3640

УДК621.313

Р.Н. Попов, Р.О. Нюхин

ТРЕБОВАНИЯ К ПРИВОДУ ЛИНЕЙНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ВЫБОР

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Определены преимущества линейного цилиндрического электродвигателя при использовании его в электроприводе линейного перемещения

Ключевые слова: привод линейного перемещения, синхронный двигатель, двухфазная обмотка возбуждения, высококоэрцетивные редкоземельные магниты

Входе разработки электроприводов линейного перемещения одной из главных задач является компенсация пульсаций электромагнитной тяговой силы. Эта задача решается в системах с управлением по вектору состояния, в которых используются алгоритмы управления, совмещающие в одних устройствах функции коммутации рабочего тока в обмотках двигателя с регулированием параметров движении (гибридные алгоритмы управления). При введении в систему дополнительных логических устройств, анализирующих величину ошибки (точность отработки выходной координаты), можно добиться оптимизации требуемых параметров качества переходных процессов [1, 2].

На характеристики линейного привода с пониженной скоростью движения и жёсткими требованиями к её равномерности определяющее влияние оказывают свойства линейного синхронного двигателя.

Вкачестве базовой электрической машины выбран линейный цилиндрический синхронный двигатель (ЛЦСД) с коротким беззубцовым индуктором статора, в котором применена двухфазная обмотка возбуждения, состоящая из кольцевых катушек, установленных в ферромагнитный магнитопровод, и подвижным штоком, содержащим внутри тонкостенной неферромагнитной гильзы, выполняющей функции опоры для подшипников скольжения, аксиально намагниченные полюса чередующейся полярности в виде втулок, разделённые ферромагнитными шайбами.

Преимущества данной конструкции обусловлены следующими основными факторами [3]:

82

-кольцевые катушки обмотки не содержат лобовых частей;

-силы одностороннего магнитного притяжения в цилиндрическом двигателе скомпенсированы;

-обмотка не содержит “пассивной” части, обтекаемой токами, что определяет меньший уровень электрических потерь в ней;

-отсутствие зубчатости позволяет повысить равномерность скорости движения, а также точность позиционирования прямого привода;

-наличие высококоэрцетивных редкоземельных магнитов позволяет работать при повышенных немагнитных зазорах, в том числе в отсутствии ферромагнитного магнитопровода (сердечника), обеспечивая при этом высокие удельные энергетические показатели магнитного поля для ряда вариантов реализации цилиндрического линейного синхронного двигателя.

Литература

1.Веселовский О.Н., Коняев А.Ю., Сарапулов Ф.Н. Линейные индукционные двигатели. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 255 с.

2.Коськин Ю.П., Цейтлин Л.А. Синхронные машины с немагнитным ротором. - Л.: Энергоатомиздат, 1990. - 280 с

3.Бертинов А.И., Синева Н.В. Индукционные трехфазные двигатели с различными роторами. - М.: Изд-во МЭИ, 1967. - 72 с.

Воронежский государственный университет

83

УДК 621.313.292

С.С. Дзюбан, А.В. Кайгородов, О.А. Киселёва

ЭЛЕКТРОПРИВОД НАСОСА ДЛЯ ПЕРЕКАЧКИ НЕФТИ

ВАВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЯХ

Вработе проводятся исследования возможности возникновения отказов в электроприводе насоса для перекачки нефти в аварийном режиме. Отказы могут произойти как в исполнительном асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором, так и в преобразователе частоты. Рассмотрены возможности повышения живучести всей системы в экстремальных условиях

Ключевые слова: электропривод, насос винтовой, отказы в двигателе, отказы в преобразователе

Применение технологии перекачки нефтегазоконденсатной смеси непосредственно в работающий трубопровод полностью снижает экологическую напряженность в местах нефтепромыслов за счет исключения газовых факелов, утечек, газовых выбросов, углеводородного сырья. Устройство станции для аварийной перекачки нефтегазовой смеси позволяет обеспечить полную откачку нефтегазоконденсатной смеси не в передвижные топливные емкости, а в параллельный действующий трубопровод. Станция представляет собой агрегат блочного типа, содержаний электронасосный агрегат, установленный на автомобильном шасси.

Рассмотрим работу электропривода насоса для перекачки нефти с позиции отказов его элементов. Отказы могут быть как у исполнительных двигателей, так и у преобразователей частоты. У асинхронных исполнительных электродвигателей, которые применяются в винтовых насосах, различают три характерных типа отказов:

-приработочные отказы электродвигателей, которые происходят в ранней период эксплуатации;

-внезапные отказы электродвигателей, которые происходят в период нормальной эксплуатации;

-отказы, которые происходят при износе отдельных частей электродвигателей, возникают за счет выработки ресурса деталей, неправильного использования и обслуживания.

Эти типы отказов делят на периоды: приработки; нормальной эксплуатации и старения.

84

В период приработки асинхронных двигателей интенсивность отказов бывает выше, чем в период нормальной эксплуатации [1]. Большинство дефектов, допущенных при изготовлении, можно выявить и устранить при испытаниях. Однако при массовом производстве невозможно проверить каждое изделие, часть машин может оказаться со скрытыми дефектами, которые вызывают отказы в первый период эксплуатации.

При испытаниях большое значение имеет продолжительность времени приработки, в течение которого достигается надежность, соответствующая нормальной работе. Отказы первого периода не влияют на надежность устройства в последующие периоды его использования.

Спроизводственной точки зрения важно иметь, готовое к действию и безотказное в работе оборудование в целом. Готовность основного энергетического звена – электродвигателя, зависит от надежности действия пускозащитной и регулирующей аппаратуры,

апри управлении от преобразователя частоты, от надежности его функционирования.

Защита не может предотвратить отказ двигателя, так как она не может воздействовать на факторы, которые создают аварийную ситуацию, но может защитить двигатель от перегрузки. Это позволяет значительно сократить время восстановления работоспособности электрооборудования. На устранение причины, вызвавшей аварийный режим, требуется меньше времени, чем на ремонт или замену вышедшего из строя двигателя.

Сдругой стороны, нельзя допускать необоснованное преждевременное отключение электродвигателя, так как это снижает надежность оборудования в целом. Независимо от причины отключение является отказом. Неправильное действие защиты снижает наработку на отказ, а, следовательно, и коэффициент готовности. В отдельных случаях целесообразно, чтобы защита не отключала электропривод насоса, а давала сигнал об аварийном режиме. Ложные отключения снижают надежность работы оборудования и наносят производственный ущерб, поэтому их не следует допускать. Аварийное состояние исполнительных электроприводов объектов, которые могут привести к нарушению безопасной эксплуатации оборудования и значительным экономическим потерям в нефтяной промышленности, а также привести к экологическим проблемам, недопустимо.

85

Свойство объекта или системы сохранять ограниченную работоспособность при наличии дефектов или повреждений определенного вида, а также при отказе некоторых компонентов определяется термином «живучесть». Из теории живучести технических систем известно, что свойством живучести обладают только избыточные системы, а избыточность в технических системах достигается через резервирование. Различают пять видов резервирования: структурное; функциональное; информационное; нагрузочное и временное. Они могут быть применены в электроприводе раздельно или в определенных комбинациях [1, 2]. В преобразователе частоты для асинхронного электродвигателя обеспечение свойства живучести возможно без применения дополнительной аппаратной части. Для случая формирования избыточности асинхронного электропривода с применением функционального резервирования возможно только за счет применения дополнительного алгоритма формирования кругового вращающегося поля в аварийном двухфазном режиме трехфазного двигателя. Такой подход позволяет обеспечить живучесть без дополнительных аппаратных затрат, но он ограничен в применении. Заданный уровень живучести в частотно-регулируемом трехфазном асинхронном электроприводе можно достичь за счет структурного резервирования - формирования избыточности динамического холодного резерва, подключаемого к преобразователю частоты при выявлении отказа в одной из фаз.

Литература

1.Однокопылов Г.И. Восстановление работоспособности трехфазных электроприводов переменного тока при аварии в одной из фаз/Г.И. Однокопылов, В.Г. Букреев//Ползуновский вестник.2012.№3/2.С.121-130.

2.Киселёв Д.П. Моделирование адаптивного управления

вэлектромеханической системе/ Д.П. Киселёв, О.А. Киселёва// Моделирование, оптимизация и информационные технологии.- 2014.- №3(6) - с.1-4.

Воронежский государственный технический университет

86

использования более современных материалов и технологий, в серии 4П – свою роль сыграла унификация производства с асинхронными двигателями 4А [1]. Увеличивается удельная мощность машин, увеличивается их КПД.

Продолжающиеся исследования КДПТ позволяют найти новые решения, позволяющие, по нашему мнению, улучшить их характеристики. В частности, хорошо известно [2], что при сдвиге щеток на физическую нейтраль не только повышается качество коммутации на коллекторе, но улучшаются энергетические параметры машины. При этом возникает новая проблема – двигатель теряет свойство реверсивности. В этой связи привлекает внимание решение [3], позволяющее совместить реверсивность КДПТ с установкой щеток на физическую нейтраль. Суть решения представлена на (Рис. 1).

Рис. 1. Вариант КДПТ с расщепленными щетками

Здесь применены две пары щеток: 1 и 3 (нечетные); 2 и 4 (четные). Они подключены к источнику питания через соответствующие диоды. Эти пары щеток сдвинуты в противоположные стороны на физическую нейтраль (угол ɑф). При полярности напряжения сети, показанной на (Рис. 1), открытыми являются диоды, соединенные с нечетными щетками. Направление вращения ротора показано стрелкой n. При изменении полярности сети диоды нечетных щеток закрываются, а диоды

88

четных – открываются. То есть ротор реверсируется и одновременно происходит переключение пары щеток – они оказываются на геометрической нейтрали при новом направлении вращения якоря.

При анализе электромагнитных процессов в КДПТ привлекает внимание негативное влияние магнитного поля якоря на его характеристики. Это влияние сводится в конечном итоге к ослаблению основного магнитного потока [2], в частности – продольной составляющей МДС реакции якоря. Известно предложение, позволяющее изменить роль этой составляющей и использовать её для намагничивания главных полюсов машины.

Поставленная задача решается сдвигом щеток по направлению вращения якоря с поиском оптимальной величины этого сдвига. Схематически конструктивное решение показано на рисунке 2. На рисунке показано, что обмотки на полюсах статора отсутствуют, а щетки сдвинуты на угол β/2 таким образом, чтобы их положение было сориентировано с краем полюсного башмака.

Рис. 2. Вариант КДПТ без обмотки возбуждения

Если к щеткам подвести напряжение от источника постоянного тока, то по катушкам якорной обмотки потекут токи, направление которых показано крестиками и точками. Эти направления выбраны произвольно по известному принципу [2]. Результирующе магнитное поле якоря, создаваемое этими токами,

89

можно представить в виде геометрической суммы двух составляющих намагничивающей силы: продольной Fad и поперечной Faq.

Зная величину продольной НС якоря, по известным [2, 3, 4] методикам можем определить величину основного магнитного потока, образованного в магнитной системе машины. Взаимодействуя с поперечной составляющей поля якоря, этот поток обусловливает вращающий момент электродвигателя при отсутствии специальной обмотки возбуждения на полюсах.

Из изложенного напрашивается вывод, что простой реконструкцией щеточного устройства электродвигателя постоянного тока могут быть существенно улучшены его эксплуатационные и технологические характеристики.

Литература

1.Справочник по электрическим машинам. В двух томах. Под общ. ред. И.П. Копылова и Б.К. Клокова. Том 1./ И. П. Копылов

–М.: Энергоатомиздат, 1988.

2.Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник. — 3-е изд., перераб./ А. И. Вольдек — Л.: Энергия, 1978.

3.Волчихин В.И. и др. Электрическая реверсивная машина постоянного тока А.С. 884043 СССР опубл. 02.04.74

4.Пархоменко Г.А., Завьялов С.Ю. Модернизация коллекторного электродвигателя переменного тока. Научнопрактический вестник «ЭНЕРГИЯ – XXI век» №4 (83) г. Воронеж: 2013г.

Воронежский государственный технический университет

90