2017 INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE November 2017, GABROVO МОДЕЛИРАНЕ ПУСКАНЕТО И СПИРАНЕТО НА ЕЛЕКТРОТЕЛФЕР С ПОСЛЕДОВАТЕЛНО ВКЛЮЧЕНА ЕЛЕК

Препис

1 217 INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE Novemer 217, GABROVO МОДЕЛИРАНЕ ПУСКАНЕТО И СПИРАНЕТО НА ЕЛЕКТРОТЕЛФЕР С ПОСЛЕДОВАТЕЛНО ВКЛЮЧЕНА ЕЛЕКТРОМАГНИТНА СПИРАЧКА В ЕДНА ОТ ФАЗИТЕ НА АД MODELING STARTING AND STOPPING AN ELECTRIC THROTTLE WITH SEQUENTIALLY INCORPORATED ELECTROMAGNETIC BRAKE IN ONE OF THE PHASES Eng. Iwaylo Stefanov Genchev Technical University of Garovo Eng. Iwaylo Raychev Belowski Technical University of Garovo Eng. Kazolis Dimitris Teoosios Technical University of Garovo Astract: Paper eals with mathematical moel evelope of lifting mechanism consisting of inction motor, freqency reglator, electromagnetic rake connecte to one phase of inction motor, electronic loa limiter. Keywors: inction motor, freqency reglator, electromagnetic rake. ВЪВЕДЕНИЕ Честотните задвижвания заемат все по-голямо място в крановете и електротелферите. Използват се трите метода за управление; U/f регулиране, векторно управление и пряко управление на момента. Предложено е последователно включване на бобината на ирачката в една от фазите на АД с което се увеличава бързодействието и. Използването на честотно регулиране на скоростта позволява плавно и ефективно да се регулира тя, като се създава съответния въртящ момент и сила за задържане на ирачката. Двигателите, задвижващи подемни машини, се проектират с по-голяма кратност на пусковия момент. Това води до необходимост от повишено съпротивление на роторната клетка. По тази причина статорният ток на празен ход не се отличава от номиналния в същата степен както при двигателите с общо предназначение. Последователното включване на ирачката през еднофазен мостов изправител предизвиква определена несиметрия на трифазното захранващо двигателя напрежение. Това влошава в определена степен характеристиките на задвижването, поради създаваното от несиметрията обратно поле. На фиг. 1 е дадена схемата на изследваното електрозадвижване при пускане и иране на електротелфер. Преобразователят на честота се състои от неуправляем изправител, преобразовател на постоянен ток и IGBT инвертор. Използвана е електромагнитна ирачка, чиято бобина е включена последователно в една от статорните намотки на асинхронния двигател. Асинхронният двигател е тип DM ; n285 об/мин;u 3x4 V; I11A; cosϕ,83; със следните параметри: U DC 6V;R s,1485ω;l s,327h; R r,9295ω; L r,327h; L m,146h Международна научна конференция УНИТЕХ 17 Габрово I-287

2 Фиг.1.Схема на електрозадвижване на подемен механизъм на въжен електротелфер ИЗЛОЖЕНИЕ Моделирането на режимите на пускане и иране на асинхронно задвижване позволява, да се получат характеристиките на преходните режими, с помощта на които могат да се изберат методът, алгоритъмът на управление и техническата реализация на контролера, осъществяващ ирането. С помощта на математическо моделиране се изследват режимите на иране на асинхронно задвижване чрез електромагнитна ирачка, захранването на която е включено последователно в една от фазите на АД. Математическият модел е съставен с помощта на безитеративен метод за изчисление на електромеханични процеси в електроенергийни системи (ЕЕС)[2,3,5]. Елементите на електрозадвижването; двигател, преобразователите, електромагнитната ирачка се записват в каноничната форма на Коши по отношение на токовете им. С помощта на уравненията на връзките между тях се изчисляват напреженията във възлите на изследваната система. При това се изключват производните на токовете и по този начин се получава безитеративен алгоритъм за изчисление. Математически модел на електромагнитната ирачка Едни от най-използваните електромагнитни ирачки са с използване на вихрови токове за създаване на ирачен момент. Използват се и електромагнитни ирачки, дискови ирачки, магнито-прахови ирачки, пиезо-електрически ирачки [2,4]. Описани са характеристиките им, използването и управлението им [1,2,3]. Електромагнитите са сложни електромеханични системи, поведението на които зависи от взаимодействието на магнитните и електрическите полета и от механичните въздействия. Силите могат да се получат от електромагнитното поле чрез следните методи: метода на Максуел (Maxwell stress tensor metho); метода на виртуална работа (the virtal work metho); метода на еквивалентните източници. Въздействието на магнитните сили- f v в дадено пространство - v Σ може да се ограничи до система на еквивалентно действие върху повърхност- Σ, която ограничава разглежданото пространство. Тогава резултантната сила ще бъде: F VΣ fv V TnA ; (1) Σ където: T n - тензор на въздействие на Максуел. След съответните преобразования за висока магнитна проницаемост може да се получи опростен израз за електромагнитната сила: N.I.A F µ. ; (2) 2 2 δ където: µ - магнитна проницаемост на междината; δ - въздушна междина на електромагнита; N - брой на навивките на бобината; I - ток на бобината; A - магнитна изолация. От (2) следва, че: електромагнитната сила е право пропорционална на напречното сечение на магнитопровода; силата е об- I-288 Международна научна конференция УНИТЕХ 17 Габрово

3 ратно пропорционална на квадрата на дължината на въздушната междина, т.е. необходимо е тя да бъде минимална; има сила на привличане между двете магнитни части (неподвижната и подвижната), като статичен режим е възможен само при минимална стойност на магнитната енергия. Движещите се маси на механичната система включват: задвижване на котва; частите на пружината. За опростяване на модела тези части се представят като сумарна маса - m. Пружините предварително са натегнати по време на движение на котвата. Намотката ще генерира магнитна 1 сила - F mag при подаване на захранване на намотката. Движението на котвата ще индуцира демпфираща сила на триене - k s.z / t. Тогава диференциалното уравнение, описващо механичната подсистема, ще има следния вид: 2 1 m. z F mag 2ks.z k. z sign z. F (3) 2 f t t t където: z - позиция на котвата на ирачката; 2 k s. z - комбинирана сила на пружината; ks -константа на пружината; k - демпфиращ коефициент; F f - триене на Кулон. Потокосцеплението на намотката на пружината зависи от протичащия ток и от положението на котвата на ирачката: ψ l. i + i. x. l l. i + v.i. l (4) t t t x t x където: l - индуктивност на намотката на ирачката; v - скорост на преместване на котвата. Тогава напрежението на намотката на ирачката ще бъде: U r.i + l. i + v.i. l (5) t x Магнитната сила, възникваща между намотката на ирачка и котвата, индуктивността -l и потокосцеплението - ψ могат да бъдат представени като функция на тока- i и преместването x. Изчисляването на магнитната сила може да се получи чрез мощността на ирач-ката: W i( t ) i( ) ψ ( i,x) t (6) Индуктивността се изчислява чрез: N. φ ψ l (7) i i Магнитната сила може да се изчисли чрез мощността на магнитното поле: F (8) x ( i,x) W Фиг.2.Насищане на магнитната система Работният участък на ирачката се избира в линейната част на магнитната система, но в модела се използва цялата характеристика (фиг. 2), обхващаща и насищането. При включване на ирачката и преместване на котвата й на разстояние- x вкл и се освобождава пружините, притискайки диска на ирачката. При включване на електротелфера магнитната сила на намотката на ирачката притегля котвата и освобождава завъртането на вала на двигателя. Връзка на електромагнитната ирачка с електрозадвижването. Диодният изправител представлява еднофазен изправител, включен последователно във фаза А, а на постоянно токовата страна е включена намотката на електромагнитната ирачка. Един от начините за включване на ирачката последователно във фаза А е добавянето на съпротивлението на бобината на ирачката в първото уравнение на система (1), описваща двигателя. Тогава сумарното съпро-тивление на фаза А ще бъде: Международна научна конференция УНИТЕХ 17 Габрово I-289

4 r + a rs r ; l a ls + l ; където: r, l - активно и индуктивно съпротивление на бобината на ирачката. Тогава е необходимо да се изчислят от- ново коефициентите - a 11, a 12, a 13, a 14 и 11 в първото уравнение на (8). Токът през намотката на ирачката ще се изчисли чрез обратното преобразуване на Парк на тока на двигателя. Тоест токът на намотката на ирачката е: i i i.cosθ i. sinθ. (1) a k q В (1) абсолютните стойности показват, че фазният ток се изправя от изправителя на ирачката. Напрежението на намотката на ирачката: r.i + l. i (11) t k В дискретните моменти от време това напрежение се изчислява чрез крайни разлики между две стъпки на численото интегриране. Тоест в момент от време t +1 напрежението на ирачката ще се изчисли с помощта на съотношението: t+ 1 t+ 1 t+ 1 r.i + l. i t ( ) i (12) Друг начин за моделиране на процесите в ирачката е, ирачката да се представи Фиг. 3. Блок схема: инвертор-ирачка-двигател като трифазно съпротивление (фиг.3), за което е раведливо уравнението: a a a r ia l. i + c c c i инв дв ир c ир ac ac ac ac ac ac ac U инв U дв U ир R. I + L. I. t След преобразуване на (13) към осите -,q, с помощта на преобразуването на Парк, ще получим: q q q q q q q U инв U дв U R. I + L. I + W.L t q q q q q ( R + W.L ). L + L. I ; t q.. I t q ia i i c ир (13) (14) I-29 Международна научна конференция УНИТЕХ 17 Габрово

5 където: q ac 1 P. P ; R R. q ac 1 P. P ; L L. ωk W ωk ; ωk θ k t ; С помощта на (14) може да се изчисли векторът на напрежението, подавано на статора на асинхронния двигател-u q дв, чрез който се изследва моделът му. Както се вижда от (7), за изчислението на този вектор е необходимо да се изчислят матриците R q и L q, изчислението на които се получава чрез умножение на съответните матрици, съдържащи изчисление на тригонометрични функции ( sin, cosθ ) θ k k на всяка стъпка на численото интегриране, което би увеличило неимоверно времето за изследване. По тази причина се използва първият метод за моделиране процесът в намотката на ирачката. Тъй като по време на движение на котвата на ирачката се изменя нейното индуктивно съпротивление, то следва с променливата й индуктивност да се изчислят отново. Екериментални резултати: UaM [V] time [sec] Фиг. 4. Линейно напрежение на статора на двигателя на фаза А при пускане и иране на електротелфера, при окачен товар Фиг. 6. Напрежения на фазите (A,B,C) на АД при иране с окачен товар Фиг. 5. Ток на фаза А, в която последователно е включена ирачката при пускане и иране Фиг. 7. Линейно напрежение на фазите на статора при пускане и иране на електротелфера, при окачен товар. Международна научна конференция УНИТЕХ 17 Габрово I-291

6 На фиг. 4 е дадено линейното напрежение на фаза А на статора, при пускане и иране на АД. На фиг. 5 е даден токът на фаза А при пускане и иране. На фиг. 6 е дадено напрежението на фазите на АД при пускане и иране. На фиг. 7 са дадени линейните напрежения на фазите при пускане и иране на АД. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Математическият модел е максимално точен, като той описва процесите във всяка една от частите му, позволявайки да се изследват електромагнитните и процеси, с помощта на които може да се изследват всички възможни нормални и аварийни режими на работа. Получените с помощта на модела характеристики и резултати позволяват да се проектира електротелфер с оптимални характеристики. С негова помощ могат да бъдат синтезирани различни методи за управление. Получените резултати от симулиране работата на електротелфера чрез създадения модел показват адекватността и универсалността му. Предложената електромагнитна ирачка създава необходимото пускане и иране на телфера, като създа- ваната от нея несиметрия на захранващото двигателя напрежение не смущава работата му, при окачен товар. ЛИТЕРАТУРА [1].Genchev Y. S., A. Aleksanrov. Mathematical moels of electro-electric rive electromotor. MNC "UNITECH - 216".Garovo. Volme 1. [2]. Genchev Y. Mathematical moel of a serial electromagnetic rake powere y a freqency converter. MNC "UNITECH-216".Garovo. Volme 1. [3] Jagarova Y., J. S. Genchev. Investigation of stopping moes of asynchronos rives with DC injection. Annoncements of the Technical University - Garovo.216. [4]. Djagarov N., Grozev Zh., Bonev M., Djagarova J., Operation Sty of Win Permanent Magnet Synchronos Generator, Proceeings of 12th IEEE International Conference on Environment an Electrical Engineering EEEIC, Wroclaw, Polan, 5-8 May, 213, pp Авторите изказват благодарност на ФНИ-МОН за финансовата подкрепа на изследванията по проект ДН7/18 от I-292 Международна научна конференция УНИТЕХ 17 Габрово