авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Астрологический Прогноз на год: карьера, финансы, личная жизнь


Разработка и исследование системы двухдвигательного электропривода конвейеров для транспортировки сыпучих материалов

На правах рукописи

Тарасов Андрей Сергеевич РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ДВУХДВИГАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА КОНВЕЙЕРОВ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ Специальность 05.09.03 – «Электротехнические комплексы и системы»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Липецк – 2013

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образова тельном учреждении высшего профессионального образования «Липецкий государственный технический университет»

Научный консультант: Теличко Леонид Яковлевич, доктор технических наук, профессор кафедры электропривода ФГБОУ ВПО «Липецкий государст венный технический университет»

Официальные оппоненты:

Калинин Вячеслав Федорович, доктор технических наук, профессор ка федры электрооборудования и автоматизации, первый проректор ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет»;

Благодаров Дмитрий Анатольевич, кандидат технических наук, доцент кафедры автоматизированного электропривода ФГБОУ ВПО Национальный исследова тельский университет «МЭИ».

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный тех нический университет».

Защита диссертации состоится « 31 » мая 2013 года в 1430 на заседании диссертационного совета Д 212.108.01 при федеральном государственном бюд жетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Липецкий государственный технический университет» по адресу: 398600, г. Липецк, Московская 30, административный корпус, ауд. 601.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке при федеральном го сударственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессио нального образования «Липецкий государственный технический университет».

Автореферат разослан « 22 » апреля 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета В. И. Бойчевский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В связи с внедрением перспективных систем управления электроприводом переменного тока, как для вновь вводимых в действие, так и при мо дернизации существующих конвейерных линий в доменном производстве, требуется разработка и исследование надежных и энергосберегающих технологий. На данный момент наиболее распространенным типом электропривода конвейера для доставки материалов к доменной печи является нерегулируемый или регулируемый при помо щи многоступенчатого реостата привод переменного тока на основе асинхронных дви гателей с фазным ротором. Основными недостатками существующих систем электро привода с параметрическим управлением по цепи ротора являются повышенные по тери электроэнергии, как в пусковых, так и в установившихся режимах. Кроме этого, наличие механических связей, обусловленных упругостью ленты, является фактором, способствующим возникновению колебаний, которые при неблагоприятных условиях существенно увеличивают динамические нагрузки рабочего оборудования, что в свою очередь приводит к повреждению механизма и несущего материал элемента. Элек тромеханическая система конвейера является сложными объектом с переменным мо ментом сопротивления при движении нагружаемой части упругого элемента транс портирующего груз. Устранение указанных недостатков возможно при использовании частотного управления электроприводом переменного тока на базе асинхронных дви гателей с короткозамкнутым ротором. При этом разработка и исследование перспек тивных систем управления электроприводом, обеспечивающим нормальную работу конвейера в статических и динамических режимах, является актуальной задачей.

Цель работы – разработка и исследование системы управления двухдвигатель ным электроприводом конвейеров для снижения воздействий внешних и внутренних возмущающих факторов в электромеханической системе с улучшением энергетиче ских показателей.

Идея работы заключается в создании системы управления многодвигательным электроприводом конвейера, в состав которой включены корректирующие устройства, позволяющие минимизировать воздействие негативных факторов в электромеханиче ской системе.

Научная новизна: разработаны математические модели, учитывающие сосредо точенный и распределенно – упругий характер механической части конвейера, от личающиеся новым математическим представлением взаимосвязи между исполни тельными элементами и использованием полученных в замкнутом аналитическом ви де передаточных функций кольцевого механического элемента;

- разработана много канальная система управления электропривода конвейера, отличающаяся возможно стью обеспечения стабилизации по возмущению и подавления упругих колебаний, за счет введения соответствующей коррекции.

Практическая значимость работы:

- разработанная структура системы управле ния двухдвигательным электроприводом ленточного конвейера, позволяет повысить долговечность работы механизмов приводной станции и ленты при пуске и движении с грузом путем ограничения динамических нагрузок;

- разработанный электропривод обладает улучшенными энергетическими показателями (КПД увеличен на 2% и 13% для первого и второго двигателя соответственно), а также снижены потери электро энергии за счет исключения добавочных сопротивлений из цепи ротора.

Методы и объекты исследования. Поставленные в работе задачи решались ме тодами теории автоматического управления, математического моделирования и про ведением исследований в программном обеспечении промышленного контроллера.



Объектом исследования являлась система управления асинхронным электро приводом конвейера для транспортировки материалов к доменной печи.

Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается совпадени ем результатов математического моделирования в Matlab и программном обеспечении Concept, используемым для программирования контроллеров Modicon, а также сопос тавимостью полученных результатов с положениями общей теории электропривода.

Реализация работы. Разработки внедрены в учебный процесс Липецкого метал лургического колледжа для специальности «Автоматизация технологических процес сов и производств». Результаты, полученные в диссертационной работе, использованы на стадии проектирования аналогичной системы электропривода в доменном цехе № ОАО «НЛМК». Ожидаемый экономический эффект составит 837720 рублей.

На защиту выносятся:

- особенность математической модели электромеханической системы ленточно го конвейера, учитывающая сосредоточенный и распределено - упругий характер па раметров механической части;

- результаты исследования системы управления двухдвигательным электропри водом с корректирующими устройствами и улучшенными энергетическими показа телями, которая способна максимально подавлять динамические нагрузки не только в режиме пуска, но и при движении с грузом.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладыва лись и обсуждались на Научно-технической конференции кафедры электропривода ЛГТУ (Липецк 2004);

VII международной научно-практической конференции «Со временные энергетические комплексы и управление ими» (Новочеркасск 2006);

XI международной открытой научной конференции «Современные проблемы информа тизации в моделировании и программировании» (Воронеж 2006);

XIII международной открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации» (Воро неж 2008);

ежегодной международной научно-технической конференции «Энерге тика и энергоэффективные технологии» (Липецк 2007) на научно-технической конфе ренции, посвященной 35-летию кафедры электропривода Липецкого государственного технического университета (Липецк 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, из них две в изданиях из перечня ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, глав, заключения, библиографического списка, включающего 100 наименований, приложений. Общий объем работы - 160 страниц. Основная часть изложена на страницах текста, содержит 61 рисунок, 5 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, определены решаемые в диссертацион ной работе научно-технические проблемы и задачи, показаны новизна и практическая значимость работы.

В первой главе раскрыта актуальность диссертационной работы, проведен ана лиз конструктивных особенностей и наиболее опасных режимов работы ленточного конвейера для транспортировки сыпучего материала к доменной печи. Электромеха ническая система (ЭМС) конвейера представляет собой набор последовательно соеди ненных сосредоточенных масс роликов, барабанов, валов и участков ленты, представ ляющих собой объект с распределенными параметрами. Эти объекты сложны в мате матическом описании и при исследовании динамических режимов с определением наиболее негативных факторов, актуальным является применение имитационного мо делирования. В результате проведенного обзора технической литературы, посвящен ных исследованиям динамических нагрузок в механической части конвейеров, было определено, что наиболее удобным является представление механизма конвейера в виде пятимассовой ЭМС. Одной из особенностей является взаимосвязь между при водными барабанами двухдвигательной станции, поэтому была создана математиче ская модель, на основании уравнения движения в операторной форме (1):





J1p1 ( p ) = M1 ( p ) F12 ( p ) r1 a11 ( p ) ;

J 2 p2 ( p ) = M 2 ( p ) + F12 ( p ) r2 a 22 ( p ) ;

F12 ( p ) = c12 r1 1 ( p ) r2 2 ( p ) r2 2 ( p )0 Vнлс ( p ) p ;

(1) F12 ( p ) ( p ) =, c12l где J1, J 2 - моменты инерции двигателей приводной станции с редукторами и привод ными барабанами;

a1,a 2 - коэффициенты вязкого трения;

c12 - коэффициент жесткости ленты;

F12 - натяжение для ленты конвейера на участке растяжения;

1, 2 - скорости барабанов;

M1,M 2 - моменты двигателей;

Vнлс, 0 - начальные значения линейной скорости ленты в конце участка и относительного удлинения ленты, а r11 ( p ) и r2 2 ( p ) - линейные скорости материала на участке растяжения между приводными барабанами l. Остальные элементы пятимассовой ЭМС являются общепринятыми при составлении динамической модели, которые учитывают моменты инерции собст венно механизма, с учетом упругого элемента – ленты конвейера, на которой распо ложен груз. Также в первой главе приводится принцип построения существующей системы реостатного пуска и модель, с помощью которой получены характеристики, отражающие возникновение негативных факторов. В результате проведенных иссле дований были поставлены следующие задачи работы:

- составление уточненной математической модели ленточного конвейера, учи тывающей сосредоточенный и распределенно - упругий характер параметров механи ческой части;

- исследование влияния параметров электромеханической системы конвейера на демпфирующую способность механизмом и электроприводом с анализом динамиче ских нагрузок на основе полученных уточненных математических моделей конвейера и системы электропривода;

- исследование перспективной системы управления пуском двухдвигательного электропривода конвейера, при использовании корректирующих устройств, для сни жения динамических нагрузок и упругих колебаний;

- разработка системы управления электроприводом, которая обеспечит сниже ние воздействий внешних и внутренних возмущающих факторов в электромеханиче ской системе, с улучшением энергетических показателей.

Вторая глава посвящена исследованию демпфирующей способности как самим электроприводом так и механической части конвейера. Были построены универсаль ные зависимости предельного демпфирования ЭМС и определены фактические вели чины логарифмического декремента затухания. При этом выяснилось, что достижение предельного значения демпфирования для рассматриваемого примера невозможно.

Наличие упругих механических связей является фактором, способствующим возникновению упругих колебаний, которые могут иметь затухающий или незату хающий характер. Для определения этих свойств исследована механическая часть лен точного конвейера как с сосредоточенными (СП), так и с распределенными парамет рами (РП) при использовании аппарата частотных характеристик. Выражения, учиты вающие внутреннее демпфирование в ЭМС конвейера рассмотрены для системы с СП (2) и РП (3):

M12 (p) 0 (1 + T12 p) K12 (p) = = ;

(2) M(p) p 2 + 211p + 1 0.002667 p5 + 0.000013p 4 + 0.5333 p5 + 0.0016 p 2 + 20 p + 0. Wr.p1 =. (3) 0,2171p 6 + 0.001303p5 + 61.2p 4 + 0.2448p3 + 4295p 2 + 8.59p + 0. При этом выражение (2) известно из теории электропривода, а выражение (3) было получено в ходе диссертационного исследования методом аппроксимации и раз ложением гиперболических функций ch ( p ) и sh ( p ) в ряд Тейлора. Объектом иссле дования при этом являлся кольцевой элемент с передаточной функцией W r. p 1 от уси лия на ведущем шкиве к его скорости:

( ( )) ( 2a ) shp + pµ ch 2 p ch 2 pL 2 n Wr.p1 = ) (, (4) ( ( )) + p ( µ1 + µ 2 ) sh2p sh 2 p + p µ1µ 2 ch 2 p ch 2 pL n где L n = 1 2x 2 l - относительное взаимное положение масс, µ1 = m1 m k - отноше ние массы двигателя к массе механического элемента с распределенными параметра ми, а - скорость распространения упругой волны, µ 2 = m 2 m k - отношение массы пе ремещаемого груза к массе механического элемента с распределенными параметрами, коэффициент перенормировки p = pl ( 2a ).

Полученные частотные характеристики, при использовании программирования в Matlab (рис. 1), для выражений (2, 3), позволяют сформулировать следующее: сме щение спектра собственных частот вправо обуславливается только увеличением ско рости распространения волны упругих деформаций, либо уменьшением пространст венной протяженности объекта;

учет естественного демпфирования ограничивает ре зонансный пик конечными значениями и сглаживает частотную характеристику;

при учете внутреннего демпфирования в распределено – упругом элементе при получен ных L rp, Frp характеристики незначительно отличаются от системы, учитывающей ес тественное демпфирование с сосредоточенными параметрами L cp и Fcp. При исполь зовании цифрового моделирования, на основании используемых уточненных струк турных схем электромеханической системы конвейера, было обосновано и доказано предположение о слабой демпфируемости упругих колебаний не только эле ментами механической час ти конвейера, но и самим электроприводом.

Третья глава посвя щена разработке системы управления двухдвигатель ным электроприводом (ЭП), базирующегося на частот Рисунок 1 - Частотные характеристики с учетом ном управлении коротко внутреннего демпфирования замкнутых асинхронных ( L rp, Frp - ЛАЧХ и ФЧХ при выходной переменной двигателей, основанной на линейной скорости ленты, для системы с принципе подчиненного ре сосредоточенными параметрами L cp и Fcp при 2 ) гулирования, с использова нием корректирующих уст ройств, для снижения динамических нагрузок и упругих колебаний ленты конвейера.

Влияние динамических нагрузок (подавление моментов упругости при набросе и разгрузке материала) в электроприводах переменного тока с многомассовой ЭМС можно ослабить до необходимого уровня путем внедрения в структуру электроприво да регуляторов момента или регуляторов с “нечеткой логикой”. Но для настройки и последующей эксплуатации последней системы потребуется высококвалифицирован ный персонал. Поэтому использована структурная схема (рисунок 2), где сигнал соот ветствующий моменту двигателя будет соответствовать току задания в контуре регу лирования скорости, если сигнал на входе регулятора скорости разделить на K н rx, где K н = 0,001 - коэффициент блокирующий деление на нулевое значение.

Рисунок 2 - Структурная схема системы управления при использовании косвенной коррекции момента двигателя В результате моделирования получены характеристики (рисунок 3), которые по зволяют утверждать об адекватности использования не только разработанной структу ры поддержания момента, при изменяющейся нагрузке, но и целесообразности приме нения частотного управления.

а) б) Рисунок 3 - Характеристики моментов двигателей (а), упругого момента (б) для системы с коррекцией и без нее ( t нн1, t нн2 - время наброса и t нн3 - разгрузки материала, М брм - моменты двигателей и упругого момента М 25брм без регулятора момента и с ним М срм,М 25срм ) Как видно, из полученных характеристик, использование регулирования момен та двигателя позволяет стабилизировать только его моменты в установившемся режи ме (рисунок 3а), а упругий момент механизма изменился незначительно (рисунок 3б).

Для подавления упругих колебаний и получения максимального быстродейст вия, предлагается использовать корректирующее устройство с передаточной функци ей, полученное согласно методики, предложенной Д.Н. Дочвири для ЭП с упругим звеном по критериям Калмана – Фробеньюса:

1 U1 ( S) U 2 ( S) T4 T U 2 ( S) = + U1 ( S) 6 U 2 ( S) + U1 ( S), (5) T5s T5s T5 T5 где Т 4 - постоянная вязкого трения механизма;

Т 6 = 5Т 4 ;

Т 5 = ( T1T2Tл / T ) при этом T1,T2,Tл,T - механические постоянные времени двигателя, механизма, упругой лен ты, суммарная механическая постоянная;

U 2 ( S), U1 ( S) - выходной и входной сигнал.

Соответствующая выражению (5) структурная схема корректора представлена на ри сунке 4. Полученное корректирующее устройство является последовательным и оно включено на вход регулятора скорости ведущего двигателя. Значения параметров вхо дящих в корректирующее устройство определяют максимально возможную демпфи рующую способность электропривода с упругой связью и системой подчиненного ре гулирования, которая обеспечивается при определенных настройках регулятора скоро сти и регулятора тока.

Рисунок 4 - Структурная схема корректирующего устройства Исследование при моделировании в Matlab электромеханической системы кон вейера показывает, что коэффициент влияния корректирующего звена на систему це лесообразно изменять ступенчато. В этом случае в период времени, соответствующий переходным процессам разгона двигателей, нужно обеспечить значительное влияние звена на систему с тем, чтобы обеспечить минимальное значение амплитуды колеба ний упругого момента (корректор А). В период времени, соответствующий устано вившемуся режиму движения, необходимо снизить влияние корректирующего звена на систему, но не исключать полностью, для более эффективного подавления колеба ния в установившемся режиме при разгрузке и набросе нагрузки (корректор Б). Эф фективность введенного корректирующего сигнала определяется значением коэффи циентов коррекции K кор1. = Т 4 Т 5, K кор2. = Т 6 Т 5. В таблице 1 приведены данные анализа влияния значения коэффициентов коррекции для снижения колебаний упру гого момента в режиме пуска, где = А б.к А к - кратность снижения амплитуды коле баний ( А б.к, А к - вторая амплитуда упругого момента в системе без коррекции и с коррекцией соответственно).

Таблица 1 - Влияния коррекции на кратность снижения амплитуды колебаний № опыта 1 2 3 4 5 7 8 9 Ккор1 0,17 2 3 5 10 15 16 20 25 Ккор2 0,005 2,5 2,1 2 1,5 1,2 1 0,9 0,5 0, 1 1,2 1,3 1,4 1,66 3,5 1,25 0,83 0,82 0, В результате использования такого подхода получены характеристики (рисунок 5), которые подтверждают целесообразность включения корректора с целью снижения амплитуды колебаний упругого момента M 25 (между приводным барабаном и меха низмом конвейера), практически в 3,5 раза (опыт №6) и коэффициента динамичности вдвое по сравнению с ЭП реостатного пуска. На основании этих исследований можно утверждать об эффективности разработанного способа коррекции, как для подавления упругих колебаний, так и для уменьшения динамических нагрузок, что ведет к сниже нию износа механической части.

а) б) Рисунок 5 – Характеристики по упругому моменту, возникающему между ведущим приводным барабаном и связанным с ним механизмом С учетом того, что кинематика распределенно – упругой передачи ленточного конвейера конструктивно позволяет осуществить подключение дополнительной об ратной связи к любой точке, задача увеличения полосы пропускания системы может быть решена с помощью введения дополнительной обратной связи из промежуточной точки элемента. Для этого необходимо ввести в систему управления корректирующий сигнал, пропорциональный величине изменения момента двигателя во времени, кото рый можно получить косвенно.

Рисунок 6 - Функциональная схема с дополнительной связью Структурная схема подчиненного регулирования, представленная на рисунке 6, состоит из передаточных функций основного регулятора скорости Wро и дополни тельного Wрд, а также передаточной функции регулятора тока Wрт с силовой частью ЭП Wс. При этом используются передаточные функции однородного продольно – уп ругого элемента Wр.п., W1р.п.. Используя передаточную функцию W1р.п. (3) и имея в каждый момент времени значение вращающего момента приводного двигателя, мож но прогнозировать изменение момента двигателя в зависимости от пространственного нахождения груза на ленте и его массы. Этот метод возможен при следующих услови ях: масса груза определяется весоизмерительными системами дозирования либо лен точными весами и вносится в алгоритм расчета передаточной функции модели систе мы с распределенными параметрами;

количество датчиков, определяющих нахожде ние груза на всем протяжении ленты нагружаемой сыпучими материалами, определя ется из расчета:

k дат = Lн K к.т, (6) где L н - длина нагружаемой части конвейера и K к.т - количество контрольных точек.

В качестве датчиков для бесконтактного определения наличия материала по всей длине конвейере применяются ультразвуковые датчики FDU91 с преобразовате лем Prosonic S FMU95, поддерживающим возможность подключения до 10 датчиков.

Количество контрольных точек должно выбираться, исходя из условия:

K к.т = t12 л, (7) где t12 - время двух амплитуд колебаний упругого момента (колебаний момента дви гателя), определяемых расчетным путем либо при имитационном моделировании, л линейная скорость движения ленты. В противном случае, возникнет рассогласование в частоте и фазе между значениями изменения момента в действительности и на модели, что приведет к неадекватной работе системы управления, так как передаточная функ ция механической системы (3) представляет собой колебательное звено. Таким обра зом, система управления должна включать в себя модель системы с распределенными параметрами в качестве корректирующего звена, которое удобнее включить в допол нительный контур скорости.

На рисунке 7 показаны графики зависимостей моментов двигателей M1, M 2 и скоростей соответственно 1, 2, полученные в результате цифрового моделирова ния, для системы с дополнительной обратной связью. Полученные характеристики удовлетворяют требованию подавления колебаний моментов двигателей при весьма небольшом времени переходного процесса.

Рисунок 7 - Характеристики двигателей с корректирующим устройством Схема синхрониза ции исполнительных эле ментов выполнена двух канальной для реализации приемлемых натяжений и исключения долгой про буксовки ленты о бараба ны в аварийных ситуациях (рисунок 8). Основой при построении синхрониза тора служит получение Рисунок 8 - Структурная схема синхронизации значений по имею исполнительных элементов приводной станции щимся значениям скоро сти с тахогенераторов двигателей и введении величины рассогласования перед регуляторами скорости соот ветствующих двигателей. Для регулятора скорости ведущего двигателя будет соответ ствовать следующее выражение:

dU зт1 dt = Tзи1 Т рс1 [dU зс1 dt dU оос1 dt dU откл1 dt ] ;

dU зс1 dt = 1 Т зи1 [ U зи1 U зс1 ];

(8) dU откл1 dt = [ U оос1 U оос2 ] Т ф p + 1, где U зс1, U зт1 - напряжение задания на скорость и ток;

U оос1, U оос2 - напряжение обрат ной связи по скорости первого и второго двигателя;

U откл1 = 12 - сигнал разности скоростей;

Т ф - постоянная фильтра. Релейный элемент к2 используется для регулиро вания натяжений ленты при пуске, в зависимости от нагрузки транспортера, преду смотрено введение коэффициента рассинхронизации скоростей двигателей. Характе ристики (рисунок 9) пока зывают действие собствен но синхронизации (четкая синхронизация), что благо приятно будет сказываться на снижение воздействия упругого момента и рас синхронизации (принуди тельная), при необходимо сти включаемая, для по Рисунок 9 - Характеристики по скорости вышения натяжения ленты, двигателей при использовании синхронизации и сцепления ленты с бараба принудительной рассинхронизации нами и создания соответст венно максимального уси лия. Рассинхронизация будет действовать при необходимости максимальной загрузки конвейера и только в режиме пуска.

В четвертой главе рассмотрена цифровая система управления двухдвигатель ным асинхронным электроприводом с применением микропроцессорной техники.

Предложено использование корректирующего звена для подавления упругих колеба ний, выполненное на базе программного обеспечения промышленного контроллера Modicon, а также произведена оценка энергетической эффективности применения управляемых электроприводов. Задачей исследования в четвертой главе является про верка предлагаемого способа подавления упругих колебаний возникающих в ЭМС ленточного конвейера, путем сравнения характеристик управляющего сигнала U вых после реализации коррекции.

Для решения поставленной задачи была разработана программа в Concept для реализации последовательного корректирующего устройства, где конфигурирование выполнено в режиме off-line (на автономном ПК). Полностью повторяемые характери стики рисунка 5а участков корректора А и корректора Б, можно получить при исполь зовании переключающейся структуры. При этом коэффициенты, по истечении опре деленного времени, изменяются в зависимости от режима работы электропривода: ре жим пуска (рисунок 10а, 1), когда включается корректор А и действует до выхода на заданную скорость двигателя;

режим установившегося режима (рисунок 10а, 2), когда включается корректор Б, действует на протяжении всего оставшегося времени.

а) б) Рисунок 10 -Характеристика сигнала с переключающейся структурой при моделировании в Matlab Simulink (а) и Concept (б) При использовании программного обеспечения Concept получены характери стики (рисунок 10б), которые позволяют утверждать об идентичности полученных ре зультатов с моделированием в Matlab и в целом служит подтверждением использова ния разработанного способа коррекции.

Анализ различных способов регулирования параметров асинхронного двигателя позволяет утверждать, что для снижения энергопотребления универсальным является частотно – регулируемый асинхронный электропривод. Это вывод конкретизирован количественными оценками и сравнительным анализом используемой и перспектив ной системы. Для установившихся режимов в качестве основных показателей могут быть использованы коэффициент полезного действия, являющийся мерой эконо мичности преобразования электрической энергии в механическую, и коэффициент мощности km, который является мерой экономичности потребления электроэнергии из сети и используется вместо понятия cos в цепях с несинусоидальными токами, что характерно для частотно – управляемых электроприводов:

u y ( t ) iy ( t ) + u x ( t ) ix ( t ) k m1 ( t ) = ;

(9) (u )(i ( t ) ) (t) + uy (t) + iy ( t ) 2 2 2 x x ( t ) M c ( t ) =. (10) ( u x ( t ) ix ( t ) + u y ( t ) iy ( t )) При применении перспективной системы управления, для установившегося ре жима, увеличение коэффициента мощности k m1 для двух асинхронных короткозамк нутых двигателей составило 2%. При этом КПД увеличен на 2% для ведущего двигателя, а для второго увеличен на 13% в отличие от используемых асинхронных двигателей с реостатным пуском. Вследствие определения оптимального коэффициен та распределения нагрузки между приводными двигателями k распр.P = P1 P2 = 1, мощность ведущего была занижена на 170 кВт. Также следует учитывать экономию электроэнергии, при исключении постоянно работающих добавочных сопротивлений в цепи ротора, которая составит в течение года 335088 кВт·ч (3 % от общего потребле ния) или 837720 рублей. Предполагается значительная экономия средств от снижения производства по выпуску передельного чугуна, связанная с нарушением подачи мате риалов к доменной печи (повышенная аварийность в механической части, износ и в дальнейшем порыв ленты). Так как простой доменной печи в течение одного часа в су тки приведет к потере 292 тонн готовой продукции эквивалентной 3645833 рублей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В результате проведённых исследований была решена актуальная задача: разра ботана система электропривода, обеспечивающая снижение негативных воздействий, обусловленных наличием упругого элемента, в механической части ленточного кон вейера, в переходных процессах и при движении с грузом. Использование корректи рующих устройств в системе регулирования ЭП позволяет максимально снижать ди намические нагрузки и подавлять упругие колебания для рассматриваемого и анало гичных механизмов, с целью повышения долговечности элементов ходовой части и ленты. Материалы работы позволяют сформулировать следующие основные выводы:

1. Создана математическая модель, отличающаяся от ранее известных тем, что она учитывает взаимосвязь между двумя приводными барабанами, а также позволяет представлять ленточный конвейер, как одномерный продольно-упругий замкнутый в кольцо элемент, нагруженный массами. С помощью математической модели можно исследовать как натяжение ленты в пусковых режимах для исключения пробуксовки, так и позволяет осуществить исследование влияния параметров этого объекта на спектр его собственных частот;

2. Получено аналитическое выражение распределенно – упругого кольцевого механического элемента, которое позволяет производить исследование влияния таких параметров как относительное взаимное положение масс, сосредоточенных относи тельно двигателя, учитывать внутреннее демпфирование и скорость распространения упругой волны, что в свою очередь может стать неотъемлемой частью при разработке систем управления ЭП конвейеров;

3.Использование частотного управления с задатчиком интенсивности и после довательного корректирующего устройства, для системы с сосредоточенными пара метрами ЭМС, в канале регулирования скорости позволяет максимально подавить уп ругие колебания (амплитуда колебаний уменьшилась в 3,5 раза), а также снижать ко эффициент динамичности в 2 раза. При рассмотрении системы с распределенно – уп ругим кольцевым механическим элементом также предложена коррекция переменных управления одним из двигателей с целью уменьшения воздействия динамических на грузок;

4. Разработан алгоритм системы управления ленточным конвейером на базе промышленного контроллера. Система управления электроприводом ленточного кон вейера, при использовании алгоритма подавления упругих колебаний в программном обеспечении Concept, способна обеспечить минимальные значения упругого момента;

5. Предложенная система электропривода, при проведении сравнительного ана лиза, показала свою энергетическую эффективность относительно используемой сис темы с параметрическим управлением, где увеличение КПД соответствующих двига телей возросло на 2% и 13%. Экономия при исключении добавочных сопротивлений из цепи ротора составит 837720 рублей в течение года.

Основные работы, опубликованные по теме диссертации:

1. Теличко Л.Я., Тарасов А.С. Математическое моделирование ленточного конвейера с двухдвигательным электроприводом// Вестник ВГТУ. – Воронеж:

ВГТУ. – 2007 - том 3 №12 – С. 82-86.

2.Теличко Л.Я., Тарасов А.С. Математическое моделирование распреде ленно - упругого элемента с двухдвигательным электроприводом// Вестник ВГТУ – Воронеж: ВГТУ. – 2009 - том 5 №3 – С. 74-78.

3. Теличко Л.Я., Тарасов А.С. Математическая модель механической части электропривода ленточного конвейера// Современные проблемы информатизации в прикладных задачах: Сб. трудов.– Воронеж: “Научная книга” – 2006 – С. 99 -102.

4. Теличко Л.Я., Тарасов А.С. Особенности моделирования асинхронного двига теля для электропривода ленточного конвейера в среде Simulink // Современные про блемы информатизации в моделировании и программировании: Сб. трудов.– Воро неж: Изд. “Научная книга” – 2006 – С. 206 – 207.

5. Тарасов А.С. Оценка энергетической эффективности регулируемых асин хронных электроприводов средствами имитационного моделирования в Matlab 6. Simulink// Современные энергетические комплексы и управление ими: Материалы Междунар. науч. – практ. конф., г. Новочеркасск, ЮРГТУ-2007-Ч.2 – C. 45- 6. Тарасов А.С. Многодвигательный асинхронный электропривод ленточного конвейера с корректирующим устройством снижения динамических нагрузок // Ин формационные технологии моделирования и управления: Сб. трудов.– Воронеж: Изд.

“Научная книга” – 2007–№4(38) – C. 499-504.

7. Тарасов А.С. Механическая часть электропривода с распределенными пара метрами как объект управления// Информационные технологии моделирования и управления: Сб. трудов.– Воронеж: Изд. “Научная книга”–2007–№8(42)– C. 981–986.

8. Теличко Л.Я., Тарасов А.С. Исследование динамических режимов в асин хронном электроприводе конвейера// Энергетика и энергоэффективные технологии:

Сб. трудов. – Липецк: ЛГТУ – 2007 – С. 276 – 281.

9. Тарасов А.С. Анализ механической части электропривода средствами Matlab// Современные проблемы информатизации в проектировании и информационных сис темах: Сб. трудов.– Воронеж: Изд. “Научная книга” – 2008 – С. 432 - 434.

10. Теличко Л.Я., Тарасов А.С. Исследование динамических режимов в много двигательном электроприводе конвейеров // Вести высших учебных заведений Черно земья: Сб. трудов. – Липецк: ЛГТУ – 2007 –№4(10) – C. 60-64.

11. Теличко Л.Я., Тарасов А.С. Корректирующие устройства подавления упру гих колебаний для электропривода конвейеров // Материалы научно – технической конференции: Сб. трудов.– Липецк: ЛГТУ.–2009 –C. 42-46.

Личный вклад автора в работах, написанных в соавторстве, заключается в сле дующем: в [1] – предложена система электропривода на базе частотно – регулируемых преобразователей с корректирующим устройством подавления упругих колебаний;

[2] – представлены результаты моделирования оптимальной системы электропривода ме ханизма конвейера с распределенными параметрами при использовании косвенной коррекции нахождения груза на ленте;

[3], [4] – разработана структурная схема ЭМС конвейера с переменными параметрами элементов с использованием математической модели асинхронного двигателя;

[8] – исследованы динамические режимы системы электропривода механизма методом математического моделирования и нахождением оптимального коэффициента коррекции;

[11] – разработана оптимальная система электропривода, уменьшающая воздействие упругого момента и снижающая динами ческие нагрузки в ЭМС конвейера с сосредоточенными параметрами;

[12] – приведе ны результаты моделирования и показан метод оценки демпфируемости упругих ко лебаний.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.