17 Омельченко

ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный
технический университет им. Г.И. Носова»
Кафедра автоматизированного
электропривода и мехатроники
ОСНОВЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ
МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫХЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
Омельченко Е.Я., д.т.н.,
Моисеев В.О., к.т.н.,
Тигарев Д.С..
Саранск 2014 г.
Аннотация: С общих позиций закона сохранения энергии
проанализированы процессы преобразования мощности в
многодвигательных электроприводах на примере перемоточных
устройств. Рассмотрено 4 типа электроприводов с разными
кинематическими схемами. Выведены уравнения баланса
мощностей. Определены зависимости потребляемой активной
мощности с учетом рекуперации энергии. Даны рекомендации по
применимости рассматриваемых электроприводов с учетом
энергоэффективности и капитальных затрат.
Ключевые слова: перемоточные устройства, нагрузочные стенды,
многодвигательный электропривод, преобразование энергии.
Линия бронзирования ЗАО «Уралкорд»
Обобщенная кинематическая схема
перемоточного устройства
Промежуточный
барабан
ωБ
В
Намоточная
катушка
ТH
ωН(t)
Технологический
процесс
ΔT
ΔМБ
МБ
RН(t)
МН
М2
LР
ΔМН
iН
LH
М1
ωР(t)
RР(t)
МР
iБ
А
ТР
С
V=const
RБ
Размоточная
катушка
ΔМР
iр
М3
Исходные уравнения
Радиусы проволоки
R
(t ) = R 2 + d 2 /( 4  В К
)  V (t )dt ,
Н
H0
П
Н ЗН  H
R (t ) = R 2  d 2 /( 4  В  К )   V (t )dt ,
Р
РM
П
Р ЗР
H
Потребляемая мощность
Переменные потери
P (t )  М V / R (t ),
Н
Н
Н
P (t )  М V / R (t ),
Р
Р
Р
P (t )  P
(t )  (1  i ) / i
Mi
ЭМi
P (t )  Р
(t )  Р (t ),
c
ЭМ 1
М1
Механическая мощность намотки
P (t )  M (t )   (t )  Т (t )  V ,
Н
Н
Н
Н
Н
Механическая мощность
размотки
P (t )  M (t )   (t )  Т (t )  V ,
Р
Р
Р
P
H
Постоянные потери
P  Т V ,
T
Н
P  М V / R
Б
Б Н Б
Регулирование натяжения на АВ
1. Поддержание заданного натяжения намотки TН=const, (MН=TН/RН(t));
2. Регулирование натяжения намотки обратно пропорционально радиусу
намоточной катушки TН = MН /RН(t), (MН =const).
Типы перемоточных устройств:
1. Однодвигательная система с пассивной размоткой. В данном типе
регулируется линейная скорость движения проволоки на технологической
линии;
2. Двухдвигательная система с пассивной размоткой. Регулируются
натяжение на намоточной катушке и линейная скорость движения
проволоки на технологической линии;
3. Двухдвигательная система с активной размоткой. Регулирование
величин аналогично системе с пассивной размоткой;
4. Трехдвигательная система с регулированием натяжения на участке
намотки АВ, регулированием линейной скорости движения проволоки и
натяжения на участке ВС.
1. Однодвигательная система с пассивной размоткой.
2. Двухдвигательная система с пассивной размоткой.
Кинематическая схема
1. Однодвигательная система с пассивной размоткой.
2. Двухдвигательная система с пассивной размоткой.
Уравнения баланса мощностей
P
(t )  P (t )  P (t ),
ЭМ 1
C
М1
P (t )  P (t )  P .
Н
P
T
P
M  R (t )  T
H
P 
V  T P
C  
 
H 1
PH 1
P (t )  P (t )  P  P (t ),
Н
P
T
Б
Р (t )  P
(t )  P
(t ) 
C
ЭМ 1
ЭМ 2
 P (t )  P
(t ).
М1
М2
 M  R (t )  T
 1

1
T
P


P (t )  V  
 M  R (t ) 

C
Н Н   
   
  
2 PБ
2 PБ 
 1 PН

3. Двухдвигательная система с активной размоткой.
Кинематическая схема
и диаграмма мощностей
Уравнения баланса мощностей
P (t )  P
(t )  P (t )  P (t ),
C
ЭМ 1
M1
3
P (t )  P  P (t ).
Н
T
РА

 1
 

M  R (t ) 
     
P (t )  V   H H  1  PН 3 PP  
C


 T  

3 PP


4. Трехдвигательная система
Кинематическая схема
Промежуточный
барабан
ωБ
В
Намоточная
катушка
ТH
ωН(t)
Технологический
процесс
ΔT
ΔМБ
МБ
RН(t)
МН
М2
LР
ΔМН
iН
LH
М1
ωР(t)
RР(t)
МР
iБ
А
ТР
С
V=const
RБ
Размоточная
катушка
ΔМР
iр
М3
4. Трехдвигательная система
Баланс мощностей
P (t )  P (t )  P  P (t ),
Н
РА
Т
Б
P (t )  P (t )  P (t )  Р (t ).
C
3
2
Н


 
1
1

 
 M  R (t ) 

  
   
 H H
1
PН
2 PБ  

P (t )  V  
C




1

T


 Т 

  

Р
3
PР


 
  

 2 PБ
 2 PБ 

Диаграмма мощностей
Мощность из сети. Перемоточные устройства
M  R (t )  T
P V  T P
C


PH 1
 M  R (t )  T

1
1
T
P
P (t )  V  
 M  R (t )  

C
Н Н
  
 
 

2
PБ
2 PБ
 1 PН





1


P (t )  V   M  R (t ) 
  
 T   
C
H
H
3
PP
3 PP 


 

 1 PН





1
1

P (t )  V  M  R (t )  

C
H
  
 
 H
2 PБ
 1 PН








1
T
 Т 

  
Р   
3 PР   

2 PБ

 2 PБ





Мощность из сети. Нагрузочные стенды


P
1
B


P  P1M 
  
 P   
C
2
F
M
2
F
   

 
Z T
 1 Z T


  
 
1
2 F2

P  P1M 
 2 F 2   P
C
M 
   


D 
D
 1 F1 D
Система ТП-Д ПЧ-АД
Система ПЧ-АД ПЧ-АД
Выводы:
1. Однодвигательная система перемотки является самой простой,
однако мощность намотки определяется мощностью размотки и потерями на
технологической линии и не может быть регулируемой. Мощность,
потребляемая из сети, больше мощности намотки на величину мощности потерь
в двигателе и намоточном устройстве.
2. В двухдвигательной системе перемотки с пассивной размоткой
мощностью намотки можно управлять за счет регулирования мощности
промежуточного барабана, а мощность, потребляемая из сети, больше
мощности РН и РБ на мощность потерь в электроприводах.
3. В двухдвигательной системе перемотки с активной размоткой
мощность размотки меньше мощности намотки только на потери в технологии,
т.е. при заданной величине натяжения намотки натяжение размотки будет
меньше. Сетевая мощность меньше мощности намотки из-за рекуперации
энергии двигателем М3.
4. Трехдвигательная система перемотки является самой сложной из
рассматриваемых, но в ней мощностью размотки можно управлять за счет
дополнительной мощности промежуточного барабана, причем мощность
размотки и натяжения размотки могут быть больше мощности намотки и
натяжения намотки. Мощность, потребляемая из сети, уменьшена за счет
рекуперации энергии двигателем М3.
5. На основе энергетической теории дополнительно можно выполнить
анализ поведения усилий натяжения, моментов и потребляемых токов для
приведенных типов перемоточных устройств.