Металооброблювальними верстатами

Донгаузер С.О., керівник доц. Стьопкін В.В.

Національна металургійна академія України

Виготовлення продукції на верстатах з числовим програмним керування (ЧПК) у багатому засновано на перевірених практикою надійних типових технологічних рішеннях, що застосовуються на універсальному обладнанні, що обслуговується робочим-верстальником. Ці рішення покладені в основу технологічних керуючих програм (КП) для верстатів з ЧПК.

Основою для складання КП є інформація про заготовку і деталь, що надається на бумазі у вигляді креслення або у системі автоматичного проектування (САПР) у вигляді геометричної моделі. Основною задачею КП для ЧПК є побудова траєкторії руху розрахункової точки інструменту відносно контура деталі. Для розрахунку геометричних пересувань використовуються три системи координат.

У роботі розглянуті основні КП для електроприводів металорізальних верстатів.

ОСОБЛИВОСТІ СУЧАСНИХ ВИСОКОВОЛЬТНИХ ЧАСТОТНИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ

Зінченко А.О., Яценко А.П., керівник доц. Нежурін В.І.

Національна металургійна академія України

В наш час приділяється велика увага розробці і створенню високовольтних частотних перетворювачів. Величина вихідної напруги перетворювача частоти для високовольтного електропривода досягає 10 кВ і вище при потужності до кількох десятків мегават.

Для таких напруг і потужностей при прямому перетворенні частоти використовуються дорогі тиристорні силові електронні ключі зі складними схемами керування. Гранична напруга і струм електронного ключа обмежені, тому використовують спеціальні схемні рішення для збільшення вихідної напруги перетворювача.

Схемні рішення в перетворювачах частоти:

а) двухтрансформаторна схема високовольтного ПЧ.

В схемі перетворювача здійснюється подвійна трансформація напруги за допомогою високовольтних трансформаторів. Це дозволяє використовувати для регулювання частоти відносно дешеві ПЧ. Їх часто застосовують для керування високовольтними електродвигунами в діапазоні потужностей до 1 - 1.5 МВт.

Основними недоліками двухтрансформаторних перетворювачів є високі масогабаритні характеристики, знижені ККД(93 – 96%) і надійність.

б) схема перетворювача з послідовним вмиканням електронних ключів.

Для підвищення робочої напруги ПЧ електронні ключі з’єднують послідовно. В такому випадку важлива строго узгоджена робота ключів, що досягається використанням багатопульсних схем перетворювачів.

Схема найбільш розповсюджена для високовольтних перетворювачів великої потужності. ПЧ мають хороші масогабаритні показники, діапазон коливання вихідної частоти від 0 до 250-300 Гц, ККД досягає 97.5%.

в) схема перетворювача з багатообмоточним трансформатором.

Силова схема перетворювача складається з багатообмоточного трансформатора і електронних інверторних ланок. Вторинні обмотки електрично зсунуті відносно одна одної. Це дозволяє використовувати низьковольтні інверторні ланки, що виконуються по схемі: некерований трифазний випрямляч, ємнісний фільтр, однофазний інвертор на IGBT транзисторах.

СТАН І ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ СИЛОВИХ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ЕЛЕМЕНТІВ РЕГУЛЬОВАНОГО ЕЛЕКТРОПРИВОДА

Ляшко Т.О. керівник ст. викл. Бездєнєжних М.Є.

Національна металургійна академія України

Вибір базового ключового елемента відіграє вирішальну роль у конструюванні перетворювача будь-якого типу. Перетворення електроенергії постійно має потребу в ідеальному ключі.

Ці ідеали в розробці приладів реалізуються двома шляхами: через структуру транзистора й через структуру тиристора, при цьому основною перевагою тиристора є низькі статичні втрати, а транзистора – його добра здатність до вимикання.

Ситуація в силовій електроніці кардинально змінилися із промисловим освоєнням силових тиристорів, що замикаються (GTO – Gate – turn – off). До середини 90-х років з’явилися інші напівпровідникові прилади ключового типу – потужні біполярні транзистори з ізольованим затвором (IGBT – Insulated Gate Bipolar Transistor).

Деякі розробники прагнуть зробити прилад, що поєднує кращі якості обох типів приладів, використовуючи переваги тиристора у включеному стані, сполучаючи його із транзистором, як із кращим на етапі вимикання. Останні розробки показали перевагу приладів, які вдало комбінують кращі характеристики тиристорів і транзисторів, повністю задовольняючи вимогам відтворюваності (серійної придатності) і високої надійності.

На світовому ринку представлена широка й швидко мінлива номенклатура силових напівпровідникових приладів. Розвиток якісної силової напівпровідникової техніки на транзисторах IGBT і тиристорах IGCT вирішує ряд важливих завдань підвищення енергетичної ефективності регульованого електропривода.

ПРИСТРОЇ ПЛАВНОГО ПУСКУ АСИНХРОННИХ ДВИГУНІВ

Гук Д.В., Нсієте Д.Х.Б. керівник доц. Нежурін В.І.

Національна металургійна академія України

Пристрої призначенні для плавного, безступінчатого пуску асинхронних електродвигунів,вони зменшують пусковий струм і, отже, ривки на валу двигуна в момент пуску/зупинки. Значно знижують навантаження на мережу і електроприводи обладнання під час запуску (розгону) і зупинки (гальмуванні).

ППП істотно збільшує термін роботи двигунів та інших пристроїв, оскільки повністю захищає їх і зменшує ймовірність перегріву і небажаного відключення. Область використання пристроїв плавного пуску асинхронних двигунів досить широка і включає в себе промислове обладнання різних галузей, де споживана потужність має велику величину.

ПРО ГАРМОНІЙНИЙ СКЛАД ЖИВЛЯЧОЇ НАПРУГИ ЦЕХІВ ПРОМИСЛОВИХ ПІДПРИЄМСТВ

Радченко Р.Д. керівник ас. Кузнєцов

Національна металургійна академія України

Характер несинусоїдності, тобто гармонійний склад напруги, визначається типом і технічним станом електроустановки, що викликала викревлення. Частою причиною несинусоїдності, особливо в мережах малої потужності, являється насичення сердечників силових трансформаторів цехових підстанцій. Цей випадок характерний для невеликих підприємств, а також технологічних об'єктів сільського господарства. Насичення магнітопровода силових трансформаторів може бути обумовлене роботою потужних нагрівальних елементів.

Як відомо, треті гармоніки шкідливі для асинхронних двигунів і трансформаторів, первинні обмотки яких з’єднані в трикутник. Це пов'язано з тим, що вони утворюють нульову послідовність, опір електричних обмоток на якій невеликий(визначається індуктивностями розсіювання). Вказане з'єднання обмоток забезпечує контур для протікання струмів третьої гармоніки. В результаті підвищуються втрати, падає здатність навантаження розглянутого електроустаткування.

Іншою поширеною причиною викривлення синусоїдності є наявність в мережі потужних напівпровідникових перетворювачів. У моменти комутації таких пристроїв споживані ними струми мають пікові значення, в результаті на входах інших споживачів спостерігаються " провали" напруги

У спектральному складі напруги, викревленої напівпровідниковими перетворювачами, є практично усі гармоніки вищого порядку. Хоча вони і слабо впливають на пульсації моменту АД, проте викликають додаткові втрати в сталі вказаних двигунів і трансформаторів, обумовлюють їх підвищений нагрів, що і призводить до зниження надійності електроустаткування.

За наявності в цеховій мережі потужних споживачів, що живляться від напівпровідникових перетворювачів з фазо-імпульсним регулюванням (гальванічні ванни, дугові печі), порушується симетрія синусоїди напруги, а в спектрі з'являється яскраво виражена друга гармоніка. Остання ж, як відомо, обумовлює протікання струмів зворотної послідовності, знижуючи, таким чином, корисний момент на валу двигуна. Підвищуються також вібрації в механічній частині, прискорюється знос і знижується надійність устаткування.

ПРО ВПЛИВ ЯКОСТІ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ НА ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНІ ПАРАМЕТРИ АСИНХРОННИХ ДВИГУНІВ

Лінник Д.С. керівник ас. Кузнєцов

Національна металургійна академія України

З огляду на те, що ефективність, надійність, і економічність експлуатації усіх електротехнічних установок, а особливо систем електричного приводу, що використовують електричну енергію змінного струму, багато в чому залежить від її якості в електричних мережах, останньому пред'являються підвищені вимоги [1,2]. Нині існують наступні стандарти, що визначають якість використовуваної електричної енергії:

- міждержавний стандарт на електроенергію 13109-97 "Норми якості електричної енергії в системах електропостачання загального призначення";

- європейський стандарт EN50.006;

- міжнародні стандарти МЕК 861, МЕК 1000-3-2, МЕК 1000-3-3, МЕК 1000-4-1;

- публікації МЕК 1000-2-1, МЕК 1000-2-2 в частині рівнів електромагнітної сумісності в системах електропостачання і методів виміру електромагнітних завад.

Враховуючи, що на багатьох підприємствах широко використовується нерегульований електропривод, в якості його основного устаткування більш ніж в 90% випадків застосовується асинхронний двигун з короткозамкненим ротором.

Як відомо, будь-які відхилення якості живлячої напруги призводять до зростання втрат і зміни величини розвиває мого моменту, знакозмінні складові якого є причиною додаткових вібрацій елементів конструкції даних електродвигунів. При цьому прискорюється старіння ізоляції в них і, в результаті, підвищується аварійність, знижуються також макропоказники роботи, такі як коефіцієнт потужності і, коефіцієнт корисної дії.

До теперішнього часу накопичений багатий досвід в області дослідження впливу відхилення показників якості електроенергії від гостуємих значень на роботу АД з короткозамкненим ротором. Так, наприклад, при вивченні питань, пов'язаних з кількісною оцінкою збитку вищезгаданих електромеханічних перетворювачів, працюючих в умовах несинусоїдної живлячої напруги мають місце такі негативні чинники, як зниження коефіцієнта потужності і ККД електричної машини.

 

МОДЕЛЮВАННЯ АСИНХРОННОГО ДВИГУНА ПРАЦЮЮЧОГО В УМОВАХ НЕЯКІСНОЇ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ

Хеліфі Б. керівник ас. Кузнєцов

Національна металургійна академія України

 

Найпоширенішим електромеханічним перетворювачем є асинхронний двигун (АД) з короткозамкненим ротором, завдяки його високій надійності і низькій вартості. В той же час, актуальною залишається проблема живлення таких двигунів неякісною електроенергією. Навіть незначні відхилення симетрії і синусоїдальності напруги АД приводять до зростання гріючих втрат, зниженню ККД і коефіцієнта потужності приводу.

Вирішення цієї проблеми неможливе без наявності єдиної математичної моделі, яка дозволяла б аналізувати енергетичну ефективність АД при різних значеннях усіх показників якості електричної енергії в мережі. Така модель, отримана на основі диференціальних рівнянь Парка-Горева, записаних відносно просторово-часових комплексів (ПЧК) струмів і напруги:

, (1)

, (2)

 

 

где - ПЧК напруги статора, , , - ПЧК струмів статора, ротора, і струму намагнічення, , - ПЧК потокозчеплення статора і ротора, - кутова швидкість обертання АД, , - активні опори статора та ротора. Оскільки в ПЧК використовуються миттєві значення струмів і напруги, відпадає необхідність спектрального аналізу і запису рівнянь для кожної гармоніки. Крім того, в них враховується і несиметрія живлячої напруги. Дана система являється, фактично, універсальною моделлю, що дозволяє аналізувати процеси як в сталих так і в перехідних режимах.