Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Известно, что асинхронные двигатели (АД), работающие вхолостую или с небольшой нагрузкой на валу, имеют низкие энергетические показатели, такие как КПД и коэффициент мощности. Режимы работы с малой нагрузкой во многих случаях определяются технологией работы многих производственных механизмов, таких как прессы, ковочные машины, некоторые виды металлообрабатывающих станков. Эти режимы необходимы для смены деталей при обработке, возврата рабочего органа в исходное положение или смены инструмента.
Повысить энергетические показатели электропривода (ЭП) с АД можно за счет уменьшения напряжения, подводимого к статору на интервалах времени, когда двигатель работает с малой нагрузкой. Для регулирования напряжения в настоящее время используются тиристорные преобразователи напряжения (ТПН). При наличии соответствующей системы автоматического регулирования они позволяют изменять напряжение на двигателе таким образом, что при снижении нагрузки на валу АД мощность, затрачиваемая на возбуждение двигателя, уменьшается в большей степени, чем увеличивающиеся потери в роторе.
В связи с этим одной из важных задач при разработке регуляторов напряжения статора АД является выбор энергетического показателя и закона регулирования напряжения на двигателе в функции нагрузки на валу для поддержания показателя на заданном уровне. Возможны следующие критерии энергетической оптимизации: максимум КПД, минимум потребляемой мощности, минимум тока статора, номинальное значение коэффициента мощности. Наиболее широкое распространение получили системы регулирования, позволяющие поддерживать минимум тока статора или номинальное значение коэффициента мощности. Экспериментальные исследования показали, что такие системы энергетической оптимизации плохо работают при ударном характере нагрузки, поскольку их информационные каналы имеют в своем составе фильтры низких частот, которые препятствуют быстрой реакции канала регулирования на ударное приложение нагрузки. Попытки улучшить динамику упомянутых систем за счет изменения параметров фильтров не дали положительного результата. Более того, экспериментальные исследования разомкну-
той системы ТПН-АД показали, что она имеет неблагоприятные динамические свойства на высокой скорости и так ке, как и замкнутая, может оказаться неустойчивой. Обзор технической литературы по теме диссертации показал, что подробный анализ этих явлений в отечественных и зарубежных публикациях отсутствует.
Цель работы и задачи исследования. Целью настоящей работы является изучение причин, вызывающих неустойчивую работу системы ТПН-АД, и разработка энергосберегающего технического решения, обеспечивающего устойчивую работу упомянутой системы мощностью до 100 кВт при ударном характере нагрузки.
Для достижения указанной цели в рамках данной диссертационной работы решаются следующие задачи:
-
Разработка математической модели системы ТПН-АД, пригодной для анализа ее устойчивости.
-
Анализ динамических свойств системы ТПН-АД при работе на линейном участке механической характеристики.
-
Разработка ТПН с улучшенными динамическими свойствами.
-
Разработка принципиальной схемы быстродействующего регулятора с функцией энергосбережения (РЭ).
-
Разработка опытного образца ТПН с РЭ и проверка результатов исследований в промышленных условиях.
Методика проведения исследований. Аналитическими методами исследована система ТПН-АД на устойчивость и разработан принцип работы РЭ. В лабораторных условиях подтверждены все результаты теоретических положений и снята регулировочная характеристика ТПН с синхронизацией по току статора. В промышленных условиях выполнена оценка энергетических показателей электропривода ТПН-АД путем непосредственного измерения потребляемой из сети активной и реактивной мощности.
Научная новизна. Анализ доступных диссертанту отечественных и зарубежных источников показал, что при постановке задачи для исследований отсутствовали публикации, касающиеся устойчивости как разомкнутой, так и замкнутой системы ТПН-АД при работе на линейном участке механической характеристики АД.
Разработана оригинальная математическая модель, которая
позволяет быстро и достаточно точно оценить динамические свойства системы ТПН-АД по параметрам схемы замещения двигателя и суммарному моменту инерции электропривода.
Разработана замкнутая система регулирования ТПН-АД. обеспечивающая улучшение энергетических показателей электропривода механизмов с ударным характером нагрузки.
Практическая ценность и реализация работы. Результатом теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в диссертационной работе, является создание и опытно-промышленные испытания электропривода на действующем прессе ТМП-200 (К9033) кузнечного цеха Волжского автомобильного завода. Испытания показали высокую эффективность предложенного технического решения при небольшом объеме средств на реконструкцию.
Результаты диссертационной работы могут быть использованы при разработке асинхронных электроприводов с ТПН для механизмов как с ударным, так и со спокойным (медленно изменяющимся) характером нагрузки.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях в г. Каунасе (1988 г.). в г. Суздале (1988 г.), в г. Будапеште (1990 г.). в г. Днепропетровске (1990 г.) и заседании кафедры Автоматизированного электропривода МЭИ 25 октября 1994 г.
Публикации. Материалы" диссертации опубликованы в семи печатных работах.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения. пяти глав и выводов по работе. Ее содержание изложено на 118 страницах машинописного текста, иллюстрировано 55 рисунками, имеет библиографический список литературы из 43 наименований.
