Асинхронный электропривод с прерывистым законом движения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат наук Воронина, Наталья Алексеевна

• Воронина, Наталья Алексеевна
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Воронина, Наталья Алексеевна

СОДЕРЖАНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ С ПРЕРЫВИСТЫМ ЗАКОНОМ ДВИЖЕНИЯ

1.1. Области применения и технические требования, предъявляемые к электроприводам с прерывистым законом движения

1.2. Принципы построения и технические требования, предъявляемые к электроприводам с прерывистым законом движения

1.3. Выводы по разделу

II. ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА УГЛОВОГО ДВИЖЕНИЯ С ПРЕРЫВИСТЫМ ДВИЖЕНИМ ВАЛА

2.1. Математическое описание электропривода с прерывистым законом движения

2.2. Уравнение движения электропривода с прерывистым законом движения при потенциальной фазовой модуляции

2.3. Уравнение движения электропривода с прерывистым законом движения при токовой фазовой модуляции

2.4. Рабочие характеристики электропривода колебательного движения в режиме прерывистого перемещения

2.5. Координатная точность асинхронного электропривода с прерывистым законом движения

2.6. Выводы по разделу

III. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ПРЕРЫВИСТЫМ ЗАКОНОМ ДВИЖЕНИЯ

3.1. Математическая модель электропривода с прерывистым законом движения

3.2. Влияние параметров источников питания на выходные характеристики электропривода

3.3. Влияние параметров нагрузки на выходные характеристики

электропривода с прерывистым движением

3.4. Выводы по разделу

IV. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ПРЕРЫВИСТЫМ ЗАКОНОМ ДВИЖЕНИЯ

4.1. Описание экспериментальной установки и методики исследования

4.2. Результаты экспериментального исследования и их анализ

4.3. Результаты практического внедрения и их анализ

4.4. Выводы по разделу

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список используемой литературы

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Расчетные соотношения для определения токов при потенциальной и токовой фазовой модуляции

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Расчетные соотношения для определения относительной максимальной погрешности при потенциальной и токовой фазовой модуляции

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Асинхронный электропривод с прерывистым законом движения»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы.

Электропривод углового движения с прерывистым движением вала широко используются в машино- и приборостроении, горной и химической промышленности, в технике контроля и измерения, строительстве, текстильной промышленности и сейсмологии.

Существующие в настоящее время привода выполняются, как правило, на базе шаговых двигателей (ШД) или асинхронных двигателей (АД) с механическими преобразователями движения, что порой не позволяет осуществлять регулирования параметров движения непосредственно в течение технологического процесса.

Кроме того, недостатками известных электроприводов являются: вероятность потери крутящего момента на высоких скоростях; возникновение резонансных явлений, при введении контуров обратной связи или возможность потери контроля над положением ротора ввиду отсутствия их; наличие дополнительных механических устройств преобразования движения и, как следствие, отсутствие плавного регулирования угла поворота шага; невозможность осуществления режима реверса.

Вопросами разработки электроприводов с прерывистым законом движения, и в частности на базе АД занимались, как российские, так и зарубежные ученые. Значительный вклад в эту область исследования внесли: Луковников В. И., Чиликин М. Г., Ивоботенко Б. А., Грачев С. А., Ткалич С. А., Мамедов Ф. А., Беспалов В. Я., Постников В. А., Балковой А. П., Со Лин Аунг, Lawrenson P. J., Harris М. R. и др.

Наиболее перспективным видится построение данного класса электроприводов на базе АД, работающего непосредственно в режиме прерывистого движения, за счет фазовой модуляции питающих напряжений (токов) с прерыванием питания по одной из обмоток в момент времени, когда электромагнитный момент, развиваемый двигателем, стремится к нулю.

Однако, отсутствие теоретических исследований и обобщения комплекса вопросов расчетно-теоретического характера по данным электроприводам существенно сдерживает развитие и внедрение последних.

Объектом исследования является асинхронный электропривод углового движения с прерывистым движением вала.

Предметом исследования являются выходные характеристики электропривода углового движения с прерывистым движением вала.

Цель работы состоит в исследовании асинхронного электропривода углового движения с прерывистым движением вала при потенциальной и токовой фазовой модуляции.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- оценить современное состояние и тенденции развития электроприводов углового движения с прерывистым движением вала;

- вывести аналитические зависимости, устанавливающие взаимосвязь между параметрами электрической машины, источниками питания и нагрузкой при фазовой модуляции питающих напряжений (токов) и на основании их разработать методику расчета выходных параметров электропривода с прерывистым законом движения;

- получить инженерные соотношения для расчета рабочих характеристик электропривода с прерывистым законом движения и определить условия их автономности при регулировании параметров;

- разработать имитационные модели электроприводов с прерывистым законом движения при потенциальной и токовой фазовой модуляциях для исследования динамических и кинематических характеристик;

- выработать критерии для расчета и оценки точностных характеристик электроприводов с прерывистым законом движения;

- экспериментально исследовать макетный образец электропривода в лабораторных условиях с целью проверки разработанных математических моделей, методик расчета и результатов теоретического анализа.

Методы исследования. При выполнении работы использовались аналитические, математические и экспериментальные методы исследования. В процессе аналитических и математических исследований использовались методы интегрального, дифференциального и операционного исчисления, а также численные методы расчета. Математическое моделирование было выполнено в средах МаШСАБ-Н и Ма1:1аЬ-2007. Экспериментальные исследования проводились на специально разработанном стенде с использованием методов контроля, измерения и обработки результатов.

Достоверность полученных результатов подтверждается сопоставлением результатов математического расчета и имитационного моделирования, а также проведёнными экспериментальными исследованиями.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- показана перспективность использования АД с линейно-фазовой модуляцией фазных напряжений (токов) для создания регулируемых электроприводов углового и линейного движения с прерывистым движением вала;

- установлены неизвестные ранее аналитические связи между параметрами электрической машины, источниками питания и нагрузкой на основании которых разработана методика определения выходных параметров электропривода с прерывистым законом движения при фазовой потенциальной и токовой модуляции;

- получены аналитические соотношения, определяющие рабочие характеристики электропривода с прерывистым законом движения и условия обеспечения их автономности;

- определены критерии оценки точностных характеристик электропривода, работающего в режиме прерывистого движения за счет фазовой модуляции питающих напряжений (токов).

Практическая ценность работы:

- разработаны инженерно-практические рекомендации по оценке точностных характеристик асинхронного электропривода с прерывистым законом движения по максимальному коэффициенту нестабильности внутри одного шага;

- создано программное обеспечение для анализа выходных характеристик асинхронного электропривода с прерывистым законом движения;

- найдены новые технические решения, позволяющие расширить эксплуатационные возможности двухфазных асинхронных двигателей, работающих в режиме прерывистого движения, путем стабилизации амплитуды координаты подвижного элемента двигателя при регулировании частоты шага и повышения его координатной точности за счет устранения высокочастотных пульсаций частоты сети и регулирования времени разгона подвижного элемента двухфазного асинхронного двигателя до установившегося значения амплитуды шага, защищенные патентами на полезные модели.

Реализация результатов работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований переданы для внедрения на предприятие ООО «Сибметахим» г. Томска, подразделения ОАО «Газпром», а также используются в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных работ студентами кафедры электропривода и электрооборудования Энергетического института ТПУ, что подтверждено соответствующими актами внедрения.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались и получили одобрение: на научно-технических семинарах кафедры «Электропривод и электрооборудования» ЭНИН ТПУ (г. Томск,

2009 - 2013г.); на IV Международной научно-технической конференции «Электромеханические преобразователи энергии» (г. Томск, 2009 г.); на V Юбилейной Международной научно-технической конференции «Электромеханические преобразователи энергии», посвящённой памяти Г.А. Сипайлова (г. Томск, 2011 г.); на X, XV, XVI, XVII, XVIII Международных научно-практических конференциях студентов аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (г. Томск, 2003, 2009 -2012г.), на всероссийской научной конференции молодых ученых (г. Новосибирск, НГТУ 2012 г.) [8 - 12, 20 - 25].

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 14 работах. Из них 3 статьи в изданиях из перечня, рекомендованных ВАК РФ, 1 статья в межвузовском научном сборнике, 2 патента РФ на полезную модель, 8 статей в сборниках докладов Международных и Всероссийских конференций.

Структура диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объём работы составляет 140 страниц машинописного текста, включая 53 рисунка, 6 таблиц, списка использованной литературы из 105 наименований и 6 приложений на 14 страницах.

I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ С

ПРЕРЫВИСТЫМ ЗАКОНОМ ДВИЖЕНИЯ 1.1. Области применения и технические требования, предъявляемые к электроприводам с прерывистым законом движения

Основная тенденция развития современного промышленного электропривода направлена на решение следующих проблем: слияние электродвигателя с рабочими органами машины; вытеснение механических звеньев и кинематических связей электрическими. Это упрощает конструкции машин, улучшает качество технологического процесса, увеличивает скорость машин, создает удобства обслуживания и сокращает расходы на эксплуатацию.

В различных областях народного хозяйства используются устройства, рабочие органы которых совершают периодические движения, такие как: возвратно-поступательные, возвратно-вращательные, колебательные или шаговые [17,19, 27, 29, 48, 57, 62, 77, 85, 87, 88].

Так, электропривода с прерывистым законом движения широко используются в авиационной технике, машиностроении, строительстве, горной и химической промышленности, в испытательной технике, технике измерения, контроля и управления [3, 4, 30, 40, 73, 75, 93]. В табл. 1.1 приведен обзор основных областей применения электроприводов с прерывистым движением и технические требования, предъявляемые к ним [69, 86,91].

Так, в машиностроении шаговое движение используется в приводах подач различных станков, где необходимо обеспечить точность позиционирования 10~4 м при кратности регулирования скорости перемещения 1:103 [29, 74, 76, 78].

В электротермии электропривод с шаговым законом движения используется при перемещении электродов в технологических установках индукционного нагрева или транспортировании заготовок. Здесь требуются

усилия до 104 Н, при шаге 10"3 м и максимальной маршевой скорости 0,03 м/с [68, 80].

В атомной энергетике шаговый режим применяется при снаряжении и перемещении, например, стержней-поглотителей тепловыделяющих элементов в ядерных реакторах. При этом скорости движения достигают

о о

порядка 4-10" м/с, 2 рад/с с шагом 10" м, 2° [32, 76].

В вычислительной технике электропривод с прерывистым законом движения широко используется для реализации операций умножения или интегрирования. Для линейных электроприводов амплитуда шага составляет 0,3 мм, а угловых - 0,5°.

В технике измерения, контроля и управления электропривода данного класса нашли применение для обработки информации, в системах автоматизированного проектирования и сканаторах [14, 32, 70, 74, 76].

Электроприводы с прерывистым законом движения применяются в технологических линиях дозировки, расфасовки, упаковки сыпучих пищевых продуктов. Для них характерна величина момента порядка 103 Нм, шага -15^45°, частоты - 1-5 Гц при точности позиционирования - 2 - 5' [37].

В сельском хозяйстве применяются электропривода с шаговым законом движения при вспашке, сортировке и уборке плодов, прокладке траншей. Значение момента здесь могут достигать 103 Н-м, величины шага - 20-50°, частоты - 1-6 Гц [37].

Современные электропривода должны не только обеспечивать плавное регулирование амплитуды, частоты и фазы выходных параметров, но и создавать различные законы движения. Однако не все рассмотренные выше электропривода способны выполнить предъявляемые к ним требования.

Области применения и технические требования электроприводов с прерывистым движением_Таблица 1.1.

Область применения Технологические операции Примечание

Машиностроение В приводах подач: фрезерных, токарных, шлифовальных, зуборезных, электроэрозионных, квантово-механических и других станков точность позиционирования 10~4 м; кратность регулирования скорости перемещения 1:103

Электротермия Перемещение: загрузки (индукционный нагрев), электродов (электродуговые установки); вытяжка слитков; выращивание монокристаллов; транспортирование заготовок усилие до 104 Н; шаг 10~3 м; максимальная маршевая скорость 0,03 м/с

Атомная энергетика Перемещение стержней-поглотителей (в активной зоне ядерных реакторов; измерительной аппаратуры; задвижек, клапанов в каналах потока теплоносителя) скорость (4*10"3 м/с, 2 рад/с); шаг (10"3 м, 2°)

Вычислительная техника Операции интегрирования, умножения, вычисления корреляционных функций; перемещения дисковых программ; поиск адресов; графопостроение частота приемистости до 5000 Гц; шаг (0,3 мм и 0,5°)

Техника измерения, контроля и управления Обработка информации, цифроаналоговое преобразование, хронометрирование, позиционирование; В дискретных радиоактивных уровнемерах, расходомерах взрывоопасных жидкостей; в складских и технологических емкостях; в шаговых двух-, трехкоординатных координатографах, самописцах; в системах автоматизированного проектирования; в оптико-механических сканаторах; в роботах с техническим зрением Технологические линии дозировки, расфасовки, упаковки сыпучих пищевых продуктов момент 103 Н-м; шаг 15-45°; частота 1 - 5 Гц; точность позиционирования 2 — 5'

Сельское хозяйство Вспашка, сортировка и уборка плодов, прокладка траншей момент 103 Н-м; шаг 20 - 50°; частота 1 - 6 Гц

1.2. Принципы построения и технические требования, предъявляемые к электроприводам с прерывистым законом движения

Изначально, в XIX веке, электроприводы с шаговым движением были выполнены на базе механических преобразователей движения, например с храповиками, преобразующими возвратно-вращательное движение в прерывистое вращательное движение в одном направлении или с мальтийским механизмом, преобразующим равномерное вращательное движение в прерывистое вращательное движение. Также широко применялись кривошипно-шатунные механизмы и анкерные устройства.

Электроприводы с механическими преобразователями просты в исполнении, но ненадежны и не позволяют регулировать параметры движения во время технологического процесса.

Позже были изготовлены электроприводы без механических устройств преобразования движения, что привело к повышению технических показателей. В электроприводах использовались асинхронные электродвигатели (АД) линейного и вращательного движения, позднее появились электроприводы с синхронными, шаговыми двигателями и двигателями постоянного тока [94 -104]. Применение АД в электроприводах имеют известные преимущества, позволяющие повысить надежность, простоту в эксплуатации, уменьшить потери энергии в дополнительных механических звеньях, снизить коммутационные потери. Достоинствами их являются: отсутствие коллектора и щеточного контакта, малый момент статического трения, простота конструкции, возможность плавно и на ходу регулировать выходные параметры по частоте и амплитуде [1, 35, 46, 50].

Общая классификация электроприводов с прерывистым движением, представлена на рис. 1.1.

Так электроприводы с шаговыми электродвигателями (одностаторные

и многостаторные, однороторные и многороторные, с пассивными и

активными роторами) изучены достаточно хорошо [76, 97, 99, 103]. Они имеют существенные преимущества: во-первых, это отсутствие обратной связи, которая обычно используется для управления положением или частотой вращения; во-вторых, не происходит накопление ошибки положения ротора двигателя; в-третьих, шаговые приводы совместимы с современными цифровыми устройствами.

Отсутствие обратной связи можно отнести как к достоинствам, т.к. система значительно упрощается, так и к недостаткам - т.к. возможна потеря контроля положения ввиду работы без обратной связи. К недостаткам шаговых двигателей относят: явление резонанса, потребление энергии не уменьшается даже без нагрузки, затруднена работа на высоких скоростях, невысокая удельная мощность, относительно сложная схема управления [28, 31,32,41,90, 92, 94, 96].

Шаговое движение можно осуществить с помощью стартстопного (циклически вращающегося магнитного поля) или шагового (шагающего магнитного поля) режима [97]. Шаговое движение в стартстопном режиме состоит из управляемых, полууправляемых и неуправляемых циклов работы электродвигателя, например, пуска, вращения (перемещения) с установившейся скоростью и торможением [55, 67]. Такие привода просты в изготовлении, но характеризуются большими значениями ускорений и замедлений в каждом шаге, что негативно влияет на электрическую и механическую прочность системы.

Применяется также вентильное фазовое управление напряжением или током при пуске и торможении [2, 18, 59, 66, 67]. Достоинством данного способа является плавный и быстрый пуск, за счет снижения влияния свободных составляющих электромагнитного момента, при этом недостатком являются низкие энергетические характеристики.

Рис. 1.1. Классификация электроприводов с прерывистым движением

Частотно-потенциальный и частотно-токовый способ управления [13, 47, 55] уменьшает потери при пуске (торможении) и отличается быстродействием, но он усложнен специальными управляемыми вентильными преобразователями, что приводит к большим затратам.

Получить прерывистый (шаговый) режим в электродвигателях можно одновременным или раздельным периодическим дискретным изменением пространственного положения оси магнитного поля первичного элемента (статора) и оси контура тока вторичного элемента (ротора) [37, 65 - 67], поочередно подключая статорные (индукторные) обмотки к источникам постоянного или переменного напряжения (тока) через управляемые вентили [66], а также меняя направление тока в одной или нескольких обмотках или скачкообразным изменением его величины [39]. Также можно воздействовать на обмотки и ток АД с фазным ротором [7, 37]. Использование фазного или несимметричного короткозамкнутого ротора позволяет получить сравнительно высокую точность и жесткую фиксацию вала в конце шага.

Дискретный электропривод с шаговым режимом работы наиболее прост, если он выполнен на серийных электродвигателях при питании от промышленной сети через тиристорные устройства с естественной коммутацией. В данном случае получить частоту шага нельзя выше частоты сети, но можно формировать требуемый закон шагового движения, а также уменьшить шаг и повысить точность позиционирования, регулируя угол открывания тиристоров [38, 39].

Дробление шага в асинхронных электродвигателях осуществляется ступенчатым изменением угла открывания тиристоров в нескольких фазных обмотках одновременно. При этом формируется пульсирующий ток, повышается надежность фиксации конечных положений ротора в шаге, даже если он короткозамкнутый или несимметричный [37, 66].

Известны способы поочередного переключения управляемых вентилей в асинхронных приводах с питанием постоянным и модулированным по

амплитуде переменным напряжением [66]. Шаговый режим в них осуществляется при помощи периодического изменения положения оси магнитного поля АД, путем переключения вентилей. Вентили включаются встречно-параллельно в фазные обмотки по одному или по два. В случае, когда питание происходит от переменного тока, по фазным обмоткам течет пульсирующий ток, появляется эффект динамического торможения в конце шага, что приводит к жесткой фиксации шагов (жесткий периодический реверс). В результате возникают большие ударные токи и усилия (моментов) в период переключения вентилей и надежность снижается [66].

Режим прерывистого движения может быть получен в АД, работающих непосредственно в режиме колебательного движения за счет амплитудной, фазовой или частотной модуляции питающих напряжений (токов). Так, возможность обеспечения режима плавного пуска и остановки асинхронного двигателя в моменты времени, когда колебательное электромагнитное усилие равняется нулю, позволяет использовать колебательные электроприводы в силовых установках с регулируемым прерывистым перемещением, например, в приводах подачи кузнечного прессового оборудования или в технологических установках расфасовочно-упаковочного оборудования [20].

Принцип работы электроприводов прерывистого движения заключается в создании шагового изменения электромагнитного поля, определяющего закон перемещения подвижного элемента двигателя.

На рис. 1.2 представлена блок схема электропривода колебательного движения с прерывистым законом движения [20].

Функциональная схема включает в себя: задающие генераторы ЗГ1 и ЗГ2; исполнительный двигатель ИД; инверторы напряжения ИН1 и ИН2, устройство вычитания частот УВЧ; фильтр знака ФЗ; модулятор М; задатчики направления движения ЗНД и шага ЗШ.

Рис. 1.2. Функциональная схема электропривода с прерывистым движением

вала

Рис. 1.3 поясняет принцип работы колебательного электропривода для трех различных режимов.

ЗГ2

ЗГ1

УЪЧ

знд

Ф3

л л л л л л;

и и и и и и А/\/\А Д Л Л Л г

и и 1/ V г \

/ 1

м -1— 1Г -> г

и VI Н^У- и У ч 1

Г 1 л к ш >1

Рис. 1.3. Временные диаграммы выходных напряжений блоков

Питание одной из обмоток исполнительного двигателя ИД осуществляется через инвертор ИН1 от задающего генератора ЗГ1 напряжением частоты со 1 через модулятор М. Управление последним производится сигналом разностной частоты (Г2 = сог -со2) с учетом заданного

направления движения, которое определяется полярностью электрического сигнала, поступающего с ЗНД на фильтр знака ФЗ. Фильтр знака преобразует сигнал устройства вычитания частот в модулирующие импульсы положительной либо отрицательной полярности. На вторую обмотку ИД от генератора ЗГ2 через инвертор напряжения ИН2 подается напряжение частоты со2- Таким образом, реализуется фазовый способ формирования колебательного режима работы [20]. При этом электромагнитный момент в ИД изменяется с угловой частотой О, пропорциональной разности частот питающих токов. Так как ток обмотки исполнительного двигателя получается модулированным по амплитуде периодическим сигналом, соответствующим этой разности частот, то закон движения подвижного элемента описывается выражением: а)=\Хп +Х«Ип(П? + а)]-зта, при пТ<1<пТ + 1ш)

где %п, Хп+1 ~ начальная и конечная координаты подвижного элемента за один шаг; хт - амплитудное значение координаты подвижного элемента двигателя; а - начальная фаза перемещения; tш - длительность шага; п - 0,1,2...- номер шага.

Из выражения (1.1) следует, что величина шага определяется амплитудным значением и, в частности, при ¿ш=772, |а| = 90°,

|Хш| = 2%т- Регулирование величины шага можно осуществлять при заданных

параметрах нагрузки за счет плавного изменения частоты одного из питающих напряжений (например, ЗГ1), либо за счет регулирования одного из фазных напряжений по амплитуде.

Такие электропривода обладают возможностью плавного регулирования частоты и амплитуды шага без применения дополнительных механических преобразовательных устройств.

1.3. Выводы по разделу

На основании проведенного анализа можно сделать следующие выводы:

1. Современные электропривода с прерывистым законом движения строятся на базе асинхронных и шаговых двигателей, как с дополнительными звеньями преобразования движения, так и без них;

2. Перспективным видится построение данного класса электроприводов линейного и углового движения, на базе АД, работающего непосредственно в режиме прерывистого движения, за счет фазовой модуляции питающих напряжений (токов) с прерыванием питания по одной из обмоток в момент времени, когда электромагнитный момент, развиваемый двигателем, стремится к нулю;

3. В настоящее время в отечественной и зарубежной практике отсутствуют теоретические исследования и обобщение комплекса вопросов расчетно-теоретического характера по данным электроприводам, что существенно сдерживает развитие и внедрение последних.

II. ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА УГЛОВОГО ДВИЖЕНИЯ С ПРЕРЫВИСТЫМ ДВИЖЕНИМ ВАЛА

Для развития общей теории электромеханических преобразователей энергии при прерывистом движении вала и анализа их работы при фазовой модуляции питающих напряжений (токов), а также для оценки динамических и энергетических процессов, протекающих в них, необходимо получить аналитические соотношения, устанавливающие взаимосвязь между параметрами электрической машины, нагрузкой и источниками питания.

2.1. Математическое описание электропривода с прерывистым законом движения

При исследованиях режимов работы и процессов энергообмена в электромеханических преобразователях энергии, работающих в режиме прерывистого движения, будем рассматривать некоторую обобщенную, идеализированную электрическую модель машины, имеющую две пары взаимно перпендикулярных обмоток на статоре и роторе, эквивалентных соответствующим многофазным обмоткам реальной машины и, подключенных к источникам напряжений (токов), модулированных по фазе периодическим сигналом частоты О [43 - 45, 56].

На рис. 2.1 представлена физическая модель обобщенного электродвигателя углового прерывистого движения, согласно которой за положительные выбраны направления токов и напряжений, совпадающие с направлениями осей соответствующих обмоток [34, 35, 84].

Рис. 2.1. Физическая модель обобщенного электродвигателя углового

прерывистого движения

Преобразование энергии в электрической машине при совершении периодического движения можно представить при помощи системы дифференциальных уравнений, состоящей из четырёх уравнений напряжения и уравнения движения, устанавливающего взаимосвязь между нагрузочной диаграммой исполнительного двигателя и развиваемым им электромагнитным усилием.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Воронина, Наталья Алексеевна, 2013 год

Список используемой литературы

1. Абрамов А.Н. Об использовании АД в шаговом режиме с фиксацией шага. // Бесконтактные электрические машины. - Рига, 1969. - Вып. 8. -С. 63 -68.

2. Автоматизированный электропривод / Под общ. ред. Н.Ф. Ильинского, М.Г. Юнькова. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 544 с.

3. Автоматизированный электропривод, силовые полупроводниковые приборы, преобразовательная техника (Актуальные проблемы и задачи) / Под общ. ред. Н.Ф. Ильинского, И.А. Тепмана, М.Г. Юнькова. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 472 с.

4. Аипов P.C., Линенко A.B. Проектирование колебательного линейного электропривода технологического назначения. // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Труды VIII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов, 28 февраля - 1 марта, 2002. Т.д. Т. 2. М: Изд-во МЭИ. - 2002. - 89 с.

5. Аристов A.B. Разработка и исследование прецизионного асинхронного электропривода угловых синусоидальных колебаний: автореф. дис...к.т.н. 05.09.03 - Томск, 1982.

6. Аристов A.B. Электропривод колебательного движения в режиме прерывистого перемещения // Известия ТПУ. - 2008. - Т. 313, № 4 - С. 107109.

7. Аристов A.B. Электропривод колебательного движения с машиной двойного питания. Томск: Изд-во ТПУ, 2000. - 176 с.

8. Аристов A.B., Воронина H.A. Рабочие характеристики электропривода колебательного движения в режиме прерывистого перемещения // Известия ТПУ. - 2009. - Т. 314. - №4. - С. 64-68.

9. Аристов A.B., Воронина H.A. Анализ точности позиционирования двухфазного асинхронного двигателя в режиме прерывистого движения // Известия ТПУ.-2013.-Т. 322-№4.-С. 116-120.

10. Аристов A.B., Воронина H.A. Влияние параметров нагрузки на выходные характеристики электропривода с прерывистым законом движения// Электромеханические преобразователи энергии: Материалы IV Международной научно-технической конференции, Томск: ТПУ, 2009. - С. 340-347.

11. Аристов A.B., Воронина H.A. Электропривод с прерывистым движением вала // Электромеханические преобразователи энергии: Материалы V Юбилейной Международной научно-технической конференции, посвященной памяти Г.А. Сипайлова; ТПУ. - Томск: Изд-во ТПУ, 2011.-С. 195-200.

12. Аристов A.B., Паюк JI.A., Воронина H.A. Асинхронный электропривод с прерывистым движением подвижного элемента // Электричество. - 2009. -№12.-С. 41-44.

13. Арчий Г.В. Тиристорные преобразователи частоты для регулируемых электроприводов. / Г.Г. Жемеров, И.И. Эпштейн. -М.: Энергия, 1968. - 128 с.

14. Балковой А.П. Шаговый электропривод для подсистем сканирования аппаратуры бортовой радиометрии малых космических аппаратов / Балковой А.П., Баринов В. С., Луценко В.Е. // Радиотех. тетр. - 2003. - № 26. - С. 6770.

15. Башарин A.B., Голубев Ф.Н., Кепперман В.Г. Примеры расчетов автоматизированного электропривода. Л.: Энергия, 1971. - 440 с.

16. Боголюбов H.H., Митропольский Ю.А. Асимптотические методы в теории нелинейных колебаний, 4 изд., М., 1974. - 114 с.

17. Бурулько Л.К. Специальные электроприводы переменного тока: учебное пособие / Л.К. Бурулько, Ю.С. Боровиков. - Томск: Изд-во ТПУ, 2007. - 145 с.

18. Бургин Б.Ш. Системы управления электроприводами. / Новосибирский электротехнический институт - Новосибирск, 1991. - 115 с.

19. Бушнев Д.В. Исследование асинхронного электропривода периодического движения с варьируемыми законами управления: автореф. дис.. .к.т.н.: 05.09.03 -ВГТУ, Воронеж, 2000. 17 с.

20. Воронина H.A. Электропривод колебательного движения с прерывистым законом движения // Современные техника и технологии: Труды XV Международной научно-практической конференции студентов аспирантов и молодых ученых (СТТ 2009), Т.1, - Томск: Изд-во ТПУ, С. 385— 386.

21. Воронина H.A., Аристов A.B., Закон движения электропривода с прерывистым движением при потенциальной и токовой фазовой модуляции// Электромеханика, электротехнические комплексы и системы: Межвузовский научный сборник. - Уфа, 2010. - С. 42-47.

22. Воронина H.A. Математическое представление процессов в асинхронных электроприводах с автономными инверторами напряжения// Современные техника и технологии: Материалы Х-ой юбилейной международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (СТТ 2003), Т.1. - Томск: Изд-во ТПУ, 2003. - С. 95-98.

23. Воронина H.A. Закон движения электропривода с прерывистым движением при токовой фазовой модуляции// Современные техника и технологии: Материалы XVI Международной научно-практической конференции студентов аспирантов и молодых ученых (СТТ 2010), Т.1. -Томск: Изд-во ТПУ, 2010. - С. 396-398.

24. Воронина H.A. Электропривод с прерывистым законом движения // Современные техника и технологии: Материалы XVII Международной научно-технической конференции студентов аспирантов и молодых ученых (СТТ 2011), Т. 1 - Томск: Изд-во ТПУ, 2011. - С. 422^23.

25. Воронина H.A. Влияние параметров источников питания на кинематические характеристики электропривода с периодическим законом движения // Современные техника и технологии: Материалы XVIII

Международной научно-практической конференции студентов аспирантов и молодых ученых (СТТ 2012), Т.1 - Томск: Изд-во ТПУ, 2012. - С. 351-352.

26. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике / М.: Астрель, 2008.-991 с.

27. Гаврилов Ю.А. Обоснование режимов работы вибрационной щековой дробилки с авторезонансным электроприводом маятниковых вибровозбудителей возвратно-вращательного движения: дис... к.т.н.: 05.09.03, СПбГГИ им. Плеханова. - Санкт-Петербург, 2010. - 163 с.

28. Глазов М.Н. Преобразователи электрических аналоговых сигналов в угол поворота вала с шаговыми двигателями // Привод и управление точных перемещений: Сборник трудов. - М.: - Наука, 1969. - С. 42-54.

29. Грачев С.А., Луковников В.И. Безредукторный электромашинный привод периодического движения. - Минск: Высш. шк., 1991. - 160 с.

30. Грузов В.Л., Сабинин Ю.А. Асинхронные маломощные приводы со статическими преобразователями. Л.: Энергия, 1970. - 136 с.

31. Гумен В.Ф., Калинская Т.В. Следящий шаговый электропривод. - Л.: Энергия, 1980.- 168 с.

32. Дискретный электропривод с шаговыми двигателями, под ред. М. Г. Чиликина - М., Энергия, 1971. - 624 с.

33. Дьяконов В. Mathcad 2000. - СПб.: Питер, 2000. - 592 с.

34. Ефимов A.A. Динамика электромеханических систем. Учебное пособие. Томск.: Изд-во ТПИ им. С.М. Кирова, 1981.-93 с.

35. Загорский А.Е., Управление переходными процессами в электрических машинах переменного тока. / А.Е. Загорский, Ю.Г. Шакарян. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 176 с.

36. Загорский А.Е. Регулируемые электрические машины переменного тока. М.: Энергоатомиздат, 1992. -228 с.

37. Захаренко С.И. Асинхронный электропривод шагового движения для расфасовочно-упаковачных автоматов: автореф. дис...к.т.н.: 05.09.03 -Минск, 1988.- 18 с.

38. Иванчук Б.Н., Липман P.A., Рувинов Б.Я. Электроприводы с полупроводниковым управлением, под ред. М.Г. Чиликина, Тиристорные усилители в схемах электропривода. М. - Л.: Изд-во Энергия, 1966, 112 с.

39. Ивоботенко Б.А. Физические принципы и структура электрического дробления шага в дискретном электроприводе // Труды МЭИ. - М.,1979-Вып. 440. С. 118-123.

40. Исследование автоматизированных электроприводов, электрических машин и вентильных преобразователей / Под общ. ред. С.Д. Левинтова, В.А. Лифанова. - Сборник научных трудов № 135. - Челябинск, 1974. -176 с.

41. Кенио Т. Шаговые двигатели и их микропроцессорные системы управления: Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 200 с.

42. Кирьянов Д.В. MathCAD 13. - СПб.: БХВ-Петербург, 2006. - 608 с.

43. Ключев В.И. Теория электропривода: Учебник для вузов. — 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1998. - 704 с.

44. Ковач К.П., Рац И. Переходные процессы в машинах переменного тока. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 744 с.

45. Копылов И.П. Электромеханические преобразователи энергии. - М.: Энергия, 1973.-400 с.

46. Копылов И.П., Горяинов Ф.А., Клоков Б.К. Проектирование электрических машин / Под. ред. И.П. Копылова. - М.: Энергия, 1980. -495 с.

48. Линенко A.B. Разработка бункера-питателя для процессов хранения и переработки продуктов на базе линейного асинхронного электропривода: дис.. .к.т.н.: 05.20.02, БГАУ. - Челябинск., 2004. - 140 с.

49. Луковников В.И. Электропривод колебательного движения. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 152 с.

50. Луковников В.И., Середа В.П. Динамические режимы работы асинхронного электропривода. М.: Изд-во ВЗПИ, 1990. - 211 с.

51. Макаров И.П. Дополнительные главы математического анализа. Учебное пособие. -М.: Просвещение, 1968. 308 с.

52. Малофиенко С.Г. Разработка и исследование колебательных электроприводов с периодическим законом движения вала: автореф. дис...к.т.н.: 05.09.03.-Томск, 1982.- 17 с.

53. Мамедов Ф.А., Беспалов В.Я., Резниченко В.Ю., Малиновский А.Е. Асинхронный двигатель в «синусном» режиме // Минск: Энергетика, №5. -

1977.-57 с.

54. Мельников С.Ю. Контроль точности позиционирования шаговых двигателей // Санкт-Петербург, 9-13 апреля, 2007: Сборник докладов. - СПб, 2007-С. 182-184.

55. Михневич H.A. Исследование пусковых электромагнитных процессов в АД при частотном управлении: автореф. дис...к.т.н.: 05.09.03. - Томск,

1978.-23 с.

56. Моделирование и основы автоматизированного проектирования приводов: Учеб. пособие для студентов высших технических учеб. заведений. / В.Г. Стеблецов, A.B. Сергеев, В.Д. Новиков, О.Г.Камладзе - М.: Машиностроение, 1989. - 224 с.

57. Овинова С. А. Разработка установок сельскохозяйственного назначения с асинхронным приводом колебательного перемещения: дис...к.т.н.: 05.20.02, ФГОУ ВПО РГАЗУ. - М., 2005. - 144 с.

58. Оптимальное управление движением при позиционировании и его моделировании в среде MATLAB / SIMULINK / А.Г. Ильина, Д.В. Лукичёв, A.A. Усольцев // Изв. вузов. Приборостроение. - 2008. - Т.51, № 6, С. 63-67.

59. Панкратьев Л. Д. Следящий привод переменного тока с полупроводниковыми усилителями. / В.П. Папе, Н.П. Папе, Б.И. Петров. -М.-Л., 1966- 104 с.

60. Патент на полезную модель №88874, МПК Н02Р 7/00. Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме прерывистого движения / Аристов A.B., Воронина H.A. Заявка 2009125766/22, 06.07.2009. Опубликовано 20.11.2009, Бюл. №32

61. Патент на полезную модель №131254, МПК Н02Р7/62. Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме прерывистого движения / Аристов A.B., Воронина H.A. Заявка № 2013106076. Опубликовано 10.08.2013, Бюл. №22.

62. Патент на изобретение №2148293, Н02Р7/62, Н02Р7/00. Электропривод периодического движения / Бушнев Д.В., Катугин С.Н., Кононенко Е.В., Ткалич С.А., Черных Д.В. Заявка № 98120650/09 . Опубликовано 24.04.2000.

63. Паюк Л. А., Воронина H.A. Безредукторный электропривод периодического движения переменного тока // Наука, технологии, инновации: Материалы Всероссийской научной конференции молодых ученых в 7 частях. Часть 5, Новосибирск, 29 ноября-2 декабря 2012. -Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2012. - С. 306-310.

64. Петров Б.И., Полковников В.А. Динамические возможности следящих электроприводов. -М.: Энергия, 1976. - 128 с.

65. Петров И.И., Мейстель A.M. Специальные режимы работы асинхронного электропривода. - М.: Энергия, 1986. - 264 с.

67. Петров JI.П. Управление пуском и торможением асинхронных двигателей. - М.: Энергоиздат, 1981. - 182 с.

68. Поздеев А.Д. Электромагнитные и электромеханические процессы в частотно-регулируемых асинхронных электроприводах. - Чебоксары: Изд-во Чуваш, ун-та, 1998. - 172 с.

69. Поляков Л.М., Рашкович М.П. Шаговый режим асинхронного двигателя / Труды IV Всесоюзного совещания по электроприводу и автоматизации производственных процессов. - М.: Энергия, 1965. - Т.1. -С. 65-71.

70. Потапов А.М. Настройка и испытания следящих приводов. - Л.: Энергия, 1970.- 104 с.

71. Потемкин В. Г. Система инженерных и научных расчетов MATLAB 5.x: в 2 т. -М.: Диалог-МИФИ, 1999. - Т. 1.-1999. -366 с.

72. Потемкин В. Г. Система инженерных и научных расчетов MATLAB 5.x: в 2 т. - М.: Диалог-МИФИ, 1999. Т. 2. - 1999. - 304 с.

73. Привод и управление точных перемещений. Сборник трудов под ред. В.И. Дикушина. - М.: Изд-во Наука, 1969. - 183 с.

74. Ратмиров В.А., Ивоботенко Б.А. Шаговые двигатели для систем автоматического управления, М. - Л., Госэнергоиздат, 1962. - 128 с.

75. Рубцов В.П. Системы с силовыми шаговыми двигателями для металлургической промышленности. / В.П. Рубцов, Л.А. Садовский, A.C. Филатов. - М.: Энергия, 1967 - 96 с.

76. Сабинин Ю.А. Автономные дискретные электроприводы с силовыми шаговыми двигателями. - Л.: Энергия, 1980. - 158 с.

77. Садовский Б.Д. Асинхронный двигатель как машина возвратно-поступательного движения. - Вестник электропромышленности, 1940. -№ 7.-С. 8-10.

78. Свириденко С.Х. Элементы автоматизации металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1964. - 212 с.

79. Секриеру В. Электропривод с шаговым двигателем ДШ-5Д1 МУЗ / Секриеру В., Мунтяну Е. // Радио. - 2005. - № 12. С. 40-41.

80. Соколов М.М., Рубцов В.П. Дискретный электропривод механизмов электротермических установок. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 120 с.

81. Со Лин Аунг / Исследование и разработка автоматических устройств управления замкнутыми шаговыми электроприводами с внутришаговой дискретной коррекцией скорости вращения: автореф. дис...к.т.н.: 05.13.05 -М, 2008.-27 с.

82. Со Лин Аунг / Исследование приводов с шаговыми двигателями в программной среде МАТЬАВ // Естественные и технические науки, № 4, 2006.-С. 228-230.

83. Терёхин В.Б. Моделирование систем электропривода в 81шиНпк (Ма11аЬ 7.0.1): учебное пособие. - Томск: Изд-во ТПУ, 2010. - 292 с.

84. Трещев И. И. Электромеханические процессы в машинах переменного тока. Л.: Энергия, 1986. - 344 с.

85. Ткалич С.А. Разработка колебательного электропривода с повышенными энергетическими показателями: дис...к.т.н.: 05.09.03: ТПУ. -Томск, 1988. - 294 с.

86. Холин В.И. Исследование и разработка асинхронного электропривода прерывистого движения для крановых механизмов: автореф. дис...к.т.н.: 05.09.03,-М., 1981.-20 с.

87. Хромов Е.В. Линейный электропривод рабочих органов сельскохозяйственных машин с возвратно-поступательным движением: дис.. .к.т.н.: 05.20.02, ФГОУ ВПО РГАЗУ. -М., 2011. - 138 с.

88. Черных Д.В. Разработка и математическое моделирование замкнутых колебательных асинхронных электромеханических систем с частотным управлением: дис... к.т.н.: 05.09.01, 05.09.03, ВГТУ. - Воронеж, 2001.- 171 с.

89. Шаговый ЭП на основе двигателя типа ДБМ / И.Н. Коробицин, С.Г. Синичкин, В.Г. Титов, Е.А. Чернов // Труды XIV Международной научно-

129

технической конференции «Электроприводы переменного тока», Екатеринбург, 13-16 марта, 2007. - С. 81-84.

90. Штёлтинг Г., Байссе А. Электрические микромашины: Пер. с нем.: -М.: Энергоатомиздат, 1991 - 229 с.

91. Шукялис А. Применение электрических машин поступательного движения в вибрационных устройствах: Труды Сер. Вибротехника. Каунас. 1973. вып. 3 (20). С. 42-46.

92. Электромагнитные и электромашинные устройства автоматики / Подлипенский B.C., Петренко В.Н. - К.: Высш. шк., 1987. - 592 с.

93. Электрические двигатели малой мощности. Труды Всесоюзного научно-технического совещания по электрическим двигателям малой мощности. - Киев: Изд-во Наукова думка, 1969. - 288 с.

94. Hughes A., Lawrenson P.J., 1978. - U. К. Patent No. 1,523,348.

95. Karaliunas В. Computer modeling of the dynamic processes for stepping motor // Electron, ir elektrotech. - 2008. - № 3. - p. 81-84.

96. Lawrenson P.J., Kingham I.E. Resonance effects in stepping motors. Proc. IEE 124, (5), 1977. - pp. 445-8.

97. Lawrenson P. J., Hughes A., Acarnley P.P. Starting/stopping rates of stepping motors: Improvement and prediction. Proc .International conference on stepping motors and system. University of Leeds, 1976. - pp. 54-60.

98. Ohne Schrittverlust // Mechatronik, 2005. - Т. 113, №11-12. - s. 33.

99. Pat. 7183676 США, H 02 К 5/16 (2006.01) Stepping motor / Canon K.K., Mizumaki Masao. - № 11/225538. - 2007.

100. 2-Phasen-High-Torque-Schrittmotoren // Maschinenmarkt. - 2004. -№ 47. - s. 19

101. Pat. 883837 (England). Linear induction motor / E. Lauithwaite.

102. Pat. 1463612 (F.R.G.) Durchlaufsichere Schrittsteuerung fur einen elektrischen Antrieb / F. Gnegel

103. Schrittmotoren ergänzen das Antriebsprogramm // Blech InForm. - 2006. -№3.- s. 62.

104. Vibrationsarme Mikroschritte // Ind. mag. - 2007. - №4. - s. 42.

105. http://electronpo.ru/dvigatel_air71 a