Вернуться в библиотеку

УДК 621.313.333

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В СХЕМЕ ИСПЫТАТЕЛЬНОГО СТЕНДА ДЛЯ ОБКАТКИ ПРИВОДНЫХ БЛОКОВ СКРЕБКОВЫХ КОНВЕЙЕРОВ

Маренич К.Н., Ph.D., к.т.н., доц.; Бурлака А.Н., асс.; Василец С.В., ст.
(Донецкий национальный технический университет, г. Донецк, Украина)

        Тиристорные нагружающие устройства, используемые в настоящее время на Харьковском машиностроительном заводе «Свет шахтера» в схеме стенда для обкатки приводных блоков с кребковых конвейеров, имеют существенный недостаток: длительное повышение токов статора регулируемого двигателя в определенном диапазоне углов отпирания тиристоров приводит к перегреву обмотки статора и периодическим срабатываниям тепловой защиты.

        Задачей данной работы является составление адекватной компьютерной модели испытательного стенда, позволяющей выявить причины и наметить пути устранения недостатков в рассматриваемой электромеханической системе.

        Рассмотрим систему уравнений, характеризующую распределение скоростей в схеме испытательного стенда (рисунок 1) и взаимное влияние моментов на валах АДД (асинхронных двигатель, работающий в двигательном режиме) и АДГ (асинхронный двигатель, работающий в генераторном режиме) , которая имеет вид:

(1)

где — передаточный коэффициент мультипликатора;
      и ; и — углы наклона устойчивой части статической механической характеристики АДД 2 и АДГ 8, гидромуфт 3 и 7 соответственно;
      — совокупные потери в редукторах 4, 5, 6.

Рисунок 1 — Структурная схема испытательного стенда: 1 — тиристорный регулятор напряжения; 2, 8 — асинхронные двигатели, работающие в двигательном и генераторном режимах соответственно; 3,7 — гидромуфты; 4,6 — редукторы с равными передаточными коэффициентами; 5 — мультипликатор

        Пренебрегая потерями в редукторах:

,

(2)

полагая одинаковым и постоянным заполнение гидромуфт:

,

(3)

из системы (1) получим выражение, определяющее рабочую точку на механической характеристике АДД при «прямом» включении стенда (отсутствие регулирования при помощи тиристорного регулятора напряжения (ТРН), т.е. к статору АДД приложено номинальное напряжение) в функции от величины заполнения гидромуфт :

.

(4)

        При установке ТРН в цепь АДД претерпевает изменение угол наклона устойчивой части механической характеристики последнего [1]:

,

(5)

где — потеря скорости двигателя, соответствующая критическому скольжению;
      — критический момент АДД при номинальном питающем напряжении;
      — угол наклона устойчивой части естественной механической характеристики АДД;
      — относительное значение напряжения на статоре АДД.

        В тоже время АДГ работает на естественной характеристике:

,

(6)

        С учетом (5) и (6) выражение (4) примет вид:

,

(7)

        Объединяя (7) с выражением для отыскания момента АДГ, имеем:

,

(8)

        Система (8) описывает нагружение АДД и АДГ в функции величины напряжения на АДД, которая задается коэффициентом , и может быть описана выражением:

,

(9)

        На рисунке 2,а выражение (9) представлено в виде структурной схемы, составленной из функциональных блоков, а на рисунке 2,б - в виде единого структурного элемента.

Рисунок 2 — Структурная схема системы уравнений, описывающей нагружение АДД и АДГ в функции относительного значения напряжения на АДД: а — составленная из Simulink-блоков; б — в виде единого элемента

        Общий вид зависимости моментов на валах АДД и АДГ от величины , полученных по выражению (9), представлен на рисунке 3. Из графиков следует, что с уменьшением относительного значения напряжения на выходе ТРН, установленного в цепи АДД, моменты на валах машин уменьшаются, что обеспечивает плавность регулирования нагружения обкатываемых приводных блоков.

Рисунок 3 — Зависимости моментов АДД и АДГ от относительного значения напряжения на выходе ТРН

        Структурная схема испытательного стенда, пригодная для построения компьютерной модели с использованием расширения Simulink системы MATLAB, где механическая связь роторов через систему редукторов и гидромуфт заменена функциональным блоком, реализующим зависимость (9), представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 — Структурная схема испытательного стенда — основа Simulink-модели: I — источник трехфазной симметричной системы напряжений; II — тиристорный регулятор напряжения (ТРН); III — измеритель среднего действующего значения напряжения на выходе ТРН; IV,VII — АДД и АДГ соответственно; V — блок, вычисляющий относительное значение выходного напряжения ТРН; VI — блок, реализующий зависимость (9)

        Simulink-модель рассматриваемой системы, собранная из S- и SPS-блоков [2,3], приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 — Simulink-модель испытательного стенда для обкатки редукторов с ТРН в цепи АДД

        В результате проведения опытов с помощью разработанной компьютерной модели (в качестве АДД и АДГ были приняты двигатели типа 2ЭДКОФ-250LB4 мощностью 110 кВт) были получены следующие зависимости:

        1) — регулировочная характеристика ТРН (рисунок 6), отражает зависимость относительного значения выходного напряжения регулятора от угла отпирания тиристоров, аналитически может быть описана выражением:

(10)

где — некоторая нелинейная убывающая функция;
— угол сдвига фаз нагрузки.

        2) (рисунок 7,а) и (рисунок 7,б) — зависимости относительного значения тока статора АДД и АДГ от относительного значения выходного напряжения ТРН () и угла отпирания тиристоров (). На диаграммах наблюдается недопустимое превышение фактическим током в статоре АДД номинального — более, чем в три раза.

        Таким образом, была разработана компьютерная модель, позволяющая: имитировать различные режимы работы испытательного стенда для обкатки приводных блоков скребковых конвейеров; осциллографировать мгновенные значения интересующих величин с целью последующего анализа; испытывать различные технические решения по устранению указанных выше недостатков существующей системы. Полученные в результате проведенного моделирования зависимости адекватно отражают общую картину процессов, протекающих в реально функционирующей на сегодняшний день системе.

1. Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод: Учебник для вузов. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 416 с.: ил.
2. Черных И.В. SIMULINK: среда создания инженерных приложений / Под общ. ред. к.т.н. В.Г. Потемкина. — М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2003. — 496 с.
3. Дьяконов В., Круглов В. MATLAB. Анализ, идентификация и моделирование систем. Специальный справочник. — СПб.: Питер, 2002. — 448 с.: ил.