Управление энергосберегающим позиционным электроприводом переменного тока с моментом сопротивления, зависящим от скорости в виде полинома первой степени

Разработка оптимальных по быстродействию диаграммы перемещения исполнительного органа электропривода с ограничением по скорости и без ограничения по скорости. Определение зависимостей длительности цикла и потребляемой электроэнергии от перемещения.

Рубрика Физика и энергетика
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 29.04.2017
Размер файла 1,1 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кубанский государственный технологический университет

УПРАВЛЕНИЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИМ ПОЗИЦИОННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С МОМЕНТОМ СОПРОТИВЛЕНИЯ, ЗАВИСЯЩИМ ОТ СКОРОСТИ В ВИДЕ ПОЛИНОМА ПЕРВОЙ СТЕПЕНИ

Добробаба Юрий Петрович к.т.н., профессор

Луценко Артём Юрьевич аспирант

Миронюк Павел Геннадиевич студент

Краснодар, Россия

Разработаны оптимальные по быстродействию диаграммы перемещения исполнительного органа электропривода: с ограничением по скорости; без ограничения по скорости. Определены и построены зависимости длительности цикла и потребляемой электроэнергии от заданного перемещения

Ключевые слова: ОПТИМАЛЬНАЯ ПО БЫСТРОДЕЙСТВИЮ ДИАГРАММА, ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ОРГАН, ПОЗИЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД электроэнергия перемещение электропривод скорость

Позиционные электропривода переменного тока, выполненные по системе «преобразователь частоты - асинхронный двигатель» в настоящее время широко внедряются на предприятиях в различных технологических установках. Управление перемещением исполнительного органа электропривода предлагается реализовать в соответствии с оптимальными по быстродействию диаграммами:

- при малых перемещениях без ограничения по скорости исполнительного органа электропривода (диаграмма приведена на рисунке 1);

- при больших перемещениях с ограничением по скорости исполнительного органа электропривода (диаграмма приведена на рисунке 2).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2

На рисунках приняты следующие обозначения:

-

момент электропривода, ;

-

максимальное значение момента электропривода, ;

-

минимальное значение момента электропривода, ;

-

постоянный по величине момент сопротивления электропривода, ;

-

угол поворота исполнительного органа электропривода, ;

-

начальное значение угла поворота исполнительного органа электропривода, ;

-

конечное значение угла поворота исполнительного органа электропривода, ;

-

угловая скорость исполнительного органа электропривода, ;

-

максимальное значение скорости исполнительного органа электропривода, ;

-

максимально допустимое значение скорости исполнительного органа электропривода, ;

-

первая производная угловой скорости исполнительного органа электропривода, ;

-

максимальное значение первой производной скорости исполнительного органа электропривода, ;

-

минимальное значение первой производной скорости исполнительного органа электропривода, ;

-

длительность первого этапа, ;

-

длительность второго этапа (при малых перемещениях); длительность третьего этапа (при больших перемещениях) ;

-

время установившегося движения (второй этап при больших перемещениях), .

Для первого этапа оптимальной по быстродействию диаграммы перемещения исполнительного органа электропривода, состоящей из двух этапов, без ограничения по скорости на интервале времени справедливы следующие зависимости:

(1)

(2)

(3)

где

-

момент инерции исполнительного органа электропривода, ;

-

коэффициент пропорциональности между скоростью и моментом сопротивления электропривода, зависящим от скорости,

Для второго этапа оптимальной по быстродействию диаграммы перемещения исполнительного органа электропривода, состоящей из двух этапов, без ограничения по скорости на интервале времени справедливы следующие зависимости:

(4)

(5)

(6)

(7)

Для определения длительностей первого и второго этапов оптимальной по быстродействию диаграммы перемещения исполнительного органа электропривода без ограничения по скорости необходимо решить систему уравнений:

(8)

(9)

Для остальных параметров диаграммы перемещения, состоящей из двух этапов, справедливы соотношения:

(10)

(11)

(12)

где

-

длительность цикла перемещения, ;

-

значение угла поворота исполнительного органа электропривода в конце первого этапа, .

В статье [1] доказано, что если выполняется закон управления

(13)

то электропривод потребляет из электрической сети минимальную мощность

(14)

где

_

угловая скорость исполнительного органа электропривода при идеальном холостом ходе, ;

_

число пар полюсов асинхронного двигателя;

_

активное сопротивление обмотки статора, ;

_

активное сопротивление обмотки ротора, ;

_

индуктивность обмотки ротора, ;

_

взаимоиндуктивность между любыми двумя обмотками ротора, ;

_

максимальная величина взаимоиндуктивности между любой обмоткой статора и любой обмоткой ротора, .

При управлении в соответствии с законом (13) электропривод за цикл перемещения потребляет электроэнергию

(15)

Для электропривода с асинхронным электродвигателем справедливы соотношения:

(16)

(17)

(18)

где

_

номинальная мощность асинхронного электродвигателя, ;

_

номинальные потери мощности асинхронного электродвигателя, ;

_

номинальное значение КПД;

_

номинальная угловая скорость асинхронного электродвигателя, ;

_

номинальное значение скольжения;

_

номинальный момент асинхронного электродвигателя, .

При управлении в соответствии с законом (13) для электропривода справедлива зависимость

(19)

Таким образом

(20)

Для оптимальной по быстродействию диаграммы перемещения исполнительного органа электропривода с ограничением по скорости, состоящей из двух этапов, справедливы следующие условие:

(21)

Если не выполняется условие (21), то необходимо использовать оптимальную по быстродействию диаграмму перемещения исполнительного органа электропривода с ограничением по скорости, состоящей из трех этапов.

Так первый этап оптимальной по быстродействию диаграммы перемещения исполнительного органа электропривода, состоящей из трех этапов, с ограничением по скорости идентичен первому этапу оптимальной по быстродействию диаграммы перемещения исполнительного органа электропривода, состоящей из двух этапов, без ограничения по скорости, то на интервале времени справедливы зависимости (1)(3).

Для второго этапа оптимальной по быстродействию диаграммы перемещения исполнительного органа электропривода, состоящей из трех этапов, с ограничением по скорости на интервале времени справедливы следующие зависимости:

(22)

(23)

(24)

(25)

Для третьего этапа оптимальной по быстродействию диаграммы перемещения исполнительного органа электропривода, состоящей из трех этапов, с ограничением по скорости на интервале времени справедливы следующие зависимости:

(26)

(27)

(28)

(29)

Для оптимальной по быстродействию диаграммы перемещения исполнительного органа электропривода с ограничением по скорости, состоящей из трех этапов, справедливы следующие соотношения:

(30)

(31)

(32)

(33)

(34)

(35)

При управлении в соответствии с законом (13) электропривод за цикл перемещения потребляет электроэнергию

(36)

Оптимальная по быстродействию диаграмма перемещения исполнительного органа электропривода с ограничением по скорости справедлива при выполнении условия

(37)

Для проведения численного эксперимента выбран электрический привод с асинхронным двигателем основного исполнения 4А71В4У3.

Так как асинхронный двигатель основного исполнения 4А71В4У3 имеет следующие параметры то

Если момент инерции электропривода максимально допустимое значение угловой скорости постоянный по величине момент сопротивления коэффициент пропорциональности между скоростью и моментом сопротивления электропривода максимальное значение момента электропривода , минимальное значение момента электропривода то граничное значение угла поворота электропривода

При отработке перемещения оптимальная по быстродействию диаграмма перемещения исполнительного органа электропривода, состоящая из двух этапов, без ограничения по скорости имеет следующие параметры:

При этом за цикл перемещения исполнительного органа электропривода потребляется энергия

Первая составляющая 197,4392273 Дж является полезной работой, а вторая составляющая 800,3210189 Дж является энергией потерь.

При отработке перемещения оптимальная по быстродействию диаграмма перемещения исполнительного органа электропривода, состоящая из трех этапов, с ограничением по скорости имеет следующие параметры:

При этом за цикл перемещения исполнительного органа электропривода потребляется энергия:

Первая составляющая Дж является полезной работой, а вторая составляющая Дж является энергией потерь.

Анализ выполненных расчетов показывает, что даже при реализации предлагаемого закона управления потери энергии имеют существенную величину.

Для электропривода, осуществляющего перемещение своего исполнительного органа в соответствии с оптимальной по быстродействию диаграммой без ограничения по скорости проведена серия численного эксперимента, выполняемого с целью определения зависимостей: длительности цикла перемещения исполнительного органа электропривода от заданного перемещения потребляемой электроприводом электроэнергии W от заданного перемещения При этом задание на перемещение изменялось от нуля до Значение максимального момента электропривода задавалось равным . Значение минимального момента принималось равным: (при этом ); (при этом ); (при этом ); (при этом ); (при этом ).

Для электропривода, осуществляющего перемещение своего исполнительного органа в соответствии с оптимальной по быстродействию диаграммой с ограничением по скорости, исследуемые зависимости являются линейными, поэтому достаточно рассчитать параметры электропривода для одной окончательной точки.

На рисунке 3 на основании проведенного численного эксперимента построены зависимости длительности цикла перемещения исполнительного органа электропривода от заданного перемещения Кривая 1 получена при и кривая 2 получена при и кривая 3 получена при и кривая 4 получена при и кривая 5 получена при и

На рисунке 4 на основании проведенного численного эксперимента построены зависимости потребляемой электроприводом электроэнергии W от заданного перемещения Кривая 1 получена при и кривая 2 получена при и кривая 3 получена при и кривая 4 получена при и кривая 5 получена при и

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4

Выводы

В настоящее время позиционный программно-управляемый электропривод находит все большее применение в промышленности. Для получения максимально возможной производительности отработки технологических операций позиционные электропривода выполняются по системе «преобразователь частоты - асинхронный двигатель», при этом управление электроприводом в зависимости от заданной величины перемещения исполнительного органа, следует реализовать по одной из предложенных диаграмм. Для различных технологических процессов задается время длительности циклов. Предлагаемое в статье математическое обеспечение позволяет при заданном времени длительности цикла выбрать одну из оптимальных по быстродействию диаграмм перемещения исполнительного органа электропривода и величину минимального момента электропривода, а затем определить потребляемую электроприводом электроэнергию. Реализация предлагаемого закона управления позиционным электроприводом переменного тока позволяет без снижения производительности технологического оборудования уменьшать потребляемую позиционным электроприводом электроэнергию.

Список литературы

1. Добробаба Ю.П., Шаповало А.А., Барандыч В.Ю. Управление электроприводом с асинхронным двигателем и частотным преобразователем по минимуму потерь мощности в обмотках статора и ротора. Изв. ВУЗов “Пищевая технология”, 2009, №2-3, с. 90-92.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Получение экспериментальных зависимостей гидравлического сопротивления и степени расширения слоя от фиктивной скорости газа; определение первой критической скорости. Гидродинамические характеристики псевдоожиженного слоя, сравнение с опытными значениями.

    лабораторная работа [182,7 K], добавлен 29.08.2015

  • Разработка системы стабилизации скорости электропривода на основе двигателя постоянного тока. Расчёт силового согласующего трансформатора, полупроводниковых приборов, фильтров, регуляторов скорости и тока. Рассмотрена методика наладки электрооборудования.

    курсовая работа [614,7 K], добавлен 27.02.2012

  • Краткое описание функциональной схемы электропривода с вентильным двигателем. Синтез контура тока и контура скорости. Датчик положения ротора. Бездатчиковое определение скорости вентильного двигателя. Релейный регулятор тока RRT, инвертор напряжения.

    курсовая работа [3,4 M], добавлен 30.03.2011

  • Построение схем управления по принципу времени в качестве датчиков. Электронные реле времени. Время разряда конденсатора. Электромеханическое и электромашинное реле скорости. Схема двигателя постоянного тока, используемого в качестве датчика скорости.

    реферат [1004,2 K], добавлен 15.01.2012

  • Изучение причин изменения скорости тела, результата взаимодействия и графического изображения сил. Описания нахождения равнодействующей сил, принципа действия динамометра. Определение направления векторов скорости бруска, его ускорения и перемещения.

    презентация [1,8 M], добавлен 23.04.2011

  • Технология получения экспериментальной и расчетной зависимостей гидравлического сопротивления слоя, его высоты и порозности от скорости газа в данной установке, проверка основного уравнения взвешенного слоя. Определение фиктивной скорости воздуха.

    лабораторная работа [224,1 K], добавлен 27.05.2010

  • Характеристика производства катанки на стане "150" ОАО "БМК". Построение упрощённой нагрузочной диаграммы, тахограммы, токовой диаграммы. Требования к электроприводу. Оценка нарастания скорости якорного тока. Защита от перегрузки и коротких замыканий.

    дипломная работа [1,7 M], добавлен 23.07.2014

  • Классификация систем управления электроприводом по способу регулирования скорости. Принцип включения тиристорных регуляторов напряжения. Основные узлы системы импульсно-фазового управления. Расчет системы ТРН-АД с подчиненным регулированием координат.

    презентация [384,5 K], добавлен 27.06.2014

  • Модернизация электропривода механизма вылета стрелы с импульсным параметрическим регулированием угловой скорости. Синтез и анализ замкнутых систем автоматизированного управления. Возможные способы регулирования скорости асинхронного электропривода.

    курсовая работа [892,3 K], добавлен 03.12.2013

  • Порядок построения кинематической схемы рычажного механизма по структурной схеме, коэффициенту изменения скорости выходного звена и величине его полного перемещения. Число подвижных звеньев механизма, построение диаграммы перемещения и плана скоростей.

    курсовая работа [63,4 K], добавлен 11.11.2010

  • Составление функциональной схемы электропривода. Проведение синтеза для каждого контура замкнутой системы подчиненного регулирования с определением передаточных функций регуляторов (тока, скорости). Построение ЛАЧХ и ФЧХ для объектов регулирования.

    контрольная работа [354,6 K], добавлен 13.07.2013

  • Уравнение равновесия для стержней, направление сил, действующих на точку равновесия, в противоположную сторону. Построение графиков перемещения, ускорения точки, движущейся прямолинейно. Запись уравнения скорости на каждом участке представленного графика.

    контрольная работа [5,2 M], добавлен 08.11.2010

  • Закон изменения угловой скорости колеса. Исследование вращательного движения твердого тела вокруг неподвижной оси. Определение скорости точки зацепления. Скорости точек, лежащих на внешних и внутренних ободах колес. Определение углового ускорения.

    контрольная работа [91,3 K], добавлен 18.06.2011

  • Расчёт силовой части привода и системы регулирования тока возбуждения, якоря и скорости. Выбор двигателя, трансформатора, полупроводниковых элементов, защитной и коммутационной аппаратуры. Применение электропривода в металлургическом производстве.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 18.06.2015

  • Оценка динамических показателей и качества регулирования скорости перемещения. Анализ и описание системы "электропривод – сеть" и "электропривод – оператор". Расчет статических механических и электромеханических характеристик двигателя и привода.

    курсовая работа [36,7 K], добавлен 08.11.2010

  • Проектирование системы подчиненного регулирования вентильного электропривода постоянного тока на основе регуляторов тока и скорости. Выбор комплектного тиристорного электропривода и тиристоров. Расчёт статических параметров. Оценка перерегулирования.

    курсовая работа [515,5 K], добавлен 06.04.2014

  • Вычисление скорости молекул. Различия в скоростях молекул газа и жидкости. Экспериментальное определение скоростей молекул. Практические доказательства состоятельности молекулярно-кинетической теории строения вещества. Модуль скорости вращения.

    презентация [336,7 K], добавлен 18.05.2011

  • Изучение единиц выражения скорости и приборов, которыми она измеряется. Определение зависимости скорости от времени для двух тел, скорости при равномерном движении. Исследование понятий механического движения, тела отсчета, траектории и пройденного пути.

    презентация [1,2 M], добавлен 12.12.2011

  • Питание двигателя при регулировании скорости изменением величины напряжения от отдельного регулируемого источника постоянного тока. Применение тиристорных преобразователей в электроприводах постоянного тока. Структурная схема тиристорного преобразователя.

    курсовая работа [509,4 K], добавлен 01.02.2015

  • Определение модуля и направления скорости меньшей части снаряда. Нахождение проекции скорости осколков. Расчет напряженности поля точечного заряда. Построение сквозного графика зависимости напряженности электрического поля от расстояния для трех областей.

    контрольная работа [205,5 K], добавлен 06.06.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.