Исследование безредукторного электропривода лифта с низкоскоростным асинхронным двигателем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Галкин, Алексей Александрович

• Галкин, Алексей Александрович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Галкин, Алексей Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБОСНОВАНИЕ ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Конструкции лифтовых лебедок.

1.2. Особенности электропривода лифта.:.

1.3. Цель и задачи исследований.

ГЛАВА 2. БЕЗРЕДУКТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ - НИЗКОСКОРОСТНОЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

2.1. Математическое описание низкоскоростного АД.

2.2. Безредукторный электропривод с типовым АД.

2.3. Принцип выполнения низкоскоростного АД.

2.4. Результаты экспериментальных исследований.

2.5. Безредукторный электропривод с низкоскоростным АД.

2.6. Безредукторные электроприводы лифтов с низкоскоростными АД.

2.7. Выводы по главе.

ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА С НИЗКОСКОРОСТНЫМ

АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

3.1. Математическое описание переходных процессов АД при постоянстве скорости.

3.2. Анализ коэффициентов затухания и частот свободных составляющих переменных АД.

3.3. Переходные процессы в разомкнутых структурах скалярного управления.

3.4. Переходные процессы в замкнутых по скорости структурах скалярного управления.

3.5. Переходные процессы в структурах векторного управления.

3.6. Выводы по главе.

ГЛАВА 4. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ БЕЗРЕДУКТОРНОГО

ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ТИХОХОДНЫМ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

4.1. Энергопотребление лифтов.

4.2. Оценка энергетической эффективности электропривода лифта.

4.3. Результаты экспериментальной оценки энергетической эффективности действующих лифтовых установок.

4.4. Выводы по главе.

ГЛАВА 5. СОПОСТАВЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ БЕЗРЕДУКТОРНОГО И РЕДУКТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

ЛИФТОВ.

Выводы по главе 5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование безредукторного электропривода лифта с низкоскоростным асинхронным двигателем»

В Российской Федерации используется около 500 ООО лифтов. Около 430- тысяч; лифтов- эксплуатируются в жилом фонде;, из них. по»1 разным оценками от 35 до 50 % нуждается« в модернизации или, замене [30, 72], поэтому разработки современного отечественного лифтового оборудования являются; актуальными.

Электропривод является важным элементом? лифта; Лифты используются в массовых масштабах и должны иметь, относительно небольшую стоимость и высокую надежность. Основным типом применяемого электропривода лифта является редукторный с двухскоростным асинхронным двигателем; Такой электропривод широко используется до настоящего времени, однако имеет ряд существенных недостатков техническо-экономического характера. Производство редукторов — трудоемкий процесс, . требующий наличия сложного оборудования. Редукторы нуждаются в регулярном техническом обслуживании (замене масла, уплотнительных сальников и- т. . д:); Силы трения в редукторе обусловливают определенные потери: энергии; что негативно влияет на энергетические показатели применяемой? системы электропривода.

Современным направлением в развитии приводной техники является упрощение или исключение механических: передаточных устройств: В частности, в 90-е годы ХХ-го века в области лифтостроения наметилась тенденция перехода; к безредукторному электроприводу, лишенному указанных недостатков.

Безредукторные электроприводы лебедки лифта вызывают большой интерес у специалистов и разрабатываются в ряде зарубежных стран. Зарубежные безредукторные электроприводы изготавливаются с использованием синхронных двигателей с постоянными магнитами [39,88,91], которые требуют применения дорогостоящих "постоянных магнитов [26, 79]. Рядом исследовательских центров установлено, что в настоящее время по ряду Европейских стран количество безредукторных электроприводов в жилом секторе составляет около 3 % [83], однако безредукторные электроприводы лифтов получают все большее распространение.

Самым распространенным типом электродвигателей являются асинхронные двигатели (АД) [26]. На долю АД приходится не менее 80% всех электродвигателей, выпускаемых промышленностью. Широкое применение асинхронных двигателей объясняется их достоинствами по сравнению с другими типами электродвигателей: конструктивной простотой и, как следствие, высокой надёжностью и невысокой стоимостью. В нашей стране имеется большой опыт изготовления и применения АД различных типов, поэтому должны найти массовое применение безредукторные электроприводы, выполненные на базе асинхронных двигателей отечественного производства. Их исследование и разработка представляет значительный теоретический и практический интерес.

В соответствии со сказанным целью настоящей работы является совершенствование технико-экономических показателей лифтовых установок с безредукторным электроприводом, выполненном на базе частотно-управляемого тихоходного асинхронного двигателя, исследование особенностей такого электропривода и разработка методики его расчета.

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Галкин, Алексей Александрович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что безредукторный частотно-управляемый электропривод с тихоходным асинхронным двигателем (ТАД) выгодно отличается минимальными массогабаритными и стоимостными показателями двигателя и преобразователя частоты.

2. Разработано математическое описание ТАД, позволяющее рассчитывать его статические и динамические режимы по известным параметрам базового АД. Обоснованность математического описания подтверждена результатами лабораторных исследований и испытаний безредукторных электроприводов с ТАД на действующих лифтовых установках.

3. Выявлены особенности переходных процессов частотно-управляемого электропривода с ТАД в различных структурах управления, а именно: переходные процессы затухают более длительно и частоты колебаний переменных ниже по сравнению с редукторным электроприводом.

4. Безредукторный электропривод с ТАД выгодно отличается от редукторного электропривода с двухскоростным АД значительно меньшим уровнем энергопотребления в переходных процессах.

5. Установлено, что в зависимости от интенсивности работы лифта в безредукторном электроприводе с ТАД снижается энергопотребление лифта в режиме движения на 20 - 70 % по сравнению с редукторным электроприводом, выполненном с двухскоростным АД.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Галкин, Алексей Александрович, 2011 год

1. Антонов М.В., Герасимова JI.C. Технология производства электрических машин.,М.: Энергоиздат, 1982.

2. Архангельский Г.Г.» Современные тенденции и перспективы развития лифтостроения. Стройпрофиль №7, 2008 г.- С. 94-96.

3. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник/А 90 > А.Э.Шлаф, В.И.Афонин, Е.А. Соболенская.-М.: Энергоиздат, 1982. 504 С.

4. Асинхронные электроприводы с векторным управлением/В .В. Рудаков, И.М. Столяров, В.А. Дартау. Л.: Энергоатомиздат, 1987. 136 С.

5. Афонин И.В. К вопросу о безредукторных приводах лифтов // Лифт №6, 2009. С.53-57.

6. Афонин И.В., Родионов Р.В. Вопросы энергопотребления массовых лифтовых приводов // Лифт № 9, 2010 г. С.21-25.

7. Афонин И.В., Родионов Р.В. Исследование энергоэффективности безредукторного лифтового привода // Лифт № 9, 2009. -С. 19-22.

8. Афонин И.В., Родионов Р.В. Моделирование работы безредукторного электропривода лифта // Лифт № 2, 2009. — С.42-46.

9. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. -М.:Наука, 1972 г.

10. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. Гос. издат. Технико-теоретической лит., Москва 1956 г. издание 6. 600 С.

11. Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. —М.:Энергия, 1966. — 344 С.:ил.

12. Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник для студентов втузов. — 3-е изд., перераб. -Л.:Энергия, 1978, 832 С.: ил.

13. Выгорский М.Я. Справочник по высшей математике. — М. 1998. — 864 С.:ил.

14. Галкин A.A. Особенности механических параметровбезредукторных лебедок лифта с низкоскоростным асинхронным135двигателем// Электропривод и системы управления: Труды МЭИ! Вып. 685-М.:Издательский дом МЭИ, 2009. С. 67-72.

15. Герхард Тумм. Энергетический КПД лифтовых систем -сравнение на основе VDI4707. Лифтинформ №2, февраль 2010-г. G.39-45.

16. Гершаник Ю;М. ЖйленковВХ. Симонов В1А. Пассажирские лифты нового поколения. ЦНИИТЭстроймаш, 1986. С.44.

17. Гиреев В. В. Про экономию, экономику и» не только // Лифтинформ №8, август 2010. С.42-43.

18. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы- качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Введен 01.01.1999.

19. ГОСТ 22011-95. Межгосударственный стандарт. Лифты пассажирские и грузовые. Технические условия. Введен 01.01.1997.

20. ГОСТ 12.2.074-82. Лифты электрические. Общие требования безопасности. Введен 01.01.88.

21. ГОСТ Р 50891-96. Редукторы общемашиностроительного применения. Введен 07.01.1997.

22. Дарен К. Оптимизированное управление тягой и применение двигателей переменного тока на постоянных магнитах // Лифт. 2010. № 5 . -С. 39-41.

23. Демирчан К.С., Нейман JI.P., Коровкин Н.В. Теоретические основы электротехники. 5-е издение, т. 1.-СПб.:2009. 512 С.

24. Джина Барни. Эффективность использования энергии в лифтах предложение по классификации с точки зрения потребления энергии // Лифт. 2010. № 5. - С. 25-29.

25. Жолудев И.С., Макаров Л.Н., Масандилов Л.Б., Фумм Г.Я. Безредукторный лифтовый привод // Лифтинформ. 2008. №10 (133). С. 7579.

26. Иванов-Смоленский А. В. Электрические машины. В 2-х т. Том1: Учебник для вузов. — 2-е изд., перераб. и дот — М.: Издательство МЭИ,1362004. — 656 е., ил. Том 2: — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательство МЭИ, 2004. — 532 С., ил.

27. Ильинский Н.Ф. Регулируемый привод сегодня. Регулируемый электропривод. Опыт и перспективы применения.// Доклады научно-практического семинара, 2 февр. 2006 г., Москва.- М.: Издательство'МЭИ, 2006.

28. Информационное письмо Комитета по тарифам Санкт-Петербурга от 04.08.20081 № 01-22-1392/08-0-0. О размере платы за содержание и ремонт жилого помещения на территории Санкт-Петербурга. 4С.

29. Ишханов Э.П. Электрооборудование лифтов, перспективы развития и применения // Электротехника. — 2001. №1. — С. 43 — 46.

30. Ишханов Э.П. Электропривод и электрооборудование лифтов // Сборник научных трудов ОАО «Электропривод». М.: Издательство «Знак», 2002. 272 С.

31. Капица С. П. Общая теория роста человечества: Сколько людей жило, живет и будет жить на Земле. М.: Наука, 1999. 134 С.

32. Ключев В.И. Теория электропривода: Учебник для ВУЗОВ.-2-е изд. перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 2001. - 704 С.: ил.

33. Ключев В.И., Терехов В. М. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов: Учебник для вузов,— М.: Энергия, 1980. -360 С.: ил.

34. Ковач К.П., Рац И. Переходные процессы в машинах переменного тока .- М.: Л.: Госэнер-гоиздат, 1963.- 744 С.

35. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин. М.: Высшая школа, 1987.

36. Копылов И.П.Электрические машины. М.: Энергоатомиздат,1986.

37. Коросташевский Л.В., Штремель Г.Х., Лашаков В.Д. Основы проектирования электромеханического оборудования гражданских зданий и коммунальных предприятий. Учебник.-М.:Высш. Школа, 1981. —271 С.137

38. Костенко М. П., Пиотровский Л. М. Электрические машины. 4.1. Машины постоянного тока. Трансформаторы. JL,«Энергия», 1972. 543 О. с ил. Ч. 2. Машины переменного тока. JL, «Энергия», 1973. 648 С.: ил.

39. Лифты. Учебник для вузов,/под общей ред. Д.П.Волкова Mi: изд-во АСВ', 1999. - 480 С.:ил.

40. Лифты без машинного помещения KONE Monospace: Корпорация «KONE», 2008. 1'4 С.

41. Лысцов» А .Я. Экспериментальное определение параметров асинхронной машины с короткозамкнутым "ротором. // Изв. ВУЗов. Энергетика. 1967. №3. С. 22.

42. Макаров Л.Н. Современный электропривод скоростных лифтов повышенной комфортности // Электротехника. 2006: —№5. — С. 42-46.

43. Масандилов Л.Б., Галкин А.А., Новиков С.Е. Безредукторный частотно-управляемый электропривод с низкоскоростным асинхронным двигателем: Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 3: в 5 ч. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. 4.3. С. 83-89.

44. Масандилов Л.Б., Галкин А.А., Жолудев И.С., Фумм Г.Я. Асинхронный двигатель для безредукторного частотно-управляемого электропривода // Труды МЭИ. Вып. 684. М.:Издательство МЭИ, 2009. -С.4-9.

45. Несговорова Е.Д. Опытное определение параметров маломощных асинхронных двигателей // Электромеханика. 1962. №5.N

46. Нипков Дж. Потребление электроэнергии и возможности энергосбережения в лифтах. — Цюрих: S.A.F.E., 2005.

47. Новиков Ю.Д., Гентковски З.И., Бабин Ю.В. Экспериментальное определение индуктивностей рассеяния асинхронных двигателей. // Электротехника. 1982. №3.

48. Осипов О.И. Частотно-регулируемый асинхронный электропривод. Учебное пособие, Издательство МЭИ, 2004. — 80 с.

49. Пассажирские лифты. Чутчиков П.И., Дроздов А.А. и др. М.Машиностроение. 1978. 141 С.

50. Патент на полезную модель № 55224; Масандилов Л.Б., Фумм Г.Я., Жолудев И.С. Асинхронный двигатель для безредукторного электропривода // БИ № 21, 2006.

51. Перельмутер:Ж М; Электромонтер-обмотчик и изолировщик по ремонту, электрических машиндатрансформаторов: Учеб; пособие для; средн. проф.-техн. училищ.-—М.: Высш.шк., 1984.—328 с, ил.

52. Поздеев А. Д. Электромагнитные и< электромеханические процессы в. частотно-регулируемых^ асинхронных электроприводах. — Чебоксары: Издательство Чувашского университета, 1988. — 172 С.

53. Правила устройства и безопасной эксплуатации лифтов. ГОСГОРТЕХНАДЗОР РОССИИ. Москва 2003 год. 164 С.

54. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов / И. П. Копылов; Б.К. Клоков, В.Г1. Морозкин, Б:Ф. Токарев; высш. шк., 2005. — 767с.

55. Радин В.И. и др. Электрические машины: Асинхронные машины: Учеб. для электромех. спец. вузов / Радин В.И., Брускин Д.Э., Зорохович А.Е.; Под ред. И.ПКопьтлова - М.: Высш. шк., 1988. - 328 С.: ил.

56. Рогозин Г.Г., Пятлина Н.Г. Способ идентификации асинхронной машины по экспериментальным; данным ее динамического режима. // Электричество. — 1981.

57. Рудаков В.В., Столяров И.М., Дартау В.А. Асинхронные электроприводы с векторным управлением Л. :Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1987. 136.С.: ил.

58. Свечарник Д.В. Электрические машины непосредственного привода: Безредукторный электропривод. -М:.Энергоатомиздат, 1988. — 208С.: ил.

59. Седых В.А. ЖКХ: Борьба за экономию энергоресурсов, или очередная кампания // Лифтинформ №8, август 2010г.60: Соколов М.М., Масандилов Л.Б. Метод экспериментального определения параметров асинхронного двигателя// Электричество. — 1968. — С. 26-29.

60. Соколов М.М., Масандилов Л.Б., Грасевич В.Н. Метод экспериментального определения параметров асинхронного двигателя. Электротехника № 12,1975. С. 26-29.

61. Столов Л. И. К вопросу об определении параметров схемы замещения асинхронного двигателя малой мощности. Электричество №5, 1962.

62. Тембель П.В., Геращенко Г.В. Справочник по обмоточным данным электрических машин и аппаратов. К.: Техшка, 1981.- 480 с.

63. Технический каталог Владимирского электромоторного завода. 2008 г.-116 С.

64. Технический регламент о безопасности лифтов. Утвержден Постановлением Правительства Российской Федерации от 2 октября 2009 года № 782.

65. Трещев И.И. Электромеханические процессы в машинах переменного тока. Л.: Энергия, 1980. — 256С.

66. Усольцев A.A., Векторное управление асинхронными двигателями. Учебное пособие. СПб: СПбГУ ИТМО, 2006, 94 С.

67. Устройство сбора данных L-791 (Версия 1.26). Руководство пользователя. Фирма L-CARD. Версия 1.27, май 2010 г.

68. Фермах Селик. Потребление энергии малоиспользуемыми лифтами в режиме ожидания // Лифт. №1. 2010 г. С. 47- 52.

69. Хельмих Йорг. Энергетический КПД лифтов // Лифтинформ. 2010. № 3. — С.52-56.

70. Чернышев С. А. Требование к энергоэффективности лифтов и энергосберегающие технологии в мировом и отечественном лифтостроении // Реформа ЖКХ. №6. 2010 г.

71. Чутчиков П.И. Пассажирские лифты. М.: Машиностроение, 1978, 142 С.

72. Чутчиков П.И. Алексеев Н.И. Прокофьев А.К.

73. Электрооборудование лифтов массового применения. — Н. Машиностроение, 1983.- 168 С.

74. Штремель Г.Х. Грузоподъемные машины. М*: Высшая школа; 1980, 304 С.

75. Электромагнитные переходные процессы в асинхронном электроприводе. М.М. Соколов, Л.П. Петров, Л.Б. Масандилов, В.А. Ладензон. М., Энергия, 1967г. — 200 с.

76. Яновски Л. Проектирование механического оборудования лифтов. Изд-во АСВ, 2005 г. 336 С.

77. Almeida A.; Ferreira F.; Fong J.; Fonseca P.: "EuP Lot 11 Motors, Ecodesign Assessment of Energy Using Products," ISR-University of Coimbra, Final Report for the European Commission, DG-TREN, Brussels, April 2008.

78. Austin Hughes. Electric motors and drives. Third edition, 2006. Published by Elsevier Ltd. 410 p.

79. Charles L.P., Royce D. H. Feedback control systems. Prentice Hall. Upper Saddle River. New Jersey 07458. 616 p.

80. DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/DIS 25745-1 "Energy Performance of Lifts and Escalators Part 1: Energy Measurement and conformance", 2008.

81. Electricity consumption and efficiency potentials of lifts. Research project, final report. Swiss Federal Office of Energy, 2005.

82. E4 Energy Efficient Elevators and Escalators, "WP3 D3.2-Country Reports with the Results of the Monitoring Campaign", Report elaborated for the EC, December 2009, E4 project 2009, D3.2, www.e4project.eu (doc. section).

83. Gearless machine for high-rise elevators. PMR340. Schindler Company, 2004. 5 p.

84. Guideline, VDI4707, 2009: Lifts. Energy efficiency. 13 p.

85. Jong J., Hakala H., The Advantage of PMSM Elevator Technology in High Rise Buildings, Proceedings of Elevcon 2000, IAEE, pp.284.

86. Komatsu, Takanori and Daikoku, Akihiro, "Elevator Traction-Mashine Motors", Mitsubushi Advance, Vol. 103, September 2003.

87. Kone Eco-efficient solution. Kone Corporation, 2010. 20 p.

88. Loher lifts solutions. Drive system for lifts. LOHE. 52.8.01 WS 10071.5,2007, -16 p.

89. Matlab. The Language of Technical Computing The Math Works Inc, 1998.-531 p.

90. Otis Gen2 comfort lift. Otis Corporation, 2000. 10 p.

91. Schiffner G., 'Machine Room-less Lifts', Proceedings of Elevcon 2000, pp.71.

92. Schneider-electric variable speed drives Altivar 71. Catalog DIA2ED2050104EN, 2005. 334 p.

93. Siemens micromaster 420/440 inverters 0.12 kW to 90 kW. Catalog DA.51.2, 2001.-54 p.

94. Simulink. Dynamic System Simulation for MATLAB The Math Works Inc, 1998. - 645 p.

95. Tanja Heikkila. Permanent magnet synchronous motor for industrial inverter applications analysis and design. Stocholm, 2002. —109 p.

96. Yimin D., Permanent Magnet Synchronization Gearless Drive, Elevator World, February 2004, pp. 108-115.