Методика анализа электромагнитных процессов в подсистемах автоматизированного электропривода

Автоматика. Автоматизация в технических системах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Карагандинский государственный технический университет,

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий механики и оптики

Методика анализа электромагнитных процессов в подсистемах автоматизированного электропривода

Н.В. ВОРОБЬЕВ, магистрант,

Б.Н. ФЕШИН, д.т.н., профессор,

А.А. УСОЛЬЦЕВ, к.т.н., доцент

Аннотация

Обосновывается тема магистерской диссертационной работы. Приводится список задач, решение которых предстоит получить. Описывается стенд, на котором предполагается решать задачи магистерской диссертации. Устанавливаются цель и идея научно-исследовательской работы (НИР). Прогнозируются защищаемые научные положения, научные результаты, научные и практические ценности (новизна) НИР. Приводится одна из возможных математических моделей электромагнитных процессов в асинхронном двигателе. Первоначальный анализ электромагнитных процессов предполагается осуществить путем имитационного моделирования. Предлагается программный аналог модели процессов в среде МаtLAB-Simulink.

Ключевые слова: магистратура, диссертация, тема, стенд, асинхронный, электропривод, электромагнитный, процесс, моделирование.

Annotation

Vorobyov N.V., Feshin B.N., Ussoltsev А.А. Methodology of Analyzing Electromagnetic Processes in Automated Electric Drive Subsystems.

There is justified the subject of master's dissertation thesis. The list of tasks which decision should be received is provided. The stand at which it is supposed to solve problems of the master thesis is described. The purpose and the idea of the research work (RW) are established. The protected scientific provisions, scientific results, scientific and practical values (novelty) of NIR are predicted. One of possible mathematical models of electromagnetic processes is brought in the asynchronous engine. The initial analysis of electromagnetic processes is supposed to be carried out by imitating modeling. There is proposed the program analog of model of processes in the MATLAB-Simulink environment.

Основная часть

Достижения силовой электроники позволили повысить качество технологических процессов в различных отраслях промышленности с помощью внедрения автоматизированного частотно-управляемого асинхронного электропривода.

Очевидными фактами являются энергосбережение, высокая точность изменения координат, возможности внедрения бездатчиковых систем управления (например, векторных), высокая надежность и культура обслуживания подобных систем электропривода.

В меньшей степени анализируются динамические процессы автоматизированного частотно-управляемого асинхронного электропривода, сопровождающиеся появлением электромагнитных помех, которые при пренебрежении нормами проектирования, требованиями стандартов электробезопасности и электромагнитной совместимости, могут влиять на работоспособность электронного оборудования, средств связи и обслуживающего персонала.

В магистерской диссертационной работе «Методика анализа электромагнитных процессов в подсистемах автоматизированного электропривода «предпринимается попытка решить экспериментально и аналитически некоторые задачи, связанные с электромагнитной совместимостью работы в промышленных, лабораторных и бытовых условиях автоматизированных частотно-управляемых асинхронных электроприводов. Рассматриваемая работа имеет высокую степень возможного положительного решения в связи с тем, что объектом исследования является высокотехнологичный стенд-имитатор частотно-регулируемых насосных агрегатов [1]. Стенд-имитатор включает: электродвигатель постоянного тока мощностью 0,5 кВт; асинхронный электродвигатель мощностью 0,5 кВт и синхронной скоростью 1500 об/мин; датчик крутящего момента силы; датчик обратной связи с разрешением 2000 дискрет/оборот; блок питания (преобразователь напряжения) двигателя постоянного тока; блок питания (преобразователь частоты) асинхронного двигателя; блок тормозных резисторов; блоки электрических измерений (2 шт.) для двигателя постоянного тока и асинхронного двигателя; блок цифровой индикации крутящего момента силы и скорости вращения; компьютер.

На стенде предусмотрена возможность взаимного нагружения двигателей. Для обеих машин используются преобразователи с возможностью реализации режимов динамического торможения (со сбросом энергии на тормозные резисторы). Преобразователи имеют возможность программирования в среде MexBIOS [2] с изменением структуры и параметров системы управления, а также существует дополнительная возможность управления по стандартным аналоговым и цифровым интерфейсам (RS-485 и/или RS-232). Блоки питания содержат дифференциальные автоматы для подачи питания. На блоках предусмотрены выводы для обеспечения возможности измерения токов, напряжений, мощности на входе и выходе преобразователей. Предусмотрена возможность переключения с ручного управления на автоматическое. Специальные блоки электрических измерений предусматривают измерение (расчет) мощности, тока, напряжения и других электрических величин с возможностью вывода информации на компьютер. Встроенное программное обеспечение для преобразователей электродвигателей обеспечивает: управление асинхронным электродвигателем (с обратной связью и без обратной связи); управление двигателем постоянного тока с (обратной связью и без обратной связи); формирование произвольной механической характеристики нагрузки (момент в функции скорости вращения), в том числе вентиляторной характеристики; возможность изменения структуры и параметров программного обеспечения через визуальную среду разработки программ.

Научные задачи диссертации представлены следующей последовательностью разделов и подразделов НИР:

1. Анализ эффективности автоматизации технологических процессов на базе частотно-управляемого асинхронного электропривода.

1.1. Формализация принципов построения систем автоматизации на базе частотно-управляемого асинхронного электропривода.

1.2. Анализ применения частотно-управляемого асинхронного электропривода в различных отраслях промышленности.

1.3. Систематизация стандартов на электробезопасность и электромагнитную совместимость при эксплуатации частотно-управляемого асинхронного электропривода.

1.4. Опыт исследования и анализа электромагнитных процессов в подсистемах автоматизированного электропривода.

2. Стенд-имитатор частотно-управляемого электропривода насосных агрегатов насосных станций теплоснабжающих комплексов мегаполисов как объект исследования и преобразования электромагнитных и электромеханических процессов.

2.1. Назначение, конструкция и принцип действия стенда-имитатора.

2.2. Структурные, принципиальные и монтажные схемы стенда-имитатора. автоматизация электропривод асинхронный имитатор

2.3. Технические характеристики силового оборудования, средств контроля и автоматизации стенда-имитатора.

2.4 Функциональные возможности и режимы работы стенда-имитатора.

2.5 Программно-алгоритмическое обеспечение стенда-имитатора.

3. Анализ, расчет и исследования электромагнитных процессов в системах электропривода стенда-имитатора.

3.1. Контроль и наблюдение электромагнитных процессов в системах электропривода стенда-имитатора.

3.2. Математические модели электромагнитных процессов в системах электропривода стенда-имитатора.

3.3. Математические модели систем управления электроприводом стенда имитатора.

3.4. Экспериментальные исследования динамических режимов систем электропривода на стенде-имитаторе.

3.5. Имитационные исследования систем управления электроприводом стенда имитатора в среде программных комплексов имитационного и схемотехнического моделирования.

4. Разработка методики расчета электромагнитных процессов в системах электропривода стенда имитатора.

4.1. Алгоритмы расчета электромагнитных процессов в системах электропривода стенда имитатора.

4.2. Технология экспериментальной оценки электромагнитных процессов в системах электропривода стенда имитатора.

4.3. Оценка адекватности и принятие решений.

4.4. Разработка программно-алгоритмического обеспечения для расчета и оценки электромагнитных процессов в системах электропривода стенда-имитатора.

Очевидно, что цель НИР «Методика анализа электромагнитных процессов в подсистемах автоматизированного электропривода», заключающаяся в разработке инструкций (последовательности операций и логических операций, т.е. алгоритмов), достижима при решении множества перечисленных задач.

Идея НИР заключается в сопоставлении результатов экспериментальных (на стенде-имитаторе) и имитационных исследований (в среде специализированных пакетов прикладных программ (ПП) типа МаtLAB-Simulink и/или Work Bench(Multisim)) с целью выбора эффективных алгоритмов анализа электромагнитных процессов в подсистемах автоматизированного электропривода.

Прогнозируются следующие возможные защищаемые научные положения, научные результаты, научные и практические ценности (новизна) НИР:

? функциональные и программно-аппаратные возможности стенда-имитатора достаточны для решения задачи разработки методики анализа электромагнитных процессов в подсистемах автоматизированного электропривода;

? стенд-имитатор позволяет решить задачу выбора структуры и параметров автоматизированного электропривода промышленного объекта с целенаправленно заданной нагрузкой;

? результаты исследований на стенде-имитаторе в виде множеств типа {структура и параметры системы электропривода; статические характеристики; динамические характеристики; критерии качества; энергетические и электромагнитные характеристики} составляют ценную базу научных данных;

? образовательная компонента множества решаемых задач составляет практическую ценность НИР.

Хорошим началом для решения множества перечисленных выше задач являются теоретические и практические результаты [3,4] не потерявшие свою актуальность при условии применения их к современным электродвигателям, электроприводам и специализированным ПП. Воспользуемся моделью для расчета электромагнитных переходных процессов асинхронных двигателей, из [3, стр. 54-57], и трансформируем её в среду ПП Simulink. Модель в осях X, Y имеет вид:

где щ_о,эл = 2рf (f - частота сети),

P_n - число пар полюсов АД.

Значение остальных коэффициентов, входящих в уравнения, определяются параметрами схемы замещения АД.

где X₂ и r₂ - приведенные к статорной цепи сопротивления обмотки ротора АД.

Для выбора масштаба рекомендуются следующие максимальные значения зависимых переменных [3]:

Входные воздействия в модели U_1x и U_1y выбираются произвольно с учетом соотношения

На рисунке изображен программный аналог электромагнитных процессов асинхронного двигателя в среде ПП Simulink.

Программный аналог электромагнитных процессов асинхронного двигателя в среде ПП Simulink

Список литературы

1. Дементьев Ю.Н., Фешин Б.Н., Крицкий А.Б. Стенд-имитатор электротехнических комплексов теплоснабжающих систем мегаполисов // Алматы. Журнал «Вестник автоматизации» №3(45), сентябрь, 2014. С. 61-65.

2. ООО «Мехатроника - ПРО». Каталог продукции. Изд-во ТПУ. Томск: Изд-во ТПУ, 2012. 24 c.

3. Рожанковский Ю.В. Расчеты динамических режимов в электроприводе на аналоговых вычислительных машинах АВК-31. М.: Моск. энерг. ин-т, 1987. 64 с.

4. Ключев В.И. Теория электропривода. М.: Энергоатомиздат, 1985. 560 с.

Размещено на Allbest.ru