автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Электропривод подъемно-транспортных механизмов подвижного состава железнодорожного транспорта

ы о О 'Т

ШНИСЙРЙТВО ИЛЕЙ С00ЩЕ2Ш СССР ■

московский ордена ленина и ордена трудового красного знамени институт инженеров яиезкодорозкого транспорта

имени ф.э.дзержинского

На правах рукописи Ого.шн Владимир Иванович

электропривод п0дъе?.!н0-трансп0ртных механиков подвишого состава железнодорожного транспорта

Специалы зсть 05.09.03. - Электротехнические комплексы

и системы

«

автореферат

диссертация на соискшше ученой степени кандидата технических наук

москва 1992

Работа выполнена в Московской ордена Ленина в ордена Трудового Красного Знамени институте инженеров железнодорожного транспорта имени Ф.Э. Дзержинского. 1

Научный руководитель - доктор технически* наук, црофесс-р

Нагорскл!: Валентин Дмитриевич

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Калиниченко Анатолий Яковлевич - кандидат технических наук, доцент Чернов Евгений Тихонович

Ведущая организация - Московское конструкторское

бюро "Мотор"

Защита диссертации состоится Т.»—1992 г.

в ^Ц^5, на заседании специализированного совета Д114.05.07 при Московском ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени институте инженеров железнодорожного транспорта имени ф.Э. Дзержинского по адресу: 101475 ГСП, г. Москва А-55 ул. Образцова, 15, вуд.Л'ЪЬО , Л .4,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим направлять по адресу совета института.

Учёный секретарь специализированного совета .

д.т.н., профессор /) А.П. Матвеевичев

ддкпеяш;

Л!»

1Д0Л

еертаций

ОБЩАЯ ХАРАКТЕР/СТОКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Комплексная автоматизация различных производственных процессов базируется в основном на использовании электрического привода, В электроприводах подъемно-транспортных механизмов подвижного состава железнодорожного транспорта применяется многозвенные системы механических передач, содержащих элемен-гы и зазоры меяоду отдельными звеньями, являющиеся причиной возникновения значительных динамических перегрузок, а также автоколебаний. В работе рассматриваются подъемно-транспортные механизмы ж.д. транспорта: электролебедка для выкатывания из вагона и вкатывания передвижной рамы с грузом и механизм передвижения для транспортировки крупногабаритных грузов. Передвижение рамы с грузом осуществляется с помощью электролебедки и тягового троса длиной 23 метра. 1ля транспортир эки груза используется механизм передвижения, состоящий из двух тележек(четырехосная и двухосная) и платформы. Пе-)едвижение ведущей самоходной тележки осуществляется двумя приво-;ами, расположенными по одному на каждой колесной паре. Опыт экс-тлуатации подъемно-транспортных механизмов показал, что при движе-ши рамы с грузом имеют место случаи обрыва тягового троса, а в ме-санизме. передвижения при транспортировке крупногабаритных грузов юзникают упругие колебания в мехаьлческой части привода и элементы транспортируемого груза подвергаются воздействию дополнительных динамических нагрузок, которые часто превышают допустимые. Исследо-|анию электродинамических процессов в электромеханических системых I упругими звеньями и зазорами в передачах в электроприводах с синхронными короткозамкнутьми двигателями в научно-технической ли-•ературе уделено недостаточное внимание и в основном описываютя ди-[амические процессы с двигателями постоянного тока, даются описания и принципы построения эямкнутнх систем и примеры использования лсктропрнводоз з конкретных: механизмах. Поэтому проблем ограниче-

Ния динамических нагрузок, возникающих в ьодъемно-транспортных механизмах подвижного состава ж.д.транспорта является актуальной, а проведение экспериментальных и теоретических исследований динамических нагрузок в их электромеханических системах с асинхронными короткоэамкнутыми двигателями является необходимы*,

Цель работы. В диссертации поставлена задача проведения экспериментальных и теоретических исследований динамических нагрузок в электромеханических системах подъемло-транспортных механизмов ж.д. транспорта и определения требуемых параметром системы электропривс да(на примере механизма передвижения для транспортировки крупногабаритных грузов) по условт.,.1 ограничения ударных нагрузок передач,

Методы исследования. При рассмотрении отдельных вопросов в процессе исследования использованы метод гармонического баланса к метод факторного планирования эксперимента. Рассмотрение остальню вопросов осуществлено на основе исследования электромагнитных процессов методом математического моделирования на ARM,ЦВМ.

Научная новизна. Разработана методика определения динамически) нагрузок в электроприводах подъемно-транспортных механизмов с учетом упругих связей и зазоров в системах передач для электродвигак лей с нелинейной механической характеристикой, позволившая определять на этапе проектирования требуемые параметры системы электропривода по условиям, ограничения нагрузок передач и расчитывать узлы схем управления, обеспечивающие выполнение заданных условий;

- получены обобщенные графические зависимости, связывающие величину максимума нагрузки передач с начальной скоростью вала двигг теля, которые позволяют определять параметры электропривода по условиям выбора зазоров в системах передач;

- получены два приближенных аналитических выражения и расчетная формула эмпирического типа, связывающая величину начальной ск< рости вала двигателя с ускорением и величиной зазора в системе пе;

редач, которые позволяют значительно упростить процесс расчета динамических нагрузок на этапа проектирования;

- получены разностные уравнения для определения максимальных и минимальных значений токов в пределах любого периода для цепи с

г риодической коммутацией параметров, которые позволяют определять амплитуду пульсации и коэффициент пульсации тока;

- предложена принципиальная электрическая схема следящего привода, обеспечивающая точный останов в разных, заранее заданных местах;

- выведено аналитическое выражение для нелинейной характеристики сочетания контактора, двигателя, реостатного усилителя к вычислена его амплитудно-фазовая характеристика, используя которую можно приближенно исследовать как устойчивость, так и переходные процессы всей системы следящего привода частотными методами;- построен график переходного процесса в следящем приводе путем расчета на вычислительной малине с учетом характерных нелиней-ностей(зока нечувствительности чонтактора, нелинейность механической характеристики асинхронного двигателя \ который позволяет определить качественные показатели переходного процесса;

- предложена схема электропривода с тиристорным импульсным преобразователем в цепи выпрямленного тока ротора, которая обеспечивает ограничение пускового момента в процессе выбора зазоров в системах передач и точность механизма передвижения - 5 мм.

Практическая ценность. Результаты исследований использованы при проектировании электрооборудования подъемно-транспортных механизмов. Математические модели, разработанные и изложенные в диссертации. использованы в расчетах в процессе проектирования в 19841991 годах для определения требуемых параметров систем электроприводов, исходя из за-.анных условий ограничения динамических нагрузок. Результаты расчетов использованы для разработки мероприятий по огрэ-

- б -

ничениа динамических нагрузок. В качестве 1дного из таких мероприя тий рекомендовано использование регулируемого асинхронного электро привода с тиристорным коммутатором^ в цепи выпрямленного тока ротора. Заводские испытания механизма передвижения для транспортировки

•

крупногабаритных грузов с регулируемым электроприводом проводились на Торжокском вагоностроительном заводе и подтвердили теоретические выводи. Разработанный регулируемый электропривод внедрен в рабочие чертежи при проектировании электрооборудования механизмов пе редвижения, а изготовление по рабочим чертежам намечается с 19921993 годах. Экономическая эффективность работы характеризуется величиной дополнительного приведенного экономического эффекта, который будет получен при эксплуатации за счет сокращения числа отказов, длительности простоев и увеличения срока службы. Проведенные технико-экономические Расчеты показали эффективность применения импульсной системы асинхронного электропривода.

Апробация работы. Основные положения и материалы диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры ЭЭПТ в 1989 г. i кафедры "Электрическая тяга" в 1990 г. ШИТА.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 2 печатные работ! и получены 3 авторских свидетельства на изобретения.

Структура и объем диссертации.' Диссертация состоит из введени) 5 глав, заключения, списка литературы и 18 приложений. Содержит» 394 страницы, в том числе 150 страниц машинописного текста, 54 рисунка на 54 страницах, 8 таблиц на 8 страницах, список литературы из 163 наименований на 16 страницах, приложения с методиками расчета основных параметров электромеханических систем подъемно-тран спортных механизмов,' с данными о практическом использовании материалов диссертации, с используемой при исследовании программой дл ЦВМ, а также ct> схемой установки для экспериментального исследова ния, всего на 136 страницах.

Краткое содержание работа.

3 первой главе дается обзор и анализ механических систем приводов с зазорами и упругими связями, для которых влияние упругих механических связей на производительность и качество продукции является достаточно ощутимым. К наиболее крупным теоретическим работам в области исследования динамики электроприводов относятся труди Д.П.Морозоза, Н.Н.Дружинина, А.А.Сиротина, В.И.Ключова, Б.М. Бургина, Л.С.Филатова и др. Установлено, что пиковые динамические Нагрузки в основном обусловлены упругими механическими колебаниями и наличием зазоров п передачах. Следует отметить, что влияние* упругих связей на динамику двухдвигательного привода переменного тока в рассматриваемых работах практически не рассматривается. Ограничение электрических и механических нагрузок допустимыми значениями является одной из наиболее сложных задач, ресаемых при- проектировании автоматизированного электропривода. Для того чтобы разрабатывать мероприятия по ограничению динамических нагрузок электропривода, необходимо знать их еличины и определить влияние его параметров на величину этих нагрузок. Произведено экспериментальное определение динамических нагрузок в электромеханических системах подъемно-транспортных механизмов при заводских испытаниях. Определено, что динамические нагрузки значительно превышают статистические, при этом динамический коэффициент достигает значений от 1,75 до 3,3 и существенно зависит от структуры и параметров электропривода. Для определения величины динамических нагрузок произведены исследования с целью разработки математической модели с учетом влияния упругих связей и зазоров в системах передач для электродвигателя с нелинейной механической характеристикой. Составлены расчетные механические схемы и сведены к эквивалентной двухмассовой упругой механической системе по методу последовательного упрощения расчетных механических схем. Для целей расчета параметров электропривода

-О - •

по условиям выбора зазора приемлема сравш. гельно невысокая точность определения динамических нагрузок. Приняты следующие допущения:

1. Динамическая составляющая нагрузки передач шло зависит'о. статистической нагрузки механизма;

2. В процессе выборов зазоров валы двигателей вращаются синхронно;

3. Потерями на трение пренебрегаем.

Движение электропривода после выбора зазора ыожат быть представлено системой уравнений:

( < )

где Ми- С,г - момент нагрузки упругого элемента;

.- У"ол поворота вала двигателя; <£> - приведенное к валу двигателя перемещение ыеха низма.

Учитывая применяемость сравнительно невысокой точности определения динамических нагрузбк использована упрощенная формула Клосса в системе уравнений движения электропривода. Для получения обобщен ных результатов исследования искомые переменные представлены в относительных единицах. За базисное значение момента принято •Мдвз , где •

- допустимое ускорение , соответствующее максимальному момен ту двигателя. При этом

м =3 М\Чх.-Ььел ; Мм = М?е--У1--Ььеп \ -к и>,к- ¡^¿аъ = ;

лЧъ -дуГ-л^^ь

с 13.

Аналитическая зависимость для асинхронного двигателя упрочена при покори выражения _ соц - со

С учетом получи.лове выражений для принятой расчетной схемы справедлива след>йцая система уравнений:

I. м'-- с? М^.-Зу.-'-о;

= - м,^ ) • (2)

л* V

3 -т^&КЛ- к-Г-^) :

Л-Ь ' ■■

#

М.г = Ч'-^-Лч"* ^ .

-О лр^ / у,'-/ 5. в Зс .

Л Т Д. • " ;

Представленные уравнения можно выразить через обобщенные' параметры 52,д ; ; ^ , где

частота свободных колебаний двухмассовой электромеханической системы;

■¿•л- критическое ускорение соответствующее критическому моменту двигателя;

V - отношение суммарного момента инерции установки к моменту инерции на валу двигателя.

Эти величины зависят от параметров конкретной электромеханической системы: гр—р—■ «. м М^Уа .

3 последних соотношениях для двухдвигательных приводов соедует полагать У, = ; ■= л с

После несложных преобразований система уравнения окончательно представлена в виде

I. м1 = & М2 г*к

!' — 3. из? иэ^ч- 5'¿С.

2.

4.

(3)

¿Г-Ъи. ' >

М.'а. « Ч.'-л^ Д^ .

М/г - О '

5. ■ -Ь&.м*.

Реализация математической модели на ЭЦВМ производилась по стандартной подпрограмме интегрирования обыкновенных дифференциальных уравнений 1-го порядка. На ЦВМ получены обобщенные зависимости ) при «= для ^ = 4,4-1,1 ) = <3

54 ^ которые могут быть использованы в расчетах парамет-

ров электропривода по условиям выбора зазоров.(Втс.1).

М,г (чн)

м

и

го

*а

*а

-1— . на г/с1

• ! ¿А •£Оа*'/е1

4 ----• 7оа'/с1

3=» \

..

га

т " по

140

Р.1С.1., Обобщенные зависимости

Мир

~{{ч>л.шч) при

я»* = ¿/"/у* ; /- = з ,

10.Ч<У<~ ; г -'/Д

Обращает на себя внимание линейный характер этих зависимостей. Это обстоятельство говорит в пользу выбора в качестве независимого параметра начальной скорости со^с^ .

Анализ обобщенных графических зависимостей позволяет сделать в..вод, что для определения справедлива расчетная формула эмпирического типа, связывающая величину начальной скорости вала двигателя с ускорением и величиной зазора в системе передач

Ю.,иа1. v 5,4 £,10 ЛЧъ ■ При этом погрешности при определении .по эмпирической форму-

ле к при решении на вычислительной мзлгинэ не превосходят 2 Й.

Полученные путем моделирования зависимости М^^н = /е.) свидетельствуют о том, что динамическая составляющая нагрузки с увеличением статической нагрузки практически не изменяется, что подтверждает достоверность принятого ранее допущения при разработке математической модели. По разработанной методике на ЦЗМ определялись динамические нагрузки, при выборе зазоров для привода перед-зижной рамы с р'авномерно-распрс-.елснным грузом, равным, 25,7 т, 35 т, 25 т, 15 т и сравнивались с материалами заводских испытаний (приведеш осциллограммы). Их сопоставление свидетельствует о том, что погрешность расчета на ЦЗМ не выходит за пределы 8,5!1. Подтверждена достоверность разработанной мр-ематической модели для расчетов на примере электролебедки для привода передвижной рамы с грузом, для чего на ЦЗМ определялись динамические нагрузки при закатке передвижной рамы(накатывание катка рамы на рельс) для трех участков осциллограммы с равномерно распределенным грузом равны.* 35 т и 25 т и полученные результаты сравнивались с реальными величинами на осциллограммах. При этом погреаности при определении динамических нагрузок на ЦВМ и реальными величинами на осциллограммах не превосходят Разработка методики определения динамических нагрузок в электроприводах подъемно-транспортных механизмов с

- 12 - " учетом упругих связей и зазоров в система:, передач с относительно йевысокой точностью порядка 10 + 20 % еносит э проектирование элект рогриводов вполне достаточную определенность. Используя метод планирования эксперимента, получены два приближенных аналитических выражения, позволяющие определять динамические нагрузки в электромеханических системах механизмов передвижения(погрешность расчета при этом не превышает 2,2 Й). Ограничение средних динамических нагрузок в упругой дзухмассосой системе может быть осуществлено путем плавности нагружен;»! механической системы за счет ограничения тем-.па нарастания момента двигателя.

Вторая 'глава посвещена анализу существующих систем электропривода по условию ограничения ударних нагрузок передач и выбору наиболее эффективного метода регулирования скорости. Анализ и сравнение различных способов регулирования проведена на основе выявления

*

их основных показателей в статистических и динамических режимах работы. К основным показателям, характеризующим регулировочные свойства электропривода относятся: диапазон регулирования, плавность, экономичность. Наилучшие показатели имеют электроприводы с двигателями с фазным ротором при импульсном регулировании по цепи ротора. С целью определения динамических коэффициентов в регулируемом электроприводе использована математическая, модель разработанная Ключевым В.И. Величины динамических коэффициентов соответственно' равны 1,15 - для электропривода с одним двигателем и 1,07, 1,09 - с двумя двигателями. Посредством методики оптимизации электропривода с упругой связью по критерию минимума колебательности, определены оптимальные сочетания параметров, при которых достигается эффект демпфирования упругих колебаний. Полученные значения логарифмических декрементов близки к \спг , величина которой (в пределах I у •£-< 5(определяется выражением: ^ опт сс<1,2[}{г~4 ) .

3 третьей главе проводится.обзор и выбор управляемых коммутато-

роз постоянного то- ч, предназначены1 т для управления.асинхронными двигателями с учетом требосаний, обусловленных работой привода.

Кз анализа схем импульсных регуляторов с точки зрения сформули-рсваигых тробевагай к регулируемому приводу следует, что наиболее удовлетворительной является схема импульсного регулятора с комму м-рузк^им колебательным натурой. Разработана инженерная методика рас-чотл тиристорнсгс импульсного преобразователя с коммутирующим коло-бательньм контуроа с учетом активного сопрет, вления контура коммутации в цепи регулирования скорости асинхронного двигателя с фазовым ротором. Получены уравнения по которым определены оптимальные ' • параметры контура коилутацки ■ С.-л. Проведен анализ импульсного управления в цепи выпрямленного тока ротора. П]Г" этом для цэпи с периодической коммутацией параметров составлены разностные уравнения дл;. тока в концеп- го и в конце (П+ I) - го периодов. Принято, что з момент = 0 ключ "к" закусается и дентакт "к^", соответствую:!^ включению сигового тиристсга, замыкается,(Рис.2). Обозначено: время в тагзние которого контакт зам:';<ут ^ Т , вр'.ля в течение которого контакт разомкнут Т . Отсюда следует, что ^ Т — = ^ Т , т.о. времени одного периода. Рассмотрена персая часть ' {П + 1)-го периода, когда контакт сснкнут при (п.) Т ¿-(п -т получено

Г±-(П)Т? ■

Щ) -- ГпЗ -

где —^¡ц , ¡- + ЬЗр - суммарная индуктивность цепи;

Я -г Ядр - суммарное сопротивление в первой части (л -г 1)-го

периода; Т[п.- значение тика в конце п -го периода.(Р^с.2). дЛЯ

2-й части(|г+1)-го .периода, когда контакт разомкнут при Т а

^ г ¿[п ~ <)-т получено уравнение Ц1) - {^¿А-У-Д— -*. [ ~д

~ а. + На . ] я.

г.

Хл

V *л

v/ _ ^— ___ч » _ >1. _ Уц

1Гл? 1Сп*П &

Рис.2.

Полагая в правой части уравнения(2) ¿г =((1+1) Т , получим значвгше тока в конце( п- +1)-го периода. В юезультате получено следующее раз-постное уравнение тг;, . ,п _ ЕаЛ-г.'У'Г -дУ.Г-г г. л £»■>$ -Л'Р.У

После упрощений получим л^*!] ~ «■■ - - а * а* .

Получено разностное уравнение 1-го порядка. Решив его, найдем

, „¿¿г

иг ¿¡-Т

Г ^ 1 '1

Ток в пределах любого периода мэ\от быть найден по разностным уравнениям, что позволяет определить амплитуда* пульсаций и коэффициент пульсации тока.

Четвертая глава посвящается исследованию следящего привода ддй реализации технологического цикла работы механизма передвижения для транспортировки.крупногабаритных грузов, предусматривающего точный останов □ разных, заранее заданных местах. Поставленная задача решена с применением системы регулирования положением. Регулирование скорости в таком электрг >иводе производится плавным изменением добавочного сопротивления с помощью сиротно-импульсного модулятора (ЕКЮ. В рассматриваемом следящем приводе под термином роостатный усилитель следует понимать устройство, содержащее широтно-импульс-ный модулятор с добавочны»,! сопротивлением. При необходимости точно-то останова Механизма передвижения привод самоходной теледки по, включается на пониженную скорость с последующим зключением следяцей снстега по сигналу сельскн-датчика(эликтрическая цепь сельсин-датчика _вклгнается конечным выключателем при его замыкании в 1. сте останова об упор). Нелинейность рассмат-чваемой следящий систем вызывается наличием зоны нечувствительности кентактори л нелинейностью применяемого асинхронна о двигателя. Впервые исследование ■ -едящего привода с асинхронным двигателем, управляем™ реостатным усилителем с реверсом контактором опубликовано в теоретических работах В.Д.На--горского. С учетсм основных положений и рекомевдапнй этих {»бот приведен анализ- рас чатриваемого следящего привода. Особенностью задачи является то, что в исследуемом случае нельзя воспользоваться нелинейными характеристике!;:! отделькьк элементов -'реостатного усилителя, дсигателя и контактора, определенными независимо друг от друга и приходится искать нелинейную характеристику сочетания вьзеу гзанных элементов. Выходной величиной этого сочетания является скорость двигателя. Для исследования днкш.сики рассматр. темой системы параметры . электромагнитной цепи двигателя приведешь к цепи выпрямленного тока ротора и срставлсна нелинейная система уравнений, описывающая переходные _>оцессы в электроприводе. Чтобы выявить общий .характер влия-

ния контактора реверса ка устойчивость следя'цей системы, рассмотрены режимы работы системы электропривода при периодичс.ком размыкании и замыкании контактора. Проанализированы переходные .фоцессы в приращениях относительно начальных значений координат и параметров электропривода, при этом отклонена скорости враг ния двигателя относительно начальных значений координат может быть, ..лк в положительном, так и в отр' ;ательном направлении, а изменение тока ротора может происходить от нуля до номинального значения. Приняты допущения:

I.Передг-очный коэффициент двигателя, постоянная времени усилителя и абсолютная величина ого коэффициента усиления величины неизменные. ' ^

2.Зона нечузстви. ;льности роле, управляющего контактором, равна нули.

3.Временем трогания контактором можно пренебречь и учитывать лишь время движения контакторов, составляющее большую часть времени срабатывания контактора. Ч течение времени движения контакторов двигатель отключен от сети, т.е. имеет место "временная зона нечувствительности".

4.Разрыв и замыкание 1гпи происходит Мгновенно, без образования электрической дуги.

Для приближенного анализа применен метод гармонического баланса, учитывающий лишь первую гармонику выходной величины. Считая нагрузку на валу асинхронного двигателя постоянной и полагая, что скорость изменения выходной величины вышейезэанного нелинейного сочетания пропорциональна входной величине при скольжении близким к I получено уравнение связывающее скорость вращения двигателя и действующее значение тока ротора

_ ¡17 т . . где - передаточный коэф^и-

" ~ "р

циент двигателя, знак которого изменяется при переключении контактора, принимается постоянным и равным

i. _ ^JX

Э ~ Wa

При гармоническом воздействии " ~ lfm 'Sin и>£ комплекс действующего значения тока ротора равен:

-Jfi

* -f T^j-J'O , где

р -~охе. ißTf'j'tJ _ угол сдвига комплекса действующего значения тока ротора относительно комплекса напряжения. Аналитическое выражсниэ для действующего значения тока ротора

V4

где k( коэффициент, определягщиЯ соотноиение ыс«ду средним значением выпрямленного тока ротора и действующим адачэнием тока в ijaoo. Изменение скорости двигателя определяется управлением

P Tf j-u^ и диаграммой, изображенной на рис.3. На этой диаграмме

А-Ь

означает

временную зону нечувствительности. Диагрпма на рис.За справедлива при ¿j i^Tpy . при <>>tc v>Tt«j получена диаграм-

ма, изображения^ на рис.36. Уравнение w^fc '¿fl ьэТр-j определяет граничное значение частоты <*>гр ( л Ь -означает временную зону нечувствительности). При cOrw скорость вращения дпигатедл а диапазоне изменения wr «г ■>■ u>Äb ^ -f определяется уравнением

. rt, = - .SLn-(ü»i - ) ;

py.W^Tpi • ^

'Для диапазона от $ ■слп.с.^^т/у £5r имеем p)f] ■+■ to-'Tpii „ ' 0

шЦаТм

ьз&Ь

^ и » ч и. -- ч/'! 1,, 0 / И-||

\

п ч / и м гт\ II \

11 \ \ !| Г 1

Полученные уравнегч решены с использованием начальных условия. Разлаг&я кривую скорости "п." в ряд Фурье определены амплитуда и фаза первой гармоники

^1 Х'л1! - |__г.V6'_____ _ !».•

^/•«•оу •; ю- - г,4 ( •». и*"- т}-ч/ . « у

'.1?I со- т.;-,

- • (.о д с

с '

~ у / - и?-. Т0Ь 1(!

— Г^Л*-¿¿п. (£и>Л £ - с-Ч-е'Ь^^Тр^ .

Как видно, для исследуемого случая Мкагр=0 амплитуда первой гарггокики пряно пропорциональна амплитуде входного напряжения, т.е. нелинейная характеристика сочетания двигателя, роос/лтного усилителя и контактора не зависит от амплитуды входной величины, а зависит лгаь от частоты. Следовательно, для первой гармоники можно внчис-• дать амплитудно-фазовую характеристику вышеуказанного сочетания, используя которую могкно приближенно исследоиат! как устойчивость, тая и переходные процесс!! псей систем:; привода частотными методами. Произве, ,ена оценка влияния контактора на работу двигателя с фазовым ротором по амплитудно-частотным хер; стеристиг.дм. Построены граф:; :и' амплитудно-частотных характеристик сочетаний двигатель, реостатный усилитель без контактора и с контактором. Частотная характеристика сочетания двигатель, реостатный усилитель; кснтактор жестче по сравнению с частотной характеристикой двигателя. Физически это можно объяснить тем, что включение контактора вызывает упреддеюго а проявлении инерцт .1100™ двигателя, что увеличивает запас по фазе и соответственно погьгаается устойчивость системы. Рассматриваемой следящей системе соответствует дифференциальное уравнение третьего порядка [ Ръ 7>у • Тд + рл( рА -Тра - ТА ) р [ р х 1 -А ^

= УЗ • Д^/с, - ( ■( -<■ р \ Тр^ 3 -л Л7<1 _

Тру - постоянная времени реостатного усипителя;

_ постоянная времени агрегата, состоящего из асинхронного двигателя и исполнительного механизма;

ftj. - местность механических характеристик агрегата, состоящего из

асинхронного двигателя и исполнительного механизма; ^ - коэффициент усиления системы равный

vc S k ki, krJ } ki krr kA , где

k. - передаточный коэффициент измерите-i рассогласоваг-я(сельсина); • - коэффициент чувствительности двигателя по моменту к изменению сопротивления роторами «Х- положенг управляющей оси и выходного вала; irr- передаточный коэффициент тахогекератора.

Характеристическое уравнение системы записано в форме Вышнеградскс го и имеет параметры X,У. Величина Зд, но оказывающая влияние на свойства системы, как величина небольшая, принята равной нулю. Коэффициент усилен! л равен произведению семи коэффициентов : К^ tf-krr-it'A их которых шесть( ¿-¿к к»* ^ ¿1 ¿гл )являются

примерно неизменными, седьмой же( R-A ) имеет различные значения д; различных равновесных состояний. Следовательно, изменение К при пе реходо от одного равновесного состояния к другому определяется коэффициентом^. Получить Х-2, соответствующее хорошему переходи« му процессу можно при К-500.

./ „ _ „__Cf__ _ у

А т. CZ1 ^ .ъп tel■ '

Jjrr r,.K>

при этом

ц „-__ /л:ъ ~ jir-

kvr u -• ^емг

^ ~ i-l'W " lïfrfscr— - ■là.r где кс- передаточный коэффициент сельсина;

¡-с- передаточное отношение от сельепк.. к управляющей оси, ¿V . -31 ;

г

I - передаточное риношснис редуктора от двигателя к исполнительной оси. ' -'S ;

- 21 -

номинальное (базовое напряжение.

Для построения кривых переходного процесса в следящем приводе использовался численный метод Pynre-ltyrra. Приведены кривые переходкого процесса в следящем приводе s"2 »7 ('¿"^соответственно для 80,100,120 об/мин. Как следует из графика качество работы системы з переходном режима соответствует стандартным следящим сиссмям, так колебательность сис.емы не более 2-х колебаний, а длительность переходного процесса не превышает 0,8 сек.

Пятая глава посвящена экспериментальному исследованию и разработке импульсной системы электропривода. Разработаны схемы для ограгачгния пускового момента в процоссо выбора зазоров и для обеспечения работ электропривода при переходе с т^ной ступени скорости на другую, что позволило получить точность останова механизма передвижения для транспортировки крупногабаритных грузов - 5 : :;л, а точность подце] .ания скорости при набросе нагрузки Мст=0,7 Мн состави-

»

ла 5 Проведено исследование*динамики регулируемого электропривода в замкнутой системе регулирования скорости в области галых отклонений координат от равновесного, установившегося что позволило линеаризовать уравнения, характеризующие положение системы. Определена устойчивость замкнутой систем по условий Рауса-ГУрвица, По ло-лученным амплит/дногчастотным характеристикам выявлено, что индуктивность роторной цепи и расчитанныэ параметры системы регулирования скорости оказывают демпфирующее дбйстзко на упругие колебания d электромеханической системе. Разработана принципиальная схема импульсной системы электропривода и проведена экспериментальная проверка системы и ее отдельных узлов. Результаты испытаний показали соответствие параметров разработанной системы заданным техническим требованиям. Промышленные испытания.разработанной импульсной системы электропривода в натурных условиях были произведет.! на Торжокском ВР"оностроительном заводе. Испытания прозодились по типонзйпро-

грамме и показали хорошую работоспособность схемы и полное соответствие механических свойств привода предъявляемым техническим требованиям.

Основные результаты работы.

1. Проведены экспериментальные исследпания динамичесих нагрузок в электромеханических системах подъемно-транспортных механизмов ж. д.транспорта. Определено, что динамические нагрузки значительно превышают ст гические к их нужно ограничивать.

2. Разработана математическая модель для электромеханических систем подъемно-тра спортных механизмов с учетом упругих связей и зазоров в" системах передач для электродвигателей с нелинейной механической характеристикой, а её реализаци на ЦВМ позволила получить обобщенные зависимости, которые использованы в расчетах параметров электропривода по условиям выбора зазоров на этапе проектирования.

3. Проверена достоверность разработанной математической модели путем сравнительной оценки полученных результатов решения на ЦЗМ при определении динамических нагрузок при выборе зазоров в передачах и при накатывании катка рамы на рельсы вагона для привода передвижной рамы с равномерно-распределенным грузо... равным 25т,Зг,т с материалами заводских испытаний (осц" плограшы). Погрешность расчета на ЦВМ при этом не выходит за пределы 1С,4 %.

4. По реэультятам исследований и из проведенного анализа обобщенных графических зависимостей (^н), приближенных аналитических выражений, полученных методом многофакторного планирования эксперимента следует, что динамическая нагрузка перёдач определяется соотношением приведенных масс двигателя и механизма, ускорением в период выбора зазоров, параметрами двигателя(

) и электромеханической системы( ). /

5. Проведено теоретическое и экспериментальное исследование отдельных узлов электрической схемы регулируемого привода: ■ ;

- раоработала методика расчета тиристориого импульсного преобразователя с коммутирующим колебательным контуром с учетом активного сопротивления контура коммутации в цепи регулирования скорости асин-

• хронного двигателя с фазовым ротором;

- получены разностные уравнения для определения максимальных и минимальных значений токоп в пределах любого периода в широ^.ю-импуль-сном модуляторе, которы позволяют определять амплитуду пульсации и коэффициент пульсации тока.

6. Выведено аналитическое выражение для нелинейной характерна .*ики сочетания контактора, двигателя, реостатного усилителя и вычислена

. его амплитудно-фазовая характеристика, используя которую можно приближенно исследовать как устойчивость, так и переходные процессы всей системы привода частотными методами.

7. Построен график переходного процесса в следящем привод- путем'

расчета на г 'числительной машине с. учетом характеркмх келинейностей

0

(зона нечувствительности контактора," нелинейность механической характеристики асинхронного двигателя), который позволяет определить качественные показатели переходного процесса.

8. Разработана новая система импульсного регулируемого электропривода с фазными электродвигателями, проведена экспериментальная ггроь. рка системы.и её отдельных узлов. „

9. Результаты исследований и разработок системы импульсного регулируемого электропривода с фазными электродвигателями использованы при

• проектировании электрооборудования подъемно-трйнспортных механизмов, что позволило значительно улучшить их тактико-технические характеристики.

Основные материалы диссертации опубликов .ны в следующих работах: ■I. Нагорский В.Д..Фимин В.И. Расчет динамических нагрузок в электро-

приводах .подъемно-транспортных механизмов методом■факторного планирован! • эксперимента. Моск.ин-т ж.-д.транспорта им.Ф.Э.Дзержинского:

- М.1989г.- 33с: Библиограф.-4 назв.-рус.-Деп.в ЦНИИТЭИтяжмоп № 500.

2.]~Нагорский ^.Д^.Оимин В.И. Методика определения динах...ческих нагрузок о электроприводах подъемно-транспортных механизмов .. учетом упругих связей и зазоров. Моск.ин-т ж-д.транспорта им.О.Э.Дзержинского:-!.'.. 1989г.- 27с: Библиограф.-4 на-з.-рус.Деп.в ЦК'МТЭИтяжмаш №50!

3. Чумаков 'И.С.,4имин 3.И..Григорьев Э.Н.,Назаров Е.И. Устройство для управления несимметр: пш трехфазным выпрямителем/ Авт.свид. № 561273.- Г ллетень изобретений, № 21, 1977.

4. Оимин 3.И..Григорьев Э.Н..Митрофанов А.И.,Назаров Е.И. Устройство для упраг-ения несимметричным трехфазным выпрямителем. Авт. свид. № 892653.- Бюллетень изобретен..й, № 47, 1981 г.

5. Григорьев Э.Н.,Оимин В.И..Митрофанов А.И.,Назаров Е.И. Устройство для управления несимметричным трехфазным выпрямителем. Авт.свид. » 1083327.- Бюллетень изобретений № 12, 1984 г.

4

<КШЩ Владимир Иванович

ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫХ МЕХАНИЗМОВ П0ДВ1Ш0П) СОСТАВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

05.09.03. - Электротехнические комплексы и системы

Сдано в набор ¿Ч.01,$г . Подписано к печати «г?, о/.

Формат бумаги 60x90 1/16. Объём 1,5" п.л. Заказ ilZ . Тирах 10(

Типография МШТа. Москва, ул. 0<3р* .зцова, 15.