Разработка системы управления электроприводом листоправильной машины

Таблица 2.8 - Исходные данные для расчета коэффициентов регуляторов

Постоянная времени регулятора скорости

с.

Передаточная функция регулятора скорости

.

Моделирование базовой электромеханической системы с векторным управлением при постоянном значении потокосцепления ротора

Используя модель асинхронного двигателя в двухфазной системе координат (d - q) с учетом жесткости эксцентрикового вала в виде маскированной подсистемы в MATLAB Simulink (рисунок 2.25), а также структурная схема электромеханической системы с векторным управлением (рисунок 2.38), составим модель базовой электромеханической системы с векторным управлением при постоянном значении потокосцепления ротора (рисунок 2.43). Настройка регуляторов возьмем из пункта 2.9.4.

Модель двигателя, используемого в модели, приведенной на рисунке 2.43, отличается от показанной на рисунке 2.25 наличием входного порта для подключения момента статической нагрузки, а также наличием выходного порта psi для контроля потокосцепления ротора (рисунок 2.44).

Номинальное напряжение задания преобразователя при моделировании будем считать равным  В. Учитывая тахограму, которую должен отрабатывать привод, возьмем продолжительность нарастания сигнала в задатчик интенсивности меньше наименьшее время разгона и торможения (менее 0,35 с) - 0,05 с. Маскированная подсистема задатчик интенсивности приведена на рисунке 2.45.

Рисунок 2.37 - Модель задатчика интенсивности в MATLAB Simulink

Напряжение на выходе задатчик интенсивности нарастает за 0,05 с до заданного значения 5 В (рисунок 2.46) - снимается с блока Out_zadav (рисунок 2.43). При этом блок Uzpsi формирует ступенчатый сигнал без задержки, а блок Uzsh - с задержкой на время достижения задачей за потокосцепления номинального значения, то есть на 0,05 с. На рисунках 2.47 - 2.50 приведены переходные процессы по основным координатами электропривода при пуске без нагрузки. Ток статора, как и в предыдущих моделях, рассчитывается как корень квадратный из суммы квадратов проекций на оси (d - q).

Рисунок 2.38 - Напряжение на выходе подсистемы задатчик интенсивности

Рисунок 2.39 - Изменение момента в электромеханической системе с векторным управлением при пуске в холостом режиме

Рисунок 2.40 - Изменение действующего значения тока статора в электромеханической системе с векторным управлением при пуске в холостом режиме

Рисунок 2.41 - Переходная функция по скорости в электромеханической системе с векторным управлением при пуске в холостом режиме

Рисунок 2.42 - Переходная функция по потокосцепления ротора в электромеханической системе с векторным управлением при пуске в холостом режиме

Анализируя полученные динамические характеристики можно сделать вывод, что быстродействие системы с векторным управлением при пуске оказалась значительно выше быстродействие асинхронного двигателя, включается в трехфазную сеть. Так, продолжительность переходного процесса по скорости в электромеханической системе с векторным управлением составляет около 0,12 с, тогда как в электромеханической системе без векторного управления она равнялась 17 с, т.е. быстродействие увеличивается в 141 раз. Это говорит о компенсации больших постоянных времени электропривода с помощью регуляторов. При этом перерегулирования по скорости составляет 4,6%, что является допустимым для технологического процесса (рисунок 2.49).

Из зависимостей, приведенных на рисунках 2.47 и 2.48, можно сделать вывод, что максимальное значение пускового момента не превышает допустимое в. Максимальное значение тока при пуске составляет 3080 А. Оно также не превышает допустимого значения токовой перегрузки в  А. Поэтому условия пуска можно считать приемлемыми.

С переходной функции по потокосцепления ротора можно заключить, что оно поддерживается на номинальном уровне Вб. Это значение в базовой электромеханической системе не является функционально связанным с моментом нагрузки, прилагаемое к валу двигателя. Исследование энергопотребления базовой электромеханической системы при работе в условиях переменной нагрузки (рисунок 1.12) за необходимой тахограмою (рисунки 2.1, 2.2) проводится в следующем разделе дипломного проекта.

Статические характеристики базовой электромеханической системы с векторным управлением при постоянном значении потокосцепления ротора

Передаточная функция контура скорости с учетом упрощений, описанных в пунктах 2.9.2 - 2.9.4 может быть представлена в таком виде

Откуда получим

(2.84)

В статических режимах работы частоты изменения входных сигналов и сигналов возмущения равняется нулю, поэтому . В статическом режиме работы передаточная функция системы приближенная к величине, обратной к коэффициенту обратной связи по скорости. По формуле (2.84) получим

 (2.85)

Номинальному напряжению задания  В соответствует скорость с^-1, а при снижении напряжения задания в замкнутой системе скорость также пропорционально снижается. Так, напряжению задания  В соответствует с^-1. В замкнутой системе с векторным управлением механические характеристики будут абсолютно жесткими (будут проходить параллельно к оси момента), потому что в контуре скорости используется ПИ-регулятор (рисунок 2.51).

Рисунок 2.43 - Статические характеристики замкнутой электромеханической системы с векторным управлением

Статические характеристики на рисунке 2.51 построены для пяти разных значений напряжения задания, начиная от 1 В до 5 В. Все они проходят параллельно с осью момента.

Вывод

В дипломном проекте разработана система векторного управления электроприводом листоправильной машины, которая включает переменность статического момента нагрузки и момента инерции с целью повышения энергетической эффективности листоправильной машины стана холодной прокатки 2300. Для этого выполнено следующее:

- рассмотрена классификация вспомогательных механизмов прокатных станов, одним из которых является листоправильная машина;

- проанализировано назначение, кинематические схемы и технические характеристики листоправильных машин стана холодной прокатки 2300;

- рассмотрены общие требования к электроприводу листоправильных машин прокатных станов и предъявлены требования к системе управления электроприводом листоправильной машины стана холодной прокатки 2300;

- проведены электромеханические расчеты и подтвержден выбор двигателейK21F315L4 для приведения в движение листоправильной машины;

- построена нагрузочная диаграмма работы привода листоправильной машины;

- определены параметры схемы замещения асинхронного двигателя и построена его статическая характеристика;

- рассчитаны динамические параметры двигателя;

- проанализирована работа асинхронного двигателя в динамических режимах на базе модели в неподвижной относительно статора системе координат (б - в);

- проанализирована работа асинхронного двигателя в динамических режимах на базе модели в системе координат (d - q), которая вращается с частотой вращения ротора;

- проведено математическое моделирование асинхронного двигателя в системе координат (d - q) с учётом жесткости эксцентрического вала;

- проанализированы технические характеристики электрооборудования машины, частотного преобразователя Sinamics и схемы его подключения;

- выполнено математическое описание электропривода с векторной системой управления в системе координат (d - q);

- построена функциональная и структурная схемы электропривода с векторной системой управления в системе координат (d - q) и выполнена настройка её контуров регулирования;

- рассчитаны коэффициенты регуляторов и проведено моделирование базовой электромеханической системы с векторным управлением при постоянном значении потокосцепления ротора;

- предложены критерии для оценки энергопотребления электромеханической системы листоправильной машины с векторным управлением;

- выполнена критериальная оценка энергопотребления базовой электромеханической системы в типовых технологических режимах работы путем моделирования в программной среде MATLAB Simulink;

- повышена энергетическая эффективность стана холодной прокатки 2300 путем оптимизации энергопотребления электромеханической системой листоправильной машины за счет изменения потокосцепления ротора во время работы привода по энергетически эффективному закону.

По результатам проделанной работы можно отметить, что энергопотребление модернизированной электромеханической системы сокращается в среднем на 5,5%, причём это никак не сказывается на технологической работоспособности машины. Расчётный годовой экономический эффект от внедрения предложенного усовершенствования составляет 27931,47 грн. Срок окупаемости - 1,15 лет.

Перечень ссылок

1. Півняк Г.Г. Автоматизований електропривод у прокатному виробництві / Г.Г.Півняк, О.С. Бешта, М.П. Фількін. - Дніпропетровськ: Національний гірничий університет, 2008. - 224 с.

2. Белов М.П. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов: Учебник для вузов / М.П. Белов, В.А. Новиков, Л.Н. Рассудов. - М: Издательский центр «Академия», 2004. - 576 с.

3. Виноградов А.Б. Векторное управление электроприводами переменного тока.-Иваново: ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университетимени В.И. Ленина», 2008. - 298 с.

4. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода: Учебник для вузов. - М.: Энергоиздат, 1981. - 576 с.

5. Ключев В.И. Теория электропривода: Учеб. для вузов. 2-е изд. перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1998. 704 с.: ил. 4.

6. Задорожний Н.А. Элементы теории электромеханического взаимодействия в двухмассовых системах электропривода с упругими механическими связями: Учеб. пособие по дисциплине «Теория электропривода» для студентов специальности «Электромеханические системы автоматизации и электропривод» дневной формы обучения. Ч. 2. - Краматорск: ДГМА, 2007. - 148 с.

7. Ключев В.И. Ограничение динамических нагрузок электропривода. - М.: Энергия, 1971. -320 с.

8. Козярчук А.Е. Современное и перспективное алгоритмическое обеспечение частотно-регулируемых электроприводов. - СПб: Санкт-Петербургская электротехническая компания, 2002. - 88 с.

9. Фираго Б.И. Регулируемые электроприводы переменного тока / Б.И. Фираго, Л.Б. Павлячик. - Минск: Техноперспектива, 2006. - 363 с.

10. Толочко О.І. Методичні вказівки до лабораторних і практичних робіт з курсу «Моделювання електромеханічних систем». Розділ 2 «Моделювання систем електроприводу змінного струму» / О. І. Толочко, Г.С. Чекавський, О.В. Пісковатська - Донецьк: ДонНТУ, 2004. - 88 с.

11. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: Учебное пособие. - СПб: КОРОНА принт, 2001. - 320 с.

12. Браславский И.Я. Энергосберегающий асинхронный электропривод / И.Я. Браславский, З.Ш. Ишматов, В.Н. Поляков. - Москва: ACADEMA, 2004. - 202 c.

13. Попович М.Г. Теорія автоматичного керування: Підручник. / М.Г. Попович, О.В. Ковальчук. - К.: Либідь, 1997. - 544 с.

14 Бесекерский В.А. Теория систем автоматического регулирования. / Е.П. Попов. - М.: Физматгиз, 1975. - 768 с.

15. Шеремет О. І. Розв'язання задач з теорії автоматичного керування електроприводами: Навч. посіб. - Краматорськ: ДДМА, 2008. - 124 с.

16 Зайцев Г.Ф. Теория автоматического управления и регулирования. - К.: Вища шк., 1989. - 431 с.

17. Безопасность жизнедеятельности в машиностроении / Под ред. Ю.М. Соломенцева. - М.: Высш. шк., 2002. - 310 с.

18. Безопасность производственных процессов: Справочник / Под ред. С.В. Белова. - М.: Машиностроение, 1985. - 448 с.

19. Безопасность труда в промышленности: Справочник / К.Н. Ткачук, П.Я. Галушко, Р.В. Сабарно и др. - К.: Техника, 1982. - 231 с.

20. Дементий Л.В., Юсина А.Л. Охрана труда в автоматизированном производстве. Обеспечение безопасности труда - Краматорск: ДГМА, 2007. - 300 с.

Размещено на Allbest.ru