Возрастающие технологические требования к качеству производственных процессов, необходимость внедрения высоких технологий обусловливают устойчивую тенденцию внедрения в различные отрасли промышленного и сельскохозяйственного производства регулируемых электроприводов.
Электропривод, осуществляющий электромеханическое преобразование энергии, широко используется во всех областях деятельности для обеспечения нужд производства и жилищно-коммунального хозяйства, потребляет более 60 % всей вырабатываемой электроэнергии.
Повышение энергетической эффективности может быть достигнуто при использовании регулируемых электроприводов для управления технологическими процессами, что в сочетании с возможностями автоматизации может обеспечить оптимальное использование электроэнергии и других ресурсов. Экономический потенциал энергосбережения в электроприводе практически исчерпан, т.к. отдельные компоненты электропривода достаточно совершенны. Вместе с тем остается громадный потенциал, основанный на совершенствовании проектирования систем в целом и оптимизации их параметров.
Развитие математической теории машин переменного тока, создание усовершенствованных силовых полупроводниковых приборов и преобразователей на их основе, использование современных средств управления, включая микропроцессорные, позволили создать высококачественные и надежные системы регулируемых асинхронных электроприводов, которые становятся основным видом регулируемого электропривода.
В связи с возрастанием цен на энергоносители, в частности на электроэнергию, и ограниченными возможностями увеличения мощности энергогенерирующих установок проблема энергосбережения, в том числе снижения электропотребления, приобретает особую актуальность.
В рамках данной статьи рассмотрено применение
математическая модель, рассчитанная на подъём электромостового крана, приводящийся в действие от асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, смоделированная при помощи программы Matlab 7.12, которая включает в себя пакеты Simulink и Sim Power Systems.
В плане опытного образца был выбран крановый механизм.
Данные проектируемого кранового механизма представлены ниже (табл.1).
Таблица 1 – Исходные данные проектируемого кранового механизма
|
Скорость подъема V, м/с |
Масса захватного приспособления m0, кг |
Масса поднимаемого груза mн, кг |
К.П.Д. при подъёме ηн |
ηобщ=ηр·ηп |
Коэффициент передачи редуктора i |
||
|
0,33 |
30 |
15000 |
0,7 |
0,83 |
23,34 |
||
|
Напряжение питающей сети Uн, В |
Частота питающей сети f, Гц |
Высота подъема H, м |
Диаметр барабана Dб, м |
Число рабочих циклов Z |
Допустимое ускорение механизма адоп, м/с2 |
||
|
380 |
50 |
16 |
0,5 |
8 |
0,5 |
||
Для данного кранового механизма был выбран АД с КЗ ротором специальной крановой серии исполнения.
Данные выбранного двигателя представлены ниже (таблице 2).
Таблица 2 – Данные выбранного двигателя.
|
Тип двигателя |
Рн, кВт |
nн, об/мин |
Uн, В |
f, Гц |
I1, А |
cosφн - |
К.п.д, % |
J, кг·м2 |
m, кг |
ПВ, % |
|||
|
4MTKH315L |
75 |
580 |
380 |
50 |
164 |
0,74 |
89 |
3,275 |
1075 |
40 |
|||
Далее производиться расчёт динамических характеристик системы.
Данные двигателя содержаться в таблице 2. Значения активных и реактивных сопротивлений обмоток статора и ротора соответственно R1, Ом, X1, Ом и R2‘, Ом, X2‘, Ом, а также значения реактивного сопротивления рассеяния Xμ, Ом рассчитываются с помощью программы ADpasport математического пакета MathCad, значения сопротивлений представлены ниже, в относительные единицах.
о.е.; 
о.е.; 
о.е.; 
о.е.; 
о.е.
Определяется общее сопротивление схемы замещения Zн, Ом с помощью формулы, представленной ниже.
Ом,
где Uнф – фазное сопротивление двигателя, В.
Рассчитываются сопротивления схемы замещения двигателя в Омах
Активное сопротивление статора R1* , Ом определяется с помощью выражения.
Ом,
Реактивное сопротивление статора X1*, Ом
определяется с помощью выражения
Ом,
Активное сопротивление ротора R2* , Ом определяется с помощью выражения
Ом,
Реактивное сопротивление ротора X2*, Ом
определяется с помощью выражения
Ом,
Реактивное сопротивление рассеяния Xμ*, Ом
определяется с помощью выражения
Ом,
Определяются индуктивности рассеяния обмоток двигателя.
Индуктивность рассеяния статора L1σ, Гн может быть найдена по формуле
Гн,
Индуктивность рассеяния ротора L2σ, Гн может быть найдена по формуле
Гн,
Взаимоиндуктивность рассеяния статора и ротора Lμ, Гн может быть найдена по формуле.
Гн,
Рассчитываются полные индуктивности обмоток.
Индуктивность статора L1, Гн определяется с помощью формулы
Гн,
Индуктивность ротора L2, Гн определяется по формуле
Гн.
На следующем этапе переходим непосредственно к моделированию АД с КЗ ротором для механизма подъёма электромостового крана.
Модель виртуальной машины, питающейся от трёхфазного источника и подключенной выходом к блоку измерения приведена ниже (рис.1).
Рисунок 1. Модель виртуальной машины, питающаяся от трёхфазного источника и подключенная выходом к блоку измерения.
Далее приведены результаты моделирования модели, представленной на рисунке 1. (рис. 2)
Рисунок 2. Графики скорости и момента при пуске и во время переходных процессов.
Для сравнения приведены переходные процессы классической модели асинхронной машины с короткозамкнутым ротором из книги С.Г. Германа-Галкина «Matlab & Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК».
После сравнения результатов моделирования мы наблюдаем идентичность представленных моделей, т.е. при пуске происходит бросок момента и плавное возрастание скорости, далее при подаче момента нагрузки момент выравнивается, а скорость проседает, но как видно, в нашем случае бросок момента не так велик и протекает плавно. Это осуществляется за счёт правильной настройки трёхфазного программируемого источника напряжения. В свою очередь можно сделать вывод, что снижение пусковых токов и моментов, а также токов и моментов во время переходных процессов производственного цикла – это огромная экономия энергии, что говорит о энергоэффективности данного метода регулировки механизма подъёма (опускания) выбранного электромостового крана.
Библиографический список
- Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink.: ДМК Пресс; СПб.: Питер,2008. – 288с.:ил.
- Герман-Галкин С.Г. Matlab & Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК.: СПб.: КОРОНА-Век, 2008. — 368 с. — ISBN 978-5-903383-39-9.
- Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты.:Екатеринбург: УРО РАН, 2000 г. , 654 стр.