Разработка автоматизированного электропривода блочного стана грубого волочения на основе синхронизированного асинхронного двигателя тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат наук Тележкин, Олег Анатольевич

• Тележкин, Олег Анатольевич
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Тележкин, Олег Анатольевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1.АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ВОЛОЧИЛЬНЫХ СТАНОВ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Основы теории волочения. Особенности волочильных станов

1.2. Электроприводы блочных станов грубого волочения

1.2.1. Релейно-контакторная система электропривода

1.2.2. Система электропривода «устройство плавного пуска - асинхронный двигатель»

1.2.3. Система электропривода «преобразователь частоты - асинхронный двигатель»

1.2.4.Улучшеннаясистемаэлектропривода«преобразовательчастоты-асинхронныйдвигатель»

1.3. Синхронизированный асинхронный двигатель

1.4. Технико-экономическое сравнение вариантов систем ЭП

1.4.1. Расчет стоимости электрооборудования по вариантам

1.4.2. Расчет технических характеристик по вариантам

1.4.3. Расчет технико-экономических показателей

1.5. Анализ систем «синхронизированный асинхронный двигатель»

1.6. Математические модели асинхронных двигателей

1.6.1. Двухфазная обобщенная электрическая машина

1.6.2. Описание электромагнитных процессов в системе вращающихся координат

1.6.3. Структурная схема АД, ориентированная по вектору потокосцепления ротора

1.6.4. Структурная схема АДФ на основе пространственных магнитодвижущих сил

1.7. Выводы. Постановка задачи исследования

ГЛАВА 2. ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

2.1. Разработка математической модели асинхронного двигателя с фазным ротором

2.1.1. Основные допущения

2.1.2. Т-образная схема замещения асинхронного двигателя

2.1.3. Расчет токов статора и ротора

2.1.4. Расчет двухмерного вектора тока намагничивания

2.1.5. Расчет составляющих двумерного вектора главного потока

2.1.6. Расчет трехмерных векторов главного потока и ЭДС обмоток

2.1.7. Расчет электромагнитного момента ротора

2.1.8. Расчет угловой скорости и угла поворота вала двигателя

2.2. Разработка компьютерной модели асинхронного двигателя

2.3.Моделирование прямого пуска двигателя.Определение достоверности компьютерной модели

2.4. Исследование на модели основных режимов работы

2.4.1. Режим наброса нагрузки

2.4.2. Режим гармонического колебания нагрузки

2.4.3. Влияние момента сопротивления на переменные двигателя

2.4.4. Пуск в системе ПЧ-АД со скалярным регулированием

2.4.5. Подключение вращающегося асинхронного двигателя на сеть

2.5. Выводы по главе

ГЛАВА 3. КОМПЬЮТЕРНЫЕ МОДЕЛИ СИНХРОНИЗИРОВАННОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

3.1. Синхронизация АД. Постановка задачи исследования

3.2. Математическая модель синхронизированного асинхронного двигателя

3.3. Исследование на динамической модели процесс синхронизации

3.3.1. Подключение роторной обмотки на источник тока

3.3.2. Подключение роторной обмотки на источник напряжения

3.4. Исследование на модели основных режимов работы САД

3.4.1. Режим наброса нагрузки

3.4.2. Режим гармонического колебания нагрузки

3.4.3. Влияние момента сопротивления на переменные двигателя

3.4.4. Пуск в системе ПЧ-АД со скалярным регулированием

3.4.5. Исследование на динамической модели подключениевращающегося САД на сеть

3.5.Моделированиетепловогосостоянияасинхронногодвигателясфазнымротор омвасинхронномисинхронномрежимах

3.5.1. Математическая модель теплового состояния асинхронного двигателя

3.5.2. Тепловая модель динамики нагрева основных элементов асинхронного двигателя, не учитывающая разные тепловыделения в пазах ротора

3.5.3. Тепловая модель динамики нагрева основных элементов асинхронного двигателя с учетом разных тепловыделений в пазах ротора

3.5.4. Моделирование переходных процессов с помощью тепловой модели

3.6. Выводы по главе

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРОЕКТНЫЕ РАЗРАБОТКИ

4.1. Лабораторный стенд для исследования систем электропривода

4.2. Исследование рабочих характеристик АДФ и САД

4.3. Исследование процесса синхронизации асинхронного двигателя

4.4. Разработка принципиальной электрической схемы 7-блочного волочильного стана по системе ПЧ - АДФ - САД

4.5. Разработка системы регулирования автоматизированного электропривода блоков стана грубого волочения

4.6. Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ П1. Структурные схемы компьютерных моделей

ПРИЛОЖЕНИЕ П2. Акт внедрения ООО «Спецтехнологии»

ПРИЛОЖЕНИЕ П3. Акт внедрения АО «БМК»

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка автоматизированного электропривода блочного стана грубого волочения на основе синхронизированного асинхронного двигателя»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Производство стальной проволоки в России доходит до 10 млн. т. в год. Основные потребители, это оборонная и шинная промышленность, стройиндустрия, подъемно-транспортные машины и др. Основные способы производства, это прокатка в многовалковых калибрах и волочение через монолитные волоки. В Российской Федерации насчитывается более 2 тысяч станов грубого, среднего и тонкого волочения, электрооборудование каждого включает в себя главные приводы, приводы намоточных устройств и укладчиков проволоки. В рамках страны это можно считать массовым электроприводом. Прибавочная стоимость на тонну продукции полного цикла волочильного производства от катанки до тонкой проволоки в несколько раз превосходит этот показатель для доменного, сталеплавильного и прокатного производства, вместе взятых. Это объясняется большой долей ручного труда и большими энергетическими затратами при производстве проволоки [5, 6].

Оборудование для метизной промышленности в СССР изготавливалось до 80-х годов ХХ столетия на Алма-атинском заводе тяжелого машиностроения (АЗТМ г. Алма-Ата, Казахстан) и на заводе «Грюна» (Германия) [1-3]. Перестройка, распад СССР, последующее развитие экономики России отрицательно отразилось на развитии метизной промышленности и почти не привело к исчезновению отрасли.

Анализ состояния электрооборудования метизной промышленности показал, что главные электроприводы волочильных станов (ВС) и намоточные устройства (НУ) стальной проволоки имеют износ до 80 % [10], а используемые системы электроприводов на базе асинхронных двигателей с фазным ротором и реостатным регулированием, асинхронных двигателей с к.з. ротором и электромагнитными муфтами скольжения [7, 9, 10] характеризуются низкой энергоэффективностью и надежностью. Применяемые системы «тиристорный преобразователь - двигатель постоянного тока» (ТП-Д) отличаются высокими эксплуатационными затратами и низким коэффициентом мощности. Поэтому

повышение производительности труда и снижение энергозатрат в метизной промышленности является актуальной научно-технической задачей, решение которой связано с реконструкцией или заменой систем электроприводов.

На современном этапе развития наиболее надежными и экономичными считаются системы электроприводов «транзисторный преобразователь частоты -асинхронный двигатель с к.з. ротором» (ПЧ-АД) и «транзисторный преобразователь частоты - синхронный двигатель» (ПЧ-СД) [11-13]. В создание и развитие теории и практики частотно-регулируемого асинхронного и синхронного электропривода значительный вклад внесли выдающиеся российские и зарубежные ученые [14-28, 43, 122-124] - И.Я.Браславский, А.В.Виноградов, В.А.Дартау, В.И.Ключев, В.Ф.Козаченко, А.Е.Козярук,

A.Я.Микитченко, О.И.Осипов, В.Н.Остритов, В.Н.Поляков, В.В.Рудаков, О.В.Слежановский, М.М.Соколов, И.А.Сыромятников, Г.Г.Соколовский,

B.М.Терехов, Р.Т. Шрейнер,А.А.Усольцев, Б.Адкинс, И.И. К.Ковач, И.Рац, Р. Шенфельд, Э.Хабигер, G.M.Asher, F.Blaschke, W.Floter, J.Holtz, W.Leonard, T.Novotny и многие другие. Большой вклад в решение задачи «синхронизированного асинхронного двигателя» внесли ученые [40, 89-94, 96114]: Г.Б.Онищенко, Р.Б.Авринский, М.М.Ботвинник, В.П.Пригода, И.А.Селиванов, А.С.Сарваров, С.А.Безверхий, С.А.Мещеряков, А.А.Соломатин, А.М.Башлыков, Ю.С.Усынин, Ю.Г.Шакарян, М.А.Григорьев и др.

Однако много вопросов остаётся нерешенными.

При исследованиях динамических процессов системы ПЧ-АД на математических моделях асинхронный двигатель представляется обобщенной двухфазной машиной, описываемой линейной системой дифференциальных уравнений. При ориентации системы координат по выбранному вектору объекта регулирования и определению регулирующих векторов формируются соответствующие структурные схемы АД, закладываемые в структуры систем микропроцессорного регулирования. Обычно САР векторного регулирования строятся по принципу подчиненного регулирования координат [29-33]. Однако при окончательной проверке работоспособности модели микропроцессорной

системы необходимо математическую модель асинхронного двигателя представлять трехфазной с учетом конструкции обмоток статора и ротора, потерь.

Асинхронный двигатель с фазным ротором переводится в режим синхронизированного асинхронного двигателя (САД) за счет подачи постоянного напряжения в роторную цепь [87, 88]. При этом на 2-2,5 % повышается угловая скорость вращения, повышаются КПД и коэффициент мощности двигателя, снижается ток статора. Однако недостаточно полно разработаны математические и компьютерные модели для исследования процессов и способов синхронизации, режимов переключения на сеть.

В связи с этим ставится цель и формируется актуальная научная проблема, решаемая в диссертации.Основная идея диссертационной работы заключается в разработке методологии анализа и синтеза систем электропривода ПЧ-АД, САД для станов грубого волочения, включающая анализ и теоретическое обобщение, разработку расчетных соотношений, математических и имитационных моделей, алгоритмов управления, структурных и принципиальных электрических схем.

Цель диссертационной работы - увеличение показателей энергоэффективности автоматизированного электропривода блочного стана грубого волочильных на базе синхронизированного асинхронного двигателя за счет разработки на основе исследований на математических и компьютерных моделях схемных решений и алгоритмов управления.

Для достижения этой цели в работе поставлены следующие задачи:

• Анализ современного состояния электроприводов волочильных станов и определение перспективных направлений промышленной реализации.

• Разработка динамической математической и компьютерной моделей 3-х фазного асинхронного двигателя с фазным ротором с учетом нелинейных режимов в роторе и потерь в стали статора.

• Разработка компьютерной модели синхронизированного асинхронного двигателя, учитывающая различные схемы подключения роторной обмотки от различных источников питания.

• Исследование на компьютерных моделях режимов: наброс и сброс механической нагрузки; гармонические колебания нагрузки; пуск от ПЧ; переключение двигателя на питание от сети; процесс синхронизации. Разработка алгоритмов синхронизации.

• Разработка тепловой модели асинхронного двигателя для изучения температурных режимов работы статорной и роторной обмоток при различных вариантах подключения в асинхронном и синхронном режимах.

• Проектирование и реализация лабораторной установки для экспериментального исследования характеристик САД.

• Разработка принципиальной электрической схемы 7-блочного волочильного стана, схемных и программных решений для цепей управления на базе логических контроллеров.

Структура диссертации. Поставленные задачи нашли свое отражение в структуре и содержании работы, состоящей из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения, содержащего акты внедрения, подтверждающие практическую ценность работы.

В первой главе на основе литературного обзора проанализированы системы электроприводов волочильных станов грубого, среднего и тонкого волочения, рассмотрены станы, как объект регулирования, выполнен анализ цен электрооборудования и показатели работы для 5 систем электроприводов блочных станов грубого волочения, проанализированы преимущества и недостатки синхронизированных асинхронных двигателей, кратко оценено состояние тепловых режимов ротора для АД и САД,. Определены цель и задачи исследований.

Во второй главе на основе Т-образная схема замещения в программной среде Matlab-Simulink с учётом нелинейных процессов в роторной обмотке и потерь в стали разработана динамическая компьютерная модель трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором, на основе которой можно исследовать реостатное регулирование скорости, САД, машину двойного питания (МДП), асинхронно-вентильный каскад. На примерах оценена достоверность

компьютерной модели для двигателей 4AK250SB4Y3 и MTF111-6. Исследованы процессы наброса нагрузки, гармонического изменения момента сопротивления, пуска в системе ПЧ-АД и режимы переключения вращающегося АД на сеть.

В третьей главе на основе компьютерной модели АДФ разработана динамическая компьютерная модель синхронизированного асинхронного двигателя, позволяющая исследовать процессы синхронизации АД для различных схем подключения и источников питания роторной обмотки. Детально проанализирован в функции фазы тока ротора процесс синхронизации при питании от источника напряжения. Сформулированы требования для оптимального вхождения в синхронизм САД. Исследованы зависимости тока статора от момента нагрузки, процессы наброса нагрузки, гармонического изменения момента сопротивления, пуска в системе ПЧ-САД и переключения вращающегося двигателя на сеть.Сформулированы требования для процесса пуска в системе ПЧ-АДФ-САД.

В четвертой главе разработана схема лабораторной установки для исследования работы синхронизированного асинхронного двигателя, сняты зависимости тока статора от момента нагрузки при различных токах намагничивания ротора, заосциллографированы процессы синхронизации САД. Для 7-блочного стана грубого волочения разработаны принципиальные электрические схемы силовых цепей и цепей управления на базе логического контроллера ZEN.

Методология и методы исследований. Теоретические исследования выполнены с привлечением методов теоретических основ электротехники, теории электрических машин, теории автоматического управления, автоматизированного электропривода. При разработке математических моделей и проведении имитационного моделирования использовались программные пакеты Matlab-Simulink, MathCad, ZENTool, Microsoft Office Excel.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов, рекомендаций обеспечивается научно-обоснованной постановкой задачи исследования и корректным применением современных методов математического

моделирования в системах автоматизированного электропривода и подтверждается сопоставлением результатов математического моделирования и экспериментальных исследований.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях:

VII Международная (XVIII Всероссийская) конференции по автоматизированному электроприводу. АЭП 2012 (г. Иваново, 2012);70-ая межрегиональная научно-техническая конференция (г. Магнитогорск 2012); VIII Международная (XIX Всероссийская) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП 2014 (г. Саранск, 2014); II Международная (V Всероссийская) конференция Электропривод, электротехнологии и электрооборудование предприятий (г. Уфа, 2015);15 международная 15 научно -техническая конференция. «Электроприводы переменного тока» (г. Екатеринбург, 2015); ежегодные научно-технические конференции ФГБОУ ВО МГТУ им. Г.И. Носова (г. Магнитогорск, 2012-2016 гг.)

Публикации. По теме диссертации опубликованы 15 научных работ. В том числе 2 статьи в изданиях из перечня ВАК РФ, 1 статья индексируется в международной базе цитирования Scopus, 3 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ, 4 доклада на международных конференциях.

Научные положения, выносимые на защиту:

- математическая и компьютерная модель асинхронного двигателя с фазным ротором, учитывающая потери в стали статора и несимметричные режимы в цепи ротора;

- компьютерная модель синхронизированного асинхронного двигателя, учитывающая 2-х или 3-х проводную схему синхронизации при питании от источника напряжения или источника тока;

- многомассовая тепловая модель асинхронного двигателя для изучения температурных режимов работы статорной и роторной обмоток;

- исследования на компьютерной модели процессов синхронизации асинхронного двигателя в функции от фазы тока ротораи алгоритм управления синхронизацией;

- принципиальные схемы и программы управления электроприводами блочного стана грубого волочения с улучшенными энергетическими и эксплуатационными характеристиками на базе синхронизированного асинхронного двигателя.

Научная новизна результатов работы: - разработаны математическая и компьютерная модели асинхронного двигателя с фазным ротором, отличающиеся от известных учётом потерь в стали статора и возможностью исследования несимметричных режимов работы в цепи ротора;

- разработаны математическая и компьютерная модель синхронизированного асинхронного двигателя с независимым возбуждением, позволяющие исследовать процесс синхронизации при питании роторной обмотки по 2-х или 3-х проводной схеме от источника тока или источника напряжения;

- впервые на основе динамических механических характеристик при гармонических возмущениях на компьютерной модели выполнен анализ демпфирующих способностей асинхронного двигателя и синхронизированного асинхронного двигателя;

- разработана 4-х массовая тепловая модель двигателя переменного тока для изучения температурных режимов статорных и роторных обмоток, отличающаяся возможностью исследования как асинхронного, так и синхронного режимов работы.

Теоретическая и практическая значимость работы:

- доказано на компьютерной модели, что при частотах возмущения более 0,5 Гц асинхронный и синхронизированный асинхронный двигатели имеют одинаковую демпфирующую способность;

- исследованы процессы синхронизации и разработаны для асинхронного двигателя алгоритмы синхронизации в функции фазы тока ротора, улучшающие динамические характеристики;

- разработанная компьютерная модель асинхронного двигателя используется в учебном процессе при выполнении курсовых проектов и выпускных квалификационных работ, а также может быть применена при проектировании систем электропривода: синхронизированный асинхронный двигатель с питанием от преобразователя частоты или от сети; с несимметричным реостатным регулированием; машина двойного питания; асинхронно-вентильный каскад;

- разработана схема управления синхронизацией асинхронного двигателя для 3-х проводной схемы подключения в функции от фазы тока ротора;

-разработанная тепловая компьютерная модель двигателя переменного тока может быть использована в учебном процессе и в проектной деятельности для расчета температуры статорных и роторных обмоток в зависимости от нагрузки двигателя и схем подключения роторных обмоток;

- разработана лабораторная установка для исследования системы электропривода «преобразователь частоты - синхронизированный асинхронный двигатель» (ПЧ-САД);

- разработана и принята к внедрению схема электропривода 7-блочного стана грубого волочения на основе синхронизированного асинхронного двигателя с увеличенными показателями энергоэффективности за счет повышение КПД двигателя на 2,3 %, снижение тока статора на 12 % и повышения коэффициента мощности до 1,0.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю проф. Омельченко Е.Я., к.т.н. Моисееву В.О., аспиранту Танич В.О. и коллективу кафедры Автоматизированного электропривода и мехатроники ФГБОУ ВО МГТУ им. Г.И. Носова за помощь при работе над диссертацией.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ВОЛОЧИЛЬНЫХ СТАНОВ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Разработка автоматизированных электроприводов для работающих технологических установок должна основываться на подробном анализе технологического процесса, выявлении резервов снижения энергетических затрат, повышения производительности агрегата и снижения отходов производства. В комплекс решаемых задач должны входить математическое описание исследуемого процесса, разработка исходных структурных схем, математических и компьютерных моделей, оценка достоверности разработанных моделей,компьютерное моделирование и экспериментальные исследования.

Постановка и решение каждой задачи выполняются после соответствующего теоретического обоснования и анализа существующих решений. Рассмотрению данных вопросов посвящена первая глава, в которой рассмотрены особенности волочильных станов, выполнен анализ существующих систем электропривода, выполнен анализ цен электрооборудования по вариантам, сформулированы требования к электроприводам волочильных станов, сформулированы цель и решаемые задачи для диссертационной работы.

1.1. Основы теории волочения. Особенности волочильных станов

Волочением называется способ обработки металлов давлением, при котором обрабатываемый металл в виде заготовки вводится в канал волочильного инструмента и с помощью внешних сил протягивается через него. Площадь сечения канала плавно уменьшается от места входа металла в инструмент к месту выхода из него при сохранении формы сечения. Заготовка, проходя через волочильный инструмент (волоку), деформируется в объеме, площадь поперечного сечения её уменьшается, и она после выхода изволоки принимает размеры наименьшего сечения канала, а длина заготовки возрастает обратно пропорционально изменению площади выходного поперечного сечения.

В теории волочения для практических расчетов достаточно считать, что объем металла за единицу времени до и после волочения остается постоянным. На основании этого рассчитываются показатели волочения [4, 7]:

- относительное обжатие за i- проход

S^

sM - st df_, - df V - V^ l - ^

Si-:

d

i-1

V

(1.1)

где , ,1 - площадь сечения, диаметр, линейная скорость и длина проволоки на выходе из ь волоки;

относительное удлинение проволоки

К =

l, - l-i V, - V-: df-: - df S-: - Si

V-1

df

S

(1.2)

коэффициент вытяжки, отражающий степень деформации при

волочении

h =

i-i V-i df

s,.

(1.3)

Показатели волочения (1.1)-(1.3) связаны между собой соотношениями

= X, = h, -1.

Si 1 Л '

h, 1 + Х, h ,

S.

х, =S hi =h,- :=т-г-;

1

h г Si 1 -Si !

Л

>

(1.4)

j

При многократном волочении и К = const итоговые показатели волочения с учетом (1.1)-(1.4) могут быть рассчитаны по формулам

И2 — и2 \

Sz = = ^ = 1 - (1 -Si )n; df

Л

hz

l -1

1 — ln l0

xz =

-l0 g _TTn _1 - 1 - (1 - )n

4 "Szhz=Uh 1= (1 -t )n ;

1

lo Sz AA1 * (1 -Si )"

>

(1.5)

= 1 + хЕ;

n =

ln(1 -Sz ) ln(1 -Si).

J

2

l

l

i-1

При производстве стальной проволоки [2] применяются волочильные станы прямоточные, с накоплением проволоки на конусном барабане и верхним съемом (магазинные или блочные) и многократные станы со скольжением (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1. Классификация волочильных станов для производства стальной проволоки На рисунке 1.2 приведены исходные расчетные схемы для применяемых волочильных станов, где: Р1,Ql - усилия волочения и противонатяжения1 - блока, Н; В{ - волочильный инструмент (волока) 1 - блока; Ц, - диаметры тянущего барабана и проволоки, м; у, щ - линейная выходная скорость проволоки и угловая скорость барабана; у.0 - линейная входная скорость проволоки. Номер блока волочения 1 изменяется от 1 до п - кратности волочения стана.

Рисунок 1.2. Расчетные схемы волочения прямоточных (а) и магазинных (б)

станов

Особенности прямоточных станов волочения (рис.1.2,а) заключаются в следующем:

- проволока на барабане движется без скольжения и линейная скорость проволоки равна линейной скорости поверхности барабана, поэтому с помощью угловой скорости барабана задается линейная выходная скорость волочения

V =щЦ/2; (1.6)

- волочение выполняется с противонатяжением и должны соблюдаться условия

б« < P;

Qi~\= Q-опт ,

где Q - величина оптимального противонатяжения, обеспечивающего минимальную мощность волочения [8];

- диаметры волочильных барабанов D у применяемых блоков одинаковые,

поэтому для обеспечения устойчивого многократного волочения при = const должно выполняться условие по соотношению угловых скоростей барабанов

ю„

ю

n—1

Ю ю2

которые реализуются с помощью подбора передаточного числа редуктора и применения регулируемого электропривода для каждого блока.

Особенности станов магазинного или блочного типа (рис.1.2,б):

- волочение выполняется без противонатяженияпри Q, =0, усилие волочения практически не зависит от скорости, а при трогании усилие трогания на 20-40 % больше усилия волочения;

- проволока на барабане, как и у прямоточных станов, движется без скольжения и линейная скорость проволоки равна линейной скорости поверхности барабана, поэтому с помощью угловой скорости барабана задается линейная выходная скорость волочения (1.6), но входная линейная скорость волоки Vo формируется коэффициентом вытяжки по уравнению

Vo = V / ц, > V—i;

- диаметры волочильных барабанов D у применяемых блоков одинаковые,

поэтому для обеспечения устойчивого многократного волочения при Ц1 = const достаточно выполнение условия по соотношению угловых скоростей барабанов

. . __2 ^ ^ ^ ,-4./ П

Г-1 ~ ' ' ••• ~ ,

Щ1 ®2 ®я-1

которые реализуются с помощью подбора передаточного числа редуктора при нерегулируемом электроприводе для каждого блока.

В таблице 1.1 представлены сравнительные технические показатели работы волочильных станов, где (+) означает положительное значение критерия, (-) -отрицательное значение, а (0) - нейтральное значение. Рассматриваемые волочильные станы отличаются друг от друга принципом работы, техническими характеристиками и применяются для волочения различных диаметров стальной проволоки. Так, прямоточные станы обычно применяются для толстого (выходной диаметр до 5,5 мм) и грубого (до 3,0 мм) волочения, станы магазинного типа для грубого и среднего (до 1,8 мм) волочения, станы со скольжением для среднего, тонкого (до 0,5 мм) и наитончайшего (до 0,2 мм) волочения.

Волочильные станы, которые применяются на территории Российской федерации (РФ), изготавливались до 1990 г. на предприятиях:

- Алма-Атинский завод тяжёлого машиностроения (АЗТМ) станы ВСМ и ВСКТ по разработкам ВНИИМЕТМАШ[1];

- фирма «ЗКЕТ» (г. Грюна, Германия), станы UDZSA и UDZWGT, намоточные устройства [1, 5, 6].

Таблица 1.1.

Сравнительные технические показатели работы волочильных станов

№ Волочильные станы

п/ Критерий Прямо- Мага- Двухбара- Со

п точный зинный банный с накоплением скольжением

1 Максимальная входная толщина проволоки, мм 18 10 6 3

2 Максимальная скорость волочения, м/с 20 15 15 30

3 Кратность волочения 7 9 12 21

4 Охлаждение проволоки - + 0 + +

5 Низкая стоимость - + 0 + +

6 Простота систем ЭП и регулирования + + +

7 Необходимость регулирования скорости + 0

8 Незначительные простои при обрыве + 0 +

9 Низкие потери энергии на трение + + 0

10 Простота движения проволоки + 0 +

11 Отсутствие скручивания проволоки + + +

12 Легкость заправки маршрута волочения + +

В настоящее время приступили к изготовлению волочильных станов и сопутствующего оборудования отечественные предприятия:

- Иркутский завод тяжелого и транспортного машиностроения;

- Саратовский завод тяжелых зуборезных станков.

Волочильные станы магазинного (блочного) типа могут быть выполнены на основе нескольких волочильных блоков. На рисунке 1.3 приведена схема 7-ти кратного волочильного стана магазинного типа.

На рисунке 1.3: 1 - устройство для размотки бунтов заготовки проволоки; 2-заготовка проволоки; 3 - блок предварительного волочения проволоки; 4 -блок для волочения готовой проволоки; 5 - намоточное устройство;6 - проволока.

Рисунок 1.3. Волочильный стан магазинного типа В диссертации рассматриваются станы грубого волочения с индивидуальным приводом барабанов, однократные, с накоплением и круговым движением проволоки при намотке на вытяжном барабане (рисунок 1.1).

Барабаны волочильных станов магазинного типа играют двойную роль: собственно тянущего барабана и приспособления, с которого проволока свободно снимается поводковым устройством и подводится к волоке следующего волочильного блока.

Приводными двигателями волочильных станов магазинного типа отечественного и зарубежного производства являютсяасинхронные двигатели. В качестве электропривода этих волочильных станов используются асинхронные двигатели с фазным ротором с номинальной мощностью 55 кВт типа SPR250M4 или 4AK250SB4Y3. Номинальные данные двигателей приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2

Номинальные данные двигателей

Тип ^ В P, кВт пн, об/мин Ы А А Класс защиты КПД, % cosф

SPR250M4 380 55 1480 98 160 №54 92.2 0.88

4AK250SB4Y3 380 55 1480 102,3 170 №44 90,5 0,90

Характеристики исходной заготовки и конечной проволоки приведены в таблице 1.3. Максимальная скорость волочения не превышает 8,5 м/с.

Система управления электроприводов блочных волочильных станов, преимущественно, релейно-контакторная, морально и физически устаревшая. Энергетическая эффективность электроприводов этих волочильных станов определяется энергетическими характеристиками приводных двигателей.

Удельный расход электроэнергии на производство тонны готовой продукции находится в диапазоне 70-100 кВт-час, что является достаточно высоким и существенно влияет на себестоимость готовой продукции.

Общий вид волочильного блока показан на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4. Общий вид волочильного блока: 1 - приводной двигатель; 2 -коробка передач; 3 - корпус/станина; 4 - держатель волочильного инструмента; 5 - барабан для волочения проволоки; 6 - защитная решетка

Таблица 1.3.

Характеристики исходной заготовки и конечной проволоки

Номинальный диаметр катанки, мм Расчетное суммарное обжатие, % Номинальный диаметр проволоки на выходе стана, мм

6,50 76,5 3,22

5,50 65,7

6,50 77,0 3,12

5,50 67,8

6,50 78,4 3,02

5,50 69,9

6,50 81,2 2,82

5,50 73,7

6,50 83,8 2,62

5,50 77,3

Прибавочная стоимость на тонну продукции полного цикла волочильного производства от катанки до тонкой проволоки в несколько раз превосходит этот

показатель для доменного, сталеплавильного и прокатного производства, вместе взятых. Это объясняется большой долей ручного труда и большими энергетическими затратами при производстве проволоки. Поэтому работы, связанные с реконструкцией волочильного производства и направленные на повышение производительности агрегатов, снижение энергетических затрат и отходов производства являются актуальными.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Тележкин, Олег Анатольевич, 2018 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Волочильное оборудование. Номенклатурный справочник. - М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1987. - 215 с.

2. Каюков, А.С. Барабанные волочильные машины / А.С. Каюков, И.Г. Шубин, С.В. Пыхтунова. - Магнитогорск: МГТУ, 2004. - 98 с.

3. Коковихин, Ю.И. Технология сталепроволочного производства / Ю.И. Коковихин. - Киев, 1995. - 608 с.

4. Перлин, И.Л. Теория волочения / И.Л. Перлин, М.З. Ерманок. - М.: Металлургия, 1971. - 448 с.

5. Белалов, Х.Н. Производство стальной проволоки: Монография / Х.Н. Белалов, Б.А. Никифоров, Г.С. Гун. - Магнитогорск: ГОУ ВПО "МГТУ", 2006. -543 с.

6. Зюзин, И.И. Ресурсосбережение в метизном производстве: Монография / И.И. Зюзин, В.А. Харитонов, А.А. Радионов и др. - Магнитогорск: МГТУ, 2001. - 60 с.

7. Зудкин, С.Н. Электропривод и автоматика волочильных станов / С.Н. Зудкин, А.Г. Пружак, Г.С. Алалыкин. - М.: Металлургия, 1977. - 206 с.

8. Радионов, А.А. Автоматизированный электропривод станов для производства стальной проволоки: Монография / А.А. Радионов. -Магнитогорск: ГОУ ВПО "МГТУ", 2007. - 311 с.

9. Туганбаев, И.Т. Автоматизированный электропривод волочильного оборудования: дисс. ... докт. техн. наук / Туганбаев Ибрагим Туганбаевич. -Алматы, 1997. - 350 с.

10. Туганбаев, И.Т. Проблемы автоматизации волочильного оборудования / И.Т. Туганбаев, Т.М. Мансузбаев, А.И. Туганбаев // Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития: Труды IV международной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу. Ч. 2. -Магнитогорск, 2004 . - С.51-52.

11. Ильинский, Н.Ф. Электропривод в современном мире / Н.Ф. Ильинский // АЭП 2007: Труды V Международной (XVI Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу. - Санкт-Петербург, 2007. - C.17-19.

12. Ключев, В.И. Теория электропривода: Учебник для вузов / В.И. Ключев. -М.: Энергоатомиздат, 1985. - 560 с.

13. Онищенко, Г.Б. Значение автоматизированного электропривода для модернизации экономики / Г.Б. Онищенко, М.Г. Юньков // АЭП 2012: Труды VII Международной (XVIII Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу. - Иваново, 2012. - С.4-9.

14. Бычков, В.П. Электропривод и автоматизация металлургического производства / В.П. Бычков. - М.: Высшая школа, 1977. - 391 с.

15. Бычков, М.Г. Новые направления развития регулируемых электроприводов / М.Г. Бычков, Л.М. Миронов, В.Ф. Козаченко и др. // Приводная техника.- 1997. - № 5. - С.46-54.

16. Иванов, А.Г. Современные автоматизированные системы электропривода для металлургии. / А.Г. Иванов, К.А. Иванов. // АЭП 2012: Труды VII Международной (XVIII Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу. - Иваново, 2012. - С.453-457.

17. Лимонов, Л.Г. Автоматизированный электропривод промышленных механизмов / Л.Г. Лимонов. - Харьков: Изд-во "ФОРТ", 2009. - 272 с.

18. Терехов, В.М. Системы управления электроприводов / В.М. Терехов, О.И. Осипов; Под ред. В.М. Терехова. - М.: Издательский центр «Академия», 2005. -304 с.

19. Чиликин, М.Г. Общий курс электропривода / М.Г. Чиликин, А.С. Сандлер. -М.: Энергоиздат, 1981. - 576 с.

20. Шёнфельд, Р. Автоматизированные электроприводы: Пер. с нем. / Р. Шёнфельд, Э. Хабигер. Под ред. Ю.А. Борцова. - Л.: Энергоатомиздат, 1985. -464 с.

21. Адкинс, Б. Общая теория электрических машин / Б. Адкинс. -М.-Л.: Государственное энергетическое издательство, 1960. - 272 с.

22. Браславский, И.Я. Энергосберегающий асинхронный электропривод: Учеб.пособие / И.Я. Браславский, З.Ш. Ишматов, В.Н. Поляков. - М.: Изд. Центр "Академия", 2004. - 256 с.

23. Соколов, М.М. Электромагнитные переходные процессы в асинхронном электроприводе / М.М. Соколов и др. - М.: «Энергия», 1967. - 200 с.

24. Сыромятников, И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей / И.А. Сыромятников. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 240 с.

25. Ковач, К.П. Переходные процессы в машинах переменного тока / К.П. Ковач, И. Рац. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 744 с.

26. Слежановский, О.В. Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями / О.В. Слежановский и др. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 256 с.

27. Соколовский, Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием / Г.Г. Соколовский. - М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 272 с.

28. Томашевский, Н.М. Синтез и анализ систем частотного управления асинхронными электроприводами с автономными инверторами напряжения / Н.М. Томашевский, Р.Т. Шрейнер, А.А. Федоренко // Электротехника. - 1977. -№ 3.- С.32-35.

29. Афанасьев, А.Ю. Оптимальное управление токами асинхронного электропривода с учетом насыщения магнитопровода и потерь в стали / А.Ю. Афанасьев, В.Г. Макаров. // АЭП 2012: Труды VII Международной (XVIII Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу. -Иваново, 2012. - С. 131-134.

30. Мещеряков, В.Н. Система с оптимальным регулированием моментообразующих векторов асинхронного электропривода / В.Н. Мещеряков, П.Е. Цветков. // АЭП 2012: Труды VII Международной (XVIII Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу. -Иваново, 2012. - С.155-158.

31. Мещеряков, В.Н. Частотный асинхронный электропривод с минимизацией потерь энергии / В.Н. Мещеряков, П.Н. Левин, Т.В. Синюкова, А.А. Муравьева // АЭП 2012: Труды VII Международной (XVIII Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу. -Иваново, 2012. - С. 152-154.

32. Смирнов, А.А. Разработка оптимального закона управления током намагничивания асинхронного двигателя по критерию максимума момента / А.А. Смирнов, А.П. Бурков, Е.В. Красильникьянц // АЭП 2012: Труды VII Международной (XVIII Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу. - Иваново, 2012. - С.120-126.

33. Шрейнер, Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты / Р.Т. Шрейнер. - Екатеринбург: УРО РАН, 2000. - 654 с.

34. Анучин, А.С. Двухмассовая тепловая модель для энергоэффективного выбора асинхронного двигателя / А.С. Анучин, К.Г. Федорова // АЭП 2012: Труды VII Международной (XVIII Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу. - Иваново, 2012. - С.179-183.

35. Виноградов, А.Б. Учет потерь в стали, насыщения и поверхностного эффекта при моделировании динамических процессов в частотно -регулируемом асинхронном электроприводе / А.Б. Виноградов // Электротехника. - 2005. - № 5. - С.57-61.

36. Захаров, А.В. Определение превышений температур и допустимых нагрузок закрытых асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, эксплуатируемых в широком диапазоне частоты вращения / А.В. Захаров, А.С. Кобелев, С.В. Кудряшов // Электричество. - 2010. - № 12. - С.35-42.

37. Омельченко, Е.Я. Исследование четырехмассовой термодинамической математической модели асинхронного двигателя / Е.Я. Омельченко, В.О. Моисеев, О.А. Тележкин // Электротехнические системы и комплексы: Межвузовский сб. науч. тр. - Магнитогорск: Изд-во Магнитогорского гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. Вып. 20. - C.126-131.

38. Омельченко, Е.Я. Тепловые компьютерные модели асинхронных двигателей / Е.Я. Омельченко, В.О. Моисеев, О.А. Тележкин // Труды VIII Международной (XIX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП 2014. - Саранск, 2014. - Т.1. - С.202-205.

39. Омельченко, Е.Я. Разработка автоматизированных электроприводов волочильных станов по системе «преобразователь частоты - асинхронный двигатель» / Е.Я. Омельченко, В.О. Моисеев, О.А. Тележкин // Вестник ИГЭУ. 2012. - № 6. - С.119-122.

40. Онищенко, Г.Б. Асинхронные вентильные каскады и двигатели двойного питания / Г.Б. Онищенко, И.Л. Локтева. - М.: «Энергия», 1979. - 200 с.

41. Петров, Л.П. Управление пуском и торможением асинхронных двигателей / Л.П. Петров. - М.: Энергоиздат, 1981. - 84 с.

42. Св-во о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014617619. Динамическая математическая модель трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором / Омельченко Е.Я., Тележкин О.А., Танич В.О., Лымарь А.С. - от 29 июля 2014 БПБТ 2014. - № 8.

43. Усольцев, А.А. Частотное управление асинхронными двигателями / А.А. Усольцев. - СПб.: СПБГУ ИТМО, 2006. - 94 с .

44. Шрейнер, Р.Т. Электромеханические и тепловые режимы асинхронных двигателей в системах частотного управления / Р.Т. Шрейнер. - Екатеринбург: ГОУ ВПО «Рос. гос. проф.-пед. ун-т», 2008. - 361 с.

45. Св-во о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014660570. Динамическая математическая модель синхронизированного асинхронного двигателя / Омельченко Е.Я., Тележкин О.А., Линьков С.А., Тигарев Д.С. - БПБТ 2014. - № 11.

46. Селиванов, И.А. Электромеханические свойства асинхронных двигателей / И.А. Селиванов, Е.Я. Омельченко // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. - 2011. - № 3(35). - С.35-38.

47. Омельченко, Е.Я. Разработка и исследование автоматизированных электроприводов по системе ПЧ-АД для волочильных станов и намоточных устройств стальной проволоки: дис. ... докт. техн. наук / Омельченко Евгений Яковлевич. - Магнитогорск, 2012. - 364 с.

48. Св-во о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2016660321. Динамическая математическая модель системы управления синхронизацией асинхронного двигателя / Омельченко Е.Я., Тележкин О.А., Савушкин М.К., Танич В.О., Енин С.С. - БПБТ от 13 сентября 2016.

49. Омельченко, Е.Я. Реконструкция волочильного стана блочного исполнения / Е.Я. Омельченко, О.А. Тележкин // Электротехнические системы и комплексы: Межвузовский сб. науч. тр. - Магнитогорск: ГОУ ВПО МГТУ, 2010. Вып. 19. - С137-141.

50. Сарваров, А.С. Методика расчета потерь в стали при анализе электромагнитных процессов в асинхронных машинах / А.С. Сарваров, Е.Я. Омельченко // Известия вузов. Проблемы энергетики. - 2011. -№ 1,2. - С.101-108.

51. Омельченко, Е.Я. Тенденции развития автоматизированных электроприводов / Е.Я. Омельченко, В.О. Моисеев, О.А. Тележкин // Электротехнические системы и комплексы: Межвузовский сб. науч. тр. -Магнитогорск: Изд-во Магнитогорского гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. Вып. 20. - С71-79.

52. Омельченко, Е.Я. Термодинамическая модель асинхронного двигателя / Е.Я. Омельченко, Е.Б. Агапитов, В.О. Моисеев // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. - 2012. - № 1(37). - С.67-70.

53. Сарваров, А.С. Учет потерь в стали при анализе электромагнитных процессов в асинхронных машинах / А.С. Сарваров, Е.Я. Омельченко // Электротехнические системы и комплексы: Межвузовский сб. науч. тр. -Магнитогорск: ГОУ ВПО МГТУ. - 2009. Вып. 17. - С24-29.

54. Омельченко, Е.Я. Математическая модель асинхронного электродвигателя с фазным ротором / Е.Я. Омельченко // Электротехника. -2007. - № 3. - С.9-24.

55. Омельченко, Е.Я. Динамические математические модели асинхронных двигателей: монография / Е.Я. Омельченко; - ФГБОУ ВПО «Магнитогорск. гос. техн. ун-т». - Магнитогорск, 2012. - 157 с. - Деп. в ВИНИТИ 22.03.2012, № 104-В2012.

56. Омельченко, Е.Я. Анализ электроприводов волочильных станов блочного исполнения / Е.Я. Омельченко, С.С. Енин, О.А. Тележкин // Электропривод, электротехнологии и электрооборудование предприятий: Сборник научных трудов II Международной (V Всероссийской) конференции. - Уфа: изд-во УГНТУ, 2015. - С.73-76.

57. Омельченко, Е.Я. Математическая и компьютерная модель синхронизированного асинхронного двигателя / Е.Я. Омельченко, О.А. Тележкин, С.С. Енин, А.Б. Лымарь // Электроприводы переменного тока: Труды международной 15 научно-технической конференции.- Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2015. - С.137-140.

58. Омельченко, Е.Я. Математическая модель трехфазного асинхронного электродвигателя с фазным ротором / Е.Я. Омельченко // Электроприводы переменного тока: Труды международной 14 научно-технической конференции. - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2007. - С.185-188.

59. Омельченко, Е.Я. Анализ работы регуляторов тока / Е.Я. Омельченко, В.О. Моисеев, О.А. Тележкин // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. - 2013. - № 4(44). - С.81-85.

60. Омельченко, Е.Я. Математическая модель системы «Преобразователь частоты - асинхронный двигатель» с улучшенным пусковым моментом / Е.Я. Омельченко, В.О. Моисеев, О.А. Тележкин // АЭП 2012: Труды VII Международной (XVIII Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу. - Иваново, 2012. - С.169-172.

61. Омельченко, Е.Я. Автоматизированные электроприводы волочильных станов по системе ПЧ-АД / Е.Я. Омельченко, В.О. Моисеев, О.А. Тележкин // АЭП 2012: Труды VII Международной (XVIII Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу. - Иваново, 2012. - С.545-548.

62. Ивоботенко, Б.А. Планирование эксперимента в электромеханике / Б.А. Ивоботенко, Н.Ф. Ильинский, И.П. Копылов. - М.: Энергия, 1975. - 184 с.

63. Лукьянов, С.И. Основы инженерного эксперимента / С.И. Лукьянов. -Магнитогорск: МГТУ, 2003. - 87 с.

64. Нейман, Л.Р. Теоретические основы электротехники / Л.Р. Нейман, К.С. Демирчан. - Л.: «Энергия», 1967. - 523 с.

65. Кравчик, А.Э. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник / А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин и др. - М.: Энергоиздат, 1982. - 504 а

66. Беспалов, В.Я. Электрические машины / В.Я. Беспалов, Н.Ф. Котеленец. -М.: Изд. Центр "Академия", 2006. - 320 с.

67. Беспалов, В.Я. Новая серия энергосберегающих асинхронных двигателей 7AVE / В.Я. Беспалов, А.С. Кобелев, О.В. Кругликов, Л.Н. Макаров // АЭП 2012: Труды VII Международной (XVIII Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу. - Иваново, 2012. - С.13-16.

68. Вольдек, А.И. Электрические машины / А.И. Вольдек. - Л.: Энергия, 1978. - 832 с.

69. Зайцев, А.М. Состояние теоретических и практических работ по созданию асинхронных частотно-регулируемых электродвигателей средней мощности концерна «Русэлпром» / А.М. Зайцев, А.В. Захаров, А.С. Кобелев, О.В. Кругликов // АЭП 2012: Труды VII Международной (XVIII Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу. -Иваново, 2012. - С.34-37.

70. Копылов, И.П. Математическое моделирование электрических машин / И.П. Копылов. - М.: Высшая школа, 2001. - 327 с.

71. Костенко, М.П. Электрические машины. Ч.2 / М.П. Костенко, Л.М. Пиотровский. - М.-Л.: «Энергия», 1965. - 704 с.

72. Крановое электрооборудование: Справочник / Ю.В. Алексеев, А.П. Богословский, Е.М. Певзнер и др.; Под ред. А.А. Рабиновича. - М.: Энергия, 1979. - 240 с.

73. Попов, В.И. Современные асинхронные электрические машины: новая Российская серия ЯА / В.И. Попов, Т.А. Ахунов, Л.Н. Макаров. - М.: Изд-во «Знак», 1999, - 256 с.

74. Черных, И.В. ЗШЦЬШК: среда создания инженерных приложений / И.В. Черных. Под общ. ред. В.Г. Потемкина. - М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2004. - 496 с.

75. Омельченко, Е.Я. Магнитодвижущие силы двухфазных обмоток асинхронных двигателей / Е.Я. Омельченко // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2011. - № 4(36). -С.84-87.

76. Сарваров, А.С. Магнитодвижущие силы трехфазных обмоток асинхронных машин / А.С. Сарваров, Е.Я. Омельченко // Электротехника. -2013. - № 1. - С.31-35.

77. Омельченко Е.Я. Математическая модель трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором / Е.Я. Омельченко // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика».-2011.-№15.-С. 49-53.

78. Онищенко, Г.Б. Основные тенденции развития автоматизированного электропривода / Г.Б. Онищенко, В.Ю. Юньков // АЭП 2016: Труды IX Международной (XX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу. - Пермь, 2016. - С.81-83.

79. Омельченко, Е.Я. Разработка алгоритмов управления устройств плавного пуска / Е.Я. Омельченко // Оптимизация режимов работы электротехнических систем: Межвуз. сб. науч. тр. - Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. - С.61-66.

80. ГОСТ Р 52776-2007. Машины электрические вращающиеся. Номинальные данные и характеристики. - М.: Стандартинформ, 2008. - 69 с.

81. Вешеневский, С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе / С.Н. Вешеневский. - М.: Энергия, 1977. - 432 с.

82. Тележкин, О.А. Реконструкция волочильного стана блочного исполнения / О.А. Тележкин, Е.Я. Омельченко // Электротехнические системы и комплексы: Межвузовский сб. науч. тр. - Магнитогорск: ГОУ ВПО МГТУ, 2010. Вып. 19. - C. 137-141.

83. Омельченко, Е.Я. Анализ магнитодвижущих сил трехфазной обмотки ротора синхронизированного асинхронного двигателя / Е.Я. Омельченко, В.О. Моисеев, О.А. Тележкин // Электротехнические системы и комплексы: Межвузовский сб. науч. тр. - Магнитогорск: Изд-во Магнитогорского гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. Вып. 20. - C. 91-94.

84. Омельченко, Е.Я. Характеристики крановых электроприводов с несимметричными сопротивлениями в цепи ротора / Е.Я. Омельченко, Р.Р. Сулейманов, С.С. Енин, А.А. Полетавкин // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. - 2014. - № 4. - С 20-24.

85. ГОСТ Р 31605-2012. Машины электрические асинхронные мощностью от 1 до 400 кВт включительно. ДВИГАТЕЛИ. Показатели энергоэффективности. -М.: Стандартинформ, 2013. - 4 с.

86. Омельченко, Е.Я. Исследование электрических характеристик синхронизированного асинхронного двигателя / Е.Я. Омельченко, О.А. Тележкин // Актуальные проблемы современной науки, техники, образования. Материалы 70-й межрегиональной научно-технической конференции. -Магнитогорск: Изд-во Магнитогорского гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. - С.6-9.

87. Башлыков, А.М. Разработка и исследование систем асинхронного и синхронизированного частотного электропривода на базе инвертора тока: автореф. дис. ... канд. техн. наук / Башлыков Александр Михайлович. -Липецк, 2012. - 20 с.

88. Соломатин, А.А. Синхронизированный асинхронный электропривод с частотным управлением: автореф. дис. ... канд. техн. наук / Соломатин Александр Александрович. - Липецк, 2006. - 20 с.

89. А. с. 782062 СССР, МКИ3 Н 02 К 17/26. Синхронизированный асинхронный двигатель / Р.Б. Авринский, В.П. Пригода (СССР). - № 2711359/24-07 ;заявл. 11.01.79; опубл. 23.11.80, Бюл. № 43.

90. А. с. 1234923 СССР, МКИ3 Н 02 К 17/26. Синхронно-асинхронная электрическая машина / С.А. Безверхий (СССР)). - № 3719496/24-07; заявл. 04.04.84; опубл. 30.05.86, Бюл. № 20.

91. А. с. 1251241 СССР, МКИ3 Н 02 К 17/26. Синхронизированная асинхронная машина / С.А. Безверхий, С.И. Луковников (СССР)). - № 3871483/24-07; заявл. 30.12.84; опубл. 15.08.86, Бюл. № 30.

92. Пат. 2254666 Российская Федерация, МПК Н 02 Р 7/42. Электропривод переменного тока / Левин П.Н., Мещеряков В.Н. заявитель и патентообладатель Липецкий гос. техн. ун-т. - № 2004102144/09; заявл. 26.01.2004. опубл. 20.06.2005. Бюл. № 17.

93. Пат. 2263388 Российская Федерация, МПК7 Н 02 Р 1/50. Синхронизированный асинхронный двигатель / Мещеряков В.Н., Соломатин

A.А.; заявитель и патентообладатель Липецкий гос. техн. ун-т. - № 2003134324/09; заявл.26.11.2003; опубл. 27.10.2005, Бюл. № 30. - 4 с.

94. Мещеряков, В.Н. Электропривод для механизмов общепромышленного назначения с двойным питанием асинхронного двигателя с фазным ротором /

B.Н. Мещеряков, А.А. Соломатин // «Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития». IV Международная (XV Всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу: сб. науч. тр. -Магнитогорск, 2004. - С. 89-91.

95. Беспалов, В.Я. Математическая модель асинхронного двигателя в обобщённой ортогональной системе координат / В.Я. Беспалов, Ю.А. Мощинский, А.П. Петров // Электричество.- 2002. - № 8. - С.33-39.

96. Шулаков, Н.В. Асинхронно-вентильный каскад с последовательным возбуждением двигателя / Н.В. Шулаков, Е.И. Медведев // Известия вузов. Электромеханика. - 1988. - № 1. - С. 47- 54.

97. Тутаев, Г.М. Варианты векторного управления электроприводом с асинхронизированным вентильным двигателем / Г.М. Тутаев // Электротехнические комплексы и системы управления. - 2009. - № 3. - С. 1115.

98. Поляков, В.Н. Экстремальное управление электрическими двигателями / В.Н. Поляков, Р.Т. Шрейнер; под общей ред. д-ра техн. наук, проф. Р.Т. Шрейнера. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2006. - 420 с.

99. Мищенко, В.А. Теория, способы и системы векторного и оптимального векторного управления электроприводами переменного тока: монография / В.А. Мищенко. - М.: Издательство „Информэлектро", 2002. - 168с.

100. Кулагин, Д.О. Математическая модель тягового асинхронного двигателя с учетом насыщения магнитных цепей / Д.О. Кулагин // Научный вестник национального горного университета. - 2014. - № 6. -С.20-26.

101. Мещеряков, В.Н. Синхронизированная асинхронная машина на базе асинхронного двигателя с фазным ротором / В.Н. Мещеряков,

A.М. Башлыков // Электротехнические комплексы и системы управления. -2012. - № 1. - С.36-41.

102. Ботвинник, М.М. Управляемая машина переменного тока / М.М. Ботвинник, Ю.Г. Шакарян. - М.: Наука. - 1969. - 352 с.

103. Мещеряков, В.Н. Системы электропривода с асинхронным двигателем с фазным ротором для механизмов общепромышленного назначения: монография / В. Н. Мещеряков. - Липецк: ЛГТУ, 2004. - 92 с.

104. Башлыков, А.М. Особенности управления синхронизированным асинхронным электроприводом / А.М. Башлыков, В.В. Шептухин, О.В. Мещерякова // Вести высших учебных заведений черноземья. - 2010.- № 3. - С.87-94.

105. Мещеряков, В.Н. Синхронизированный асинхронный электропривод /

B.Н. Мещеряков, А.М. Башлыков // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2010.-Вып. 3. Ч. 4. - С. 101-104.

106. Мещеряков, В.Н. Системы частотного асинхронного электропривода с оптимальным управлением: монография / В.Н. Мещеряков. - Липецк: ЛФ-МИКТ, 2010. - 118с.

107. Мещеряков, В.Н. Системы регулируемого асинхронного электропривода для подъемно-транспортных механизмов: монография / В.Н. Мещеряков. -Липецк: ЛГТУ, 2005. - 112 с.

108. Пат. 112554 Российская Федерация, МПК Н 02 Р 27/06 Устройство для управления асинхронным электроприводом переменного тока / Мещеряков В.Н., Башлыков А.М., Безденежных Д.В.; заявитель и патентообладатель Липецкий гос. техн. ун-т. Приоритет 14.04.2011; Опубл.10.01.2012, Бюл. №1.

109. Мещеряков, В. Н. Синхронизированный асинхронный электропривод с частотным управлением / В.Н. Мещеряков, А.А. Соломатин, П.Н. Левин // Известия вузов. Электромеханика. - № 2. - 2009. - С.53-59.

110. Пат. 2095933 Российская Федерация, МПК7 Н02Р 7/42. Способ регулирования скорости асинхронного двигателя / Сарваров А.С., Селиванов И.А., Завьялов Е.А.; заявитель и патентообладатель Магнитогорская государственная горно-металлургическая академия им. Г.И. Носова. - № 96104007; Заявл. 28.02.96; Опубл. 10.11.97, Бюл. № 31.

111. Пат. 2288535 Российская Федерация, МПК7 Н02Р 27/05. Асинхронный электропривод с фазным ротором и способ управления им / Усынин Ю.С. , Валов А.В., Деккер В.В.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО ЮжноУральский государственный университет. -№ 2005120912/09; Заявл. 04.07.2005; Опубл. 27.11.2006, Бюл. № 33.

112. Пат. 2337466 Российская Федерация, МПК7 Н02Р 27/05. Асинхронный электропривод с фазным ротором / Усынин Ю.С., Валов А.В., Чупин С.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Южно-Уральский государственный университет. -№ 2007126004/09; Заявл. 07.09.2007; Опубл. 27.10.2008, Бюл. № 30.

113. Пат. 2371831 Российская Федерация, МПК7 Н02Р 27/05. Асинхронный электропривод с фазным ротором / Усынин Ю.С. , Валов А.В., Чупин С.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Южно-Уральский государственный университет. -№ 2008117702/09; Заявл. 04.05.2008; Опубл. 27.11.2009, Бюл. № 33.

114. Пат. 2408973 Российская Федерация, МПК7 Н02Р 27/05. Асинхронный электропривод с фазным ротором / Усынин Ю.С. , Валов А.В., Козина Т.А. и др.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Южно-Уральский государственный университет. -№ 2009148035/07; Заявл. 23.12.2009; Опубл. 10.01.2011, Бюл. № 1.

115. Сипайлов, Г.А. Тепловые, гидравлические и аэродинамические расчеты в электрических машинах / Г.А. Сипайлов, Д.И. Санников, В.А. Жадан. - М.: Высшая школа, 1989. - 239 с.

116. Проектирование электрических машин / И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин. - М.: Высшая школа, 2001. - 327 с.

117. Проектирование асинхронных двигателей / В.И. Сечин, Е.В. Разумных. -Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2011. - 128 с.

118. Борисенко, А.И. Охлаждение промышленных электрических машин / А.И. Борисенко, А.И. Костиков, А.И. Яковлев. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 296 с.

119. Лыков, А.В. Теория теплопроводности / А.В. Лыков. - М.: Высшая школа, 1967. - 599 с.

120. Переходные процессы в электрических машинах и аппаратах и вопросы их проектирования / Под ред. О.Д. Гольдберга.- М.: Высшая школа, 2001. - 512 с.

121. Omelchenko E.Y., Telezhkin O.A., Enin S.S., Tanich V.O. Computer Model of a Synchronized Asynchronous Motor. Procedía Engineering, 2015, V. 129, pp. 629-634.

122. Bin Wu. High-Power Converters and ac Drives. The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. 2006. - 333 p.

123. Kenny B.H., Lorenz R.D. Stator and Rotor Flux Bazed Deadbeat Direct Torque Control of Induction Machines // IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, VOL. 39, NO. 4, JULY/AUGUST 2003. - pp. 1093-1101.

124. B. Raison, J. Arza, G. Rostaing, J. P. Rognon: Comparison of two extended observers for the resistance estimation of an induction machine. IEEE Industry Applications Conference, Vol. 2, pp. 1330-1335, Piscataway, USA, 2000.

125. Control User Guide Unidrive M400/ Nidec Control Techniques Ltd., 2018, iss.3,164pg.(http://www.controltechniques.com/CTDownloads/SharePoint/Download .aspx?SiteID=4&ProductID=193&DownloadID=5520&VersionID=7476).

126. Quick Start Guide Unidrive M400/ Nidec Control Techniques Ltd., 2018, iss.7,68pg.(http://www.controltechniques.com/CTDownloads/SharePoint/Download. aspx?SiteID=4&ProductID=193&DownloadID=2604&VersionID=7037)

ПРИЛОЖЕНИЕ П1. Структурные схемы компьютерных моделей

В приложение П1 включены структурные схемы основных программных блоков, входящих в компьютерные модели ADFnew32.mdl и ADFnewAbc.mdl. В таблице П1.1 содержится основная информация по этим блокам. Таблица П1.1 - Информация по программным блокам компьютерных моделей

№ рисунка Наименование элемента Обозначение блока Стр.

П1.1 Исходная структурная схема ADFnew32 181

П1.2 Структурная схема блока ADFnew 181

П1.3 Структурная схема блока 1Ш 182

П1.4 Структурная схема блока Ш2 182

П1.5 Структурная схема блока US=f(EC,IS) 183

П1.6 Структурная схема блока 183

П1.7 Структурная схема блока FFS R (Ы) 184

П1.8 Структурная схема блока M=FF*I 184

П1.9 Структурная схема блока W,F,PM=f(MR,mc) 185

П1.10 Структурная схема блока ES=f(FFS) 185

Рисунок П1.1. Исходная структурная схема ЛВГпею32

Рисунок П1.3. Структурная схема блока 1^1

Рисунок П1.5. Структурная схема блока и8=/(ЕС,18)

Рисунок П1.7. Структурная схема блока FFSR (1т)

Рисунок П1.9. Структурная схема блока W,F,PM=f(MR,mc)

Рисунок П1.10. Структурная схема блока ES=f(FFS)

ПРИЛОЖЕНИЕ П2. Акт внедрения ООО «Спецтехнологии»

УТВЕРЖДАЮ: Исполнительный директор /р ООО «С^ецтехнологии»

«

-

ЯЖ'ЛАО^'

2016г.

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

результатов диссертационной работы Тележкина O.A., представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук

Настоящим актом подтверждается, что результаты диссертационной работы Тележкина O.A. приняты к внедрению для модернизации блочных станов грубого волочения по системе «преобразователь частоты -синхронизированный асинхронный двигатель».

Передаваемые результаты диссертационной работы:

- однолинейная электрическая схема электропривода 7-блочного стана грубого волочения с улучшенными энергетическими и эксплуатационными характеристиками;

- алгоритм и схема управления синхронизацией асинхронного двигателя для 3-х проводной схемы подключения в функции от фазы тока ротора, позволяющие уменьшить колебательность и время синхронизации;

- алгоритм программной реализации и электрическая схема цепей управления на базе логического контроллера, обеспечивающие последовательный пуск от преобразователя частоты, переключение на сеть, синхронизацию и ввод в работу любого двигателя 7-блочного стана.

Разработанные Тележкиным O.A. материалы позволят провести перевод существующих электроприводов станов грубого волочения на систему ПЧ-САД, которая обеспечит плавный и экономичный пуск асинхронных двигателей, увеличение производительности стана на 2,3 %, снижение удельного электропотребления стана за счет увеличения КПД, и повышение коэффициента мощности двигателей до единицы.

Гл. инженер ООО «Спецтехнологии»

/Е.Г.Голицин/

ПРИЛОЖЕНИЕ П3. Акт внедрения АО «БМК»

ГВЕРЖДАЮ: 1к АО «БМК»

ГуС.Е.Соловьев Ч*Г>> / && 2017 г.

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

результатов диссертационной работы Тележкина O.A.,

представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук

Настоящим актом подтверждается, что результаты диссертационной 'работы Тележкина O.A. приняты к внедрению для реконструкции волочильных станов блочного исполнения на систему «преобразователь частоты - синхронизированный асинхронный двигатель». Передаваемые результаты диссертационной работы:

- принципиальная электрическая схема электропривода 7-блочного стана грубого волочения с улучшенными энергетическими и эксплуатационными характеристиками;

- электрическая схема цепей управления и алгоритм программной реализации на базе логического контроллера, обеспечивающие последовательный пуск от преобразователя частоты, переключение на сеть, синхронизацию и ввод в работу любого двигателя 7-блочного стана;

- алгоритм и схема управления синхронизацией асинхронного двигателя для 3-х проводной схемы подключения в функции от фазы тока ротора, позволяющие уменьшить колебательность и время синхронизации.

Разработанные Тележкиным O.A. электрические схемы и алгоритмы работы позволят перевести существующие электроприводы станов грубого волочения на систему ПЧ-САД, которая обеспечит увеличение производительности стана на 2,3 %, снижение удельного электропотребления стана за счет увеличения КПД, повышение коэффициента мощности двигателей до единицы, плавный и экономичный пуск асинхронных двигателей.

Начальник ЦРЭО АО «БМК» г. Белорецк, Башкортостан

/Ю.И. Кузнецов/