Введение к работе
Актуальность темы. На современном уровне развития техники расширяется ряд технологических процессов, использующих устройства, рабочий орган которых совершает возвратное периодическое движение. Периодическое движение используется в таких отраслях как авиационная техника, машиностроение, строительство, аграрная, горная, химическая и текстильная промышленность, испытательная техника, техника измерения, контроля и управления. Выбор рационального закона периодического движения позволяет снижать износ инструмента, увеличивать производительность труда, экономить энергию. В связи с этим в системах управления электроприводом находят применение программируемые контроллеры, позволяющие рационально управлять электромеханическим преобразователем энергии с целью формирования требуемых параметров периодического движения. В качестве электромеханических преобразователей энергии широкое применение получили асинхронные двигатели, что позволяет создавать надежные электроприводы. Периодическое движение ротора электрической машины переменного тока возникает при питании обмоток статора промодулированными по амплитуде, частоте или фазе напряжениями или токами. Разнообразие условий применения электроприводов, возможных функциональных и схемотехнических решений делают задачу проектирования асинхронного электропривода весьма сложной. В этой связи актуально для теории и практики исследование свойств регулируемых электроприводов периодического движения с системной, энергетической и схемотехнической точек зрения. При этом важно создание таких способов управления, которые обеспечивали бы возможность снижения затрат при сохранении качества управления, достаточного для конкретных приложений.
В научно-технической литературе теории и практике электроприводов периодического движения уделялось внимание, но исследование электромеханических систем с модуляцией первичных напряжений или токов асинхронного двигателя и формирование сложных законов периодического движения рассмотрено недостаточно.
Объектом исследования является электропривод периодического движения (ЭППД) с варьируемыми законами управления. Асинхронный двигатель формирует периодическое движение за счет модуляции первичных напряжений или токов.
Цель работы. Исследование асинхронных электроприводов с модулированными напряжениями или токами и выбор законов управления для получения сложного периодического движения.
Методы исследования. Реализация поставленной цели осуществлялась математическими и экспериментальными методами исследований. В процессе математических исследований применены методы интегрального и дифференциального исчисления, а также" численные методы расчета, метод прогноза-коррекции, модифицированный метод Эйлера. Алгоритм разработанной методики реализован в виде программных средств для персональных ЭВМ. Экспериментальные исследования проводились на специально разработанном стенде, позволяющем создавать сложные законы периодического движения и проводить исследования динамических механических характеристик электропривода с использованием высокоточных методов контроля, измерения и цифровой обработки результатов. Достоверность результатов обусловлена применением широко распространенных методов. Полученные результаты и выводы согласуются с результатами, сформулированными ранее другими авторами. Предложенные законы модуляции первичных напряжений и токов проверены на математической модели, возможность получения сложных законов периодического движения и результаты теоретических исследований подтверждены экспериментальными данными.
Научная новизна диссертации заключается в следующем: -разработана математическая модель электропривода периодического движения, позволяющая исследовать сложные законы амплитудной, частотной и фазовой модуляции первичных напряжений и токов;
- проведен анализ влияния параметров источников питания и нагрузки на
динамические механические характеристики асинхронного электропри
вода периодического движения;
-показана перспективность использования частотной модуляции, позволяющей воспроизводить сложные законы периодического движения с улучшенными энергетическими показателями электропривода;
установлены неизвестные ранее количественные связи между энергетическими характеристиками и частотой модуляции при амплитудном, фазовом и частотном способах возбуждения колебаний; ,
предложены способы управления и функциональные схемы электроприводов, реализующие периодические законы движения с заданными технологическими требованиями;
-разработана методика синтеза асинхронного электропривода периодического движения с варьируемыми законами управления. Перечисленные результаты исследований выносятся на защиту.
Практическая значимость работы:
-созданы средства алгоритмического и программного обеспечения для анализа динамических механических и энергетических характеристик электромеханической системы с модуляцией;
-предложено схемное решение создания электропривода периодического движения с поддержанием заданной амплитуды колебаний, защищенное патентом РФ на изобретение;
-создана установка для экспериментальных исследований асинхронного
' электропривода периодического движения с микропроцессорным управ-
лением и обработкой результатов измерений на ЭВМ.
Реализация и внедрение результатов работы.
Методика, программные средства, экспериментальная установка могут быть использованы в учебном процессе, а также практике проектирования асинхронных электроприводов периодического движения. Результаты внедрены в учебный процесс ВГТУ и использованы при создании электропривода раскладки скрепляющей нити главного пучка телефонного кабеля на предприятии ЗАО "Воронежтелекабель", что подтверждено соответствующими актами.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались и получили одобрение на семинарах кафедр ВГТУ "Электромеханические системы и электроснабжение" и "Автоматика и информатика в технических системах" (Воронеж, 1996 - 2000); на X научно-технической отраслевой конференции "Состояние и пути повышения надежности видеомагнитофонов" (Воронеж, 1996); на I - II Республиканских электронных научно-технических конференциях "Современные проблемы информатизации" (Воронеж, 1996 - 1997); на III - IV Международных электронных научно-технических конференциях "Современные проблемы информатизации" (Воронеж, 1998 - 1999); на ежегодной научно-технической конференции студентов и аспирантов вузов России "Радиоэлектроника и электротехника в народном хозяйстве" (Москва, 1998); на Всероссийской научно-технической конференции "Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве" (Нижний Новгород, 1999); на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников, аспирантов и студентов ВГТУ (Воронеж, 1999 - 2000).
Публикации. Результаты проведенных исследований опубликованы в 15 печатных работах и в отчетах по научно-исследовательской работе кафедры "Автоматика и информатика в технических системах" ВГТУ за 1996 - 2000гг. По теме работы получен патент на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Содержит 157 страниц, 51 рисунок, Ютаблиц. Список- литературы состоит из 102 наименований.
