Повышение энергоэффективности и демпфирующей способности асинхронных электроприводов механизмов передвижения кранов и транспортных тележек тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат наук Ласточкин Денис Владимирович

• Ласточкин Денис Владимирович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Ласточкин Денис Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

1. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ С АСИНХРОННЫМИ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ И УПРУГИМИ СВЯЗЯМИ МЕХАНИЗМОВ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ КРАНОВ И ТРАНСПОРТНЫХ ТЕЛЕЖЕК

1.1. Обзор исследований электромеханических систем с упругими связями механизмов передвижения кранов и транспортных тележек

1.2. Обзор используемых и перспективные для применения на механизмах передвижения кранов и транспортных тележек систем регулируемого асинхронного электропривода

Выводы

2. СНИЖЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК В ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ МЕХАНИЗМОВ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ КРАНОВ И ТРАНСПОРТНЫХ ТЕЛЕЖЕК

2.1. Исследование динамических свойств 2-х массовой упругой электромеханической системы с однодвигательным электроприводом

2.2. Математическое описание и основные свойства 2-х массовой ЭМС

с 2-х двигательным электроприводом

2.3. Коррекция динамических характеристик 2-х массовой ЭМС с

2-х двигательным электроприводом

2.4. Анализ влияния возмущающих воздействий на 2-х массовую ЭМС с 2-х двигательным электроприводом механизма передвижения моста крана

Выводы

3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ СИСТЕМЫ ВЕКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТНЫМ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

3.1. Математическое описание асинхронных двигателей с фазным и короткозамкнутым ротором

3.2. Анализ взаимосвязей между переменными асинхронного двигателя при управлении током статора

3.3. Коррекция продольной составляющей вектора тока статора в системе векторного управления частотным асинхронным электроприводом

3.4. Построение однодвигательного и 2-х двигательного асинхронного электропривода с векторным управлением и корректирующими устройствами для электромеханических систем с упругими связями

Выводы

4. СИСТЕМЫ ОДНОДВИГАТЕЛЬНОГО И ДВУХДВИГАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА НА БАЗЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

4.1. Системы частотного и частотно-каскадного электропривода на базе асинхронного двигателя с фазным ротором

4.2. Системы 2-х двигательного электропривода на базе АДФР с электрической связью роторов двигателей

4.3. Экспериментальное исследование динамических процессов в электромеханической системе мостового крана, управляемого 2-х двигательным электроприводом

4.4. Экспериментальные исследования действия вентильно-резисторной системы выравнивания ЭДС асинхронных двигателей

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Подъемно-транспортные механизмы,

перемещающиеся по рельсовому пути

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Преобразование структурных схем

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Компьютерные модели двухмассовой упругой однодвигательной ЭМС

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Экспериментальные исследования частотного

асинхронного электропривода с векторным управлением

ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Исследование на компьютерной модели действия коррекции продольной составляющей вектора тока статора при векторном

управлении частотным асинхронным электроприводом

ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Частотный и частотно-каскадные электроприводы с коммутаторами в звене постоянного тока преобразователя частоты и

релейным управлением

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. Элементы систем частотно-каскадного

электропривода

ПРИЛОЖЕНИЕ З. Компьютерная модель 2-х двигательной системы ЧКЭ с электрической каскадной связью и механической упругой связью

двигателей

ПРИЛОЖЕНИЕ И. Экспериментальные динамические характеристики систем 2-х двигательного асинхронного электропривода с общим вентильно-

резисторным блоком

ПРИЛОЖЕНИЕ К. Полученные патенты

ПРИЛОЖЕНИЕ Л. Акты внедрения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение энергоэффективности и демпфирующей способности асинхронных электроприводов механизмов передвижения кранов и транспортных тележек»

ВВЕДЕНИЕ

В условиях современного производства большое внимание уделяется проблеме повышения энергоэффективности электроприводов механизмов различного класса, в том числе механизмов передвижения кранов и транспортных тележек, что может быть осуществлено за счет разработки новых схемных решений и алгоритмов управления.

Актуальность темы исследования. В настоящее время сохраняется актуальность разработки новых энергоэффективных объектно-ориентированных систем регулируемого асинхронного электропривода для мостовых и козловых кранов, железнодорожных укладочных и ремонтных кранов, транспортных тележек, которые в основном оснащены асинхронными двигателями (АД), как короткозамкнутым, так и с фазным ротором, часто с системами параметрического управления, требующими совершенствования. В связи с возрастающими требованиями, в первую очередь в отношении энергосбережения, все большая часть асинхронных регулируемых параметрическими способами электроприводов крановых механизмов заменяется на частотно - регулируемые электроприводы. Использование достижений в области преобразовательной техники, развитие средств и алгоритмов управления позволяет создавать системы асинхронного электропривода, которые по своим регулировочным характеристикам соответствуют электроприводу постоянного тока и удовлетворяют возрастающим требованиям. Разрабатываемые системы управления должны обеспечивать улучшенные энергетические показатели частотных асинхронных электроприводов, такие системы исследованы в работах В.А. Мищенко и требуют дальнейшего развития. Обеспечение энергосбережения в асинхронном электроприводе возможно за счет применения корректирующих средств, в том числе учитывающих нелинейность магнитной системы АД. Недостаточно исследованы и требуют совершенствования системы электропривода на базе асинхронного двигателя с фазным ротором, выполненные с сочетанием принципов частотного и

каскадного управления, для них необходимо провести выбор наиболее рациональных систем управления, что позволит повысить их энергетические и эксплуатационные характеристики. Для механизмов передвижения кранов с 2-х двигательным электроприводом, имеющих большую длину моста, характерны колебательные процессы, связанные с его упругой деформацией. Улучшению динамических свойств электроприводов производственных механизмов посвящены работы В.И. Ключева, Ю.А. Борцова, Г.Г. Соколовского. Необходимо продолжить разработки в данном направлении и добиться повышения демпфирующей способности асинхронных электроприводов, в том числе 2-х двигательных, широко используемых на крановых механизмах.

Работа выполнена на кафедре электропривода ЛГТУ при поддержке гранта РФФИ №17-48-480492 «Анализ, математическое моделирование и оптимизация управления электромеханическими системами с электроприводами переменного тока мехатронных устройств, манипуляторов и грузоподъемных механизмов».

Цель работы: повышение энергоэффективности и улучшение динамических свойств однодвигательных и упруго связанных 2-х двигательных частотно регулируемых асинхронных электроприводов на базе короткозамкнутого двигателя и двигателя с фазным ротором с каскадным блоком для использования на механизмах передвижения кранов и транспортных тележек.

Идея работы заключается в создании и исследовании систем частотного управления электроприводами на базе асинхронных двигателей -короткозамкнутого и с фазным ротором с каскадным блоком, в однодвигательном и 2-х двигательном исполнении с упругой механической связью, и разработке систем коррекции для использования на механизмах передвижения кранов и транспортных тележек.

Задачи, которые ставились и выполнялись в ходе работы:

1) анализ современного состояния асинхронных электроприводов механизмов передвижения кранов и транспортных тележек, особенностей их совместной работы с механической частью, динамики, энергоэффективности, работоспособности и возможности применения корректирующих средств, улучшающих динамические свойства и энергетические показатели;

2) исследование методами структурного анализа и математического моделирования влияния систем коррекции, обеспечивающих синхронизацию скоростей двигателей 2-х двигательного электропривода, на динамические процессы в электромеханических системах с упругими связями;

3) разработка и исследование частотного асинхронного электропривода с векторным управлением с улучшенными энергетическими показателями за счет использования нелинейных корректирующих средств;

4) разработка и исследование энергосберегающих частотно-каскадных электроприводов на базе асинхронного двигателя с фазным ротором с каскадным блоком, соединенным как последовательно, так и параллельно по отношению к преобразователю частоты, разработка систем автоматического управления;

5) анализ систем 2-х двигательного асинхронного электропривода, обеспечивающих синхронизацию скоростей двигателей, разработка и исследование 2-х двигательного частотно-каскадного электропривода с подключенным параллельно к общему преобразователю частоты каскадным блоком, обеспечивающим энергосбережение, а также синхронизацию скоростей двигателей, что позволит добиться снижения динамических нагрузок в электромеханической системе.

Объектом исследования являются электромеханические системы с однодвигательными и 2-х двигательными частотными и частотно-каскадными асинхронными электроприводами, используемые на крановых механизмах и транспортных тележках.

Предметом исследования являются корректирующие средства и алгоритмы управления, позволяющие улучшить энергетические и

динамические свойства асинхронных электроприводов, в том числе с упругими связями.

Методы исследования: методы теории электропривода, теории графов и анализа устойчивости систем автоматического управления; моделирования с использованием программных средств; экспериментального подтверждения результатов.

Научная новизна:

- установлено, что демпфирующая способность 2-х двигательного упруго связанного электропривода повышается при введении в систему управления отрицательной обратной связи по разности отклонений скоростей вращения двигателей от одинаковой для обоих двигателей скорости идеального холостого хода, действие этой обратной связи имеет такой же характер, как и действие отрицательной обратной связи по разности скоростей двигателей;

- разработана система коррекции намагничивающей составляющей тока статора в частотном асинхронном электроприводе с векторным управлением, повышающая его энергоэффективность, отличающаяся учетом нагрузки на валу двигателя и нелинейности его кривой намагничивания с помощью блока кусочно-линейной аппроксимации;

- разработана система частотно-токового управления 2-х двигательным частотно-каскадным электроприводом с общими преобразователем частоты и каскадным блоком, передающим энергию скольжения асинхронных двигателей с фазным ротором в звено постоянного тока преобразователя частоты и осуществляющим выравнивание ЭДС и скоростей вращения роторов двигателей, отличающаяся наличием системы коррекции, изменяющей сигнал задания частоты ЭДС роторов в зависимости от величины выпрямленного выходного напряжения каскадного блока.

Обоснованность и достоверность полученных результатов и выводов подтверждается соответствием теоретических исследований и расчетов, полученных аналитическим путем характеристик и зависимостей,

результатов компьютерного моделирования, общим положениям теории электропривода и результатам экспериментов.

Теоретическая значимость работы заключается:

- в теоретическом обосновании возможности улучшения демпфирующей способности систем 2-х двигательного электропривода за счет использования корректирующих средств, реализующих отрицательную обратную связь по разности скоростей двигателей и отрицательную обратную связь по разности отклонения скоростей двигателей от скорости идеального холостого хода;

- в теоретическом обосновании метода повышения энергоэффективности системы частотного асинхронного электропривода с векторным управлением, за счет применения коррекции сигнала задания намагничивающей составляющей тока статора, учитывающей различную степень насыщения нелинейной магнитной цепи, с помощью блока кусочно-линейной аппроксимации;

- в теоретическом обосновании возможности достижения лучших динамических свойств 2-х двигательных электроприводов на базе асинхронных двигателей с фазным ротором с электрической связью двигателей по цепи роторов и упругой механической связью, в том числе частотно-каскадного электропривода, с применением коррекции системы управления, действие которой направлено на согласование сигнала задания частоты ЭДС ротора с выходным напряжение каскадного блока.

Практическая ценность заключается:

- в снижении за счет применения корректирующих средств тока статора среднем на 6% по сравнению с обычными системами частотного асинхронного электропривода, при статическом моменте, не превышающем половину от номинального значения;

- в повышении демпфирующей способности 2-х двигательных упруго связанных электроприводов за счет включения в роторные цепи общего блока, который может иметь разные конструкции, через который протекают вы-

прямленные токи роторов, что позволяет снизить уровень максимальных динамических нагрузок в электромеханической системе в среднем на 25-30 %; - в возможности адаптации предложенных корректирующих средств, имеющих простую аппаратную и программную реализацию, к совместной работе со стандартными электроприводами, что повышает привлекательность таких систем коррекции для электроприводов крановых механизмов.

Реализация результатов работы. Полученные в диссертационной работе результаты использованы в производственной деятельности компаний ООО «Липецкий Гипромез», г. Липецк; ООО «НПП Система 48», г. Липецк.

На защиту выносятся:

- метод анализа и коррекции 2-х двигательных электроприводов электромеханических систем с упругими связями, обеспечивающий повышение демпфирующей способности электропривода, за счет применения отрицательной обратной связи по разности отклонений скоростей двигателей от скорости идеального холостого хода, действие которой эквивалентно действию отрицательной обратной связи по разности скоростей двигателей;

- результаты анализа, компьютерного моделирования и экспериментальных исследований частотного асинхронного электропривода с векторной системой управления, и исследования системы коррекции намагничивающей составляющей вектора тока статора с нелинейной статической характеристикой, аппроксимированной кусочно-линейной функцией, обеспечивающей повышение его энергетических показателей;

- разработанные системы частотно-каскадного электропривода на базе асинхронного двигателя с фазным ротором, результаты исследования электропривода с параллельным каскадным блоком, передающим энергию скольжения двигателя в звено постоянного тока преобразователя частоты, с системой частотно-токового управления и блоком коррекции, влияющим на

сигнал задания частоты ЭДС ротора в зависимости от величины выпрямленного выходного напряжения каскадного блока;

- результаты аналитических исследований и математического моделирования частотно-каскадного 2-х двигательного электропривода с общим параллельным каскадным блоком, обеспечивающим рекуперацию энергии скольжения двигателей в общее звено постоянного тока преобразователя частоты, выравнивание ЭДС роторов и синхронизацию скоростей двигателей при упругой механической связи, с системой частотно -токового управления и коррекцией сигнала задания частоты ЭДС роторов в зависимости от величины выпрямленного выходного напряжения каскадного блока;

- результаты экспериментальных исследований систем 2-х двигательного асинхронного электропривода с общим вентильно -резисторным блоком в цепях роторов, обеспечивающим выравнивание ЭДС и скоростей вращения роторов, что приводит к синхронизации скоростей двигателей и повышению демпфирующей способности электропривода при упругой механической связи.

Соответствие диссертации «Паспорту научной специальности» [10]. Соответствует пунктам «Паспорта научной специальности:

1. Развитие общей теории электротехнических комплексов и систем, изучение системных свойств и связей, физическое, математическое, имитационное и компьютерное моделирование компонентов электротехнических комплексов и систем.

2. Разработка, структурный и параметрический синтез электротехнических комплексов и систем, их оптимизация, а также разработка алгоритмов эффективного управления» [10].

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации докладывались и обсуждались на: Международной научно-практической конференции "Современная металлургия нового тысячелетия" (Липецк. 2015 г.), 3-й Международной конференции с элементами научной школы

«Актуальные проблемы энергосбережения и эффективности в технических системах». Тамбов, 2016 г., Научно-методической конференции «95 лет отечественной школе электропривода «ЛЭТИ» (Санкт-Петербург. 2017 г.), Международной конференции «Электротехника и электроэнергетика» (Воронеж. 2017 г.), 23-й Международной научно-технической конференции "Информационные системы и технологии" (Н. Новгород. 2017 г.), 5-й Международной научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов «Энегосбережение и эффективность в технических системах» (Тамбов. 2018 г.), 24-й Международной научно-технической конференции "Информационные системы и технологии" (Н. Новгород. 2018 г.), 16-й Международной научно-практической конференции "Энерго- и ресурсосбережение - XXI век" (Орёл. 2018 г.), 20-м Международном научно-промышленном форуме «Великие реки» (г. Нижний Новгород. 2018 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 печатных работ, 3 из которых - в центральных журналах, рекомендованных списком ВАК РФ, 1 - в трудах научной конференции, индексируемой в наукометрической базе Scopus, IEEE, 2 патента на изобретение, 2 патента на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 115 наименований и 11 приложений. Общий объем диссертации - 167 страниц, в том числе 147 страниц основного текста, 69 рисунков, 14 таблиц.

1. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ С АСИНХРОННЫМИ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ И УПРУГИМИ СВЯЗЯМИ МЕХАНИЗМОВ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ КРАНОВ И ТРАНСПОРТНЫХ ТЕЛЕЖЕК

1.1. Обзор исследований электромеханических систем с упругими связями механизмов передвижения кранов и транспортных тележек

В современной промышленности, широко применяются крановые механизмы и транспортные тележки, которые выполняют горизонтальное или вертикальное передвижение грузов, или движение по наклонному рельсовому, безрельсовому и канатному пути. По двухрельсовому пути передвигается мостовые, козловые, башенные, портальные и железнодорожные краны, передвижные тележки и мостовые перегружатели [1- 4]. В металлургии, используются мостовые и козловые краны, сталевозы, шлаковозы, электропередаточные мосты, железнодорожные ремонтные и укладочные краны и др. (Приложение А). В некоторых металлургических производствах крановое и другое подъемно-транспортное оборудование является вспомогательным, а в таких цехах, как, например, копровый цех, а также в ремонтных подразделениях на железной дороге, крановые механизмы входят в состав основного оборудования.

Наиболее распространенными среди крановых механизмов являются мостовые и козловые краны, имеющие типовые конструкции [1-4]. Мостовой кран (рисунок 1.1) обычно имеет механизм передвижения моста, механизм подъема грузов и механизм передвижения тележки. Мост крана выполнен в виде рамы 1, состоящей из четырех балок - двух концевых и двух пролётных, он перемещается на колёсах с ребордами по подкрановым путям.

а

б

в

Рисунок 1.1 - Мостовой кран: а - общий вид; б - схема кинематической цепи механизма передвижения моста; в - изгиб рамы моста при движении крана с перекосом

Двигатели 2 связаны с ведущими колесами, перемещающимися по рельсам 3, через валы, муфты, редуктор. Схема кинематической цепи механизма передвижения моста приведена на рисунке 1.1, б. Тележка 4 перемещается по рельсам, размещенным на пролётных балках моста. На тележке установлен механизм 5 подъёма грузов [1-4].

Большинство электромеханических систем современных крановых механизмов имеют унифицированные конструкции и состоят из типовых элементов. Металлоконструкции кранов имеют значительные габаритные размеры, большие массы составляющих узлов и конечную жесткость элементов. Наличие упругих связей является причиной повышенных динамических нагрузок в ЭМС кранов, так как такие элементы, как рама моста, гибкий канат, имеют ограниченную жесткость [5-12].

На мостовых и козловых кранах в наиболее интенсивных режимах работает электропривод механизма передвижения моста. Это связано с необходимостью остановок механизма в заданном положении, частым изменением направления движения.

Высокий уровень динамических нагрузок в металлоконструкции крана в основном связан с несимметричностью управляющих воздействий 2-х двигательного электропривода, разными статическими нагрузками двигателей, и разными приведенными суммарными моментами инерции электроприводов при несимметричном положении тележки, что приводит к перекосу фермы моста крана.

Присутствие в механической части ЭМС элементов с большими массами, а также с малыми жесткостями определяет сложный характер динамических процессов в ЭМС. Изгиб фермы моста может составлять несколько десятков миллиметров при длине пролета моста нескольких десятков (до 50) метров.

Исследованию динамики механизмов передвижения кранов (МПК) посвящено множество работ и публикаций, например [6-11], которые используют разработки теории динамики упругосвязанных ЭМС [13-18].

Исследования, выполненные в ряде работ [6-8] позволили установить, что наиболее значительные динамические нагрузки связаны с упругой перекосной деформацией моста крана. Возмущающие упругие силы перекоса крана, воздействуя через колеса на элементы кинематической цепи, создают дополнительный упругий момент на валу электродвигателя.

Механизмы передвижения мостов кранов оснащаются системами двухдвигательного или многодвигательного электропривода. Вследствие технологических причин тележка с грузом часто расположена ближе к одной из опор моста, в результате этого металлоконструкция при движении моста подвергается дополнительным упругим деформациям. В упругой ЭМС за счет раскачивания груза возникает колебательный процесс, в который втягиваются массы крановой тележки и моста крана. На низкочастотные колебания в ферме крана, связанные с раскачиванием груза, накладываются более высокочастотные собственные колебания фермы моста, вызванные его деформациями вследствие неодинаковых управляющих воздействий со стороны двухдвигательного электропривода.

Механизмы с жестким закреплением груза, к которым относятся транспортные тележки, передаточные мосты, перемещающиеся по рельсовому пути и др., обычно имеют жесткую металлоконструкцию в меньшей степени подверженную упругим деформациям при поступательном движении.

Вопросы исследования взаимодействия механического оборудования и электроприводов МПК, разработки новых систем электропривода для данных механизмов рассмотрены в работах [5-9] российских ученых. Известны разработки зарубежных фирм, производящих механическое и электрооборудование для кранов [22-25]. Теоретическим и практическим вопросам управления динамикой электромеханических систем при наличии упругих связей, что особенно

характерно для крановых механизмов, посвящено большое количество публикаций [5,17-21].

Входящие в состав ЭМС электроприводы во многом определяют характер динамических процессов, так как способны оказывать демпфирующее воздействие на упругие колебания ЭМС [17-19]. Следует отметить, что особенности динамических свойств ЭМС грузоподъемных механизмов, управляемых асинхронными электроприводами, исследованы недостаточно подробно и требуют дальнейшей проработки.

В условиях повторно-кратковременного режима работы МПК, повышен уровень вибраций элементов механического оборудования, при этом для гашения колебаний упругих ЭМС механические демпферы [33] оказываются малоэффективными. Следовательно, используя результаты работ [17-19], необходимо повышать демпфирующая способность систем асинхронного электропривода, широко используемого на подъемно-транспортных механизмах (ПТМ). Решение этой задачи требует подробного изучения динамических свойств упругосвязанных ЭМС.

Математические модели и полученные результаты изучения динамики упругосвязанных ЭМС приведены в работах [14,15,17,18]. Выполнены исследования различных систем асинхронного электропривода крановых механизмов, в том числе и на основе математических моделей [7-9]. Современное программное обеспечение позволяет выполнять имитационное компьютерное моделирование при более точном описании ЭМС. Исследованиям динамики

электромеханических систем методом математического моделирования посвящено большое количество работ [6-9,11,35,37,104].

Разработки и исследования крановых механизмов, перемещающихся по рельсовому пути, а также систем электроприводов для них были выполнены в таких крупных научных центрах, как ВНИИПТМАШ, ВНИИТЯЖМАШ, ВНИИЭлектропривод и других организациях. Среди крупных зарубежных фирм, выпускающих подъемно - транспортное

оборудование, выделяются «Demag» (Германия), «Qevland» (США), «^^^ШяМ (Япония), «Matterson» (Великобритания), которые применяют системы электропривода с улучшенными динамическими свойствами [12].

Современные требования к материалоемким объектам, таким как крановые механизмы, заключаются в применении ресурсосберегающих технических решений. В связи с этим возможна разработка мостовых кранов с облегченными металлоконструкциями, что характерно для промышленных манипуляторов. Однако при этом возрастают требования в отношении их динамических свойств систем электропривода, демпфирующей способности, плавность пусковых и тормозных режимов.

Методы реализации максимальной демпфирующей способности электропривода исследованы в работах В.И. Ключева [13-15], снижения уровня динамических нагрузок в ЭМС за счет введения обратных связей -в работах Ю.А. Борцова, Г.Г. Соколовского [17-18].

На крановых механизмах и транспортных тележках широко используются асинхронные двигатели, как с короткозамкнутым (АДКЗ), так и с фазным ротором (АДФР) [21-27]. Системами двухдвигательного асинхронного электропривода оснащены механизм передвижения моста, а на грейферных кранах - механизм подъема и закрывания грейфера крана [1- 6, 27].

Исследования, выполненные в работах [34-37] показали, что в двухдвигательном и многодвигательном электроприводе на базе АДФР при наличии упругой механической связи целесообразно выполнять синхронизацию скоростей двигателей, реализовав их электрическую связь по цепи ротора с организацией общего звена постоянного тока. Однако предложенная система согласованного параметрического резисторно-контакторного управления электрически связанными двигателями имеет низкие энергетические показатели.

На крановых механизмах и транспортных тележках все более широко используются системы регулируемого асинхронного

электропривода с частотным управлением. Использование достижений в области преобразовательной техники, систем и алгоритмов управления позволило значительно улучшить энергетические и динамические показатели работы асинхронных электроприводов, вместе с тем сохраняется необходимость продолжения исследований совместной работы асинхронного электропривода и механического оборудования крановых механизмов и транспортных тележек.

1.2. Обзор используемых и перспективные для применения на механизмах передвижения кранов и транспортных тележек систем регулируемого

асинхронного электропривода

В настоящее время наиболее перспективным и широко внедряемым на МПК является частотно-регулируемый асинхронный электропривод на базе АДКЗ [44-48, 53-57]. При создании систем частотного асинхронного электропривода используются теоретические разработки [40-44]. В настоящее время в основном решены проблемы, связанные с используемым на мостовых и козловых кранах питанием электроприводов через троллеи, не гарантирующим непрерывность связи электропривода с питающей сетью. В то же время в эксплуатации находится большое количество энергозатратных систем электропривода на базе АДФР с контакторно-резисторным управлением. Учитывая необходимость их модернизации, целесообразно рассмотреть возможность продолжения использования АДФР, но с более энергоэффективной системой управления.

Электропривод МПК должен обеспечивать требуемые режимы работы механического оборудования в пусковых, тормозных и установившихся режимах за счет регулирования двух переменных двигателя: частоты вращения т и момента М. Процесс регулирования координат сопровождается изменением механических характеристик

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ласточкин Денис Владимирович, 2021 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Абрамович, И.И. Грузоподъемные краны промышленных предприятий: Справочник/ И.И. Абрамович, В.Н., Березин, А.Г. Яуре // М.: Машиностроение. 1989. - 360 с.

2. Александров, М.П. Справочник по кранам: В 2 т. Т.1. Характеристики материалов и нагрузок, Основные расчеты кранов, их приводов и металлических конструкций / М.П. Александров, М.М. Гохберг, А.А Ковин и др. // М.: Машиностроение, 1988. - 536 с.

3. Лобов, Н.А. Динамика передвижения кранов по рельсовому пути: Учебное пособие. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 232 с.

4. Парницкий, А.Б. Мостовые краны общего назначения / А.Б. Парницкий, А.П.Шабанов, А.Г.Лысяков - М.: Машиностроение, 1971. - 352с.

5. Казак, С.А. Динамика мостовых кранов / С.А. Казак. - М.: Машиностроение, 1968. - 331 с.

6. Абрамович, И.И. Динамические перекосные нагрузки в козловых перегрузочных кранах / Труды ВНИИПТМАШ, 1968, вып.2/82, С.3-83

7. Балашов, В.П. Исследование динамических характеристик металлоконструкций мостовых кранов / Труды ВНИИПТМАШ. - 1969, вып. 7/91. С. 91-127.

8. Балашов, В.П. Боковые силы в кранах постового типа в периоды пуска и торможения / Труды ВНИИПТМАШ. - 1969, вып. 7 /91. С.139-147.

9. Балашов, В.П. Моделирование сил перекоса мостового крана / Труды ВНИИПТМАШ, 1970, вып. 8 /103.

10. Паспорт научной специальности 05.09.03 Электротехнические комплексы и системы.

11. Мещеряков, В.Н. Динамика электромеханических систем подъемно -транспортных механизмов с асинхронным электроприводом. Монография. - Липецк. ЛГТУ, - 2002. 120с.

12. Абрамович, И.И. Облегчённые конструкции в краностроении / И.И.

Абрамович. - М.: Подъемно-транспортное оборудование / ЦНИИ ТЭИтяжмаш. 1982. №32. - 48 с.

13. Ключев, В.И., Терехов В.М. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов: Учебник для вузов. - М.: Энергия, 1980. - с. 360.

14. Ключев, В.И. Ограничение динамических нагрузок электропривода / М. Энергия, 1971. - 319с.

15. Ключев, В.И. Теория электропривода / М: Энергоатомиздат, 1998. 698 с.

16. Ковчин, С.А. Теория электропривода / С.А. Ковчин, Ю.А. Сабинин // Энергоатомиздат. СПб отд., 1994. 496 с.

17. Борцов, Ю.А. Автоматизированный электропривод с упругими связями Борцов Ю.А., Соколовский // СПб.: Энергоиздат. СПб отд., 1992. 288 с.

18. Борцов, Ю.А. Тиристорные системы электропривода с упругими связями / Ю.А. Борцов Ю.А., Г.Г.Соколовский // Л.: Энергия, Ленингр. Отд.-ние, 1979. - 160 с.

19. Борцов, Ю.А. Обобщенные оценки влияния упругих звеньев на динамику электропривода и настройку регуляторов унифицированных систем / Ю.А. Борцов, А.И. Бычков // Электротехническая промышленность. Сер. Электропривод, 1973, №7/24, С. 39-43.

20. Вешеневский, С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе 6-е издание исправленное / С.Н. Вешеневский // М.: Энергия. 1977. - 432 с.

21. Быков, Ю.Г. Жесткость тяговой характеристики асинхронного двигателя с учетом ускорения ротора при срыве сцепления / Ю.Г. Быков, А.Л, Лувишис // Электротехническая промышленность. Сер. Тяговое и подъемно-транспортное электрооборудование, 1984, № 6/86.- С. 1-3.

22. Опыт использования приводов Sinamics S120 для приводов мостовых кранов [Электронный ресурс ] / Электропромналадка - плюс. Электропривод и автоматизация. Режим доступа: http://epn-plus.ru, свободный. Загл. с экрана. - Яз. рус.

23. Руководство по эксплуатации Altivar 71 VW3A3510 V.2. Schneider Electric, 2008. 48 c.

24. Руководство по программированию Altivar 71 Преобразователи частоты для асинхронных двигателей Schneider Electric, 2006. 262 c.

25. Sinamics S120 Встраиваемые преобразователи частоты 0,12 кВт-1200 кВт. Каталог D 21.1 2006 - Москва: Siemens AG, 2006.

26. Герасимяк, Р.П. Электроприводы крановых механизмов / Р.П. Герасимяк, В.А. Параил.- М.Энергия, 1970. - 136 с.

27. Рапутов, Б.М. Электрооборудование кранов металлургических предприятий / Б.М. Рапутов. -М.: Металлургия, 1990. - 272 с.

28. Яуре, А.Г. Крановый электропривод: Справочник / А.Г. Яуре, Е.Я. Певзнер // М.: Энергоатомиздат, 1988. 344 с.

29. Герасимяк, П.Р. Тиристорный электропривод для кранов / Р.П. Герасимяк. - М.; Энергия, 1978 - 112с.

30. Богословский, А.П. Электрооборудование кранов / А.П.Богословский, Е.М. Певзнер, Н.Ф. Семерин, и др. - М.: Машиностроение, 1983. - 310с.

31. Рабинович, А.А. Крановое электрооборудование. Справочник / А.А.Рабинович. -М.; Энергия, 1979. -240с.

32. Кочевинов, Д. В. Система управления электропривода передвижения мостового крана / Д. В. Кочевинов, Г. А. Федяева // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2012. - № 3. - С. 4-11.

33. А.с. СССР № 640960. Способ демпфирования колебаний и устройство для его осуществления. МКП В 66 С 13/06 от 19.06.74 г.

34. Тищенко, В.Н. Математическое описание и исследование переходных процессов многодвигательного электропривода с электрической связью асинхронных машин. - Электротехника. 1978, №7, с.30-33.

35. Тищенко, В.Н. Исследование динамики грузоподъемных кранов с электрической связью роторов приводных двигателей. - Электротехника, 1979, №7, с.20-23.

36. Тищенко, В.Н. Влияние электрической связи роторов приводных двигателей на динамику грузоподъемных кранов с нелинейными упругими

элементами / В.Н. Тищенко, Н.В. Анищенко, В.Н. Шамардина и др. // Известия вузов СССР. Электромеханика, 1983, №4, с.55-59.

37. Тищенко В.Н. Динамика многодвигательных асинхронных электроприводов грузоподъемных кранов при нарушении сцепления приводных колес с рельсами / В.Н. Тищенко, В.Н. Шамардина // Электротехническая промышленность. Серия Электропривод, 1983, № 9 / 119. - С.13-16.

38. Унгру С., Иордан Г. Системы согласованного вращения асинхронных электродвигателей.- Л.: Энергия, 1971.- 182 с.

39. Корн, Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров / Г. Корн, Т. Корн // М.: Наука. - 1970. - 720 с.

40. Бессекерский, В.А. Теория систем автоматического управления / В.А. Бессекерский, Е.П. Попов. - Санкт-Петербург: Профессия. - 2004. 747 с.

41. Браславский, И.Я. О возможностях энергосбережения при использовании регулируемых асинхронных электроприводов / И.Я. Браславский // Электротехника.- 1998. №8.- С. 2-6.

42. Браславский, И. Я. Энергосберегающий асинхронный электропривод / И. Я. Браславский, З. Ш. Ишматов, В. Н. Поляков - М.: Академия. - 2004.256 с.

43. Ильинский, Н. Ф. Перспективы развития регулируемого электропривода / Н. Ф. Ильинский // Электричество. - 2003. - № 2 - С. 2-7.

44. Онищенко, Г.Б. Основные тенденции развития автоматизированного электропривода / Г.Б. Онищенко/ / В сборнике: Труды международной (ХХ Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП 2016, С. 81-83.

45. Соколовский, Г. Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием / Г. Г. Соколовский. - М.: Академия. - 2006. -272 с.

46. Осипов, О.И. Частотно-регулируемый асинхронный электропривод: Учебное пособие по курсу «Типовые решения и техника современного электропривода» - М.: Издательство МЭИ, 2004. - 80с.

47. Maria, G., John A. Optimal efficiency slip-power recovery drive / IEEE Transactions Energy Conversion, vol. 3. № 2. June, 1988.

48. Грузов, В.Л. Анализ и оптимизация алгоритмов управления в частотно регулируемых электроприводах с инверторами напряжения / В.Л. Грузов,

A.Н. Красильников, А. В. Машкин // Электротехника. -2000.- №4. С.15-20.

49. Бродовский, В.Н. Приводы с частотно-токовым управлением / Под ред.

B.Н. Бродовского. - М.: Энергия - 1974. - 168 с.

50. Усольцев, А.А. Частотное управление асинхронными двигателями: Учеб. Пособие / А.А. Усольцев. - СПб:СПбГУ ИТМО, 2006.- 94 c.

51. Зобов, И.Б. Семь различий преобразователей частоты и систем частотного регулирования / И.Б. Зобов, Е.А. Киселева // Теплоэнергоэффективные технологии. - 2007. - № 2. - С. 11-18.

52. Козярук, А. Е. Современное и перспективное алгоритмическое обеспечение частотно-регулируемых электроприводов / А. Е. Козярук, В. В. Рудаков; под. общ. ред. А. Г. Народицкого. - С.-Петербург. - 2001. - 126 с.

53. Blaschke F. Das Prinzip der Feldorientiening die Grundlage fur die TRANSVECTOR - Regelung von Asynchronmaschienen. //Siemens-Zeitschrift. - 1971. - 45. - P.757.54. Broun John Phillip. Variable-speed solutions. Hear and Refrig. News. - 2003. 219.-№ 4. - с.10 - 12.

55. Bose, B. K. Modern power electronics and AC drives / B. K. Bose. - New Jersey, USA: Prentice Hall PTR. - 2002. - 711 pp.

56. Wu, B. High power converters and AC drives / B. Wu. - New Jersey, USA: A John Wiley and Sons, Inc. - 2006. - 333 pp.

57. Rodriguez, J.; Kennel, R.M.; Espinoza, J.R.; Trincado, M.; Silva, C.A.; Rojas, C.A. High performance control strategies for electrical drives: an experimental assessment. IEEE Trans. Ind. Electron. 2012, 59, 812-820.

59. Жемеров, Г.Г. Тиристорные преобразователи частоты с непосредственной связью / Г.Г. Жемеров // - М.: Энергия, 1977. - 280 с.

60. Гречко, Э.Н. Автономные инверторы модуляционного типа / Э.Н Гречко, Тонкаль В. Е. - Киев : Наук. думка. - 1983. - 304 с.

61. Хасаев, О.И. Транзисторные преобразователи напряжения и частоты / О.И. Хасаев. - М.: Наука. - 1986. - 176 с.

62. Петров, Л.П. Тиристорные преобразователи напряжения для асинхронного электропривода/ Л.П. Петров и др.// М.: Энергоатомиздат. 1986. -200 с.

63. You J, Liu M, Ma J and Jia H 2016 Modeling and Analyse of Induction Motor Drive System with Consideration of DC Bus Stabilization and Control Performance. 8th International Power Electronics and Motion Control Conference. Hefe. Pp. 1362-1368.

64. Омельченко, Е.Я. Преобразователи частоты Sinamics / Е.Я. Омельченко, В.О. Моисеев, С.С. Енин // Магнитогорск: Изд-во Магнитогорского гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова. - 2015. - 195 с.

65. Линдер, Ш. Силовые полупроводниковые приборы. Обзор и сравнительная оценка / Ш. Линдер // Электротехника - 2007. №5. - С. 4-11.

66. Мещеряков, В.Н. Анализ инверторов тока и напряжения с системами релейного управления / В.Н. Мещеряков, Ю.П. Копаев, Д.В. Ласточкин // Вести вузов Черноземья. 2016. - №2. С.13-18.

67. Мещеряков, В.Н. Вентильный электропривод для робототехнических систем с релейным регулированием входного тока инвертора и фазных токов статора / В.Н. Мещеряков, В.Н. Воеков, О.В. Мещерякова // Материалы 10-й Всероссийской мультиконференции по проблемам управления (МКПУ-2017). Т.1. - Дивноморское, 2017. - С. 167-171.

68. Копылов, И. П. Математическое моделирование электрических машин: учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. / И. П. Копылов. - М.: Высшая школа. - 2001. - 327 с.

69. Орлов, И.Н. Бесконтактный электропривод летательных аппаратов / И.Н. Орлов, В.Н. Тарасов // - М.: МЭИ, 1992. - 111 с.

70. Рудаков, В. В. Асинхронный электропривод с векторным управлением / В.В. Рудаков, И.М. Столяров, В.А. Дартау / Л.: Энергоатомиздат, Ленинг. отд. -1992. - 296 с.

71. Виноградов, А.Б. Векторное управление электроприводами переменного

тока / А. Б. Виноградов // Иваново: ИГЭУ им. В.И. Ленина. - 2008. - 298 с.

72. Виноградов, А.Б. Новая серия высококачественных адаптивно-векторных асинхронных электроприводов с IGBT инвертором напряжения /

A.Б. Виноградов, И.Ю. Колодин, Д.А. Монов // Изв. ВУЗов. Электромеханика, 2003, №1. - С. 31- 41.

73. Виноградов, А.Б. Адаптивно-векторная система бездатчикового асинхронного электропривода серии ЭПВ / А.Б. Виноградов, А.А. Сибирцев, Ю.И. Колодин // Силовая электроника. - 2006. - №3. - С. 46-51.

74. А.с.№1577030. Трехфазный резонансный инвертор / Иванов А.Б., Мещеряков В.Н., Теличко Л..Я., Пивоваров И.В. Опубл. 07.07.90 Бюл. №25.

75. Шрейнер, Р.Т. Адаптивная система векторного управления асинхронным электроприводом с ориентацией поля ротора / Р.Т. Шрейнер,

B.А. Поляков // Электротехника.-1998.- №2.- С.23-29.

76. Шрейнер, Р.Т. Система векторного управления асинхронным электроприводом/ Р.Т. Шрейнер, А.И. Калыгин, В.К. Кривовяз, С.И. Шилин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2010. № 3-1. С. 101-108.

77. Пересада, С.М Обобщенный алгоритм прямого векторного управления асинхронным двигателем [текст] / С.М.Пересада, С.Н Ковбаса // Техническая электродинамика. 2002, № 4, С. 17-22.

781. Swierczynski Dariusz, Zelechowski Marcin. Universal structure of direct torque control for AC motor drives. Prz. electrotechn. 2004. 80, № 5, с. 489-492.

79. Monmasson E. Presentation of a control law for IM drive based on the dynamic reconfiguration of DTC algorithm and a SVM-DTC algorithm / Monmasson E., Louis J.P. Math, Comput. Simul. 2003. 63, № 3-5, с. 321-333.

80. Casadei Domenico, Profumo Francesco, Serra Giovanni, Tany Angelo. IEEE Trans. Power Electron. 2002. 17, № 5, С. 779 - 787.

81. Конохов, Д.В. Моделирование системы энергоэффективного двухзонного регулирования скорсти асинхронного электропривода с

прямым управлением моментом / Д.В. Конохов Г.А. Федяева, А.Н. Тарасов, Т.В. Сморудова // Вестник Брянского ГТУ - 2016. -№1 (49). - С. 127-133.

82. Мещеряков, В.Н. Система частотного асинхронного электропривода, обеспечивающая взаимную ориентацию моментообразующих векторов / В.Н. Мещеряков, В.А. Корчагина, О.В. Мещерякова // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. №3. 2010 С. 31-36.

83. Мещеряков, В. Н. Анализ частотного асинхронного электропривода, обеспечивающего взаимную ориентацию моментообразующих векторов / В. Н. Мещеряков, В. А. Корчагина // Известия вузов. Электромеханика. - 2009.-№3. - С. 45-49.

84. Симаков, Г.М. Сравнительная оценка работы асинхронной машины в условиях минимизации реактивной мощности / Г.М. Симаков, Ю.П. Филюшов // Электротехника. - 2017. - №2. - С.8-15.

85. Волков, А.В. Потери мощности асинхронного двигателя в частотно -управляемых электроприводах с широтно-импульсной модуляцией. Электротехника. 2002, № 8. - С. 2-9.

86. Мищенко, В.А. Перспективы развития векторного управления электроприводами / В.А. Мищенко V Международная (XVI всероссийская) конференция по автоматизированным электроприводам. АЭП-2007. Санкт-Петербург,18-21 сентября 2007г., С. 60-63.

87. Патент РФ №2132110 РФ, МКП. Н02 Р 21/00. Способ оптимального векторного управления асинхронным электродвигателем и электропривод для осуществления этого способа / Мищенко В.А., Мищенко Н.И., Мищенко А.В. Опубл. 20.06.1999. Бюл. №6.

88. Калачев, Ю.Н. Векторное регулирование (заметки практика) / Ю.Н. Калачёв - ООО «Гамем», 2015. - 72 с.

89. Крюков, О.В. Электроприводы на основе машины двойного питания и асинхронного вентильного каскада с преобразователями в цепях статора и ротора / О.В. Крюков, В.Н. Мещеряков, И.В. Гуляев / Саранск. Изд-во Мордовского университета. - 2020. - 152 с.

90. Онишенко, Г.Б. Асинхронные вентильные каскады и машины двойного питания / Г.Б. Онишенко, Локтева И.Л. // М.: Энергия, 1979, 200 с.

91. Справочник по автоматизированному электроприводу / Под ред. В.А. Елисеева, А.В. Шинянского. - М.: Энергоатомиздат, 1983, 616 с.

92. Шулаков, Н.В., Медведев Е.Н. Асинхронный вентильный каскад с последовательным возбуждением двигателя // Известия вузов Электромеханика, 1988. - С. 47-54.

93. Мещеряков, В.Н., Федоров В.В Асинхронно-вентельный каскад с инвертором в цепи статора и общим звеном постоянного тока // Электротехника. 1998. -№6. - С. 47-50.

94. Мещеряков, В.Н., Шишлин Д.И. Построение замкнутой системы управления каскадно-частотным электроприводом// Известия вузов. Электромеханика. -1998. - №4.

95. Мещеряков, В.Н. Асинхронно-вентильный каскад с последовательным соединением обмоток статора и ротора / В.Н. Мещеряков, В.В. Карих, А.Н. Мамаев // Промышленная энергетика - 2003. - №5. - С. 29-32.

96. Мещеряков, В.Н. Система АВК с последовательным возбуждением / В.Н. Мещеряков, Д.И. Шишлин, М.В. Шкарин // Электротехнические комплексы и системы управления. Воронеж. 2008. №4. С. 32-34.

97. Мещеряков, В.Н. Статические характеристики системы асинхронного вентильного каскада с последовательным возбуждением / В.Н. Мещеряков, Д.И. Шишлин, Р.С. Рысляев, В.А. Зотов // Известия вузов «Электромеханика» №2, 2009, с. 57-60.

98. Патент RU. № 2474038. Двухдвигательный электропривод. Мещеряков В.Н., Башлыков А.М., Безденежных Д.В., Мещерякова О.В., Зотов В.А. Опубл. 27.01.2013. Бюл. №3.

99. Патент RU. №180843 на полезную модель. Устройство для управления асинхронным двигателем с фазным ротором / Мещеряков В.Н., Данилов В., Мещерякова О.В., Ласточкин Д.В. Опубл. 03.07.2018. Бюл. №19.

100. Патент RU. №2661343. Способ управления асинхронным двигателем с фазным ротором / Мещеряков В.Н., Бойков А.И., Ласточкин Д.В. Опубл. 17.07.2018. Бюл. №20.

101. Патент RU. №180979 на полезную модель. Электропривод переменного тока / Мещеряков В.Н., Данилов В.В., Мещерякова О.В., Ласточкин Д.В., Безденежных Д.В. Опубл. 03.07.2018, Бюл. №19.

102. Дьяконов, В. Matlab 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5 в математике и моделировании // М.: Солон-Пресс, 2003 - 576 с.

103. Герман-Галкин, С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем MATLAB 6.0 / С.Г. Герман-Галкин. - СПб.: КОРОНА. - принт - 2001. - 320 c.

104. Мещеряков, В.Н. Система автоматического ограничения перекоса фермы мостового крана / В.Н. Мещеряков, В.В. Колмыков Д.В. Ласточкин // Вести вузов Черноземья. 2015, №4. с.40-44.

105. Мещеряков, В.Н. Система плавного пуска асинхронного двигателя с фазным ротором / В.Н. Мещеряков, А.И. Бойков, Д.В. Ласточкин // Электротехнические системы и комплексы. 2019. № 1. (42). С. 24-29.

106. Meshcheryakov V.N., Boikov A.I., Pikalov V.V., Muravyev A.A., Lastochkin D.V. The electric drive on the basis of the induction machine with an induction resistance in the rotor circuit connected through valve elements / Известия СПБГЭТУ ЛЭТИ. 2019. № 2. С. 60-66.

107. Meshcheryakov, V.N., Lastochkin, D.V., Shakurova, Z.M., Valtchev, S. Energy saving system of cascade variable frequency induction electric dr^ / Kazan. SES 2019. E3S Web of Conferences.

108. Мещеряков, В.Н., Ласточкин Д.В., Зотов В.А., Данилов В.В. Системы однодвигательного и двухдвигательного частотно-каскадного асинхронного электропривода / Энергетические и электротехнические системы. Международный сборник научных трудов. Вып. 4. Магнитогорск. 2017. С. 215-224.

109. Мещеряков, В.Н. Автоматизированный электропривод с релейным регулированием входного тока инвертора и фазных токов статора / В.Н.

Мещеряков, О.В. Крюков, В.Н. Воеков Д.В., Ласточкин // Автоматизация и IT в энергетике. 2019. № 6 (119). - С. 4-8.

110. Мещеряков, В.Н. Вентильно-емкостная система стабилизации тока для электродуговой установки / В.Н. Мещеряков, А.М. Евсеев, О.В. Данилова, Д.В. Ласточкин // Электротехнические системы и комплексы. 2019. № 3 (44). - С. 63-67.

111. Мещеряков, В.Н. Снижение динамических нагрузок в электромеханической системе, управляемой двухдвигательным электроприводом / В.Н. Мещеряков, Д.В. Ласточкин // Сборник научно-технических трудов Международной конференции «Электротехника и электроэнергетика» // Воронеж: НОУ ВПО «МИКТ», 2017. - С. 69-73.

112. Патент RU. №2724982. Способ управления электроприводом переменного тока / В.Н Мещеряков, Д.В. Ласточкин, В.В. Пикалов, П. С. Пономарев. Опубл. 29.06.2020. Бюл. №19.

113. Мещеряков, В.Н. Коррекция динамических свойств электромеханических систем, управляемых двухдвигательным электроприводом / В.Н Мещеряков, Д.В. Ласточкин //Труды научно-методической конференции «95 лет отечественной школе электропривода». СПб. Изд.-во СПб ЭТУ «ЛЭТИ». 2017. - С. 123-124.

114. Мещеряков, В.Н. Частотно-каскадный электропривод на базе инвертора тока с релейным регулятором напряжения / В.Н Мещеряков, Д.В. Ласточкин // Материалы 24-й Международной научно-технической конференции "Информационные системы и технологии" Н. Новгород. - 2018. - С.706-711.

115. Мещеряков, В.Н. Разработка системы автоматического ограничения перекоса фермы мостового крана / В.Н. Мещеряков, В.В. Колмыков, Д.В. Ласточкин // Материалы XVI международной научно-практической конференции "Энерго- и ресурсосбережение - XXI век". Орёл. - 2018 г. -С.30-33.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Подъемно-транспортные механизмы, перемещающиеся по рельсовому пути

12680 2200

Рисунок А.1 - Транспортные механизмы, перемещающиеся по релтсовому пути: а - общий вид сталевоза ; б - кинематическая схема ходовой части сталевоза; в - электропередаточный мост

7016*2.5 82«К|00

Рисунок А. 3 - Общий вид железнодорожного крана КЖ-462

Рисунок А.4 - Общий вид укладочного крана УК-25/9-18

Рисунок А.5 - Погрузочная тележка для вертикального перемещения груза

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Преобразование структурных схем

Правило Мейсона позволяет определить передаточную функцию между любыми переменными структурной схемы:

Ш{р) = ММ= ^(Р) 'А'(Р)];

Ы р) А( Р) '

где А(р) - характеристический многочлен системы,

А( р) = 1- ^(р) + ^(р)- ^ю(р)+ ...,

^^к l(P) - сумма передач всех контуров;

^(р) - сумма произведения передач некасающихся друг друга пар контуров;

(р) - сумма произведения передач некасающихся друг друга троек

контуров;

';(р) - передача 1-го прямого пути от входной переменной к выходной; А, (р) = 1- ^(р) + ^(р)- ^ю(р)+

^р) - сумма передач всех контуров, не касающихся 1-го прямого

пути;

ХЖК2(р) - сумма произведения передач всех пар контуров, не

касающихся 1-го прямого пути и друг друга;

ХЖкз(р) - сумма произведения передач всех троек контуров, не

касающихся 1-го прямого пути и т.д.

ПРИЛОЖЕНИЕ В Компьютерные модели двухмассовой упругой однодвигательной ЭМС

Рисунок В. 1 - Схема модели двухмассовой однодвигательной ЭМС

Рисунок В. 2 - Схема модели двухмассовой однодвигательной ЭМС с ОС Аю

Таблица B.1

н*м/с2 J2 н*м/с2 С12 q

18 18 - 25 1,12*103 1 - 10

Экспериментальные исследования частотного асинхронного электропривода

с векторным управлением

Схема испытательного стенда приведена на рисунке Г. 1. Основные элементы установки: испытуемый двигатель АДКЗ АИР71В4УЗ, ПЧ: выпрямитель SINAMICS S120, инвертор SINAMICS S120, нагрузочный двигатель постоянного тока ДП-12, преобразователь ТП SIMOREG DC MASTER. Запись сигналов производилась в программной оболочке Drive Monitor.

Таблица Г. 1

Параметры АДКЗ

Тип АИР71В4УЗ

Синхронная частота вращения п, об/мин, при ^ = 50 Гц 1000

Число пар полюсов р_ 2

Номинальный ток 1н, А 1,9

Номинальный момент М._.. Н ■ >:, при f1 = 50 Гц 6,2

Номинальная механическая мощность Рн, кВт 0,75

Номинальное линейное напряжение питания и, В 380

КПД в номинальном режиме г._. 75%

Коэффициент мощности двигателя 0,75

Кратность максимального момента X 2,2

Кратность пускового момента к-. 2,2

Кратность пускового тока к-- 5

Момент инерции двигателя Ддв, кг ■ : 0,0025

-220 в

— ~220 в

"380 в

Рисунок Г. 1 - Схема испытательного стенда

Рисунок Г. 2 - Динамические характеристики системы ПЧ-АД: ю =f(t); M=f(t); I=f(t); Iq=f(t); ^

ПРИЛОЖЕНИЕ Д Исследование на компьютерной модели действия коррекции продольной составляющей вектора тока статора при векторном управлении частотным

асинхронным электроприводом

Рисунок Д. 1 - Блок схема компьютерной модели векторной системы

управления АД на базе АИН

Таблица Д. 1

Параметры электродвигателя типа МТКМ-512-8 [20]

Рн, кВт ПН, об/мин Мм/ Мн cos фн 1с, А Ис, Ом Хс, Ом 4 А 4 Ом Х'р, Ом кг J, кгм2

28 705 3,5 0,75 67,0 0,141 0,214 74,3 0,059 0,17 0,19 • 104 1,32

а

б

в

Рисунок Д. 2 - Графики не фильтрованных сигналов изменения во времени переменных АД: а - М=ДХ) и о = /(г); б - /^ = /(г) и /? = /(г); в - / = /(г) при

пуске с пониженным значением /^ и включением коррекции (1 =0,4 с)

Частотный и частотно-каскадные электроприводы с коммутаторами в звене постоянного тока преобразователя частоты и релейным управлением

16 4 30 3

а

Рисунок Е.1 - Частотный электропривод на базе АИТ с релейным скалярным управлением и коммутаторами в звене постоянного тока (патент №2724982): а - функциональная схема; б - алгоритм работы тиристора 18

Математическое описание работы логических блоков схемы (рисунок Е.1).

28

Рисунок Е. 2 - Функциональная схема ЧКЭ на базе АИТ с РРН и коммутатором в звене постоянного тока (патент ПМ №180843)

Таблица Е.1

Математическое описание алгоритмов работы РРН

Сигналы

Формулы, схемы релейных блоков

РРН 1

Сигналы на выходе узлов сравнения и величина зоны гистерезиса

и 1А Аи1А,

Лиы

и 1в ^ А и

Ли 1 в и*1с./о Аи

1В

1С.

В

~к—^

а'

ш

Состояние сигналов на выходе РРТ

[если Аи^ < —А / 2, на выходе активное состояние (0); если Аи ^ > А /2, на выходе активное состояние (1).

РРН 2 Сигнал на выходе узла

сравнения и зона _гистерезиса

*

и СК1 ,

Ащ а , 1 Ь 1

0

*

а

Состояние сигналов на выходе РРТ

[если Аи^ < 8, на выходе активное состояние (1); 1если А"И на выходе состояние (0).

Рисунок Е. 3 - Компьютерная модель ЧКЭ ПВ на базе АИН с коммутатором

для схемы (рисунок 4.2)

Таблица Е. 2

Параметры электродвигателя типа МТ-52-8 [20]

а б

Рисунок Е. 4 - Результаты моделирования пусковых характеристик ЧКЭ ПВ:

фазные токи статора /с (г); частота вращения ротора ю(г); момент М (г): а - ЧКЭ при постоянно открытом транзисторе коммутатора; б - при работе

транзисторного коммутатора

Элементы систем частотно-каскадного электропривода

Таблица Ж.1

Математическое описание РРТ

Сигналы Формулы

Сигналы на выходе узлов сравнения < А/1а = /— /1а ; A/ib = / *1ь — /1Ь; Ас = /'1С — /1с •

Состояние сигналов на выходе РРТ Гесли AIj <—т/2, на выходе состояние (0); |если A/j >т/2, на выходе состояние (1),

Величина зоны гистерезиса V2 • /ы т =-— 100

ю*(Р)

О-

W(p)

PC

M*(p) >

ч » замкнутый 2

Ii (p) Ii(p) контур I1(p)I1(p)

f

M-I

V"

w . (Р)

замк1 4 '

X

FM! (Р)

M-I

Ю (p) OC4 '

M(p)

Jn\ I

Jp

ю(Р)

K,

Mc(p)

Рисунок Ж. 1 - Структурная схема контура регулирования скорости

Таблица Ж.2

Переменная Формула

Активная мощность нагрузки PH = Ud/d = Uн/н cosp

Реактивная мощность конденсатора а = UloCk

Реактивная мощность нагрузки Qh = P ■ tgv„

Реактивная мощность инвертора Qu = Qc — QH = Uс — Ph • tgpH

Проводимость конденсатора yc = «• С

Проводимость нагрузки Ун = 1Z н

Тангенс угла сдвига между первыми гармониками выходного напряжения и выходного тока инвертора « у tgp = с mH Ун ■ COS (Ph

Напряжение на нагрузке и - ж Ud _nUd H 242 COSp 242] f г- V 1 a • C, 1 + „ ' tgPu { Ун COS Ph J

Необходимая емкость конденсатора Ph -(tgp + tgp) Ck = тт2 ® • U н

Условие коммутации тиристоров P>aY • tв

Частота собственных колебаний контура f = 1 2*V LH CK L Rlc« ] с lh J

1

I I I

су пч

•-И-1

-и-

п

Р-1_

г

рит

J

Шс

.а ст4 'ЗП Д4

Ото 4Й! к

-С=ЩСТ1

Ото й 1

ч-Дё-

Р

ё-

в

О

л

2 1

с

бз

21

Кст1 СТ1

ет£ буи

1|йот° 3 ** ™

5СТ5

Ото 1

ТО 1 Ото 3

ТО 3 Ото 5

В

Г

А

В

К

С

сЬ^к

\с

РИТ

К РОТОРУ АД

а

б

Рисунок Ж. 2 - Схемы: ЧКЭ с трехфазным резонансным инвертором тока (РИТ); б - блока частотно-параметрического управления АД

а б

Рисунок Ж.3 - Трехфазный резонансный инвертор тока: а - экспериментальные осциллограммы токов на выходе в фазах В и С; б - векторная диаграмма

2

к

15ии

и

Ото 6

ТО 6

ТО 2

Компьютерная модель 2-х двигательной системы ЧКЭ с электрической каскадной связью и механической упругой связью двигателей

Т7\——*<[ту] I

Рисунок З. 1 - Схема модели 2-х двигательного ЧКЭ с упругой связью двигателей в пакете прикладных программ МАТЬАВ 81ши1тк

ПРИЛОЖЕНИЕ И

Экспериментальные динамические характеристики систем 2-х двигательного асинхронного электропривода с общим вентильно-резисторным блоком

а

б

Рисунок И.1 - Изменение во времени токов роторов и скоростей двух асинхронных двигателей механизма передвижения крана: а - с ручным силовым контроллером, переключающим пусковые резисторы; б - со схемой с диодными выпрямителями и общим резистором в цепи

ротора

а

б

'-о

о.е.

Й ГN / ' ' ! | •У4"- V т

1 с 1 ш чл 1 ,. Д \ | \ ЩЩШ \

с

А 20

К / •• . <

■

пч!н г,.„. 1-il.il

г, с

в

Рисунок И. 2. Схемы управления механизмом передвижения крана, временные диаграммы тензоусилий при изгибе пролетной балки и тока

ротора одного АДФР: а - с ручным силовым контроллером, переключающим пусковые резисторы; б - с диодными выпрямителями и независимыми резисторам в цепи ротора; в - с диодными выпрямителями

и общим резистором в цепи ротора

Рисунок И.3. Динамические характеристики 2-х двухмашинных агрегатов,

полученные на испытательном стенде

Точками А, А1, А2 обозначены координаты испытуемых АДФР, отмеченные на графиках статических механических характеристик (рисунок 4.17).

В каждой из отмеченных точек скорости испытуемых машин равны скорости соответствующих нагрузочных двигателей, моменты испытуемых машин равны по модулю моментам соответствующих нагрузочных машин, но имеют противоположный знак.

Для удобства анализа на рисунке И.3 обозначены моменты испытуемых АДФР, хотя фактически записывались моменты нагрузочных машин.

ПРИЛОЖЕНИЕ К Полученные патенты

Акты внедрения

«НИИ Снстема48» Общество с ограниченной ответственностью

398001, Липецк, улица Пушкина, дом 13. корпус А. помещение 2 тел : [phone]. <мтп1 418еЬга934(йуап<1ех ги ОГРН 1164827055645 ИНН КПП 4826123123 482648001 Ян Р < 40702810902930001612. открыт в АО «АЛЬФА-БАНК» отделение в г Москад ИНН "728168971. ОГРН 1027700067328. ВИ К 044525593, К'с: 30101810200000000593

АКТ

о внедрении (использовании) результатов кандидатской диссертационной работы Ласточкина Дениса Владимировича

Настоящий акт составлен о том. что результаты диссертационной работы Ласточкина Д.В. «Повышение энергоэффективности и демпфирующей способности асинхронных электроприводов механизмов передвижения кранов и транспортных тележек», направленные на повышение энергоэффективности частотного асинхронного электропривода с векторным управлением, путем применения системы нелинейной коррекции сигнала задания намагничивающей составляющей тока статора, позволили снизить в среднем на 5% отношение «ток статора / момент» асинхронного двигателя в системе частотного асинхронного электропривода с векторным управлением осевого вращения транспортирующего профиля установки индукционного нагрева под термическую обработку металлоизделий с дискретной площадью поперечного сечения.

Генеральный директор, к.т.

Титов С.С.