Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обоснование постановки задач для исследования 7
1.1. Обзор методик расчета мощности приводного двигателя станка-качалки 10
1.2. Обзор систем электропривода для станков-качалок 13
1.3. Использование электропривода по системе ТПН-ДАД для станков-качалок 19
1.4. Моделирование системы ТПН-АД 22
1.5. Моделирование электроприводов станков-качалок 23
1.6. Постановка задач для исследования 23
ГЛАВА 2. Расчет мощности приводного двигателя станков-качалок 25
2.1. Кинематическая схема станка-качалки 27
2.2. Приведенные моменты сопротивления и инерции 30
2.3. Расчет мощности двигателя с использованием элементарной теориианализа КШМ 33
2.4. Расчет мощности двигателя с использованием приближенной теории анализа КШМ 35
2.5. Расчет мощности двигателя с использованием точной теории анализаКШМ 37
2.6. Обзор методик расчета мощности приводного двигателя станков-качалок 39
2.7. Пример расчета мощности приводного двигателя 42
2.8. Выводы по главе 50
ГЛАВА 3. Разработка алгоритма расчета асинхронного электропривода при несимметрии в статорных цепях двигателя 52
3.1. Выбор формы записи уравнений асинхронного двигателя для математического описания несимметричных схем статорных цепей 52
3.2. Уравнения асинхронного двигателя в трехосной системе координат 58
3.3. Математической описание электропривода при соединении обмоток статора в звезду и несимметрии в статорных цепях двигателя 64
3.4. Математической описание электропривода при соединении обмоток статора в треугольник и несимметрии в статорных цепях двигателя 69
3.5. Моделирование тиристоров 75
3.6. Математические модели силовой части системы ТПН-АД 78
3.7. Математическое моделирование СИФУ 81
3.8. Моделирование режима квазичастотного управления
асинхронным двигателем 89
3.9. Адекватность разработанной математической модели ТПН-АД 93
3.10. Выводы по главе 100
ГЛАВА 4. Разработка алгоритмов управления 101
4.1. Особенности электропривода станков-качалок 101
4.2. Структура электропривода 102
4.3. Формирование плавных переходных процессов при переходе с высокой скорости на низкую 106
4.4. Выводы по главе 119
ГЛАВА 5. Стенд для исследования асинхронных электроприводов станков-качалок 120
5.1. Определение элементов испытательного стенда, закон управления нагрузочной машиной 120
5.2. Разработка структурной схемы электропривода испытательного стенда 128
5.3. Пример формирования момента сопротивления и момента инерции в электроприводе станка-качалки 133
5.4. Выводы по главе 139
Общие выводы 140
Литература 142
- Использование электропривода по системе ТПН-ДАД для станков-качалок
- Расчет мощности двигателя с использованием элементарной теориианализа КШМ
- Математической описание электропривода при соединении обмоток статора в звезду и несимметрии в статорных цепях двигателя
- Формирование плавных переходных процессов при переходе с высокой скорости на низкую
Введение к работе
Особенности географического расположения и удаленность нефтепромысловых районов России предъявляет высокие требования как к технологии добычи нефти, так и к надежности нефтепромыслового оборудования. Себестоимость добываемой нефти высокая, поэтому необходимо снижать затраты, связанные с добычей, первичной переработкой и транспортировкой нефти.
Штанговыми глубинно-насосными установками (ШГНУ) эксплуатируются более половины всего фонда скважин России, в качестве приводного механизма для которых используются различные типы станков-качалок. Большинство электроприводов станков-качалок являются нерегулируемыми. Они снабжены асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором. В установках с такими электроприводами производительность регулируется механическим способом путем изменения длины хода насоса и диаметра шкива клиноременной передачи.
При использовании нерегулируемого привода трудно согласовать производительность насоса ШГНУ с притоком нефти, что приводит к увеличению числа отказов внутрискважинного оборудования. Поэтому для большинства скважин технология откачки нефти требует автоматического регулирования производительности установки в диапазоне примерно (2-2,5):1.
Наиболее эффективным способом автоматического регулирования производительности ШГНУ является применение регулируемого электропривода. Важно отметить, что к настоящему времени еще не выбрана наиболее целесообразная система массового электропривода для станков-качалок. Имеются сведения о единичных применениях полупроводниковых преобразователей частоты и преобразователей напряжения для станков-качалок, однако эти сведения неполные и не дают достаточно подробного представления о конкретных свойствах систем электроприводов. Асинхронные электроприводы с преобразователями частоты удовлетворяют техническим показателям для станков-качалок, но исполнения для тяжелых
условий эксплуатации имеют высокую стоимость, поэтому их массовое применение в настоящее время представляется проблематичным.
Электроприводы с тиристорным преобразователем напряжения (ТПН) и односкоростным двигателем с короткозамкнутым ротором не обеспечивает требуемого диапазона регулирования скорости в продолжительном режиме работы по условиям нагрева обмоток двигателя.
В СССР был разработан электропривод станков-качалок со ступенчатым регулированием скорости, использующих многоскоростные асинхронные двигатели. Однако широкого распространения такое электропривод не получил из-за низкого качества переходных процессов при прямом подключении статора АД к сети в процессе переключения скоростей двигателя и отсутствия систем автоматического регулирования средней скорости.
Одним из возможных путей при создании двухскоростного асинхронного электропривода станков-качалок может являться использование системы тиристорный преобразователь напряжения -двухскоростной асинхронный двигатель (ТПН-ДАД), в котором регулирование производительности осуществляется регулированием средней скорости двухскоростного асинхронного двигателя, а переходные процессы в системе формируются при помощи тиристорного преобразователя.
Большинство станков-качалок являются установками с продолжительным режимом работы, которые непрерывно производят откачку нефти 24 часа в сутки и останавливаются только в аварийных ситуациях и для планового ремонта. Важно отметить относительно низкие энергетические показатели значительной части эксплуатируемых в настоящее время электроприводов станков-качалок. Важной задачей является разработка обоснованной методики выбора мощности двигателей. В существующих методиках выбора двигателя расчет нагрузок ведется на основе формул, полученных из практических опытов и коэффициентов, учитывающих особенности конкретного типа станка-качалки. Одни формулы дают завышенное значение мощности, а другие — заниженное, что как правило, приводит к неправильной оценке установленной мощности приводного двигателя. В настоящее время затруднительно найти расчетные
коэффициенты для современных типов станков-качалок штанговых глубиннонасосных установок.
Таким образом, большой интерес представляет использование системы ТПН-ДАД для приводов со ступенчатой регулируемой скоростью, в частности, для электроприводов станков-качалок как для задач оптимизации технологии добычи нефти, так и для формирования плавных переходных процессов пуска и переключения скоростей. Системы ТПН-АД, отличаясь сравнительно низкой стоимостью, относительной простотой, хорошими массогабаритными показателями и высокой надежностью, обладают широкими техническими и функциональными возможностями, что позволяет использовать их для ряда общепромышленных механизмов.
В соответствии со сказанным целью настоящей диссертационной работы является исследование и разработка рациональной системы электропривода станков-качалок для массового применения на базе серийно выпускаемых двухскоростных асинхронных двигателей, а также разработка методик анализа и расчетов элементов этой системы.
Использование электропривода по системе ТПН-ДАД для станков-качалок
Эксплуатационные расходы на электроэнергию и обслуживание энергетического комплекса достигают до 40% от стоимости нефти [99], причем около половины потребляемой электрической энергии расходуется на подъем нефти на поверхность. Поэтому вопрос энергосбережения является актуальным для нефтедобывающей промышленности.
Одним из путей повышения общего КПД установки является снижение затрат на подъем жидкости из скважины. Для этого необходимо регулировать отбор жидкости в соответствии с ее притоком. Для этих целей может быть применен регулируемый привод с двухскоростным асинхронным двигателем (ДАД), в частности включенный по системе тиристорный преобразователь напряжения — двухскоростной асинхронный двигатель (ТПН-ДАД).
Исследования по применению системы ТПН-АД для повышения энергетических показателей электроприводов проводились в течение последних двух десятилетий рядом организаций (МЭИ, УПИ, ОПИ, ЗВИ и др.), был накоплен большой опыт как по структуре, так и по схемотехническим решениям блоков управления [20, 23, 28-30]. На кафедре Автоматизированного электропривода МЭИ были разработаны принципы рационального применения системы ТПН-АД с целью минимизации энергопотребления двигателя и формирования плавных переходных процессов, на основании которых были реализованы системы энергосберегающих электроприводов для таких механизмов, как краны, лифты, технологические линии в автосборочной промышленности и ряд других механизмов [83].
Работа систем оптимального регулирования основана на экстремальном (с минимумом или максимумом) характере зависимостей энергетических показателей АД от напряжения на статоре при заданной нагрузке [114, 133]. Однако, как показано в [55] использование системы ТПН-АД для энергосбережения в электроприводе станков-качалок не дает существенных результатов. Максимальный эффект энергосбережения, достигаемый в таком электроприводе, составляет не более 5-7%.
Важной особенностью электропривода станков-качалок является характер нагрузки электродвигателя. При правильно уравновешенном станке-качалке за один период качания балансира нагрузка на двигатель дважды достигает минимальных и максимальных значений, как это показано на рис. 1.5. Такой характер нагрузки, когда момент плавно меняется с периодом в 2-5 секунд, является характерной особенностью электропривода станка-качалки, выделяющей его среди других массовых механизмов. С одной стороны, время цикла качания значительно меньше постоянной времени нагрева двигателя, поэтому температура обмоток определяется действующим значением потерь за цикл качания. С другой стороны, продолжительность цикла качания недостаточно мала, чтобы иметь возможность с помощью дополнительных маховых масс или применения АД с повышенным скольжением выровнять кривую нагрузки и тем самым снизить потери в двигателе за счет снижения действующего значения момента двигателя [9, 32]. Также из-за циклического характера нагрузки внутри цикла качания всегда имеются области с малыми значениями момента двигателя независимо от действующего значения момента нагрузки.
Основной областью применения ТПН в электроприводе ШГНУ является формирование плавных процессов пуска, перехода с низкой скорости на высокую скорость и торможения для многоскоростных электроприводов. ШГНУ характеризуются относительно редкими пусками: для установок периодической откачки время между пусками составляет не менее 10-30 мин [31, 58], при этом процессы пуска увеличивают энергопотребление установки менее, чем на 1% [101]. Таким образом, реализация плавного пуска с помощью ТІШ не сможет снизить потребляемую АД электрическую энергию. Однако использование ТПН позволит снизить дополнительные нагрузки на наземное и внутрискважинное оборудование, возникающие при прямых пусках приводного двигателя станка-качалки, что актуально для всего комплекса наземного оборудования, эксплуатирующегося на месторождении. Прямой пуск двигателей при слабых сетях вызывает снижение напряжения более, чем на 30 %. При этом, во-первых, снижается момент, развиваемый электроприводами, во-вторых, электронные и микропроцессорные устройства, фиксируя снижение напряжения, отключают электроприводы от сети. Для исключения этого явления применяют системы разновременного пуска, при этом разброс времен пуска составляет от 5 минут до 1 часа [16].
В работах [23, 54, 89] указывается на влияние переменного характера приведенных моментов инерции и статической нагрузки, а также начального положения кривошипа на процесс пуска. Однако анализу влияния этих факторов на характер переходных процессов, так же как и вопросу оптимальных для работы установки алгоритмов плавного пуска, не уделено достаточно внимания.
В связи с вышеизложенным представляет значительный интерес применение ТПН с многоскоростными асинхронными двигателями в электроприводе станков-качалок и разработка соответствующих алгоритмов управления. В настоящее время исследования по разработке и внедрению электроприводов по схеме ТПН-ДАД для станков-качалок для задач повышения энергетических показателей и улучшения качества переходных процессов проводит ОАО "Электропривод" (г. Москва) совместно с кафедрой "Автоматизированный электропривод" Московского энергетического института [31, 54, 46].
Система ТПН-АД является весьма сложной в части математического описания происходящих в ней процессов. Существует несколько подходов к решению этой задачи, различающихся сложностью, используемым математическим аппаратом и областью использования.
Часто для инженерных расчетов в системе ТПН-АД приводной двигатель представляют в виде активно-индуктивной нагрузки [21]. Такой подход значительно упрощает расчеты, но позволяет провести лишь приближенный анализ работы электропривода.
В ряде научных работ математическое описание двигателя выполнено лишь для случая соединения обмоток статора в звезду [32, 51, 41]. Однако, поскольку в двухскоростных асинхронных двигателях обмотки статора часто переключаются по схеме треугольник-двойная звезда, представляет значительный интерес разработка полной модели системы ТПН-АД и для соединения обмоток в треугольник.
Наиболее полно проанализировать поведение системы ТПН-АД позволяют модели, адекватно отражающие режимы работы каждого из вентилей ТПН и использующие системы уравнений асинхронного двигателя [31]. Применение таких моделей позволяет учесть логику работы системы вентилей ТПН и переходные электромагнитные процессы, возникающие в двигателе, подключенному к ТПН.
Расчет мощности двигателя с использованием элементарной теориианализа КШМ
Вопрос выбора мощности электроприводов станков-качалок является очень важным, поскольку электропривод работает в продолжительном режиме, а от правильного выбора мощности зависит не только нормальная работа установки, но и общие затраты электроэнергии на подъем нефти. Предложенные методики расчета мощности основаны на анализе кинематической схемы станка-качалки и уравнении движения электропривода станка-качалки. Для расчета мощности в этих методиках использованы параметры станков-качалок и скважины, которые известны из каталога или могут быть представлены производителями. Анализ расчета мощности двигателя показывает, что применение разных теорий кинематического анализа дают различные результаты, при этом в случае использования точной теории кинематического анализа наиболее точно и полно учитывается кинематическая схема станка-качалки, а значит целесообразно и расчет мощности проводить и с пользованием точной теории кинематического анализа.
Сравнение расчетов мощности по предлагаемой методики с методиками п. 2.6 показывает, что значения, полученные с использованием точной теории анализа КШМ, попадает в интервал мощностей, рассчитанных по формулам п. 2.6. Для окончательной оценки точности предложенной методики необходимы испытания на месторождениях, которые в настоящий момент провести затруднительно.
Методика выбора мощности двигателя, основанная на применении параметров станков-качалок и скважины, необходима прежде всего для выбора мощности вновь разрабатываемых станков-качалок, где неизвестны экспериментальные коэффициенты. 1. В главе предложена методика выбора мощности приводного двигателя станов-качалок, основанная на анализе работы кривошипно-шатунного механизма станка-качалки и уравнений движения с учетом изменяющихся от угла поворота кривошипа момента инерции и момента сопротивления электропривода. 2. Установлено, что для расчета мощности двигателя следует использовать методику, основанную на точной теории анализа кривошипно-шатунного механизма станка-качалки, так как она наиболее полно учитывает кинематику механизма и приведенные к валу двигателя момент сопротивления и момент инерции. 3. По разработанным ранее методикам в ряде случаев затруднительно выбрать мощность двигателя, так как коэффициенты, зависящие от типа станка-качалки, колеблются в широких пределах. 4. Предложенная в работе методика выбора мощности двигателя основана на применении технических данных станков-качалок и скважины и необходима прежде всего для выбора мощности вновь разрабатываемых станков-качалок, где неизвестны эмпирические коэффициенты. Для расчетов переходных и установившихся процессов электропривод тиристорный преобразователь напряжения - асинхронный двигатель (ТПН-АД) (рис. 3.1) с системой импульсно фазового управления и блоком квазичастотного управления необходимо разработать ее математическую модель. В связи с высоким уровнем развития вычислительной техники пользователю предлагается большой выбор программ и средств моделирования. В настоящей работе в качестве среды моделирования использована универсальная интегрированная среда MathCAD. Для моделирования в этой среде необходимо иметь математическое описание элементов, входящих в разрабатываемую схему.
Отечественная промышленность выпускает двухскоростные асинхронные двигатели, обмотки которых переключаются по схеме треугольник-двойная звезда. Поэтому система ТПН-АД может быть включена при соединении обмоток статора в звезду по схеме рис. 3.2, а (при этом двигатель работает на высокой скорости) или соединении обмоток статора в треугольник по схеме рис. 3.3, а (при этом двигатель работает на низкой скорости).
На кафедре автоматизированного электропривода МЭИ ранее была разработана модель системы ТПН-АД на языке программирования FORTRAN, однако эта модель не позволяет моделировать электропривод при соединении обмоток статора в треугольник, а выбранный язык программирования является более сложным для описания модели и редактирования текста.
В общем случае пары тиристоров, включенные в разные фазы статора АД, могут работать в разных режимах проводимости: например, в одной фазе тиристоры закрыты, а в других открыты. Поэтому АД в схемах рис. 3.2, а и 3.3, а может работать в условиях несимметрии в цепи статора, а в этих случаях предпочтительной для математического описания является неподвижная относительно статора система координат [66, 67, 131].
Математической описание электропривода при соединении обмоток статора в звезду и несимметрии в статорных цепях двигателя
Разработанная математическая модель системы ТПН-АД для двухскоростного электропривода позволяет рассчитывать а анализировать процессы в многоскоростных двигателях, обмотки которых переключаются по схеме треугольник-двойная звезда. В среде моделирования MathCAD была разработана программа, позволяющая моделировать не только схемы с симметричным ТПН ,но и с несимметричным ТПН, например включенным по схеме 2ТТ. 3. Разработанная модель дает результат, хорошо совпадающий с экспериментальными данными, и позволяет на современном уровне рассчитывать и анализировать переменные электропривода. 4. Полученное математическое описание электропривода позволяет рассчитывать и анализировать процессы при несимметрии в статорных цепях двигателя. 5. Разработанные математические модели систем тиристорный преобразователь напряжения - двухскоростной асинхронный двигатель с синхронизацией по сетевому напряжению и блоком квазичастотного управления и отлаженные на их основе программы на ЭВМ позволяют исследовать как статические, так и динамические режимы в электроприводе различных механизмов, в том числе и станка-качалки при использовании системы тиристорный преобразователь напряжения асинхронный двигатель в случае соединения обмотки статора как в звезду, так и в треугольник, при различных законах фазового и квазичастотного управления. Основные функции электропривода. Для разработки алгоритма управления станками-качалками необходимо определить требования к их электроприводам. Как отмечалось ранее, данный электропривод работает в продолжительном режиме, при этом требуется регулировать скорость станка-качалки в диапазоне (2-2,5):1. Регулирование производительности станка-качалки обеспечивается в настоящее время механическим способом путем изменения радиуса кривошипа или диаметра шкива клиноременнои передачи. Практически многие классы регулируемых электроприводов обеспечивают заданный диапазон регулирования, однако системы ТП-Д и НПЧ-АД показали свою практическую нецелесообразность.
В настоящее время разрабатывается два типа регулируемых электроприводов станков-качалок: системы ПЧ-АД и ТПН-ДАД. Технические возможности и стоимость систем ПЧ-АД значительно выше. Электроприводы по системе ПЧ-АД характеризуются большим диапазоном регулирования скорости и широкими возможностями управления двигателем. Первоначальные затраты на приобретение и на обслуживание в 2-3 раза выше для ПЧ по сравнению с ТПН. Система ТПН-ДАД характеризуется диапазоном регулирования скорости 2:1, а также возможностью управлять двигателем при пусках и торможениях.
Вспомогательные функции электропривода. Помимо основной функции — регулирования производительности необходимы специальные режимы управления. К ним, в частности, относятся: установка заданного углового положения кривошипа, что необходимо для изменения его радиуса; вывод станка-качалки в положение ремонта, соответствующее установке головки балансира в верхнее положение, и т.д. Иногда может потребоваться и обратное вращение двигателя. В настоящее время это выполняется путем периодического кратковременного подключения двигателя к сети и наложением механического тормоза. Решение задачи регулирования положения возможно в системе ТПН-АД за счет применения специальных режимов работы ТІШ, например, квазичастотного управления.
Система ТГШ-ДАД удовлетворяет требованиям, предъявляемым к электроприводу станков-качалок, а за счет современных алгоритмов управления и специальных режимов работы ТПН позволяет эффективно использовать данную систему электропривода.
При реализации двухскоростного электропривода регулирование производительности станка-качалки может быть осуществлено двумя способами. Первый — регулирование средней производительности станков-качалок, когда за заданный промежуток времени требуется провести откачку определенного количества жидкости, при этом мгновенное значение скорости не играет особой роли. При расчете средней скорости заведомо полагают, что теоретический приток скважины значительно выше производительности насоса. Следовательно, регулирование возможно за счет ступенчатого изменения скорости, а переключения должны производиться как можно реже. Второй способ — регулирование средней скорости. При расчете средней скорости учитывается, что теоретический приток скважины больше, чем производительность насоса на низкой скорости, но меньше, чем производительность насоса на высокой скорости. Поэтому требуется как можно точнее поддерживать среднюю скорость откачки жидкости. В данном случае переключения скорости должны производиться достаточно часто, при этом важную роль играют переходные процессы двухскоростных двигателей.
В связи со сказанным можно определить следующие требования к структуре электропривода: — поддержание среднего числа качаний балансира за счет попеременной работы электропривода на низкой и высокой скоростях; — автоматический переход с низкой скорости на высокую и с высокой скорости на низкую по расчетной временной программе. В структуре электропривода должен быть элемент, автоматически рассчитывающий время работы на низкой и высокой скоростях и время цикла работы; — автоматическая коррекция средней скорости в зависимости от потребляемой мощности; — обеспечение плавных переходных процессов. В соответствии с требованиями может быть составлена схема электропривода. На рис. 4.1 изображена функциональная схема управления электропривода ШГНУ, состоящая из блока расчета времени работы на каждой скорости, таймера, позволяющего отсчитывать время цикла, блока определения условий переключения, блока вычисления мощности, блока коррекции скорости, а также элементов управления цепями коммутации обмоток низкой и высокой скоростей. Предложенная схема подходит как для задачи регулирования производительности, так и для задачи регулирования средней скорости. Для этого в блок расчета времени цикла должны быть заложены два различных алгоритма расчета времени работы и времени цикла, остальная структура остается неизменной.
Формирование плавных переходных процессов при переходе с высокой скорости на низкую
Момент нагрузочной машины согласно (5.7) состоит из трех составляющих. Первая составляющая характеризует статический момент электропривода, соответствующий угловому положению кривошипа; вторая составляющая — кинематический момент, связанный с изменением момента инерции в зависимости от углового положения; третья составляющая — динамический момент, определяемый отличием момента инерции испытуемого двухмашинного агрегата от момента инерции реальной установки. Для формирования каждой из составляющих необходимо знать расчетные значения, характеризующие конкретное оборудование и моделируемую скважину. Также необходимо знать угловое положение кривошипа, скорость и ускорение вала испытуемого двигателя.
При выполнении настоящей работы нагрузочное устройство для формирования переменного момента инерции и момента сопротивления разработано на базе двигателя постоянного тока в виде самостоятельного электропривода постоянного тока по системе ТП-Д с обратной связью по моменту (току). Для формирования момента нагрузочной машины согласно (5.7) требуется устройство, структурная схема которого показана на рис. 5.2. Для устройства управления нагрузочной машиной необходимы значения ее момента, скорости, угла и ускорения системы электропривода. Если предположить, что в систему электропривода постоянного тока введены датчики скорости, ускорения, углового положения вала испытуемого электропривода и тока якоря ИМ (сигналы с выходов датчиков на рис. 5.2 обозначены как соответственно U it), Uz(t\ U {t) и IHU(t), где А"ю, Кг, К ? и кФ — коэффициенты передачи датчиков скорости, ускорения, угла поворота двигателя и поток нагрузочной машины), то блок вычисления задания момента нагрузочной машины рассчитывает задание момента в соответствии с законом (5.7). Входными сигналами для такого блока являются максимальный статический момент электропривода Мстах и значения моменты инерции станка-качалки Jn0CT и Лер- Заданная зависимость момента нагрузки сравнивается с реальным моментом нагрузочной машины и опадает на пропорционально-интегральный регулятор момента РМ (выбор такого регулятора обусловлен необходимостью поддержания высокой точности регулирования), а далее формируется задание на ток якоря нагрузочной машины.
Поскольку используется ЭВМ, целесообразно функциональные блоки вычисления составляющих момента, регулятор момента и усилители выполнить в цифровом виде. Для вычисления значений ускорения и углового положения кривошипа также можно использовать цифровые вычислительные блоки, входным сигналом для которых является сигнал скорости с тахогенератора. Использование таких цифровых блоков в управляющем ЭВМ дает возможность исключить необходимость применения дорогостоящих датчиков угла и ускорения. Для цифровой обработки сигналов с датчиков скорости, тока и напряжения необходим аналого-цифровой преобразователь, а для преобразования цифрового выходного кода регулятора момента (тока) — цифро-аналоговый преобразователь. В работе используется плата L-154 [87], которая оснащена каналами АЦП и ЦАП. Быстродействие этого устройства достаточно для реализации функциональных блоков. Поскольку нагрузочная машина представляет собой двигатель постоянного тока с независимым возбуждением, то для задания момента можно перейти к заданию и регулированию тока якоря нагрузочной машины.
Далее будут показаны структуры программного обеспечения и описание программного исполнения блоков вычисления ускорения, угла поворота двигателя, задатчика и регулятора момента (тока) электропривода постоянного тока исследовательского стенда. Блок-схема программы показана на рис. 5.3. При разработке программного обеспечения используются языки программирования Pascal и Assembler. Основной текст программы написан на языке программирования Pascal, а специальные функции преобразования сигналов с помощью АЦП и ЦАП написаны на языке Assembler, такое распределения позволяет минимизировать время на преобразование сигналов и в доступной форме описать функциональные блоки. Один цикл программы составляет 500 мкс. В процессе работы программы на монитор ЭВМ можно вывести текущие значения переменных электропривода постоянного тока: задание тока нагрузочной машины, реальное значение тока; значения переменных испытуемого электропривода: скорость и ускорение вала двухмашинного агрегата, угловое положение двигателя и кривошипа. При необходимости также можно вывести и другие рабочие параметры установки. В программном обеспечении все операции, связанные с преобразованием сигналов, расчетом текущих переменных, выводу значений на монитор происходят по сигналу прерывания IRQ, которое генерируются внутренним таймером платы L-154 [87]. На рис. 5.4 изображена структурная схема электропривода постоянного тока испытательного стенда. В реальной структурной схеме установки блоки вычисления ускорения, углового положения кривошипа, вычисления задания тока и выхода регулятора тока нагрузочной машины выполнены программно, а блоки АЦП и ЦАП, 777, ТГ — аппаратно. Цифровой блок вычисления ускорения. Ускорения электромеханической системы определяется как Для решения дифференциального уравнения на ЭВМ необходимо привести его к разностному уравнению в виде На рис. 5.5 изображены графики ускорения для двигателя типа МАШ 21 при пуске ни низкую и высокую скорость, полученные при решении уравнений асинхронного двигателя в модели и экспериментальным путем с помощью блока вычисления ускорения. Из рис. 5.5 видно, что результаты расчетов и экспериментов близки друг к другу.
