Спосіб керування багатодвигунним електроприводом

Реферат: Спосіб керування багатодвигунним електроприводом, при якому задатчик швидкості видає задання на регулятор швидкості, який видає задання на блоки векторного керування двигунами, після чого дані про швидкість двигунів зчитуються імпульсними датчиками й обчислюється фактичне середнє значення швидкості, а також здійснюється коригування швидкості для кожного з приводів, причому як основа для корекції швидкості кожного з приводів використовуються значення крутного моменту двигунів. UA 120097 U (12) UA 120097 U UA 120097 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області електротехніки та може бути використана в електромеханічних системах при роботі декількох електродвигунів на загальне навантаження, у швидкодіючих регульованих електроприводах конвеєрів, вантажопідіймальних кранах й іншій техніці, до якої висуваються жорсткі вимоги щодо зменшення динамічних навантажень на виконавчий механізм, що виникають при спільній роботі двох і більше електродвигунів на загальне навантаження, а також вимоги щодо підвищення надійності й довговічності роботи технологічного обладнання. Використовувані в даний час способи керування багатодвигунним приводом широко висвітлені як у вітчизняній, так і в закордонній літературі. Найбільш детальну інформацію про способи технічної реалізації подібних систем можна отримати з технічних керівництв перетворювачів частоти різних фірм-виробників [Sinamics S120. Drive Function. Functional manual 01/2015; Load Sharing with the Altivar ATV71. Application Guide; ACS800 Firmware Manual. System Control Program 7.x]. У всіх вище наведених джерелах авторами описується класична схема реалізації синхронізації в багатодвигунному електроприводі, що передбачає наявність головного електроприводу (master) і ряду ведених ним електроприводів (slaves). При синхронізації за швидкістю задання швидкості з АСК надходить на головний електропривід, а його фактична швидкість передається як задання на ведені електроприводи. Аналогічним чином виконується синхронізація за крутним моментом при необхідності їх синхронізації. Дане технічне рішення в тій чи іншій варіації способу передачі задання від головного до веденого приводу (аналоговий сигнал, RS-485, шина DRIVE-CLiQ, шина CAN і т.д.) присутнє практично у всіх виробників сучасних частотних перетворювачів. При всіх перевагах класичної схеми синхронізації "головний-ведений", а саме - простота реалізації, підтримка більшістю виробників обладнання, вона не позбавлена певних недоліків, до яких можна віднести: - аварійно небезпечний режим роботи механізму з активним характером навантаження у разі руйнування механічного зв'язку між валом головного електродвигуна і вхідним валом редуктора (наприклад, при зносі муфт зчеплення); - чутливість системи до виходу з ладу головного електроприводу, що, у разі вимоги продовження роботи, призводить до необхідності зміни конфігурації системи керування з призначенням нового головного електроприводу; - якщо в процесі синхронізованої роботи запас веденого електроприводу за потужністю виявиться недостатнім для прискорення з метою синхронізації з головним електроприводом, то час розсинхронізації може бути не обмеженим; - активне регулювання швидкості або крутного моменту для синхронізації здійснює тільки ведений електропривід, що збільшує час синхронізації щодо одночасного регулювання швидкості відразу двома приводами. З рівня техніки відомий спосіб керування багатодвигунним приводом, оснований на керуванні кутовою швидкістю залежно від показань кутоміра, що вимірює перекіс робочого вантажозахоплюючого органу [UA № 68823, Н02Р 5/00, Бюл. № 7, 10.04.2012]. Недоліком даного способу є застосування додаткового пристрою зчитування кута нахилу, що передбачає наявність ланки ненадійності та додаткові витрати часу на обробку інформації кутоміра, що в кінцевому підсумку позначається на якості синхронізації. Також відомий багатодвигунний частотно-регульований електропривід, що включає n однакових за потужністю локальних електроприводів, що працюють на загальне навантаження [R.U № 2326488, Н02Р 5/48, Н02Р 21/00, Бюл. № 16, 10.06.2008] Кожен електропривід за патентом № 2326488 має імпульсний датчик швидкості. У багатодвигунний електропривід введений усереднювач швидкостей локальних електроприводів. Вихід імпульсного датчика швидкості всіх локальних електроприводів з'єднано зі входом усереднювача швидкостей локальних електроприводів, вихід якого з'єднано з другим входом регулятора швидкості обертання багатодвигунного електроприводу. Дана система синхронізації забезпечує створення на виході кожного з n локальних електроприводів однакового крутного моменту при відмінності в параметрах електромагнітних і механічних характеристиках асинхронних електродвигунів. При цьому використовується один регулятор швидкості обертання для регулювання швидкості кожного з n електродвигунів локальних електроприводів. Керування синхронізацією даного багатодвигунного електроприводу здійснюється за наступним алгоритмом: - задатчик швидкості видає завдання на регулятор швидкості обертання; - регулятор швидкості видає задання на блок векторного керування приводами; 1 UA 120097 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 - приводи керують двигунами, дані про швидкості двигунів зчитуються імпульсними датчиками; - обчислюється фактична середня швидкість всіх двигунів; - середнє арифметичне швидкостей є сигналом корекції головного задання швидкості. За сукупністю суттєвих ознак описаний спосіб керування багатодвигунним електроприводом є найбільш близьким аналогом (прототипом). Недоліками даного способу керування є те, що: - з кожного приводу зчитується значення швидкості, при цьому середнє арифметичне значення швидкостей є сигналом корекції головного задання швидкості, що тягне за собою більш низьку якість синхронізації порівняно з використанням середнього значення крутного моменту для коригування головного задання швидкості; - відсутня обробка аварійних ситуацій, тобто у разі виходу з ладу одного з електродвигунів суматор швидкостей буде давати суму за вирахуванням швидкості одного електродвигуна, а дільник залишається попереднім (N), це призведе до підвищення задання швидкості на робочі електроприводи доти, поки сума швидкостей електроприводів, що залишилися, не стане дорівнювати сумі швидкостей електроприводів в нормальному режимі, або ж доти, поки електроприводи не досягнуть межі по струму або швидкості. В основу корисної моделі поставлено задачу - створити спосіб керування багатодвигунним електроприводом, що забезпечує оптимальну синхронізацію роботи двигунів на загальне навантаження, а також безаварійність у разі виникнення нештатних ситуацій, пов'язаних із виходом з ладу елементів системи. Технічний результат, що полягає у синхронізації вирівнювання крутних моментів багатодвигунного механізму із загальним навантаженням, пояснюється на кресленні, де зображено схематичне компонування обладнання для практичного застосування способу керування. Зазначений технічний результат досягається наступним чином: - на вхід генератора рампи 1 надходить задання швидкості від задатчика швидкості (на кресленні не показаний); - вихідне значення генератора рампи 1 передається на суматори 3. Вихід кожного з суматорів 3 є основним заданням на внутрішній контур швидкості відповідного електроприводу (моторного модуля) 5; - на другий вхід суматора 3 підключається ГП-регулятор 2, який вже містить у собі настроюванні межі зони насичення вихідного сигналу; - на вхід всіх ГП-регуляторів 2 швидкості через програмний селектор 10 надходить усереднене значення крутних моментів, що отримується з блока 4, всіх працюючих в даний момент електродвигунів 6; - селектор 10 здійснює вибір задання ПІ-регулятора 2 в залежності від режиму роботи механізмів 8 і 9. Як зворотний негативний зв'язок ГП-регуляторів 2 виступають поточні значення крутних моментів електродвигунів 6, які одержують з електроприводів 5. Таким чином, кожний ГП-регулятор 2, в межах дозволених границь, здійснює коригування задання швидкості відповідного йому електроприводу 5 на величину неузгодженості між поточним середнім крутним моментом всіх працюючих електродвигунів 6 і поточним крутним моментом кожного конкретного електродвигуна 6. Фактичне значення швидкості кожного електродвигуна 6 зчитується імпульсним датчиком 7 і як зворотний зв'язок передається на моторні модулі 5. Завдяки вищеописаному алгоритму в разі руйнування механічного зв'язку між валом одного з електродвигунів 6 і механізмом (валом навантаження) 8, 9 максимальний крутний момент, що розвивається, кожного електродвигуна 6 залишається незмінним, чим досягається безаварійність роботи механізму (багатодвигунного електроприводу). Відомий і заявлений способи керування багатодвигунним електроприводом мають такі подібні ознаки: задатчик швидкості видає задання на регулятор швидкості, який видає задання на блоки векторного керування двигунами, після чого дані про швидкість двигунів зчитуються імпульсними датчиками й обчислюється фактичне середнє значення швидкості, а також здійснюється коригування швидкості для кожного з приводів. В умовах металургійного комбінату були проведені дослідження з вимірюванням крутних моментів двигунів і визначено, що даний спосіб керування багатодвигунним електроприводом з описаним алгоритмом синхронізації забезпечує, статичну неузгодженість крутних моментів не більше 1 % від номінального крутного моменту двигуна, що для умов практичного застосування є оптимальним результатом. 60 2 UA 120097 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 1. Спосіб керування багатодвигунним електроприводом, при якому задатчик швидкості видає задання на регулятор швидкості, який видає задання на блоки векторного керування двигунами, після чого дані про швидкість двигунів зчитуються імпульсними датчиками й обчислюється фактичне середнє значення швидкості, а також здійснюється коригування швидкості для кожного з приводів, який відрізняється тим, що як основа для корекції швидкості кожного з приводів використовуються значення крутного моменту двигунів. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що при корекції швидкості приводів із кожного приводу зчитується значення крутного моменту двигунів, після чого обчислюється середнє значення крутного моменту. 3. Спосіб за будь-яким з пп. 1, 2, який відрізняється тим, що при корекції швидкості кожного з приводів відхилення поточного крутного моменту двигунів від усередненого крутного моменту багатодвигунного електроприводу є сигналом корекції головного задання швидкості. Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3