Вданной работе рассмотрены вопросы выбора и расчета параметров системы управления электроприводом, способствующей улучшению технологического процесса бурения (стр. 3 из 5)

г) скорости бурения.

д) осевого усилия.

11. Условия эксплуатации должны соответствовать климатическим зонам У и XЛ и категории помещения 2 и 1 (последние-для элементов оборудования вне машинного помещения).

Электропривод вращателя должен обеспечивать высокую производительность бурения, ограничение крутящего момента и вибрации станка.

6. Частотное управление

(выбор преобразователя)

Основным техническим средством получения силового напряжения регулируемой амплитуды и частоты в настоящее время являются преобразователи частоты со звеном постоянного тока (ПЧ) и непосредственной связью (НПЧ).

Преобразователи со звеном постоянного тока выпускаются промышленностью в более широких масштабах. Это обстоятельство и то, что этот преобразователь позволяет регулировать частоту в широких пределах, обуславливает перспективность применения в приводах буровых станков преобразователей со звеном постоянного тока.

В качестве электропривода бурового станка может быть применен комплектный тиристорный привод ЭКТ2Д-160/380-50, имеющий следующие технические данные:

напряжение питания, В 380

частота, Гц 50

номинальное выходное напряжение, В 380

номинальный выходной ток, А 160

номинальная мощность, кВА 105

диапазон изменения частоты, 5...60

коэффициент полезного действия, 0.95

коэффициент мощности, 0.88

Упрощенная функциональная схема привода по системе ПЧ-АД на базе тиристорного электропривода ЭКТ2 приведена на рис.2.

Силовая часть преобразователя подключена к трехфазной сети и состоит из управляемого выпрямителя УВ, фильтра Ф и автономного инвертора АИ. Система управления выпрямителем обеспечивает регулирование уровня, а система управления инвертором СУИ - частоты выходного напряжения. Последняя содержит стандартные блоки: задающий генератор ЗГ, кольцевой распределитель КР и формирователь импульсов ФИ.

На системы СУВ и СУИ поступают сигналы с выхода системы автоматического регулирования САР, имеющей канал управления частотой и напряжением. Наличие на плате САР переключателей и перемычек позволяет изменить структуру. На рис.2 представлена САР с регулятором ЭДС РЭ в канал управления напряжением выполненным двухконтурным по принципу подчиненного регулирования. Во внутренний контур регулирования тока входят регулятор тока РТ и датчик тока ДТ. Регулирование напряжения U производится по сигналу рассогласования между заданным значением, поступающим с выхода задатчика интенсивности ЗИ, и действительной величиной на выходе датчика ЭДС(Е) ДЭ (или напряжения ДН) двигателя. Сигнал рассогласования выделяется на выходе регулятора РЭ. Частота f задается такой, чтобы выполнялся закон частотного регулирования U/f=const (E/f=const).

В случае установки устройства измерения скорости двигателя УИС (тахогенератора) напряжение изменяется по сигналу ошибки скорости двигателя, а частота инвертора задается такой, чтобы двигатель работал с расчетным значением скольжения.

7.Функциональная схема электропривода

с векторным управлением

Наиболее радикальным направлением совершенствования привода, в том числе вращателя бурового станка, является применение векторных систем управления приводами с асинхронным двигателем. В векторной системе составляющие тока статора (i1,i2) двигателя, ориентированные по вектору потокосцепления, определяют соответственно величину модуля потокосцепления и момента двигателя. Система обладает высокими динамическими показателями и придает двигателю переменного тока свойства, характерные (аналогичные) свойствам двигателя постоянного тока в переходных и установившихся режимах и позволяет в полной мере использовать преимущества асинхронного двигателя.

Рациональная с точки зрения технической реализации, система векторного управления, представлена на рис.3, имеет в качестве опорного вектор главного потокосцепления, что обеспечивает лучшие энергетические показатели. В качестве датчиков, составляющих вектора главного потокосцепления

используются датчики Холла (ДХ). Система строится по принципу подчинненого регулирования. Блок регулирования и компенсации (БРК) содержит канал управления модулем главного потокосцепления (

) и канал управления скоростью (w). Канал управления скоростью является двухконтурным и содержит внутренний контур регулирования составляющей тока i2, определяющей момент двигателя. Для получения автономности управления потокосцеплением и моментом с помощью множительных ячеек (М1 и М2) осуществляется компенсация перекрестных влияний переменных состояния. С целью обеспечения независимости динамических свойств системы от уровня модуля главного потокосцепления канал управления (w) может содержать блок деления (БД).

Составляющая компенсирующего воздействия, представляющая собой произведение проекции тока i2 на скорость n (i2*n), используется для реализации контура регулирования в режиме постоянства мощности. Контур содержит устройство сравнения и нелинейный элемент (НЭ) в виде однополупериодного выпрямителя. При превышении заданного уровня мощности Р’ на выходе нелинейного элемента выдается сигнал на снижение скорости. Привод переходит в режим работы с постоянной мощностью. Такой контур обеспечивает выход станка из режима колебаний, сопровождающегося значительным ростом расходуемой мощности и устраняемого незначительным изменением скорости.

В связи с организацией управления с помощью машин переменного тока, ориентированных по вектору главного потокосцепления, система векторного управления содержит, помимо традиционных блоков, блоки к которым предъявляются специальные требования. Так, датчик потока (ДП) используя информацию с датчика Холла (ДХ), должен формировать сигналы, пропорциональные составляющим вектора главного потокосцепления машины Фa, Фq, блок управления инвертором СУИ-широкие управляющие импульсы из входной трехфазной системы переменных сигналов Ua, Ub, Uc.

Кроме традиционных блоков (регуляторов), система векторного управления содержит специальные блоки, входящие в состав системы векторных преобразований (СВП).

Блоки преобразователей координат (ПК1,ПК2), преобразователей фаз (ПФ1,ПФ2), вычислителей модуля (ВМ1,ВМ2), являются типовыми функциональными элементами. Блоки ПК1,ПК2 реализуют матрицу поворота векторов.

ПК2 преобразует составляющие сигналов в осях (1,2), жестко связанных с главным потокосцеплением машины, в систему неподвижных осей (a,q), а преобразователь ПК1 осуществляет обратное преобразование. Блоки преобразователей фаз (ПФ1,ПФ2) предназначены для преобразования трехфазных напряжений в эквивалентные им двухфазные и обратно. Блоки ВМ1,ВМ2 выделяют модуль двухфазной системы входных напряжений. Блоки тригонометрических анализаторов (ТА1,ТА2) являющиеся наиболее сложными, выделяют из двухфазной системы напряжений Фq’,Ф

’ нормированные по амплитуде основные гармоники этих напряжений Фq,Ф (sin Ф,cos Ф) (высшие гармоники фильтруются).

Все блоки СВУ реализуются на операционных решающих усилителях (ОУ) и множительных ячейках. Эти элементы могут быть созданы на базе интегральных микросхем широкого применения интегральных усилителях К153,К140 и перемножителях К525.

Для реализации блока ТА используются специализированные умножители, которые обладают расширенными функциональными возможностями.

8. Режимы работы электромеханических систем буровых станков шарошечного бурения

Производительность бурового станка определяется как технологическими параметрами работы станка, так и горно геологическими условиями.

Технологическими параметрами, задаваемыми системами управления вращателя станка, являются: скорость вращения шарошечного долота n; осевое давление на забой Р; расход сжатого воздуха Q (на станках не регулируется). Неуправляемый параметр процесса бурения – физико-механические свойства пород. Параметры и конструкция шарошечного долота – задаваемые параметры. Функция цели системы – скорость бурения V.

Под оптимизацией режима бурения следует понимать сочетания управляемых параметров n и P при заданных постоянных процесса бурения и возмущении со стороны забоя при котором функция цели системы достигает мах при ограничении величины себестоимости для проходки, которая также является функцией технологических параметров с(n,Р). Оптимизация режима связана со значительными ограничениями. Это объясняется наличием предельных величин технологических параметров, изменением свойств разбуриваемых пород и развивающимися в системе привода вибрациями.

Для осуществления оптимального управления, также как и для выбора электрического и механического оборудования, необходимы исследования режимов работы электромеханических систем станка.

В процессе бурения буровой инструмент (шарошка) разрушает забой, горные породы которого чаще всего неоднородны по крепости, имеют трещиноватость. В связи с этим нагрузка на шарошечным долоте носит нестационарный характер и может быть представлена в виде суммы широкого спектра составляющих. Увеличение нагрузки приводит к снижению скорости вращения бурового става, т.е. уменьшению запаса кинетической энергии.

Одновременно при росте нагрузки происходит увеличение деформации (скручивании) буровой колоны. При упругих деформациях это сопровождается увеличением запаса потенциальной энергии в деформированном ставе. Наличие в механической системе запасов как кинетической, так и потенциальной энергии создает условия для преобразования энергии из одного вида в другой, т.е. возникновению механических колебаний.