Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие современного производства идет по пути создания высокоэффективных промышленных установок, силовые каналы которых в большинстве своем строятся на базе различного рода электромеханических систем (ЭМС).
Стремление к конструктивной интеграции электромеханического преобразователя с рабочим органом технологической установки, продиктованное необходимостью расширения ее функциональных возможностей, а также требованием экономного расхода энергии и других ресурсов, предопределяет создание ЭМС с применением специальных электрических машин, в частности линейных асинхронных двигателей (ЛАД).
Известно, что анализ электромагнитных процессов в ЛАД в силу ряда особенностей обусловленных разомкнутостью его магнитопровода, эффектами "входа-выхода" проводящих контуров вторичного элемента (ВЭ) и т.д. достаточно сложен.
Мощным и универсальным инструментом исследования электромеханических систем являются методы математического моделирования, позволяющие вместо оригинала рассматривать его математическую модель. Ввиду сложности и громоздкости последней всё большее распространение получают численные методы расчёта.
К настоящему времени известно большое разнообразие численных математических моделей ЛАД, однако они плохо пригодны для исследования динамики машины с учётом режимов, характерных для промышленных приводов с ЛАД (несимметричное включение обмоток индуктора, эстафетная передача вторичного элемента от одного индуктора к другому и т.д.). К тому же, имеющиеся модели слабо ориентированы на синтез систем управления приводом, в частности, в рамках классических подходов к решению этой задачи. Кроме того, при разработке систем электропривода с применением ЛАД большое внимание должно уделяться вопросам формирования каналов наблюдения и измерения основных регулируемых координат, а также целого ряда интегральных характеристик двигателя, как в статических, так и динамических режимах работы.
Поэтому задача дальнейшей разработки динамических моделей и создания детализированных структур элементов и устройств электромеханических систем на основе линейных асинхронных двигателей с целью расширения их возможностей является, несомненно, актуальной, тем
более что принятые в настоящее время динамические модели не позволяют детально учесть все особенности указанных систем.
Цель работы. Целью работы является разработка динамических моделей ЛАД, позволяющих расширить возможности анализа динамических процессов и обеспечивающих повышение эффективности создания электромеханических систем с ЛАД на стадии проектирования, что возможно при глубокой детализации структуры модели.
Задачи исследований. Основными задачами исследования являются:
-
Разработка динамической модели линейного асинхронного двигателя, позволяющей проводить исследования динамических свойств ЛАД методом пространства состояний в режимах работы, характерных для электромеханических систем с разомкнутым и замкнутым циклами управления при различных видах управляющего и возмущающего воздействий (пуск, реверс, торможение, переход из одного установившегося режима в другой, обработка средних и больших перемещений и т.п.) с учётом нелинейностей, присущих как электромеханической системе (преобразователь, электрическая машина, рабочий орган), так и её системе управления, а также нелинейностей, обусловленных характером нагрузки;
-
Формирование каналов наблюдения и измерения основных регулируемых координат, а также целого ряда интегральных характеристик ЛАД, как в статических, так и динамических режимах работы;
-
Разработка метода расчета статических характеристик ЛАД и электрических машин вообще на основе их динамических моделей;
-
Анализ режимов работы ЛАД в разомкнутых и замкнутых системах электропривода;
-
Разработка программного обеспечения для расчета динамических и статических характеристик работы ЛАД.
Методы исследований. В теоретической части работы используется сочетание методов теории электромагнитного поля с методами теории электрических и магнитных цепей, а также классическая теория электропривода, теория автоматического регулирования, методы математического моделирования. Экспериментальные исследования полученных теоретических результатов проведены методом имитационного математического моделирования на ЭВМ.
Научная новизна. При выполнении работы получены следующие новые научные результаты:
-
Модель линейного асинхронного двигателя, позволяющая проводить исследования динамических свойств ЛАД методом пространства состояний в режимах работы, характерных для электромеханических систем с разомкнутым и замкнутым циклами управления при различных видах управляющего и возмущающего воздействий (пуск, реверс, торможение, переход из одного установившегося режима в другой, обработка средних и больших перемещений и т.п.) с учётом нелинейностей, присущих как электромеханической системе (преобразователь, электрическая машина, рабочий орган), так и её системе управления, а также нелинейностей, обусловленных характером нагрузки;
-
Структурные схемы измерительных устройств, на основе которых производится формирование каналов наблюдения и измерения основных регулируемых координат, а также целого ряда интегральных характеристик ЛАД, как в статических, так и динамических режимах работы;
-
Методика расчета статических характеристик электрических машин на основе их динамических моделей;
-
Результаты анализа режимов работы ЛАД в разомкнутых и замкнутых системах электропривода;
-
Программные продукты для расчета динамических и статических характеристик работы ЛАД.
Практическая ценность. Практическая ценность работы заключается в возможности использования ее результатов при проектировании электромеханических систем с линейными асинхронными двигателями, что обеспечивается разработанными методиками и программными средствами расчета статических и динамических режимов работы ЛАД. Результаты работы также могут быть использованы в преподавании специальных электротехнических дисциплин.
Практическая реализация. Результаты проведенных исследований реализованы в рабочих проектах ОАО "Уральский научно-технологический комплекс" электромеханических систем управления электроприводами промышленного оборудования в составе технологических установок и комплексов ГУП "УВЗ". Полученные теоретические результаты использованы в учебном процессе кафедры "Электротехники и электротехнологических
систем" УГТУ.
Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований были представлены на следующих научно-технических конференциях и совещаниях:
Научно-техническая конференция с международным участием по проблемам промышленных электромеханических систем и перспективам их развития (Россия, Ульяновск, 1996г.);
Международная конференция по проблемам электромеханических и электротехнических систем (Польша, Щецин, 1996г.);
Одиннадцатой международной научно-технической конференции по электроприводам переменного тока (Россия, Екатеринбург, 1998г.)
Четвертой международной научно-технической конференции 21-26 сентября 1998 года (Россия, Астрахань, 1998);
Третьей международной конференции по электромеханике и электротехнологии 14-18 сентября 1998 года (Россия, Клязьма, 1998г.);
Вторая межвузовская отраслевая научно-техническая конференция по автоматизации и прогрессивным технологиям 27 сентября -01 октября 1999 года (Россия, Новоуральск, 1999г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 8 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем работы 158 страниц, в том числе 114 страниц основного текста, иллюстрированные 89 рисунками, 8 таблиц, 10 страниц списка литературы (122 наименования) и 34 страницы приложений.
