Борзилов Г. В. - Честотно управлявано електрозадвижване
Магистър DonNTU Борзилов GV
ТЕМА: Разработване и изследване на честотно управлявано електрическо задвижване за намотъчния апарат на термогалваничен агрегат
Модерно промишлено електрическо задвижване (EA) е сложна система, която се състои от цял набор от взаимозависими елементи: изпълнителен орган (електродвигател), източник на енергия (преобразувател), система за управление на EA, включително сензор за параметри на EA, информационни устройства за настройка. Всички тези елементи се усъвършенстват, което дава възможност да се правят все по-модерни ЕП, които осигуряват оптимизиране на производствените режими на работа на агрегати или комплекси.
Силовата електроника процъфтява. Съществува ясна тенденция към контролируеми силови полупроводници с висока мощност (PSD), разработване на интегрирани устройства с хибридни и твърди пакети под формата на пълни модули със структури, изолирани от пакета на модула. Подобряването на технологията дава възможност за непрекъснато увеличаване на мощността на устройствата, увеличаване на скоростта и дори производство на устройства на една плоча, използвайки биполярна технология.
С появата на напълно контролирани устройства е възможно да се проектират преобразуватели с висока енергийна производителност и добра съвместимост с мрежата, както и да се внедрят известните досега, но трудни за изпълнение преобразуватели с имплицитна DC връзка, които се отличават с едно преобразуване на енергия и позволяват двупосочен обмен на енергия.
Доскоро регулираният EF се извършваше главно на базата на използването на постояннотокови двигатели. Въпреки това, с подобряването на SPP, има тенденция да се фокусираме върху регулирано променливотоково задвижване.
Приложение катоизпълнителни, двигатели с променлив ток, отвориха възможността за почти неограничено увеличаване на мощността и подобряване на капацитета на претоварване на EA, недостижимо при използване на двигатели с постоянен ток поради ограничения на условията на превключване. Освен това липсата на колектор значително разширява обхвата на EA и осигурява спестявания.
Овладяването на производството на контролирани силови полупроводникови устройства разкри нови възможности за създаване на инвертори на напрежение с неконтролирана постоянна връзка и широчинно-импулсна модулация (PWM) на напрежението на инвертора. Такива PWM преобразуватели осигуряват висока енергийна ефективност и в случай на използване на високоскоростен SPS позволяват формирането на работни токове, близки до синусоидални. Горната нова елементна база позволи въвеждането на нови алгоритми за управление, по-специално използването на прекъснати системи за управление. Този дипломен проект е посветен на разработването на нови системи за управление.
Технологичен процес на термогалванична обработка на стоманена тел
Цехът за производство на метални корди се състои от следните производствени площи:
- сортиране и съставяне на готовата продукция.
Помислете за технологичния процес на термична галванична обработка на стоманена тел.
След развиване телта влиза в пещта, в която се нагрява до 9000C и се охлажда в оловна стопилка при температура 5500C. Операцията се извършва в резба на термичен агрегат с 24 нишки, състоящ се от развиване, компенсатори за стабилизиране на напрежението на проводниците, пещ за нагряване на газ, вана с разтопено олово, термостат, вана за електрохимично ецване, измиване, медно покритие в нирофосфорен електролит, измиване, медно покритие в серен електролит, измиване, сушене инавиване.
След нагряване в пещта телта се охлажда в специална кутия (термостат), в средата на която се подава защитно-редукционен газ (ендогаз). Неговата задача е да нормализира и възстанови повърхността на жицата. От термостата жицата влиза във ваната за електрохимично ецване в разтвор на сярна киселина. След ецване, той влиза в банята за измиване, където трябва да бъде киселината, отмита от повърхността на жицата. След измиване телта влиза във ваната за медно покритие. Тази вана съдържа електролит, който задържа меден сулфат, натриев нирофосфат и натриева фосфорна киселина. Жицата е покрита със слой мед, отива за измиване и след това в друга вана за медно покритие. Съдържа електролит от сярна киселина. В тази баня телта се покрива с мед до необходимата дебелина и се изпраща за измиване. След измиване телта влиза в сушилнята, където се изсушава с горещ въздух. След всяка операция на ецване, нанасяне на покритие, измиване има въздушни вентилатори, чиято задача е да предотвратят отстраняването на разтворите от техните вани и разреждането на един разтвор с друг или с вода от измиване. След изсушаване телта влиза в машината за навиване. На него жицата се навива на специални касети с капацитет 600 кг.
Изисквания към електрическото задвижване на машината за навиване
Изискванията към електрическото задвижване (ED) на машината за навиване TGA-98 са свързани предимно с технологията за производство на нови видове продукти на термогалванична единица.
Във връзка с новата технология за производство на продукти, които се произвеждат на термогалванична единица, се налагат по-строги технологични изисквания към ЕП на навиващия апарат. EP механизмът за навиване TGA-98 трябва да осигурява следните режими на работа на устройството:
широк обхвати плавно регулиране на линейните скорости на протягане и навиване на тел (от 20 до 70 m/min.);
толерансът за отклонение на скоростта на издърпване и намотката на проводника от определената стойност не трябва да надвишава три процента;
осигуряват плавен старт и спиране от 2 до 20 секунди;
продължителност на включване на ТВ=100%.
В допълнение към технологичните изисквания за режимите на работа на машината за навиване TGA-98, EA трябва да осигурява следните функции на работа, управление и наблюдение:
аварийно изключване на механизма TGA-98;
режими на ускорение и забавяне (по време на технологично зареждане с гориво на блока на механизма);
блокиране на включване при липса на налягане на маслото в системата на механизма;
защита на ЕР веригата от токове на късо съединение;
защита на силовата част на ЕП от пренапрежение в мрежата;
контрол на измерването на скоростта;
надеждна работа на ЕП и автоматизираната система за управление и поддържане на зададената скорост на механизма.
Електрическото задвижване на намотката трябва да осигурява стабилна работа в промишлени помещения, чиято среда може да съдържа, в допустимите граници на санитарните стандарти, агресивни пари и газове, които няма да причинят разрушаване на изолацията и метала, както и температурата на промишлените помещения от +5 до +40 ° С.
Избор на задвижваща система
Поради добре известните недостатъци на EC системите с постояннотокови двигатели, препоръчително е да се използват EC системи с AC двигатели, за да се изпълнят изискванията.
Най-простият дизайн, евтин и надежден електродвигател е асинхронен двигател (IM) с ротор с катерица , Използването на такъв двигател в регулируемо задвижванепредставлява особен интерес.
В асинхронен ЕР с честотно управление се използват главно честотни преобразуватели с две връзки (FC), базирани на автономни инвертори (AI): с междинна връзка на директно (автономен токов инвертор - AIT) или напрежение (автономен инвертор на напрежение - AVI).
Известно е, че EP, базирани на IF AIP с широчинно-импулсна модулация (PWM), са по-гъвкави от EP, базирани на IF AIT.
Разгледайте функционалната диаграма на EA, базирана на PWM AIN, показана на фигура 1.
Фигура 1 - Функционална диаграма на EA, базиран на AIP с PWM
ED на базата на честотен преобразувател (FC) AIN PWM съдържа неконтролиран диоден токоизправител B и AIN PWM.
Регулирането на честотата f 1 и размера на началното напрежение U 1 се извършва в AIP чрез използване на високочестотни ШИМ алгоритми - управление. Честотата на ШИМ обикновено е между 2 и 12 kHz, т.е. много пъти по-висока от оригиналната честота на AIN.
Формата на началната крива на напрежението в този случай е високочестотна биполярна последователност от импулси.
Честотата на импулса се определя от честотата на ШИМ, продължителността на импулсите през периода на началната честота на AIP се моделира според синусоидалния закон. Формата на кривата на първоначалния ток (ток HELL), почти синусоидална.
Към силовите превключватели AIN PWM се налагат изисквания за висока скорост и ниски динамични загуби.
В режим на спиране EP AIN превключва от режим на инвертиране в режим на коригиране (работи мостът на диодите с обратен ток, енергията на възбуждане на IM се подава през управляваните ключове). Полярността на напрежението на AVI входа се запазва и токът променя посоката. Следователно изпълнението на спирачния режим се осъществява от допвход на силови елементи, или обратно управляван токоизправител за възстановяване на енергия в мрежата, или управляван ключ и спирачни резистори в DC веригата за електродинамично спиране.
Предимството на анализираната система от ES с AI е:
практически неограничен обхват на управление на честотата и скоростта;
некритичност към мощността (в границите на допустимото) и броя на привлечените ИМ;
възможност за работа в режим на празен ход, с изключено кръвно налягане;
висока стойност на фактора на мощността на мрежата ( cos φ ) близо до 1 във всички режими на работа;
синусоидалност на началния ток, плавно, без скокове въртене на ИМ при скорости близки до нула;
висока динамична производителност на ED, поради високата скорост на управление на ШИМ.
Необходимостта от включване на допълнителни силови елементи за реализиране на спирачни режими е недостатък на функционалните схеми на ЕА с AIP PWM.
Синтез на системата за автоматично управление
За да анализираме динамичната производителност, използваме блоковата диаграма на асинхронен двигател, показана на фигура 2.
Фигура 2 - Структурна схема на асинхронен двигател.
Синтез на токов контролен контур.
Блоковата схема на контура за управление на тока е показана на фигура 3.
Фигура 3 - Структурна диаграма на токовия контролен контур.
Динамичните свойства на честотния преобразувател са опростени чрез апериодична връзка с предавателна функция:
(1)
Желана трансферна функция на SRT с отворена верига:
(2)
където T g е константата на интегриране на CRT.
Реалната трансферна функция на SRT с отворен цикъл:
(3)
Приравняванепървите части (2) и (3) определят трансферната функция на RT:
(4)
Когато е настроен на модулен опиум:
Трансферната функция на затворен SRT ще има формата:
(5)
Синтез на контура за управление на скоростта.
Блоковата схема на веригата за управление на скоростта е показана на фигура 4.
Желаната RRS трансферна функция има формата:
(6)
където T ω е константата на интегриране на RRS.
Нека покажем вътрешния RRS като еквивалентна връзка с трансферната функция (5) и напишем трансферната функция на отворения RRS:
(7)
Чрез приравняване на равни части (6) и (7), можем да определим трансферната функция на пропорционалния регулатор на скоростта:
(8)
Когато е настроен на симетричен оптимум:
Основната цел на тази работа по темата „Разработване и изследване на честотно управлявано електрическо задвижване за намотъчния апарат на термогалванична единица“ е да подобри техническите и икономическите показатели и функционалните и технологични възможности на единицата при разработването на технологии за производство на нови видове продукти.
На базата на технологичния процес на термична галванична обработка на стоманена тел бяха поставени изискванията към бъдещата електрозадвижваща система. За да отговори на тези изисквания е избрана най-подходящата електрическа задвижваща система. При изследването на тази система беше установено, че тя не само напълно осигурява изпълнението на всички технологични условия и изисквания за стабилизиране на скоростта на издърпване и навиване на телта (отклонението на скоростта е не повече от 2,5%), широк диапазон на линейно управление на скоростта (от 20 до 70 m / min), осигуряване на плавно стартиране и спиране и други допълнителни изисквания, но също така направи възможно значително (1,4 пъти) намаляване на консумацията на енергия.
Ключев В.И. Теорията на електрическото задвижване: учебник за университетите. – М.: Енергоатомиздат, 1985. – 560-те.
Илински Н.Ф., Козаченко В.Ф. Общ курс на електрическото задвижване: учебник за университетите. - М.: Енергоатомиздат, 1992. - 544 с.
Чиликин М.Г. Общ курс на електрическото задвижване: учебник за университетите. - М.: "Енергия", 1971. - 432 с.
Москаленко В.В. Електрическо задвижване: Учебник за електротехнически специалности. - М.: Висше училище, 1991. - 430 с.