2809.Автоматизация в электроэнергетике и электротехнике

Рис. 2. Рабочее место по изготовлению магнитных клиньев, пресс-форма для изготовления и фигурный магнитный клин, сечением повторяющий форму и размеры сечения шлицевой и клиновой зон пазов сердечника

статора двигателя

Для проверки предлагаемых решений проведены стендовые испытания электродвигателей с наноструктурированными магнитными клиньями. Испы-

тания проводились по регламенту, принятому на предприятии ЗАО «Уралэлектромаш» в соответствии с ГОСТ на испытания асинхронных двигателей. Двигатели проходили испытания в 2 этапа. На первом этапе испытывался стандартный двигатель со стеклотекстолитовыми клиньями. На втором этапе стеклотекстолитовые клинья были заменены магнитными. Все испытания проводились на стенде электрических испытаний механосборочного цеха в ЗАО «Уралэлектромаш» штатными работниками предприятия.

Экспериментальное определение величины магнитной проницаемости изготовленных партий магнитных клиньев проведено на магнитно-измерительной установке К-3Э в лаборатории физикотехнического института УрФУ. В сравнительных испытаниях использованы три варианта магнитных клиньев: плоские с = 2 0 таких же размеров, как стеклотекстолитовый клин толщиной 1,5 мм, и фигурные с сечением, повторяющим форму и размеры шлицевой и клиновой зоны пазов, имеющих значения = 6,2 0 и = 9,3 0 в зависимости от содержания магнетита.

Результаты испытаний показали, что применение магнитных клиньев с сечением, полностью повторяющим форму и размеры шлицевой зоны пазов, приводит к уменьшению тока холостого хода и потерь (главным образом, добавочных потерь в стали) и снижению перегрева обмотки статора в номинальном режиме работы двигателя.

В результате применение магнитных клиньев фигурной формы сечения, повторяющей форму и размеры шлицевой и клиновой зоны пазов сердечника статора, с магнитной проницаемостью в пределах (6…9) 0 позволило снизить суммарные потери на 14–21 % (±1,2 %),

увеличить КПД асинхронных двигателей на 0,9–1,6 % (±0,1 %), снизить нагрев обмотки статора не менее чем на 12– 15 °С, что равносильно увеличению срока службы электродвигателя более чем в 2 раза (рис. 3).

Рис. 3. График зависимости КПД = f(P2) для двигателя ДМ180М2У1JМ с фигурным клином ( = 9,3) и значения КПД при номинальной нагрузке для различных видов клина

Предложенная конструкция магнитного клина позволяет использовать его не только при производстве, но и при ремонте асинхронных двигателей на промышленных предприятиях Уральского региона и России.

Список литературы

1.Макаров Ф.К. Электрические машины переменного тока с магнитными клиньями. – М.: Энергоиздат, 1981. – 96 с.

2.Пат. № 2548868 RU. Способ изготовления материала для получения магнитного клина / Шустов И.И., Бекетов А.Р., Баранов М.В., Пластун А.Т., Денисенко В.И., Недзельский В.Е., Зы-

ков П.Г. – № 2014144999/07; заявл. от 09.10.2013; опубл. 20.04.15, Бюл. № 11.

Управление модулем ЦЛВД с помощью преобразователя частоты (ПЧ) осуществляется в дианазоне частот 0,5–6 Гц для получения необходимых скоростей перемещения вторичного элемента. В модуль ЦЛВД встроены датчик измерения температуры обмотки индуктора ДТ и датчик нулевого положения вторичного элемента ДП.

Рис. 3. Функциональная схема ЦЛВД

Датчик измерения температуры необходим для контроля температуры обмотки двигателя. Модуль преобразователя информации выполнен на базе ПК. Программное обеспечение реализовано на языке C+ в среде Microsoft Visual Studio 2010 и ориентировано к использованию на промышленном или персональном компьютере. Персональный компьютер связан с преобразователем частоты по кабельной линии связи стандарта RS-485 (с помощью преобразователя интерфейсов RS-485/USB) на базе протокола ModBus. В соответствии с временной диаграммой (рис. 4) производится формирование управляющих команд, передаваемых по шине RS-485 на блок ПЧ.

Рис. 4. Диаграмма изменения управляющих параметров двигателя

Исходными данными для задания в память ПК, которые обеспечивают работу системы автоматического управления в режиме возвратно-поступатель- ного движения, являются следующие:

N – число качаний (двоичных ходов) вторичного элемента;

L – длинна хода вторичного элемента в одну сторону;

Fр – тяговое усилие модуля при рабочем ходе вторичного элемента;

Fо – тяговое усилие модуля при обратном ходе вторичного элемента;

Θдоп – допустимая температура обмотки индуктора;

R1 – сопротивление фазы обмотки статора.

Тяговое усилие модуля ЦЛДВ находится по формуле

где α – полюсное деление; А – линейная токовая нагрузка; B – магнитная индукция в зазоре; D – диаметр вторичного элемента; l – длина модуля индуктора.

Линейная токовая нагрузка, необходимая для получения заданных усилий Fр, Fо, определяется из формулы (1). Остальные конструктивные величины являются известными, а магнитная индукция B находится из расчета магнитной цепи по методике, изложенной в рабо-

те [3].

Выходное напряжение ПЧ зависит от частоты и определяется по формуле, которая получена на базе экспериментальных исследований для модуля ЦЛВД:

где I – ток статора; ∆U – добавка напряжения на 1 Гц частоты.

В модуле преобразования информации ПК в зависимости от исходных данных производится расчет в реальном времени управляющих команд задания

частоты f и напряжения Uл. Эти параметры подаются на вход ПЧ, на выходе которого формируется реальная частота и напряжение питания модуля ЦЛВД.

Перед началом рабочего цикла вторичный элемент модуля ЦЛВД устанавливается в положение «ноль», о чем сигнализирует датчик ДП. Дальнейшая работа модуля ЦЛВД осуществляется на базе временных диаграмм частоты и скорости движения вторичного элемента, показанных на рис. 4. За период Т осуществляется полный цикл возвратнопоступательного движения, после чего вторичный элемент возвращается в нулевое положение, при этом датчик ДП дает сигнал на продолжение цикла работы.

Средняя скорость за период

На участке разгона вторичного элемента время t1 принято равным времени торможения t2 и составляет 0,1 от времени полуцикла T/2.

Максимальная скорость вторичного элемента определяется из условия равенства площади трапеции на участке 0авс и площади прямоугольника с высотой, равной средней скорости vср. Следовательно, максимальная скорость связана со средней следующим выражением:

Известно, что скорость движения магнитного поля в воздушном зазоре и вторичного элемента

где τ – полюсное деление ЦЛВД На основании выражения (5) макси-

мальная частота питающего напряжения

Суммарное время цикла T, соответственно, определится количеством циклов за минуту и будет

На участке разгона вторичного элемента время t1 принято равным времени торможения t2 и составляет 0,1 от времени полуцикла 0,5T.

Межполюсное расстояние τ неизменно для конкретного двигателя, а в нашем случае τ равно 0,03 м.

Для обеспечения требуемого тягового усилия необходимо задать значение линейной токовой нагрузки. Также необходимо задать время разгона t1 и время торможения t2 двигателя.

Следовательно, для запуска двигателя необходимо задать технологические

параметры L, N, t1, t2, I и τ.

Блок-схема алгоритма управления электропривода ЦЛВД в режиме воз- вратно-поступательного движения показана на рис. 5 [2].

Задание исходных параметров для работы системы осуществляется в блоке № 1 схемы алгоритма рис. 5.

Расчет вышеперечисленных величин осуществляется в блоке № 2 схемы алгоритма.

В процессе работы двигателя необходим контроль температуры обмотки двигателя на каждом цикле его работы.

Вслучае превышения температуры (θраб выше допустимой θдоп) необходима подача команды на остановку двигателя. Контроль температуры обмотки индуктора характеризует блок № 3 схемы алгоритма управления.

Разгон двигателя (на участке 0a, см. рис. 4) происходит при условии t < t1.

Впроцессе разгона частота питающего напряжения нарастает согласно выражению

Выходное напряжение ПЧ также изменяется по нарастающему закону и определяется согласно выражению (2).

Процессу разгона двигателя соответствует блок № 4 схемы алгоритма рис. 5. В конце разгона двигателя частота питающего напряжения равна максимальному значению, и наступает участок равномерного движения (см. рис. 4, участок ab). На этом участке время находится в пределах t1 < t < (0,5T – t2), а частота и питающее напряжение равны максимальным fmax и Umax. Работу двигателя

на участке ab характеризует блок № 5 схемы алгоритма.

Торможение двигателя (см. рис. 4, участок bc) осуществляется в пределах времени (0,5T – t2) < t < 0,5T. При этом частота напряжения снижается по закону

При заданном неизменном токе двигателя и при уменьшении частоты напряжение питания также будет снижаться согласно выражению (2). Процесс

Введение. Внедрение новых передовых технологий в металлургической отрасли является одним из способов снижения издержек, позитивно сказывающимся на конкурентоспособности предприятия в условиях рыночной экономики. Повышение энергоэффективности в энергоемких отраслях напрямую связано с созданием высокопроизводительного, низкозатратного электротехнологического оборудования, которое позволит минимизировать длительность цикла «выплавка – разливка – прокат» и получить на выходе продукт с приемлемым соотношением цена/качество [4, 5]. Для плавления чистых материалов с высокими требованиями к качеству, например при производстве полупровод-

ников, а также при выплавке тугоплавких и высокореакционных металлов, часто используется индукционная печь с холодным тиглем (ИПХТ) [1]. Химически активные металлы, такие как титан, цирконий, материалы для хранения водорода и сверхпроводящие материалы, магнитные и интерметаллические сплавы, высокотемпературные сплавы получают с высокими требованиями по чистоте и жестким контролем структуры. Применение метода индукционной плавки и литья в холодном тигле позволяет преодолеть основные ограничения традиционного метода индукционной плавки с керамическими тиглями.

Проводимые в течение многих лет исследования позволили сформулиро-