Авторы:
А.В. Чермалых, к.т.н., доц., И.Я. Майданский, инж.,
И.С. Воробьева, студ.
Источник:
Национальный технический университет Украины КПИ
,
г. Киев, пр. Победы, 37, 03057, г. Киев, Украина
E-mail: ivanmaidansky@gmail.com
А.В. Чермалых, к.т.н., доц., И.Я. Майданский, инж., И.С. Воробьева, студ. – Выбор рациональной системы электропривода шахтных подъемных установок с помощью имитационных моделей Приводится сравнительный анализ результатов исследования режимов работы подъемной установки с помощью имитационных моделей двух наиболее применяемых систем: тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока и преобразователь частоты – синхронный двигатель. Оценены динамические показатели и получены энергетические характеристики на основе компьютерного моделирования рабочего цикла шахтной подъемной установки. Даны рекомендации по выбору одной из систем в качестве рациональной.
Ключевые слова: имитационное моделирование, скоростные диаграммы, ПИД-регулятор скорости. .
Введение. На сегодняшний день как в научных изданиях, так и на сайтах фирм-производителей рекомендуются к использованию и предлагаются к внедрению различные системы электропривода для шахтных подъемных установок (ШПУ). При этом каждая из них обладает определенными достоинствами и имеет свои недостатки. В качестве аргументов приводятся такие факторы, как тип и мощность установки, влияние на сеть, динамические характеристики, экономические и энергетические показатели и т.п.
Таким образом, выбор рациональной системы электропривода ШПУ должен основываться на сравнительном многокритериальном анализе оценок технических и экономических возможностей конкретного предприятия.
С учетом технологической особенности работы шахтных подъемных машин для системы электропривода в качестве критериев оценки наиболее актуальными можно считать динамические показатели (точность отработки требуемой скоростной диаграммы за рабочий цикл) и энергетические характеристики (энергосберегающие аспекты).
Одним из способов, который может содействовать в решении вопроса выбора рационального автоматизированного электропривода ШПУ, является применение методов имитационного моделирования конкретной системы привода, что позволяет провести сравнительный анализ и сделать вывод о целесообразности применения того или иного варианта.
Анализ предыдущих исследований. Данная работа посвящена исследованию режимов работы электропривода ШПУ с помощью имитационных моделей. В качестве базовых систем рассмотрены два варианта: на постоянном токе система тиристорный преобразователь – двигатель (ТП-Д) и на переменном токе система частотного регулирования преобразователь частоты – синхронный двигатель (ПЧ-СД).
Выбор таких объектов исследования обусловлен тем, что сегодня на рынке Украины и на территории стран СНГ именно такие системы электропривода в основном предлагаются к применению для ШПУ.
Данный материал является дополнением и продолжением ряда публикаций. Научные статьи посвящены вопросам синтеза имитационных (виртуальных) моделей рассматриваемых систем автоматизированных электроприводов. В работе на примере экскаваторного электропривода изложена методика исследования системы электропривод – механизм в целом.
Цель работы. На основе исследования с помощью имитационных моделей режимов работы и сравнительного анализа электропривода ШПУ на базе систем ТП-Д и ПЧ-СД оценить преимущества и недостатки этих систем и дать рекомендации относительно выбора рациональной системы электропривода в целом.
Материал и результаты исследования. Имитационные модели систем ТП-Д и ПЧ-СД синтезированы в среде MATLAB. Силовой канал реализован с помощью виртуальных блоков специализированного пакета расширения SimPowerSystem, а управляющий и информационный каналы построены на основе блоков основного пакета Simulink.
Силовой канал системы ТП-Д (рис. 1) обеспечивает реверсирование скорости электродвигателя M с помощью двух вентильных групп в цепи якоря (подсистема UM). Задание требуемого напряжения и тока возбуждения двигателя реализует одна вентильная группа (UL). Схемы тиристорных групп – симметричные трехфазные мостовые. Питание преобразователи получают от сети переменного тока AC через токоограничивающие реакторы LFa, LFf.
В цепи якоря система управления содержит блок задания требуемой скоростной диаграммы подъемной установки ER, задатчик интенсивности первого порядка AI-1 и цифровой ПИД-регулятор скорости AR. В системе использована одна отрицательная обратная связь по скорости двигателя с общим коэффициентом передачи Kw. Такая структура в настоящее время занимает доминирующее положение на рынке электротехнической продукции в области систем управления.
В канале цепи управления возбуждением установлен блок задания номинального значения тока возбуждения EIf, использован аналоговый ПИ- регулятор тока возбуждения AAL и реализована отрицательная обратная связь по току возбуждения с коэффициентом передачи Kif.
Рисунок 1 – Имитационная модель электропривода шахтной подъемной установки по системе ТП-Д
Задание активного характера нагрузки, характерного для подъемной установки, обеспечивается с помощью подсистемы EMc.
Рисунок 2 – Имитационная модель электропривода шахтной подъемной установки по системе ПЧ-СД
Канал управления реализован аналогично системе ТП-Д.
Выводы. Результаты исследования показывают, что обе системы обеспечивают примерно одинаковые динамические показатели при отработке требуемой скоростной диаграммы ШПУ, однако с точки зрения энергетических характеристик система ПЧ-СД оказывается предпочтительнее системы ТП-Д.