Доповідь для міжнародної науково-технічної конференції студентів та аспірантів "Автоматизація: пошук молодих". Донецьк, ДонНТУ, 2006р.

К АНАЛИЗУ МНОГОМАССОВОЙ ЭМС С АСИНХРОННЫМ ПРИВОДОМ ПО СИСТЕМЕ ТПЧ-АД

Хоменко В.Н., Борисенко В.Ф. (ДонНТУ, г. Донецк, Украина)

В качестве наиболее типовой, применяемой при исследовании динамики ЭМС, нами принята трехмассовая расчетная схема (рис. 1). В качестве первой массы рассматривается приводной асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором краново-металлургической серии MTK (Р_Н = 5 кВт, n = 1000 об/мин). Питание двигателя осуществляется от преобразователя частоты, реализующего стандартный закон управления – U/f = const.

Рисунок 1 - Схема трехмассовой системы

Выбор соотношений расчетных масс базировался на основании положения о минимуме нагрузок в упругих элементах системы, из которого следует, что частоты собственных колебаний последовательных пар звеньев должны находится в следующей зависимости:

Omega₂₃=2*Omega₁₂; Omega₃₄=2*Omega₂₃.

Приведенный зазор в системе dFi не является постоянным, а возрастает с течением времени в зависимости от условий эксплуатации и характера нагружений. Прогрессирующий зазор приводит к росту динамических нагрузок в элементах ЭМС и, как следствие, к сокращению расчётной длительности эксплуатации механизма.

Прохождение зазора на малой частоте вращения приводит к снижению динамических нагрузок привода и повышению эксплуатационной надежности в целом.

Очевидно, что ограничение скорости первой массы при окончании выбора зазора позволит снизить величины упругого момента, что косвенно можно оценить по величине механической энергии, запасённой первой массой к моменту окончания выбора зазоров:

W_кин1 = (J₁*(w_1нач)²)/2, дж.

Исследование поведения системы в динамике выполним на базе программного пакета “MatLab Simulink” с учётом электромагнитных явлений в приводном асинхронном двигателе. Результаты моделирования режима прямого пуска системы приведены на рис. 2.

Рисунок 2 - Пуск системы без плавного выбора зазора в передаче

Как видно из рис. 2, упругие моменты M_12max и M_23max существенно превосходят номинальный момент двигателя, причем колебания M₁₂ и M₂₃ закономерны, что приводит к «раскрытию» зазора и знакопеременным нагрузкам в элементах кинематической цепи. Такие нагрузки способствуют накоплению усталостных деформаций в элементах редуктора (зубьях, валах, подшипниках), муфтах и т.д., особенно это опасно при частых пусках и изменениях направления вращения. Для нашего случая (рис. 2) скорость окончания выбора зазора составляет w_1нач=0.18(18.85c^-1) , что является довольно большим значением.

Введем на вход системы ТПЧ-АД задатчик интенсивности (ЗИ), обеспечивающий линейный закон изменения U_з во времени (при этом отношение U/f не меняется).

Длительность пуска системы для этого случая возросла, практически, в два раза (рис. 3).

Величины M_12max и M_23max уменьшились более, чем в два раза, а w1нач составила 0,045 (4.71c^-1).

Дальнейшее снижение темпа нарастания задающего напряжения U_з (рис. 4) приводит к снижению M_12max и M_23max и более высокой плавности приложения движущего момента к системе.

Рисунок 3 - Пуск системы при плавном выборе зазора в передаче и линейным ЗИ на входе системы ТПЧ-АД

Рисунок 4 - Пуск системы при плавном выборе зазора в передаче и нелинейным ЗИ на входе системы ТПЧ-АД

Величина w_1нач продолжает уменьшатся и для второго случая U_з(t) составила 0,032 (3.35c^-1).

Изменение начальных скоростей соударения:

w_{1нач_р1} = 4.71 c^-1 ; w_{1нач_р2} = 3.35 c^-1.

Их отношение составляет:

w_{1нач_р1}/w_{1нач_р2} = 1.405.

Запасенная кинетическая энергия, для времени разгона t_p1 :

W_кин1 = (0.068*(4.71)²)/2 = 0.75 дж.

для времени разгона t_p2 :

W_кин2 = (0.068*(3.35)²)/2 = 0.38 дж.

Соотношение:

W_кин1/W_кин2 = 1.973.

Как видно, снижение начальной скорости соударения на 40% приводит к уменьшению запасенной кинетической энергии почти в 2 раза.

В обоих случаях частотного пуска в системе не наблюдается раскрытие зазора, моменты и не меняют знак.

Характер изменения движущего момента М для рассмотренных случаев представлен на рис. 5.

Рисунок 5 - Динамические характеристики при разгоне привода

Очевидно, что имея конкретные требования со стороны производственного механизма, можно сформировать желаемую тахограмму его движения и ограничить начальную скорость соударения w_1нач.