Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ режимов работы перемоточного устройства агрегата бронзирования стальной проволоки (11)
1.1 Описание технологического процесса производства бронзированной проволоки (11)
1.2 Обзор существующих систем электроприводов перемоточных устройств (19)
1.3 Требования, предъявляемые к перемоточным устройствам стальной проволоки (26)
1.4 Основные причины выхода из строя оборудования и образования брака продукции (28)
1.5 Анализ энергетических режимов работы перемоточных устройств (45)
1.6 Выводы. Постановка задачи исследования (56)
Глава 2. Разработка математической модели электропривода по системе ПЧ-АД перемоточного устройства ...(59)
2.1 Разработка статической математической модели электропривода перемоточного устройства по системе ПЧ-АД агрегата бронзирования (59)
2.1.1 Нагрузочная диаграмма и тахограмма работы электропривода перемоточного устройства (61)
2.1.2 Разработка статической математической модели системы ПЧ-АД со скалярным управлением (68)
2.1.3 Разработка и исследование тепловой модели АД с КЗР (78)
2.2 Разработка динамической модели перемоточного устройства агрегата бронзирования стальной проволоки (104)
2.3 Выводы (112)
Глава 3. Исследование работы электропривода перемоточного устройства на разработанной моделщ 114)
3.1 Исследование работы однодвигательного перемоточного устройства (114)
3.1.1 Исследование работы однодвигательного перемоточного устройства в статических режимах работы (114)
3.1.2 Методика расчета предельных механических характеристик АД с КЗР (123)
3.1.3 Исследование работы однодвигательного перемоточного устройства в динамических режимах работы (126)
3.2 Исследование работы двухдвигательного перемоточного устройства (130)
3.2.1 Исследование работы двухдвигательного перемоточного устройства в статических режимах работы (130)
3.2.2 Исследование работы двухдвигательного перемоточного устройства в динамических режимах работы (136)
3.3 Выводы (145)
Глава 4. Экспериментальное исследование много двигательного электропривода перемоточного устройства стальной проволоки и тепловой модели АД с КЗР (147)
4.1 Экспериментальное исследование разработанной тепловой модели АД с КЗР (147)
4.2 Экспериментальное исследование двухдвигательного электропривода перемоточного устройства с «пассивной размоткой» (154)
4.3 Перспективы развития автоматизированных электроприводов перемоточных устройств» (159)
4.3.1 Система «Ведущий-Ведомый» на базе преобразователей частоты ACS 800 (159)
4.3.2 Система «Ведущий-Ведомый» на базе преобразователей частоты Unidrive SP и Commander SK (162)
4.3.3 Система «Ведущий-Ведомый» на базе преобразователей частоты Commander SK и ПЛК (165)
4.4 Выводы (168)
Заключение (170)
Литература
- Требования, предъявляемые к перемоточным устройствам стальной проволоки
- Разработка статической математической модели системы ПЧ-АД со скалярным управлением
- Исследование работы однодвигательного перемоточного устройства в статических режимах работы
- Перспективы развития автоматизированных электроприводов перемоточных устройств»
Введение к работе
Актуальность работы.
Стальная проволока является одним из основных видов продукции выпускаемой метизной промышленностью Российской Федерации, поскольку она служит исходным материалом для изготовления канатов, металлокорда, плющенной ленты, болтов, гаек, заклепок, пружин, гвоздей, шурупов, сеток и других изделий, широко используемых во всех отраслях народного хозяйства и промышленности. На долю проволоки и изделий из нее приходится более половины всей выпускаемой метизной промышленностью продукции. Ежегодное производство стальной проволоки достигает 10 млн. тонн.
Одним из основных устройств агрегата для производства бронзированной проволоки является перемоточное устройство (ПУ). Качество и количество бронзированной проволоки во многом определяется соблюдением технологических условий и надежной работы агрегата, и в частности работой электропривода перемоточного устройства. Опыт эксплуатации ПУ показал, что основными факторами, снижающими производительность и качество выпускаемой продукции, являются: увеличение натяжения проволоки в процессе перемотки, чрезмерные колебания натяжения проволоки, перегрев приводного электродвигателя в одном из технологических режимов - режиме травления проволоки, характеризующимся низкими скоростями вращения при наличии момента на валу. Это приводит к изменению геометрических параметров проволоки, непостоянству толщины бронзового покрытия, пропускам бронзового покрытия, обрывам проволоки, межвитковым защемлениям проволоки на намоточной катушке, повышенному износу механического оборудования. Режим работы электроприводов ПУ -длительный с изменением угловой скорости и момента сопротивления в два раза, суммарного момента инерции до 9 раз при наличии существенных гармонических возмущающих воздействий.
До настоящего времени в метизной промышленности России находится в эксплуатации большое количество ПУ устаревших типов с низкими энергетическими и эксплуатационными характеристиками. Оборудование изготавливалось до 80-х годов прошлого столетия на Алма-Атинском заводе тяжелого машиностроения (АЗТМ, г. Алма-Ата, Казахстан) и заводе ГРЮНА (ГДР) и практически не менялось с момента установки. Замена устаревших электроприводов на более совершенные позволит получить значительный экономический эффект и повысить качество выпускаемой продукции.
На современном этапе развития наиболее надежной и экономичной считается система электропривода «транзисторный преобразователь частоты - асинхронный двигатель» (ПЧ-АД). Поэтому в диссертации за основу при реконструкции принята система ПЧ-АД с асинхронным короткозамкнутым двигателем с самовентиляцией. Цель работы.
Целью диссертационной работы является разработка и исследование многодвигательного электропривода по системе ПЧ-АД перемоточного устройства агрегата бронзирования стальной проволоки, обеспечивающего повышение
производительности за счет снижения брака и увеличение надежности работы электрооборудования за счет ограничения допустимого по теплу момента двигателя. Для достижения этой цели в работе поставлены следующие задачи:
-
Выполнить анализ современного состояния электроприводов перемоточных устройств и определение перспективных направлений промышленной реализации.
-
Разработка статических математических моделей перемоточных устройств для одно- и двухдвигательного электропривода ПУ, позволяющие рассчитывать электрические переменные системы ПЧ-АД в первой и второй зонах регулирования скорости;
-
Разработка многомассовой тепловой математической модели асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и самовентиляцией, и методики расчета коэффициентов теплопередачи;
-
Разработка лабораторной установки для экспериментального исследования тепловых режимов работы АД с КЗР в системе ПЧ-АД;
-
Разработка методики расчета предельных механических характеристик, при которых температура статора не превышает допустимые пределы;
-
Разработка динамических моделей для одно- и двухдвигательного ПУ, с учетом динамических характеристик системы регулирования системы ПЧ-АД и упругости стальной проволоки;
-
Разработка принципиальных электрических схем для двухдвигательного электропривода перемоточного устройства.
Методы исследований
Теоретические исследования основаны на положениях теории электропривода, теории автоматического регулирования, методах операционного исчисления, статистической обработки данных, методов анализа с использованием логарифмических частотных характеристик.
Разработанные алгоритмы реализованы в пакете программирования MATLAB SIMULINK и Microsoft Excel.
Экспериментальные исследования проводились в промышленных условиях путем осциллографирования основных переменных на действующих электроприводах намоточных устройств агрегата бронзирования с последующей их обработкой.
Научная новизна
-
На основе энергетических диаграмм электроприводов выведены формулы расчета потребляемой активной мощности от механической мощности намотки для многодвигательных электроприводов ПУ;
-
Разработана статическая математическая модель электропривода по системе ПЧ-АД со скалярным управлением, позволяющая рассчитывать тепловые режимы работы, рабочие и скоростные характеристики АД с КЗР с учетом нелинейных зависимостей вихревых токов и кривой намагничивания.
-
Разработана 7-массовая тепловая модель АД с КЗР с учетом конструктивных особенностей АД с КЗР и характерных мест теплогенерации.
-
Разработана методика расчета коэффициентов теплопроводности для 7-массовой тепловой модели с учетом конвекции, теплопроводности и механических параметров АД.
-
Разработана структурная схема и методика для расчета предельной механической характеристики АД с КЗР, при которой температура статора не выходит за допустимые пределы.
-
Разработаны структурные схемы многомассовых динамических моделей одно- и двухдвигательного ПУ с учетом динамических характеристик системы регулирования системы ПЧ-АД и упругости стальной проволоки;
Практическая ценность и реализация работы
-
Выполнена проверка двигателей ПУ по нагреву в первой и второй зонах регулирования скорости с учетом предельных механических характеристик АД с КЗР и самовентиляцией.
-
Разработана и изготовлена лабораторная установка, позволяющая проводить эксперименты по тепловым режимам работы АД с КЗР с системой ПЧ-АД.
-
Принята к внедрению 7-массовая тепловая модель АД с КЗР в составе автоматизированной системы технической диагностики «Мониторинг-2000» (000«Электроремонт», г.Магнитогорск) в ЛПЦ № 9, ОАО «ММК» (г. Магнитогорск)
-
Разработан и внедрен экспериментальный образец двухдвигательного электропривода ПУ по системе ПЧ-АД на ЗАО «УралКорд» (г. Магнитогорск).
-
Полученные результаты могут быть использованы при модернизации однотипных ПУ, а также при разработке новых ПУ на основе других систем электропривода.
К защите представляются следующие научные положения
-
Энергетические диаграммы и формулы для расчета потребляемой активной мощности от механической мощности намотки для многодвигательных электроприводов ПУ;
-
Статические математические модели одно- и двухдвигательных электроприводов по системе ПЧ-АД со скалярным управлением;
-
7-массовая тепловая модель АД с КЗР и методика расчета коэффициентов теплопередачи;
-
Методика расчета предельной механической характеристики АД с КЗР, с учетом предельной температуры обмотки статора;
-
Динамическая математическая модель одно- и двухдвигательного электропривода ПУ;
Апробация работы Основные положения и результаты докладывались и обсуждались на четырех научно-технических конференциях и семинарах: VI Международная (XVII Всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу «АЭП-2010» (г. Тула, 2010 г.); Международная 15 научно-техническая конференция (г. Екатеринбург, 2012 г.); VII Международная (XVIII Всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу «АЭП-2012» (г. Иваново, 2012 г.);ежегодные
научно-технические конференции ФГБОУ ВПО МГТУ им. Г.И.Носова (г. Магнитогорск, 2010-2013 г.).
Публикации по работе
Результаты работы опубликованы в 10 печатных работах. В том числе 3статьи в изданиях из перечня ВАК РФ, 1 свидетельство о гос. регистрации программ для ЭВМ, 3 докладов и тезисов на конференциях.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных литературных источников из 69 наименований и 2 приложений на 2 страницах. Её содержание изложено на 179 страницах основного текста, проиллюстрировано 98 рисунками и 9 таблицами.
Требования, предъявляемые к перемоточным устройствам стальной проволоки
Анализ влияния натяжения на величину деформации катушки[10,11] показал, что наиболее рациональным является изменение натяжения обратно пропорционально радиусу намоточной катушки TH=f(l/RH). По сравнению с законом увеличения натяжения TH=f(Ru), применение этого закона уменьшает прогиб фланцев на 23-54%. При законе регулирования натяжения rM=const. прогиб фланцев, по сравнению с законом увеличения натяжения TH=f(RIi) уменшается на 17-40%.
Одним из вариантов устранения колебаний натяжения и регулирования натяжения по заданному закону является раздельное управление скоростью и натяжением проволоки. Для этого требуется установка индивидуальных электроприводов [10,11,13,19] на промежуточном вытяжном барабане и размоточном устройстве.
В режиме травления скорость движения проволоки составляет 12 м/мин, при этом скорость вращения приводного двигателя снижается по мере увеличения радиуса намоточной катушки с 17 до 9,1 об/мин.. При снижении скорости вращения двигателя с самовентиляцией происходит ухудшение условий охлаждения, и как следствие, его чрезмерное нагревание [22,23,24,25,26,27]. Опыт работы показывает, что при установке натяжения на тормозном фрикционе более 400 Н в режиме травления наблюдается перегрев приводного двигателя.
Для сохранения работоспособности агрегата приходится либо повышать скорость движения проволоки, что негативно сказывается на качестве выпускаемой продукции, т.к. поверхность не будет протравливаться до установленного значения, либо снижать натяжение на намоточной катушке(4,5), что приводит к «рыхлой» намотке. Причинами перегрева является неверный выбор приводного двигателя и системы его охлаждения. В России и странах бывшего СССР проведены большие работы в области исследования тепловых режимов электрических машин. Огромную работу по исследованию тепловых режимов электрических машин провели Г.А.Сипайлов, Д.И.Санников, Э.И.Гуревич, Ю.Л.Рыбин, А.И.Борисенко, О.Н.Костиков, А.И.Яковлев, Р.Т.Шрейнер, Н.Ф.Ильинский, И.П.Копылов и др. За рубежом исследованиями тепловых режимов занимались D.A.Staton, S.J.Pickering, D.A.Lampard, M.Shanel, D.G.Dorrel (Великобритания), A.Buglietti, A.Cavagnino, S.Vaschetto (Италия), D.M.Ionel, J.R.Simonson(CIIIA), W.Liebe, W.Beneke, E.Schubert(OPr) и другие.
В работах авторов[22,28,29,30] доказывается ограниченность применения классических методов по проверке выбранного двигателя условиям нагрева, а в некоторых случаях невозможность их использования.
Самым точным, из классических методов проверки двигателя по перегреву, является метод средних потер[15]. Если потери, образующиеся в двигателе за цикл работы, не превышают номинальные потери, то перегрева двигателя не происходит.
В установившемся тепловом режиме все тепло, выделяемое в двигателе, передается в окружающую среду, а температура двигателя достигает своего установившегося значения. d@/dt = 0, АР = А-(-0) (112) где 0, 0о - абсолютные температуры двигателя и окружающей среды; А -коэффициент теплоотдачи с поверхности двигателя; Условием нормальной работы является то, что температура двигателя 0 должна не превышать температуры номинального режима 0Я.
Следует учитывать, что номинальный коэффициент теплоотдачи достигается только при скоростях больше или равной номинальной, следовательно, метод средних потерь подходит только для двигателей, работающих при номинальной скорости вращения или с независимой вентиляцией.
В работах [5,22,31, 23] отмечалось, что наиболее точным методом проверки двигателя по нагреву является проверка двигателя на тепловой модели. При этом двигатель рассматривается не как однородное тело с усредненной температурой всех составных частей, а как набор элементов (масс) с собственной температурой и различными путями передачи тепла от одной массы к другой.
Разработана теория нагрева электрических машин, и как итог разработаны подробные тепловые модели и методики нахождения коэффициентов теплопередачи и теплоотдачи, входящие в состав этих моделей.
Для проверки электрических машин по тепловому состоянию составляют полные тепловые схемы, состоящие из 20-25 узлов (масс), которые позволяют найти «узкие», в тепловом отношении, места и оценить эффективность различный путей охлаждения машины.
На рисунке 1.12 показана тепловая схема закрытого асинхронного короткозамкнутого двигателя[25] с учетом подогрева охлаждающего воздуха и различной теплоотдачей по длине поверхности станины.
Тепловой поток между элементами электрической машины передается через так называемые тепловые сопротивления Rt , отражающие отношение перепада температуры к тепловому потоку[25]. Кружкам на схеме соответствуют потери, выделяющиеся в двигателе в виде тепла (например ПЬП2 - потери в подшипниках) Узлам в схеме соответствуют точки на машине, а две соседние точки соответствуют элементу машины (напр. 1-15,4-19-торцевые крышки).
Рисунок 1.13. Упрощенная тепловая схема закрытого асинхронного короткозамкнутого двигателя Основной проблемой исследования тепловых процессов при использовании приведенных схем является высокая трудоемкость расчетов, поэтому тепловые режимы проверяли исключительно при конструировании новых типов машин.
Больших результатов в создании тепловых моделей асинхронных двигателей добились за рубежом. На рисунке 1.14 приведены широко используемые модели, основанные как на узловых тепловых моделях (MotorCad), так и моделях использующих РЕА(метод конечных элементов)[30] (MotorCad, RMxprt), показанных на рисунке 1.15. В настоящее время анализ, проводимый с помощью FEA, является стандартом при исследовании электромагнитных и тепловых процессов.
На рисунке 1.14 представлены программные продукты (MotorCad, Motor Design Limited, Англия; RMxprt, Ansys, США), моделирующие динамические тепловые процессы в электрических машинах на основе конструктивных данных двигателя. Расчет элементов тепловой модели подобен методикам, предлагаемым отечественными учеными[5,24,25,26]. Отличие заключается в большом количестве дополнительных опций: Расчет температур в переходных процессах, различные типы двигателей, монтажные исполнения, использование пользовательских скриптов и т.п.. Данные программные продукты являются платными, а используемые алгоритмы и базы данных закрыты для просмотра. Цена вышеуказанных программ составляет от 400 т.р. до 1700 т.р. в зависимости от заказанных модулей и баз данных.
Вышеприведенным программным o6ecne4emieM(MotorCad) пользуются такие фирмы как Siemens, ABB, Bosh, Kollmorgen, Grundfoss и др. для проверки проектируемых двигателей по тепловому состоянию и оптимизации их конструкции[32].
Разработка статической математической модели системы ПЧ-АД со скалярным управлением
Во второй главе разработана статическая математическая модель электропривода по системе ПЧ-АД со скалярным управлением, позволяющая рассчитывать тепловые режимы работы, рабочие и скоростные характеристики АД с КЗР с учетом нелинейных зависимостей вихревых токов и кривой намагничивания. Разработана 7-массовая тепловая модель АД с КЗР с учетом конструктивных особенностей АД с КЗР и характерных мест теплогенерации. Разработана методика расчета коэффициентов теплопроводности для 7-массовой тепловой модели с учетом конвекции, теплопроводности и механических параметров АД.
Для исследования работы многодвигательного ЭП ПУ в динамических режимах приведено математическое описание и составлена динамическая математическая компьютерная модель многодвигательного ПУ с учетом системы управления электроприводом и упругости проволоки.
Разработка статической математической модели перемоточного устройства ПЧ - АД агрегата бронзирования по системе Общепринятой практикой при проектировании новых электромеханических систем является создание математической модели исследуемого объекта и проверки ее работоспособности в статических и динамических режимах работы.
Для разностороннего анализа многодвигательнх систем ПУ предлагается разработать статическую модель, функциональная схема которой, показана на рисунке 2.1. Исходной информацией для статической модели служит тахограмма работы и нагрузочная диаграмма. Выходными параметрами являются величины натяжения на линии бронзирования, моментов, угловых скоростей ЭП ПУ и температур статорнх обмоток электродвигателей в режимах бронзирования и травления. I 1 Рисунок 2.1. Функциональная схема статической математической модели ПЧ АД со скалярнм управлением Статическая модель ПЧ-АД разбивается на комплекс подмоделей, вполняющих свой круг задач:
Блок задания режима работ. Служит для задания необходимой тахограмм работ с учетом технологических требований;
Модель механической части. Данная модель является нагрузочной диаграммой для статической модели. По заданнм значениям линейной скорости движения проволоки и натяжения проволоки намоточной катушке и линии бронзирования и рассчитваются величин угловх скоростей и моментов электроприводов ПУ с учетом их кинематической схем;
Модель системы ПЧ-АД со скалярнм управлением. На основании Т-образной схем замещения АД с КЗР и заданнм значениям угловой скорости вращения и статическим моментам, модель рассчитвает параметр схем замещения и соответствующие им значения потерь в АД с КЗР для дальнейшего расчета теплового состояния двигателя.
Тепловая модель АД с КЗР. Служит для расчета температур обмоток статора и ротора, магнитопроводов статора и ротора, корпуса двигателя и торцевх частей с приводной сторон и со сторон вентилятора. Входнми даннми для модели являются конструктивные параметры АД с КЗР, величины потерь в двигателе и угловая скорость вращения ротора. Тепловая модель позволяет провести проверку двигателя по нагреву в различнх режимах работы, а также производит пересчет величины активного сопротивления обмоток статора и ротора в зависимости от текущей температуры.
Главным требованием, предъявляемым к ЭП ПУ агрегата бронзирования, является поддержание постоянства линейной скорости V на технологической линии ВС, для этого необходимо поддерживать постоянной угловую скорость промежуточного барабана соБ. При этом, угловые скорости вращения, показанные на рисунке 2.2, намоточной, размоточной катушек и промежуточного барабана будут изменяться обратно пропорционально их радиусам (1.3). работы ЭП ПУ В период времени t\2 ЭП, с заданным ускорением, разгоняются до заданной линейной скорости движения проволоки. Происходит перемотка проволоки с размоточной катушки на намоточную (t23) , при этом радиус катушек изменяются согласно (1.1) и (1.2) .В период времени h-U происходит торможение ЭП ПУ с заданным темпом.
На основании экспертного опроса инженеров-механиков и экспериментальным данным[52] исходные относительные значения АММЕХ, АМдв принимаются равными 7 и 3 % от номинального момента двигателя, соответственно.
Механических момент, затрачиваемый на изгиб проволоки, определяется характером ее деформации на катушке, который зависит от диаметра, механических свойств и радиуса изгиба проволоки и определяется как[10] где R - радиус изгиба; о=1(?Н/м - предел текучести материала проволоки; S - площадь поперечного сечения проволоки; Е=2 10пН/м - модуль упругости Юнга 1 рода. Для проволоки с диаметром =1мм момент изгибаМизг меняется в пределах 0,0174-0,0188 Нм для намоточной катушки и 0,018-0,019 Нм для размоточной. Значения моментов потерь на изгиб относительно других видов потерь, незначительны, поэтому в дальнейших расчетах ими пренебрегаем. Динамический момент на валу двигателя описывается уравнением м nuu{t) = M mAUA{t)+M mAU1{t)=JT. +. (2.6) ДИН v ДИН 1v ДИН 2v z, dt 2 dt Первая составляющая динамического момента связана с изменением угловой скорости ПУ выражением
МЕХ К ПР v где JMEX - постоянная составляющая, приведенная к валу двигателя, учитывающая инерционность механизма (двигателя и редуктора); JK -постоянная составляющая, приведенная к валу двигателя, учитывающая инерционность катушки; Jm- момент инерции намотанной в моток проволоки, приведенный к валу двигателя.
Исследование работы однодвигательного перемоточного устройства в статических режимах работы
Коэффициент еплопередачи от магнитопровода статора в корпус электрической машины Аи
Коэффициент соприкосновения магнитопровода статора с корпусом зависит от обработки внутренней поверхности корпуса статора и внешней поверхности магнитопровода статора. В современных машинах этот коэффициент достигает значения 0,95 при применении экструзиционного способа изготовления корпусов. В электродвигателях серии 4А коэффициент соприкосновения составляет 0,7-0,8[23,24]. Толщина воздушной прослойки не постоянна по площади соприкосновения и достигает значений 0,00015м.
На поверхности чугунного корпуса двигателя существует слой оксидов металла, препятствующий передаче тепла. В литературе указывалось[25], что коэффициент теплопередачи оксидов металла составляет примерно 0,007 Вт/(К-м).
С учетом вышесказанного коэффициент теплопередачи от магнитопровода в корпус двигателя где 1В= 0,0285 коэффициент теплопроводности воздуха, при температуре 60С, Вт/мК; с=0,75-коэффициент соприкосновения магнитопровода статора с корпусом двигателя; DM- внешний диаметр магнитопровода статора (рис.2.12), м; м-длина магнитопровода, м; 12=0,0001 - толщина прослойки оксидов металла и лакового покрытия электротехнических листов, в промежутке между магнитопроводом и корпусом, м; /li2=0,0013 - суммарный коэффициент теплопроводности оксидов металла и лакового покрытия электротехнических листов, Вт/(м К);А4п=0,00015- усредненная толщина воздушной подушки между магнитопроводом статора с корпусом двигателя, м.
Коэффициент теплопередачи от обмотки статора в магнитопровод статора А23 Статорная обмотка укладывается в предварительно изолированные пазы магнитопровода статора с определенным коэффициентом заполнения. При ручной укладке величина коэффициента заполнения составляет 0,7-0,75; при машинной укладке коэффициент заполнения увеличивается до 0,8-0,86.
Структура изоляции паза для наиболее распространенных однослойных обмоток, показана на рисунке 2.13. Пазовую изоляцию выполняют преимущественно из лавсановой пленки, толщиной 0,19мм. Пазовый клин также выполняют из лавсана толщиной 0,35мм.
Структура пазовой изоляции где 1- лавсановая пленка; 2 - изоляционный клин. Количество тепла, передаваемое от обмотки статора в магнитопровод, определяется площадью соприкосновения обмотки с пазом, коэффициентом теплопередачи изоляции обмоточного провода, коэффициентом теплопередачи изоляционной прокладки и количеством пазов где H3.F=0,0005 - толщина изоляции класса F, м; Из.п=0,00019 - толщина лавсановой пленки, м; ЯИз.Р=0,18 коэффициент теплопроводности изоляции класса F, Вт/(К-м); ЯИз.п=0,17 коэффициент теплопроводности лавсана, Вт/(К-м); Zi-количество пазов статора; =0,7-0,75- коэффициент заполнения паза; SCj- общая площадь соприкосновения пазов статора с магнитопроводом, м2.
В машинах до 25 кВт (оси вращения до 160мм включительно), как правило, применяются трапецеидальные пазы статора, показаны на рисунке 2.14,а. Площадь паза магнитопровода статора S =L -0,5-(h -{b +b ) + h -{b +b )) (2.69) где hnS - высота паза, м; hn - высота прямой части паза, м; Л3 - высота скоса паза, м; Лщс - высота щлица паза, м; Ъх - ширина узкой части паза, м; Ъ2 -ширина широкой части паза, м; Ьщс- ширина щлица, м.
Геометрические размеры пазов статора и ротора Коэффициент еплопередачи от обмотки ротора в магнитопровод ротора А45
В асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором в пазы магнитопровода ротора под давлением заливается алюминий. С торцевых частей обмотка ротора соединяется короткозамыкающим кольцом. Коэффициент теплопередачи от обмотки ротора в магнитопровод Л -F -L Z Л -S Z A = ИЗО ПАЗ.Р M 2 = ИЗО P 2 n JO) 45T 5 5 У ИЗО ИЗО где ПАЗР- периметр паза ротора, м; 22-количество пазов ротора; S? -площадь паза ротора, м2; ЯИз.о=0,027 коэффициент теплопроводности окислов электротехнической стали и лака , Вт/(К-м); (5Из.о=0,000064 толщина окислов электротехнической стали и лака, м.
Из-за небольшого значения толщины окислов электротехнической стали и лака коэффициент теплопередачи от обмотки ротора в магнитопровод имеет очень высокое значение, по отношению к другим коэффициентам теплопередачи. По этой причине многие исследователи объединяют обмотку ротора с магнитопроводом ротора. Однако, из-за разной теплогенерации, обмотка ротора и магнитопровод ротора, в данной работе, рассматриваются отдельно.
Перспективы развития автоматизированных электроприводов перемоточных устройств»
Для оценки демпфирующих свойств электропривода ПУ используется метод логарифмических амплитудно-частотных характеристик (ЛАЧХ). ЛАЧХ по каналу управляющего и возмущающего воздействия приведены на рисунке 3.16. Входными сигналами являются управляющее воздействие FREF и возмущающее воздействие dLu. Выходным сигналом является натяжение на намоточной катушке Тя. ЛАЧХ снималось для случаев начала перемотки когда на намоточной катушке нет проволоки и ее радиус равен радиусу пустой катушки, и случая конца перемотки, когда вся проволока с размоточной катушки намотана на намоточную, при этом радиус равен максимальному.
Из представленных ЛАЧХ следует, что ПУ обладает резонансными пиками при частотах ОДЗрад/сек, Q2=36 рад/сек и Q3=253 рад/сек. Первая резонансная частота обусловлена системой управления электроприводом, вторая частота и третья частоты обусловлены упругими свойствами проволоки.
ЛАЧХ по возмущающему воздействию имеет наклон +20 дБ/дек в низкочастотной области, на частоте 0,13 рад/с имеет первый резонансный пик с амплитудой 57 дБ. В среднечастотной области, наклон составляет 0 дБ/дек и наблюдается второй резонансный пик на частоте 36 рад/с с амплитудой -17 дБ. В области средних частот наклон составляет +40 дБ/дек. На частоте 253 рад/с наблюдается третий резонансный пик с амплитудой 203 дБ.
Возмущающие воздействия проявляются в виде растяжения проволоки (1.11). Диапазон частот, при которых будут наблюдаться колебания, составляет от КБ/ДНМАХ ДО 2КБ/ДНМШ ИЛИ ОТ 4,6 до 15,9 рад/сек. На этом диапазоне, для обоих случаев заполнения намоточной катушки наблюдается наклон в сторону высоких частот. При частоте 4,6 рад/сек, амплитуда ЛАЧХ составляет 46,2 дБ и уменьшается до 42,7 дБ при частоте 15,9 рад/сек. Таким образом, наблюдается увеличение амплитуды колебаний натяжения, вызванных возмущающими воздействиями при увеличении радиуса намоточной катушки в 1,6 раза. 250
В установившемся режиме работы не будет наблюдаться резонанса. В динамическом режиме, с ростом скорости вращения двигателя, увеличивается амплитуда возмущающих воздействий, причем при заполненной намоточной катушке, амплитуда выше на величину dLu равную 7дБ. При частоте Д=0,13 рад/сек наблюдается резонансный пик, проявляющийся в виде колебаний натяжения проволоки.
По управляющему воздействию, на низкочастотной части, наклон составляет 0 дБ/дек до частоты Qh В среднечастотной части наклон составляет -40 дБ/дек. Затем, после частоты Q2, наклон +20 дБ/дек до частоты резонансного пика Оъ. В высокочастотной части наклон составляет -40 дБ/дек.
Частота пропускания ограничена временем опроса импульсного входа обратной связи по скорости преобразователя частоты Commander SK и составляет диапазон частот от 9,2 до 31,4 рад/сек[34]. При увеличении скорости вращения двигателя влияние управляющего воздействия на величину натяжения снижается, а переходный процесс натяжения представляет собой затухающие колебания.
В низкочастотной области влияние управляющего воздействия на величину натяжения будет больше выражено при заполненной намоточной катушке, dL2=6,9 дБ. В среднечастотной и высокочастотной областях наоборот, изменение сигнала управляющего воздействия будет больше сказываться на величине натяжения Тя пустой намоточной катушки, dL3=9,3 дБ.
Исследование работы двухдвигательного перемоточного устройства в статических режимах работы В первой главе отмечено, что наиболее рациональным вариантов из рассмотренных многодвигательных ЭП ПУ, является двухдвигательный ЭП с «пассивной размоткой».
Структурная схема двухдвигательного ПУ На рисунке 3.17,А показан внешний вид структурной схемы для исследования. В блоке «Mechanic DoubleMotor» реализована система уравнений (3.2), а в блоках «Мп» и «Mb» находятся структурные схемы ПЧ и 7-массовой термодинамической модели, показанные на рисунке 3.17Д В первой главе отмечалось, что наиболее оптимальным, с точки зрения плотности укладки проволоки, является задание начального натяжения на намоточной катушке в районе 200-250Н.
Момент Mi поддерживается постоянным, для регулирования натяжения обратно пропорционально радиусу намотки.
В режиме источника момента натяжение на намоточной катушке уменшается, согласно прямо пропорционально росту радиусу намоточной катушки (рисунок 3.19,6). Натяжение на размоточной катушке увеличивается прямо пропорционально уменшению радиуса размоточной катушки.
Похожие диссертации на Многодвигательный электропривод по системе ПЧ-АД перемоточного устройства агрегата бронзирования стальной проволок
