Введение к работе
Актуальность. В настоящее время возрастающие технологические требования к качеству производственных процессов обуславливают тенденцию внедрения в различные отрасли промышленности программно-управляемых электроприводов (ЭП), в первую очередь, ЭП металлообрабатывающих станков, промышленных манипуляторов, электрического транспорта, транспортных и подъемно-транспортных механизмов.
В связи с возрастанием цен на электроэнергию проблема электросбережения, в том числе снижение потерь электроэнергии, приобретает особую актуальность. Так как ЭП потребляют до 70 % вырабатываемой электроэнергии, то наиболее существенная экономия электроэнергии может быть достигнута при использовании программно-управляемых ЭП для управления технологическими процессами, что обеспечит оптимальное использование электроэнергии.
Цель работы – уменьшение потерь электроэнергии в позиционных ЭП с обеспечением предъявляемых к ним технологических и технических требований.
Для достижения поставленной цели требуется решение следующих задач:
– разработать оптимальные по минимуму потерь электроэнергии диаграммы перемещения исполнительных органов (ИО) ЭП;
– разработать командоаппараты, формирующие оптимальные по минимуму потерь электроэнергии диаграммы перемещения ИО ЭП;
– синтезировать системы автоматического регулирования (САР) положения ИО ЭП;
– экспериментально проверить полученные закономерности и подтвердить работоспособность оптимальных по минимуму потерь электроэнергии позиционных ЭП.
Методы и средства выполнения исследований. Для решения поставленных в диссертационной работе задач используются методы теории автоматического управления, автоматизированного ЭП, аналитического решения дифференциальных уравнений. Для моделирования исследуемых систем использовался пакет Simulink из программного комплекса MatLab.
В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе получены новые научные результаты:
– методика формирования четырех оптимальных по минимуму потерь электроэнергии диаграмм перемещения ИО ЭП с учетом влияния индуктивностей якорных цепей электродвигателей (ЭД);
– методика разработки четырех командоаппаратов, формирующих оптимальные по минимуму потерь электроэнергии диаграммы перемещения ИО ЭП с учетом влияния индуктивностей якорных цепей ЭД;
– методика синтеза трехкратноинтегрирующих САР положения ИО ЭП с типовыми регуляторами как при идеальном, так и упругом валопроводе;
– методика синтеза трехкратноинтегрирующих САР положения положения ИО ЭП с улучшенными характеристиками как при идеальном, так и упругом валопроводе.
Практическая ценность работы определяется тем, что использование полученных результатов теоретических и экспериментальных исследований позволит уменьшить потери электроэнергии в позиционных программно-управляемых ЭП, и, как следствие, уменьшить потребляемую ими электроэнергию.
Результаты диссертационной работы: методика формирования двух оптимальных по минимуму потерь электроэнергии диаграмм перемещения ИО ЭП с ИВ и с учетом влияния индуктивностей якорных цепей ЭД; методика разработки командоаппаратов, формирующих оптимальные по минимуму потерь электроэнергии диаграммы перемещения ИО ЭП с ИВ и с учетом влияния индуктивностей якорных цепей элетродвигателей; методика синтеза трехкратноинтегрирующих САР положения ИО ЭП с типовыми регуляторами при ИВ; методика синтеза трехкратноинтегрирующих САР положения ИО ЭП с улучшенными характеристиками при ИВ приняты к использованию при модернизации электротранспорта на предприятии МУП «Краснодарское трамвайно-троллейбусное управление».
Командоаппарат, формирующий оптимальную по минимуму потерь электроэнергии диаграмму перемещения ИО ЭП с ИВ без ограничения скорости и с учетом влияния индуктивности якорной цепи ЭД защищен патентом РФ на полезную модель №82502. Командоаппарат, формирующий оптимальную по минимуму потерь электроэнергии диаграмму перемещения ИО ЭП с ИВ при ограничении скорости и с учетом влияния индуктивности якорной цепи ЭД защищен патентом РФ на полезную модель №82387. Трехкратноинтегрирующая САР положения ИО ЭП с улучшенными характеристиками при ИВ защищена патентом РФ на изобретение №2412525. Трехкратноинтегрирующая САР положения ИО ЭП с улучшенными характеристиками при УВ защищена патентом РФ на изобретение №2417511.
Разработан, реализован и экспериментально исследован командоаппарат на базе программируемого PC-совместимого контроллера ADAM-5510M-A1, формирующий оптимальные по минимуму потерь электроэнергии диаграммы перемещения ИО ЭП.
К защите предоставляются следующие основные положения:
-
Методика формирования четырех оптимальных по минимуму потерь электроэнергии диаграмм перемещения ИО ЭП с учетом влияния индуктивностей якорных цепей ЭД.
-
Методика разработки четырех командоаппаратов, формирующих оптимальные по минимуму потерь электроэнергии диаграммы перемещения ИО ЭП с учетом влияния индуктивностей якорных цепей ЭД. Четыре командоаппарата, формирующих оптимальные по минимуму потерь электроэнергии диаграммы перемещения ИО ЭП с учетом влияния индуктивностей якорных цепей ЭД.
-
Методика синтеза трехкратноинтегрирующих САР положения ИО ЭП с типовыми регуляторами как при идеальном, так и упругом валопроводе. Две трехкратноинтегрирующие САР положения ИО ЭП с типовыми регуляторами как при идеальном, так и упругом валопроводе.
-
Методика синтеза трехкратноинтегрирующих САР положения положения ИО ЭП с улучшенными характеристиками как при идеальном, так и упругом валопроводе. Две трехкратноинтегрирующие САР положения ИО ЭП с улучшенными характеристиками как при идеальном, так и упругом валопроводе.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научных семинарах кафедры электроснабжения промышленных предприятий КубГТУ (2005-2011 гг.); на конкурсе лучших докладов XXXIV студенческой научной конференций КубГТУ (Краснодар, 2007 г); на VIII Региональной научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2007 г.); на Международных научно-практических конференциях «Электроэнергетические комплексы и системы» (Краснодар, 2006 г. и 2007 г.); на Международной научной конференции «Технические и технологические системы» (Краснодар, 2010 г.); на расширенном заседании кафедры электроснабжения промышленных предприятий КубГТУ (Краснодар, 2011 г.)
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано: 9 статей, из них 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК РФ; 8 материалов конференций; получены: патент РФ на изобретение, положительное решение на выдачу патента РФ на изобретение, 2 патента РФ на полезные модели.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и четырех приложений. Основная часть работы выполнена на 167 страницах, включает 45 рисунков и 2 таблицы. Список литературы состоит из 165 наименований.
