Исследование влияния оборотных пульсаций напряжения тахогенератора на дополнительные потери мощности в электроприводе

даны, поскольку позволяют создавать и использовать объектно-ориентированные реакторы минимальной стоимости для безударного пуска высоковольтных асинхронных электроприводов.

Список литературы

1. Вечеркин, М.В., Сарваров, A.C. Исследование способов регулирования производительности вентиляторной станции ЛПЦ-10 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2006. №4. - С. 63-67.

2. Вечеркин, М.В., Макаров, A.B., Славгородская, Е.В., Макарче-ва Е.В. Физика и физические методы неразрушающего контроля: образование, теория, практика: сб. науч. тр. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2013. - С. 75-82.

3. Вечеркин, М.В., Славгородская, Е.В., Славгородский, В.Б., Сарваров, И. А. Моделирование пусковых процессов асинхронных двигателей при использовании тиристорных регуляторов напряжения, реакторов, автотрансформаторов и трансформаторно-тиристорных пусковых устройств. Труды VII Международной (VII Всероссийской) научно-технической конференции по автоматизированному электроприводу: ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина». - Иваново, 2012. - С. 350-355.

4. Соколов, М.М., Петров, Л.П., Масандилов, Л.Б., Ладензон, В.А. Электромагнитные переходные процессы в асинхронном электроприводе. М.: «Энергия», 1967.

УДК 62-63:681.51

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОБОРОТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ НАПРЯЖЕНИЯ ТАХОГЕНЕРАТОРА НА ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПОТЕРИ МОЩНОСТИ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ Ю.В. Мерзляков, Г.Г. Толмачев

ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Россия, г. Магнитогорск profkom-mgtu-mgn@mail.ru, gen-tolm@mgn.ru

Аннотация

В статье представлены результаты исследований влияния оборотных пульсаций напряжения тахогенератора на дополнительные потери мощности в электроприводе. Установлено, что двойная амплитуда

пульсаций до 2 % вызывает дополнительные потери до 33 % от номинальной мощности двигателя.

Ключевые слова: оборотные пульсации, тахогенератор, дополнительные потери мощности, электропривод, ток якоря, амплитуда колебаний, частота вращения, система регулирования.

RESEARCH OF TACHOGENERATOR ROTATION FLICKER VOLTAGE INFLUENCE ON ADDITIONAL POWER LOSSES IN ELECTRIC DRIVE

Yu.V. Merzlyaov, G.G. Tolmachov

Nosov Magnitogorsk State Technical University

Russia, Magnitogorsk profkom-mgtu-mgn@mail.ru, gen-tolm@mgn.ru

Abstract

In Article the Results of Tachogenerator Rotation Flicker Voltage Influence on Additional Power Losses in Electric Drive are given. It is determined that Double Magnitude of Tachogenerator Rotation. Flicker Voltage up to 2% makes Additional Losses up to 33% of Motor Nominal Power.

Key words: Tachogenerator Rotation Flicker Voltage, Additional Power Losses, Electric Drive, Current of the Armature, Magnitude Flicker, Frequency Rotation, Regulation Control System of the Speed.

В настоящее время в качестве датчиков скорости электродвигателей в металлургии наибольшее распространение получили прецизионные тахогенераторы постоянного и переменного тока, импульсные фотоэлектрические и индукционные датчики скорости (ДС), которые выполняются в виде автономных устройств. Неточность изготовления самих датчиков и узлов механического сочленения с валом двигателя вызывает погрешность в измерении скорости [1]. Высокочастотные пульсации в выходном сигнале ДС не оказывают заметного влияния на работу электропривода, так как по отношению к этим пульсациям САР скорости является фильтром нижних частот. Для электроприводов в металлургической промышленности полоса пропускания замкнутой САР скорости составляет (30 - 50) с-1. В этом случае существенными являются низкочастотные погрешности измерения скорости типа оборотных пульсаций. Наличие пульсаций в выходном напряжении ДС в замкнутой системе регулирования приводит к появлению вынужденных пульсаций тока якоря двигателя, и как следствие, к

увеличению потерь мощности, ухудшению условий коммутации, повышенному нагреву двигателя и преждевременному старению изоляции [2] .

В выходное напряжение тахогенератора (ТГ) помимо постоянной составляющей, пропорциональной скорости вращения якоря двигателя, входят полюсные, зубцовые, коллекторные, оборотные пульсации. Для серийно-выпускаемых тахогенераторов уровень оборотных пульсаций выходного напряжения (AU0¿) составляет (0,5-3) %, полюсных (AU„ ) - (0,5-2) %, зубцовых (AU3) - (0,8-0,5) %, коллекторных (AUK) - до 0,5 % .

Известно [1], что при сочленении через обычную муфту параллельное смещение вала ТГ относительно вала двигателя приводит к появлению оборотных (скоростных) пульсаций напряжения с выхода ТГ, а угловой перекос осей валов приводит к оборотным пульсациям, которые за один оборот дважды достигают максимального значения. Выходное напряжение тахогенератора (Um¡) при постоянной частоте вращения якоря двигателя описывается выражением:

итг = Uср.тг + 0,5AUтг sin шаt,

где Ucp,ms - среднее выходное напряжение тахогенератора; юа =2f,6 -циклическая частота оборотных пульсаций напряжения тахогенератора, равная угловой частоте вращения якоря двигателя; fo5= n /60, где n - скорость вращения якоря, об/мин.

Полюсные, коллекторные и зубцовые пульсации выходного напряжения ТГ имеют достаточно высокую частоту и практически не оказывают влияния на вынужденные колебания тока якоря двигателя. Оборотные пульсации выходного напряжения тахогенератора, имеющие наиболее низкую частоту, приводят к появлению значительных вынужденных колебаний тока якоря. Снижение колебаний тока до допустимого уровня достигается установкой фильтра в канале обратной связи по скорости или снижением точности и быстродействия контура регулирования скорости.

Дополнительные относительные потери активной мощности в элементах силовой цепи электропривода (обмотках якоря, трансформатора, реакторов и шин), вызванные вынужденными колебаниями тока якоря двигателя, определяются следующим выражением:

АР = рМяд 2,

ЯI „

где р =- - относительное активное сопротивление силовои цепи, Я - суммарное активное сопротивление силовой цепи, Е^о— максимальное среднее значение ЭДС вентильного преобразователя, Ыяд = 0.3535А/, - относительное действующее значение переменной составляющей тока якоря двигателя (Д/я - относительное значение двойной амплитуды пульсаций тока в долях от номинального значения).

Относительная амплитуда переменной составляющей тока якоря двигателя определяется следующим выражением [3]:

Аийа Гш2

=- 2 а ^ ,

Р Лд/ (тфс ШI + ¡К'/', + Ту )1+1]

н '

где АЦоб -относительная двойная амплитуда оборотных пульсаций выходного напряжения тахогенератора в долях от максимального значения, Юсс - частота среза контура регулирования скорости, Тм

- электромеханическая постоянная времени электропривода при номинальном потоке возбуждения, Ю^о - частота вращения якоря двигателя идеального холостого хода при ЭДС двигателя, равной ЕсЬ , Юн - номинальная частота вращения якоря двигателя, Тфс -постоянная времени фильтра в цепи обратной связи по скорости, Ту

- сумма малых постоянных времени элементов САР, Т, — эквивалентная постоянная времени замкнутого контура регулирования тока якоря двигателя.

Исследование влияния оборотных пульсаций эдс тахогенератора на дополнительные потери мощности выполнено на математической модели САР скорости электропривода чистовой клети стана 2500 горячей прокатки ОАО «ММК» с двигателем типа П2-24/71-7/У4, реализованной в пакете МаАаЬ БтиНпк. Параметры САР скорости электропривода приведены в табл. 1. Мощность потерь измерялась по переменным составляющим напряжения и тока якоря, обусловленными пульсациями ЭДС тахогенератора, на холостом ходу работы электропривода. С этой целью на вход регулятора скорости подавался синусоидальный сигнал с амплитудой и частотой, соответствующими работе электропривода на номинальной и максимальной скоростях вращения якоря двигателя.

Таблица 1

Параметры САР скорости электропривода

Номинальная мощность, Рн , кВт 8300

Номинальное напряжение, ин, В 930

Номинальный ток, 1н, А 9030

Номинальная/максимальная скорость, ян/яшах, об/мин 175/330

Суммарный момент инерции, кг/м2 49682

Частота среза контура регулирования тока 1/с 100

Частота среза контура регулирования скорости, юсс ,1/с 40

Постоянная времени фильтра в обратной связи по скорости, Тфс ,с 0.006

В связи с тем, что цепь якоря двигателя является активно-индуктивной нагрузкой, колебания тока якоря имеют отстающий фазовый сдвиг относительно колебаний напряжения, поэтому производились измерения относительных величин активной (Д-Р) и реактивной (ДО) составляющих мощностей потерь. В табл. 2 приведены результаты экспериментальных исследований.

Таблица 2

Результаты экспериментальных исследований

Д^об /об = 2.91 Гц /об = 5.5 Гц

Д1я ДР ДО Д1я ДР ДО

0,005 0,1827 0,0018 0,00025 0,609 0,0203 0,014

0,01 0,3652 0,0073 0,0010 1,221 0,0814 0,565

0,015 0,548 0,016 0,0022 1,83 0,1833 0,127

0,02 0,73 0,0292 0,0042 2,43 0,326 0,226

АП0б - двойной размах оборотных пульсаций, отнесенный к значению эдс ТГ при максимальной скорости вращения якоря двигателя.

По уравнениям (1) и (2) рассчитаны относительная амплитуда переменной составляющей тока якоря и дополнительные относительные потери активной мощности для двигателя типа П2-24/71-7/У4. На основании результатов проведенных выше экспериментальных исследований и расчетов можно сделать следующие выводы:

1. Результаты расчетов по уравнениям (1) и (2) и математического моделирования практически совпадают.

2. В современных быстродействующих САР скорости электроприводов непрерывных листопрокатных станов качество датчика сигнала обратной связи по скорости в значительной степени определяет

уровень переменной составляющей тока якорной цепи. Так при изменении AUo6 от 0.5% до 2% и скорости вращения от номинальной до максимальной относительная амплитуда переменной составляющей тока якорной цепи возрастает от 0,1827 до 2,43.

3. Значительное увеличение относительной амплитуды переменной составляющей тока якорной цепи (до предельного значения) при максимальной скорости вращения (за счет ослабления потока возбуждения в два раза) обусловлено увеличением коэффициента усиления регулятора скорости и снижением электромагнитного момента в два раза.

4. Относительные дополнительные потери активной мощности в якорной цепи двигателя в пределах от 0,0018 до 0,326, реактивной мощности - от 0,00025 до 0,226. обусловленные переменной составляющей тока якорной цепи, определяются пульсациями напряжения тахогенератора. Их амплитуда растёт по мере ухудшения качества стыковки валов двигателя и тахогенератора и возрастания частоты вращения прокатного двигателя.

Список литературы

1. Тун А. Я. Системы контроля скорости электропривода. - М.: Энегоатомиздат, 1984 г. -167 с.

2. Мерзляков Ю.В., Толмачев Г.Г., Карандаев A.C., Галкин В.В., Головин В.В., Хлыстов А.И. Исследование условий коммутации двигателей электроприводов широкополосного стана горячей прокатки // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 3: в 5 ч. Тула: Изд-во Тул-ГУ, 2010. Ч. 3. С. 89 - 96.

3. Косматов В.И., Мерзляков Ю.В., Толмачев Г.Г., Киселев С.Н. Оценка влияния оборотных пульсаций напряжения тахогенератора на дополнительные потери мощности в электроприводе // Изв. Вузов Электромеханика. 2006. № 4. С. 35 - 37.

УДК 621.382

ПРОГРАММНЫЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ АРХИТЕКТУРЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РОБОТОМ

магистрант У.В. Михайлова, магистрант Е.А. Михайлов, руководитель - A.C. Саре аров

ФГБОУВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Россия, г. Магнитогорск ylianapost@gmail.com