автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Динамические свойства линейного асинхронного электропривода с магнитным управлением для робототехнических систем

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ АВТОМОБИЛЬНОГО И ТРАКТОРНОГО ШШЩОСТРОЭДИЯ (МАШ1)

РГО- С;!

, . На правах рукописи

ТЕН Людмила Потровпа

ДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЛИНЕЙНОГО /СИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ЫАШГПШ УПРАВЛЕНИЕМ ДНЯ РОБОТ ^ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ- ■

Специальность 05.09.03 — "Электротелтескио комплексы я системы, вмшая их управление и регулировеюго"

I

' ' 14 . ;

АВТОРЕФЕРАТ

диссергации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 1993

1

■ Работа выполнена на кафедре "Электротехника и компьютернзи-» »

рованные электромеханические системы" (Московской государственной екадеши автомобильного и тракторного машиностроения (МАШ).

•раучий руководитель — доктор технических наук,

профессор Б.И. Петлэнко Офща&ныше оппоненты: доктор технических наук,

• профессор Ф.А. Маыедов кандидат технических наук, ; с.н.с. Е^Л. Соколова

Ведуца^ организация — НПО Автоэлектрс.-шка

• Ващита состоится чУ " ^ 1994 г. в час. в ауд.

5¿а заседании специализированного совета К 063.49.05 в Московской государственной вцадемии автомобильного и тракторного машиностроения.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные • гербовой печатью, просим напрддлять по адресу: 105023, Москва,' Е-23, Б.Семеновская ул., 38, ЦГААТи, ученому секретарю. ' ' . .'с диссертацией мокко ознакомится в библиотеке ЦГААТИ.

Автореферат разослан " ЛН^О^Лу 1994 г.

УчениЦ секретарь специализированного совете, ка^идат технических наук,

доцент ^/У) * Коробченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Автоматизация транспортных операция улучшает условия труда на производстве и позволяет высвободить значительные трудовые ресурсы. Современные автоматизированные транспортные системы являются неотъемлемым элементом робототехнических комплексов.

Использование в автоматизированных электроприводах транспортных систем для совершения возвратно-поступательных перемещения наиболее простых и надежных в эксплуатации линейных асинхронных двигателей сдерживается сложностью их управления, а также трудностью получения низких скоростей.

распространенным в последние года микропроцессорным системам управления асинхронными электроприводами (в том числе и линейными) с использованием полупроводниковых преобразователей частоты или напряжения свойственны существенные недостатки, обусловленные необходимостью пропускать через преобразователь всю мощность, передаваемую во вторичную цепь машны, и пофззным управлением. Подобиие системы управления, обеспечивая неплохие регулировочные и энергетические показатели привода, являются дорогостоящими, имеют высокий уровень электромагнитных помех и недостаточно надеины в эксплуатации.

Альтернативой • таристорному электроприводу . является |исследуемый линейный двигатель с магнитным управлением (ДОМУ), позволяющий изменением магнитной проницаемости слоя управления, введенного в зазор асинхронной малины, осуществлять ( регулирование тягового усилия' я скорости в достаточно широком диапазоне, в том числе, и в зоне низких скоростей.

ДИМУ объединяет в одной конструкции линейный асинхронный двигатель и контур управления. Регулирование привода осуществляется без воздействия 'со стороны питающей сети. Разработка подобного, линейного асинхронного электропривода с аналоговым управлением позволяет при некотором удорожании конструкции двигателя значительно упростить структуру и алгоритм функционирования системы управления, снизив при зтом> стоимость и повысив надежность ее работа.

Целью диссертации является разработка математического аппа-. рата для изучения динамических свойств нетрадиционного линейного асинхронного двигателя с магнитным управлением и синтеза систем управления исследуемым электроприводом, позволяющим обеспечить

получение низких скоростей и плавное регулирование линейного асинхронного привода дешевиш и надеюшми средствам:!.

*• В соответствии с поставленной целью требовалось:

1) установить взаимосвязь мекду управляющим током и эквивалентной магнитной проницаемостью слоя управления;

2) разработать метод экспериментального определения маг- нитных характеристик стали слоя управления и регулировочной

характеристики ЛДМУ;

3) получить математическое описание электромеханических . переходных процессов в ЛЖУ;

4) разработать математические модели для исследования динамических свойств ДИМУ "в малом" и "в большем";

5) определить законы изменения электромагнитной силы' н скорости ДЛМУ при регулировании токам цепи управления;

6,) выявить особенности динамических свойств исследуемого электропривода;

7) выработать рекомендации по управлению переходными электромагнитными усилиями в пусковых режимах привода;

8) провести экспериментальные исследования для проверки адекватности динамической. математической модели ДЦМУ и подтверхдення основных теоретических положений.

Методика проведения исследований. Экспериментально-аналитические исследования динамических, свойств ДШУ осуществлены с - использованием основных положений иг методов, извостных из курса автоматизированного алектропривода и теории ; автоматического управления,бс применением математического моделирования на ЭВМ. ,Выявленные количественные взаимосвязи моаду- переменными ' исследуемой системы эледтроприЕода представлены в аналитическом виде, а -также алгоритмами.

Адекватность разработанной математической модели ДДМУ проверена' путем сопоставления расчетных кривых с экспериментально снятыми осциллограммам!!- Результаты и вывода работы теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены. защиту выносятся следующие положения и результаты: . « — выявленная взаимосвязь эквивалентной магнитной проница-■• емости слоя управления от величины управляющего тока и метод ее вкспериментального определения; .

— установленные взаимосвязи магнитных свойств сдоя управления и его конструктивных ' параметров с пределами

регулирования тяговых усилий ДЩВГ;

— математическое описание электромеханических переходах процессов в ЛДМУ;

— математическая модель для численного расчета пуско-тормозних режимов ЛДМУ;

— структурная схема ДДМУ "в малом", отрвхавдая двнамическже свойства исследуемого объекта в системе ' автоматического управления, и выявленные на ее основе законы изменения тягового усилия и скорости при изменении управляющего фактора;

— результаты анализа особенностей динамических свойств исследуемого привода;

—рекомендации по управлению электромеханическим переходню« процессами в пусковых -режимах привода.

Научная новизна работы определяется следующими положениями.

1. Выявлены особенности поперечного подаагнячивания как способа воздействия на магнитную проницаемость слоя управления. ЛЛМУ. Это позволило впервые установить взаимосвязи: а) управляющего фактора и эквивалентной магнитной проницаемости слоя управления; О) магнитных свойств и конструктивных параметров слоя управления с пределами регулирования тяговых усилий.

2. Впервые получено математическое описание переходных процессов в исследуемся лриводэ, которое устанавливает неизвестные ранее взаимосвязи между управляй®»» фактором, регулируемым пара- • метром « скоростью перемещения вторичного элеыеата в данамвсе.

3. Получены линеаризованные уравнения ДДМУ в откйотнаях. На их основе определена неизвестные . ранее приближенные 'аналитические соотношения в вода ^ передаточных функций, связывапцие изменения электромагнитной силы а скорости привода с изменениями индуктивности рассеяния обмопш. индуктора . я управляющего воздействия. Вместе с - тем нахучека пэре да точная функция, связывапцая изменение "электромагнитной сила о колебаниями напряжения питавдей сети при неизменяем управляющем воздействии. При этом предложен ноша подход к выводу поре даточной функции асинхронного двигателя, который , отлетается от известных простотой при достаточно полном учета электромагнитных переходных процессов в обмотхах машины.

4. Разработана структурная схема ЛЩУ "в майом" (квазилинейная модель), которая, в отличие от распространенных, учитывает электромагнитные переходные процессы в цепях обмоток л . может

брть использована для анализа динамических свойств привода к синтезе замкнутой системы' управления.

* 5. разработана модель для численного расчета пуско--тормозшл режимов в ЛДМУ, учитиваюцая инерционность цепи управления и нелинейное изменение магнитной проницаемости слоя управления в функции управляющего тока.

6. Опредвны неизвестные ранее законы изменения тяговых усилия и скорости ЛДМУ при изменении управляющего фактора. На их основе проанализированы особенности динамических свойств ■провода.

Практическая значимость выполненной работа заключается в следуюцем:

1. Разработана программа расчета на ЭВМ пуско-тормозных режимов ]ЦЩ, которая может быть использована в инженерной практике.

2. Разработан метод экспериментального определения зависимости эквивалентной магнитной проницаемости слоя управления ЛДМУ от управлявшего фактора. Представленный метод позволяет упростить и, вместе с тем, повысить точность расчетов динамических .параметров и переходных характеристик привода.

3. Выработаны рекомендации по управлению электромагнитными переходными процессами в пускошх режимах ДДШГ. .

Работа выполнена на кафедре "Электротехника и компьютеризированные электромеханические системы" Московской государственной академии автомобильного и тракторного машиностроения (1ШШ)'.

Реализация результатов работы. Результата исследований, связанные с выявлением взаимосвязей конструктивных параметров привода с его регулировочными характеристиками, а также алгоритмы расчета характеристик ЛДМУ использованы ГШ Конвейеро-строения (г. Львов) при разработка линейного электропривода подвесного конвейера.

Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований были представлены я получили одобрение на в научно--твхяичесюа конференциях: Международном школа-семинаре по линейным приводам в гибких роботизированных системах (Одесса, *' 1990); Международном научно-техническом семинаре "Электромехани- ' чвскив системы с компьютерным управлением на •автотранспортных средствах ж в их роботизированном производстве" (Суздаль, 1593); {у-рм Международном симпозиуме "Развитие автомобильной электро-

нихя и электрооборудования* (Суздаль, 1993); Всесоюзной научно-тэшическоЯ конференции "Динамические режимы работы электрических машин и электроприводов" (Бишкек, 1990); отраслевом научно-практическом семинаре по электромеханике (Екатеринбург, 1991); семинаре "Нетрадиционные электромеханические преобразователи с компьютерным управлением" (Севастополь, 1992); научно-технических конференциях ПАДИ (I990-I99I).

Публикации. По материалам диссертационной работы опублихо- • вано 7 печатных работ. I научно-техническая отчет, подана I заявка на выдачу патента.

Структура g объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и основных результатов работа, изложенных яа' 103 . страницах машинописного текста, 35 рисунков я графиков, 3 таблиц, списка литературы, включающего 91 наименование, и 3 приложений на 7 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

6 дервоц разделе проводится анализ исследуемого способа управления.

ДШУ объединяет в одном устройства линейный асинхронный двигатель (ЛАД) и контур управления, рабочая часть которого размещается в зазоре, между индуктором и вторичным элементом (ВЭ) . jв виде слоя управления (СУ) (рис. I). , Управляющий фактор, воздействуя на величину магнитной проницаемости слоя управления цСу, эдзнгает перераспределение магнитного' потока между. СУ и ВЭ. Пределы возможного . изменения ' |лсу определяют диапазон регулирования привода. Регулирование ЛДМУ происходит при постоянном потоке, созданным обмоткой индуктора, и не сопровоадается большим увеличением намагничивав- ' щей составляющей тока индуктора, 'поскольку главная магнитная цепь машины (индуктор - ВЭ) при наскцзяии слоя управления' при подмагничиванжи остается ненасыщенной. Регулирование -привода осуществляется в сторону увеличения тягового усилия.

Управление ДДМУ, осуществляемое изменением индуктивного сопротивления рассзяния обмотки индуктора, определяет особенности процессов в исследуемом электропривода.

Динамические свойства привода проаналжифоваям на примере ранее неисследованного ДДКУ с поперечным подмагничиваюем СУ. В связи с этим выявлены особенности поперечного подмагничивания

MottAbMCÍ f r ось.

Вic. I. Схематичное изображена» ЛДМУ

I-—индуктор; 2— вторичный элемент; 3 — слой управления; 4—обмотка индуктора

Ф^—шток взаимоиндукции; Ф01—поток расеяния; «у—поток управления (подмагничивакия)

Рис. 2. Эквивалентная схема ЛДМУ. приведенного к неподвижному вторичному элементу

как способа воздействия на Это позволило установить зависимость эквивалентной магнитной проницаемости СУ от управлящего тока и найти взаимосвязи магнитных характеристик СУ я его конструктивных параметров с диапазоном регулирования привода. При этом установлено следующее.

При поперечном подмагничивании между цепью управления и рабочей цепью ЛДМУ индуктячнвя связь отсутствует, но существует параметрическая связь через магнитные свойства СУ, изменяемые при его подмагничивании. Магнитная проницаемость СУ изменяется практически одновременно с изменением тока

При подмагничивании СУ насыщается, что обусловливает нелинейность его магнитных характеристик как в поперечной (ОУ), так и продольной (ОХ) осях (рис. I) и, следовательно, нелинейное изменение параметров цепи управления и рабочей цепи ДДМУ.

Пределы изменения ограничены: минимальное значение — цсу п1п соответствует насыщенному состоянию СУ, а максимальное — цсу Иа1 определяется степенью насыщения СУ рабочим полем. Конструктивные параметры СУ, оказывая влияние на распределение потЬков в. ДДМУ, определяют значение магнитной проницаемости СУ—цсу ша1. соответствующее нижнему пределу регулирования тягового усилия. Увеличение» толгопы слоя управления, а такта введением воздушных зазоров в его продольную ось на уровне паза. индуктора, можно' расширить зону регулирования и сыз стать ее в . область максимальных тяговых- умшЯГ.

■'• ' Таким образом, зависимость цсу=ц(1у), связывавшая ' вэягакы в статическом режиме, определяет диапазон регулирования привода ' а вместе с тем параметрическую связь между двумя дитааггэскжа звеньями ДЕНУ—контуром управления и клд. Указанная зависяюста. рассчитывается на основании магнитных характера«!® СУ.

Второй раздел посвящен разработке математического аппарата1 для исследований данамяче.скнх режимов привода. ДШУ прздставляэт собой нелинейную систему с переменшаш параметрами: пруктив-ность обмотки управления и индуктивность рассеяния ойютюг . индуктора являются нелинейна® функциям управляла го тока.

Основой при разработке математического спасания элвятро-' механических переходных процессов в ДЦИУ явились даЗЗфврвяцгаль-ные уравнения электрического я механического равновесия систеш. Уравнения составлены для случая идеализированного электромеханического преобразователя энергии.

Итак, динамика ДЦМУ представлена системой уравнений

"у." ^ *У + УУ ^ ! = ШУ г): Ц. « 1,Н, ♦ 1, —^ + к., —1 ♦ N -1 - И —*;

+ м

си

иг

М —

йх

иг

сП

Т т , 3 1*<1) (И./з)

I. . 1 Г 1\ йи Г = ■ г ж г ;

К - Р_

« .

^Г»

1гх

АХ

2

(1-й ¿и

(I)

где Цу, 1у. Ву—напряжение, ток и сопротивление шя; 1Ц—фазное напряжение, обмотки индуктора; 1, токи соответственно в обмотках индуктора и ВЭ;

ВЗ! изменяющееся

ствупцее значение тока

цепи улравле-, 12 — фазные ^ < г) — доа-течением времени

протекания переходного процесса; И,, — сопротивления фазы обмоток индуктора и ВЭ; 101 — индуктивность рассеяния обмотки индуктора; К — взаимная индуктивность между обмотками индуктора и ВЭ; ш — масса движущихся тел; -б — линейная скорость перемещения ВЭ; х — перемещение подвижное части; а — скольжение; Р — электромагнитная сила; Рс — сила сопротивления.

Полученное математическое описание учитывает инерционность цепи управления и нелинейное изменение параметров. Кроме того,-в отличив от известного, исключение гармонический коэффициентов в уравнениях асинхронного привода произведено на базе эквивалентной .схемы ДЩУ, приведенного к неподвижному ВЭ (рис. 2). При 8том при определении электромагнитной силы осуществлен переход от мгновенных значений синусоидальных токов рабочей цепи к Изменявшимся во времени действующим значениям токов.

Если в первом приближении пренебречь электромагнитными переходными процессами в рабочих обмотках ДДЫУ, го расчет динамики привода можно свести к следующей системе нелинейных . дифференциальных уравнений 1«

Яу 1, + 1у(1у)

<4

ИСу • I» <У •• г <цсг в) - *с « ■

сю 7ГГ

о

— и —

Основу модели составляют известные теоретические положения, описывающие переходные процессы асинхронного привода ва основе статических механических характеристик.

Модель учитывает особенности привода, связанные с наличием контура управления: в расчет вводится регулировочная кривая цсу=ц(1у). Кроме того, учитывается инерционность цепи управления я нелинейное изменение ее параметров.

Аля решения системы уравнений (2) применен метод Эйлера, ва основании которого разработан алгоритм и програи« расчета ва ЭВМ.

Представленная модель может может быть использована двя расчета пуско-тормозных режимов и оценки их длительности в случаях плавного разгона привода, или когда продолжительность исследуемого динамического режима значительно превосходят время переходного процесса, обусловленного электромагнитной инерцией обмоток первичной и вторичной цепей двигателя.

Для получения аналитического решения задачи и исследования динамических свойств ЛОМУ "в малом" произведена линеаризация исходных уравнения привода (I).

Линеаризованные уравнения ДДМУ в отклонениях имеют вид

Аиу = Иу А1у + Ьу р А1у; = К2 А1у?

.Аи,» Я, А11+ р ¿V Р АЬо1+ и Р и1~ м Р А1г: * а*р А1г- М з*р А11;

Г*Ав + в*А? = кз Д12;

дз = ; ¿1 ДРС * т р А« .

(21

«г «г

-А«

- -.-с

Рвавшем састеш уравнений (2)' определены передаточные функции, связывание изменения электромагнитной силы У . и скорости привода « с изменениями индуктивности рассеяния обмотки индуктора и управляхщего воздействия и^, а также с изменениями питащего напряжения и1. Найденные взаимосвязи отражены на структурннх схемах (рас. 3 и рис. 4).

-А?.

к3 к5р ■ " ' I

(1+Т*р)(И-Т*р)

.М

Ряс. 3. Структурная схема привода при колебаниях напряжения питапцей сети и неизменном управлявшем воздействии

ДЦу «1 А1у иг Кэ К, р2 AF

(1+т*р) <1+Т*р)(М*р)

-АРС

l

I

P*(I+T¿p)

ДА

Рис. 4. Структурная схема ДЩМУ *в малом*, соответствующая работе привода в пределах рабочего участка механической характеристики

В уравнениях (2) и на структурных схемах приняты следующие обозначения:

и*, и^, 1*, 1*. Р*, а*, А* — установившиеся значения переменных, соответствующие точке статического равновесия; Дц>>(Диу, Д101, ДЦ, Мг. Да, М — малые приращения (отклонения) переменных;

ЦН^ОМ^Н^/в*)

.1 R,(R2/S*)

V

и l;

'01

я, (R2/S") ; Ту = I^/Ry : T*=m/p*;

постоянные времени в точке статического равновесия;

3,4 С* Ф*

C=Tt/2Tz — коэффициент демщкрования (для ЛДЯУ С>1);

р*— модуль кесткости статической механической характеристики;

К, ... —коэффициенты передача звеньев.

' Линеаризованные уравнения привода (2) составлены доя мгновенных значений токов цепи управления и мзменягдахся во времени действующих значений токов рабочей цепи. При этом при выводе передаточных функций ЛЛЛ/ не учитывалось влияние фазы обыатш индуктора, которое, как известно, на столь существенно а образовании переходного усилия (момента) асинхронного двигателя.

Разработанная квазилинейная модель (рис. 4) кокет быть ; использована для количественной оценки динамических режимов ДД^У, снявших с ограниченными пределами изквшнкй перекенша,-в тша» дяя синтеза замкнутой системы управлошш.

Таким образом, разработаны две модели для исследований ^нашческвх свойств ИВ& как пра небольших, так а значительных взиенэшшг скорости к регулируемых ыапштша потоков.

-I3-!

Третий В22ЖЗ иосвадеа исследованиям дантаячвсхиж свойств провода. Проведен аналаз результатов исследований влектромагнит-ных переходной процессов в асшхронных приводах, а также в цепях с управлявшая нелинейными цвдукгавшстями, который позволил выявить особенности их протекания в ЦЩ.

Отмечается, что при медленней нарастании управляющего тока, учитывая качественное совпадение электромагнитных процессов как при бодьпях,' так и при малых изменениях регулируемого параметра (L01 )г данажческаэ свойства привода могут быть исследованы на основании sro квазилинейной иодела.

При этш на основания шрэдоточных функций и структурной ciei.fi "в ивлои* (рис. 4), операторным методом найдены законы памэнения свободной составляла!! аяектроиагнитной силы P(t) наподвшиого аи® двкзчпкегося о постоянной скоростью привода при: кошутецая тгтещеЗ сета

JL _ J_1

f^t И

t/TÍ - t/T*

* - a

<3?

а кошуттш гаоз управления

lt

- I/Tv 8

-t ni

-1Л,

-t ni

-m*

-t/т:

У (í;" У

H)

Кроио того, определены законы нз?генания свободной составлявдей аяектроггапитного усялня í(t), скорости *3(t) я иермвдения ВЭ ,x(t) при скачкообразном изменении тока управления, позволяитв рассчитать вврвгодша ' характв^КЕй ДЦЩУ пра левом задшво» законе управления 1^=1£u„; t).

Анализ расчетов (рас. Б ... рас. 7) показал*елвдувчиа.

Подключение к питался сети Щй" а продьор»!:- ;>а подногничеиич» СУ прзодиг к возрзотайню пю.св рлеяп •

силы. Цркадм с увеличение* степени намагниченности сдоя управления, т. о. с умшьзэншй параметра Ороски электро-

магвятвдй свлм уго-лчивактся (рас. 5).

20 10

0 0,025 . 0,05 0,075 г, с

Рис. 5* Расчетные характеристики ДД1У при коммутации гштавдей сети (влияние параметра )

Характер протекания электромагнитных переходных процессов в ЛДМУ при управлении напряжением иу определяется,.как постоянной . времени цепи управления Ту, так и влектромагштнша постоянными времени рабочих обмоток двигателя Ту, Г+.' Увеличением ' или ограничением скорости изменения управляющего; «яса йоюр достичь плавного нарастания электромагнитного усилля* А переходном процессе (рис. 6).

Характер протекания переходного процесса в рабочей цепи определяется особенностями регулирования привода. Поскольку регулирование ДПМУ протекает при небольшом увеличении тока в обмотку индуктора, то значения динамических параметров К, , Тэ и Т4 достаточно велики и, следовательно, скорость изменения и броски переходного электромагнитного усилия незначительны. При значительным росте тока индуктора в процессе регулирования электромагнитная инерционность привода снижается а пики переходного усилия могут стать существенными. Однако и в этом случае ограничением скорости нарастания тока управления можно достичь плавного изменения как магнитного потока и усилия, так и

тока в обмотке индуктора (рис. 7).

) '

1-Ы-0.0323 Г1 2-ы=о,ооез л Г, 1^=0,041 ГТ Г, 1^=0,016 п 1', В1 »0,87 Ом; |> в,-0,87 ом; 82»0,98 Ом 1^-0,98 Ом

2

----

I-Ту=0,007 с; Тэ-0,79 с; Т4=0,115 с — 2-Ту=0,023 с; Т^»0,79 с; Т4=0,И5 с — 3-Ту=О.ОГ/1 с; Т?-0,79 с; Т4=0,И5 С

1

/ У / У ""в!

/ ' //

12 10 8 6 4 2

0,026

0,06,

0,075

I, с

Рис. 6. Расчетные характеристика ЛДНУ ори коммутации цепи управления (влияние постоянное1временя Ту)

?св/1{п-

1-Ту=О.СЩ с; Ы-0.12 Гн: Гн; ^=1 Ом - 2-Ту=0,071 с; м.0,07| Гн; 1^=0,302 Гн; Ом ! 3-Ту=0,Э5 с; Ц-0,075 Гн; Ь01* 0,302 Гн; Й,=Н2=1 См

I

/ 3

15 12 9 6 3

0.026

0,0В

0,075

г, с

Рис. 7. Расчетшш характеристики дШУ пря коимутациа цепа управления (влияние параметров К е )

-t-16-

httm

Iivtn- W*

Wwwwwvwwvww

Mt

st» .

а>

Í-SM

íl»í

? F-*"'

L(t)

Г

•

T» -yo&spc

f(i>

Sf&ti

DJ с

tt-гм

Ту*о,он с

<0

■Рис.-в. Осциллограммы затормошнного ДДМУ при коммутации: а)—питающей сети; б)—цепи управления

Ё четвертом разделе приводятся результаты Экспериментальных исследования динамических свойств ДКМУ. Испытания проведены на лабораторной модели ЛШУ с поперечным подмагничиваиием СУ.

Для расчета пусхо-тормозных режимов по алгоритму, представленному в разделе 2, разработан метод экспериментального определения регулировочной характеристики ДИМУ цСу=ц(1у). Указанная зависимость выявлена путем измерения величин магнитных индукций в зазоре между СУ и вторичным элементом при изменении управлявшего тока. Кроме того, предложено экспериментальное определение динамических параметров цепи управления по осциллограммам (X). снята* при включенной на рабочее напряжение обмотке индуктора.

Проверка адекватности квазилинейной модели осуществлялась путем сравнешя осциллограмм переходных электромагнитных усилий, полученных тензоывтрическим методом для заторможенного привода, и переходных характеристик электромагнитной силы, рассчитанных операторным методом на основании структурной схемы ДЦМУ мв малом". Экспериментальные осциллограяны подтвердили идэнтиЦнка-цив разработанной модели и правильность сформулированных теоретических положений, касающихся выявленных особенностей данймичесюас свойств привода. •

Лабораторные испытания позволила установить взаимосвязи между переменными исследуемой;системы электропривода в статике и динамике, а также кайти зависимости магнитных свойств СУ и • конструктивных параметров последнего с диапазоном регулирования тяговых усилий. .. 1

' На рис. 9 представлены осциллограммы ДШУ» снятые тоизо-ывтрячэским методом.

а приложении приведены акт о внедрении результатов работы, а также програмш расчета пусковых режимов и переходных характеристик ДЦМУ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

• I. Выявлены особенности поперечного подмзпшчивения как способа воздействия на магнитную проницаемость слйя' управления. Это позволило установить ззвкмшость эквивалентной магнитной дроницаемост.1 слоя управления ст управляющего тока, а также найти взаимосвязи магнитных свойств а конструктивных парачэтров СУ с диапазоном рэгуляровакак тяговых Усидй ДРДУ.

2. Получено математическое описание эяактроыоханичеоких

дарехотак. процгсеов в ясолздуэмом приводе, которое учитывает ннердалазгасгъ цепя упрааяэяяя и нелинейное изменение параметров..

3. Оедучэт! жшаарззовгамаэ уравнения ДЦНУ в отклонениях. № ш есвою сшргдолеш жрэдаточные функции, связывание изиеиэвгга гквктрзнагвятявй шш и скорости привода с изменениями индуктивности расеэшяя осдатки индуктора и управляющего воздействия, а также с взмеаекяями напряжения питающей сети. При этом предложен новый подход к выводу передаточной функции асинхронного двигателя, который отличается от известных простотой при достаточно полном учете электромагнитных переходных процессов в обмотках машины.

4. Разработана структурная схема ДДМУ "в малом", которая, в отличие от распространенных, учитывав? электромагнитные переходные процессы в цепях обмоток я можэт быть использована для синтеза систем управления приводом.

6. Разработан алгоритм и программы расчета на ЭВМ пуско--тормозных режимов ДДМУ.

7. Экспериментально подтверждены адекватность разработанной квазилинейной модели ДИМУ и правильность сформулированных теоретических положений, касающихся выявленных особенностей динамических свойств привода.,.

8. Разработан метод экспериментального определения зависимости эквивалентной магнитной проницаемости слоя управления' от управляющего тока. ' * I ... - I ' ', "I

9. Получены законы изменения тягового усилия и скорости ДДМУ при изменении управляющего воздействия.

10. Выработаны рекомендации по управление электромагнитными переходными усилиями в пусковых режимах ДДМУ:

. — с целью ограничения бросков электромагнитной силы подключение двигателя к питающей сети следует производить без предварительного подмагничивания слоя управления;

— ограничением темпа нарастания управляющего тока можно достичь плавного нарастания потока взаимоиндукции и тягового усилия в режиме ускорения привода;

— для устранения влияния фазы управляющего тока на переходные характеристики ДДМУ и улучшения при этом его динамических свойств для подмагничивания СУ предпочтительно использовать источник постоянного тока.

11. Выполненный анализ особенностей динамических свойств ДЦМУ показал, что:

Г

— улучшенные динамические характеристики ДДОУ при подключении к сети обмотки индуктора обусловлены тем, что значительная часть магнитного потока, создащего тяговое усилив привода, шунтируется в слое управления и тем самым создаются ненулевые электромагнитные условия; .

— подключение к питающей сети ДЦМУ с предварительна подмагкиченным СУ приводит к возрастанию пиков электромагнитной силы, причем с увеличением степени насыщения слоя управления броски-электромагнитной силы увеличиваются;

— характер протекания электромагнитных переходных процессов в рабочей цепи ДШ£У существенным образом зависит от скорости протекания переходного процесса в цепи управления и, следовательно, от скорости изменения управлящего тока;

— при скорости нарастания тока управления, соизмеримой с частотой изменения рабочего тока,-влияние на характер протекания электромагнитных переходных процессов в рабочей цепи может оказать начальная фаза источника питания, при этом неоднозначность и сложность протекания переходных процессов в ДЦМУ очевидна;

— ограничением скорости нарастания управляющего воздействия, непосредственно взменящего магнитную проницаемость СУ, можно достичь плавного монотонного изменения регулируемого параметра (индуктявноста рассеяния обутки индуктора) и, вместе

• с тем, тягового усилия а скорости ари^ода;

— при регулировании напрядоквсм цепи управления скорость нарастания электромашиной скш определяется как постоянной времени цепи управления, так и электромагнитными постоянными времени рабочих обмоток двигателя;

— инерционность обмотки управления варианта ДИМУ с поперечным подмагничиваниам СУ обусловливает плавное изменение "тока .в цепи управления и, следовательно, юрошее качество протекания переходного процесса.

Таким образом, линейный электропривод о магнитным управлением обладает улучшенными динвмкчвскшя свойствами по сравнению с традиционными конструкциями асинхронных двигателей, не имеющими слоя управления.

Основные положения диссертации опубликованы в следущих научных трудах:

I. Пвтленко Б.И., Хватов В.В., Тек Л.Л. .Динамические и

— W) —

статЕчоскар свогства ."киейгап всинронных двигателей, управляемых без таэдейстаки со сторона Еггапцей сети // Динамические режимы работе вл-зетрачеохих «каин и электроприводов. Тез. докл. Всесовдсэй ваучнс-техн. «оифэреиции. -Бишкек, I99I.-C. 68.

z. Астапенко A.B., Виноградов Ю.Ф., Петленко Б.И., 5ен Л.П., Хватов В.В. Лшюйшй электропривод подвесных конвейеров, управляемых без воздействия со стороны питающей сети // Тэз. докл. отрасл. научно-практического семинара по электромеханике / Уральский политехнический институт.-Екатеринбург, 1991. -С. 82-83.

3. Тен Л.П. Математическое описание динамических процессов в линейном двигателе с ыагнитннм управлением // Нетрадиционные алэктромеханические преобразователи с компьютерным управлением. Тез. докладов семинара / Институт электродинамики Академии наук Украины. -М., 1992.-С. 56-57.

4. Петленко Б.И., Хватов В.В., Тен Л.П. Линейный асинхронный двигатель, управляемый тадмагничиваннем слоя управления // Электрические машины и электроыашинные системы / Труды Пермского гос. техн. университета %-Пермь, 1993.-С. 17.

5. Петленко Б.И., Тен Л.П.•Математическое описание динамических режимов в линейном, асинхронном приводе с магнитным . управлением // Электромеханические системы с компьютерным управлением на автотранспортных средствах и в их роботизированном

, производстве. - Труды1 МАШ» 1993.-С. И6г12а. ' - | ,

6. Петленко Б.И., Тен Л.П1 Динамика линойного асинхронного электропривода, управляемого изменением магнитной проницаемости слоя управления // Электромеханические системы с компьютерным управлением на автотранспортных средствах и в их роботизированном производстве. Тез. докл. Международного научно-технического семинара.-М., 1993.-С. 81.

7. Тен Л.П., Петленко Д.Б. Динамические свойства линейного асинхронного электропривода с магнитным управлением для автотранспортных средств // Развитие автомобильной электроники н электрооборудования..Тез. докл. IV Международного симпозиума. -М., 1993. -С. 83. .

8. Исследование характеристик управляемого линейного асинхронного электропривода. Отчет о НИР / Б.И.Петленко, В.И. Марсов, В.В. Хватов, Л.П. Тен // МАДИ.-М., I99I.-32 е., * Г.р. 019200114149.