Дроссельный электропривод с улучшенными массогабаритными и энергетическими показателями и повышенной производительностью

Нестеров, Александр Сергеевич

Электротехнические комплексы и системы

автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Дроссельный электропривод с улучшенными массогабаритными и энергетическими показателями и повышенной производительностью

кандидата технических наук: Нестеров, Александр Сергеевич
город: Челябинск
год: 2009
специальность ВАК РФ: 05.09.03
цена: 450 рублей

Диссертация по электротехнике на тему «Дроссельный электропривод с улучшенными массогабаритными и энергетическими показателями и повышенной производительностью»

Автореферат диссертации по теме "Дроссельный электропривод с улучшенными массогабаритными и энергетическими показателями и повышенной производительностью"

На правах рукописи

Нестеров Александр Сергеевич

ДРОССЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С УЛУЧШЕННЫМИ МАССОГАБАРИТНЫМИ

И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ И ПОВЫШЕННОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ

Специальность 05.09.03 - «Электротехнические комплексы и системы»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Челябинск 2009

003463667

Работа выполнена на кафедре «Электропривод и автоматизация промышленных установок» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный университет».

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Гафиятуллин Рафаиз Хазеевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Воронин С.Г.;

доктор технических наук, профессор Карандаев A.C.

Ведущая организация - Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт), г. Новочеркасск.

Защита состоится 26 февраля 2009 г., в 10°° часов, в ауд. 1001 на заседании диссертационного совета Д212.298.05 при Южно-Уральском государственном университете по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76, ЮУрГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Уральского государственного университета.

Автореферат разослан « »_2009 г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим направлять по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76, гл. корпус, диссертационный совет Д212.298.05, тел./факс 8 (351) 267-96-90, e-mail: nas 2004@mail.ru. allnest@rambler.ru.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Усынин Ю.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы обусловлена необходимостью создания асинхронных электроприводов, в частности, для крановых механизмов, с включением в роторную цепь дросселя с силовым вентильным преобразователем и системой управления, обладающих улучшенными массогабаритными показателями в сочетании с повышенными энергетическими характеристиками и производительностью.

В направлении развития электроприводов данного класса, получивших название «дроссельный асинхронный электропривод» (ДЭП), работает ряд организаций, таких как: ООО «Горнозаводское объединение» (г. Челябинск), Липецкий металлургический завод, и другие. ООО «Горнозаводское объединение» за период с 1996-2008 г. установило по России и странам ближнего зарубежья более 7000 ДЭП. В настоящее время это предприятие работает с 22 крановыми заводами по России и странам ближнего зарубежья (Кировским заводом железнодорожных кранов, Нязепетровским заводом башенных кранов, Харьковским заводом ПТО, заводом «НКМЗ» г. Новокраматорск, Павлодарским крановым заводом, Ташкентским заводом «Подъемник» и др.).

Интерес к ДЭП, несмотря на потери энергии скольжения, не снижается, так как они позволяют получить низкие скорости при выборе слабины канатов, низкие посадочные скорости и сверхнизкие скорости для точной остановки крановых механизмов. Кроме того, ДЭП по сравнению с частотно-регулируемыми электроприводами имеют более широкий температурный диапазон эксплуатации, менее критичны к параметрам агрессивности окружающей среды и, в силу простоты своей технической реализации, не требуют высокого уровня квалификации обслуживающего персонала.

Большой вклад в исследование и развитие ДЭП внесли ученые МЭИ, МГТУ им. Носова, кафедры электропривода Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) и др.

Несмотря на большой объем проведенных работ в области ДЭП, вопросы конструирования электроприводов, включающих в себя дроссель и обладающих улучшенными массогабаритными и энергетическими показателями, а также вопросы расширения функциональных возможностей ДЭП требуют более внимательного рассмотрения.

Целью работы является улучшение массогабаритных и энергетических показателей ДЭП и повышение его производительности при работе в установившихся режимах.

Для достижения поставленных целей решались следующие задачи:

- создание математической и компьютерной моделей для исследования тепловых процессов, протекающих в дросселе при работе в составе ДЭП;

- создание ДЭП с улучшенными массогабаритными показателями при заданных электромагнитных и тепловых характеристиках, диктуемых техническими требованиями к электроприводу;

- разработка алгоритма, математической и компьютерной моделей для исследования режимов ограничения токов статора и ротора двигателя ДЭП при

его переходе с дроссельной механической характеристики на естественную механическую характеристику электродвигателя;

- создание регулятора ограничения токов статора и ротора ДЭП при его выходе на естественную двигательную характеристику для обеспечения повышенной производительности электропривода в целом.

Методы исследования. Поставленные задачи в диссертационной работе решаются с использованием теории электропривода, автоматического управления, индукционного нагрева, методов математического моделирования и анализа.

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается корректным использованием методов расчета статических и динамических процессов в математических и компьютерных моделях при общепринятых допущениях, удовлетворительным совпадением теоретических и экспериментальных результатов, а также результатами промышленного внедрения и эксплуатации дроссельных электроприводов с улучшенными массогабаритными и энергетическими показателями и повышенной производительностью.

Научная новизна работы

1. Впервые для дроссельных электроприводов разработана методика расчета тепловых процессов в дросселе, на основе которой созданы математическая и компьютерная модели, позволяющие улучшить массогабаритные показатели электроприводов данного класса.

2. Разработаны теоретические основы расчета допустимой мощности дросселя с учетом требований, предъявляемых к ДЭП.

3. Впервые для ДЭП разработаны математическая и компьютерная модели расчета улучшенных массогабаритных и энергетических показателей дросселей с учетом заданных электромагнитных и тепловых характеристик, диктуемых техническими требованиями к электроприводу

4. Предложена структура и разработана математическая и компьютерная модели нового пускорегулирующего устройства, обеспечивающего повышение производительности механизма и снижение потерь в ДЭП при его работе в установившихся режимах.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Разработана программа расчета тепловых характеристик дросселя при работе в составе электропривода с учетом электромагнитных и массогабаритных показателей дросселей, а также проведены экспериментальные исследования тепловых характеристик серийных дросселей;

2. Созданы программы расчета электромагнитных и массогабаритных показателей и проверочного расчета допустимой мощности дросселей для работы в составе асинхронного электропривода, обеспечивающие улучшение технических характеристик электроприводов данного класса (Патент РФ № 2300169);

3. По результатам проведенных исследований получены рекомендации по улучшению массогабаритных и электромагнитных показателей дросселей. В результате созданы каталоги серийных дросселей, выпуск которых осуществляется ООО «Горнозаводское объединение»;

4. Созданы и внедрены на производстве ДЭП с улучшенными энергетическими и массогабаритными показателями, обладающие повышенной производительностью (Патенты РФ № 55229 и № 2311725).

Научные положения и результаты, выносимые на защиту

1. Математическая модель и программа расчета электромеханических характеристик ДЭП с пускорегулирующим устройством в роторной цепи.

2. Метод и программа расчета дросселей для ДЭП с улучшенными электромагнитными и массогабаритными показателями.

3. Методика, математическая и компьютерная модели, а также программа расчета тепловых характеристик дросселя в составе асинхронного электропривода.

4. Структура пускорегулирующего устройства, повышающего производительность ДЭП.

Апробация работы. Основные теоретические положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- международной конференции «Проблемы производства и безопасной эксплуатации подъемных сооружений в Украине и России» (Украина, Одесса,

2005 г.);

- 13-й и 14-й международных научно-технических конференциях «Электроприводы переменного тока» (Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2005,2007);

- Всероссийской конференции-конкурсе инновационных проектов студентов и аспирантов по приоритетному направлению Программы «Энергетика и ресурсосбережение» (Томск, ТПИ, 2006 г.);

- международной одиннадцатой конференции «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты», МКЭЭЭ-

2006 (1СЕЕЕ-2006), (Крым, Алушта, 2006 г.);

- научно-практической конференции «Современные методы и средства автоматического управления техническими объектами» (Челябинск, 2006 г.);

- международной научно-практической конференции «Эффективность систем энергосбережения», (Челябинск, 2007 г.).

Публикации. По теме дисертации опубликовано 11 печатных работ в периодических изданиях, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК, сборниках научных трудов и сборниках тезисов докладов научно-технических конференций. На оригинальные технические решения получены 4 патента РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав основного текста объемом 138 страниц, заключения, списка литературы из 176 наименований, 2 приложений. Общий объем диссертации 167 страниц, включая 64 рисунка и 36 таблиц.

Автор выражает благодарность научным консультантам Борисову Александру Михайловичу и Драчеву Геннадию Ивановичу за помощь при завершении работы над диссертацией.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследований, приводятся основные положения и результаты, выносимые на защиту, отмечается их новизна и практическая значимость. Приводятся сведения о внедрении результатов работы и публикациях.

В первой главе проведен обзор основных схем, применяемых для регулирования координат электропривода переменного тока с асинхронным двигателем с фазным ротором (АДФР). Рассмотрен дроссель как средство формирования требуемых электромеханических свойств асинхронного электропривода.

Проведен обзор современного состояния и перспектив развития ДЭП. Показана необходимость создания методов расчета мощности, массогабаритных и электромагнитных параметров дросселей, используемых в ДЭП, а также разработки и технической реализации алгоритмов повышения производительности

Создание таких методов и алгоритмов невозможно без дополнительных теоретических и экспериментальных исследований.

Во второй главе рассмотрены физические основы работы дросселя в переменном по частоте и амплитуде электромагнитном поле. Произведена оценка влияния на величину сопротивления дросселя различных факторов.

За основу при расчете сопротивления магнитной цепи дросселя было принято следующее выражение:

где I - длина сердечника дросселя, О - внешний диаметр сердечника дросселя, 7 - удельная электрическая проводимость материала трубы, 1/Ом-м, ц - относительная магнитная проницаемость на поверхности магнитопровода дросселя, определяемая по кривой намагничивания;

ДЭП.

1400

1000

600

Рассмотрены магнитные характеристики сталей, используемых при изготовлении сердечников (рис. 1). Для удобства работы с данными была проведена аппроксимация зависимости магнитной проницаемости ¡л от напряженности магнитного поля Н выражением

(2)

200

где а и Ь - экспериментальные коэффициенты.

Н, А/см

Рис. 1. Магнитная характеристика стали: экспериментальная 1 и расчетная 2

На основе выражений (1) и (2) и экспериментальных исследований получено выражение для расчета полного электрического сопротивления дросселя:

7 _ 3,62-10'б-/У-Р

(3)

"др

■xv

)

О 20 40 60 80 100

Рис. 2. Расчетные и экспериментальные зависимости сопротивления дросселя Zд^> от частоты/

Здесь IV - число витков обмотки дросселя, /- частота тока, протекающего по обмотке дросселя.

Для проверки адекватности полученного выражения были проведены экспериментальные исследования (рис. 2 и 3). Результаты экспериментальных исследований позволяют сказать о достаточной точности полученного выражения для расчета сопротивления.

Также рассмотрено влияние следующих факторов на полное и активное сопротивления дросселя:

- наличие разреза на сердечнике (рис. 4);

- материал обмотки дросселя (рис. 5);

- температура сердечника дросселя (рис. 6).

На основе полученных результатов определено, что продольный разрез сердечника увеличивает величину сопротивления дросселя на 25-35 %, а замена медной обмотки алюминиевой дает увеличение сопротивления на 5-10 %. Полученные результаты в дальнейшем были учтены при изготовлении серийных дросселей.

10 15

Рис. 3. Зависимость сопротивления от тока /

7.5

2,5

~2ДР> Лл/»]Ом \ 1 1 1

1 7 1 I - ---—1 1

1 1 \ | 1 &др 1 1 1 1 I

1 1 | < 1 1 1 | 1 | 1 1 1 1 вктки

"160 180 200 220 240 260 Рис. 4. Влияние разреза сердечника на величину

полного 2дТ и активного Ядр сопротивлений (сплошная линия - разрезанный сердечник дросселя, пунктирная - сплошной сердечник)

160 180 200 220 240 260 Рис. 5. Влияние материала обмотки на величину полного гДР и активного ЯДР сопротивлений (сплошная линия - алюминиевая обмотка, пунктирная - медная)

Изучение влияния нагрева показало, что нагрев дросселя увеличивает его сопротивление на 20-30 %, кроме того, определено, что наибольшее влияние

о.

15г_-__—г------,------,------оказывается на дроссели с цельным сердечником и медной обмоткой, а наименьшее -с разрезанным сердечником и алюминиевой обмоткой. Это необходимо учитывать при выборе температурного режима дросселя.

В третьей главе рассмотрены тепловые процессы, протекающие в дросселе при его работе в составе ДЭП.

При разработке математической модели тепловых процессов в дросселе была использована двухмассовая тепловая модель, учитывающая следующие допущения:

1) сердечник и обмотка дросселя -сплошные однородные тела, имеющие одинаковую температуру во всех своих точках. Теплоемкости сердечника Сс и обмотки Сош, описываются уравне-

:7"ъ ' Ом 1 1 1 1 1 1

1 1 л

2др 1 -е 1— 1 ------ 1 _____1__

1 ] кдр\ 1 1 1 1 1 1 1 1 ¡v, витки

160

180

200 220 240 Рис. 6. Влияние температуры дросселя на величину полного и активного ЛдР сопротивлений (сплошная линия - «холодный» дроссель, пунстир - «горячий»)

ниями:

Сс _ О-

■Уг- V,

о: - с обм,

с>

(4)

где ССо, Сош<1 - удельная теплоемкость соответственно материала сердечника и обмотки, Дж/кг-0С.

2) температура окружающей среды - постоянна и не зависит от количества теплоты, отдаваемой дросселем;

3) при теплопередаче в окружающий воздух производится учет только теплопередачи за счет конвекции и не учитывается излучение;

4) тепловые потери, теплоемкость дросселя и коэффициенты теплоотдачи не зависят от его температуры;

5) соединительные конструкции дросселя не учитываются при расчете;

6) температура сердечника всегда больше температуры обмотки дросселя;

Определены основные пути распределения тепла в дросселе:

1) нагрев сердечника за счет вихревых токов и явления гистерезиса;

2) нагрев обмотки дросселя за счет электрических потерь в ней;

3) передача теплоты от сердечника в окружающий воздух;

4) нагрев обмотки со стороны сердечника посредством теплопередачи;

5) передача теплоты от обмотки в окружающий воздух.

Разработаны физические модели дросселя (рис. 7).

На основе системы уравнений ГР = Р + Р

г чр гс т г обм

Л с

Р -с

1 с ^с

^с-обм = а

СС + ^с-обм

с-обм 1с-обм

р()бм + рс-обм

= с,

обм

+ Ап

где Рс, Робм и Рс-обм- мощность потерь в стали сердечника, мощность потерь в обмотке и мощность, затрачиваемая на нагрев обмотки со стороны сердечника, Сс и Собм - теплоемкости сердечника и обмотки, А с, А0бм и Ас-обм~ теплоотдачи сердечника и обмотки в окружающую среду и от сердечника к обмотке, тс=Тс - Toc, Т-обм = Тобм ~ Toc и Ic-обм = тс - Т0И/ - перегрев сердечника относительно окружающей среды, обмотки относительно окружающей среды и сердечника относительно обмотки, составлено уравнение теплового баланса:

р -г

* ИР — ^ г

<hç_ dt

+ Ar

rc + Сош

dxr.

-+A,

обм

■Tr

(6)

Ас-обм

A = a-S, ann --

а12 ц ~ '

-Сс"' Х^^/^Аобм Сс'

Рис. 7. Физическая двухмассовая тепловая модель дросселя: а) с трубчатым сердечником; б) с пластинчатым сердечником

На основе системы уравнений (5) составлена энергетическая диаграмма дросселя и структурная схема математической модели тепловых процессов, протекающих в дросселе (рис. 8).

Расчет теплоотдачи А обмотки и сердечника ведется по следующим формулам:

Ш)1 (7)

Здесь а - коэффициент теплоотдачи, 5 - площадь поверхности нагретого тела, с которой осуществляется теплопередача, £/<- = ХЭК1Х[ = /(СгРг)/ - коэффициент конвекции, 8 - толщина прослойки, Хж - эквивалентная теплопроводность, X/ - теплопроводность охлаждающей среды в прослойке при среднеарифметической температуре стенок.

На основе математического описания и структурной схемы в программном пакете Ма^аЬ 6.5 + БтиИпк 4.5 была разработана мо-

Рис. 8. Структурная схема модели тепловых процессов в дросселе

дель, описывающая тепловые процессы, протекающие в дросселе.

Разработанная модель позволяет рассчитывать теплоемкости, коэффициенты теплоотдачи, значения температуры обмотки и сердечника.

В ходе экспериментальных исследований проведена проверка адекватности разработанной математической модели реальному объекту. Проведены тепловые испытания экспериментального макета дросселя, а также шести типоно-миналов дросселей, выпускаемых ООО «Горнозаводское объединение». Погрешность расчетов составляет не более 5-10 % (рис. 9).

'Мпи

Рис. 9. Результаты экспериментальных исследований и компьютерного моделирования тепловых процессов, протекающих в дросселях: а) ДПД-4; б) макетный дроссель

В ходе экспериментов и моделирования на ПЭВМ получены следующие результаты:

- температура сердечника превосходит температуру обмотки в среднем 1,5-1,7 раза;

- воздушный промежуток между обмоткой и сердечником ведет к увеличению разницы между температурами обмотки и сердечника;

- при нагреве происходит увеличение полного и активного сопротивления дросселя. Этот эффект негативно сказывается на величине пускового момента и тока электродвигателя, уменьшая их значения.

В четвертой главе рассмотрены вопросы выбора серийного дросселя и методика расчета улучшенных показателей дросселя.

Выбор серийного дросселя предлагается производить по составленному в ходе работы каталогу. Проведенные исследования показали, что погрешность составляет 10-15 %.

При отсутствии в каталоге дросселя с требуемыми параметрами предлагается производить расчет дросселя, обладающего наилучшими массогабаритными и электрическими показателями.

В качестве основных критериев улучшения параметров дросселей используются следующие характеристики:

- пусковой момент, необходимый для обеспечения требуемых показателей пуско-тормозных режимов (времени пуска, ускорения и т.д.);

'ДРМ

Рис. 10. Зависимости Л/л =/(2д?) и 1т =/ (2дР) для расчета оптимального сопротивления дросселя для электродвигателя 4МТН200Ь6

- минимальные значения токов статора и ротора, обеспечивающие снижение нагрева двигателя в пускотормозных режимах;

- минимальные габаритные размеры и минимальная масса дросселя и ДЭП в целом.

Расчет параметров дросселя предлагается проводить в следующей последовательности:

1. Расчет величины сопротивления дросселя 2држ, обеспечивающего требуемый пусковой момент. Для этого построены на основе известных выражений зависимости Мп = Л^др) и 12п - А^др)- Определяется величина сопротивления дросселя Хдрж, необходимого для создания требуемого пускового момента МПж и ограничения пускового тока;

2. Расчет пусковых значений токов статора и ротора при требуемом пуско-

для сердечников различного диаметра при фиксированном токе и соотношениях Ь О

3. Расчет тепловых характеристик проектируемого дросселя.

На основе разработанной математической модели определена зависимость максимальной рассеиваемой дросселем мощности от массы его сердечника Рдоп =Л»'др) (рис- 11).

4. Проектирование магнитной системы дросселя (расчет габаритных размеров проектируемого дросселя).

Пользуясь выражением (3) были построены кривые (рис. 12), описывающие зависимость сопротивления дросселя от числа витков его обмотки при постоянном значении тока, протекающего по ней и равном пусковому, и постоянных значениях ЬЛЭ.

Из полученных графиков для каждого диаметра сердечника и конкретной величины сопротивления дросселя определяется число витков обмотки, габаритные размеры и масса дросселя, а также рассчитываются конструктивные коэффициенты К1 и К2 и определяется длина обмоточного провода и активное сопротивление обмотки.

С помощью графиков на рис. 11 определяется допустимая мощность дросселя.

5. Расчет сечения обмоточного провода проектируемого дросселя.

6. Расчет механических и электромеханических характеристик (рис. 13).

Расчет характеристик ведется по Т-образной схеме замещения электродвигателя, учитывающей сопротивление дросселя 2ДР\

2дР -

д/1 + K2-I2-w)

(8)

Из рис. 13 видно, что величина пускового момента отличается от заданного не более чем на 10 %.

7. Расчет энергетических показателей проектируемых дросселей и ДЭП в целом. Поверочный расчет дросселя.

Дроссель входит в состав электропривода, работающего без четкого циклического режима работы. Поэтому первоначально необходимо провести поверочный расчет электродвигателя. Основываясь на рекомендациях по продолжительности циклов работы, числу циклов в час и продолжительности работы при проведении поверочного расчета выполняются следующие действия:

а) рассчитывается предельная величина энергии, выделяющейся в двигателе за 1 час работы с номинальной нагрузкой при ПВ=40%:

Рис. 13. Механические и электромеханические характеристики ДЭП

ДЖ40%=1440-(3-/,

1Я40% ] J 2Я40%

Ч)'

(9)

где 1440 с - длительность работы за 1 час при ПВ=40%; б) выбирается усредненный режим работы:

- количество циклов за час равно 30;

- продолжительность цикла принимается равной 120 с, время работы при ПВ=40 % равно 48 с.

- число включений равно 9, продолжительность включения - 5,3 с (рис.

14).

На участке I происходит выбор слабины канатов (в толчковом режиме), затем идет разгон двигателя (участок II), установившийся режим (участок III) и торможение противовключением (участок IV);

в) Рассчитываются потери энергии за время tBKJ1 для двигателя и дросселя:

AW =AW}+AW2=APjB А<Р=Д/5Л>

(10)

Рис. 14. Процесс работы в течение одного включения с выбором слабины каната при »™=5,3 с

где ДЖдв, ДРГдр - энергия потерь за принятый цикл в двигателе и дросселе соответственно, ЛИ7), АШг - энергия потерь за принятый цикл в статоре и роторе двигателя, ДРда и ДРдр - потери в двигателе и

дросселе соответственно, - время одного включения;

г) определяется число включений И, время цикла 7ц и продолжительность включения ПВ;

д) рассчитываются значения токов статора и ротора при рассчитанной ПВ;

е) при ПВ, отличной от 40 % снижается величина допустимого статического момента. По формуле (11) определяется, на сколько уменьшается допустимая мощность на валу:

д _ 1^40% ~рвр\ _ к/40% •"//«)% ~ мр

Р М -т ' ' '

гн 40% и 40% и 40%

ж) рассчитывается энергия, выделяющая в течение 1 часа и допустимая мощность дросселя:

лш 1час

Ауу и«с=к.ш Р Ы^Ж----(12)

др др доп 3600

С помощью математической модели тепловых процессов рассчитывается нагрев сердечника и обмотки. Если нагрев сердечника превышает 250 °С, а нагрев обмотки - 180 °С соответственно, то изменяется масса дросселя и расчет повторяется. В соответствии с выражением (12) определяется допустимая мощность дросселя Рдоп- С помощью графиков Рдоп - ЛтДР) заново определяется масса дросселя, его конструктивные параметры. Заново проводится расчет механических и электромеханических характеристик привода, а также поверочный расчет дросселя. Расчет должен проводиться до достижения заданных параметров дросселя и удовлетворения требований по нагреву.

Если же нагрев сердечника не превышает 250 °С, а нагрев обмотки - 180 °С соответственно, то расчет считается оконченным. Результатом расчета параметров дросселя должны быть конструктивные параметры дросселя, а также величина снижения допустимой мощности электродвигателя при ПВ=40°/о, т.е. величина снижения статической нагрузки.

8. Конструктивная проработка проектируемого дросселя

На последнем этапе детально прорабатывается конструкция дросселя исходя из механической прочности и других критериев.

На рис. 15 приведен алгоритм выполнения расчета.

Пятая глава посвящена разработке, математическому описанию и экспериментальному исследованию пускорегулирующего устройства, позволяющего без существенных бросков момента и токов статора и ротора вывести ДЭП с дроссельной механической характеристики на механическую характеристику, близкую к естественной двигательной. Это благоприятно сказывается на работе механизмов, технологический процесс которых включает в себя перемещение на большие расстояния с максимально возможной скоростью (грейферные краны, бурильные установки и др.).

Разработанное устройство РСТ05-В, включает в себя систему управления СУ и блок БТ соединенных в треугольник силовых тиристоров УБА, УБВ и К5С, подключенный к кольцам ротора асинхронного электродвигателя М1 и дросселю Др (рис. 16). СУ формирует сигналы управления тиристорами БТ и включа-

Номинальные данные двигателя

Определение Z ~p.no графикам

МП = fiZgprfuI,, = J\Zm)

Расчет Мп и

Расчет тепловых характеристик,

Р30П = /Ojp)

Расчет L, D, и н- по графикам L = /(»')

ет в себя источник питания (ИП), блоки задания напряжений (БЗН), интегрирования (БИ), понижающие трансформаторы, по 3 блока (пофазно) выделения положительной полуволны напряжения (ВП), формирования пилообразных напряжений (ФПН), формирования управляющего импульса (ФУИ). При этом работа устройства происходит только при наличии питания статорной цепи электродвигателя.

Идея работы устройства заключается в следующем. При подаче питания на статорную цепь происходит пуск электродвигателя с дросселем в роторной цепи. Тиристоры при этом заперты и на пуск электродвигателя с дросселем не оказывают никакого влияния. По мере разгона двигателя напряжение на кольцах ротора падает и при достижении заданного уровня (порогового напряжения иПОр) вступает в работу РСТ05-В, СУ которого формирует угол открытия тиристоров близкий к 180°. Затем угол открытия тиристоров плавно

уменьшается до 0°, замыкая кольца ротора. Темп открытия тиристоров можно устанавливать в зависимости от требований технологического процесса.

На рис. 17 представлены механические и электромеханические характеристики ДЭП с

РСТ05-В. Механическая дроссельная характеристика 1 в рабочей зоне имеет жесткость меньше, чем на естественной механической характеристике 2 (рис. 17а). Поэтому скорость при статическом моменте Мст на дроссельной характеристике ад на 10-15% ниже, чем скорость аЕ на естественной характеристике.

Расчет закончен Определены 2ДРП,МП,12Д,Ь,0,\г,5 = /(М),э ■ показатели переходного процесса, И,

снижение мощности электродвигателя

Рис. 15. Алгоритм расчета параметров дросселя

380 В, 50 Г и

ТУА

иса

СУ

Цос

Шпа

ВПа

Й)лЬ

впь

ВПс

Цбпс

ОС

ИП

ЛгеП-

БЗН

БР

ФПНа

ФПНЬ

ФПНс

Шж_Р

изал

ФУИа

ФУИЬ

ФУИс

пп

БТ

-М;

У5А

Цуиа

ЮТ

ЦуиЬ

КУЛ

Цуис

ТУВ

ЦаЬ

ПП

ТУС

иьс

пп

Гр 1

Рис. 16. Функциональная схема роторной цепи электродвигателя с пускорегулирующим устройством РСТ05-В

При пуске электродвигателя разгон на первом этапе идет по характеристике 1 до скорости пороговой соПор (т. А на рис.17). Значение скорости а>пор устанавливается при предварительной настройке регулятора. До этой скорости тиристоры РСТ05-В закрыты. При превышении скоростью значения со пор РСТ05-В вступает в работу.

В функции времени плавно открываются тиристоры БТ и дальнейший разгон идет по промежуточной (штриховой) характеристике 3. По окончанию пуска тиристоры БТ полностью открыты, кольца ротора замкнуты тиристорами. При этом электропривод работа-

(0ПОР

а) 6) *" д

Рис. 17. Механические а) и электромеханические 6) характеристики ДЭП с РСТ05-В в роторной цепи

ет на характеристике 4, близкой к естественной механической. При одном и том

же статическом моменте нагрузки Мст ток статический 1Е при завершении пуска на естественной характеристике (рис. 176) меньше, чем ток 1Д на дроссельной характеристике. Это обусловлено тем, что на естественной характеристике в установившемся режиме частота тока в роторной цепи меньше, чем на дроссельной характеристике, и ток ротора становится более активным. Поэтому на естественной характеристике тот же Мст создается при меньшем значении тока ротора. Таким образом, разработанное устройство РСТ05-В не только обеспечивает работу электропривода на максимальных скоростях, чем увеличивает производительность, но и облегчает тепловой режим работы электродвигателя и уменьшает расход электроэнергии.

На рис. 18 представлены экспериментальные осциллограммы изменения тока ротора 1р, частоты вращения вала электродвигателя со и тока статора 1с во времени при пуске с моментом МСт, равным 0,75 от момента номинального Мя.

' ~ннн

I____

а) ■ "б) 4-—I----1Л1......-Ц-.....1—1.......4~

Рис. 18. Осциллограммы тока ротора 1Р, тока статора 1с и частоты вращения (О

Видно, что броски токов статора и ротора электродвигателя при работе устройства практически не превышают бросков в первый момент подачи напряжения на статор электродвигателя.

Лабораторные и производственные испытания показали работоспособность разработанного устройства РСТ05-В.

На основе разработанного математического описания проводится расчет характеристик ДЭП с пускорегулирующим устройством в роторной цепи.

При расчете приняты следующие допущения:

- к входам обмоток фаз ротора приложена ЭДС ротора синусоидальной формы;

- каждый тиристор в фазах роторной цепи заменен на резистор сопротивлением п. Это сопротивление, в зависимости от того, открыт тиристор или закрыт, принимает значение:

г?=0,001 Ом (тиристор открыт);

г?=100 кОм (тиристор закрыт).

Схема замещения с учетом допущений представлена на рис. 19.

Рис. 18. Осциллограммы тока ротора

iC ic

Рис. 19. Схема замещения с учетом принятых допущений

Здесь Uab, Übe, Uca - напряжения на кольцах ротора;

Для схемы записывается система уравнений для статора и ротора:

с№

сШ.

А '1

S-ZZ1! —1

ef¥r

*В 'В 1

■-ис-1с-г

dt cñ>b

dt cfí>,

dt d¥,

-=iyr2+itb-rtb-ic

dt dt

'2>

где иА, ив, ис - мгновенные значения напряжений трех фаз статора; 1Р/), 4>в, Ч*, Ч*у Ч^- мгновенные значения потокосцеплений фаз статора и ротора соответственно; г1 = гА=гв=гс-активное сопротивление фазы обмотки статора; г2 = г = гь = г. - активное сопротивление фазы обмотки ротора; г2 = г2-к* - приведенное активное сопротивление фазы обмотки ротора; гдр = гдр-ке2 - приведенное активное сопротивление фазы дросселя; Ьдр - приведенная индуктивность обмотки дросселя;

Решение системы дифференциальных уравнений осуществляется методом Рунге-Кутта 4 порядка:

Ч', =г\ -Д +/ -М •М +/.-Ы•М „ +!_-М„

В AB ' \С \"АС ' 'а Аа 1 \Ь "1.ЛЬ ' "'Ас'

■L+i^-M D„+z_-M „ЛК-М „L+1_-M „

^C^lA-MCA+lB-MCB+lC-4+VMCa+VMCb+lc-MCc

= iA ■ (Moa -Мьа )+ i • [м в -MbB)+ i ■ {MaC -MbC)+ + ia {L2 -Mba)+ib \Mab -L2)+i {Mac -M, )

+ i^Mba-M)ub{L2-Mcb)+ic-(Mbc-L2}

4{Mca-L2)+ib .(Mcb-Mab)+ic-(L2-Mac) Токи, протекающие через тиристоры, находятся по законам Кирхгофа:

(14)

ib ~ [ь [db+[ta>

te = h ~ ldc + ltb >

(15)

•r,a+hb

Пь+hc

' ric ~ О-

где МАВ=МАС=МВА=МВС=МСА=МС=М] - взаимные индуктивности между любыми двумя обмотками статора; Ма=Ма=Мь=МЬс=Мс=Мс=М2 - взаимные индуктивности между любыми двумя обмотками ротора; МАа, МАЬ, МЛа МВт М1

вь,

МВс,МСа,Ма,МСс

ми статора и ротора; М^, МаВ, Л/С) Ми

взаимные индуктивности между соответствующими фаза-

I, Мьс, Мы, мсв, мсс - взаимные индуктивности между соответствующими фазами ротора и статора; Ьр Ь2 - индуктивности обмоток статора и ротора соответственно.

Для решения уравнений систем (13)—(15) используется метод Крамера. Определяются токи /

гв> 'с 1а

и токи, протекающие через тиристоры г/гЬ,

Напряжения на кольцах ротора определяется следующим образом:

игаЬ с№а

а Л --—Ь А ° •ь+ч ■Г2>

игЬс с?¥ь

_ и А ' Г2 + 'с ' Г2>

ика

_ С ~ А А 1с ■Ь+'а' ■г2.

(16)

Напряжение управления каждого из тиристоров будет формируется следующим образом:

иУа*ип

иПа+иИа>иЗАП

ипь+ииь

>и

злп

иПс+иИс>иЗАП

(17)

, если

'Ус ПИТ .

где С/дцт~ напряжение питания, 11п - пилообразное напряжение, 11ц - напряжение на выходе интегратора, ¡У^я- напряжение запирания.

Электромагнитный момент асинхронного двигателя определяется по формуле

М =

2-р.(СУс -ЧВ)-1А + (Ч>А -Ус)• + (Уд -У,)• ¿с), 3-л/з

(18)

Экспериментальные и расчетные кривые переходного процесса выхода ДЭП с двигателем ШТ 111-6 мощностью 3,5 кВт на характеристику, близкую к естественной, представлены на рис. 20.

Оценивая полученные результаты, необходимо отметить, что разработанная модель достаточно точно отражает процессы, происходящие в ДЭП с пускорегулирующим устройством в роторной цепи. Модель можно рекомендовать для расчетов как нерегулируемого, так и ДЭП с РСТ-05В.

По итогам работы разработано и внедрено в мелкосерийное производство пускорегулирующее устройство РСТ05-В. Получен патент на полезную модель. Получен диплом победителя первого тура конкурса инновационных проектов студентов и аспирантов по приоритетному направлению Программы «Энергетика и ресурсосбережение» (г. Томск, 2006 г.)

В настоящее время система управления данного устройства успешно реализована на микроконтроллере фирмы АТМЕЬ.

Рис. 20. Экспериментальные а) и расчетные б) зависимости переходных процессов дроссельного электропривода совместно с РСТ05-В

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований решена актуальная задача улучшения энергетических и массогабаритных показателей ДЭП и повышения его производительности.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Разработана математическая модель ДЭП с регулятором РСТ05-В в роторной цепи, на основе которой предложена методика расчета характеристик рассматриваемого привода. На основе экспериментальных исследований показана адекватность разработанной модели и методики расчета реальным процессам, протекающим в ДЭП с регулятором РСТ05-В. Сравнение результатов экспериментальных и теоретических исследований показало, что предложенная методика позволяет рассчитывать статические и динамические режимы работы такого электропривода с погрешностью 5-10%.

2. На основе рассмотрения физических основ работы ДЭП и проведенных экспериментальных исследований определены основные аналитические соотношения для расчета электромагнитных и конструктивных параметров дросселя для промышленных электроприводов мощностью 5-120 кВт. Сравнение экспериментальных и расчетных данных показало, что полученное математическое выражение позволяет рассчитывать сопротивление дросселя при различных значениях амплитуды и частоты тока, протекающего по его обмотке, с погрешностью 5-10%.

3. На основе двухмассовой модели тепловых процессов разработана математическая модель тепловых процессов, протекающих в дросселе, на основе которой в пакете Ма&аЪ 6.5 + БтиНпк 4.5 создана компьютерная модель. Экс-

периментально доказана их адекватность реальным тепловым процессам, протекающим в дросселе при его работе в составе ДЭП. Сравнение экспериментальных и расчетных данных показало, что полученная математическая модель позволяет рассчитывать температуру элементов дросселя при различных значениях амплитуды и частоты тока, протекающего по его обмотке, с погрешностью 5-10%.

4. Разработаны методики и программы расчета тепловых и электромагнитных характеристик дросселей для работы в составе электропривода, а также проверочного расчета допустимой мощности дросселя, позволившие улучшить массогабаритные показатели ДЭП на 18-20 %. Предложенные методики позволяют определить, насколько снижается допустимая мощность электродвигателя при включении в роторную цепь дросселя. При этом результаты расчета являются основанием для ограничения нагрузок или выбора двигателя большей мощности с последующей проверкой его на нагрев.

5. По результатам проведенных исследований разработаны каталоги дросселей, серийный выпуск которых осуществляется ООО «Горнозаводское объединение», а также даны инженерные рекомендации по улучшению конструктивных и электрических параметров этих дросселей, позволяющие сократить сроки проектных работ в среднем в 1,4-1,6 раза. При выборе дросселя из предложенного каталога погрешность расчета находится в пределах 10-15%. Данный каталог рекомендуется для использования при проектировании ДЭП.

6. Предложен алгоритм работы регулятора скорости, позволяющего выводить ДЭП на механическую характеристику, близкую к естественной механической характеристике двигателя, обеспечивающий снижение потребления электроэнергии и повышение производительности за счет снижения статических токов статора и ротора и повышения статической скорости привода.

7. Разработано и внедрено в мелкосерийное производство пускорегули-рующее устройство (Патент РФ № 55229, Патент РФ № 2311725), обеспечивающее повышение производительности в зависимости от режима работы электропривода на 12-15 % и снижение потребления электроэнергии на 15-20%.

Научные публикации по теме диссертации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Борисов, A.M. Пусковое устройство асинхронного электродвигателя / A.M. Борисов, Г.И. Драчев, Н.Е. Лях, A.C. Нестеров, А.Н. Шишков // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Энергетика». -2005. - Вып. 6, № 9 (49). - С. 79-83.

2. Борисов, А.М. Автоматизация режимов работы механизмов подъема кранов с асинхронными электроприводами / А.М. Борисов, Г.И. Драчев, Н.Е. Лях, A.C. Нестеров, А.Н. Шишков // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Энергетика». - 2006. - Вып. 7. № 10 (50). - С. 3-8.

3. Борисов, А.М. Тиристорный регулятор скорости дроссельного асинхронного электропривода с регулируемой жесткостью механической характеристики / A.M. Борисов, Г.И. Драчев, Н.Е. Лях, A.C. Нестеров, А.Н. Шишков //

Электромеханика. Известия вузов. - Новочеркасск: ГОУ ВПО ЮРГУ, 2008. -№2.-С. 56-60.

Другие научные публикации по теме диссертации

4. Борисов, A.M. Лабораторный стенд «Средства автоматизации и управления» / A.M. Борисов, A.C. Нестеров, A.C. Одинцов // Электроприводы переменного тока: Труды международной 13-й научно-технической конференции. -Екатеринбург: УГТУ - УПИ, 2005. - С. 341-344.

5. Борисов, A.M. Дроссельный асинхронный регулируемый электропривод / А.М. Борисов, Г.И. Драчев, Н.Е. Лях, С.А. Фомин, А.Н. Шишков, A.C. Нестеров, A.A. Васькин, В.И. Ильинов // Подъемные сооружения. Специальная техника.-2005.-№10.-С. 14-17.

6. Борисов, A.M. Тиристорный регулятор скорости дроссельного асинхронного электропривода / A.M. Борисов, Г.И. Драчев, Н.Е. Лях, A.C. Нестеров, А.Н. Шишков // Электротехнические системы и комплексы: Межвузовский сб. науч. тр. вып. 12 / под ред. С. И. Лукьянова. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. Г. И. Носова», 2006. - С. 218-222.

7. Нестеров, A.C. Расчет параметров индуктивного реостата дроссельного асинхронного электропривода / A.C. Нестеров // Труды XI-й Международной конференции «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты», МКЭЭЭ-2006 (ICEEE-2006), часть П. - М: ГОУ ВПО МЭИ (ТУ), 2006. - С. 39-40.

8. Нестеров, A.C. Моделирование электромагнитных процессов в индуктивном реостате при пуске асинхронного двигателя с фазным ротором. Оптимизация параметров индуктивного реостата / A.C. Нестеров // Конкурс грантов студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Челябинской области: сборник рефератов научно-исследовательских работ аспирантов. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2006. - С. 154.

9. Нестеров, A.C. Устройство выхода на естественную характеристику РСТ 05-В / A.C. Нестеров // Труды Всероссийской конференции - конкурса инновационных проектов студентов и аспирантов по приоритетному направлению Программы «Энергетика и ресурсосбережение». - Томск: Изд-во ПТУ, 2006. -С. 98-104.

10. Борисов, A.M. Математическая модель асинхронного электропривода с нелинейным сопротивлением в цепи ротора / A.M. Борисов, Г.И. Драчев, Н.Е. Лях, A.C. Нестеров, А.Н. Шишков // Электроприводы переменного тока: Труды международной 14-й научно-технической конференции. - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2007. - С. 189-192.

11. Нестеров, A.C. Моделирование тепловых процессов в индуктивном реостате (дросселе) в пуско-тормозных и установившихся режимах работы. Оптимизация конструктивных параметров дросселя / A.C. Нестеров // Конкурс грантов студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Челябинской области: сборник рефератов научно-исследовательских работ аспирантов. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2007. - С. 138.

Патенты

12. Патент РФ № 55229, МПК7 Н02Р 5/40, 7/62. Устройство пуска асинхронного электродвигателя с фазным ротором / A.M. Борисов, Г.И. Драчев, Н.Е. Лях, A.C. Нестеров, А.Н. Шишков; заявл. 10.01.06; опубл. 27.07.06, бюл. № 21. -С. 6: ил. 1.

13. Патент РФ № 2300169, МПК7 Н02Р 25/26. Способ и устройство управления асинхронным двигателем с фазным ротором / А.М. Борисов, Г.И. Драчев, Н.Е. Лях, A.C. Нестеров, А.Н. Шишков; заявл. 10.01.06; опубл. 27.05.07, бюл. № 15.-С. 8: ил. 3.

14. Патент РФ № 2311724, МПК7 Н02Р 25/26. Способ управления асинхронным электродвигателем с фазным ротором / A.M. Борисов, Г.И. Драчев, Н.Е. Лях, A.C. Нестеров, А.Н. Шишков; заявл. 25.06.06; опубл. 27.11.2007, бюл. № 33. - С. 8: ил. 4.

15. Патент РФ № 2311725, МПК7 Н02Р 25/26. Способ управления автоматизацией пуско-тормозных режимов дроссельного асинхронного электропривода / A.M. Борисов, Г.И. Драчев, Н.Е. Лях, A.C. Нестеров, А.Н. Шишков; заявл. 24.06.06; опубл. 27.11.2007, бюл. № 33. - С. 8: ил. 7.

Нестеров Александр Сергеевич

ДРОССЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С УЛУЧШЕННЫМИ МАССОГАБАРИТНЫМИ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ И ПОВЫШЕННОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ

Специальность 05.09.03 - «Электротехнические комплексы и системы»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Издательство Южно-Уральского государственного университета

Подписано в печать 16.01.2009. Формат 60x84 1/16. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1,16. Уч.-изд. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ 9/1.

Отпечатано в типографии Издательства ЮУрГУ. 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина 76.

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Нестеров, Александр Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНДУКТИВНЫХ РЕОСТАТОВ (ДРОССЕЛЕЙ) В АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ С ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

1.1 Использование роторной цепи асинхронного электродвигателя с фазным ротором для ограничения пуско-тормозных токов и регулирования скорости.

1.2 Дроссель как средство формирования электромеханических свойств асинхронного электропривода.

1.3 Современное состояние и перспективы ДЭП.

Выводы.

Глава II ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДРОССЕЛЯ ДЛЯ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА С АДФР

2.1 Общие положения.

2.2 Электрическое и магнитное сопротивление дросселя.

2.3 Экспериментальное исследование дросселей.

2.4 Распределение магнитного потока по магнитопроводу дросселя.

2.5 Влияние частоты и амплитуды тока на сопротивление дросселя.

2.6 Влияние формы и геометрических размеров дросселя на его сопротивление.

Выводы.

ГЛАВА III. ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В ДРОССЕЛЕ ПРИ РАБОТЕ В СОСТАВЕ ДЭП

3.1 Общие положения.

3.2 Математическая модель тепловых процессов, протекающих в дросселе.

3.3 Реализация модели тепловых процессов, протекающих в дросселе, и проверка ее адекватности.

3.4 Расчет мощности дросселя.

Выводы.

ГЛАВА IV. ПРИМЕНЕНИЕ ДРОССЕЛЕЙ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПУСКО-ТОРМОЗНЫХ РЕЖИМОВ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

4.1 Требования к пуско-тормозным режимам ДЭП.

4.2 Методика расчета улучшенных энергетических и массогабаритных показателей дросселя.

4.3 Выбор серийного дросселя по каталогу.

Выводы.

ГЛАВА V. ПОВЫШЕНИЕ ПРИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ДЭП В УСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМАХ РАБОТЫ

5.1 Ограничения при работе ДЭП.

5.2 Повышение жесткости механической характеристики ДЭП.

5.3 Тиристорный регулятор РСТ05-В для выхода ДЭП на естественную механическую характеристику электродвигателя.

5.4 Математическая модель ДЭП с регулятором РСТ05-В.

5.5 Экспериментальное исследование ДЭП с регулятором РСТ05-В. 144 Выводы.

Введение 2009 год, диссертация по электротехнике, Нестеров, Александр Сергеевич

В направлении развития электроприводов данного класса, получивших название «дроссельный асинхронный электропривод» (ДЭП), работает ряд организации, таких как: ООО «Горнозаводское объединение» (г. Челябинск), Липецкий металлургический завод, и другие. ООО «Горнозаводское объединение» за период с 1996 - 2008 г. установило по России и странам ближнего зарубежья более 7000 ДЭП. В настоящее время это предприятие работает с 22 крановыми заводами по России и странам ближнего зарубежья (Кировским заводом железнодорожных кранов, Нязепетровским заводом башенных кранов, Харьковским заводом ПТО, заводом «НКМЗ» г. Новокраматорск, Павлодарским крановым заводом, Ташкентским заводом «Подъемник» и др.).

Интерес к ДЭП, несмотря на потери энергии скольжения, не снижается, так как они позволяют получить низкие скорости при выборе слабины канатов, низкие посадочные скорости и сверхнизкие скорости для точной остановки крановых механизмов. Кроме того, ДЭП по сравнению с часютно-регулируемыми электроприводами имеют более широкий температурный диапазон эксплуатации, менее критичны к параметрам агрессивности окружающей среды и, в силу простоты своей технической реализации, не требуют высокого уровня квалификации обслуживающего персонала.

Несмотря на большой объем проведенных работ в области ДЭП, вопросы конструирования электроприводов, включающих в себя дроссель и обладающих улучшенными > массогабаритными и, энергетическими показателями, а также вопросы расширения функциональных возможностей ДЭП требуют более внимательного рассмотрения.

Для достижения поставленных целей решались следующие задачи:

- создание ДЭП и дросселя с улучшенными массогабаритными показателями при заданных электромагнитных и тепловых характеристиках, диктуемых техническими требованиями к электроприводу;

- разработка алгоритма, математической и компьютерной моделей для исследования режимов ограничения токов статора и ротора двигателя ДЭП при его переходе с дроссельной механической характеристики на естественную механическую характеристику электродвигателя;

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается корректным использованием методов расчета статических и динамических процессов в математических и компьютерных моделях при общепринятых допущениях, удовлетворительным совпадением теоретических и экспериментальных результатов, а также результатами промышленного внедрения и эксплуатации ДЭП с улучшенными массогабаритными и энергетическими показателями и повышенной производительностью.

Научная новизна работы

3. Впервые для ДЭП разработаны математическая и компьютерная модели расчета улучшенных массогабаритных и энергетических показателен дросселей с учетом заданных электромагнитных и тепловых характеристик, диктуемых техническими требованиями к электроприводу

Практическая ценность работы заключается в следующем:

Научные положения и результаты, выносимые на защиту

4. Структура пускорегулирующего устройства, повышающего производительность ДЭП.

Реализация результатов работы. Разработанный ДЭП внедрен на следующих предприятиях: ООО «Татнефтьбурение» г. Альметьевск, завод «КАМАЗ», г. Набережные Челны, «Волго-Балт» г. Вытегра. Разработанная математическая модель и инженерная методика расчета габаритных и тепловых параметров дросселей, а также рекомендации по совершенствованию конструкции дросселей используются в ООО «Горнозаводское объединение» и «Челябинское электротехническое предприятие» (г. Челябинск) при разработке ДЭП для крановых механизмов.

-ежегодных научно-практических конференциях Южно-Уральского государственного университета (Челябинск, ЮУрГУ, 2004 - 2006 гг.);

-международной конференции «Проблемы производства и безопасной эксплуатации подъемных сооружений в Украине и России» (Украина, Одесса, 2005 г.);

-13-ой и 14-ой международных научно-технических конференциях «Электроприводы переменного тока» (Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2005, 2007);

-всероссийской конференции-конкурсе инновационных проектов студентов и аспирантов по приоритетному направлению Программы «Энергетика и ресурсосбережение» (Томск, ТПИ, 2006 г.);

-международной одиннадцатой конференции «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты», МКЭЭЭ-2006 (ICEEE-2006), (Крым, Алушта, 2006 г.);

-научно-практической конференции «Современные методы и средства автоматического управления техническими объектами» (Челябинск, 2006 г.);

-международной научно-практической конференции «Эффективность систем энергосбережения», (Челябинск, 2007 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ в периодических изданиях, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК, сборниках научных трудов и сборниках тезисов докладов научно-технических конференций. На оригинальные технические решения получены 4 патента РФ.

Заключение диссертация на тему "Дроссельный электропривод с улучшенными массогабаритными и энергетическими показателями и повышенной производительностью"

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Несмотря на широкую гамму принципов и устройств управления асинхронными электродвигателями с фазным ротором, применение дроссельных электроприводов не потеряло свою актуальность за счет простоты и их высокой надежности.

2. Включение дросселя в роторную цепь асинхронного электродвигателя с разным ротором уменьшает пусковые токи ротора и статора, при этом увеличение пускового момента имеет свои ограничения.

3. Сформулированы основные недостатки нерегулируемого дроссельного электропривода и намечены пути их решения.

4. На основе рассмотрения физических основ работы дросселя и проведенных экспериментальных исследований ряда дросселей для промышленных электроприводов мощностью 5 - 120 кВт определены основные аналитические соотношения для расчета электромагнитных и конструктивных параметров дросселя. Сравнение экспериментальных и расчетных данных показало, что полученное математическое выражение позволяет рассчитывать сопротивление дросселя при различных значениях амплитуды и частоты тока, протекающего по его обмотке, с погрешностью 5-10%.

5. На основе анализа результатов экспериментальных исследований, проведенных в рамках научно-исследовательской работы № 2007258 «Экспериментальное исследование индуктивных реостатов (дросселей)» по заказу «Горнозаводского объединения», разработаны рекомендации по улучшению массогабарнтных показателей серийных дросселей, включающее в себя: а) изготовление сердечников с продольным разрезом, повышающее сопротивление дросселя; б) применение алюминиевых проводов обмотки, что снижает массу дросселя и стоимость его изготовления; в) создание воздушного промежутка между обмоткой и сердечником для уменьшения дополнительного нагрева обмотки.

На основе сравнения результатов теоретических и экспериментальных исследований показано, что предложенные рекомендации позволяют снизить массогабаритные показатели на 18-20% по сравнению с серийными дросселями, выпускаемыми «Горнозаводским объединением»

6. На основе анализа результатов экспериментальных исследований разработан каталог серийных дросселей, позволяющий проводить выбор параметров дросселя для конкретного электропривода, что сокращает время, затрачиваемое на проектирование электропривода, в среднем 1,4 - 1,6 раза. При выборе дросселя из предложенного каталога погрешность расчета находится в пределах 10-15%. Данный каталог рекомендуется для использования при проектировании ДЭП.

7. На основе двухмассовой модели тепловых процессов разработана математическая модель тепловых процессов, протекающих в дросселе, на основе которой в пакете MatLab 6.5 + Simulink 4.5 создана компьютерная модель. Экспериментально доказана их адекватность реальным тепловым процессам, протекающим в дросселе при его работе в составе ДЭП. Сравнение экспериментальных и расчетных данных показало, что полученная математическая модель позволяет рассчитывать температуру элементов дросселя при различных значениях амплитуды и частоты тока, протекающего по его обмотке, с погрешностью 5-10%.

8. На основе полученного математического описания разработана методика расчета дросселя, позволяющая определять допустимые величины тока, протекающего по обмотке дросселя, и рассеиваемой мощности. Предложенный алгоритм и созданная на его основе методика расчета улучшенных энергетических и массогабаритных показателей дросселя для ДЭП позволяют снизить массу и габаритные размеры проектируемых дросселей на 18-20 % при тех же электромагнитных параметрах. Предложенная методика позволяет определить, насколько снижается допустимая мощность электродвигателя при включении в роторную цепь дросселя. При этом результаты расчета являются основанием для ограничения нагрузок или выбора двигателя большей мощности с последующей проверкой его на нагрев.

9. Предложен алгоритм работы регулятора скорости, позволяющего выводить ДЭП на механическую характеристику, близкую к естественной механической характеристике двигателя, обеспечивающий снижение потребления электроэнергии и повышение производительности на 12-15% за счет снижения статических токов статора и ротора и повышения статической скорости привода.

10. Разработана математическая модель ДЭП с регулятором РСТ05-В в роторной цепи, на основе которой предложена методика расчета характеристик рассматриваемого привода. На основе экспериментальных исследований показана адекватность разработанной модели и методики расчета реальным процессам, протекающим в ДЭП с регулятором РСТ05-В. Сравнение результатов экспериментальных и теоретических исследований показало, что предложенная методика позволяет рассчитывать статические и динамические режимы работы такого электропривода с погрешностью 5-10%;

11. На основе экспериментальных исследований показано, что регулятор РСТ05-В за счет выхода на естественную характеристику позволяет повысить статическую скорость на 10-15% и производительность на 12-15%, а также снизить статические токи статора и ротора на 15-20%.

Разработано и внедрено в мелкосерийное производство пускорегулирующее устройство (Патент РФ № 55229), обеспечивающее повышение производительности в зависимости от режима работы электропривода на 12-15 % и снижение потребления электроэнергии на 15-20%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований решена актуальная задача улучшения энергетических и массогабарнтных показателей ДЭП и повышения его производительности.

Библиография Нестеров, Александр Сергеевич, диссертация по теме Электротехнические комплексы и системы

1. Автоматизированный вентильный электропривод/Пермск. политех-нич. ин-т. Ред. Медведев Е. И. Пермь: ПЛИ, 1986, - 146 с.

2. Андреев, В. П. Основы электропривода / В.П. Андреев, А. Ю. Сабинин. 2-е изд., перераб. - Д.: Госэнергоиздат, 1963. - 772 с.

3. Аракелян, А. К. Теория электропривода: учебное пособие для самост. работы / А. К. Аракелян. Чебоксары: Изд-во ЧТУ, 1992. - 84 с.

4. Асинхронный электропривод с тпристорными коммутаторами/Л. П. Петров, В. А. Ладензон, М. П. Обуховский, Р.Г. Подзолов; Редкол.: И. В. Антик и др. М.: Энергия, 1970. - (Библиотека по автоматике; Вып.380), - 128 с.

5. Архангельский, В. И. Системы реверсивных электроприводов / В. И. Архангельский. Киев: Техника, 1972. - 327 с.

6. Ахиезер, А. И. Общая физика. Электрические и магнитные явления: Справ. Пособие / А. И. Ахиезер. Киев: Наук, думка, 1981.-471 с.

7. Бальян, Б.Х. Оптимальное проектирование силовых высокочастотных ферромагнитных устройств. / Б.Х. Бальян, В.П. Обрусник Томск: Изд-во Том. ун-та, 1987.- 168 с.

8. Бамдас, A.M. Дроссели переменного тока радиоэлектронной аппаратуры (катушки со сталью) / A.M. Бамдас, Ю.А. Савиновский. М.: Изд-во Советское радио, 1969. 354 с.

9. Баранов, В.Н. Применение микроконтроллеров AVR: схемы, алгоритмы, программы / В.Н. Баранов. М.: Издательский дом «Додэка - XXI», 2004. - 288 с.

10. Ю.Башарин, А. В. Управление электроприводами: Учеб. пособие для вузов по спец. «Электропривод и автоматизация пром. установок и технол. комплексов» / А. В. Башарпн. Л.: Энергоатомиздат, 1982. - 392 с.

11. П.Белов, А.В. Конструирование устройств на микроконтроллерах / А.В. Белов. СПб.: Наука и Техника, 2005. - 256 с.

12. Борисенко, А. И. Охлаждение электрических машин. / А.И. Борисенко, О.Н. Костиков, А.И. Яковлев М.: Энергоатомиздат, 1984. - 297 с.

13. Борисенко, А. И. Аэродинамика и теплопередача в электрических машинах / А. И. Борисенко, В.Г. Данько, А.И. Яковлев. М.: Энергия, 1974. -559 с.

14. Борисов, A.M. Автоматизированный регулируемый асинхронный электропривод с индуктивным реостатом / A.M. Борисов, Г.И. Драчев, Н.Е.

15. Лях, С.А. Фомин, и др. // Труды международной XIII научно-технической конференции «Электроприводы переменного тока». Екатеринбург: Изд-во УПИ, 2005. - С. 117-120.

16. Борисов, A.M. Дроссельный асинхронный регулируемый электропривод / A.M. Борисов, Г.И. Драчев, Н.Е. Лях, А. С. Нестеров, А.Н. Шишков и др. // Подъемные сооружения. Специальная техника, 2005. №10. -с. 14-17.

17. Борисов, A.M. Дроссельный асинхронный электропривод. / A.M. Борисов, Г.И. Драчев, Н.Е. Лях, В.И Ильинов. // Сборник научных трудов «Электротехнические системы и комплексы», Вып. 6. Магнитогорск, Изд-во МГТУ им. Г.И.Носова, 2001.

18. Борисов, A.M. Лабораторный стенд «Средства автоматизации и управления». / A.M. Борисов, А.С. Нестеров, А.С. Одинцов // Электроприводы переменного тока: Труды международной XIII научно-технической конференции. Екатеринбург: Изд-во УПИ, 2005, с. 341-344.

19. Борисов, A.M. Пусковое устройство асинхронного электродвигателя / A.M. Борисов, Г.И. Драчев, Н.Е. Лях, А. С. Нестеров, А.Н. Шишков // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2005. - Вып. 3. - № 11(27). - С. 36-40.

20. Борисов, A.M. Пусковые характеристики дроссельного асинхронного электропривода. / A.M. Борисов, Г.И. Драчев, Н.Е. Лях, В.И. Ильинов. // Вестник ЮУрГУ, Серия «Энергетика», Вып. 1. - №4. - Челябинск, Изд-во ЮУрГУ, 2001.

21. Борисов, A.M. Регулирование скорости дроссельного асинхронного электропривода / A.M. Борисов, Г.И. Драчев, Н.Е. Лях, С.А. Фомин // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2001. - Вып. 1. - № 7. - С. 63-66.

22. Борцов, Ю. А. Тиристорные системы электропривода с упругими связями / Ю. А. Борцов Г.Г. Соколовский. JL: Энергия, 1979. - 160 с.

23. Браславский, И .Я. Анализ энергопотребления в управляемых переходных режимах систем ТПН-АД // Труды международной тринадцатой научно-технической конференции «Электроприводы переменного тока». Екатеринбург: УПИ, 2005. - С. 241-244.

24. Браславский, И.Я. Асинхронный полупроводниковый электропривод с параметрическим управлением / И.Я. Браславскин. М.: Энергоатомиздат, 1988.-224 с.

25. Вайнберг, A.M. Индукционные плавильные печи. М.: Энергия, 1967. -415с.

26. Вейц, В. JT. Динамика и моделирование электромеханических приводов / В. JI. Вейц, Г. В. Царев. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 1992. - 226 с.

27. Вершинин, П. П. Применение синхронных электроприводов в металлургии / П. П. Вершинин, JI. Я. Хошпер. М.:Металлургия,1974. - 271 с.

28. Вешеневский, С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе / С.Н. Вешеневский. М.: Энергия, 1977.-431 с.

29. Власов, В. Г. Взрывозащищенный тиристорный электропривод переменного тока / В. Г. Власов, В. J1. Иванов, JI. И. Тимофеева. М.:Энергия,1977. - 160 с.

30. Вольдек, А.И. Электрические машины / А.И. Вольдек. JL: Энергия, 1974.- 840 с.

31. Вонсовский, С. В. Магнетизм: Магнитные свойства диа-, пара-, ферро-, антиферро-, и ферримагнетиков / С. В. Вонсовский. М.: Наука, 1971. - 1032 с.

32. Вонсовский, С. В. Ферромагнетизм / С. В. Вонсовский, Я.С. Шур JL: ОГИЗ Гостехиздат, 1948. - 816 с.

33. Воскобойников, Б.А. Применение индукционных реостатов для крановых электроприводов // Промышленная энергетика. 1976. - №11. с. 2527.

34. Воскобойников, Б.А. Резисторно индукционный способ управления крановыми двигателями / Б.А. Воскобойников. - М.: 1975. - 268 с.

35. Гайтов, Б.Х. Коэффициенты теплоотдачи асинхронного электродвигателя с переменными параметрами / Б.Х. Гайтов, J1.E. Копелевич, В.М. Харченко и др. // Электротехника. 1990. №3. с. 3-7.

36. Гайтов, Б.Х. Моделирование и расчет температурного поля специальных электрических машин для систем автономного электроснабжения / Б.Х. Гайтов, J1.E. Копелевич, А.В. Самородов и др. // Электромеханика. 2006. №5. с. 24-27.

37. Гельман, М.В. Тиристорные регуляторы переменного, напряжения / М.В. Гельман, С.П. Лохов. -М.: Энергия, 1975. 104 с.

38. Герасимяк, Р. П. Асинхронный электропривод с тиристорным управлением / Р. П. Герасимяк, В. А. Лещев, Н. С. Путилин. Киев: Техника, 1984. -150 с.

39. Герасимяк, Р. П. Тиристорный электропривод для кранов / Р. П. Герасимяк. М.:Энергия, 1978. - 111с.

40. Герасимяк, Р. П. Электроприводы крановых механизмов. Системы электропривода и методы расчета / Р. П. Герасимяк, В. А. Параил. М.: Энергия, 1970.- 134 с.

41. Головин, В.В. Опыт внедрения современных электроприводов на ОАО «ММК» /В.В. Головин, В.А. Романченко // Труды международной 14 научно-технической конференции «Электроприводы переменного тока». -Екатеринбург: УПИ, 2007. С. 13-16.

42. Голубев, М. И. Тиристорные электроприводы / М. И. Голубев. Киев: изд-во ДГУ, 1976.- 103 с.

43. Грузоподъемные краны промышленных предприятий: Справочник / А. А. Абрамович. М.: Энергия, 1979. - 233 с.

44. Голубцов, М.С. Микроконтроллеры AVR: от простого к сложному / М.С. Голубцов, А.В. Кириченкова. Изд.2-е, испр. и доп. М.: СОЛОН-Пресс, 2004. - 304 с.

45. Гуревпч, Э.И. Тепловые испытания и исследования электрических машин. Л.: Энергия, 1977. - 293 с.

46. Густав, О. Цифровые системы автоматизации и управления / О. Густав, П. Джангуидо. СПб.: Невский диалект, 2001. - 557 с.

47. Двигатели асинхронные трехфазного тока крановые и металлургические серий MTF, MTKF, МТН, МТКН. / Отраслевой каталог 01.30.01-82. М.: Информэлектро, 1982.-44 с.

48. Двигатели асинхронные трехфазные крановые и металлургические серии 4МТМ200, 4МТМ225, 4МТМ280 и 4МТКМ200, 4МТКМ. / Отраслевой каталог 01.30.06-94. М.: Информэлектро. 1994. 11 с.

49. Демидов, С. В. Быстродействующий тиристорный электропривод с питанием от высокочастотного источника / С. В. Демидов, Б. Б. Полищук. -М.: Энергия, 1977.- 151 с.

50. Детлаф, А.А. Курс физики (в трех томах) т.2 Электричество и магнетизм. Учебное пособие для втузов. / А.А. Детлаф, Б.М. Яворский М.: Высшая школа, 1977. - 375 с.

51. Драчев, Г.И. Теория электропривода: Учебное пособие. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2005. Часть 1. - 209 е.; Часть 2 - 193 с.

52. Дроздов, В. Н. Системы управления электроприводом с использованием микроЭВМ / В. Н. Дроздов // Механизация и автоматизация производственных процессов. Л.: ЛДНТП, 1984. - 24 с.

53. Дульнев, Г.И. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре: Учебник для вузов по специальности «Конструир. и произв. радиоаппаратуры». -М.: Высш. школа., 1984.-247 с.

54. Дьяконов, В.П. MatLab 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5. Основы применения / В.П. Дьяконов. М.: СОЛОН-Пресс, 2004. - 768 с.

55. Дьяконов, В.П. MatLab 6: учебный курс / В.П. Дьяконов. СПб.: Питер, 2001.-592 с.

56. Зиновьев, Г.С. Основы силовой электроники / Г.С. Зиновьев. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. - 672 с.

57. Иванов, Г. М. Несимметричные режимы работы тиристорных преобразователей в электроприводах переменного тока / Г. М. Иванов, В. Ф. Егор-кин. -М.: Энергоатомиздат, 1990. 199 с.

58. Измеритель регистратор напряжений автономный АИР. Руководство по эксплуатации. ЮГИШ. 411116.003 РЭ.

59. Ильинов, В.И. Дроссельный регулируемый электропривод. / В.И. Ильинов. // ТехСовет. Екатеринбург: Издательство «Пульс Цен», - 2005. - №7 (28) - с. 38.

60. Ильинский, Н. Ф. Общий курс электропривода: Для электротехн. и электроэнерг. спец. вузов. / Н.Ф. Ильинский, В.Ф. Козаченко. М.: Энергоатомиздат, 1992. - 543 с.

61. Импульсный регулируемый электропривод с фазными электродвигателями// Э.В. Шикуть, М.И. Крайцберг, П.А. Фукс и др. М.: Энергия, 1972. -104'с.

62. Касаткин, А. С. Электротехника: Учебник для вузов / А. С. Касаткин. 6-е изд., перераб. - М.: Высш. шк., 1999. - 542с.

63. Кацман, М.М. Электрические машины: Учебник для сред. спец. учеб. заведений. -М.: Высшая школа, 1983. -432 с.

64. Каханер, Д. Численные методы и программное обеспечение / Д. Каханер, К. Моулер, С. Нэш. -М.: Мир, 1998. 137 с.

65. Кифер, И. И. Испытания ферромагнитных материалов / И. И. Кифер. -М.: Л.: Госэнергоиздат, 1962. - 544 с.

66. Ключев, В.И. Теория электропривода: Учебник для вузов / В.И. Клю-чев М.: Энергоатомиздат, 2000. 560 с.

67. Кобзев, А.В. Стабилизаторы переменного напряжения с высокочастотным широтно-импульсным регулированием / А.В. Кобзев, Ю.М. Лебедев, Г.Я. Михальченко. -М.: Энергоатомиздат, 1986. 152 с.

68. Колчев, Е. В. Моделирование тиристорных электроприводов / Е. В. Колчев, В. П. Метельский, В. А. Стульников. Киев: Техника, 1980. - 86 с.

69. Комплектные тиристорные электроприводы; справочник // Евзеров И.Х. и др.: под ред. В.М. Перельмутера. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 319 с.

70. Конев, Ю.И. Транзисторные импульсные устройства управления механизмами / Ю.И. Конев. М.: Энергия, 1968. - 104 с.

71. Конструирование мощных тиристорных электроприводов // И.Х. Евзе-ров, И.И. Фейгельман, А.А. Ткаченко. -М.: Энергоатомиздат, 1992. 287 с.

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

73. Копылов," И.П. Расчет на ЦВМ характеристик асинхронных машин / И.П. Копылов, О.П. Щедрин. -М.: Энергия, 1973. 120 с.

74. Корытин, А. М. Расчет на ЭВМ промышленных электроприводов / А. М. Корытин. Киев.: Технжа, 1984. - 111 с.

75. Костенко, М.П. Электрические машины. В 2-х. ч. Учебник для студентов высш. техн. учеб. Заведений / М.П. Костенко, J1.M. Пиотровский, 3-е изд., перераб. Л.: Энергия, - 1972.

76. Крановое электрооборудование: Справочник / Алексеев Ю.В. , Богословский А.П., Певзнер Е.М. и др.; под ред. А.А. Рабиновича. М.: Энергия, 1979.-239 с.

77. Кринчик, Г.С. Физика магнитных явлений / Г.С. Кринчик. М.: Изд-во МГУ, 1967.-367 с.

78. Кудинова, И.И. Рынок электродвигателей. // Основные средства. № 9, 2001.-с. 34-41.

79. Лазарев, Ю. Моделирование процессов и систем в MatLab: учебный курс /10. Лазарев. СПб.: Питер; Киев: Издательская группа BHV, 2005. - 512 с.

80. Ламмеранер, И. Вихревые токи / И. Ламмеранер, М. Штафль. М. -Л.: Энергия, 1967. -267 с.

81. Левинтов, С.Д. Бесконтактные магнитоупругие датчики крутящего момента / С.Д. Левинтов, A.M. Борисов. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 88 с.

82. Лейтес, Л.В. Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов. -М.: Энергия, 1981. -392 с.

83. Лесникова, М.А. Двигательная активность. // Бизнес. № 39, - 2002. -с. 28-31.

84. Лыков, А.В. Теория теплопроводности. М.: Высш. школа, 1966.600 с.

85. Масандилов, Л.Б. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей / Л.Б. Масандилов В.В. Москаленко, 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1978.-96 с.

86. Математические модели теплопередачи в электрических системах/ Отв. ред. Яковлев А. И.; АН УССР, Ин-т электродинамики. Киев: Наук, думка, 1986. - 181 с.

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

88. Моделирование электромагнитных полей в электрических устройствах. / Под редакцией А. Степанова. Киев: Техника 1990. - 189 с.

89. Москаленко, В. В. Электрический привод: Учеб. для электротехн. спец. Вузов / В. В. Москаленко-М.: Высш. шк., 1991. -430 с.

90. Невзоров, J1. А. Башенные строительные краны: Справочник / JI.A. Невзоров, Г. Н. Пазельский, Е. М. Певзнер. М.: Машиностроение, 1992. - 254 с.

91. Нейман, JI.P. Поверхностный эффект в ферромагнитных телах / Нейман Л.Р. М.: Д.: Госэнергоиздат, 1949. - 190 с.

92. Онищенко, Г. Б. Асинхронные вентильные каскады и двигатели двойного питания / Г. Б. Онищенко, И. J1. Локтева. М.: Энергия, 1979. - 199 с.

93. Патент РФ №2046535 С1 6 Н02Р1/26, Н02Р1/34, Трехфазный индукционный пусковой резистор. / Зотов А.В. Харичкин Г.А. Заявл. 1993.05.19, опубл. 1995.10.20.

94. Патент РФ №2202850. Способ управления асинхронным двигателем с фазным ротором / Борисов A.M. Васькин А.А. Долгодворова О.Ю. Драчев Г.И. Ильинов В.И. Калинин А.С. Лохов С.П. Лях Н.Е. Заявл. 25.06.1999, №99113396. Опубл. 20.04.03.

95. Патент РФ №2267220 С1 МПК7 Н 02 Р 1/26, Трехфазный индукционный пусковой резистор. / Мещеряков В.Н., Финеев А.А. Заявл. 02.07.2004 опубл. 27.12.2005

96. Патент № 2311724 РФ, МПК7 Н02Р 25/26. Способ управления асинхронным электродвигателем с фазным ротором. / Борисов A.M., Драчев Г.И., Лях Н.Е., Нестеров А.С., Шишков А.Н.; заявл. 25.06.06; опубл 27.11.2007, бюл. № 33 с. 8: ил. 4

97. Патент РФ №55229, МПК7 Н02Р 5/40, 7/62. Устройство пуска асинхронного электродвигателя с фазным ротором / A.M. Борисов, Г.И. Драчев, Н.Е. Лях, А.С. Нестеров, А.Н. Шишков; заявл. 10.01.06; опубл. 27.07.06, бюл. № 21 с. 6: ил.1

98. Патрик, А. А. Электротехническое оборудование, разрабатываемое АО «Уралэнергоцветмет». / А.А. Патрик, Н.Н. Мурахин, В.Г. Лысенко // Промышленная энергетика. №6, - 2001.

99. Пашков, Н.Н. Адаптивное управление асинхронршми электроприводами / Н.Н. Пашков, В.А. Ружников. Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 1992. -144 с.

100. Певзнер, Е. М. Эксплуатация крановых тиристорных электроприводов / Е. М. Певзнер, А. Г. Яуре М. :Энергоатомиздат, 1991. - 101 с.

101. Переходные процессы в асинхронном электроприводе с импульсно-ключевым регулированием / В. А. Барышников, П.Е. Данилов, Е.М. Певзнер, С. П. Голев. М.: Энергоиздат, 1984. - 384 с.

102. Петров, Л.П. Управление пуском и торможением асинхронных двигателей / Л.П. Петров. М.: Энергоиздат, 1981. - 184 с.

103. Потемкин, В.Г. MATLAB 6: среда проектирования инженерных приложений / В.Г. Потемкин. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2003. - 448 с.

104. Правила устройства электроустановок

105. Преобразователи частоты для электроприводов переменного тока: Справ. Ин-т пром. развития Информэлектро. / под ред. Т. А. Кузьмина, Е. В. Маерович М.: Информэлектро, 1996. - 92 с.

106. Радионов, А.А. Тепловая математическая модель индукционного реостата. // Электротехнические системы и комплексы: Межвузовский сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2001. - Вып. 6 - с. 89-91.

107. Рудаков, В. В. Асинхронные электроприводы с векторным управлением / В. В. Рудаков. JL: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987. - 134 с.

108. Сабинин, Ю.А. Частотно-регулируемые асинхронные электроприводы / Ю.А. Сабирин, В.Л. Грузов. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1985.- 128 с.

109. Сипайлов, Г.А. Математическое моделирование электрических машин / Г.А. Сипайлов, А.В. Лоос. М.: ВШ, 1980. - 176 с.

110. Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями / О.В. Слежановский, Л.Х. Дацков-ский, И.С. Кузнецов, Е.Д. Лебедев, Л.Н. Тарасенко. М.: Энергоатомиздат, 1983.-256 с.

111. Слухоцкий, А.Е. Индукторы / А.Е. Слухоцкий. Л.: Машиностроение, 1989.- 125 с.

112. Слухоцкий, А.Е., Рыскин, С.Е. Индукторы для индукционного нагрева. Л.: Энергия, 1974. - 264 с.

113. Соколов, М.М. Автоматизированный электропривод общепромышленных механизмов / Соколов М.М. М.: «Энергия», 1969. - 544 с.

114. Соколов М.М., Данилов П.Е. Асинхронный электропривод с импульсным управлением в цепи выпрямленного тока ротора. М.: Энергия, 1972.-72 с.

115. Справочник по электрическим машинам: В 2 т. / Под общ. ред. Копылова И.П. и Клокова Б.К. Т.1 М.: Энергоатомиздат, 1988 - 456 с.

116. Справочник по электрическим машинам: В 2 т. / Под общ. ред. Копылова И.П. и Клокова Б.К. Т.2 М.: Энергоатомиздат, 1989 - 688 с.

117. Справочник по автоматизированному электроприводу / под ред. В.А. Елисеева и А.В. Шинянского. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 616 с.

118. Сравнительный анализ вариантов включения дросселей в асинхронных электроприводах / A.M. Борисов, Г.И. Драчев, Н.Е. Лях, С.А. Фомин // Наука и технологии. Избранные труды Российской школы «К 70-летию Г.П. Вяткина». М.: РАН, 2005. - С. 420 - 423.

119. Татур, Т.А. Основы теории электромагнитного поля. Справочное пособие. / Т.А. Татур. М.: Высшая школа 1989 - 271с.

120. Теоретические основы электротехники: Учебное пособие. В 4 ч. / Под ред. Г.М. Торбенкова. - Челябинск: изд-во ЮУрГУ, 2001.

121. Тиристорные преобразователи напряжения для асинхронного электропривода/ Л.П. Петров, О.А. Андрющенко, В.И. Капинос и др. М.: Энергоатомиздат, 1986. -200 с.

122. Тун, А. Я. Системы контроля скорости электропривода / А. Я. Тун. -М.: Энергоатомиздат, 1984. 168 с.

123. Файнштейн, В.Г. Микропроцессорные системы управления, тиристорными электроприводами / В.Г. Файнштейн, Э.Г. Файнштейн. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 240 с.

124. Филиппов, И.Ф. Теплообмен в электрических машинах: Учеб. пособие для вузов. Л.: Энергоатомиздат, 1986. - 256 с.

125. Хохлов, Ю.И. Проблемы энергосбережения в системах электроснабжения на основе энергетической электроники / Ю.И. Хохлов // Наука и технологии: Тр. 23-й Рос. шк. М.: Издательство Рос. акад. наук, 2003. - с. 555570.

126. Хохлов, Ю.И. Энергосберегающие технологии с использованием силовой электроники / Ю.И. Хохлов // Энергосбережение в промышленности и городском хозяйстве: Сб. тез. докл. науч.- практ. конф.(14-15 июня). Челябинск: ЮУрГУ, 2000. - с. 14.

127. Черных, И. В. SIMULINK: среда создания инженерных приложений / И. В.Черных. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2003. - 496 с.

128. Щубенко В. А. Тиристорный асинхронный электропривод с фазовым управлением/В. А. Шубенко, И. Я. Браславский М.: Энергия, 1972. -200 с.

129. Электрооборудование и электродвигатели: Каталог: В 3-х ч./АО «ВНИИТЭМР», Информ.-комммерч. фирма «КАТАЛОГ». М.: КАТАЛОГ, ч. 3.-1996.-76с.

130. Электроприводы переменного тока: Труды международной тринадцатой научно-технической конференции. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005. -276 с.

131. Электроприводы переменного тока: Труды международной четырнадцатой научно-технической конференции. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007. -359 с.

132. Электротехника: учеб. пособие для вузов: В 3 кн. Кн. II. Электрические машины. Промышленная электроника. Теория автоматического'управления / под ред. П.А. Бутырина, Р.Х. Гафиятуллина, А.Л. Шестакова. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. - 711 с.

133. Электротехника: учеб. пособие для вузов: в 3 кн. Кн. III. Электроприводы. Электроснабжение / под ред. П.А. Бутырина, Р.Х. Гафиятуллина, А.Л. Шестакова. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2005. - 639 с.

134. Электротехническая совместимость электрооборудования автономных систем / В.Г. Болдырев, В.В. Бочаров, В.П. Булеков, С.Б. Резников; Под ред. В.П. Булекова. М.: Энергоатомиздат, 1995. - 351 с.

135. Эпштейн, И.И. Автоматизированный электропривод переменного тока / И.И. Эпштейн. М.: Энергоиздат, 1982. - 192 с.

136. Ягола, Г. К. Измерение магнитных характеристик современных маг-нитотвердых материалов / Г. К. Ягола, Р. В. Спиридонов. М.: Изд-во стандартов, 1989.- 196 с.

137. Яуре, А.Г. Крановый электропривод: Справочник / А.Г. Яуре, Е.Н. Певзнер. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 344 с.

138. Яценков, B.C. Микроконтролеры MicroCHIP: Схемы. Примеры программ. Описания. Ресурсы Internet: практ. рук. / B.C. Яценков. М.: Горячая линия - Телеком, 2002. - 293 с.

139. Drive&Control. Специальный выпуск для ЭЛЕКТРО 96 в Москве. Бернхард Вильгельм. Мягкий пуск асинхронных двигателей.

140. Ferenczi, О. Power supplies. Pt. А & В / О. Ferenczi. Budapest: Akademiai Kiado, 1987. - 744 p.

141. Gottlieb, I.M. Electronic power control / I.M. Gottlieb. USA: T AB books, 1991.-255 p.

142. Gray, P.R. Analisys and design of analog integrated circuits / R.P. Gray, G.R. Meyer. New York & oth.: Wiley, 1977. - 683 p.

143. Негру, M. Analog integrated circuits. Operational amplifiers and analog multipliers / M. Негру. Budapest: Akademiai Kiado, 1980. - 479 p.

144. Muller, R.S. Device electronics for integrated circuit / R.S. Muller, T.I. Kamins. New York & oth.: Wiley, 1977. - 404 p.

145. Murphy, J.M.D. Thyristor control of A.C. motor / J.M.D. Murphy. Oxford & oth.: Pergamon Press, 1975.- 192 p.

146. Power electronics / F. Csaki, K. Ganszky, I. Ipstis, S. Mart. Budapest: Akademiai Kiado, 1983. - 708 p.

147. И ПОВЫШЕННОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы»

148. Математическая и компьютерная модели тепловых процессов в дросселе;

149. Методика выбора серийного дросселя по созданному каталогу;

150. Методика расчета электромагнитных и конструктивных параметров дросселей;

151. Математическая модель дроссельного электропривода с регулятором выхода на естественную характеристику.

152. Указанные материалы способствуют повышению качества знаний студентов специальности 140604 и расширяют их кругозор в области асинхронного электропривода.доктор техн. наук, профессор / Ю.И. Хохлов

153. Зав. кафедрой электропривода и автоматизации промышленных установок ЮУрГУ, ••>/*доктор техн. наук, профессор (ff^J^^^ Чытович«УТВЕРЖДАЮ» / . •'< л ГдавншИгнженер

154. И ПОВЫШЕННОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы»

155. При модернизации электроприводов механизмов подъема кранов цеха № 6 использованы следующие результаты диссертационной работы А.С. Нестерова:

156. Тнристорные регуляторы РСТ05-В для вывода дроссельного электропривода на естественную двигательную характеристику по патенту РФ № 55229 «Устройство пуска асинхронного электродвигателя с фазным ротором»;

157. Дроссельные электроприводы с улучшенными массогабарнтными н энергетическими показателями.

158. И.о. главного энергетика-начальника управления

159. ОАО ЧТПЗ '''.г* А.Ю.Мыльникову, 'У1. Зам. начальника цеха № 6по оборудованию Ю.Г. Попов

160. Энергетик цеха № 6 . " И.В.Герасимов1. Г ■•' ' f

161. И ПОВЫШЕННОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы»

162. При модернизации производства серийных дросселей и проектировании дроссельного электропривода использованы следующие результаты диссертационной работы А.С. Нестерова:

163. Каталог серийных дросселей мощностью от 7,5 до 37 кВт.

164. Рекомендации по улучшению конструкции серийно выпускаемых дросселей (увеличение воздушного промежутка между обмоткой и сердечником, продольный разрез сердечника, переход на использование алюминиевой обмотки)

165. Руководитель производственного отдела ООО «Горнозаводское объединение»1. В.И. Ильинов

166. КАТАЛОГ ДРОССЕЛЕЙ НА ТРУБАХ для двигателей до 37 кВт

167. ДПД-1 (AI, Р) 180 200 5.52 6.451 3.41 4.034 1.932 2.306 25.9 23.8 36,25 640,1 12,43 1,56 16,91 1,83 36,7220 240 7.413 8.402 4.688 5.37 2.702 3.118 22.1 20.7 180 4.688 2.875 1.621 27.5

168. ДПД-1 (А1) 200 220 5.487 6.315 3.407 3.965 1.938 2.273 25.3 23.5 31,43 784 14,19 1,76 18,11 2 33,5240 260 7.167 8.041 4.547 5.151 2.626 2.997 21.9 20.6 180 4.562 2.841 1.62 27.2

Похожие работы

Электротехника
05.09.00