Разработка цифровой модели и методики проектирования экскаваторного электропривода по системе НПЧ-АД тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Гаврилов, Михаил Петрович

• Гаврилов, Михаил Петрович
• кандидат технических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гаврилов, Михаил Петрович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ОБЗОР СШТЕМ ЭКСКАВАТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

1.1. Требования к экскаваторному электроприводу и краткий обзор существующих систем .$

1.2. Методы исследования экскаваторного электропривода но системе НПЧ-АД.

1.3. Задачи работы.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ЦИФРОВОЙ МОДЕЛИ ЭКСКАВАТОРНОГО ЭЛЕКТРО-.

ПРИВОДА ПО СИСТЕМЕ ПН1Н-АДП.

2.1. Моделирование силовой части системы ШН-АД

2.2. Организация вычислений и методы увеличения эффективности программы.

2.3. Проверка адекватности модели отражаемому объекту. . 9^ Выводы но главе

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОДЪЕМА ЭКСКАВАТОРА

ЭКГ-5 ПО СИСТЕМ ШН-АД С ЧАСТОТНО-ТОКОВЫМ УПРАВЛЕг»

3.1. Статические режимы в разомкнутой системе электропривода . . . №

3.2. Управление моментом экскаваторного электропривода по системе НПЧ-АД g Ш.ffi

3.3. Исследование САР скорости электропривода подъема

ЭКГ-5 по системе НПЧ-АД.1k

Выводы по главе 3. .{

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭКСКАВАТОРНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПО СИСТЕМЕ

НПЧ-АД

4Л. Методика проектирования экскаваторных электроприводов по системе НПЧ-АД с помощью цифровой модели.^

4.2. Экспериментальное исследование статической САР скорости экскаваторного электропривода по системе НПЧ-АД. .ffi

4.3. Экспериментальное исследование астатической САР скорости экскаваторного электропривода по системе НПЧ-АД 476 Выводы по главе 4. ♦

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка цифровой модели и методики проектирования экскаваторного электропривода по системе НПЧ-АД»

Решениями ХХУ1 съезда КПСС определен опережающий теш развития добычи полезных ископаемых наиболее эффективным открытым способом на основе широкого внедрения прогрессивной технологии и горнотранспортного оборудования большой единичной мощности, В решении этой задачи в связи с увеличением доли разработок открытым способом одно из важных мест среди всего комплекса горнодобывающего оборудования занимают одноковшовые экскаваторы средней и большой производительности. Эффективность и технико-экономические показатели данных землеройных машин в значительной мере определяются надежностью, экономичностью и динамическими качествами их электроприводов,

Совершенствование силовой полупроводниковой преобразовательной техники за последние годы создало предпосылки для применения в качестве управляемых преобразователей в электроприводе экскаваторов тиристорных преобразователей. Однако, несмотря на известные преимущества статических преобразователей перед электромашинными, в связи с исключительной сложностью эксплуатации электрооборудования экскаваторов проблема замены электромашинных преобразователей тиристорными еще не подучила исчерпывающего практического решения из-за недостаточной надежности применяемых в экскаваторных электроприводах тиристорных преобразователей.

Анализ известных разработок, опыт наладки и эксплуатации, накопленный при реализации тиристорных электроприводов, свидетельствуют о том, что использование системы ТП-Д на экскаваторах сопряжено с определенными объективными трудностями. Наиболее сложной проблемой является защита электроприводов и механического оборудования от аварийных режимов опрокидывания инвертора, вызываемых сбоями системы управления и внезапными отключениями питающего напряжения.

Направлением, развиваемым на кафедре АЭП МЭЙ, является создание систем экскаваторного электропривода постоянного и переменного тока на основе унифицированного моноблочного тиристорного преобразователя, разработанного в группе экскаваторного электропривода.

Исследования, проведенные в группе,показали, что электропривод по системе ШН-АД с НПЧ, выполненном на основе унифицированного моноблочного преобразователя, обладает свойствами, позволяющими считать рациональным его применение на экскаваторах. Однако вопросы теоретического исследования и методов проектирования подобных систем экскаваторного электропривода до сих лор не рассматривались. Поэтому актуальной является задача разработки цифровой модели и методики проектирования экскаваторных электроприводов по системе НШ-АД, поставленная в диссертационной работе.

Данная работа является поисковой работой, направленной на создание экскаваторного электропривода по системе НПЧ-АД, и посвящена решению следующих задач:

1. Разработка цифровой модели экскаваторного электропривода по системе НШ-АД.

2. Исследование экскаваторного электропривода по системе НШ-АД на цифровой модели и выработка практических рекомендаций.

3. Разработка методики проектирования экскаваторных электроприводов по системе ШН-АД с помощью цифровой модели.

Научная новизна

I. Разработана цифровая модель экскаваторного электропривода по системе НШ-АД, позволяющая исследовать процессы в системе с учетом особенностей преобразователя, двигателя, систем управления и позволяющая повысить эффективность моделирования в результате учета специфических черт системы и целей исследования.

2. Обоснована возможность и показана рациональность использования методов анализа и синтеза экскаваторного электропривода постоянного тока для проектирования экскаваторного электропривода переменного тока, показаны пути использования разработанной цифровой модели для линеаризации системы НПЧ-АД.

3. Исследованы процессы формирования момента в экскаваторном электроприводе по системе НПЧ-АД, показана необходимость их коррекции в динамике, разработано задающее устройство и система, осуществляющие скорректированное управление моментом*

4. На модели исследованы динамические свойства системы НТО-АД в условиях экскаваторного механизма.

5. Предложена методика проектирования экскаваторного электропривода по системе ШШ-АД с использованием цифровой модели.

Практическая ценность

В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработана цифровая модель экскаваторного электропривода по системе НПЧ-АД на базе модуля реверсивного тиристорного преобразователя с раздельным управлением, разработана методика проектирования указанных электроприводов, даны необходимые практические рекомендации и разработаны технические средства для их реализации.

Внедрение результатов работы

Разработанная цифровая модель, методика проектирования, а также практические рекомендации приняты к использованию при создании перспективной системы экскаваторного электропривода по системе

ШП-ДЦ производственным объединением "Новокраматорский машиностроительный завод".

Апробация работы

Диссертационная работа и ее основные разделы докладывались и обсуждались:

1. На заседании кафедры Автоматизированного электропривода МЭИ, 1983 г.

2. На пятой Московской городской конференции молодых ученых и специалистов (г^Москва, 1983 г.).

3. На заседании технического совета НИИТЯЖМАШ ПО "НКМЗ" (г. Крамат орск, 1984 г•).

Публикации

По результатам выполненных исследований опубликовано 3 статьи и подана заявка на изобретение, по которой получено положительное решение о выдаче авторского свидетельства.

Объем работы

Диссертация содержит И6 страниц ооновного машинописного текста, 75 страниц рисунков, 7 таблиц, список использованной литературы из МО наименований, приложения.

Работа выполнена на кафедре Автоматизированного электропривода МЭИ.

I. ОБЗОР СЮТЕМ ЭКСКАВАТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

I.I. Требования к экскаваторному электроприводу и краткий обзор существующих систем

Одноковшовый экскаватор представляет собой командный манипулятор с тремя степенями свободы, предназначенный для черпания грунта и перемещения его в заданную точку пространства. Современные одноковшовые экскаваторы средней и большой производительности выполняются либо как прямая лопата, либо как драглайн.

Независимо от исполнения, рабочий цикл экскаватора состоит из одинаковых элементов - черпания, поворота на выгрузку и поворота в забой. При этом процесс черпания экскаватора-лопаты осуществляется согласованными действиями механизмов подъема, который создает основное режущее усилие, и напора, который производит внедрение ковша в грунт и регулирует толщину снимаемой стружки. У драглайна черпание производится механизмами тяги и подъема. Механизм тяги обеспечивает режущее усилие; а подъем регулирует толщину стружки. Внедрение ковша происходит под его собственным весом. Вращение платформы экскаваторов обоих типов осуществляется сходными механизмами поворота. В процессе поворота копающие механизмы (подъем и напор у лопаты, тяга и подъем у драглайна) используются для перемещения груженого ковша в точку разгрузки и порожнего - в точку начала копания.

Основные механизмы экскаваторов оборудуются индивидуальными электроприводами по системе управляемый преобразователь-двигатель, замкнутыми по основным координатам для получения требуемых качественных характеристик статических и динамических режимов. Электропривод выполняет здесь двоякую роль: управляющую, пре образуя команды машиниста экскаватора в пространственные перемещения ковша, и силовую, преобразуя поток электрической энергии в работу по разрушению горной массы и перенесению ее в заданную точку. Динамические свойства привода определяют производительность, маневренность, удобство управления экскаватором. Надежность экскаватора в целом во многом зависит от надежности его электропривода, экономические показатели - от эффективности работы электропривода.

Электроприводу экскаватора приходится работать в тяжелых условиях тряски, вибрации, запыленности, повышенной влажности. Это обусловливает требование к нему и составляющим его элементам максимальной надежности, устойчивости к вибрациям и другим упомянутым внешним воздействиям. Экскаваторный электропривод обслуживается в полевых условиях эксплуатационным персоналом невысокой квалификации. Это выдвигает требования простоты электропривода в ремонтер блочности его структуры, безналадочности узлов.

Электроприводы экскаватора работают в условиях резкопере-менных нагрузок, величина которых часто превышает допустимую нагрузку оборудования. Это особенно относится к копающим механизмам, но перегрузки могут возникать и в механизмах, не участвующих непосредственно в процессе копания. Поэтому общим для всех экскаваторных электроприводов и одним из основных является требование ограничения максимального момента, развиваемого приводом. Основным средством выполнения указанного требования является формирование экскаваторных механических характеристик* которые имеют высокую жесткость на рабочем участке и малую в зоне перегрузки. Конкретные величины жесткостей рабочего и спадающего участков зависят от механизма, для которого предназначен

- юэлектропривод. Количественными показателями формы экскаваторной механической характеристики являются известные [l] коэффициент заполнения, представляющий собой отношение площади, ограниченной характеристикой, к площади идеальной экскаваторной характеристики, состоящей из абсолютно жесткого и абсолютно мягкого участков, и коэффициент отсечки, являющийся отношением граничного момента между жестким и падающим участками характеристики к максимальному моменту.

Особенно опасными с точки зрения перегрузок и возможных разрушений являются режимы резких стопорений. Они возникают в работе копающих механизмов при встрече ковша с непреодолимым препятствием. Ковш очень быстро останавливается и кинетическая энергия, запасенная в движущихся массах, переходит в энергию упругих деформаций элементов кинематической цепи электропривода. При этом максимальные нагрузки могут достигать значений, в несколько раз превышающих стопорный момент. На снижение скорости в результате резкого возрастания нагрузки электродвигатель реагирует увеличением момента. Ограничение момента стопорным значением обеспечивается системой регулирования. Если она обладает существенной инерционностью, то стопорения сопровождаются значительными выбросами момента за стопорное значение. Это приводит к дополнительному увеличению нагрузки рабочего оборудования при сто-порениях. Поэтому быстродействие системы регулирования момента, ограничение его максимального значения величиной (1,1 ± 1,2) Мстоп является одним из наиболее важных требований к экскаваторному электроприводу.

Электроприводы экскаватора,* являющегося машиной циклического действия, значительное время цикла работают в переходных процессах пуска, реверса, торможений. Поэтому естественно требо вание к ним минимальной длительности переходных процессов в целях повышения производительности. Этому соответствует формирование приводом идеальной экскаваторной механической характеристики. При этом в переходных режимах независимо от скорости электропривод будет развивать максимально возможные ускорения. Такую ситуацию можно считать рациональной в тяжелых переходных процессах, таких как пуск на подъем груженого ковша, торможение опускающегося груженого ковша. Однако, в легких переходных процессах, таких как пуск на спуск или торможение после подъема груженого ковша, ускорения могут достигать величин, входящих в противоречия с другими требованиями к экскаваторному электроприводу.

Являясь командным манипулятором, экскаватор должен быть спроектирован так, чтобы обеспечить максимальную эффективность его использования человеком-оператором. Установлено [ 2,3] , что для наиболее благоприятных условий управления человеком подобными механизмами существенные изменения скорости, такие как разгон до номинальной скорости, должны происходить не менее чем за (0,6 т 0,8) секунды. Это устанавливает верхнюю границу допустимых ускорений в легких переходных процессах.

Основные механизмы экскаваторов являются многомассовыми упругими системами с зазорами в передачах, люфтами в рабочем оборудовании, В результате воздействия электропривода в них могут возникать слабозатухающие механические колебания, существенно увеличивающие нагрузки рабочего оборудования в переходных процессах. В [4] показано, что максимум колебательной составляющей нагрузки пропорционален среднему ускорению электропривода, Поэтому в целях уменьшения износа и повышения надежности оборудования необходимо ограничивать максимальные ускоре ния электроприводов.

Другим фактором, влияющим на амплитудные значения упругих колебаний, является темп нарастания момента электропривода. Поэтому для снижения динамических нагрузок желательно повышать плавность протекания переходных процессов, хотя это не всегда возможно из-за снижения производительности.

Существенное демпфирующее действие на упругие колебания оказывает электропривод с линейной механической характеристикой. В [5] показано, что при благоприятных сочетаниях параметров электромеханической системы электропривод способен эффективно демпфировать механические колебания, возможно даже критическое демпфирование, когда переходные процессы имеют апериодический характер. На основе введенного профессором Ключевым В.И. понятия динамической жесткости механической характеристики в [5] получена методика обеспечения максимальной демпфирующей способности электропривода.

При выборе параметров динамической жесткости необходимо учитывать требования технологического характера к жесткости статической механической характеристики. Так приводы подъема и тяги у драглайна, подъема у экскаватэра-лопаты должны обладать высокой жесткостью рабочего участка статической механической характеристики для получения как можно меньших скоростей в режиме удержания груженого ковша, в то время как к жесткости рабочего участка механической характеристики электропривода поворота особых требований не предъявляется, но зато требуется получение коэффициента отсечки близким к единице для обеспечения минимальной длительности переходных процессов.

Электроприводы экскаваторов преобразуют огромный объем

- УЗэнергии. Их установленная мощность измеряется сотнями киловатт. Поэтому особое значение имеет экономичность этого преобразования энергии.

Резюмируя сказанное выше, можно выделить следующие основные требования, которым должен отвечать электропривод одноковшовых экскаваторов:

1. Надежность, приспособленность к тяжелым условиям эксплуатации системы электропривода и его элементов.

2. Ограничение максимальных нагрузок стопорным значением; что достигается формированием экскаваторных механических характеристик требуемого заполнения.

3. Малая инерционность регулирования момента, обеспечивающая надежное ограничение момента в динамике.

4. Ограничение максимальных значений ускорения в переходных процессах.

5. Плавность переходных процессов.

6. Обеспечение требуемых технологией жесткостей статических механических характеристик при максимальном использовании демпфирующей способности электропривода.

7. Экономичность преобразования энергии.

Анализ приведенных требований к экскаваторному электроприводу позволяет заключить, что удовлетворить им может лишь электропривод, обладающий широкими регулировочными возможностями и высокими динамическими показателями. Таким электроприводом до настоящего времени является электропривод постоянного тока по системе Г-Д. Им оборудуются главные механизмы всех серийно выпускаемых отечественных экскаваторов средней и большой мощности.

Однако; кроме своих достоинств; которые позволили ему стать

- -\ц основным экскаваторным электроприводом, электропривод по системе Г-Д обладает рядом существенных недостатков. Это значительные габариты и масса установки, необходимость в фундаменте для преобразовательного агрегата. Это наличие двух машин в преобразовательном агрегате, установленная мощность каждой из которых равна установленной мощности регулируемого двигателя, что увеличивает капиталовложения и эксплуатационные расходы. Трехкратное преобразование энергии обусловливает сравнительно низкий коэффициент полезного действия системы [б,7] . Частые выходы из строя электромашинного преобразовательного агрегата являются одной из основных причин вынужденных простоев экскаваторов. По данным треста "Энергоуголь" [8] и других организаций [9,10,II] из общего числа простоев по вине электрооборудования, составляющего 33 - 47$ всех простоев экскаватора, на долю электромашинного преобразовательного агрегата приходится 25 - 37$.

Указанные недостатки системы Г-Д побуждают искать другие принципы построения экскаваторного электропривода. Прежде всего проявляется стремление к замене электромашинного преобразователя статическим. В связи с этим в последние годы развернулись интенсивные работы по созданию экскаваторного электропривода по системе ТП-Д. В них участвуют такие организации, как ВНИИэлектро-привод, УЗТМ, НКМЗ, МЭИ и др. Их усилиями достигнуто то, что в настоящее время на опытных образцах экскаваторов установлены и проходят опытно-промышленную эксплуатацию электроприводы по системе ТП-Д, идет освоение этой системы на экскаваторе ЭКГ-20;

Электропривод по системе ТП-Д, обладая практически одинаковыми с системой Г-Д регулировочными свойствами; превосходит ее по ряду показателей. Он имеет коэффициент полезного действия на 20 - 60% больший, чем в системе Г-Д [12] , значительно меньший вес и габариты. Тиристорный преобразователь не требует специального фундамента, требует меньших затрат на обслуживание [13] отличается вибростойкостью, что существенно в условиях эксплуатации экскаваторного электропривода. Тиристорный преобразователь обладает высоким коэффициентом усиления по мощности, благодаря чему возможно заведение обратных связей непосредственно на вход преобразователя без дополнительного усиления. Тиристорный преобразователь обладает высоким быстродействием, что представляет возможность получать в системе ТП-Д более высокие динамические показатели, расширяет возможности активного демпфирования электроприводом упругих механических колебаний.

Наряду с указанными достоинствами электроприводу по системе ТП-Д присущ ряд серьезных недостатков. Одним из них является большая вероятность возникновения режима опрокидывания инвертора. Электроприводы экскаватора значительную часть цикла работают в генераторных режимах, получая питание от слабых карьерных сетей. Совместное действие двух указанных факторов может привести к тому, что при работе электропривода в инверторном режиме внезапно исчезнет или существенно понизится напряжение питающей экскаватор сети. Следствием этого будет развитие неуправляемого процесса быстрого нарастания тока и момента, вызывающего пробой силовых тиристороввыход из строя двигателя, поломки рабочего оборудования машины.

Опасность для электропривода и рабочего оборудования представляет также высокое быстродействие тиристорного преобразователя. Возможные сбои в СИФУ могут вызвать скачкообразное изменение выходного напряжения преобразователя, которое повлечет за собой аварийное нарастание тока в якорной цепи и ударные динамические нагрузки в механизме.

Электропривод по системе ТП-Д обладает низким коэффициентом мощности, обусловленным фазовым регулированием напряжения и естественной коммутацией. При этом улучшение качества электроэнергии в питающей сети и компенсация потребляемой реактивной мощности в системе ТП-Д существенно затруднены широким диапазоном изменения коэффициента сдвига и коэффициента искажения при регулировании скорости электропривода.

Из сказанного следует, что несмотря на ряд привлекательных для экскаваторного электропривода особенностей системы ТП-Д и имеющийся опыт эксплуатации ее на экскаваторах, проблема создания тиристорного экскаваторного электропривода постоянного тока не может быть признана успешно решенной на сегодняшний день.

Другим направлением развития экскаваторного электропривода является использование систем переменного тока. Работы по созданию экскаваторного электропривода переменного тока ведутся как в нашей стране, так и за рубежом. В настоящее время фирмой "Бю-сайрус Ири" (США.) выпускаются экскаваторы с электроприводами системы ШИП-АД. Однако, в силу ряда недостатков, основным из которых является невозможность инвертирования энергии в сеть', система ШИП-АД может применяться только на экскаваторах ограниченной мощности.

Рассматривались возможности применения более простых систем (с импульсным регулированием тока ротора, каскадное регулирование скорости и т.д.) [14] , однако они существенно уступают системам Г-Д, ТП-Д в части удовлетворения требованиям к экскаваторному электроприводу.

На кафедре автоматизированного электропривода МЭЙ под руководством профессора Ключева В.И. ведутся работы по созданию экскаваторного электропривода переменного тока на единой для приводов постоянного и переменного тока технической основе. Такой основой является разработанный унифицированный моноблочный ти-ристорный преобразователь экскаваторного исполнения [15,16] .

Моноблок представляет собой реверсивный управляемый выпрямитель, выполненный по трехпульсной схеме с нулевым проводом и с раздельным управлением группами преобразователя. Он снабжен встроенным регулятором тока, благодаря чему преобразователю сообщаются свойства источника тока.

Преобразователь предназначен для использования в приводах по системе ТВ-Г-Д в качестве тиристорного возбудителя, для питания якорной цепи системы ТП-Д, для комплектования преобразователей частоты систем переменного тока. В зависимости от требуемой мощности в качестве выпрямителя может выступать сам моноблок, либо составленная из двух моноблоков мостовая схема.

Моноблок имеет специальное исполнение для тяжелых условий работы: простоту и компактность конструкции, малый вес, повышенную надежность, простоту обслуживания и возможность безналадочной замены персоналом, не имеющим специальной подготовки. Система импульсно-фазового управления спроектирована специально для работы в условиях слабых карьерных сетей и имеет показатели выходного напряжения, близкие к номинальным цри широких изменениях питающего напряжения,1 обладает повышенной помехозащищенностью.

Из трех реверсивных выпрямителей, выполненных на основе моноблока комплектуется непосредственный преобразователь частоты (НВД). При использовании в качестве рабочей машины асинхронного двигателя система электропривода примет вид,1 показанный на рис. I.I. Здесь ТП1-ТПЗ - реверсивные выпрямители на основе моноблока. Каждый из них обладает встроенным регулятором тока и осуществляет отработку заданного значения тока фазы АД в замкнутой обратной связью системе. Задания токов фаз поступают от задающего генератора (ЗГ), формирующего трехфазную систему синусоидальных напряжений, сдвинутых на 120 электрических градусов,' с регулируемыми параметрами синусоид, которые в свою очередь определяются системой управления (СУ), осуществляющей регулирование скорости и момента асинхронного двигателя. ДЕА, ДЕВ, ДЕС являются датчиками э.д.с., наводимой основным потоком в соответствующих фазах АД. Они вычисляют значение этих э.д.с. по наблюдаемым электрическим величинам, коими являются напряжение (lij) и ток (ц) статора, и осуществляют компенсацию э.д.с. при регулировании фазных токов [17] .

Указанная система исследовалась в [18] на возможность удовлетворения требованиям к экскаваторному электроприводу. Исследования производились на экспериментальной лабораторной установке. Задачей работы была оценка ожидаемых свойств системы применительно к условиям экскаваторного электропривода. Был сделан вывод о возможности реализации экскаваторного электропривода по системе нпч-АД и о конкурентоспособности его среди других систем - претендентов. Одновременно перед автором настоящей работы ставилась задача разработки методов исследования и проектирования экскаваторных электроприводов по системе НПЧ-АД. Рассмотрению возможных подходов к этой задаче посвящен следующий параграф. со,

СУ I 3 к

ЗГ

4s

Рис. I.I. Функциональная схема электропривода до системе НПЧ-АД

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Гаврилов, Михаил Петрович

Выводы по главе 4

1. Разработана методика проектирования экскаваторных электроприводов по системе НПЧ-АД.

2. Разработана лабораторная установка, позволявшая исследовать динамику экскаваторного электропривода по системе НПЧ-АД.

3. Экспериментально подтверждена правильность разработанной методики проектирования.

4. Экспериментально доказана возможность получения высоких динамических качеств в системах регулирования скорости с управлением фазой тока статора, показана невозможность получения их в системах без управления фазой.

Рис.4.24» CAP без управления ip . Снятие автоколебаний.

Рис.4.25, Приложение номинальной нагрузки в САР без управления^ .

ЗАКЛШЕНЙЕ

Выполненные в работе теоретические и экспериментальные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Анализ процессов в экскаваторном электроприводе по системе НЕЛ-АД с учетом всех существенных особенностей возможен только цри использовании подробной модели, учитывающей дискретность, неполную управляемость цреобразователей, пульсирующий характер выходного напряжения НПЧ, нелинейность асинхронного двигателя, совместную работу и взаимовлияние НПЧ и АД, включенных в многоконтурную, многосвязную систему автоматического регулирования.

2. Разработана цифровая модель экскаваторного электропривода по системе НПЧ-АД, позволяющая исследовать процессы в системе с учетом особенностей преобразователя, двигателя, систем управления. Адекватность модели доказана сопоставлением результатов моделирования с результатами цроведенных экспериментальных исследований в статических режимах при различных нагрузках и частотах, в режимах формирования момента, в режимах управления скоростью в различных системах управления. Расхождение результатов моделирования и экспериментальных не цревышает 10$.

3. Цифровое моделирование системы НПЧ-АД сопровождается большой затратой машинного времени, вызванной длительными в общем случае электромагнитными процессами, обусловленными управлением моментом и потоком по одному силовому каналу, и ограничением шага интегрирования дискретностью вентильного преобразователя. Разработаны методы задания начальных условий, позволяющие выходить в рабочую точку без переходного процесса, связанного с изменением потока, методы, уменьшающие время расчета переходных процессов и повышающие точность расчета.

4. Моделирование экскаваторного электропривода показало возможность применения трехпульсной схемы выцрямления для комплектования НПЧ, предназначенных для эксплуатации на экскаваторах типа ЭКГ-5.

5. В результате эксперимента на модели установлена пропорциональность средних значений параметров результирующего вектора тока статора - модулу, фазы, частоты соответствующим заданиям. Отклонения от линейной зависимости в области основных рабочих режимов экскаваторного электропривода не превышают 10$.

6. В результате моделирования процессов формирования момента экскаваторного электроцривода по системе ШШ-ДЦ установлена невозможность удовлетворения требованиям точности и качества регулирования момента в системе, осуществляющей управление частотой и амплитудой тока статора. Разработано устройство, позволяющее управлять частотой, фазой и амплитудой тока статора и соответствующая система регулирования, обеспечивающие требуемое в экскаваторном электроприводе качество ре1улирования момента.

7. Исследования на модели, разработанной САР скорости показали возможность получения требуемых жесткостей статических механических характеристик экскаваторного электроцривода по системе НПЧ-АД, а также заданных динамических свойств системы регулирования скорости.

8. Установлена рациональность совместного использования линейных методов синтеза экскаваторного электропривода постоянного тока и цифрового моделирования для проектирования экскаваторного электроцривода по системе ШШ-АД.

Разработана методика проектирования экскаваторного электроцривода по системе ШШ-ДЦ с помощью модели.

9. Основные теоретические результаты работы подтверждены широко поставленным экспериментом на лабораторной установке. Разработанная модель, методика, практические рекомендации приняты к использованию цри проектировании перспективных систем экскаваторного электропривода институтом НИИ ТЯЖМАШ ПО "Новокраматорский машиностроительный завод".

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гаврилов, Михаил Петрович, 1984 год

1. Буль Ю.Я., Ключев В.И., Седанов Л.В. Наладка электроприводов экскаваторов. - М.: Недра, 1975. - 312 с.

2. Ключев B.Hi, Терехов В.М. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов. М.: Энергия, 1980. - 360 с.

3. Кулешов B.C., Лакота Н.А. Динамика систем управления манипуляторами. М.: Энергия, 1971. - 304 с.

4. Ключев В.И. Ограничение динамических нагрузок электропривода. М.: Энергия, 1971. - 320 с.

5. Чиликин М.Г., Ключев В,И., Сандлер А.С. Теория автоматизированного электропривода. М.: Энергия, 1979. - 616 с.

6. Голован А.Т. Основы электропривода. М.-Л.: Госэнерго-издат, 1959. - 344 с.

7. Чиликин М.Г., Соколов М.М., Терехов В.М., Шинянский А.В. Ооновы автоматизированного электропривода. М.: Энергия, 1974. -567 с.

8. Седанов Л.В. Исследование надежности электрооборудования одноковшовых экскаваторов на угольных разрезах. Дисс. канд. техн. наук. - М., 1973. - 180 с.

9. Калашников Ю.Т. и др. Исследования эксплуатационной надежности мощных экскаваторов. В кн.: Электропривод одноковшовых экскаваторов. Свердловск, 1972, с.234 - 238.

10. Самойлович И.С. Некоторые пути повышения надежности электрооборудования и электроснабжения одноковшовых экскаваторов. -В кн.: Электропривод одноковшовых экскаваторов. Свердловск, 1972, с.19 25.

11. Ka/ij. • . . г< Наследование экс^-'^ггпоьл: . -дежности мощных экскаваторов. р ? ■ -л- ропривод одноковшовых г---- -^aio.-jn. Ju-^v;." . , .84

12. Ривкин Г.А. Преобразовательные установки большой мощности. М. -Л.: Госэнергоиздат, 1959. - 432 с.

13. Синицина Г.М. Опыт разработки, изготовления и опытно-промышленной эксплуатации тиристорного электропривода экскаваторов. В кн.: Электропривод одноковшовых экскаваторов. Свердловск, 1972, с.85 - 86.

14. Кульбацкий С.Е. Исследование и разработка тиристорного электропривода переменного тока для главных механизмов одноковшового экскаватора.: Автореферат канд. дисс. М.: Моск. энерг. ин-т. 1973. - 21 с.

15. Ключев В,И., Подуэктов О.С., Микитченко А.Я., Свирщевс-кий С.Р. Особенности тиристорных преобразователей для экскаваторных электроприводов. Тр./Моск. энерг. ин-т, 1977, вып. 325, с.27 - 30.

16. Ключев В.И., Усманов A.M., Жильцов Л.В., Полуэктов О.С. Модернизация электроприводов экскаватора ЭИКЕ0/70А по системе ТВ-Г-Д. Тр./Моск. энерг. ин-т, 1980, вып. 477, с.75 - 79.

17. Ключев В.И.* Кадыров И.Ш. Частотно-токовое управление экскаваторными электроприводами по системе НЧНС-АД. Тр./Моск. энерг. ин-т, 1982, вып. 570, с.69 - 76.

18. Кадыров И.Ш. Разработка и исследование асинхронного экскаваторного электропривода с частотным управлением. Дисс. канд. техн. наук. - М.: МЭИ, 1983. - 170 с.

19. Ключев В.И., Матеев У.А., Перепичаенко Е.К. Анализ исинтез упругих электромеханических систем по динамической жесткости механических характеристик электропривода. Электротехн.пром. Электропривод, 1981, № 7 (96), с.1 6.

20. Калашников Ю.Т., Буль Ю.Я., Сапилов А.В. Одноковшовые экскаваторы НКМЗ. М.: Недра, 1975. - 311 с.

21. Симонов Ю.В. Исследование динамических нагрузок электроприводов копающих механизмов одноковшовых экскаваторов. : Автореф. канд. дисс. М.: МЭИ, 1976. - 24 с.

22. Чайкин В.В. Минимизация динамических нагрузок в электромеханической системе поворота экскаватора-драглайна. : Автореф. канд. дисс. М.: МГИ. - 14 с.

23. Волков Д.П. Динамика и прочность одноковшовых экскаваторов. М.: Машиностроение, 1965. - 463 с.

24. Волков Д.П., Каминская Д.А. Динамика электромеханических систем экскаваторов. М.: Машиностроение, 1971. - 344 с.

25. Домбровский Н.Г., Панкратов С.А. Землеройные машины. -М. Госстройиздат, 1961. 651 с.

26. Присмотров Н.И. Исследование параметрического резонанса в редукторных электроприводах инерционных механизмов.: Автореф. канд. дисс. М. МЭИ, 1975. - 34 с.

27. Присмотров Н.И. Оптимизация динамики редукторных электроприводов постоянного тока по критерию минимума колебательных нагрузок. Тр./Моск. энерг. ин-т, 1975, вып. 223, с.49 - 54.

28. Панченко Б.Я. Исследование и разработка систем управления электроприводами одноковшовых экскаваторов.: Автореф. канд. дисс. Львов, ЛПИ, 1975. 25 с.

29. Бардачевский В.Т., Иванков Б.Ф., Бронштейн М.И. Перспективы применения систем подчиненного типа для управления экскаваторными электроприводами. Электричество, 1971, № II, с. 41 - 46.

30. Уайт Д., Вудсон Г. Электромеханическое преобразование энергии. М.-Л.: Энергия, 1964. - 528 с.

31. Матеев У.А. Исследование динамики упругих электромеханических систем экскаваторных электроприводов поворота.

32. Дисс. канд. техн. наук. М.: МЭИ, 1982. - 200 с.

33. Эдштейн И.И. Автоматизированный электропривод переменного тока. М.: Энергоиздат» 1982. - 192 о.

34. Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями. М.: Энерго-атомиздат, 1983. - 256 с.

35. Сандлер А.С., Сарбатов Р.С. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями. М.: Энергия, 1974. - 328 с.

36. Булгаков А.А. Частотное управление асинхронными двигателями. М.: Энергоиздат, 1982. - 216 с.

37. Бродовский В.И., Иванов Е.С. Приводы с частотно-токовым управлением. М.: Энергия, 1974. - 169 с.

38. Булгаков А.А. Основы динамики управляемых вентильных систем. М.: Издательство академии наук СССР, 1963. - 220 с.

39. Булгаков А.А. Новая теория управляемых выпрямителей. -М.: Наука, 1970. 320 с.

40. Бернштейн И.Я. Тиристорные преобразователи частоты без звена постоянного тока. М.: Энергия, 1968. - 88 с.

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

42. Фираго Б.И., Готовский B.C., Лисс З.А. Тиристорные циклоконверторы. Минск: Наука и техника, 1973. - 296 с.

43. Ровинский П.А., Тикан В.А. Вентильные преобразователи частоты без звена постоянного тока. М.-Л.: Наука, 1965. - 76 с.

44. Иньков Ю.М. Вентильные преобразователи частоты с непосредственной связью. М.: Информэлектро, 1974. - 64 с.

45. Дщцжи Л., Пелли Б. Силовые полупроводниковые преобразователи частоты. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 400 с.

46. Грабовецкий Г.В. Применение коммутационных функций длярасчета электромагнитных процессов в ВПЧ с питанием от источника однофазной э.д.с. и трехфазной э.д.с. В кн.: Преобразовательная техника. Труды НЭТИ. Новосибирск, 1969, кнЛ, с.21 - 45.

47. Грабовецкий Г.В. Применение переключающих функций для анализа электромагнитных процессов в силовых цепях вентильных преобразователей частоты. Электричество, 1973, № 6, с.42 - 46.

48. Грабовецкий Г.В. Некоторые вопросы динамики вентильных преобразователей частоты с непосредственной связью и естественной коммутацией при совместном и раздельном управлении. Электричество, 1975, № 2, с.58 - 61.

49. Грабовецкий Г.В. Переключающие функции вентильных преобразователей частоты с непосредственной связью и естественной коммутацией, управляемых по оптимальному закону. В кн.: Преобразовательная техника. Новосибирск.: Изд. НЭТИ, 1972, с.З - 10.

50. Фираго Б.И. Теория и исследование системы тиристорный циклоконвертор асинхронный двигатель.: Автореф. докт. дисс. Киев, ИЭ АН УССР, 1983. - 42 с.

51. Мерабишвили П.Ф., Ярошенко Е.М. Нестационарные электромагнитные процессы в системах с вентилями. Кишинев. : Шти-инца, 1980. - 208 с.

52. Поздеев А.Д. Методы исследования замкнутых системс реверсивными управляемыми выпрямителями. В кн.: Автоматизированный электропривод, силовые полупроводниковые приборы, преобразовательная техника. - М.: Энергоатомиздат, 1983, с.91 - 97.

53. Поздеев А.Д., Иванов А.Г., Кириллов А.А. Применение дискретных методов анализа к расчету установившихся процессов и фактора пульсаций в системах с управляемыми выпрямителями. -Электричество, 1979, $ I, с.31 38.

54. Динамика вентильного электропривода постоянного тока

55. Под ред. А.Д. Поздеева). М.: Энергия, 1975. - 224 с.

56. Шипилло В.П. Автоматизированный вентильный электропривод. M.s Энергия,- 1969. - 400 с.

57. Шипилло В.П. Исследование процессов в замкнутых вентильных системах методом Z -преобразования. Электричество, 1969, А II, с.63 - 68.

58. Поздеев А.Д., Донской Н.В., Иванов А.Т. и др. Специальные вопросы динамики вентильного электропривода постоянного тока. В кн.: Автоматизированный электропривод. - М.: Энергия, 1980, с.64 - 72.

59. Олещук В.И., Чаплыгин Е.Е. Вентильные преобразователи с замкнутым контуром управления. Кишинев.: Шгиинца, 1982; -148 с.

60. Цылкин Я.З., Попков Ю.С. Теория нелинейных импульсных систем. М.: Наука, 1973. - 215 с.

61. Зажирко В.Н. Применение интегрального преобразования Лапласа для исследования электрических цепей с кусочно-линейными характеристиками нелинейных элементов.: Автореф. докт. дисс. -М., 1972. 42 с.

62. Руденко B.C., Сенько В.И.,: Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники. М.: Высшая школа, 1980. - 424 с.

63. Маевский О.А. Энергетические показатели вентильных преобразователей. М.: Энергия, 1978. - 320 с.

64. Ривкин Г.А. Преобразовательные устройства. М.: Энергия, 1970. 544 с.

65. Духов Г.Е. Методы анализа и синтеза квазианалоговых электронных цепей. Киев.: Наукова думка, 1967. - 568 с.

66. Полупроводниковые выпрямители (Под ред. Ф.й. Ковалева и Г.П. Мостковой). М.: Энергия, 1978. - 488 с.

67. Глинтерник С.Р. Электромагнитные процессы и режимы мощных преобразователей. Л.: Наука, 1968. - 308 с.

68. Арайс Е.А., Дмитриев В.М., Щутенков А.В. Система МАРС.-Томск: ТГУ, 1976. 188 с.

69. Арайс Е.А., Дмитриев В.М. Моделирование неоднородных цепей и систем на ЭВМ. М.: Радио и связь, 1982. - 160 с.

70. Катценельсон Да. ДШЕТ система программ для моделирования нелинейных цепей. - ТИИЭР, 1966, т.54, № II, с. 38 - 79.

71. Кенни Г.К. SCEPTRE основная программа машинного проектирования. - Электроника, 1971, J& 17, с.42 - 49.

72. Система автоматизированного моделирования и расчета интегральных схем (САМРШ). В. сб.: Микроэлектроника. - М.: Советское радио, 1975, вып. 9, с.II - 22.72.1\ioJjfL L.V, РесЫоп D.O. SPICE . Beckefcfl, llniwnM-hj of Caf^mia, Lbel^wmu Hemc^ \jqIQHA

73. Ьспц. МепиэлапсЬигп £ Rb -МЗЙ2, Jp*. 12, i973>.

74. Чхартишвили Г.С., Чхартишвили Л.П. Цифровое моделирование динамических систем. М.: МЭЙ, 1978. - 75 с.

75. Rqppopf D.G.R.S.T. f/V<-7-02kDlil2, decemhre ЮТВг.

76. Система автоматизированного проектирования преобразователей для электропривода. Сидоренко В.А., Лебедь В.И. В сб.: Электротехническая промышленность. Сер. Электропривод, 1983, № 9, с.10 - 13.

77. Кази-Заде, Тариэль Мустафа оглы. Разработка моделей машинно-вентильных систем и реализация их на ЦВМ. Дисс. канд. техн. наук. - Баку, 1980. - 178 с.

78. Кулешов В.И. Цифровая математическая модель асинхронного двигателя с преобразователем частоты. Техническая электродинамика, 1981, № 4, с.18 - 23.

79. Зееров В.Н. Цифровая модель асинхронного электропривода. В кн.: Автоматизированный вентильный электропривод. Пермь, 1979, с.44 - 50.

80. Томашевич В.Г., Бояринцев Н.В., Вейнгер A.M. и др. Расчет переходных процессов электроприводов переменного тока с учетом преобразователя частоты. Электричество, 1979, № 7, с. 45 - 49.

81. Prajoux А. А fnodrffcn^ metfioi -for Ihe btbciviop of conveners operalin^ in contpot Eoopi.- Control In powep e£ed>onic3 anal ehchical invei. P^ocecoLinij,

82. RepuB&c of German^,3-5 ОсЫе» Щ , p 53-Sff.

83. Хельтциг Х.Ф,, Френцель Ф.М. Генерация самоорганизующихся систем программ для автоматизированного синтеза дискретных систем. В кн.: Автоматизированное проектирование дискретных управляющих устройств: М.: Наука, 1980, с.145 - 155.

84. Конев Ф.Б. Математическое моделирование статических преобразователей. Методы построения моделей и их применение. -М.: Информэлектро, 1974. 33 с.

85. Обухов С.Г., Шамгунов Р.Н. Развитие математического обеспечения для анализа вентильных преобразователей энергии. -Тр./Моск. энерг. ин-т, 1977, вып. 349, с.141 145.

86. Дижур Д.П. Метод моделирования на ЦВМ вентильных преобразовательных схем. Тр./НИИ постоян. тока, 1970, вып. 16,c.46 53.

87. Шестоухов B.M., Булатов И.Б., Чибисов А.И. Моделирование статических выпрямителей на ЦВМ. В сб.: Электротехническая промышленность. Сер. Преобразовательная техника, 1973,' вып. I (36), с.14 - 17.

88. Калахан Д. Методы машинного расчета электронных схем. -М.: Мир, 1970. 344.с.

89. Сигорский В.П., Петренко А.И. Алгоритмы анализа электронных схем. М.: Советское радио, 1976. - 608 с.

90. ЭЗ.Чахмахсазян Е.А., Барманов Ю.Н., Гольденберг А.Э. .Машинный анализ интегральных схем. М.: Советское радио, 1974. -268 о.

91. Конев Ф.Б. Моделирование вентильных преобразователей на вычислительных машинах. М.: ВИНИТИ, 1976. - 84 с.

92. Чуа Л.О., Пен-Мин Лин. Машинный анализ электронных схем. М.: Энергия, 1980. - 640 с.

93. Нагорный Л.Я. Моделирование электронных цепей на ЦВМ. -Киев: Техника, 1974. 360 с.

94. Глориозов Е.Л., Ссорин В.Г., Сынчук П.П. Введение в автоматизацию схемотехнического проектирования. М.: Советское радио, 1976. - 224 с.

95. Ильин В.Н. Основы.автоматизации схемотехнического проектирования. М.: Энергия, 1979. - 392 с.

96. Копылов И.П. Применение вычислительных машин в инженерно-экономических расчетах. М.: Высшая школа, 1980.- 264 с.

97. Петров Л.П., Ладензон В.А., Подзолов Р.Г., Яковлев А.В. Моделирование асинхронных электроприводов с тиристорным управлением. М.: Энергия, 1977. - 200 с.

98. Соколов М.М., Петров Л.П., Масандилов Л.Б., Ладензон В.А.

99. Электромагнитные переходные процессы в асинхронном электроприводе. M.s Энергия, 1967. - 201 с.

100. Трещев И.И. Электромеханические процессы в машинах переменного тока. Л.: Энергия, 1980. - 344 с.

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

102. Мелса Д.Л., Дконо С.К. Программы в помощь изучающим, теорию линейных систем управления. М.: Машиностроение, 1981. -200 с.

103. Гаврилов М.П. Цифровая модель электропривода переменного тока с непосредственным преобразователем частоты. Л 147 эт -Д83,"Депонированные научные работы" ВИНИТИ, 1983, Л 9.

104. Ключев В.И., Гаврилов М.П., Кадыров И.Ш. Моделирование динамических процессов в асинхронном электроприводе, управляемом преобразователем частоты с непосредственной связью. -Тр./Моск. энерг. ин-т, 1981, вып. 550, с.50 55.

105. Apycoo А.К., Ристхейн Э.М. Определение параметров асинхронной машины, вращающейся со синхронной скоростью. Тр./ Таллинский политехнический ин-т, 1979, вып. 476, с.95 - 104.

106. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. М.: Энергия, 1980. - 928 с.

107. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник.- М.; Энергоиздат, 1982.- 504с.

108. ПО. Бесекерский В.А. Динамический синтез систем автоматического регулирования.- М.: Наука, 1970.- 576с.