керування i розрахунковий кут, фаза перiодичної складової
моменту). Модель дозволяє формувати бажану форму механiчної характеристики двигуна
з оптимiзацiєю перiодичної складової моменту.
Важкий пуск одномасової системи. Мета програмного керування у цьому режимi —
забезпечення якомога бiльшого середнього моменту або пiдтримка його на достатньому
рiвнi в процесi розганяння до ковзання s = 0 включно. Встановлено, що для цього режи-
му доцiльне регулювання iз номiнальною напругою статора, кутом керування γi = −π/2
та найбiльшим рiвнем форсування напруги збудника (за необхiдностi можливе обмеже-
ння перiодичної складової електромагнiтного моменту). Встановлено, що у зонi значних
ковзань пiдвищення середньої складової електромагнiтного моменту та зменшення перi-
одичної — незначнi. Результати програмного керування реверсивним збудником двигуна
СДМЗ-24-59-80УХЛ4 з номiнальною потужнiстю 4 МВт i швидкiстю обертання 75 об/хв
подано на рис. 1 у виглядi кривих.
Напруга на обмотцi збудження пiд час пуску не перевищує 1000 В. При номiнальному
навантаженнi достатнiй коефiцiєнт форсування напруги збудника слiд визначати як
kmin
f =
2f31(u
2
mf11 − Mн/Mбазkз)
ufнoмum sin(−π/2)
, (2)
94 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №7
Рис. 2. Вплив програмного керування при додатковому опорi у колi збудження 3,2 Ом та коефiцiєнтi форсу-
вання напруги збудника 1, 75: 1 — результуюча амплiтуда перiодичної складової; 2 — пiдсумковий середнiй
момент; 3 — амплiтуда перiодичної складової без використання збудника; 4 — середнiй момент вiд живлення
статора; 5 — розрахунковий кут двигуна; 6 — кут керування; 7 — коефiцiєнт форсування
де kз — коефiцiєнт запасу за моментом; Mн, Mбаз — номiнальний i базовий моменти; ufнoм —
зведена номiнальна напруга збудника.
Мiнiмiзацiя перiодичної складової. Для важких умов запуску напруга живлення
статора номiнальна, а система керування забезпечує достатнiй середнiй момент за умови
можливо меншої амплiтуди перiодичної складової. Мiнiмуму її амплiтуди вiдповiдає кут
керування напругою збудника γi = γ, причому амплiтуда зменшується при пiдвищеннi кое-
фiцiєнта форсування. Доведено, що таке керування можливе при ковзаннях, коли середнiй
момент не знизиться до рiвня мiнiмально допустимого для розганяння до ковзання s = 0.
При менших ковзаннях i насиченому збуднику кут керування
γi3 = + arcsin
(
2f31(u
2
mf11 − mз)
umum
f3
)
, (3)
де mз — мiнiмальний рiвень середнього моменту.
Для ненасиченого режиму амплiтуду перiодичної складової напруги збудника слiд ви-
бирати за виразом
uf3 =
2f31(u
2
mf11 − mз)
um sin γi
, (4)
а кут керування визначати як
γi = arctg
(
u2
mf11 − mз
u2
mf21 cos γ
)
. (5)
Ефективнiсть розробленого алгоритму iлюструють кривi на рис. 2, розрахованi при
обмеженнi мiнiмуму середнього моменту на рiвнi 1,3Mн.
Керування легким пуском. Особливiсть режиму — у використаннi наперед заданої
залежностi статичного моменту вiд ковзання, причому на значнiй дiлянцi ковзань вiн значно
менший за номiнальний. Прийнято, що для успiшного розганяння досить коефiцiєнта запасу
середнього моменту kз = 1,1 . . . 1,3. Враховано можливiсть одночасного регулювання обох
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2007, №7 95
напруг живлення обмоток двигуна, необхiднiсть мiнiмiзацiї перiодичної складової моменту.
Мiнiмальний рiвень напруги статора визначено як
umi =
um
fi sin γi
4f31f11
+
√
(
um
fi sin γi
4f31f11
)2
+
mcмkз
f11
, (6)
де mcм — момент статичного навантаження.
Вираз для повного струму двигуна на i-й дiлянцi програмного керування напругами
обмоток отримано у виглядi
imi =
√
[(
umi
xdm
)2
+
(
um
fi
f31
)2
− 2
umi
xdm
um
fi
f31
cos(αp + γi)
]
sin2 αdi +
(
umi
xdm
)2
cos2 βp, (7)
де xdm, αp, βp, αdi — розрахунковi модуль опору за поздовжньою вiссю та кути як функцiї
ковзання.
Керування самозапуском двомасової системи. При розробцi алгоритму враховано
початковi умови. Встановлено, що пiсля вiдновлення живлення миттєвий момент повинен
бути не нижчим за момент статичного навантаження. Напругу живлення статора запро-
поновано змiнювати вiд початкового рiвня ums до заданого uзад
m вiдповiдно до вимог щодо
якостi перехiдного процесу. За uзад
m слiд брати номiнальну напругу. Пiсля вiдновлення на-
пруги її слiд змiнювати за виразом:
umt = uзад
m − (uзад
m − ums)e
−t/τ ,
де τ — постiйна часу. При розробцi алгоритму керування враховано рiвняння для пружного
моменту my [3]:
m′′
y
T
c
+
β
c
(
Tм + T i2
Tм
)
m′
y +
(
Tм + T i2
Tм
)
my =
iT
Tм
mcм + me −
Tω
i
i′, (8)
де T , Tм, c, i, mсм, me, ω — моменти iнерцiї двигуна i механiзму, жорсткiсть пружно-
го зв’язку, миттєве передаточне число зачеплення, моменти статичного навантаження та
електромагнiтний i кутова частота обертання двигуна вiдповiдно.
В результатi розв’язання рiвняння (8) отримано пружний момент вигляду
my(t) = q1(t) + u2
m
c
T
[f11q2(t) + f21q3(t)] − umum
f
c
2Tf31
[sin γq2(t) + q3(t)], (9)
де q1(t), q2(t), q3(t) — функцiї часу, ковзання i параметрiв електроприводу.
За необхiдностi забезпечити бажаний характер пружного моменту у виглядi mбаж
y (t)
напругу живлення статора слiд визначати за виразом:
uбаж
m1,2
=
um
f u1(t)
2
±
√
um2
f u2
1
(t)
4
− u2(t). (10)
Тут
u1(t) =
sin γq2(t) + q3(t)
2f31[f11q2(t) + f21q3(t)]
, u2(t) =
T [q1(t) − mбаж
y (t)]
c[f11q2(t) + f21q3(t)]
.
96 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №7
Особливостi функцiональної схеми. У складi програмно-керованого джерела жив-
лення — реверсивний тиристорний збудник i регулятор напруги статора, датчики стру-
мiв, електромагнiтного моменту та кута обертання ротора. Для компенсацiї негативного
впливу нестабiльностi параметрiв електромеханiчної системи використано додатковий ка-
нал керування на основi методiв нечiткої логiки. Покращення форми електромеханiчних
характеристик двигуна можливе за рахунок використання спецiальної обмотки збудження
або зовнiшнiх конденсаторiв [4].
На закiнчення зробимо такi висновки.
1. Перспективний напрям удосконалення синхронних приводiв — одночасне програмне
формування напруги живлення обмоток статора i збудження в асинхронних режимах. При
цьому пiдвищується середнiй момент двигуна, зменшується його перiодична складова та
пусковий струм. На основi вимог до приводу вiдпрацьованi алгоритми керування комбiно-
ваним джерелом живлення обмоток двигуна. Для важких умов алгоритми забезпечують
середнiй момент, достатнiй для плавного розганяння двигуна до синхронної швидкостi.
Для легкого запуску досягнуто iстотне зниження споживаного iз мережi струму i значне
зменшення перiодичної складової моменту, що обмежує резонанснi навантаження електро-
приводу.
2. Для найбiльш важкого з точки зору динамiчних навантажень режиму самозапуску
вiдпрацьовано алгоритм формування напруги статора з метою їх обмеження на заданому
рiвнi. Враховано, що на момент її вiдновлення електромагнiтний момент не повинен бути
меншим за момент статичного навантаження, а плавний перехiд на алгоритми керуван-
ня звичайним пусковим режимом повинен забезпечити регулювання напруги статора. Для
виконання цих вимог отримано вiдповiднi аналiтичнi залежностi.
3. Виконаний комплекс дослiджень i розробленi алгоритми програмного керування спря-
мованi на створення нового типу синхронного електроприводу пiдвищеної надiйностi, що
дасть змогу знизити встановлену потужнiсть синхронних двигунiв приводу з вiдповiдним
зниженням їх маси i цiни. Одночасно за рахунок цього зросте к. к. д. двигуна, а його пiд-
вищення лише на 1% для гiрничозбагачувального комбiнату потужнiстю 20 млн т дасть
економiю споживаної електроенергiї близько 2,8. . . 4,34 млн. кВт · год.
1. Промышленные испытания устройства циклической ресинхронизации на синхронном двигателе газо-
вого компрессора / А.М. Кременецкий, Т.И. Жучкина, С. Н. Станкевич и др // Промышл. энерге-
тика. – 1982. – № 7. – С. 38–40.
2. Пивняк Г. Г., Школа Н.И., Кириченко В. В. Роль программного управления в обеспечении надеж-
ности многомассовых систем с синхронными электроприводами // Металлургич. и горно-обогатит.
пром-сть. – 2002. – № 3. – С. 81–87.
3. Влияние начальных условий на динамику самозапуска и ресинхронизации привода мельниц с упругой
связью / Г.Г. Пивняк, В.И. Кириченко, Р.А. Боровик и др. // Вiсн. Кременч. держ. полiтехн. ун-ту. –
Кременчук: Вид. КДПУ, 2006. – Вип. 4/2006 (39). Ч. 1. – С. 8–11.
4. Пiвняк Г. Г., Кириченко В. В. Енерго- та ресурсозбереження гiрничо-металургiйного комплексу Украї-
ни // Збагачення корисних копалин. – 2001. – Вип. 11(52). – С. 3–9.
Надiйшло до редакцiї 12.02.2007Нацiональний гiрничий унiверситет, Днiпропетровськ
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2007, №7 97
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1781 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:13:42Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Півняк, Г.Г. Кириченко, В.І. Кириченко, В.В. Боровик, Р.О. 2008-09-02T17:24:05Z 2008-09-02T17:24:05Z 2007 Комплектний синхронний електропривід з програмним керуванням / Г.Г. Півняк, В.І. Кириченко, В.В. Кириченко, Р.О. Боровик // Доп. НАН України. — 2007. — N 7. — С. 93–97. — Бібліогр.: 4 назв. — укp. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/1781 621-926 Algorithms of the program control over the feed source of an engine are proposed. The feed source includes gages and two regulators, and the microprocessor control system has two channels for the realization of the algorithms and the compensation of the instability of parameters of the electric drive, respectively. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Енергетика Комплектний синхронний електропривід з програмним керуванням Article published earlier |
| spellingShingle | Комплектний синхронний електропривід з програмним керуванням Півняк, Г.Г. Кириченко, В.І. Кириченко, В.В. Боровик, Р.О. Енергетика |
| title | Комплектний синхронний електропривід з програмним керуванням |
| title_full | Комплектний синхронний електропривід з програмним керуванням |
| title_fullStr | Комплектний синхронний електропривід з програмним керуванням |
| title_full_unstemmed | Комплектний синхронний електропривід з програмним керуванням |
| title_short | Комплектний синхронний електропривід з програмним керуванням |
| title_sort | комплектний синхронний електропривід з програмним керуванням |
| topic | Енергетика |
| topic_facet | Енергетика |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/1781 |
| work_keys_str_mv | AT pívnâkgg komplektniisinhronniielektroprivídzprogramnimkeruvannâm AT kiričenkoví komplektniisinhronniielektroprivídzprogramnimkeruvannâm AT kiričenkovv komplektniisinhronniielektroprivídzprogramnimkeruvannâm AT borovikro komplektniisinhronniielektroprivídzprogramnimkeruvannâm |