Введение к работе
Современной энергосиловой основой производственных процессов в различных отраслях народного хозяйства являются полупроводниковые электроприводы на базе трехфазных асинхронных двигателей (АД). Расширение областей применения регулируемых асинхронных электроприводов, а также развитие механизированных и автоматизированных систем и средств технологической автоматики позволяет констатировать, что системы фазового управления асинхронным двигателем, осуществляющие регулирование скорости за счет регулирования первой гармоники питающего напряжения путем изменения угла (фазы) открытия тиристоров преобразователя напряжения в статор-ных цепях асинхронного двигателя, представляет собой один из рациональных классов регулируемого электропривода малой мощности, весьма перспективный для многих электрифицированных механизмов, где требуется отработка позиционных перемещений, реализация управляемых пуско-тормозных режимов, снижение скорости, непродолжительное в общем времени работы в повторно-кратковременном, а в отдельных случаях и в длительном режиме работы. Целесообразность применения электроприводов, управляемых напряжением, обусловлена такими положительными свойствами, как простая схемная реализация, надежность, хорошие " массе/габаритные показатели, сравнительно низкая стоимость. Таким образом, для определенных механиэхюв системы фазового управления обеспечивают,достаточно широкие технические возможности при приемлемых технико-экономических показателях.
В нашей стране и за рубежом накоплен большой положительный опыт эксплуатации таких электроприводов на подъемно-транспортных механизмах, турбомеханизмах, текстильных агрегатах'и т.д.
Как показывает эксплуатация асинхронных электроприводов с тиристорным фазовым управлением, регулирование скорости в этих приводах в большинстве случаев возможно только при наличии обрат-
ной связи по скорости. Устройствами, используемыми в канале обратной связи для измерения скорости, традиционно служат тахогене-раторные и импульсные датчики, которые могут быть выполнены как встроенными в двигатель, так и пристроенными к нему. Однаї-о асинхронные двигатели массовых серий со встроенными тахогенераторами не выпускаются. Операция же пристраивания датчика скорости к асинхронному двигателю трудоемка и требует проведения работ достаточно высокой точности и сложности. Все это затрудняет широкое внедрение регулируемых по скорости асинхронных электроприводов с фазоЕым управлением, сузпает область их применения. Таким образом, возникает актуальная задача разработки асинхронного электропривода без датчика скорости на валу асинхронного двигателя.
Цольр работы является изучение возможности создания регулируемого по скорости асинхронного электропривода с фазовым управлением без датчика скорости на валу двигателя, разработка и исследование такого электропривода, определение областей его применения.
Для достижения цели в работе поставлены и решены следующие
задачи: . _
1. Анализ возможности создания и обоснование рациональных
принципов построения асинхронных электроприводов с фазовым управ
лением без датчика скорости на валу АД.
2. Исследование динамических показателей САР скорости асин -
хронных электроприводов без датчика скорости на валу АД.
3. Изучение влияния' изменения параметров на точность под
держания заданной скорости АД и разработка технических средств,
, снижающих это влияние в предложенных электроприводах.
4. Экспериментальное исследование электроприводов без датчи
ков скорости на валу АД с целью подтверждения разработанных принт
ципов.
5. Разработка^комендаций по областям возможного применения
и, методике наладки асинхронных электроприводов с фазовым управлением без датчиков скорости на валу АД.
Методы исследования. При выполнении диссертационной работы использованы теории электропривода, автоматического управления, методы математического моделирования, а также экспериментальные исследования на опытной установке..
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Получены в явном виде математические зависимости, устанавливающие связь скорости с напряжением и током статора асинхронного двигателя в установившихся режимах, на основе которых предложены варианты реализации регулируемого по скорости асинхронного электропривода с фазовьш управлением без датчика скорости на валу двигателя.
-
Проведен анализ динамических свойств предложенных электроприводов на основе vtf. передаточных функций, полученных при рассмотрении в "малом". Проведен сравнительный анализ вариантов реализации электроприводов. Сделан вывод о необходимости технической линеаризации САР электропривода для получения неизменных динамических свойств системы при широком изменении рабочих координат электропривода, а также предложены пути технической линеаризации.
-
Предложены принципы построения асинхронного электропривода с фазовым управлением без датчика скорости на валу АД при работе в режиме динамического торможения.
-
Проанализировано влияние отклонения параметров АД.на точность поддержания заданной частоты вращения ротора. Предложен метод и техническая реализация температурной коррекции для предложенного электропривода, позволяющие существенно снизить ошибку при изменении температуры обмоток двигателя.
Достоверность теоретических положений и расчетных методов подтверждена результатами экспериментов как при лабораторных испы-
таниях, так и при испытаниях на производственных механизмах.
Практическая ценность результатов работы состоит в следующем:
-
Предложены принципы построения и разработаны структурные» функциональные и принципиальные электрические схемы асинхронных электроприводов с фазовым управлением без датчика скорости на валу АД.
-
Предложены технические решения по снижению ВЛИЯНИЯ ИЗМЄ-нения температуры обмоток АД на точность поддержания скорости в разработанных электроприводах.
-
Даны рекомендации по применению и методике наладки асинхронных электроприводов с фазовым управлением без датчика скорости на валу АД.
Внедрение. Результаты проведенных исследований использованы при проектировании асинхронного электропривода с фазовым управлением без датчика скорости на валу двигателя, разработанного для шлифовального станка ПН-67. Макетный образец электропривода прошел испытания на ТОО "Русские самоцветы".
Апробация работы. Результаты диссертационной работы доклады-.вались и'обсуждались на МП и IX областных научно-технических конференциях "Электроприводы переменного тока с полупроводниковыми преобразователями", Свердловск, 1989, 1992 гг.; на научно-технической конференции "Автоматизация электроприводов и оптимизация режимов электропотребления" г.Красноярск, 1988г.; на областном научно-техническом семинаре "Асинхронные электроприводы с тиристорними преобразователями напряжения", СДТ НТО, г.СвердлоЕск, 1990; на заседаниях кафедры "Электропривод и автоматизация промышленных установок" Уральского политехнического института, г.Екатеринбург, 1987-1992 гг.-'
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 8 работ, получено три авторских свидетельства.
..6
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, б глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Диссертация содержит НО страниц машинописного текста, 55 рисунков, Ї таблицу, список использованных источников литературы из 60 наименований.
