Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

В даний час стан ліфтового господарства потребує значних змін. Требуется підвищення умов в частині безпеки і безперебійної роботи. Також важливим фактором є забезпечення максимального комфорту. Це формує потребу в перегляді і модернізації наявного ліфтового обладнання.

У ліфтах і вантажних підйомниках типи електроприводів вибираються в залежності від швидкості руху, поверховості будівлі і необхідної точності зупинки.

Дана схема побудована за принципом систем з послідовною корекцією і підлеглим регулюванням координат електроприводу. Відповідно до цього принципу регулювання координат електроприводу здійснюється індивідуальним регулятором.

Використання існуючого ліфтового парку має ряд проблем і недоліків. Тривалий термін експлуатації призвів до сильного зносу рухомих частин ліфта. Зокрема електродвигун вже має втомлений знос ізоляція обмоток статора і розбій підшипників. А стирання колодок механічного гальма і сточування зубчастих коліс передач, вже давно торкнулися редуктора лебідки. Весь цей комплекс проблем вимагає надійного і економічного рішення.

1. Актуальність теми

Сучасне місто неможливо уявити без багатоповерхових будинків, а сучасний будинок - без ліфта. Висота будинку тепер безпосередньо впливає на складність ліфтової установки. Зараз до ліфтів починають застосовуватися підвищені вимоги. При збільшенні кількості поверхів, повинна збільшуватися швидкість руху, отже, потрібні плавні розгін і гальмування. Старі технічні засоби, які застосовувалися в будинках середньої поверховості, не можуть забезпечити цього.

Сучасні вимоги також висуваються і до вантажопідйомності. Навантаження на привод електродвигуна повинно змінюватися у великому діапазоні. Але швидкість руху ліфта і прискорення, при розгоні і гальмуванні, повинні залишатися постійними величинами. Тобто ніяк не реагувати на значні зміни навантаження. Чимало важливими є питання економії електроенергії, ремонтних робіт та продовження терміну служби основних вузлів приводу. Дана магістерська робота присвячена вирішенню даних проблем шляхом впровадження частотно-регульованого приводу при часткової або повної модернізації обладнання.

2. Мета і завдання дослідження, плановані результати

Основною метою роботи є поліпшення експлуатаційних і економічних показників шляхом впровадження частотно-регульованого електроприводу.

Основні завдання дослідження:

  1. Підвищення загального рівня безпеки ліфтової установки.
  2. Зниження ймовірності межвиткового короткого замикання за рахунок зниження пускового струму.
  3. Значне зниження ударного навантаження на підшипники за рахунок плавності процесів розгону і гальмування.
  4. Збільшення загального терміну експлуатації рухомих частин за рахунок відсутності ударних і вібраційних явищ.
  5. Використання лебідки, укомплектованої одношвидкісним, а не двошвидкісним електродвигуном.

Об'єкт дослідження: система частотно-регульованого приводу, до складу якої входить перетворювач частоти і ліфтова лебідка, обладнана одношвидкісним асинхронним двигуном.

В рамках магістерської роботи планується отримання актуальних наукових результатів за наступними напрямками:

  1. Досягнення комфортного переміщення кабіни ліфта, за рахунок ефективного контролю крутного моменту і швидкості на вихідному валу електродвигуна.
  2. Зниження витрат на споживану електроенергію за рахунок нівелювання перехідних процесів в момент запуску двигуна.

3. Опис частотно-регульованого приводу

Частотно-регульований привід - являє собою систему управління частотою обертання ротора асинхронного (або синхронного) електродвигуна. Складається з власне електродвигуна і частотного перетворювача.

Частотний перетворювач (або перетворювач частоти) - це пристрій, який складається з випрямляча (моста постійного струму), і інвертора (перетворювача). Випрямляч перетворює змінний струм промислової частоти в постійний, а інвертор перетворює постійний струм в змінний.

Функціональна схема перетворювача частоти, виконаного за схемою джерела напруги

Рисунок 1 – Функціональна схема перетворювача частоти, виконаного за схемою джерела напруги

Вихідні тиристори (GTO) або транзистори IGBT або MOSFET забезпечують необхідний струм для живлення електродвигуна. Для виключення перевантаження перетворювача при великій довжині фідера між перетворювачем і фідером ставлять дроселі, а для зменшення електромагнітних перешкод - EMC-фільтр.

При скалярному управлінні формуються гармонійні струми фаз двигуна. Векторне управління - метод управління синхронними і асинхронними двигунами, не тільки формує гармонійні струми (напруги) фаз, але і забезпечує керування магнітним потоком ротора (моментом на валу двигуна).

3.1 Побудова перетворювач з безпосереднім зв'язком

Частотний перетворювач з безпосереднім зв'язком - пристрій, що являє собою керованих випрямляч. Групи тірісторів по черзі відмікаються системою управління і підключаються статорні обмотки двигуна до мережі живлення. Завдяк цьом, віхідна напруга перетворювач формується з вірізаніх ділянок сінусоїд віхідної напруги. Частота віхідної напруги не може бути рівна, або віща частоти жівільної мережі. Її діапазон ставить від 0 до 30 Гц. З цього виникає малий діапазон управління частоти обертання двигуна. В сучасних частотно-регульованих приводах, з широким діапазоном регулювання технологічних параметрів, такі перетворювачі не застосовуються.

Вартість перетворювача збільшує використання не замикаючих тиристорів, для складних систем управління. У перетворювачах з безпосереднім зв'язком різана синусоїда на виході є джерелом вищих гармонік. Ці гармоніки викликають додаткові втрати в електричному двигуні, перегрів електричної машини, зниження моменту, дуже сильні перешкоди в мережі живлення.

Використання компенсуючих пристроїв, для вирішення цих проблем, призводить до підвищення вартості, габаритів, маси і зниження ККД системи.

3.2 Побудова перетворювача з явно вираженою проміжною ланкою постійного струму

В сучасних частотно-регульованих приводах найбільш широке застосування знаходять перетворювачі з явно вираженим проміжною ланкою постійного струму. В основі використання перетворювача цього класу лежить подвійне перетворення електричної енергії. Спочатку вхідна синусоїдальна напруга випрямляється у випрямлячі і фільтрується фільтром, а потім знову перетворюється інвертором в змінну напругу змінной частоти і амплітуди.

Подвійне перетворення енергії призводить до зниження ККД і до деяких погіршень габаритних показників. Однак перетворювачі, з явно вираженою проміжною ланкою постійного струму, мають найбільш широке застосування в порівнянні з перетворювачами, що використовують безпосередній зв'язок.

4. Векторне управління

Векторне управління - являє собою метод управління синхронними і асинхронними двигунами, не тільки формує гармонійні струми (напруги) фаз (скалярний управління), але і забезпечує управління магнітним потоком ротора. Застосування датчиків положення (швидкості) ротора є обов'язковим для перших реалізацій принципу векторного управління і алгоритмів підвищеної точності.

Взаємодія керуючого пристрою з просторовим вектором, який обертається з частотою поля двигуна і являє собою векторне управління.

Обертове магнітне поле

Обертове магнітне поле

4.1 Причини появи

Причина появи векторного управління полягає в тому, що асинхронний двигун з короткозамкненим ротором (АДКЗ) погано піддається регулюванню швидкості. АДКЗ - є наймасовішим і дешевим у виготовленні двигуном. Так само він надійний і не вимогливий в експлуатації. Конструкція АДКЗ дозволяє не використовувати механічні колектори і контактні кільця.

Спочатку асинхронний двигун застосовувався для нерегульованих приводів, а також для приводів з механічним регулюванням. Спеціальні багатошвідкісні АДКЗ лише східчасто дозволяли змінювати швидкість (від двох до п'яти ступенів). Однак така система управління коштувала значно дорожче, оскільки була потрібна станція управління. При всьому цьому було неможливо автоматично підтримувати швидкість двигуна при зміні навантаження.

Пізніше був розроблений метод скалярного управління контролю швидкості двигуна. Однак в перехідних процесах при скалярному регулюванні потокосцепление ротора змінюється, що призводить до зниження темпу зміни електромагнітного моменту, що веде до погіршення характеристики в динаміці. Це відбувається через зміни струмів статора і ротора.

На відміну від АДКЗ, двигун постійного струму (ДПС) легко піддається управлінню. Регулювання може здійснюватися як зміна напруги на якорі, з постійним номінальним потоком збудження, або як зміна напруги на обмотці збудження (ослаблення потоку збудження), з постійною напругою на якорі. Але ДПС має велику вартість, експлуатаційні витрати і меньшу надійність через механічний колектор.

Ідеєю векторного управління було створення такої системи управління АДКЗ, в якій, подібно ДПС можна окремо управляти моментом і магнітним потоком, при цьому підтримується на постійному рівні потокозчеплення ротора і, отже, зміна електромагнітного моменту буде максимальна.

4.2 Математичний апарат

Для СД і АД принцип векторного управління можна сформулювати наступним чином. Спочатку система диференціальних лінійних рівнянь трифазного двигуна перетвориться в систему рівнянь узагальненої двухфазной машини, яка має дві фази (розташовані просторово під 90 ° відносно один одного) на статорі і дві фази на роторі, також взаємно розташованих. Потім усі вектора, описувані цією системою проектуються на довільно обертову ортогональную систему координат, з початком на осі ротора, при цьому найбільша простота рівнянь виходить при обертанні системи координат зі швидкістю поля машини, крім того при такому поданні рівняння вироджуються і стають схожими на рівняння ДПС, проектування всіх векторів на напрямок поля машини відбивається в назві цього методу - орієнтування по полю. Фактично другим етапом формування величин, орієнтованих по полю - це заміна обмоток двухфазной узагальненої машини (дві на статорі і дві на роторі) однією парою взаємно перпендикулярних обмоток, що обертаються синхронно з полем. Крім характеристик, близьких до характеристик ДПС, АДКЗ з орієнтуванням по полю має гранично допустиму швидкодію при управлінні моментом в режимі підтримання сталості потокозчеплення.

Рівняння електромагнітів процесів, записані щодо струмів статора і потокозчеплення ротора в синхронній ортогональній системі координат, орієнтованої по вектору потокозчеплення ротора мають вигляд:

Рівняння електромагнітів процесів

Рисунок 2 – Рівняння електромагнітів процесів

де:

Ls, Lr, Lm — відповідно індуктивність статора, ротора і взаємна; Rs, Rr — відповідно активні опори статора і ротора; Id, Iq — проекції струмів на осі d і q; Tr — постійна часу роторного ланцюга.

При цьому можуть бути два варіанти методу:

  1. Орієнтування по полю ротора.
  2. Орієнтування по полю головного потокозчеплення.

Запитка АД і СД в режимі векторного управління здійснюється від інвертора, який може забезпечити в будь-який момент часу необхідні амплітуду і кутове положення вектора напруги (або струму) статора. Вимірювання амплітуди і положення вектора потокозчеплення ротора проводиться за допомогою спостерігача (математичний апарат дозволяє відновлювати не вимірювані параметри системи).

4.3 Варіанти режимів роботи векторного управління

Векторне управління має на увазі наявність в ланці управління математичної моделі (далі - ММ) регульованого електродвигуна. Залежно від умов експлуатації електроприводу можна керувати електродвигуном як в режимах зі звичайною точністю, так і в режимах з підвищеною точністю відпрацювання завдання на швидкість або момент.

У зв'язку з вищесказаним представляється можливим провести класифікаційне поділ режимів управління по точності ММ електродвигуна, використовуваної в ланці управління:

  1. Використання ММ без додаткових уточнюючих вимірювань пристроєм управління параметрів електродвигуна (використовуються лише типові дані двигуна, введені користувачем).
  2. Використання ММ з додатковими уточнюючими вимірами пристроєм управління параметрів електродвигуна (тобто активних і реактивних опорів статора / ротора, напруги і струму двигуна).

Залежно від наявності або відсутності датчика зворотного зв'язку по швидкості (датчика швидкості) векторне управління можна розділити на:

  1. Управління двигуном без датчика швидкості - при цьому пристроєм управління використовуються дані ММ двигуна і значення, отримані при вимірюванні струму статора і / або ротора.
  2. Управління двигуном з датчиком швидкості - при цьому пристроєм використовуються не тільки значення, отримані при вимірюванні струму статора і / або ротора електродвигуна (як в попередньому випадку), але і дані про швидкість (положенні) ротора від датчика, що в деяких завданнях управління дозволяє підвищити точності відпрацювання електроприводом завдання швидкості (положення).

Висновки

Впроваджуючи частотно-регульований привід, з одношвидкісним асинхронним двигуном, в ліфтову установку, ми отримуємо ефективний засіб управління рухом кабіни. Це веде до підвищення надійності і терміну служби, і дає такі результати:

  1. Всі механічні конструкції не відчувають зайвих ектродинамічних навантажень, оскільки вся система приводу забезпечує ідеальний S-подібний режим гальмування і розгону.
  2. Двигуни розганяються і гальмують при токах в кілька разів менших, ніж при двохшвидкісному виконанні.
  3. Фактично не зношується гальмівна система. Цьому сприяло те, що гальмівні колодки накладаються на гальмівний диск при частотах обертання електродвигуна, які майже дорівнюють нулю.
  4. Переміщення кабіни плавне, без різких поштовх і зупинок, що забезпечує безпеку і точність руху.
  5. У частотно-регульованому приводі, двигуни забезпечують задані моменти при будь-якій швидкості.
  6. Завантаження кабіни не впливає на комфорт при русі.
  7. Зупинка регулюється не гальмом, а зміною частоти і напруги.

Модернізація ліфтової установки на основі використання частотно-регульованого приводу - є відмінним способом підвищення якості функціонування всієї ліфтової установки.

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: червень 2018 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після вказаної дати.

Перелік посилань

  1. Требования, предъявляемые к лифтовым системам: http://drives.ru.
  2. Модернизация электроприводов лифтов преобразователями частоты: http://drives.ru.
  3. Частотно-регулируемый привод, принцип действия, структура: http://www.softstarter.ru.
  4. Частотный преобразователь (электропривод): https://ru.wikipedia.org.
  5. Частотные преобразователи: структура, принцип работы: http://www.softstarter.ru.
  6. Векторное управление асинхронными и синхронными двигателями: https://ru.wikipedia.org.
  7. Описание векторного управления: http://engineering-solutions.ru.
  8. Энергосбережение и энергосберегающие технологии: https://www.siemens-pro.ru.