Вступление в специалиность ЄМС

СОДЕРЖАНИЕ 

1. Тенденции развития автоматизированного проектирования электроприводов… 3

2. Описание регулирования скорости двигателя постоянного тока с независимым     возбуждением с помощью потенциометрической схемы включения……………..14

3. Способы регулирования скорости асинхронного двигателя…………………….19

          3.1 Частотное регулирование скорости асинхронных электроприводов…...22

4. Описание принципа действия схемы генератор - двигатель……………………24

          4.1 Расчет электромагнитных процессов импульсного регулятора тока возбуждения генератора……………………………………………………………...26

          4.2 Вычисление среднего значения тока для заданных значений скважности импульсов управления…………………………………………….……30

5. Система тиристорный преобразователь – двигатель…………………………….35

6. Применения нейронной сети для адаптивного регулирования в

электроприводе………………………………………………………………………..38

7. Регулирование скорости ад изменением числа пар полюсов…………………....41

8. Приложение А……………………………………………………………………....48

9. Список литературы…………………………………………………………………49 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

ПРОЕКТИРОВАНИЯ  ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ 
 

     Автоматизации процессов технического проектирования в настоящее время уделяется  много внимания и в этой области  достигнуты значительные успехи.

     Впервые представление о проектировщике, сидящем перед консолью и использующем интерактивные графические средства было разработано в 1963 г. Сазерлендом в системе Skemchpad [1]. Важность данной системы трудно переоценить, поскольку в ней впервые была продемонстрирована возможность формирования изображений и манипулирования ими в реальном в масштабе времени. В первой половине 70-х гг. двадцатого века были проведены теоретическая разработки, заложившие основы САПР. В 1980-е гг. САПР становится обычным инструментом в проектно конструкторских организациях, постоянно развиваясь и совершенствуясь. Современные САПР – это мощнейший инструмент, позволяющий повысить производительность труда, сократить затраты на процесс синтеза и анализа технической системы, провести полномасштабные исследования.

     Под термином САПР понимается система

проектирования, в которой органично объединены творческие усилия проектировщиков, возможности  математических методов и ЭВМ  на всей совокупности взаимосвязанных  этапов проектирования с применением  развитых средств программного и  информационного обеспечения для  коренного улучшения качества проектных  работ и сокращения их сроков.

     И хотя системам автоматизированного  проектирования присущи общие принципы построения структуры системы, компонентов  её обеспечения, однако для конкретных отраслей САПР имеют определенные специфические

особенности.

  Не избежало подобного фактора и проектирование такой сложной технической системы как современный автоматизированный электропривод (АЭП). Решение проектно-расчетных задач проектирования электрического привода (ЭП) сталкивается с существенными трудностями автоматизации, формализации и алгоритмизации по следующим причинам [2, 3]:

- расчетные процедуры для автоматизированного проектирования электроприводов бывают как проблемно-ориентированные, так и объектно- ориентированные;

- проектирование осуществляется, как правило, в несколько итераций, опираясь во многом на эмпирические зависимости и допущения;

- процесс проектирования электроприводов осложняется многообразием механизмов, управляемых с помощью ЭП, наличием для однотипных механизмов различных методик расчета, отсутствием однозначных критериев для выбора подходящей методики;

-  необходимо большое количество разнородной информации для проектирования различных элементов ЭП;

- привлечение ЭВМ для решения технологических задач обусловливает необходимость в постановке и решении дополнительных задач.

     Прежде  всего они связаны с формальной структуризацией данных и реализацией пользовательского интерфейса, причем последняя компонента может составлять до 80 % трудоемкости разработки прикладного программного обеспечения (ПО).

     Первым  упоминанием в научно-технической  литературе о программных продуктах, предназначенных для проектирования ЭП, была работа ленинградских ученых под руководством А.В. Башарина. В ней рассматривалась инструментальная среда для решения матричных, дифференциальных и других уравнений, а так же для построения временных и частотных характеристик. И на примере использования разработанного программного средства, написанного на языке Фортран-IV, авторами был предложен набор решений для типовых задач анализа динамики электропривода.

     Работы  по автоматизации процесса проектирования электроприводов на кафедре «Автоматика  и информатика в технических  системах» Воронежского государственного технического университета ведутся под руководством авторов статьи с 1982 г. По настоящее время. С самого начала был взят курс на создание взаимосвязанного программного обеспечения в соответствии с системными принципами организации работы САПР, т.е. на разработку системы автоматизированного проектирования электроприводов  – САПР ЭП.

     Разработанные программные продукты принципиально  можно разделить на две категории, связанные с развитием технической  базы: программы, разработанные под  операционную систему MS DOS, и ПО, разработанное под Windows. Этой же причиной обусловлено и наличие двух различных вариантов структур САПР.

     Первый  вариант структуры САПР электроприводов (рис. 1) разрабатывался под операционную систему MS DOS. Основной особенностью первого  варианта был изначально объектно-ориентированный  характер расчетных процедур . Выбирался отдельный типовой механизм из предопределенных вариантов, а далее на основании известной технологии определялась нагрузочная диаграмма (НД) и тахограмма (ТГ), рассчитывалась эквивалентная мощность электродвигателя (ЭД), выбирался сам двигатель. Затем производился функционально стоимостный анализ (ФСА), на основе которого пользователь определялся с системой управления электроприводом.

     Далее процесс проектирования мог идти по двум взаимоисключающим вариантам, связанным с родом тока: постоянным или переменным.

     В процессе проектирования использовались типовые расчетные процедуры  по выбору силовой схемы, определению  параметров системы управления, расчету  переходных процессов, оптимизации  динамических характеристик, расчету  и анализа энергетики.

       Из разработанного программного  обеспечения, в частности, были  созданы: база данных для проектирования  электроприводов, программы расчета  механической части электроприводов  кривошипно-шатунного пресса, фрезерного, токарного, продольно строгального станков, программа расчета силовой части тиристорного преобразователя в ЭП постоянного тока , программы синтеза и оптимизации динамики систем ЭП постоянного тока с упругими механическими связями, построенных по принципу подчиненного управления , программы расчета и анализа энергетики электроприводов постоянного и переменного тока. 

Рисунок 1.1 - Первый вариант структуры САПР ЭП 

     В таком варианте САПР электроприводов  функционировала достаточно успешно  до ввода в действие второго варианта структуры САПР ЭП.

     Второй  вариант структуры САПР электроприводов (рис. 1.2) разрабатывался под операционную систему Windows. Для этого варианта характерно наличие библиотек типовых механизмов, силовых схем, систем управления, применяемых в процессе автоматизированного проектирования.

     Второй  вариант структуры САПР ЭП содержит четыре этапа:

- расчет механической части электропривода;

- расчет силовой части системы управления;

- расчет информационной части системы управления, включая оптимизацию

динамики;

- расчет энергетических показателей спроектированного электропривода.

     В настоящее время второй вариант  структуры САПР ЭП находится в  разработке. Некоторые программы  первого варианта были адаптированы к операционной системе Windows, в частности  это база данных, программа расчета  силовой части тиристорного преобразователя, программы расчета и анализа энергетики. Ведутся новые разработки.

     Большинство кафедр отечественных и зарубежных вузов, связанных с проектированием  электроприводов, рекомендуют использовать в качестве прикладного программного средства MatLab. Данное ПО наилучшим образом подходит для анализа динамики электроприводов. Что касается синтеза ЭП, то здесь предполагается реализация процедур выбора различных технических решений, а значит, организация диалога между проектировщиком и ЭВМ. Как среда программирования MatLab, безусловно,

может быть использована для разработки программных средств автоматизированного проектирования.

     В Ивановском государственном энергетическом университете в качестве программного средства с 2001 г. используется компьютерный комплекс имитационного моделирования IDS 1.0, разработанный под руководством Колганова А.Р. [10]. Работа в данном программном средстве подобна работе в среде Simulink MatLab.

     Модели  различных электротехнических устройств  собираются из базовых «кубиков»  и параметрируются. При проектировании электропривода в среде IDS 1.0 применяется структурная модель обобщенной электрической машины, подробно приводятся внутренние схемы блоков.

     Из  программных средств 2002 г., используемых для автоматизированного проектирования ЭП, следует отметить работы Г.И. Драчева (Южно-Уральский государственный  университет) [11], в которых он предлагает набор программ, с помощью которых рекомендуется вести проектирование ЭП. Приводятся примеры расчета графиков нагрузочных диаграмм реостатного пуска и торможения противовключением асинхронного двигателя, рассчитанные в программе «READ». К сожалению, программные средства недоступны, поэтому ничего определенного о них сказать затруднительно. Каждая программа анализирует свою систему управления, строятся временные и статические механические и электромеханические характеристики.

     Среди средств проектирования ЭП 2006 г. необходимо отметить программу eDrive В.М. Водовозова (Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ») [12], которая предназначена для проектирования ЭП согласно алгоритму, представленному на рис. 1.2 Программа eDrive предназначена для:

- моделирования систем и компонентов асинхронного электропривода, сервопривода и электропривода постоянного тока с двигателями

независимого  возбуждения;

- выбора двигателей, преобразователей и редукторов в ходе проектирования электропривода из встроенной базы данных;

- анализа статических и динамических режимов работы электроприводов с разомкнутыми и замкнутыми схемами управления при питании от сети и преобразователей;

- настройки регуляторов электропривода, исследования влияния параметров, управляющих и возмущающих воздействий на поведение электропривода.

     Практически это единственное ПО, поддерживающее многие расчетные процедуры для  проектирования ЭП, которое бесплатно  и доступно для изучения. Существенно  ограничивает использование программы  англоязычный интерфейс.

     Также недостатками программы являются:

- отсутствие средств для анализа механической части и определения технологического цикла работы механизма;

- ограниченная номенклатура компонентов во встроенной БД, к тому же отсутствуют многие параметры, необходимые для полноценного проектирования (необходимо отметить, что программа доопределяет примерные значения недостающих параметров);

- встроенные в код ПО математические модели, причем в файле помощи отсутствует информация о принятых допущениях;