Введение к работе
Актуальность работы. Важной системной особенностью современного технологического оборудования (в т.ч. горного оборудования), является необходимость последовательного обеспечения нескольких задач управления, возникающих по мере переключения режимов его работы. Переключение режимов работы должно осуществляться при достижении определенных состояний (скорости, мощности, момента) привода и внешней среды с учетом командных сигналов с пульта управления.
Современные экскаваторы с большим объемом ковша преимущественно оснащаются регулируемыми электроприводами. Регулируемые приводы способствуют повышению надежности механизмов, обеспечению плавности пуска, способствуют экономии электроэнергии и повышению производительности экскаваторов. Однако современным частотно-регулируемым асинхронным электроприводам, создаваемым в подавляющем большинстве по системе неуправляемый выпрямитель – автономный инвертор напряжения, присущи недостатки, связанные с невозможностью реализации рекуперативных режимов, а также невысоким уровнем электромагнитной совместимости с питающей сетью, что обусловлено нелинейной нагрузкой управляемого электропривода.
Многорежимный характер работы горной машины вызывает необходимость построения таких систем управления, которые обеспечивали бы требуемые критерии оптимальности для всех режимов работы электропривода. От того, насколько успешно выполняются все локальные требования, зависит качество управляемого процесса в целом, поэтому системы с фиксированной структурой, настраевыемые по некоторому обобщенному критерию, обычно не обеспечивают каждому из режимов наилучшего качества управления.
Разработка же переменной структуры управления частотно-регулируемым приводом горных машин и локальных алгоритмов для ее эффективного функционирования ведет к повышению эксплуатационной надежности и энергоэффективности регулируемых электроприводов переменного тока.
В основу выполненных исследований легли работы Браславского И.Я., Демирчяна К.С., Дроздова В.Н., Емельянова А.П., Ефимова А.А. Жежеленко И.В., Микитченко А.Я., Пронина М.В., Рудакова В.В., Чаплыгина Е.Е., Шидловского А.К., Шрейнера Р.Т. и др.
Цель работы: разработка структуры и алгоритмов управления частотно регулируемым приводом горных машин, обеспечивающих электромагнитную совместимость привода с питающей сетью и снижения его энергопотребления за технологический цикл.
Для реализации поставленной цели были решены следующие основные задачи исследования:
Проведен анализ и дана оценка основных типов бездатчиковых систем с учетом различных режимов работы и нагрузки.
Разработан алгоритм управления электроприводом с учетом информации от бездатчиковой системы диагностики и адаптивного наблюдателя.
Создан экспериментальный макет электропривода с активным выпрямителем и исследованы режимы работы конкретных типов механизмов экскаватора типа ЭКГ.
Разработана математическая модель электропривода и отработаны алгоритмы его управления.
Сформирована мультиструктурная система управления электроприводом на базе разработанных алгоритмов управления.
Идея работы. Эффективная работа электропривода переменного тока горных машин в каждом режиме и качества электроэнергии средствами электропривода достигается использованием мультиструктурной системы управления бездатчиковым частотно-регулируемым приводом и выпрямителем с активным передним фронтом, что обеспечивает оптимизацию режима работы по принимаемым критериям.
Методы исследований. Для решения поставленных задач использованы методы теории обобщенной электрической машины и микропроцессорных систем управления, математического моделирования динамических процессов в электроприводах с полупроводниковыми преобразователями при реализации различных алгоритмов управления в среде MatLab.
Научная новизна работы:
Установлена нелинейная зависимость влияния закона управления частотно-регулируемым электроприводом на его быстродействие в контуре тока (момента).
Установлена степень влияния режима работы силовых ключей активного выпрямителя с релейно-импульсной системой управления на уровень потребления активной мощности электроприводом экскаватора.
Защищаемые научные положения:
-
-
Для оптимизации режимов работы электропривода горных машин по выбранному критерию (быстродействие, стабилизация скорости, мощности, ограничение тока или момента) в каждом режиме работы машины или механизма, следует использовать переменную структуру системы регулирования с реализацией локальных алгоритмов обеспечения эффективной работы электропривода в двигательном и тормозном режимах и электромагнитной совместимости в части качества электрической энергии.
-
Обеспечение электромагнитной совместимости с питающей сетью в требуемых нормами значениях и повышение качества электрической энергии целесообразно на базе использования в электроприводе переменного тока горных машин выпрямителей с передним активным фронтом.
Достоверность выводов и рекомендаций, изложенных в диссертации, основывается на удовлетворительной сходимости результатов математического моделирования и экспериментальных исследований. Они подтверждаются результатами исследований других авторов.
Практическая ценность диссертации состоит в разработке
эффективных локальных алгоритмов мультиструктурной системы управления электроприводами для характерных условий горных машин
таблицы переключений силовых ключей для релейно-импульсной системы управления активным выпрямителем.
Личный вклад автора. Разработаны алгоритмы управления частотно-регулируемым электроприводом в режимах стабилизации момента и потребляемой мощности. Разработана математическая модель асинхронного электропривода с адаптивным наблюдателем основных координат электропривода. Создан и исследован макетный образец с активным выпрямителем.
Апробация. Основные положения и результаты работы докладывались и получили положительную оценку на конференциях «Полезные ископаемые России и их освоение» в 2004, 2006, 2007 и 2008 гг. в СПГГИ (ТУ); политехническом симпозиуме: «Молодые ученые промышленности Северо-западного региона» в 2006 и 2007 г; в ДВГТУ на восьмом международном форуме студентов, аспирантов и молодых ученых в 2008 г; на международной Фрайбергской горной конференции Berg-und Huttenmannischer Tag 2008 и 2009 г.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 13 печатных работах, в том числе в 4 научных изданиях, включенных в «Перечень ВАК…».
Структура и объем работы.
Похожие диссертации на Переменная структура и локальные алгоритмы управления частотно-регулируемым электроприводом горных машин
-
