Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электропривод с бесколлекторным двигателем постоянного тока

Электропривод с бесколлекторным двигателем постоянного тока

Практика применения моделирования и кодогенерации в АО «Аэроэлектромаш»

Ура, товарищи. Свершилось.

Наконец мы увидели плоды прогрессивных тенденций, произросшие в отечественном приводостроении.

В статье рассматривается технология проектирования электропривода с использованием моделирования и кодогенерации в программе SimInTech.

Справка:

SimInTech (Симинтэк) – российская среда создания математических моделей, алгоритмов управления, интерфейсов управления и автоматической генерации кода для программируемых контроллеров.

История данной среды началась в 90-х годах прошлого века в МВТУ. Это не компиляция западных аналогов, а прямой их конкурент — со своими корнями, оригинальными подходами и богатым послужным списком.

Что касается моделирования – то этот вопрос для наших приводчиков не новый.

А вот автоматическую кодогенерацию программы контроллера электропривода из его модели мало кто пробовал.

Мы смеем утверждать, что эта полезная тенденция (автоматического написания программы другой программой) будет активно развиваться в будущем цифровом мире… Выиграет тот, кто начнет раньше.

Хотим оговориться, что кодогенерация, на наш взгляд, не отменяет и не заменяет программиста, а только помогает ему. При этом, естественно, мы считаем, что СИ-код сгенерированной программы должен быть для него открыт.

Так и поступаем.

В нашем случае, объектом управления являлся некий электропривод с бесколлекторным двигателем постоянного тока (БДПТ), вал которого соединен с редуктором, превращающим вращение в поступательное движение штока.

Задача электропривода достаточно стандартная – позиционировать вал штока, желательно побыстрее и поточнее… Часто такие приводы используются для управления рулями беспилотных летательных аппаратов.

Блок управления устройством был спроектирован и изготовлен в отделе электропривода АО «Аэроэлектромаш» на базе микроконтроллера 1986ВЕ1Т (АО «ПКК Миландр»). Необходимо было создать алгоритмику и программу управления контроллера с целью дальнейшего ее использования в практических задачах.

Работа была выполнена совместно специалистами компании «3В-сервис» и сотрудниками отдела электропривода АО «Аэроэлектромаш».

Первая задача, которая стояла перед нашим коллективом, – идентификация объекта управления.

Для этого были проведены некоторые измерения характеристик двигателя, которые оказались достаточно специфичными.

Например, измеренная ЭДС двигателя имела весьма причудливую форму, представленную на Рис.1.

Рис. 1

Ну, и куда крестьянину податься? Где здесь стандартные трапеция или синус?

Однако в среде SimInTech можно учесть даже такие неидеальности двигателя.

Нами была задана форма ЭДС двигателя, представленная на Рис.2

Рис. 2

Найдите два отличия от Рис.1 (мы нашли одно – цвет).

Следующей особенностью двигателя оказался его существенный зубцовый момент, обусловленный геометрией магнитопровода статора и отсутствием скоса пазов у магнитов ротора. Момент был измерен экспериментально и введен в модель.

График зубцового момента показан на Рис.3.

Рис.3

Кроме того, в модели двигателя были учтены потери на намагничивание, что отсутствует в моделях других конкурирующих программ.

Далее работа электропривода сравнивалась с результатами моделирования в тестовых режимах. Ниже на Рис. 4 и 5 приведены результаты опыта холостого хода (максимальная частота без нагрузки).

Вывод:

Осциллограммы реального и модельного холостого хода совпадают. Визуально разницы не видно.

После успешного опыта холостого хода был проведен опыта динамического воздействия на двигатель с присоединенным редуктором. В этом опыте на обмотки двигателя подавалось постоянное напряжение с реверсом на частоте 30 Гц. При этом выходное звено совершало колебания с той же частотой. На Рис.6 приведены результаты этого опыта.

Полученные данные сравнивались с моделью привода, работающей в аналогичном режиме (Рис.7).

Вывод:

  • Перемещения штока в реальности и на модели полностью совпадают
  • Пиковые значения реального тока двигателя и модели совпадают с точностью до погрешности измерений.

Вид верифицированной модели силовой и механической части электропривода, построенной на стандартных элементах библиотек среды SimInTech, представлен на Рис.8.

Рис.8

Она и состоит из моделей:

  • силового инвертора
  • двигателя с датчиком положения ротора (ДПР)
  • механической передачи
  • датчика тока
  • нагружателя.

Убедившись, что поведение модели соответствует поведению реального изделия, по результатам моделирования можно выбрать необходимую структуру системы регулирования (СУ) и произвести ее настройку для разных типов, перечисленных в техническом задании, входных воздействий.

В нашем случае хорошие результаты показала двухконтурная система регулирования положения с демпфирующей связью по скорости. Вид модели этой структуры представлен на Рис.9.

Рис.9

При дальнейшем использовании кодогенерации нет необходимости в ручном кодировании алгоритмов системы регулирования — готовый проект в среде разработке Keil uVision создается автоматически. После сборки бинарного образа программы ее можно транслировать в микроконтроллер (1986ВЕ1Т).

Читать еще:  Что такое сейф для блока управления двигателем

Заметим, что блоки модели «Выбор Ключей», «Инициализация периферии», «АЦП», «АЦП SSP2» в режиме моделирования реализуют соответствующие математические модели, а при кодогенерации заменяются библиотеками работы с периферией используемого микроконтроллера.

После выбора структуры СУ и ее настройки нам оставалось:

  • осуществить автоматическую кодогенерацию программы
  • записать полученную программу в контроллер
  • зафиксировать великолепный результат.

По Рис.10 можно сравнить работу модели и реального привода. В качестве задания по положению использовалась синусоида, с частотой 3 Гц и амплитудой 3мм. Для получения данных с контроллера в его программе была предусмотрена специальная часть, обеспечивающая считывание внутренних сигналов по последовательному интерфейсу.

Ну, здесь даже цвет одинаковый ….

Ура, товарищи. Свершилось.

ООО «3В Сервис»

Ю.Н.Калачев

Ф.И. Баум

АО «Аэроэлектромаш»

В.Ю.Ланцев

Е.В.Окулов

Более подробная информация по тулбоксу «Электропривод» программы SimInTech:

Комплектный тиристорный электропривод КТЭМ

Комплектный тиристорный электропривод постоянного тока КТЭМ представляет собой статический преобразователь переменного тока в выпрямленный ток двигателя постоянного тока. КТЭМ предназначен для оснащения электроприводов металлургической промышленности, транспорта, химического, цементного производства, бумагоделательных машин и другого технологического оборудования. КТЭМ соответствуют требованиям ГОСТ-18142-85.
Область применения:
электроприводы прокатных станов;
приводы подъемных машин;
конвейеры;
миксеры;
экструдеры;
бумагоделательные машины и др.

Номинальное выпрямленное напряжение, ВНоминальный выпрямленный ток, А (ряд)
22010, 25, 50, 100, 200, 320, 500, 800, 1000,1600, 2500
44025, 50, 100, 200, 320, 500, 800, 1000, 1600, 2500, 3200, 4000
600200, 320, 500, 800, 1000, 1600, 2500, 3200, 4000, 5000
7501000,1600, 2500, 3200, 4000, 5000, 6300, 8000, 10000, 12500
9302500, 3200, 4000, 5000, 6300, 8000, 10000, 12500

Требования к питающей сети

Напряжение питающей сети (при отклонении частоты до 2 % от номинального значения)
— частотой 50 Гц, кВ
— частотой 60 Гц, кВ
0,22; 0,24; 0,38; 0,4; 0,415; 6; 6,6;10; 10,5; 11
0,22; 0,24; 0,254; 0,44
Напряжение питающей сети собственных нужд переменного тока трехфазное с номинальной величиной
— частотой 50 Гц, кВ
— частотой 60 Гц, кВ
0,22; 0,24; 0,38; 0,4; 0,415
0,44
Допустимое отклонение напряжения питающей сети от
номинального значения для высокого напряжения, %
±10
— для низкого напряжения, %+10-15
— отклонения питания напряжения собственных нужд, %+10-15

Допустимые перегрузки

РежимНагрузка от номинального тока, %Продолжительность нагрузки, с
1100Длительно
2150120
317560
420015
522510

При работе в режимах 2÷5 среднеквадратичное значение тока в течение цикла не должно
превышать номинального значения за время усреднения не более 10 мин.
Состав КТЭМ
В основе изделия — шестипульсный (двенадцатипульсный) тиристорный преобразователь с системой управления, осуществляющий регулирование выходного напряжения в широком диапазоне.

Кроме того, изделие имеет комплект защитной и коммутационной аппаратуры, систему вспомогательных устройств (устройство питания обмотки возбуждения, устройство управления электромагнитным тормозом, устройство питания обмотки возбуждения тахогенератора), систему автоматического регулирования (тока, напряжения, ЭДС, частоты вращения, натяжения, положения) систему защиты и сигнализации преобразователя и электропривода.
Конструктивное исполнение
Комплектное устройство, полностью готовое к подключению, состоящее из одного или нескольких шкафов, в которых скомпоновано необходимое оборудование. Шкафы, входящие в состав электропривода, представляют собой металлическую конструкцию каркасного типа. Обслуживание до 1000 А — одностороннее, от 1000 А — двухстороннее. Степень защиты IP21. Габаритные размеры шкафов соответствуют ГОСТ 10985.

ЧАО «Запорожский электроаппаратный завод»

Тиристорные электроприводы

Тиристорные электроприводы постоянного тока серии ТЭП

Тиристорные электроприводы постоянного тока серии ТЭП предназначены для регулирования скорости, напряжения (ЭДС) двигателя и других координат движения, определяемых требованиями автоматизируемого объекта или технологического процесса.

Конструкция и принцип действия

Силовая часть электроприводов построена на основе трехфазной мостовой схемы выпрямления. Вентильная часть реверсивных электроприводов выполнена на основе встречно-параллельной схемы включения и снабжена системой раздельного управления реверсивными группами.

В состав электроприводов входит: выпрямитель (выпрямительное устройство с системой импульсно-фазового управления); силовой трансформатор или сетевой реактор; линейный контактор; система защиты и сигнализации, включая индикацию неисправностей; устройство питания обмотки возбуждения двигателя; система автоматического регулирования и система диагностики.

Читать еще:  Горит лампа неисправности двигателя на фиат альбеа

Конструктивно электроприводы выполнены в виде шкафов каркасного типа напольного исполнения с односторонним обслуживанием. Допускается установка шкафов тыльными сторонами друг к другу и к стене.

На входе питания переменного тока установлена защита от сетевых перенапряжений и перенапряжений при отключении ненагруженного трансформатора.

Шкафы электроприводов, в зависимости от мощности, имеют принудительное воздушное или естественное воздушное охлаждение.

Параметры основных типоисполнений изделий приведены в таблице 1.

Номинальное выходное напряжение электро­привода, В

Номинальный выходной ток, А

Номинальная

выходная мощность, кВт

Габариты LxBxH, мм

Масса электропривода, кг

неревер­сивного

реверсивно­го

В таблице 1 приведены габаритные размеры и масса электроприводов на токи от 200 до 5000 А без силового трансформатора, а на токи от 1000 до 5000 А без сглаживающего реактора.

Срок службы электроприводов не менее 20 лет.

Система защиты электропривода обеспечивает:

• защиту при превышении мгновенного тока предельной величины устанавливаемой для данного электропривода;

• защиту при аварийной перегрузке тиристоров;

защиту при исчезновении и недопустимом снижении тока возбуждения электродвигателя;

защиту при исчезновении напряжения питания силовых цепей и напряжения собственных нужд;

защиту от перегрузки электродвигателя, превышающей заданную величину в течение определенного времени

Система сигнализации электропривода обеспечивает :

сигнализацию о готовности электропривода к работе;

сигнализацию об аварийном отключении преобразователя;

• сигнализацию о наличии напряжения в силовой цепи и напряжения собственных нужд.

Электроприводы имеют каналы выдачи сигналов во внешнюю систему автоматизации объекта.

Могут быть установлены дополнительные узлы: источник питания обмотки возбуждения; источник питания для электромагнитного тормоза; устройство динамического торможения; источник питания обмотки возбуждения тахогенератора.

Встроенные тиристорные источники питания обмотки возбуждения двигателя обеспечивают выходное напряжение от 40 до 230В, при токе нагрузки до 16А (исполнения ТЭП 50 – ТЭП 200); 25А (исполнения ТЭП 320 – ТЭП 500); 50А (исполнения ТЭП 800 — ТЭП 1000).

Для исполнений ТЭП 1600, ТЭП 2500 возбудитель двигателя поставляется в виде отдельно стоящего конструктива.

Пример маркировки тиристорного преобразователя постоянного тока:

ТЭП-500( Х 1 )/440( Х 2 )-2( Х 3 )1( Х 4 )2( Х 5 )2( Х6 )-Я( Х 7 )-В( Х 8 )1( Х 9 )П( Х 10 )1( Х 11 )-0( Х 12 ) УХЛ4( Х 13 )

Структура условного обозначения:

ТЭП- Х 1 Х 1 Х 1 Х 1 / Х 2 Х 2 Х 2 Х 3 Х 4 Х 5 Х 6 Х 7 Х 7 Х 7 Х 8 Х 8 Х 8 Х 8 Х 9 Х 9 Х 10 Х 11 — Х 12 Х 12 Х 13 Х 13 Х 13 Х 14

ТЭП — тиристорный электропривод постоянного тока;

Х 1 — номинальный выходной ток, А;

Х 2 — номинальное выходное напряжение, В;

Х 3 — исполнение по связи с питающей сетью:

0-без реактора, без сетевого выключателя (блочное исполнение),

3 — без реактора с сетевым выключателем,

4 — с реактором без сетевого выключателя;

Х4 — исполнение по режиму работы:

2 — реверсивный с реверсом тока возбуждения,

3- реверсивный с реверсом тока якоря;

Х5 — исполнение по наличию линейного контактора:

1 — c контактором,

2 — без контактора,

3 — реверсивный, с контактным реверсом тока якоря;

Х6 — исполнение по наличию пульта дистанционного управления:

1 — c пультом (отдельно поставляемого для управления электроприводом),

Х7 — исполнение по назначению главной цепи:

Я — для питания якорной цепи двигателя постоянного тока без встроенного возбудителя,

И — источник питания,

ВДП — возбудитель двигателя постоянного тока,

ВГП — возбудитель генератора постоянного тока,

ВСД — возбудитель синхронного двигателя,

ВСГ — возбудитель синхронного генератора;

Х8 — исполнение по наличию: устройства питания обмотки возбуждения двигателя (В), устройства динамического торможения (Д), устройства питания электромагнитного тормоза (М), устройства питания обмотки возбуждения тахогенератора (Т).

Например, В, Д, М, Т: В — с устройством питания обмотки возбуждения двигателя, Д — с устройством динамического торможения, М — с устройством питания электромагнитного тормоза, Т – с устройством питания обмотки возбуждения тахогенератора.

Х9 — модификация системы регулирования:

1 — система регулирования тока, напряжения (ЭДС, скорости) двигателя однозонная,

2 — система регулирования тока, напряжения (ЭДС, скорости) двигателя двухзонная,

3 — система регулирования тока, напряжения (ЭДС, скорости) и положения вала двигателя,

4 — система регулирования тока, напряжения (ЭДС, скорости) и мощности двигателя,

5 — система регулирования намоточно-размоточными механизмами,

Читать еще:  Акцент хендай дергается двигатель на малых оборотах

6-99 -другие системы регулирования и адаптации, поставляемые по заказу потребителя;

Х10 — исполнение системы управления:

П — цифровая, процессорная;

Х11 — вид охлаждения:

1- естественное воздушное охлаждение,

2 — принудительное воздушное охлаждение;

Х12 — модификация исполнения по объектной ориентации:

Х13 — вид климатического исполнения по ГОСТ 15150;

Х14 — категория размещения по ГОСТ 15150.

Тяговый электропривод: преимущества двигателей постоянного тока смешанного и последовательного возбуждения

Особенности характеристики тягового привода, ее сходство с характеристиками ДПТ смешанного и последовательного возбуждения. Пример — вагон трамвая

Транспортный тяговый электропривод имеет некоторые особенности. Рассмотрим их на примере тягового привода вагона городского трамвая. В первый момент, когда вагон находится в состоянии покоя, статический момент сопротивления работе привода очень велик. Чтобы оценить это, попробуйте сдвинуть с места любую тяжелогруженую тележку на колесном ходу. Это совсем не просто, даже если тележка стоит на ровном месте.

Но вот после пуска, когда вагон уже набрал некоторую скорость, в дело вмешиваются силы инерции. Большая масса (около 18 тонн) способна уже сама поддерживать некоторую скорость. Чрезмерное усилие для продолжения движения уже не нужно. Поэтому от двигателя требуется уже не столько момент, сколько повышенная частота оборотов в минуту.

На автомобилях с двигателем внутреннего сгорания эта проблема решается установкой коробки переменных передач: на большей скорости необходимо другое передаточное отношение, в меньшей степени нагружающее двигатель и позволяющее ему работать на более высоких оборотах.

Получается, что механическая характеристика тягового привода отличается тем, что она приближается к осям скорости и момента, принимая вид гиперболы. Статический момент сопротивления привода резко возрастает при снижении скорости и столь же резко падает по мере разгона.

Фактически на больших скоростях сопротивление практически отсутствует: упомянутый вагон бежит сам, даже если его двигатели совсем отключить от сети. В теории тягового электропривода такое движение называют «свободным выбегом».

Тяговый электропривод коробкой переменных передач не оснащают. Причина заключается в том, что существует электрические двигатели практически идеально подходящие по своим характеристикам для работы в составе тягового привода. Речь идет о двигателях постоянного тока смешанного и последовательного возбуждения.

Как следует из названия, особенность этих двигателей состоит в том, что как минимум часть обмотки их возбуждения включается в цепь последовательно с обмоткой якоря. Из теории электрических машин известно, что на больших оборотах постоянные двигатели потребляют меньший ток в якорной цепи.

Это приводит к уменьшению момента на валу двигателя. И если для двигателей параллельного и независимого возбуждения есть просто пропорциональная зависимость между оборотами и моментом, то у двигателей последовательного и смешанного возбуждения все несколько сложнее.

Ведь ток якоря для этих двигателей одновременно является и током возбуждения – цепь-то одна, и деться просто некуда. Соответственно, при снижении тока в якорной цепи, снижается и ток возбуждения. А уменьшение тока возбуждения тоже со своей стороны ведет к возрастанию скорости двигателя и снижению момента. Теоретическое обоснование этому факту можно найти в любом учебнике по электрическим машинам.

Таким образом, при возрастании скорости двигателей последовательного и смешанного возбуждения происходит уменьшение их момента сразу по двум причинам: возрастание сопротивления якорной цепи и снижение тока в обмотке возбуждения. И, конечно, зависимость между моментом двигателя и его скоростью получается уже не пропорциональной.

Характеристика теряет свою жесткость и приобретает вид, свойственный тяговому электроприводу: очень большой момент при малых скоростях и практически отсутствующий момент на скоростях больших.

Именно поэтому для тягового электропривода и применяются двигатели постоянного тока смешанного и последовательного возбуждения. Разница же между ними заключается в том, что характеристика двигателя последовательного возбуждения не имеет пересечения с вертикальной осью скорости при нулевом моменте.

Поэтому, двигатель последовательного возбуждения категорически нельзя запускать без нагрузки: он разгонится до очень большой скорости («пойдет вразнос»), и скорость эта приведет к механическим разрушениям. У двигателей же смешанного возбуждения есть предельная скорость холостого хода и для них пуск без нагрузки не так страшен.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector