К вопросу компьютерного моделирования электропривода кольцевых прядильных машин

УДК 677.052; 681.1

К ВОПРОСУ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА КОЛЬЦЕВЫХ ПРЯДИЛЬНЫХ МАШИН

И.Р. Каримов

Проведен анализ режимов работы электропривода кольцевых прядильных машин, выявлены недостатки разомкнутых систем управления и поставлены задачи для оптимизации работы электропривода кольцепрядильных машин. Выполнено компьютерное моделирование для разомкнутой и замкнутой систем управления электропривода кольцепрядильных машин.

Ключевые слова: кольцевая прядильная машина, асинхронный двигатель, электропривод, автоматизация, частотный преобразователь, компьютерное моделирование.

Сегодня невозможно представить электропривод без датчиков, автоматических регуляторов, управляемых преобразователей и других элементов, которые позволяют достичь больших диапазонов регулирования параметров электроприводов различных машин и механизмов. Такие системы управления электроприводов обычно имеют две или более внешних контуров выполненных с обратными связями по скорости, току, напряжению и т.д. Обратная связь дает возможность взаимосвязи между входом и выходом системы управления электропривода, что необходимо для достижения автоматизации электропривода. Обратные связи выполняются на основе различных датчиков параметров [1]. В данной работе объектом исследования была принята кольцевая прядильная машина серии П-114-Ш, которая установлена на «Текстильном комбинате» г. Худжанд, Республика Таджикистан. Цель работы заключалась в исследовании путей и способов автоматизации электропривода кольцевой прядильной машины серии П-114-Ш и оптимизации работы машины в целом.

К основным путям оптимизации режимов работы кольцевых прядильных машин можно отнести следующие [1, 5]:

- введение микропроцессорных систем управления;

- увеличение автоматизации процессов производства;

- автоматический контроль и регулирование рабочих параметров электропривода прядильных машин.

Из вышеуказанных путей оптимизации был принят для исследования последний способ, т.е., автоматический контроль и регулирование рабочих параметров электропривода. На рис. 1 приведена электрическая принципиальная схема управления электропривода кольцевой прядильной машины серии П-114-Ш [5].

Рис. 1. Принципиальная схема управления электроприводом кольцевой прядильной машины серии П-114-Ш

На схеме, приведённой на рис. 1, видно, что система управления электропривода выполнена на основе релейно-контакторной системы управления. Релейно-контакторная система управления электропривода является весьма надежной системой с простой схемой и доступными элементами, но имеет ряд недостатков, например:

- большой габарит элементов системы управления;

- невозможность выполнять сложные функции управления;

- невозможность автоматизации управления и контроля параметров электропривода с большой точностью.

В кольцевой прядильной машине серии П-114-Ш установлены два электродвигателя, М1 и М2 (рис. 1). Электродвигатель М1 служит для привода вентилятора мычкоуловителя, а двигатель М2 служит главным приводом машины. В качестве электродвигателей использовались асинхронные машины серии АО2-32-2 с мощностью 4 кВт, 2940 об/мин и АОТ2-61-4 с мощностью 10 кВт, 1460 об/мин. Надо отметить, что серии АО2, АОТ2 асинхронных двигателей начали выпускаться в конце 50-х годов прошлого века и сейчас эти серии давно сняты с производства.

Главной проблемой данного типа машин, т.е. кольцепрядильной машины серии П-114-Ш, считаются тяжелые пусковые переходные процессы, которые крайне нежелательны для пуска прядильных машин. Дело

374

в том, что при пуске машины наблюдается наибольшая обрывность, связанная с быстрым или медленным пуском. Поэтому плавный и оптимальный пуск машины играет основную роль для качества выпускаемой продукции кольцепрядильной машины серии П-114-Ш.

С целью осуществления оптимизации и автоматизации режимов работы электропривода кольцепрядильной машины решались следующие задачи:

- введение замкнутой системы управления электропривода;

- устранение негативных пусковых переходных процессов асинхронного двигателя;

- компьютерное моделирование объекта;

- исследование поставленных задач на компьютерной модели.

Для решения первой задачи т.е. введения замкнутой системы

управления, во-первых, необходимо выбрать управляемый преобразователь переменного тока и на базе этого затем подобрать другие элементы системы. По причине того, что в кольцепрядильной машине серии П-114-Ш установлены два асинхронных двигателя, выбор системы управления выпал на систему «преобразователь частоты - асинхронный двигатель» («ПЧ-АД») [4]. Данная система в электроприводах используется достаточно времени и эффективность данной системы уже не раз доказана на практике. На рис. 2 приведена каскадная схема управления ПЧ с двумя электродвигателями, которая позволяет в данном случае управлять двигателями вентилятора М1 и главного привода машины М2 одновременно.

Рис. 2. Схема каскадного управления двумя электродвигателями

с преобразователем частоты

375

Сегодня с развитием силовой электроники выпускаются разнообразные преобразователи частоты - от простых до сложных с микропроцессорной системой управления и контроля. В ходе исследования выполнен обзор преобразователей частоты российских и зарубежных компаний, в результате чего были выявлены общие преимущества:

- высокая точность регулирования скорости;

- экономия электроэнергии;

- стабилизация частоты вращения при изменении нагрузки;

- плавный пуск двигателя;

- возможность удалённого мониторинга привода;

- возможность подключаться напрямую к датчику регулируемой величины.

Компьютерное моделирование электропривода проводилось на базе программы MATLAB/Simulink [2]. Данная программа очень известна и широко используется для моделирования электротехнических объектов и оборудований. Для моделирования электропривода кольцепрядильной машины взяли асинхронный двигатель главного привода машины. Компьютерная модель для исследования пуска асинхронного двигателя при прямом пуске приведена на рис. 2, и на рис. 3 изображены элементы Subsystem. Эта модель и модель для исследования замкнутой системы электропривода были взяты из меню Help программы MATLAB, где любой желающий может ознакомиться с данными моделями [3, 4].

Рис. 3. Компьютерная модель для исследования прямого пуска

асинхронного двигателя

Рис. 4. Компьютерная модель элементов Subsystem

Результаты моделирования прямого пуска изображены на рис. 5 и 6, а модель замкнутого электропривода приведена на рис. 7.

Рис. 5. Графики переходных процессов электромагнитного момента и скорости асинхронного двигателя при прямом пуске

Рис. 6. Графики переходных процессов тока ротора и статора

377

а д

©

в и

рп

©

рт

к

е

л ©

г ©

ун к

яи

н а в

©

д е

лс с и

ялд д

ь

ле д

©

яа н

ре т

а

ь п

I

к .с

сиР

Результаты моделирования замкнутого частотного электропривода приведены на рис. 8 [3, 4].

Рис. 8. Графики переходных процессов токов статора, угловой скорости и момента асинхронного двигателя при замкнутой системе

Результаты моделирования показали, что при прямом пуске электромагнитный момент асинхронного двигателя увеличивается скачком и изменяется знакопеременным значением (см. рис. 5), что приводит к неустойчивой работе двигателя при пуске и вибрации в машине в целом. При пуске с частотным преобразователем и замкнутой системе управления выявлено, что знакопеременные значения электромагнитного момента устранены, и максимальное значение пускового момента находится строго в области ограничения (рис. 8). Пусковые токи статора машины тоже при пуске плавно изменяются, что приводит к увеличению технического ресурса токопроводящих частей электрооборудования.

Безусловно, замкнутая система «преобразователь - двигатель» решает также сложные задачи, как автоматическое управление скорости двигателя, программное управление, обработка сигналов с высокой точностью и т.д. Введение обратных связей в систему расширяет диапазон регулирования, повышает его плавность, улучшает статистические и динамические свойства системы, повышает точность отработки сигналов задания, а также устойчивость и быстродействие системы электропривода.

379

Список литературы

1. Авроров В.А., Кившенко А.М. Автоматизация кольцевых прядильных машин. М.: Легпромбытиздат, 1986. 104 с.

2. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в Matlab 6,0: учеб. пособие. СПб.: КОРОНА принт, 2001. 320 с.

3. Дадабаев Ш.Т. Исследования перспективы внедрения регулируемых электроприводов в насосных агрегатах большой мощности. // Энергетик. 2015. № 7. С. 31-33.

4. Дадабаев Ш.Т., Ларионов В.Н. Исследования применения энергоэффективных способов управления в электроприводах с вентиляторной нагрузкой // Вестник Таджикского технического университета. 2014. №4(28). С. 56-59.

5. Ланген А.М., Красник В.В. Электрооборудование предприятий текстильной промышленности: учебник для вузов. М.: Легпромбытиздат, 1991. 320 с.

Каримов Ибодкул Рахимкулович, докторант, karimov. ibodkul@,mail. ru, Республика Таджикистан, Худжанде, Худжандский политехнический институт Таджикского технического университета им. академика М.С. Осими

TO THE QUESTION OF COMPUTER MODELING OF THE ELECTRIC DRIVE OF THE RING SPINNING MACHINES

I.R. Karimov

The analysis of the operation modes of the electric drive of the ring spinning machines has been carried out, the shortcomings of the open control systems have been revealed, and problems have been set for optimizing the operation of the electric drive of the ring spinning machines. computer simulation for open and closed control system of electro-drive of the ring spinning machines was carried out.

Key words: ring spinning machine, asynchronous motor, electric drive, automation, frequency converter, computer simulation.

Karimov Ibodkul Rakhimkulovich, doctoral candidate, karimov. ibodkul@,mail. ru, Republic of Tajikistan, Hudzhand, Hudzhandsy Polytechnical Institute of the Tajik Technical University named after academician M.S. Osimi