|
|||||||||||||||
УДК 628.352
В.В. ЛЫСЕНКО, М.Б. МАРАХОВСКИЙ, канд.
техн. наук; В.А. МАКУХА, АО «Укрпромоборудование», г. Харьков
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ БЕЗРЕДУКТОРНЫЙ ПРИВОД ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ
Розроблено та виготовлено експериментальний зразок безредукторного електроприводу на базі високомоментного низькообертного двигуна. Привод має мікропроцесорну систему керування с живленням обмоток імпульсами постійного струму. Привод укомплектовано всіма необхідними елементами, які притаманні електроприводам трубопровідної арматури. Приведені результати випробувань.
Experimental model of electrodrive without gear has been worked out and made on basis of electric motor with high torque and low speed of rotation. Electrodrive has been set of microprocessor system of control with coil’s set by pulse of direct current. Electrodrive has been supplied with all necessary elements that has been characterized of pipe armature electro drive. The results of tests have been cited.
Во многих автоматизированных системах широкое применение находят электроприводы, представляющие собой комбинацию быстроходного электродвигателя и механического редуктора. Редуктор, как известно, служит для снижения оборотов и повышения вращающего момента. Одновременно с этим редуктор является главным элементом ненадежности, фактором снижения точности процесса регулирования (наличие люфтов, и, следовательно, «выбегов» системы), а также требует значительных эксплуатационных затрат. Весомым элементом ненадежности в электроприводе переменного тока является обмотка статора, которая, подвергаясь пусковым режимам, реверсам, чаще других узлов выходит из строя (30…40 % отказов) или требует дополнительных средств защиты. Одним из направлений ликвидации указанных недостатков является применение высокомоментных низкооборотных двигателей (ВНД) на базе двигателей с катящимся ротором (ДКР), которые совмещают в себе функции электродвигателя и редуктора [1]. В зарубежных странах ДКР нашли применение в автоматизированных производственных линиях, в приводах вентилей и задвижек, в разного рода поворотных устройствах [2]. Целью статьи является освещение результатов работы по созданию автоматизированного безредукторного электропривода на базе двигателя с катящимся ротором. Принцип действия ДКР основан на свободном обкатывании ротора по поверхности статора (или специальным гладким, или зубчатым каткам, сочлененным с ротором и статором). Это обкатывание возникает за счет создания неравномерного или пульсирующего магнитного поля в электродвигателе, которое создает силу одностороннего магнитного притяжения, в результате чего ротор притягивается к статору. Результирующий вектор указанного поля равномерно перемещается вдоль поверхности статора, увлекая за собой ротор, который при этом обкатывается по статору. При этом возникает сложное вращательное движение, при котором частота вращения вала прямо пропорциональна разности диаметров статора и ротора: , где dc и dр – диаметры статора и ротора; р – коэффициент, зависящий от схемы питания обмотки статора; f – частота питающей сети. Благодаря такой электромагнитномеханической редукции достигаются повышенные моменты на валу двигателя и низкая его частота вращения. Эксцентричное относительно оси статора вращение ротора компенсируется гибкими передачами или стандартными механическими преобразователями типа Кардана, Сешерона, Альстома. Наиболее востребованными в настоящее время являются редукторные электропривода трубопроводной арматуры, широко применяемые в энергетике, нефтегазовом комплексе и на предприятиях химической промышленности. Главными поставщиками этих приводов в Украину являются Россия, Германия, Япония, Италия. Первые – обладают значительной ненадежностью, зарубежные аналоги отличаются высокой ценой и не ремонтнопригодный в наших условиях. Авторы на протяжении нескольких лет работают в направлении создания отечественного управляемого электропривода на базе ВНД для трубопроводной арматуры [3]. На первом этапе разработаны неуправляемые трехфазные безредукторные приводы, в которых электродвигатель имел классическую замкнутую конструкцию сердечника статора ВНД. На базе этого двигателя был создан электропривод, позволивший отказаться от редуктора, улучшить массогабаритные показатели на 15…20 %, практически избавиться от пусковых токов и токов короткого замыкания. Этот двигатель снабжался традиционным механизмом позиционирования и реверса в виде конечных выключателей с кулачковыми элементами. В настоящее время, на основании совместно разработанных с центральным конструкторским бюро арматуростроения (г. Киев) технических условий, был разработан и изготовлен безредукторный управляемый электропривод на базе ДКР. В отличие от предыдущих аналогов, статор электродвигателя не является сплошным замкнутым сердечником, а состоит из 8 отдельных П-образных магнитопроводов, на каждом из которых размещается обмотка. Такая конструкция позволила уменьшить вес двигателя на 30 %, сократить путь замыкания магнитного потока, что снизило намагничивающий ток машины.
Функциональная схема автоматизированного привода
Обмотки статора, в исследовательских целях имеют по 3 отпайки, соответствующие различным числам витков. Схема управления приводом запитывается от переменного напряжения. Блок питания преобразует его в постоянное напряжение 24, 12 и 5 В. Каждая обмотка двигателя снабжена управляемыми с помощью микропроцессора двигателя (МПД) транзисторами ключами (Кл). Применение управляемых ключей позволяет обеспечить широкий спектр режимов управления приводом, в том числе регулирование степени перекрытия токов в обмотках, регулирования напряжения, длительности протекания токов в обмотках и частоты вращения двигателя. Важным является то, что ключи питаются постоянным током, что предотвращает появление бросков тока в обмотках в аварийных или несанкционированных ситуациях. Алгоритм управления при питании электропривода постоянным током позволяет осуществлять регулирование двигателя без применения дополнительных коммутаторов. Задание значения частоты, длительности и степени перекрытия импульсов происходит на программном уровне. Схема управления также снабжена микропроцессором управления (МПУ). Команды управления оператор отдает с помощью клавиатуры, а контролирует их выполнение и следит за состоянием системы с помощью табло индикации. Система управления электроприводом снабжена интерфейсом, служащим для обмена информацией, а также устройствами преобразования полученного сигнала в сигнал управления заданного вида. Также система управления содержит оптический датчик положения (ОДП), который позволяет осуществлять позиционирование угла поворота в пределах 1°. Такую же точность позиционирования способен обеспечить ДКР, чего нет у редукторного электропривода. Разработанный электропривод снабжен ручным дублером, при использовании которого предусмотрено гарантированное отсутствие появления питания на электроприводе, с отображением на пульте оператора. Для электропривода была разработана обгонная муфта, обеспечивающая самоторможение привода. Для повышения вращающего момента в конструкции двигателя были применены различные фрикционные материалы и конструкции поверхностей, которые позволили увеличивать момент на валу привода в 1,5…2 раза. Разработанная конструкция не требует применения механизма ограничения момента, т.к. примененному двигателю не свойственны броски токов, а, следовательно, и моментов. Выводы. В процессе испытаний привод подтвердил практически все расчетные механические параметры, проработал на «упор» в режиме короткого замыкания более 100 часов, произвел более 1000 реверсов и пусков. Такие напряженные режимы не повлияли на работу машины и состояние ее обмоток. Перспективы дальнейших исследований. Проведенные исследования позволяют сделать вывод о целесообразности продолжения работ по построению пробной серии автоматизированных электроприводов на базе двигателя с катящимся ротором.
Список литературы: 1. Бертинов Л.И., Варлей В.В. Электрические машины с катащимся ротором. – М.: Энергия, 1969. 258 с. 2. Наний В.П. Электродвигатели с катящимся ротором. –: ХВВКУ, 1967. 217 с. 3. Наний В.В., Арсентьев О.Н. Исследование электрических параметров двигателей с катящимся ротором. Вісник НТУ “ХПІ”. 2002. № 9. Том 4. сс. 71 – 75.
Поступила в редколлегию 29.04.05
|
